河南鄭州中鑫之寶汽車銷售有限公司 任賀新

故障現(xiàn)象一輛2013款寶馬525Li車（車型代號為F18），搭載N20發(fā)動機，累計行駛里程約為13萬km。該車在行駛中出現(xiàn)“托底”現(xiàn)象，導(dǎo)致油底殼被撞破，由于客戶沒有及時察覺，仍繼續(xù)駕駛，直至發(fā)動機自動熄火。維修人員更換油底殼后試車，發(fā)動機無法起動著機；測量1缸～4缸的氣缸壓力，均沒有壓力，懷疑正時鏈條跳齒或發(fā)動機內(nèi)部存在機械損傷。拆解發(fā)動機（只是拆解了氣缸體，并沒有拆解氣缸蓋），氣缸內(nèi)部沒有明顯磨損，僅進氣凸輪軸與正時標(biāo)記偏差較大，裝復(fù)后試車，發(fā)動機仍無法起動著機。測量氣缸壓力，正常；用專用工具校對發(fā)動機正時，正常。隨后維修人員嘗試替換了發(fā)動機相關(guān)附件，如點火線圈、火花塞、噴油器等，但故障仍無法排除。至此，維修人員沒有了檢測思路，于是向筆者請求支援。

故障診斷用故障檢測儀（ISTA）檢測，發(fā)動機控制單元內(nèi)無故障代碼存儲。起動發(fā)動機，起動機運轉(zhuǎn)有力，發(fā)動機有著車跡象，且起動時排氣管冒黑煙，懷疑混合氣過濃。引起發(fā)動機在起動工況時混合氣過濃的常見原因有：燃油過多，包括高壓泵滲漏燃油至曲軸箱、噴油器滲漏等；發(fā)動機冷卻液溫度信號異常；進氣量不足，如配氣正時錯誤、排氣不暢、進氣門行程小等。

首先讀取發(fā)動機數(shù)據(jù)流，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機冷卻液溫度信號與實際溫度相符；讀取燃油壓力信號，接通點火開關(guān)，觀察10 min，燃油壓力沒有明顯降低，初步排除噴油器滲漏的可能。打開發(fā)動機機油加注口蓋，沒有聞到明顯的燃油味，初步排除高壓泵滲漏的可能，懷疑故障點為進氣量不足。

據(jù)之前的維修人員反映，該車4個氣缸的氣缸壓力均為9 bar（1 bar=100 kPa）左右，他認為這個氣缸壓力基本正常。氣缸壓力表的連接管路中帶單向閥，測量結(jié)果為累積壓力，并不是氣缸內(nèi)的實際壓力，于是筆者決定用壓力傳感器測量起動時的氣缸壓力。

圖1 故障車起動時1缸的氣缸壓力波形（截屏）

由圖1可知，起動時1缸的氣缸壓力約為7.4 bar（一般為12 bar以上），明顯偏低；由于排氣門要提前開啟，做功行程中氣缸壓力的轉(zhuǎn)折點就是排氣門開啟時刻（EVO），用標(biāo)尺測量角度，排氣門開啟時刻的角度為做功行程下止點前44°（此角度一般為40°～50°）左右，正常；由于進氣門要延遲關(guān)閉，壓縮行程中氣缸壓力轉(zhuǎn)折點就是進氣門關(guān)閉時刻（IVC），用標(biāo)尺測量角度，進氣門關(guān)閉時刻的角度為進氣行程下止點后74°（此角度一般為50°～60°）左右，偏大；另外，進氣行程的真空帶偏大。由于進氣凸輪軸的凸輪輪廓決定了進氣門開啟的行程，進氣門延遲關(guān)閉就意味著進氣門延遲打開。在進氣行程，活塞向下運行，本來應(yīng)該開啟的進氣門沒有打開，造成氣缸內(nèi)真空度偏大，進氣量不足，氣缸壓力偏低。緊接著依次測量2缸、3缸、4缸的氣缸壓力，其波形均與1缸完全一致。診斷至此，推斷發(fā)動機無法起動是由進氣門延遲打開引起的。

之前的維修人員已反復(fù)用專用工具校對過發(fā)動機配氣正時，難道是校對方法錯誤？帶著疑問拆下發(fā)動機氣門室罩蓋，重新校對發(fā)動機配氣正時，其大致步驟如下。

（1）旋轉(zhuǎn)曲軸至1缸壓縮上止點，將專用工具推入標(biāo)定孔并固定曲軸（圖2）。

（2）進氣凸輪軸和排氣凸輪軸靠近鏈輪處有個雙平面段，在此處用專用工具固定進氣凸輪軸和排氣凸輪軸（圖3）。

圖2 用專用工具固定曲軸

圖3 用專用工具固定凸輪軸

（3）用專用工具固定進氣凸輪軸位置傳感器信號盤和排氣凸輪軸位置傳感器信號盤（圖4）。

經(jīng)校對，專用工具都可以輕松固定到位，并沒有發(fā)現(xiàn)發(fā)動機配氣正時存在什么問題。接著決定對進、排氣門的配合進行動態(tài)觀察，取下專用工具，慢慢轉(zhuǎn)動曲軸直至排氣門完全關(guān)閉，繼續(xù)轉(zhuǎn)動曲軸50°左右，進氣門才開始打開，異常（正常情況下，在排氣門完全關(guān)閉之前，進氣門就開始打開了），說明確實存在進氣門延遲打開的問題。

觀察進、排氣凸輪軸，各部件均沒有安裝錯誤，懷疑凸輪軸自身發(fā)生了扭轉(zhuǎn)變形。查看維修資料，得知N20發(fā)動機采用復(fù)合式凸輪軸（圖5），所有部件都是熱壓到軸管上的，懷疑進氣VANOS調(diào)節(jié)單元法蘭相對軸管發(fā)生了扭轉(zhuǎn)。

圖4 用專用工具固定凸輪軸位置傳感器信號盤

圖5 復(fù)合式進、排氣凸輪軸的結(jié)構(gòu)

找來同款車的凸輪軸配件做對比，如圖6所示，當(dāng)進氣凸輪軸的二維碼標(biāo)識朝上時，故障車的1缸凸輪桃尖向左上方傾斜，而配件的1缸凸輪桃尖向右上方傾斜，說明故障車的進氣凸輪軸逆時針扭轉(zhuǎn)了（順時針方向為提前，逆時針方向為延遲）。 進一步拆檢發(fā)現(xiàn)，進氣凸輪軸軸瓦已拉傷，決定更換氣缸蓋總成。

故障排除更換氣缸蓋總成后試車，發(fā)動機能夠正常起動著機，且運轉(zhuǎn)正常。測量起動時1缸的氣缸壓力波形，由圖7可知，氣缸壓力約為12.4 bar，進氣門關(guān)閉時刻的角度為進氣行程下止點后38.36°，且進氣行程的真空帶明顯變小。診斷至此，故障徹底排除。

圖6 故障進氣凸輪軸與正常進氣凸輪軸的對比

圖7 正常車起動時1缸的氣缸壓力波形（截屏）