故障现象
一辆2012款大众途观车，搭载CAWA发动机，累计行驶里程约为14万km。该车因怠速抖动、行驶中加速无力及发动机故障灯异常点亮的故障现象在其他修理厂进行维修，维修人员用故障检测仪检测，读得的故障信息为气缸4失火，由此判断该车故障为单缸失火故障，为此调换过点火线圈，并更换了气缸4的火花塞和喷油器，但故障依旧；维修人员用气缸压力表测量气缸4的气缸压力，约为9bar（1 bar=100 kPa），比其他气缸的气缸压力低约1bar，但仍在正常范围。诊断至此，维修人员没有了诊断思路，于是向笔者请求技术支援。
故障诊断
笔者赶到现场后试车，发动机处于怠速工况时，坐在车内能感觉到车辆轻微振动，将手放在发动机上，感觉有点抖动，但不像某个气缸完全失火引起的抖动那样明显。用故障检测仪读取发动机数据流中的发动机失火数据（图1），发现气缸4的失火次数（记录每1000转内的失火次数）有时为0次，有时连续上涨。将手放在排气管尾喉处，感觉排气不是均匀连续的，而是随着发动机抖动一股一股地涌出来。综合分析以上现象，初步判断气缸4的做功功率下降。
发动机正常工作的4大要素为良好的气缸压缩、充足的点火能量、合适的空燃比及正确的点火正时和喷油正时。由于该车是单缸失火故障，“正确的点火正时和喷油正时”存在问题的可能性不大，且已更换过喷油器，“合适的空燃比”存在问题的可能性也不大，于是决定先重点检查“充足的点火能量”和“良好的气缸压 缩”这两个要素。
此车采用独立点火线圈，最简便的测量方式是使用 COP（Coil on plug，点火线圈顶置在火花塞上）探头，它通过电磁感应的原理，可以免拆测量点火线圈的次级点火波形。连接COP探头（图2），测得气缸4点火线圈的次级点火波形如图3所示，图3中2条标尺之间的范围代表燃烧时间，仅为885.7 us，还不到1 ms，对比其他气缸的燃烧时间，接近2 ms，怀疑气缸4点火线圈的绝缘性能下降，高压 电泄漏后导致点火能量不足，使燃烧时间缩短。
对调安装气缸1和气缸4的点火线圈后试车，异常的点火波形随之转移到气缸1上，这说明气缸4的点火线圈确实存在故障。更换点火线圈后试车，点火波形恢复正常，但气缸4仍然存在失火现象，故障并未排除，需要继续检查。
考虑到气缸压力表的连接管路中内置了单向阀，所测数值为累计气缸压力，不能精确反映气缸的机械状态，于是笔者决定使用pico示波器的压力传感器（WPS500）重新测量各气缸的压力。
首先测量起动时的气缸压力（即起 动机带动发动机运转时的气缸压力），脱开进气歧管下方的喷油器导线连接器，拆下4个缸的火花塞，连接压力传感器（图4），依次测量气缸1~气缸4的气缸压力（图5），具体测量结果见表1所列。由表1可知，气缸4压缩行程的压力比其他气缸低约1.5 bar，做功行程末端的真空度比其他气缸高约100 mbar（1 mbar=100 Pa）。
放大气缸4的压力波形（图6），图6中波峰对应的是压缩上止点，2个压缩上止点之间的曲轴转角为720°，用角度尺将其等分为4份，分别对应发动机的4个行程。
做功行程末段对应最低压力，约为-430 mbar，并且红色箭头所指的上升斜坡和绿色箭头所指下降斜坡不对称（下降斜坡更陡），可能是气缸密封不严，导致压缩行程时漏气，做功行程时气压加速下降。
为进一步分析故障，笔者又测量了发动机怠速时气缸4的气缸压力（图7），这样可以看到气门打开和关闭的角度。由图7可知，排气门打开时刻（红色箭头所指位置） 的曲轴转角约为做功行程下止点前33°，进气门关闭时刻 （绿色箭头所指位置）的曲轴转角约为进气行程下止点 后60°。测量气缸1的气缸压力，对比发现，气缸1的排气门打开时刻和进气门关闭时刻与气缸4的一致，由于气缸 1工作正常，说明气缸4的凸轮、液压挺柱及摇臂等气门传动组部件工作正常。将压力传感器连接至机油尺导管处，测量发动机怠速时的曲轴箱脉动压力（图8），发现曲轴箱脉动压力均匀一致，说明各气缸的活塞与气缸壁之间没有明显磨损。
综合分析以上测量结果，可以得出以下结论。
（1）气缸4的气缸压力偏低，且做功行程末端真空度偏大，推测气缸4密封不良。
（2）气门打开和关闭的角度正常，说明气门传动组工作正常。
（3）曲轴箱脉动压力正常，说明各气缸的活塞与气缸壁之间的密封良好。
至此，怀疑气缸4的进气门或排气门关闭不严，存在轻微漏气。这就要用到气缸漏气量测量仪（图9）了，它通过火花塞孔向气缸内充气，根据压力表1和压力表2的差值可判断漏气量，再根据漏气声音的位置可判断泄漏点，例如进气门漏气，可在节气门处听到进气歧管内的漏气声。
气缸漏气量测量仪的具体使用方法如下。
（1）将所要测量的气缸活塞转至压缩上止点。
（2）将适配软管的一端拧入火花塞安装孔，软管另一端连接至气缸漏气量测量仪。
（3）接入气源，旋转调压阀，直至压力表1显示合适的输入压力（最大为7 bar）。
（4）观察压力表1和压力表2的差值，计算漏气量，例如压力表1读数为100 psi（1 pis=6.895 kPa），压力表2读数为90 psi，则漏气量为10%，一般10%以内的漏气量视为正常。
（5）用漏斗（起放大作用，听得更清楚）分别在不同位置听漏气声，分析漏气点。
经反复多次测量，发现向气缸4内充气时，从气缸3火花塞孔向外漏气，也就是说此时气缸4和气缸3窜气 了。这是为什么呢？当气缸4的活塞位于压缩上止点时，气缸1~气缸4的活塞和气门状态如图10所示，此时气缸3的活塞位于做功下止点，排气门处于打开状态（排气门提前打开）。假设气缸4排气门关闭不严，气体就能通过打开的气缸3排气门进入气缸内。装复气缸3的火花塞，不让气体从气缸3泄漏，然后拆下前氧传感器，在前氧传感器安装孔处能清晰地听到漏气声，这说明气缸4的排气门确实关闭不严。
拆检发动机，发现气缸4的排气门座圈上有两处发黑（图11），推断排气门在关闭后与发黑的位置接触不实。将气缸4的排气门装在其他气缸上，发现可以关严；将正常的排气门装在气缸4上，依然关闭不严，说明故障点是气缸4的排气门座圈。为何气缸4的排气门座圈会磨损不均匀呢？进一步检查发现，对应的气门导管的间隙过大。
故障排除
更换气缸盖总成和气缸4的点火线圈后试车，发动机运行恢复正常，故障排除。
故障总结
（1）当气缸4活塞位于压缩上止点时，气 缸1的活塞位于排气上止点，此时气缸1的排气门也是打开的，那为何在气缸1内听不到漏气声呢？笔者认为这和排气支管的结构布局有关，假如装上气缸3的火花塞，并从三元催化转化器处完全堵住排气管，应该就能在气缸1内听到漏气声了。
（2）点火线圈次级点火波形的含义如图12所示。
（3）造成气缸压力低的原因有很多种，例如正时偏差；配气机构的气门传动组故障，如凸轮桃尖磨损、摇臂 滚子轴承松旷等，造成进气量不足、气缸密封不良、连杆弯曲等。用气缸压力表测量的累计气缸压力偏低，只能说明发动机机械部分可能有故障，并不能说明气缸密封不良。
