鲁达
通常发动机内部机械故障，我们很难准确、快速地做出判断。今天与大家分享如何将宝马专用的气缸压力测试工具与IMIB相互连接组成工具，用来测量发动机机械部分，如液压挺杆的好坏，免拆装就可以正确判断了。
首先，介绍工具的组合（如图1、图2所示）。
1.10000kPa（100bar）压力传感器来自IMIB组件工具。
2.气缸适配软管来自气缸压力泄漏工具箱内，拆除单向阀。
3.橡胶软管+卡箍2个。
4.IMIB+连接线。
IMIB的设置（如图3所示）：
通道3 或4 ；传感器1 0 0 0 0 k P a（100bar）；每格200kPa（2bar）；时基10ms（看单个），50ms（看整体）；触发：上升400kPa（4bar）；前置触发：30％。
接下来我们通过两个案例告诉大家如何使用动态气缸压力波形测试工具来判断发动机内部故障。
案例1
车型：E66，配置N52发动机。
VIN：WBAHN21027DS××××××。
行驶里程：262806km。
故障现象：客户反映冷车时发动机抖，坐在车里感觉像在轻轰油门，发动机一耸一耸的。
故障诊断：接车后试车，车辆在原地来回D/R/P换挡时有抖动现象。
冷车启动发动机，发动机一耸一耸的抖，组合仪表上的转速指针上下浮动。使用ISTA检测，存有1缸熄火和氧传感器故障，如图4、图5所示。
根据故障码，分析引起发动机抖动的因素：
◆◆点火线圈
◆◆火花塞
◆◆喷油器
◆◆燃油压力
◆◆空气流量传感器
◆◆进气系统漏气
◆◆氧传感器
◆◆发动机机械
于是，根据ISTA检测出的故障码分析后，进行逐步排查：
1.使用示波器测量点火波形，燃烧不正常，更换点火线圈故障依旧，如图6所示。
2.检查火花塞有点湿；处理火花塞，故障依旧，如图7所示。
3.测量燃油压力、喷油器正常。
4.检查排气管、触媒、氧传感器，未发现异常。
5.使用烟雾仪测试进气系统无泄漏。
6.空气滤网很脏，更换空气滤清器，如图8所示。
7.对调空气流量传感器，故障还是存在。
可能引起车辆DME模块存储缺火故障码的因素，都已经排查了一遍，故障依然存在。难道是发动机内部机械故障？
使用缸压表测量缸压约为1100kPa（11bar），缸压正常（累积气缸压力）。
拔掉被测量缸的喷油器插头和点火线圈插头，使用IMIB与缸压表组装的工具测量气缸压力波形。IMIB测压力挡，连接缸压表，启动发动机，测量缸压，发现第1缸缸压相对比其他缸弱，如图9、图10所示。
使用内窥镜检查缸内，未发现异常。
为什么使用缸压表测量发动机气缸压力是正常的，而在怠速时使用IMIB与缸压表组合工具测量缸压波形是异常的呢？
使用缸压表测量发动机缸压正常，可以推断出发动机气门与活塞环的密封是正常。
发动机怠速下，发动机VTC气门升程、VANOS进/排气参与调节，此时缸压不足，表示发动机进气不足。
影响发动机进气不足的可能有液压挺杆、推杆、摇臂等。
导致发动机液压挺杆、推杆、摇臂工作异常，首当其冲是先检查机油。拆开机油滤清器，发现油泥很厚；打开加油盖发现发动机内部油泥很厚，拆开气门室盖罩检查，拆下发动机油底壳，发现发动机内油泥很厚，如图11~图14所示。
为了锁定故障损坏的部件，检查中间推杆正常，检查气门摇臂正常，检查液压挺杆发现液压挺杆过软，如图15、图16所示。
发动机的所有运行状态下，气门都必须能够正常关闭，以便防止因压缩和燃烧压力降低而产生功率损失；排出的热量通过气缸盖传至冷却液。
气门未正常关闭时会造成泄漏。这会使气门面至气缸盖的热量传递中断。此外，高温燃烧气体还会以较高的流速通过狭窄的间隙，从而造成排气门的气门面过热。这可能会造成汽油发动机提前点火及活塞损坏。也可能会烧毁排气门，使其完全失去密封效果并突然造成严重的功率损失。
液压挺杆的作用是：在所有运行条件下确保气门间隙始终为零。即使发动机长时间运行后也无须进行气门间隙调节。
液压挺杆的内部结构及工作原理如下（如图17所示）：
凸轮通过压杆开启气门时，还会通过球头对液压挺杆内的活塞施加作用力。活塞通过压力室内的机油支撑在固定式压力缸内。由于在气门开启行程中从压力室向外挤出机油，因此气门关闭后凸轮和压杆之间会存在间隙。弹簧可防止发生这种情况，它将活塞和球头向上推，从而使压杆始终靠在凸轮上。在此过程中压力室内由于体积增大而产生抽吸作用。阀球克服其弹簧的作用力离开球座，机油从储油室充入压力室内。压力室充满后，阀球就会封住压力室。
找到了故障点，列出维修方案：建议客户分解发动机，清洗发动机油泥，更换液压挺杆、机油、机油滤清器，更换空气滤清器，更换气门室盖罩。
由于客户不同意分解发动机，于是建议客户更换液压挺杆、机油、机油滤清器，更换空气滤清器，更换气门室盖罩，清理发动机油泥，多次使用旧机油冲洗发动机；建议客户3000km回来检查并更换机油。
故障排除：更换液压挺杆、机油、机油滤清器，更换空气滤清器，更换气门室盖罩，清理发动机油泥，多次使用旧机油冲洗发动机；试车，故障排除。
故障总结：由于车辆没有按时保养且使用劣质机油，导致发动机油泥过于严重，引起液压挺杆润滑不良，导致液压挺杆内部磨损损坏。在发动机运行中进气气门有效开度过小，导致进气量不足，发动机缸压不足；所以使用发动机气缸压力表测量发动机缸压，结果缸压是正常；使用IMIB与气缸压力测试工具组装成的工具测量气缸压力波形，就可以发现气缸压力波形的不正常。发动机在运行中，在气门升程控制VTC系统VONAS调整部件参与工作下，液压挺杆磨损，导致发动机气缸进气量太少，发动机气缸压力过小，发动机抖动。
这是发动机机械问题。使用IMIB与气缸压力测量工具组装成的工具，确认发动机内部故障，可以大大缩小故障范围，快速锁定故障位置。
案例2
车型：G12，配置B48TU发动机。
VIN：WBA7T0103LG××××××。
行驶里程：31000km。
故障现象：客户反映发动机抖动、游车。
故障诊断：接车后试车，在原地怠速发现发动机抖动游车。油门加至2000r/min，依然抖动、游车；发动机转速无法稳住，并且发动机前部可以听到有节奏的异响。使用宝马原厂诊断系统ISTA诊断，存有多缸熄火和蓄电池深度放电故障。故障码如下：
◆◆0x140010 熄火，多个气缸：已识别
◆◆0x140110 熄火，气缸 1：已识别
◆◆0x140210 熄火，气缸 2：已识别
◆◆0x140310 熄火，气缸 3：已识别
◆◆0x140410 熄火，气缸 4：已识别
◆◆0x030E00 动力管理：在最初200km内电池深度放电或电池电量低于30%
根据故障码整理维修思路，导致发动机抖动的可能因素：
◆◆点火线圈
◆◆喷油器
◆◆火花塞
◆◆混合气
◆◆进排气漏气
◆◆进排气不通畅
◆◆线束
◆◆DME
◆◆发动机机械元件
首先使用宝马原厂诊断系统ISTA进行了相关故障的检测计划；测试第一遍，ISTA诊断提示无任何故障。明明有熄火故障现象，为什么系统提示无故障呢？
于是，决定再走一遍相关故障的检测计划，ISTA提示喷射装置有故障；更换4个喷油器，删除发动机调校后试车故障依旧。与同款试驾车对调了火花塞和点火线圈，故障依旧。
测量喷油和点火线圈的波形均正常，如图18、图19所示。
读取发动机相关数据流：
◆◆节气门2%~5% 变化
◆◆VTC（可变气门正时）电机18%~25% 变化
◆◆HFM（ 空 气 流 量 传 感 器 ）8~18kg/h 变化
◆◆氧传感器电压0.7V
这些变化都是由于发动机运行不稳定波动引起的，因此读取发动机数据流对故障的排除没有实质的帮助。怀疑是进、排气系统有问题导致熄火。拔掉HFM、节气门、炭罐电磁阀、VTC电机、VANOS（可变气门机构）电磁阀、高压油泵、前后氧传感器，故障依旧存在。检测触媒，目测正常。测量进、排气密封性均正常，如图20~图22所示）。
测量相关传感器线束，未发现异常。会不会是气门室盖罩内部漏导致混合器不正常，最后导致燃烧不好熄火呢？决定更换气门室盖罩，拆下气门室盖罩，顺便检查正时及缸盖。检查发动机正时，缸盖处的各个部件均未发现异常，更换气门室盖罩，试车故障依旧。
维修排查到此地步，已经把有关喷油、点火、进气、排气系统都已经排查了一遍，还是没有找到故障点。
重新整理维修步骤和故障码及故障现象，是否忽略了什么细节。还有一个故障现象是发电机有节奏的“叽叽”异响。会不会发电机干扰到发动机的运行，断开发动机皮带进行测试故障依旧。此时开始怀疑DME内部程序紊乱出错，对车辆进行全车编程故障依旧。
还有一个故障码被忽略了（0x030E00 动力管理：在最初200km内蓄电池深度放电或电池电量低于30%）。蓄电池故障也会影响车辆发动机运行平稳性，于是与试驾车对换了蓄电池，故障还是依旧。此时，怀疑DME内部问题导致这一故障，申请更换DME。为了确保查漏了，重新又检查了一遍之前检查的所有故障点，检查结果为正常。更换DME试车后，故障依旧。
此时，已经山穷水尽，重新整理维修思路方法。使用缸压表测量发动机缸压，为正常。说明发动机气门和活塞环密封良好。
使用IMIB组合气缸压力测试工具，测量发动机怠速和2000r/min时的气缸压力，显示在怠速状态下气缸压力峰值不稳定，如表1所示。
重新整理思路，现在大概率地怀疑发动机内部有问题，毕竟分解发动机是大工程，决定拔掉VTC电机插头与正常车辆对比，发动机怠速与2000r/min时缸压波形结果无明显差别，如表2、图23所示。
从气缸压力波形测量得出结论：
发动机内部机械部件（推杆、液压挺杆、摇臂）是没问题的，排除了发动机内部机械故障，开始检查发动机外围负载因素。
车辆存有蓄电池故障，首先检查蓄电池和发电机。蓄电池已经对换过了，发电机皮带断开隔离过了，均未排除故障。
使用INPA（宝马工程师软件）读取发电机的电压约为11.6~12.5V之间剧烈变化， 而目标的电压为1 5 . 1 V 。发动机的扭矩也在约19~207N·m之间剧烈变化。
使用宝马专家程序读取发电机目标电压为1 5 V ， 实际电压为1 1 . 5 6 ~ 1 2 . 6 6 V。发动机扭矩数据在-32.5~15.5N·m之间剧烈变化，如图24所示。
IBS（即智能型蓄电池传感器）时刻监测蓄电池的下列数值：端电压、充电电流、放电电流、蓄电池温度。即使断开皮带，IBS进行监控，蓄电池状态不正常，一样会影响发动机扭矩输出，影响发动机转速平稳性。
于是，断开IBS插头试试，故障依旧。插上IBS插头，断开发电机LIN插头进行测试，启动30s后发动机工作就进入正常状态。多次启动试车，现象均是如此。测量发电机与DME之间线束正常。判断为发电机故障，不能调节的发电阻力拖阻发动输出。
使用INPA和专家程序读取发电机数据，发现发电机发出电量不足。
判断发电机内部损坏，拖阻发动机，DME识别到发动机转速及输出扭矩与D M E 预设定值不相符， 于是，DME调节喷油、点火、进气等相关部件，导致发动机抖动。因此，ISTA诊断存有故障码“0x030E00 动力管理：在最初200km内电池深度放电或电池电量低于30%”。
故障排除：发电机损坏，更换发电机。多次试车确认故障已经排除，后回访客户车辆使用正常。
故障总结：为什么断开发电机皮带和断开发电机插头不一样？断开发电机皮带时，蓄电池还是存在故障的，IBS动力管理的系统功能依然监控蓄电池充电状态、启动能力极限、蓄电池状态。此时检测的蓄电池状态是损坏的，所以依旧无法进入正常工作。断开发电机LIN插头后，车辆能正常发电，但是进入应急模式，不进行主动调节，所以会进入正常状态，如图25所示。
很多故障都是由于外界影响系统本身，当本身检查无任何问题时，记录相关数据，进行扩大范围，寻找可能会有干扰的系统进行一步一步排查。不要被故障码绕进去。
这是一个使用IMIB与缸压测量表组合工具排除发动机内部机械故障的案例。使用IMIB与缸压测量工具的组合工具测量发动机动态气缸压力波形，可以快速排查发动机内部因素，大大节省故障排查的时间。
后记：我是用宝马的IMIB测量做波形记录，因为里面内置了10000kPa（100bar）压力传感器，其他人可以用空调压力传感器代替。具体做法：空调压力传感器有3根线，5V供电、接地、信号线，我们通过手机充电器给空调压力传感器供电，用示波器测量信号线电压波形可以完美读取气缸压力波形，再找该空调压力对应的电压值可换算准确压力，这个是最省钱最通用的动态气缸压力波形检测方案。