故障现象
一辆装备BOSCHMP5.2发动机电控系统的爱丽舍,发动机中、低转速运转正常,但高速运转时进气管严重回火。
故障诊断与分析
造成该故障的可能原因有:
①发动机高速运转燃油消耗量大和供油系统供油不足引起的混合气过稀(如电动燃油泵磨损、油泵电机供电电压偏低、供油管路及滤芯轻微堵塞、喷油器堵塞)。
②发动机高速运转时进气门密封不良(如气门弹簧高频共振回跳)。
③电控系统中影响混合气成份的传感器(如空气流量计或歧管进气压力传感器,曲轴和凸轮轴位置传感器)和电脑,EGR、EVAP系统不良等。
④点火系统故障。
笔者观察到发动机故障灯显示正常,接着检查点火系。爱丽舍BOSCHMP5.2发动机点火系统为无高压配电器,采用了双点火线圈电子高压配电方式。检查四根分缸线顺序没有插错,高压导线外观正常,配气和点火正时位置正确。
接下来检查燃油供给系统。用油压表测量了系统油压。怠速时的燃油压力为252kPa。发动机全负荷时的压力为309kPa。断开燃油压力调节器上的真空软管后,并将其夹紧,测量到燃油压力继续上升,且正常。笔者怀疑可能是喷油器堵塞。拆下四个喷油器,在喷油器清洗测试仪上清洗检测,但没有发现堵塞现象。将喷油器重新安装好,试机,故障依旧,说明燃油供给系统无故障。
再检查电控系统。由于故障灯显示系统正常,故先检查进气压力传感器的压敏元件及相关部件。首先在点火开关断开时拨开进气压力传感器3芯插接器;再接通点火开关,测量插头(线束侧)端子3N1-3N2之间的电压为5V;拨开传感器真空管,将手动真空泵与传感器真空管接头连接,3N1端子接5V电源;再用手动真空泵抽真空的同时,测量传感器的信号电压(3N2-3N3之间),为1.4V(压力在40kPa时)和4.5V(压力在100kPa时)。
连接系统计算机线路正常。连接进气压力传感器的真空管路接头或内部既无堵塞也无泄露。影响点火正时调节的其它传感器(如曲轴、凸轮轴位置及爆震传感器等)数据均显示正常。将故障车的电脑换到另一辆车上高速运转发动机,回火现象消失。这也说明故障与电控系统无关。
经检查,进气门密封性(如正时同步带、张紧轮、气门弹簧等)良好。用窥镜检查汽缸内基本上未见积碳,可排除炽热点火的可能。
再重新检查点火系。试着更换了一组点火线圈和一组高压导线及火花塞后试车,故障消失,这说明点火线圈等高压回路有问题。为验证是点火线圈等的具体故障部位。用万用表分别测量了初级绕组阻值为0.8Ω,次级绕组阻值7500Ω均正常。这时借来示波器测量后发现波形不对正确的波形为在功率晶体管导通为初线回路充磁时,低压回路应从电源电压平滑的直角过渡下降到近似OV(搭铁)。而该实测波为过渡处突起一个很小的尖峰,显然是电容器不良造成的。经观察,点火线圈的旁路串联接铁电容器的导线已被更换,用一普通导线代替,没有电容器。驾驶员说半年前发生过交通事故,修理后就出现了这一故障现象。空气滤清器、进气管已经被炸裂两次,经多家修理厂维修都未排除故障。
很多维修人员都认为该电容器作用不大,厂家资料也未介绍。普遍认为是消磁、减少电磁干扰作用的。这点不错,但要深入了解下面你将会明白,它确实可能还会起到防止发动机高运转(5000r/min以上)进气回火保护作用。
点火系统产生高压电的方法,是利用载流的初级线圈周围充满磁场时,快速切断初级电流,使其周围的磁场立即消失,次级线圈产生高压电从而使火花塞跳火。然而,实际上并非只有一次电流中断时才有磁场变化。当大功率晶体管导通初级时,也有磁场的变化,并产生感应电动势。
传统的点火系,在大功率晶体管导通的瞬间,初级线圈产生最大反电动势为电源电压12～14V,次级线圈产生大约1500～2000V的电压。对于有分电器式点火系,1000V左右的电压不可能使火花塞跳火,因为此时分火头与旁电极间的间隙较大(约0.8mm),阻隔了这1000V左右的电压直接加在火花塞电极两端。
而点火线圈分配方式的点火系,不管是同时点火方式,还是单独点火方式,配电时没有了这一间隙,1000V左右的电压就会直接加在火花塞电极的两端。当发动机高速运转时,大功率晶体管大约在进气行程末期导通,这时火花塞就有可能跳火将可燃混合气点燃,特别是火花塞间隙较小时,火花塞更容易跳火。当充电系电压大于14V(规定值)时,火花塞跳火的可能性也会加大。
由于现代点火系都采用恒流及闭合角控制,发动机低速运转时,大功率晶体管导通时已完全进入压缩行程,火花塞跳火的可能性较小。而当发动机高速运转时,大功率晶体管大约在进气行程的末期时导通,火花塞跳火的可能性很大。
为防止这种现象的产生,可在点火线圈的次级线圈内串联一个高压二极管,如丰田皇冠无分电器电子点火系统。当大功率晶体管导通时,由于二极管的反向截止功能,1000V的电压就无法使火花塞跳火。而当大功率晶体管截止时,次级线圈产生高压电,二极管正向导通,对此不产生影响,可使火花塞顺利地跳火。
而有些无分电器点火系统(DIS),在次级电路输出端与火花塞之间的连接电路中,并没有串接高压二极管,而是留有3～4mm的间隙。其作用与次级串接高压二极管相同,也是为了防止初级电路接通时可能引起的误点火。这在目前大多数DIS系统普遍采用,如日产车点火系统。
该车发动机高速回火,而中、低速正常,是由于火花塞电极间隙偏小和旁路搭铁无电容器(无滤波作用),进一步增强了大功率晶体管导通的瞬间初级线圈产生反电动势的电压,造成次级感应电压的提高,导致发动机高速运转时出现严重的回火。