虹科免拆诊断 | 菲亚特 500 发动机故障灯亮，冷车时发动机失火

电动汽车进行的同时，节能的内燃机发动机也在未来几年内有一席之地，既可以作为唯一的动力来源，也可以当作电动汽车的增程辅助器。从每加仑燃油中榨取最后一滴能量的挑战把工程和发动机管理推向了另一个层次。
这样的工程机件可以在这里看到。在这个案例研究中，我将说明使用TwinAir技术的发动机在冷启动过程中遇到失火症状以及涉及的诊断技术。

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客户描述

客户抱怨当发动机从冷车状态启动时会有剧烈的振动，此振动伴随着排气中的燃油气味，仪表板上的发动机警告灯(MIL) 亮起。

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技术说明

验证客户的抱怨是诊断过程中必需的步骤，但当它没有成功验证时通常也是一项耗时的任务。这一次，客户的抱怨很精准，我们也很快发现发动机在冷车失火。解释振动、燃料气味和亮起 MIL灯号。
无负载状况下的发动机将使发动机平稳运行，并且在返回怠速时，失火得到改善。在这个阶段，值得一提的是，有问题的车辆是2缸设计，因此失去一个汽缸会对发动机振动和性能水平产生不利影响。下面的影片使用NVH套装来捕捉在冷启动期间的失火状况，我们可以在初次启动期间观察到一个明显的E0.5阶次的发动机振动。注意一个2缸的发动机在每转一圈时会有一次燃烧，因此曲轴每旋转两圈，就有一个失火产生干扰(1次干扰/ 2次曲轴转速)。
你可以观看下方冷启动时的影片。有关使用 PicoDiagnostics NVH 进行失火检测的更多信息，此论坛帖子【Interpretation - Pico Technology (picoauto.com)】将有所帮助。

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诊断过程

在验证了客户的投诉之后，我们确认了车辆的ID和规格。在诊断方面，确认客户车辆的规格是很重要的，因为客户经常会想用缺乏工程设计的时尚配件来改装他们的汽车。客户确认没有安装相关的附加配件。
为了建立事实叙述，客户访谈遵循以下四个“有针对性”的开放式问题原则：

这个问题出现多久了?

大约3个月

2. 你第一次注意到此问题是在何时?

在冬季月时(寒冷天气)

3. 最近有对车辆做任何的施工吗？刚更换发动机机油与滤清器由于仪表出现低油位指示灯(没有经过验证)。对客户进一步询问得知，上一次更换机油是在三年前，因为他们每年只行驶3000英里。

4. 你在什么情况下遇到这个问题?

当车辆长时间停放且在发动机冷启动时。

根据答案，我已经认为这是一个机械故障，但我不想假设任何事情！
基本检查确认没有流体泄漏，软管、插头、线束没有明显的损坏迹象，或确实是我们最喜欢的发掘；事故维修。
对所有车载控制单元进行扫描诊断，显示了几个故障码，如下列所示：
IAW 8GSF CANP0301 缺火检测，汽缸 1：温度过高P0300 失火检测：温度过高P1061 进气电磁阀举升阀控制汽缸 1：部件黏滞音频/远程信息处理 4.0.2：U0019 CAN 数据总线 B CAN 总线关闭中央电子设备 CE 4.1：B10AA 配置内部故障
总结车辆扫描，汽缸1失火似乎是首要处理的问题。
在我们深入研究之前，重要的是暂缓一步并检查技术公告（召回和活动等）。对于可变气门升程控制系统（TwinAir 执行器）的操作，列出了许多“已知故障”，主要集中在液压功能上。

包含了下列：

不正确的机油粘度

机油劣化

机油过滤受限

TwinAir 执行器发出咔哒声（在热车怠速时偶发）

哇！你通常不会获得明显指向单个组件的故障代码、症状和”已知故障”。当然，更换 TwinAir 执行器和机油/滤清器是很值得去做的，并希望可以得到最好的结果，但我们有办法在更换零件之前证明上述这些内容，是确实需要做的吗? 更换TwinAir执行器组件代表要付昂贵的费用(至少750英镑)，且可能有故障也可能没有故障! 记住，这是一个冷车失火的故障，也有可能会是火星塞与点火线圈的故障问题!

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可能造成的原因

点火系统

燃油系统

发动机润滑系统

发动机机件控制系统

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行动计划

行动计划主要受可及性、概率和成本影响。根据获取的扫描数据，我们有两个关于失火的发动机故障代码和一个涉及可能产生失火的组件的故障代码（TwinAir 执行器组件黏滞）。
因此我们的行动计划着重于发动机管理部分：
使用 8 通道示波器在初次冷启动阶段测量多个感知器和执行器。这将使我们能够透过一次讯号捕获消除许多组件。
注意：在发动机从冷车运行的前 10 秒后，故障将消失，车辆必须再次完全冷却。鉴于这种症状的性质，这就是八个通道可以加快诊断过程的原因。

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回顾一下

• 发动机从冷车状态启动时振动
• 发动机在冷车状态失火(当热车或是提速即改善)
• 发动机故障灯亮起
• 发动机在冷启动期间嘎嘎作响(热车改善)

在以下的画面截图，我们监控冷启动时Fiat 500的以下讯号。
通道A：曲轴位置感知器(透过数学通道得到发动机加速度)通道B：排气脉冲(捕获燃烧后的脉动)通道C：进气岐管压力(使用WPS500压力传感器)通道D：汽缸１进气阀作动器通道Ｅ：汽缸２进气阀作动器通道Ｆ：第１缸点火线圈初级电流通道Ｇ：MAF感知器

我们可以立即看到一些值得关注的领域并消除其他几个变量。
让我们从曲轴数学通道开始看：很明显的在我们第一缸点火后并没有加速度产生，然而，曲轴在第二缸点火后确实有加速度产生(可以确认失火问题)。
我们可以从通道C看到一缸的进气拉力(在进气岐管内感应)与二缸相比是明显不足的。
信道D与F分别显示了透过进气门执行器和汽缸一点火主电路的电流。下方的截图数据显示发动机在加热后最终如何在两个汽缸上正常运行。注意：通道Ｇ已改为测量第二缸点火线圈的初级电流。

因此，让我们评估一下我们已经确定的内容以及我们将如何接续进行：

• 如故障代码所示：第一缸冷车状态下失火。
• 第一缸从进气岐管的进气拉力不足因此造成不完全燃烧。
• 第一缸进气阀执行器有电流波动，代表状态为＂工作完成＂
• 第一缸点火线圈初级电流表明我们的初级点火是完整的。然而，这并不能证实我们在燃烧室内的次级点火存在且正常。
  

基于上述这些评估，我假设我们量测次级点火不会显示任何关于一缸(首要怀疑的)进气真空不足的任何信息。因此添加一个压力感知器来量测一缸似乎是最好的做法。结果正如我所期望捕获到的：

进气阀完全打开的瞬间故障导致压缩降低，减少进气拉力（在进气歧管内），当然还有低燃烧。
对故障条件下的 4行程循环进行更仔细的检查，在较短的进气阀持续时间内减少的进气量（进气拉力）对压缩峰值具有显著影响。请注意限制吸入量与增加深度和延长的吸入量有关联。

下面的进气门持续时间在接下来的进气行程中立即增加，以试图稳定压缩。对进气口袋的影响表明进气门在随后的进气行程中确实打开了。

查看上方的波型，飞雅特如何能够无限地控制四行程循环以在整个发动机转速和负载范围内实现良好的经济性和排放，这确实让我感到惊讶。让我们仔细看看进气门开启的过程：传统上，此阀门在压缩上止点后355°左右打开，来促使扫气与EGR(若温度足够)，然而，飞雅特的进气门开启发生在压缩上止点后456°（进气冲程 360°-540° 的中间），并在压缩上止点后614°时关闭，进入到了下一个压缩冲程74°！这会减少泵损失，同时在曲轴旋转106°时仍达到12.6bar的峰值压力!
那么基于上述这些测量，我们是否已经做了足够的工作来证明我们的进气阀在某些操作条件下没有完全打开? 我认为我已经确定失火的故障但不知道为何所导致，我们知道故障发生时进气阀执行器有电流产生，因此我们必须通过执行器和 PCM/驱动器假设“工作完成”状态。但问题是，当 PCM 发出命令时，还有什么可能导致进气阀不打开？
进气门机械卡死：需侵入发动机进行确认不正确的发动机机油油压：待测量不正确的机油黏度：最近一次的更换确认了正确的黏度发动机机油劣化：最近一次更换机油滤清器并检查进气阀执行器确认无劣化状况
对于这些可能的原因总结，以及我们客户对低油位警告（可能是油压警告）的评论，唯一合乎逻辑的步骤是使用我们的 Sykes Pickavant 适配器搭配WPS500X 测量油压。一旦我们知道油压是正确的，我们就剩下进气阀执行器或是进气阀卡滞这两个可能原因。

结论：下面的数据截图显示了初次冷车期间的油压值，从 13°C 到 63°C（汽缸盖温度）的静态暖机循环。注意油压的瞬时上升是响应 WOT 状况。

上面获得的数据和快速上升时间都用于验证无负载状况下的油压。但是在长时间的路试期间呢？
下面的数据截图显示了从Pico UK的 Harlow Essex 到 St Neots 的测量油压！这段过程有许多负载条件，从高速高速公路驾驶到停止/启动交通以及介于两者之间的一切。记录的最低油压为 1.112 bar。这些信息足以说服我，我们没有客户所述的油压问题。

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总结一下

• 我们的第一缸进气阀间歇性的无法完全开启
• PCM正确控制进气阀执行器，当故障发生时电流仍明显存在
• 发动机机油质量与压力被确认是正常

我们拆除了进气阀执行器(TwinAir执行器)并检查进气阀对于”机械”运作卡滞的问题。如你下方所见，气门上没有积碳或任何可能侵入气门杆和气门导管之间的碎屑。将入口阀向下（打开）压下（打开）确认了充分、平滑的关闭，没有干扰或限制运动。接着验证汽缸盖和气门机构有足够的油膜且气门弹簧没有损坏。

我们更换了进气阀执行器（TwinAir 执行器）并重新回装发动机，以便在冷启动时进行修复后测量。

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确认维修

你可以在上方数据捕获中看到更换了TwinAir执行器后的初次冷启动的结果。在初次启动后，我们可以看到进气岐管压力恢复了，并且有稳定的进气脉冲波型。
我想了解在 2.705秒时的发动机转速信号，我在初此启动期间注意到发动机瞬间失火的状况! (难道是我看错了吗?) 对进气压力波型进一步分析证实，瞬间失火的时候进气真空是稳定的，并且相等于相邻的脉动。这里最有可能的解释是启动后燃油管路的清洗或实际上是发动机维修后在”稳定”时的一次性异常燃烧。

修复后分析的好处在于，我们可以确定修复的条件，并且在发生此类顺利失火事件时可以放心。(此瞬间异常不是由于低压缩所引起)。

以下测试是在启动后不久捕获了发动机的无负载转速，因为在冷车状态和负载状态下失火可能会更加明显。

发动机表现完美，但也向我抛出了一个我从未见过的状况！
右侧视图显示了进气阀在低负载状态时”多重升程”的状态，这允许在这些驾驶条件下优化燃烧，注意进气阀在初始时在传统的压缩上止点后354°附近打开，但在进气行程中(360° - 540°)关闭，在大约压缩上止点后540°第二次打开! 太酷了! 你也应该注意到这对进气脉冲的影响。

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所有更换的零件

Twin Air执行器(进气阀执行器总成)

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补充信息&总结

透过阅读这个案例，结合客户的担忧和故障码描述让我思考这辆车的各种厄运和故障状况。

• 客户提到了某种描述的油压/油位警告，但从未得到证实。
• 由于故障的性质（电液气门机构），缺乏保养（润滑服务）也引起了的重视。
• 故障码暗示第一缸温度过高，当把这三个症状放在一起时，你会为此发动机推测最坏的故障情况是可原谅的（未发现发动机过热的证据）。

考虑上述所有因素后，每个客户对故障描述的诊断顺序使你能够从虚构中证实，并以完全的信心来展示出你维修好的车。
再次感谢您抽出时间阅读和查看这项研究，我真诚地希望它有所帮助。