一、故障現象
一輛2013款斯巴魯BRZ車，搭載FA20水準對置發動機，累計行駛里程約為6萬km。該車因發動機冷卻液溫度過高，在其他維修廠更換了氣缸墊，更換完成後試車，冷起動後發動機怠速抖動嚴重，過一會兒發動機冷卻液溫度稍微升高後排氣管“放炮”，且發動機依然抖動。由於故障是在更換氣缸墊後出現的，因此維修人員懷疑發動機正時沒有對好。重新校對2次發動機正時後試車，故障依舊，於是將車開至我廠進行維修。
二、故障診斷
用故障檢測儀檢測，發動機控制單元中存儲有故障代碼“P0304 氣缸4失火”和故障代碼“P0352 點火線圈B初級及次級電路”（圖1）。故障代碼P0304反映氣缸4工作不良，故障代碼P0352反映氣缸2的點火電路有故障。FA20水準對置發動機的氣缸佈置如圖2所示，點火順序為1-3-2-4。
圖1 發動機控制單元中存儲的故障代碼（截屏）
圖2 FA20水準對置發動機的氣缸佈置
首先用pico示波器和COP點火探頭測量氣缸2和氣缸4的點火波形，將COP點火探頭貼在氣缸2點火線圈上時，發動機抖動有所好轉，移開COP點火探頭，發動機抖動加重，由此推斷氣缸2點火線圈工作不良。進一步檢查發現，氣缸2點火線圈導線連接器（圖3）端子有腐蝕現象，且其導線被維修過。更換氣缸2點火線圈導線連接器（圖4）後試車，發動機仍有明顯抖動，且排氣管仍會“放炮”；再次讀取故障代碼，故障代碼P0304再現，故障代碼P0352消失，懷疑排氣管“放炮”可能與氣缸4工作不良有關。
圖3 故障車氣缸2點火線圈導線連接器
圖4 更換氣缸2點火線圈導線連接器
用pico示波器、WPS500X壓力感測器及COP點火探頭同時測量發動機排氣脈動、氣缸4點火及曲軸位置感測器的信號波形（圖5），發現氣缸4點火波形正常，但排氣脈動波形很不規則，無法用來分析氣缸4是否真的工作不良。用數學通道對通道C（曲軸位置感測器信號）進行頻率計算（圖5中的紫色波形為計算的頻率波形），通過頻率變化判斷曲軸轉速變化，頻率越大表示轉速越大。正常情況下，曲軸運轉2圈，4個氣缸均做功1次，對應曲軸被加速4次。分析圖5中的頻率波形可知，氣缸4點火後頻率為下降趨勢，而其他3個氣缸點火後頻率均為上升趨勢，這說明氣缸4確實工作不良。
圖5 故障車發動機排氣脈動、氣缸4點火
及曲軸位置感測器的信號波形（截屏）
同時測量氣缸4高壓噴油器控制、氣缸4點火及曲軸位置感測器的信號波形（圖6），發現氣缸4高壓噴油器在排氣衝程時噴油，噴油時刻異常，此時排氣門為打開狀態，推斷噴射的燃油燃燒導致了排氣管“放炮”。
圖6 故障車氣缸4高壓噴油器控制、氣缸4點火
及曲軸位置感測器的信號波形（截屏）
同時測量氣缸2高壓噴油器控制、氣缸2點火及曲軸位置感測器的信號波形（圖7），發現氣缸2高壓噴油器在壓縮衝程時噴油。
圖7 故障車氣缸2高壓噴油器控制、氣缸2
點火及曲軸位置感測器的信號波形（截屏）
同時測量氣缸3高壓噴油器控制、氣缸3點火及曲軸位置感測器的信號波形（圖8），發現氣缸3高壓噴油器在進氣衝程時噴油。同時測量氣缸1高壓噴油器控制、氣缸1點火及曲軸位置感測器的信號波形，發現氣缸1高壓噴油器也在進氣衝程時噴油。4 個氣缸出現3種高壓噴油時刻，氣缸1和氣缸3在同一側，高壓噴油時刻相同；氣缸2和氣缸4在同一列，高壓噴油時刻卻不相同，且與氣缸1和氣缸3的高壓噴油時刻也不同，由此推斷正常的高壓噴油時刻應該在進氣衝程，而導致氣缸2和氣缸4的高壓噴油時刻混亂的原因是氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導線連接器安裝反了。
圖8 故障車氣缸3高壓噴油器控制、氣缸3
點火及曲軸位置感測器的信號波形（截屏）
該車發動機各氣缸的工作時序如圖9所示，其中紅色部分對應做功衝程，灰色部分對應排氣衝程，藍色部分對應進氣衝程，黃色部分對應壓縮衝程。從圖9中可以看出，氣缸2處於進氣衝程時，氣缸4處於排氣衝程；氣缸4處於進氣衝程時，氣缸2處於壓縮衝程。假設高壓噴油時刻在進氣衝程，且氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導線連接器安裝反了，則氣缸2的實際高壓噴油時刻變為壓縮衝程，氣缸4的實際高壓噴油時刻變為排氣衝程，這與圖6、圖7中的測量結果一致，由此確定氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導線連接器安裝反了。
圖9 故障車發動機各氣缸的工作時序（截屏）
三、故障排除
更換氣缸2點火線圈導線連接器，正確安裝氣缸2和氣缸4的高壓噴油器導線連接器（圖10）後試車，故障現象消失，故障排除。
圖10 正確安裝氣缸2和氣缸4
的高壓噴油器導線連接器
四、故障總結
FA20水平對臥引擎採用了進氣口噴射和直接噴射兩種噴射方式，每個氣缸均佈置了2個噴油器（圖11），其燃油供給系統如圖12所示，進氣口噴射使用的是低壓燃油（約400 kPa），直接噴射使用的是高壓燃油（4 MPa~20 MPa）。
圖11 2個噴油器的佈置
圖12 FA20水準對置發動機的燃油供給系統
根據發動機工況，發動機控制單元選擇最佳方式控制進氣口噴射和直接噴射的噴油器工作，以提高發動機動力，同時改善燃油經濟性和排放性。冷起動時（圖13a），在進氣時執行進氣口噴射，在壓縮時執行直接噴射，分層稀燃提高了三元催化轉化器的預熱性能；低負載或中等負載時（圖13b），在進氣時執行進氣口噴射和直接噴射；高負載時（圖13c），在進氣時僅執行直接噴射。
圖13 燃油噴射模式
為什麼故障車冷起動時排氣管不會“放炮”呢？因為冷起動時，直接噴射的噴油時刻在壓縮衝程。由圖9可知，氣缸2處於壓縮衝程（黃色部分）時，氣缸4處於進氣衝程（藍色部分）；氣缸4處於壓縮衝程時，氣缸4處於做功衝程；且這兩種情況下，排氣門均處於關閉狀態，所以排氣管不會“放炮”。
編者按：
發動機正時分為2種：發動機機械正時和發動機電氣正時。
（1）發動機機械正時是指氣門和活塞之間的關係，如在壓縮上止點時，活塞應該在其行程的最上端，進氣門和排氣門應處於關閉狀態，如果此時氣門或活塞沒有處在正確的位置，說明發動機機械正時錯誤。值得注意的是，凸輪軸鏈輪和曲軸鏈輪之間的那些正時記號只是為了方便售後維修，僅起到參考作用。有時就算正時記號對準了，並不代表發動機機械正時是正確的，比如曲軸、凸輪軸相對於鏈輪發生偏轉，正時鏈條拉長等。通過分析氣缸壓力波形或曲軸信號和凸輪軸信號的組合波形，可以快速判斷發動機機械正時是否正確。
（2）發動機電氣正時是指點火時刻、噴油時刻和氣缸壓力之間的配合關係，點火時刻和噴油時刻必須在規定範圍內，如果發生的時刻早了或晚了，說明發動機電氣正時錯誤。通過分析氣缸壓力、點火信號和噴油信號的組合波形，可以快速判斷發動機電氣正時是否正確。
該案例屬於人為發動機電氣正時類故障，故障點看似簡單，其實診斷起來並不容易。葉工憑藉紮實的汽車免拆診斷技術功底，熟練運用pico示波器，深度結合發動機工作原理，在無拆解的情況下快速精准地鎖定了故障點，並厘清了進氣口噴射和直接噴射的控制邏輯，充分展示了汽車免拆診斷技術之美，令人眼前一亮。
