作者：Steve Smith｜Pico Auto
電動汽車進行的同時，節能的內燃機引擎也在未來幾年內有一席之地，既可以作為唯一的動力來源，也可以當作電動汽車的增程輔助器。從每加侖燃油中榨取最後一滴能量的挑戰把工程和引擎管理推向了另一個層次。這樣的工程機件可以在這裡看到。在這個案例研究中，我將說明使用TwinAir技術的引擎在冷啟動過程中遇到失火症狀以及涉及的診斷技術。
客戶描述：
客戶抱怨當引擎從冷車狀態啟動時會有劇烈的振動，此振動伴隨著排氣中的燃油氣味，儀表板上的引擎警告燈 (MIL) 亮起。
技術說明：
驗證客戶的抱怨是診斷過程中必需的步驟，但當它沒有成功驗證時通常也是一項耗時的任務。這一次，客戶的抱怨很精準，我們也很快發現引擎在冷車失火。 解釋振動、燃料氣味和亮起 MIL燈號。
無負載狀況下將使引擎平穩運行，並且在返回怠速時，失火得到改善。 在這個階段，值得一提的是，有問題的車輛是2缸設計，因此失去一個汽缸會對引擎振動和性能水平產生不利影響。
下面的影片使用NVH套裝來捕捉在冷啟動期間的失火狀況，我們可以在初次啟動期間觀察到一個明顯的E0.5階次的引擎振動。注意一個2缸的引擎在每轉一圈時會有一次燃燒，因此曲軸每旋轉兩圈，就有一個失火產生干擾(1次干擾/ 2次曲軸轉速)。
有關使用 PicoDiagnostics NVH 進行失火檢測的更多資訊，此論壇帖子將有所幫助。
診斷過程：
在驗證了客戶的投訴之後，我們確認了車輛的ID和規格。在診斷方面，確認客戶車輛的規格是很重要的，因為客戶經常會想用缺乏工程設計的時尚配件來改裝他們的汽車。客戶確認沒有安裝相關的附加配件。
為了建立事實敘述，客戶訪談遵循以下四個“有針對性”的開放式問題原則：
- 這個問題出現多久了?
大約3個月。 - 你第一次注意到此問題是在何時?
在冬季月時(寒冷天氣) - 最近有對車輛做任何的施工嗎?
剛更換引擎機油與濾清器由於儀表出現低油位指示燈(沒有經過驗證)。
對客戶進一步詢問得知，上一次更換機油是在三年前，因為他們每年只行駛3000英里。 - 你在什麼情況下遇到這個問題?
當車輛長時間停放且在引擎冷啟動時。
根據答案，我已經認為這是一個機械故障，但我不想假設任何事情！
基本檢查確認沒有流體洩漏，軟管、插頭、線束沒有明顯的損壞跡象，或確實是我們最喜歡的發掘； 事故維修。
對所有車載控制單元進行掃描診斷，顯示了幾個故障碼，如下列所示：
- P0301 缺火檢測，汽缸 1：溫度過高
- P0300 失火檢測：溫度過高
- P1061 進氣電磁閥舉升閥控制汽缸 1：部件黏滯
- 音頻/遠程信息處理 4.0.2：U0019 CAN 數據總線 B CAN 總線關閉
- 中央電子設備 CE 4.1：B10AA 配置內部故障
總結車輛掃描，汽缸1失火似乎是首要處理的問題。
在我們深入研究之前，重要的是暫緩一步並檢查技術公告（召回和活動等）。 對於可變氣門升程控制系統（TwinAir 執行器）的操作，列出了許多“已知故障”，主要集中在液壓功能上。
包含了下列：
- 不正確的機油黏度
- 機油劣化
- 機油過濾受限
- TwinAir 執行器發出咔噠聲（在熱車怠速時偶發）
你通常不會獲得明顯指向單個組件的故障代碼、症狀和”已知故障”。當然，更換 TwinAir 執行器和機油/濾清器是很值得去做的，並希望可以得到最好的結果，但我們有辦法在更換零件之前證明上述這些內容，是確實需要做的嗎? 更換TwinAir執行器組件代表要付昂貴的費用(至少750英鎊)，且可能有故障也可能沒有故障! 記住，這是一個冷車失火的故障，也有可能會是火星塞與點火線圈的故障問題!
可能造成的原因：
- 點火系統
- 燃油系統
- 引擎潤滑系統
- 引擎機件控制系統
行動計畫：
行動計劃主要受可及性、概率和成本影響。 根據獲取的掃描數據，我們有兩個關於失火的引擎故障代碼和一個涉及可能產生失火的組件的故障代碼（TwinAir 執行器組件黏滯）。
因此我們的行動計畫著重於引擎管理部分：
使用 8 通道示波器在初次冷啟動階段測量多個感知器和執行器。 這將使我們能夠透過一次訊號捕獲消除許多組件。
注意：在引擎從冷車運行的前 10 秒後，故障將消失，車輛必須再次完全冷卻。 鑑於這種症狀的性質，這就是八個通道可以加快診斷過程的原因。
回顧一下：
- 引擎從冷車狀態啟動時振動
- 引擎在冷車狀態失火(當熱車或是提速即改善)
- 引擎故障燈亮起
- 引擎在冷啟動期間嘎嘎作響(熱車改善)
在以下的畫面截圖，我們監控冷啟動時Fiat 500的以下訊號。
- 通道A：曲軸位置感知器(透過數學通道得到引擎加速度)
- 通道B：排氣脈衝(捕獲燃燒後的脈動)
- 通道C：進氣岐管壓力(使用WPS500壓力傳感器)
- 通道D：汽缸1進氣閥作動器
- 通道E：汽缸2進氣閥作動器
- 通道F：第1缸點火線圈初級電流
- 通道G：MAF感知器
我們可以立即看到一些值得關注的領域並消除其他幾個變數。讓我們從曲軸數學通道開始看：很明顯的在我們第一缸點火後並沒有加速度產生，然而，曲軸在第二缸點火後確實有加速度產生(可以確認失火問題)。我們可以從通道C看到一缸的進氣拉力(在進氣岐管內感應)與二缸相比是明顯不足的。
通道D與F分別顯示了透過進氣門執行器和汽缸一點火主電路的電流。下方的截圖數據顯示引擎在加熱後最終如何在兩個汽缸上正常運行。注意：通道Ｇ已改為測量第二缸點火線圈的初級電流。
因此，讓我們評估一下我們已經確定的內容以及我們將如何接續進行：
- 如故障代碼所示：第一缸冷車狀態下失火。
- 第一缸從進氣岐管的進氣拉力不足因此造成不完全燃燒。
- 第一缸進氣閥執行器有電流波動，代表狀態為＂工作完成＂
- 第一缸點火線圈初級電流表明我們的初級點火是完整的。然而，這並不能證實我們在燃燒室內的次級點火存在且正常。
基於上述這些評估，我假設我們量測次級點火不會顯示任何關於一缸(首要懷疑的)進氣真空不足的任何資訊。因此添加一個壓力感知器來量測一缸似乎是最好的做法。
結果正如我所期望捕獲到的：
進氣閥完全打開的瞬間故障導致壓縮降低，減少進氣拉力（在進氣歧管內），當然還有低燃燒。
對故障條件下的四行程循環進行更仔細的檢查，在較短的進氣閥持續時間內減少的進氣量（進氣拉力）對具有顯著影響。請注意限制吸入量與增加深度和延長的吸入量有關聯。
下面的進氣門持續時間接著立即增加，以試圖穩定壓縮。 對進氣口袋的影響表明進氣門在隨後的進氣行程中確實打開了。
查看上方的波型，飛雅特如何能夠無限地控制四行程循環以在整個引擎轉速和負載範圍內實現良好的經濟性和排放，這確實讓我感到驚訝。讓我們仔細看看進氣門開啟的過程：傳統上，此閥門在壓縮上死點後355°左右打開，來促使掃氣與EGR(若溫度足夠)，然而，飛雅特的進氣門開啟發生在壓縮上死點後456°（進氣沖程 360°-540° 的中間），並在壓縮上死點後614°時關閉，進入到了下一個壓縮衝程74°！這會減少泵損失，同時在曲軸旋轉106°時仍達到12.6bar的峰值壓力!
那麼基於上述這些測量，我們是否已經做了足夠的工作來證明我們的進氣閥在某些操作條件下沒有完全打開? 我認為我已經確定失火的故障但不知道為何所導致，我們知道故障發生時進氣閥執行器有電流產生，因此我們必須通過執行器和 PCM/驅動器假設“工作完成”狀態。 但問題是，當 PCM 發出命令時，還有什麼可能導致進氣閥不打開？
- 進氣門機械卡死：需侵入引擎進行確認
- 不正確的引擎機油油壓：待量測
- 不正確的機油黏度：最近一次的更換確認了正確的黏度
- 引擎機油劣化：最近一次更換機油濾清器並檢查進氣閥執行器確認無劣化狀況
對於這些可能的原因總結，以及我們客戶對低油位警告（可能是油壓警告）的評論，唯一合乎邏輯的步驟是使用我們的 Sykes Pickavant 適配器搭配WPS500X 測量油壓。一旦我們知道油壓是正確的，我們就剩下進氣閥執行器或是進氣閥卡滯這兩個可能原因。
結論：
下面的數據截圖顯示初次冷車期間的油壓值，從 13°C 到 63°C（汽缸蓋溫度）的暖機循環。 注意油壓的瞬時上升是響應 WOT 狀況。
上面獲得的數據和快速上升時間都用於驗證無負載狀況下的油壓。 但是在長時間的路試期間呢？
下面的數據截圖顯示了從Pico UK的 Harlow Essex 到 St Neots的測量油壓！ 這段過程有許多負載條件，從高速高速公路駕駛到停止/啟動交通以及介於兩者之間的一切。 記錄的最低油壓為 1.112 bar。這些資訊足以說服我，我們沒有客戶所述的油壓問題。
總結一下：
- 我們的第一缸進氣閥間歇性的無法完全開啟
- PCM正確控制進氣閥執行器，當故障發生時電流仍明顯存在
- 引擎機油品質與壓力被確認是正常
我們拆除了進氣閥執行器(TwinAir執行器)並檢查進氣閥對於”機械”運作卡滯的問題。
如你下方所見，氣門上沒有積碳或任何可能侵入氣門桿和氣門導管之間的碎屑。將入口閥向下（打開）壓下（打開）確認了充分、平滑的關閉，沒有干擾或限制運動。接著驗證汽缸蓋和氣門機構有足夠的油膜且氣門彈簧沒有損壞。
我們更換了進氣閥執行器（TwinAir 執行器）並重新回裝引擎，以便在冷啟動時進行修復後測量。
確認維修：
你可以在上方數據捕獲中看到更換了TwinAir執行器後的初次冷啟動的結果。在初次啟動後，我們可以看到進氣岐管壓力恢復了，並且有穩定的進氣脈衝波型。
我想了解在 2.705秒時的引擎轉速信號，我在初此啟動期間注意到引擎瞬間失火的狀況! (難道是我看錯了嗎?) 對進氣壓力波型進一步分析證實，瞬間失火的時候進氣真空是穩定的，並且相等於相鄰的脈動。這裡最有可能的解釋是啟動後燃油管路的清洗或實際上是引擎維修後在”穩定”時的一次性異常燃燒。
修復後分析的好處在於，我們可以確定修復的條件，並且在發生此類順利失火事件時可以放心。(此瞬間異常不是由於低壓縮所引起)。
以下測試是在啟動後不久捕獲了引擎的無負載轉速，因為在冷車狀態和負載狀態下失火可能會更加明顯。
引擎表現完美，但也向我拋出了一個我從未見過的狀況！
右側視圖顯示了進氣閥在低負載狀態時”多重升程”的狀態，這允許在這些駕駛條件下優化燃燒，注意進氣閥在初始時在傳統的壓縮上死點後354°附近打開，但在進氣行程中(360° – 540°)關閉，在大約壓縮上死點後540°第二次打開! 你也應該注意到這對進氣脈衝的影響。
所有更換的零件：
Twin Air執行器(進氣閥執行器總成)
補充資訊
透過閱讀這個案例，結合客戶的擔憂和故障碼描述讓我思考這輛車的各種厄運和故障狀況。
- 客戶提到了某種描述的油壓/油位警告，但從未得到證實。
- 由於故障的性質（電液氣門機構），缺乏保養（潤滑服務）也引起了的重視。
- 故障碼暗示第一缸溫度過高，當這三個症狀放在一起時，為此引擎推測最壞的故障情況是可原諒的（未發現引擎過熱的證據）。
考慮上述所有因素後，每個客戶對故障描述的診斷順序使你能夠從虛構中證實，並以完全的信心來展示出你維修好的車。
再次感謝您抽出時間閱讀和查看這項研究，我真誠地希望它有所幫助。
