蘇慶列
(福建船政交通職業(yè)學(xué)院,福建 福州 350007)
汽車作為現(xiàn)代人出行最便捷的交通工具,與人們出行生活越來越密切,隨著科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)達(dá),環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格,汽車小排量發(fā)動機(jī)越來越普及,為了在減少排放的同時保證汽車的動力性,系統(tǒng)優(yōu)化的多樣性、控制模塊的智能化,電子控制系統(tǒng)在汽車上占據(jù)越來越重要的位置,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多樣化給汽車性能帶來巨大改變的同時也帶來了故障的復(fù)雜化。由機(jī)械故障逐漸轉(zhuǎn)化為電控系統(tǒng)故障,機(jī)械故障與電控故障之間相互關(guān)系越來越密切,從而也增加了故障檢修的難度,對維修設(shè)備的科學(xué)技術(shù)含量越來越高,對汽車維修技師的專業(yè)技術(shù)要求也越來越高。
發(fā)動機(jī)加速無力是汽車使用過程中較常見的故障,造成發(fā)動機(jī)加速無力的原因主要有制動系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)等系統(tǒng)故障,其涉及范圍廣,維修難度大。本文以科魯茲1.6 L排量LDE型發(fā)動機(jī)為例,對發(fā)動機(jī)加速無力故障案例進(jìn)行綜合分析[1]。
2013款1.6 L排量科魯茲,行駛里程42057公里,冷車啟動時聲音較大,伴有“噠噠”敲擊聲,發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)抖動較大,車輛行駛時加速無力、爬坡無力。在怠速時輕踩油門轉(zhuǎn)速不能維持在2000 rpm左右,直接從1500 rpm瞬間升到3000 rpm,發(fā)動機(jī)儀表故障指示燈亮。咨詢車主得知車輛2個月前因發(fā)動機(jī)高溫缺水大修過,而大修過后發(fā)動機(jī)水溫依然偏高。
汽車加速無力,爬坡行駛緩慢的現(xiàn)象,不能直接歸罪于發(fā)動機(jī)故障,也有可能傳動系統(tǒng)打滑和制動系統(tǒng)卡滯等原因[2],可通過試車來判斷是發(fā)動機(jī)故障還是其他系統(tǒng)故障,具體維修思路如圖1所示。
圖1 發(fā)動機(jī)加速無力故障檢修流程圖
根據(jù)車主描述和試車結(jié)果,考慮發(fā)動機(jī)有敲擊聲、有抖動,且有發(fā)動機(jī)大修記錄,讀取故障碼,故障顯示P0011進(jìn)氣凸輪軸性能故障,初步判斷為發(fā)動機(jī)故障。充分利用客戶描述信息和診斷提示,按照從簡到繁、從內(nèi)到外的診斷思路,首先檢查油路故障和機(jī)械故障,消除發(fā)動機(jī)敲擊聲;其次排查點(diǎn)火正時系統(tǒng)故障[3]。分析故障原因并制定排查思路如下:
1)發(fā)動機(jī)機(jī)油過臟堵塞油道,導(dǎo)致泄壓閥打開或機(jī)油濾清器中的旁通閥打開,從而導(dǎo)致油路油壓過低,影響動力。
2)油道單向閥損壞導(dǎo)致機(jī)油回流,不能保持發(fā)動機(jī)正常工作油壓,造成發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)異響。
3)機(jī)油流量節(jié)流閥損壞造成機(jī)油進(jìn)入發(fā)動機(jī)缸蓋,導(dǎo)致機(jī)油量不均衡,影響發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
4)VVT系統(tǒng)故障,VVT系統(tǒng)中的機(jī)油控制閥損壞、滑閥卡滯,影響機(jī)油流向及流量大小,造成配氣相位混亂,動力下降。
5)相位器本身故障,不能處理機(jī)油控制閥傳輸過來的信號,與ECU信號發(fā)生沖突,不能根據(jù)發(fā)動機(jī)實(shí)時工況調(diào)整凸輪軸的正時角度,進(jìn)而影響氣門開閉的時間和進(jìn)排氣量。
機(jī)油油路是保證發(fā)動機(jī)正常工作的一個非常重要的系統(tǒng),機(jī)油油路是由油底殼、機(jī)油濾網(wǎng)、機(jī)油泵、機(jī)油泄壓閥、機(jī)油濾清器、機(jī)油冷卻器、機(jī)油壓力開關(guān)、發(fā)動機(jī)缸體及缸蓋中的油道組成的一個機(jī)油循環(huán)系統(tǒng)[4]如圖2所示。當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動,機(jī)油泵工作開始泵油,機(jī)油從油底殼經(jīng)過機(jī)油濾網(wǎng),初步過濾機(jī)油中較大的雜質(zhì)后進(jìn)入機(jī)油泵進(jìn)行加壓,通過側(cè)缸蓋機(jī)油道流到機(jī)油濾清器中,當(dāng)機(jī)油油路堵塞時,油道當(dāng)中的泄壓閥打開,機(jī)油流回油底殼中,機(jī)油泄壓閥被卡在打開位置時機(jī)油壓力減小,造成機(jī)油無法良好潤滑發(fā)動機(jī)機(jī)械部件,從而導(dǎo)致機(jī)械磨損。當(dāng)機(jī)油泄壓閥被卡在關(guān)閉位置時,機(jī)油油道堵塞造成機(jī)油壓力過高,損壞發(fā)動機(jī)密封圈,導(dǎo)致機(jī)油外泄。經(jīng)過泄壓閥的機(jī)油流向機(jī)油節(jié)溫器,當(dāng)機(jī)油溫度低時直接通過橡膠軟管流到機(jī)油濾清器,機(jī)油溫度過高時節(jié)溫器打開,機(jī)油流到冷卻器中進(jìn)行冷卻,保證機(jī)油在正常的工作溫度,機(jī)油濾清器對機(jī)油進(jìn)行細(xì)過濾,過濾比較小的金屬粉末,機(jī)油濾清器堵塞后機(jī)油壓力增高時,機(jī)油頂開濾清器頂端的泄壓閥,機(jī)油不經(jīng)過濾清器直接進(jìn)入油道。
圖2 LDE發(fā)動機(jī)機(jī)油油路圖
3.1.1單向閥故障排查
機(jī)油單向閥是控制發(fā)動機(jī)機(jī)油流向的一個裝置,控制可變正時機(jī)油油壓,油道內(nèi)經(jīng)過加壓的機(jī)油通過單向閥向上流到VVT閥,保證VVT閥有一個正常工作的油壓,當(dāng)發(fā)動機(jī)停止工作時,單向閥截住機(jī)油回流到油底殼,保證油道內(nèi)具有一定的機(jī)油壓力值,在下一次啟動中時發(fā)動機(jī)更快到達(dá)正常工作油壓。
當(dāng)機(jī)油單向閥出現(xiàn)問題時會造成發(fā)動機(jī)機(jī)油壓力過低,從而導(dǎo)致正時系統(tǒng)異響。拆卸并更換缸體內(nèi)的機(jī)油單向閥,重新啟動發(fā)動機(jī)異響減小,但還存在異響。
3.1.2機(jī)油流量節(jié)流閥故障排查
我廠基夫賽特爐渣含鋅15%、鉛4%及其他有價金屬,必須經(jīng)過煙化爐處理回收這部分有價金屬。[1]同時為了全面回收余熱,將煙化爐與余熱鍋爐設(shè)計成一體[2]。此系統(tǒng)自2012年投入使用后,基本滿足基夫賽特爐生產(chǎn)的要求,但是隨著產(chǎn)能不斷提升,導(dǎo)致煙化爐處理量增加,進(jìn)而引發(fā)鍋爐熱負(fù)荷增加,影響鍋爐的安全運(yùn)行。為滿足安全生產(chǎn)的需要,在2018年對余熱鍋爐進(jìn)行改造
機(jī)油流量節(jié)油閥是安裝在發(fā)動機(jī)缸體與缸蓋連接處的主油道內(nèi),它是由塑料組成的一個空心圓柱體,它的作用是控制主油道內(nèi)機(jī)油流向缸蓋油道的流量。保證充分的機(jī)油對配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行潤滑。由于發(fā)動機(jī)經(jīng)過高溫后,機(jī)油流量節(jié)流閥變形,造成機(jī)油流量不受控制,因此更換了機(jī)油流量節(jié)流閥。
VVT閥是VVT系統(tǒng)中的核心部件之一,也是VVT系統(tǒng)中容易出故障的零部件,LDE型發(fā)動機(jī)采用的是液壓驅(qū)動式VVT系統(tǒng)如圖3所示,VVT系統(tǒng)主要由相位器、機(jī)油控制閥等組成。
LDE型發(fā)動機(jī)搭載的相位器結(jié)構(gòu)為鏈傳動星型轉(zhuǎn)子相位器。鏈輪、定子和隔板共同組成液壓空腔,并被帶有油封的星型轉(zhuǎn)子分割為兩個油腔,分別與凸輪軸和機(jī)油控制閥進(jìn)出油孔相對應(yīng)連接。
相位器中的轉(zhuǎn)子與凸輪軸通過中央螺絲鎖緊在一起,轉(zhuǎn)子與凸輪軸轉(zhuǎn)動速度永遠(yuǎn)是相同的。定子與鏈輪定子用螺絲固定在一塊,鏈輪與曲軸的轉(zhuǎn)動速率是同步的。轉(zhuǎn)子相對于定子有相對轉(zhuǎn)動的時候,凸輪軸也就相對于曲軸有了正時提前或滯后。
圖3 VVT系統(tǒng)油路
機(jī)油控制閥是比例閥,閥芯的移動位置與發(fā)動機(jī)ECU電腦板向機(jī)油控制閥線圈提供的PWM占空比大小成正比。占空比逐漸加大時,線圈電磁力也逐漸加大,鐵芯總成在螺線管中移動,并克服彈簧推動閥芯前移,當(dāng)占空比信號減小時,電磁力也逐漸減小,閥芯在彈簧力的作用下逐漸回位。閥芯在移動過程中,與閥套配合實(shí)現(xiàn)油路的切換,從而控制流入/流出相位器油腔的機(jī)油流量。
VVT系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對凸輪軸正時的實(shí)時調(diào)節(jié)和控制的,具有響應(yīng)迅速、控制精準(zhǔn)、控制穩(wěn)定三大特點(diǎn)。發(fā)動機(jī)ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動機(jī)冷卻液溫度傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、空氣流量傳感器等傳感器傳輸過來的電信號進(jìn)行計算,得出發(fā)動機(jī)在各工況下所需氣門正時角。同時,發(fā)動機(jī)ECU根據(jù)曲軸位置傳感器與凸輪軸位置傳感器實(shí)時傳來的反饋信號計算得出凸輪軸的實(shí)際位置。ECU將目標(biāo)位置與實(shí)際位置進(jìn)行對比,根據(jù)ECU內(nèi)的工況信號,向機(jī)油控制閥發(fā)出動作信號,改變控制閥中閥芯的位置,從而改變油道中機(jī)油流動方向與流量的大小,把提前、滯后、保持不變的信號通過油壓的方式反饋給VVT相位器空腔內(nèi),實(shí)現(xiàn)相位器內(nèi)部定子與外部轉(zhuǎn)子間的相對轉(zhuǎn)動,來調(diào)節(jié)凸輪軸的正時角度,從而達(dá)到調(diào)整進(jìn)排氣的多少與氣門開閉的時間,進(jìn)而提升發(fā)動機(jī)的性能和動力輸出。
3.2.1機(jī)油控制閥故障排查
啟動發(fā)動機(jī)記錄此時發(fā)動機(jī)的響聲,給機(jī)油控制閥外接12V電源,發(fā)動機(jī)聲音瞬間減小但還有一點(diǎn)異響,證明機(jī)油控制閥卡滯,需要更換。打開氣門室罩蓋檢查正時氣門記號相位器與氣門位置,發(fā)現(xiàn)位置有偏移,相位器內(nèi)部有問題,拆卸機(jī)油控制閥并更換。
凸輪軸位置傳感器又稱為氣缸識別傳感器如圖4所示,主要的作用是采集配氣凸輪軸的位置信號,并將信號傳輸給發(fā)動機(jī)ECU,讓ECU精準(zhǔn)地識別氣缸的第一缸壓縮上止點(diǎn),從而按照順序進(jìn)行噴油控制、點(diǎn)火時刻控制與爆燃控制。
圖4 凸輪軸位置傳感器
拆下進(jìn)排氣凸輪軸位置傳感器進(jìn)行互換測試,發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣凸輪軸位置傳感器故障變?yōu)榕艢馔馆嗇S位置傳感器故障,得出進(jìn)氣凸輪軸位置傳感器故障,更換進(jìn)氣凸輪軸位置傳感器后進(jìn)行試車,發(fā)動機(jī)異響消除,但車輛依然存在加速無力。儀表故障燈依然亮,解碼器讀出P0011凸輪軸系統(tǒng)性能故障。
3.2.3點(diǎn)火正時故障排查
汽車正時是啟動發(fā)動機(jī)使發(fā)動機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的重要部件,控制著發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的開閉和曲軸與凸輪軸的相對位置。
正時點(diǎn)火過早:會導(dǎo)致怠速不穩(wěn)及發(fā)動機(jī)抖動,啟動發(fā)動機(jī)時,起動馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)吃力,有明顯的頓挫感,啟動過后油門加速緩慢,急踩油門有急促的敲缸聲。發(fā)動機(jī)動力嚴(yán)重不足,不能達(dá)到高速行駛要求。
正時點(diǎn)火輕微過早:怠速時無明顯抖動,發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速略高,溫柔駕駛無明顯不良駕駛感受,駕駛后段加速緩慢,高速行駛影響發(fā)動機(jī)壽命。
正時點(diǎn)火過遲:啟動困難,發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)無力,動力不足,怠速不穩(wěn),低速行駛?cè)菀紫ɑ?轉(zhuǎn)速維持在高速時,發(fā)動機(jī)水溫偏高,油耗增大,發(fā)動機(jī)響聲發(fā)悶。
正時提前或是過遲都會影響發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),影響發(fā)動機(jī)動力,嚴(yán)重的甚至?xí)p壞發(fā)動機(jī)[5]。
經(jīng)過前期機(jī)械部分維修和換件,發(fā)動機(jī)異響有所減緩,但P0011故障依然反復(fù)出現(xiàn)。重新理清思路認(rèn)真分析認(rèn)為,發(fā)動機(jī)加速無力由發(fā)動機(jī)正時不正確而造成的,打開氣門室罩蓋用專用正時調(diào)整工具調(diào)整正時,全部安裝完畢啟動發(fā)動機(jī),故障燈不亮,輕踩油門反應(yīng)迅速,再次進(jìn)行路試,發(fā)動機(jī)加速有力,爬坡有勁。回來怠速時故障燈再次亮起,讀取故障碼P0011進(jìn)氣凸輪軸系統(tǒng)性能故障消失,但出現(xiàn)了新的故障碼P0016進(jìn)氣凸輪軸位置不合理。
再次用正時調(diào)整專用工具檢測正時位置時發(fā)現(xiàn),進(jìn)氣凸輪軸位置不正確,調(diào)整好正時,進(jìn)行路試,15 km后故障燈亮起,又一次檢測正時位置時發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣凸輪軸位置不正確,這時非常疑惑,正時對準(zhǔn)了進(jìn)氣凸輪軸為什么會不斷改變,經(jīng)過多次調(diào)整及網(wǎng)上故障案列分析,得知該款發(fā)動機(jī)正時非常難對準(zhǔn),大膽分析,認(rèn)為正時位置錯誤是由正時調(diào)整工具加工產(chǎn)生的誤差及該車短期內(nèi)經(jīng)歷2次高溫缺水,發(fā)動機(jī)局部有輕微變形所導(dǎo)致的正時移位,用量缸表測每個氣缸上止點(diǎn)時正時位置,發(fā)現(xiàn)一缸在上止點(diǎn)時正時工具不能卡到進(jìn)排氣齒輪,將上止點(diǎn)延遲5°時正時工具才能進(jìn)去,再次裝車路試,故障燈又亮起,確定了故障與正時有關(guān),而正時與進(jìn)氣凸輪軸一缸上止點(diǎn)延遲5°有關(guān),找來同款發(fā)動機(jī)的別克英朗進(jìn)行正時檢測,發(fā)現(xiàn)正時沒有延遲5°。進(jìn)行仔細(xì)分析,決定不用正時調(diào)整專用工具進(jìn)行調(diào)整,改用手工進(jìn)行匹配,數(shù)出齒輪齒數(shù)為23齒計算得出曲軸為15.65°/齒,曲軸轉(zhuǎn)兩圈而凸輪軸轉(zhuǎn)一圈得出15.65*2=31.3°,凸輪軸每齒為31.3°,用畫規(guī)在紙上畫出一個能放入皮帶盤的圓,標(biāo)注上進(jìn)氣門打開、進(jìn)氣門關(guān)閉、排氣門打開和排氣門關(guān)閉時所在的位置,在其中標(biāo)注10°每等分的格子如圖5所示。
圖5 發(fā)動機(jī)正時記號
緩慢轉(zhuǎn)動曲軸,注意觀察氣門頂杯聲響,測出每個氣門打開及關(guān)閉時的度數(shù),將所測得的數(shù)據(jù)記錄并進(jìn)行對比分析,選出均衡的氣門開閉角進(jìn)行正時調(diào)整,啟動發(fā)動機(jī),用解碼器讀取發(fā)動機(jī)怠速及2000轉(zhuǎn)時的進(jìn)排氣指令,分析當(dāng)中相互關(guān)系,再次用上述方法將凸輪軸與正時相匹配,直到最佳配合位置,啟動發(fā)動機(jī)故障燈熄滅,怠速時輕踩油門,發(fā)動機(jī)反應(yīng)迅速,進(jìn)行路試,發(fā)動機(jī)加速有力、上坡有勁,多次路試后故障燈沒有再亮起,進(jìn)行交車前檢查,沒有問題后把車交給客戶。
根據(jù)客戶對故障現(xiàn)象的描述和試車檢驗(yàn),獲取盡可能完整的故障信息,對故障原因分析及故障點(diǎn)的檢測,形成維修思路,按照由簡到難、由表及里等排查方法,借助機(jī)油壓力表排除發(fā)動機(jī)聲音過大,是機(jī)油壓力不足造成從而間接排除了機(jī)油泵故障,通過進(jìn)排氣電磁閥互換排除電池閥故障,通過萬用表及解碼器讀出數(shù)據(jù)排除電池閥電路故障,從而得出發(fā)動機(jī)聲音過大是由機(jī)油油道單向閥故障造成的,更換機(jī)油油道單向閥就可解決發(fā)動機(jī)聲音過大的問題。而發(fā)動機(jī)出現(xiàn)“噠噠”聲,聲音隨轉(zhuǎn)速加快而增大,及之前其他故障排除結(jié)果可以判斷是由于配氣機(jī)構(gòu)出現(xiàn)的問題,從配氣機(jī)構(gòu)逐步檢查跟排除,可得知是由于氣門頂杯磨損造成的氣門間隙過大發(fā)出的聲音。而該車的難點(diǎn)在于故障碼P0011凸輪軸系統(tǒng)性能故障,故障碼范圍廣泛,所牽扯到的東西比較多,涉及的傳感器、電路及機(jī)械故障比較多,需要仔細(xì)耐心的排查。