奧星越秀汽車(chē)職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校 任賀新

任賀新，汽車(chē)免拆診斷技術(shù)專家，現(xiàn)任奧星越秀汽車(chē)職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校高級(jí)培訓(xùn)講師，曾任奧迪4S店及中鑫之寶技術(shù)經(jīng)理；2013年通過(guò)一汽-大眾技術(shù)培訓(xùn)師認(rèn)證；2013年獲得奧迪十佳技術(shù)培訓(xùn)師榮譽(yù)稱號(hào)；2017年被聘為第三屆汽車(chē)診斷師大賽星至寶賽區(qū)專家評(píng)委。

故障現(xiàn)象 一輛2010款?yuàn)W迪A6L車(chē)，搭載CCE發(fā)動(dòng)機(jī)，累計(jì)行駛里程約為20萬(wàn)km。該車(chē)在其他維修廠大修發(fā)動(dòng)機(jī)后，在著車(chē)磨合過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈異常點(diǎn)亮，偶爾伴隨有起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)和發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)的現(xiàn)象。用故障檢測(cè)儀檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中存儲(chǔ)有凸輪軸位置與曲軸位置分配不正確的故障代碼，接著維修人員做了以下檢測(cè)及部件調(diào)換，但故障依舊，于是請(qǐng)求筆者進(jìn)行技術(shù)支持。

（1）按照維修手冊(cè)的步驟，用正時(shí)工具檢查凸輪軸和曲軸的相對(duì)位置。

（2）對(duì)調(diào)了氣缸列1和氣缸列2的VVT（可變凸輪軸正時(shí)）電磁閥、VVT鏈輪及凸輪軸位置傳感器。

（3）大修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)氣缸列2的凸輪軸軸瓦輕微磨損，擔(dān)心此處泄壓引起機(jī)油壓力不足，導(dǎo)致凸輪軸鏈輪調(diào)節(jié)異常。剛好店內(nèi)還有一臺(tái)正在大修的同款發(fā)動(dòng)機(jī)，于是替換了氣缸列2的凸輪軸安裝支架。

（4）測(cè)量機(jī)油壓力，在正常范圍。

（5）更換機(jī)油泵。

（6）檢查進(jìn)氣和排氣側(cè)VVT電磁閥導(dǎo)線連接器，沒(méi)有插反。

故障診斷 接車(chē)后試車(chē)，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，起動(dòng)時(shí)間偏長(zhǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。用故障檢測(cè)儀檢測(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中存儲(chǔ)有故障代碼“P0019 氣缸列2，凸輪軸位置/曲軸位置傳感器 分配不正確 主動(dòng)的/靜態(tài)的”（圖1）。查詢OBD（車(chē)載診斷）標(biāo)準(zhǔn)故障代碼，得知P0019指向氣缸列2的排氣凸輪軸。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中存儲(chǔ)的故障代碼（截屏）

該車(chē)倒換的部件較多，常見(jiàn)的故障點(diǎn)都已做過(guò)排查，決定用pico示波器測(cè)量凸輪軸位置傳感器和曲軸位置傳感器信號(hào)，對(duì)比氣缸列1和氣缸列2的正時(shí)波形。pico示波器可以呈現(xiàn)出發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元“看到”的內(nèi)容，讓維修人員能夠從發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的視角分析故障。

圖2所示為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)氣缸列1的正時(shí)波形（局部放大視角），圖3所示為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)氣缸列2的正時(shí)波形（局部放大視角），對(duì)比可知，以凸輪軸靶輪第2寬齒的上升沿相對(duì)于曲軸靶輪缺齒位置的角度來(lái)看，兩側(cè)進(jìn)氣凸輪軸相對(duì)曲軸的位置基本一致，相差約4°（20°-16°=4°）曲軸轉(zhuǎn)角；而兩側(cè)排氣凸輪軸相對(duì)曲軸的位置差別較大，相差約37°（63°-26°=37°）曲軸轉(zhuǎn)角，這與故障代碼P0019相符，說(shuō)明氣缸列2排氣凸輪軸的位置信號(hào)確實(shí)異常。

圖2 故障車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)氣缸列1的正時(shí)波形（截屏）

圖3 故障車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)氣缸列2的正時(shí)波形（截屏）

這里介紹一下分析正時(shí)波形的基礎(chǔ)知識(shí)?？s放故障車(chē)氣缸列2的正時(shí)波形（圖4），分析可知，該車(chē)曲軸位置傳感器為磁電式傳感器，電壓信號(hào)為正弦波形式的交流電；曲軸靶輪是“58+2”結(jié)構(gòu)，即58個(gè)齒加上2個(gè)缺齒；曲軸旋轉(zhuǎn)1圈為360°，可計(jì)算出每個(gè)齒對(duì)應(yīng)6°（360°÷60=6°）曲軸轉(zhuǎn)角。凸輪軸位置傳感器為霍爾式傳感器，電壓信號(hào)為5 V或0 V；靶輪上有4個(gè)齒，包括2個(gè)窄齒和2個(gè)寬齒。圖4中2條虛線之間的距離表示曲軸旋轉(zhuǎn)2圈，即720°曲軸轉(zhuǎn)角，正好對(duì)應(yīng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)1圈。

圖4 縮放后氣缸列2的正時(shí)波形（截屏）

之前的維修人員已反復(fù)檢查過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械正時(shí)，怎么沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氣缸列2排氣凸輪軸的位置錯(cuò)誤呢？帶著疑問(wèn)，筆者拆下了兩側(cè)的氣缸蓋罩，然后用正時(shí)工具重新檢查發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械正時(shí)，檢測(cè)結(jié)果符合維修手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)比兩側(cè)排氣凸輪軸靶輪的角度，發(fā)現(xiàn)兩者完全一致。這就奇怪了，為什么正時(shí)波形顯示不一致呢？

進(jìn)一步思考，決定重新測(cè)量凸輪軸位置傳感器的信號(hào)波形。為了簡(jiǎn)化工序，裝回幾顆螺栓固定氣缸蓋罩（以免凸輪軸旋轉(zhuǎn)時(shí)甩出機(jī)油），不安裝點(diǎn)火線圈，利用起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)幾圈，對(duì)比兩側(cè)進(jìn)、排氣凸輪軸位置傳感器的信號(hào)波形，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)進(jìn)、排氣凸輪軸位置傳感器的信號(hào)波形基本重合，說(shuō)明此時(shí)氣缸列2排氣凸輪軸的位置正常。為什么氣缸列2排氣凸輪軸的位置怠速時(shí)不正常，起動(dòng)工況又恢復(fù)正常了？分析認(rèn)為，這可能與VVT系統(tǒng)有關(guān)，由于起動(dòng)工況沒(méi)有建立機(jī)油壓力，因此VVT系統(tǒng)不參與調(diào)節(jié)。

將車(chē)輛復(fù)原，脫開(kāi)兩側(cè)VVT電磁閥導(dǎo)線連接器，不讓VVT系統(tǒng)參與工作。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，用pico示波器記錄整個(gè)過(guò)程中兩側(cè)進(jìn)、排氣凸輪軸位置傳感器的信號(hào)波形（圖5），發(fā)現(xiàn)剛起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，兩側(cè)進(jìn)、排氣凸輪軸位置傳感器的信號(hào)波形基本一致，持續(xù)大約2 s；隨后氣缸列2的排氣凸輪軸開(kāi)始調(diào)整，此時(shí)能看到靶輪齒信號(hào)的寬度發(fā)生變化（波形是電壓隨時(shí)間變化的圖像，靶輪齒信號(hào)的寬度取決于凸輪軸的轉(zhuǎn)速和靶輪齒的實(shí)際寬度），這個(gè)階段也持續(xù)大約2 s；調(diào)整過(guò)程結(jié)束后，氣缸列2的排氣凸輪軸保持在錯(cuò)誤位置。

圖5 故障出現(xiàn)時(shí)的相關(guān)波形（截屏）

已經(jīng)脫開(kāi)了VVT電磁閥導(dǎo)線連接器，為什么排氣凸輪軸還能調(diào)整？懷疑VVT電磁閥卡滯，導(dǎo)致內(nèi)部的機(jī)油回路錯(cuò)誤。決定對(duì)調(diào)氣缸列2的進(jìn)、排氣VVT電磁閥，觀察故障是否轉(zhuǎn)移。在安裝時(shí)發(fā)現(xiàn)VVT電磁閥安裝不到位，閥芯總是露出一段。經(jīng)過(guò)仔細(xì)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)氣缸列1和氣缸列2的凸輪軸支架不一樣（圖6），氣缸列2的凸輪軸支架上有安裝臺(tái)階，而氣缸列1的凸輪軸支架上沒(méi)有安裝臺(tái)階。聯(lián)想到維修人員之前與其他車(chē)上的發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)換過(guò)氣缸列2的凸輪軸支架，立即找來(lái)原車(chē)配件進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)2輛車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸支架和VVT電磁閥都不一樣（圖7）。維修人員只調(diào)換了氣缸列2的凸輪軸支架，VVT電磁閥仍然是原車(chē)配件，以致氣缸列2的凸輪軸支架與VVT電磁閥不匹配。如圖8所示，當(dāng)2輛車(chē)的VVT電磁閥安裝支架處于同一平面時(shí)，閥芯的位置不同，這會(huì)影響VVT系統(tǒng)的控制油路。

圖6 對(duì)比氣缸列1和氣缸列2的凸輪軸支架

圖7 對(duì)比2輛車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸支架和VVT電磁閥

圖8 2輛車(chē)的VVT電磁閥安裝后的區(qū)別

VVT電磁閥是一個(gè)3位4通閥，閥芯在彈簧力和電磁力的作用下有3個(gè)調(diào)節(jié)位置（滯后、提前和保持），用于控制4個(gè)通道（供油孔、回油孔、提前腔和滯后腔）。

（1）如圖9a所示，VVT電磁閥的控制占空比為0%，VVT電磁閥通電電流較小，閥芯位于最右側(cè)，供油孔連通滯后腔，回油孔連通提前腔，轉(zhuǎn)子相對(duì)于鏈輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，處于“滯后“位置。

（2）如圖9b所示，VVT電磁閥的控制占空比為50%，VVT電磁閥通電電流中等，閥芯位于中間，封閉滯后腔和提前腔，轉(zhuǎn)子保持原位置不動(dòng)。如果達(dá)到了最佳的凸輪軸位置，就會(huì)通過(guò)電磁閥使兩側(cè)調(diào)節(jié)腔的機(jī)油量保持不變，從而使凸輪軸保持在相應(yīng)位置。

（3）如圖9c所示，VVT控制電磁閥的控制占空比為100%，VVT電磁閥通電電流較大，閥芯位于最左側(cè)，供油孔連通提前腔，回油孔連通滯后腔，轉(zhuǎn)子相對(duì)于鏈輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，處于“提前“位置。

圖9 VVT電磁閥控制原理

正常情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后，VVT電磁閥斷電，閥芯在彈簧力的作用處于極限位置。為了確保起動(dòng)及怠速時(shí)氣門(mén)重疊角最小，進(jìn)氣凸輪軸處于“延遲”位置，排氣凸輪軸處于“提前”位置。由于氣缸列2的VVT電磁閥和凸輪軸支架的型號(hào)不匹配，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后，VVT鏈輪內(nèi)的機(jī)油緩慢泄壓，在排氣鏈輪內(nèi)彈簧的作用下，排氣鏈輪逐漸恢復(fù)到“提前”位置；起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，機(jī)油壓力迅速建立起來(lái)，排氣鏈輪又被調(diào)節(jié)到“滯后”位置，進(jìn)而引起一系列的故障現(xiàn)象。

故障排除 將氣缸列2的凸輪軸支架換回原車(chē)型號(hào)后試車(chē)，正時(shí)波形恢復(fù)正常，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間試車(chē)，故障現(xiàn)象未再出現(xiàn)，故障排除。

故障總結(jié) （1）根據(jù)維修人員的描述，在調(diào)換凸輪軸支架之前發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元也存儲(chǔ)有凸輪軸位置與曲軸位置分配不正確的故障代碼，這是為什么呢？經(jīng)過(guò)進(jìn)一步與維修人員交流，筆者認(rèn)為，由于是晚上加班修車(chē)，維修人員注意力不集中，把進(jìn)、排氣VVT電磁閥導(dǎo)線連接器（圖10）裝反了，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元存儲(chǔ)凸輪軸位置與曲軸位置分配不正確的故障代碼，接著又沒(méi)有認(rèn)真檢查，就開(kāi)始一系列的倒件過(guò)程。雖然后來(lái)將進(jìn)、排氣VVT電磁閥導(dǎo)線連接器復(fù)原了，但此時(shí)的故障原因已經(jīng)變成了凸輪軸支架型號(hào)不對(duì)。

圖10 進(jìn)、排氣VVT電磁閥導(dǎo)線連接器

（2）驗(yàn)證VVT電磁閥、VVT鏈輪及油道是否正常，可將VVT電磁閥控制端接搭鐵，同時(shí)用pico示波器測(cè)量凸輪軸相對(duì)于曲軸的調(diào)整角度，如果角度沒(méi)變化或變化量太小，說(shuō)明調(diào)整回路工作不正常。

（3）通過(guò)讀取發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流也可以發(fā)現(xiàn)異常。如圖11所示，氣缸列2的排氣凸輪軸相位規(guī)定調(diào)整值為0°，而實(shí)際調(diào)整值為36.75°。

圖11 故障車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流（截屏）