東臺(tái)/沈叔陽(yáng) 王錦旭 莊葳

最近接修一輛他廠轉(zhuǎn)診而來的2006年中華駿捷，配置2.0L 4G63發(fā)動(dòng)機(jī)。故障癥狀為發(fā)動(dòng)機(jī)難啟動(dòng)，阻力大，有反轉(zhuǎn)跡象，放炮。典型的點(diǎn)火提前角過大。拔去空氣流量傳感器車子勉強(qiáng)可以啟動(dòng)，但是有時(shí)還是有放炮現(xiàn)象，工作1min左右還是自動(dòng)熄火，加不了速。

該車為事故車，更換過汽缸蓋、點(diǎn)火線圈、曲軸位置傳感器。懷疑曲軸位置傳感器問題，前后一共更換了3個(gè)，正時(shí)對(duì)了無數(shù)遍，確保沒有問題。

故障已經(jīng)排除到這個(gè)份上，本著不去相信任何人的原則，重新檢查正時(shí)系統(tǒng)，用百分表找到活塞處于1缸上止頂位置時(shí)，確實(shí)所有的記號(hào)正常。發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械正時(shí)完全正常，不再考慮。用示波器檢查曲軸位置傳感器信號(hào)一切正常，HALL方波信號(hào)沒有任何異常。

使用數(shù)顯正時(shí)槍，拔去空氣流量傳感器，著車后檢查點(diǎn)火正時(shí)，不可思議的是在正時(shí)槍上需要調(diào)整到90°時(shí)，記號(hào)才對(duì)正10°。難道該車的點(diǎn)火正時(shí)是100°。常識(shí)告訴我們不可能，因?yàn)樵谖覀兤匠５恼J(rèn)知里點(diǎn)火提前角是不會(huì)這么大的。而且這時(shí)數(shù)據(jù)流里面，點(diǎn)火提前角為15°。

停止該車的維修，轉(zhuǎn)而研究正時(shí)槍的工作原理。正時(shí)槍通過感應(yīng)分缸線上的點(diǎn)火脈沖，驅(qū)動(dòng)正時(shí)燈的閃爍，點(diǎn)一次火閃爍一次，通過檢測(cè)點(diǎn)火脈沖，知道了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，有了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，正時(shí)槍可以簡(jiǎn)單地計(jì)算出1°曲軸轉(zhuǎn)角所用的時(shí)間，你認(rèn)為調(diào)整正時(shí)儀上的度數(shù)，它就推遲或者提前相應(yīng)的時(shí)間去閃燈，當(dāng)記號(hào)相對(duì)時(shí)，所顯示的角度，就是點(diǎn)火提前角。所以在正時(shí)槍的檢測(cè)過程中發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是個(gè)很重要的參數(shù)。到了這兒就知道了該車的點(diǎn)火提前角為50°。因?yàn)樵撥囉玫氖请p缸同時(shí)點(diǎn)火技術(shù)，在排氣沖程也點(diǎn)一次火，所以計(jì)算出來的點(diǎn)火提前角是正常值的2倍。故障的原因就是點(diǎn)火過早，這個(gè)已經(jīng)是確定無疑的了（這個(gè)分析是有問題的后面會(huì)提到）。

為什么會(huì)點(diǎn)火過早呢？機(jī)械上沒有問題，傳感器工作正常，難道是控制模塊的問題嗎？

既然提到點(diǎn)火提前角，有必要對(duì)其進(jìn)行理論上的分析。從點(diǎn)火時(shí)刻起到活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)，這段時(shí)間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度稱為點(diǎn)火提前角。

混合氣從點(diǎn)燃、燃燒到燒完有一個(gè)時(shí)間過程，最佳點(diǎn)火提前角的作用就是在各種不同工況下使氣體膨脹趨勢(shì)最大段處于活塞做功下降行程。這樣效率最高，震動(dòng)最小，溫升最低。

影響點(diǎn)火提前量最大的因素有轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度。隨著轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)過同樣角度的時(shí)間變短，只有更大的提前角才能得到相應(yīng)的提前時(shí)間。節(jié)氣門開度越大點(diǎn)火提前角越小，反之亦然。

點(diǎn)火過早，會(huì)造成爆震，活塞上行受阻，效率降低，磨損加劇。點(diǎn)火過遲，氣體做功效率低，排氣放炮。不論點(diǎn)火過早或過遲，都會(huì)影響轉(zhuǎn)速的提升。

所以在現(xiàn)代汽車上，控制模塊內(nèi)固化了點(diǎn)火提前角的數(shù)據(jù)圖譜（如圖1所示）。

圖1 點(diǎn)火的前角圖譜

再回頭看我們這輛車的點(diǎn)火提前角，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊下達(dá)的任務(wù)是15°時(shí)點(diǎn)火，為什么實(shí)際的點(diǎn)火時(shí)間卻是45°呢？

我們還是先來分析一下控制模塊正常狀況下是怎么對(duì)上止點(diǎn)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)的吧！還是要講解些基礎(chǔ)知識(shí)。

HALL傳感器工作原理：

如圖2所示，在三維空間里，我們?cè)赯軸方向上施加磁場(chǎng)，在Y軸方向上施加電壓，Y軸方向的電子受到洛倫茲力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所以在X軸方向產(chǎn)生HALL電壓，通過集成電路對(duì)該電壓進(jìn)行放大，以驅(qū)動(dòng)傳感器的內(nèi)部末級(jí)輸出三極管。人為的用鐵片對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行周期性的遮蔽和放開操作，在X軸方向上產(chǎn)生的HALL電壓就會(huì)周期性的變化，最后一級(jí)的三極管就會(huì)周期性的導(dǎo)通和截止。

圖2 HALL傳感器工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)有時(shí)怎么對(duì)傳感器進(jìn)行檢測(cè)的呢？

我們看圖3，a點(diǎn)的電壓5V是由控制模塊提供的，傳感器內(nèi)部的三極管隨著磁場(chǎng)的出現(xiàn)和消失的變化而變化，當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)，a點(diǎn)的電壓被拉低到0，當(dāng)三極管截止時(shí)a點(diǎn)的電壓變成了5V。這兒好多修理工的理解是錯(cuò)誤的，大多數(shù)人都是認(rèn)為這個(gè)電壓是由傳感器發(fā)出的。其實(shí)不然，傳感器在這個(gè)電路里，很簡(jiǎn)單，就起到一個(gè)開關(guān)作用?？刂颇K就通過檢測(cè)到0到5V，或者5V到0V的跳變，結(jié)合時(shí)間，從而知道了發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和曲軸位置。

圖3 傳感器檢測(cè)原理

具體分析一下這輛車的控制模塊是怎樣確定計(jì)算曲軸上止點(diǎn)的呢，圖4是從上止點(diǎn)位置倒轉(zhuǎn)90°時(shí)拍的照片。

圖4 上止點(diǎn)位置

曲軸皮帶輪24個(gè)齒，每個(gè)齒對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為15°，倒轉(zhuǎn)90°時(shí)，觀察到靶輪的鐵片正好開始進(jìn)入傳感器，這時(shí)的電壓是0開始跳變到5V，就是說只要控制模塊接收到來自B點(diǎn)的一個(gè)從0到5V的跳變電壓時(shí)1缸不是處于開始?jí)嚎s或者做功終點(diǎn)，反正在上止點(diǎn)前90°，至于什么行程，要結(jié)合凸輪軸位置傳感器一起判斷?？刂颇K根據(jù)C點(diǎn)5到0V的跳變開始的時(shí)間，到這個(gè)0到5V跳變之間的總時(shí)間，8個(gè)齒120°的曲軸轉(zhuǎn)角，計(jì)算出來曲軸的角速度及發(fā)動(dòng)機(jī)的速度。

這時(shí)根據(jù)圖譜里的點(diǎn)火提前角15°，曲軸應(yīng)該轉(zhuǎn)過75°時(shí)開始點(diǎn)火。這是一個(gè)正確的控制過程。

分析到這一步，故障好像呼之欲出了。我認(rèn)為就是有什么東西提前30°給出了0到5V的上升沿，或者控制模塊故障。檢查靶輪一切正常，沒有松曠。

再研究，現(xiàn)在上止點(diǎn)前90°，靶輪才開始進(jìn)入。就是說在這個(gè)觸發(fā)信號(hào)前還有一個(gè)信號(hào)，而這個(gè)信號(hào)就是前一個(gè)觸發(fā)點(diǎn)，C點(diǎn)，但是C點(diǎn)是5V到0V的下降沿，才是真正的觸發(fā)。所以我們認(rèn)為控制模塊內(nèi)部下降沿才是判斷上止點(diǎn)的依據(jù)。也就是說靶輪上的前一個(gè)跳變點(diǎn)才是真正的觸發(fā)點(diǎn)。靶輪從傳感器旋轉(zhuǎn)出來的電壓跳變點(diǎn)，是控制模塊判斷上止點(diǎn)前多少度的依據(jù)。

分析到這一步，故障點(diǎn)無非兩個(gè)，開始更換的幾個(gè)傳感器全部是錯(cuò)誤的。還有控制模塊損壞，控制模塊內(nèi)部的反相電路損壞，無法對(duì)信號(hào)進(jìn)行正常的處理。

圖5 反向電路

修理廠已經(jīng)更換了好幾個(gè)傳感器了，我只能另辟蹊徑去解決了。采購(gòu)了幾只9013NPN型三極管，250Ω的電阻，搭建了圖6的反向電路。實(shí)物如圖5所示。

下面介紹一個(gè)電子學(xué)上的常規(guī)反向電路，分析一下其工作原理，也是發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器工作的基本原理。

CKP內(nèi)部搭鐵連接時(shí)，T1管導(dǎo)通，1點(diǎn)電壓拉低，T2管截止，2處電壓為5V，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊的采樣電壓為5V；CKP內(nèi)部搭鐵斷開時(shí)，T1管截止，1點(diǎn)電壓拉高，T2導(dǎo)通，2點(diǎn)電壓拉低，采樣點(diǎn)的電壓也下降。

將該反向電路接入本車的CKP信號(hào)電路上，斷開原車信號(hào)線，A點(diǎn)和傳感器端連接，B段連接到控制模塊端，利用CKP信號(hào)控制反向器的輸出，產(chǎn)生和原來相位相反的信號(hào)。這樣就可以得到正確的點(diǎn)火觸發(fā)點(diǎn)。順理成章的點(diǎn)火提前角也就正常了。

圖6 反向電路實(shí)物

裝車，一次成功，交車，告訴他們有兩個(gè)原因，目前無法確定到底是控制模塊還是傳感器問題，讓他們回去找初始狀態(tài)相反的傳感器。

問題來了，定性分析整個(gè)診斷思路沒有任何問題，包括解決方法。但是在具體定量分析點(diǎn)火提前角的時(shí)候出現(xiàn)了問題。

開始分析促發(fā)信號(hào)是靶輪C點(diǎn)從傳感器剛出來時(shí)產(chǎn)生的，而且通過實(shí)驗(yàn)也證明了，我的判斷是正確的。

但是仔細(xì)分析C點(diǎn)到D點(diǎn)之間的角度，6個(gè)齒90°，在上止點(diǎn)前180°，接收到觸發(fā)信號(hào)扣除正常的75°，大約上止點(diǎn)前105度，和我正時(shí)槍的角度倒是差不多，但是和我推導(dǎo)的50°不一致。

百思不得其解，困擾好幾天，是同事原來看的正時(shí)槍的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤了嗎？還是我的分析錯(cuò)誤了。不甘心，又跑到客戶家里，再檢查了一下點(diǎn)火正時(shí)，在使用正時(shí)槍時(shí)，終于發(fā)現(xiàn)了端倪。在正時(shí)槍的感應(yīng)夾正夾和反夾時(shí)的結(jié)果不同。正夾時(shí)的數(shù)據(jù)（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，提前角）正好是反夾時(shí)的雙倍。

到這兒，我已經(jīng)完全明白了，開始在看點(diǎn)火正時(shí)時(shí)沒有去關(guān)注正時(shí)槍上顯示的轉(zhuǎn)速，想當(dāng)然的就認(rèn)為了，正時(shí)槍上顯示的數(shù)據(jù)除以二，就是點(diǎn)火提前角。其實(shí)不然，第一次看到的數(shù)據(jù)就是真實(shí)的點(diǎn)火提前角數(shù)據(jù)。最后反而做了畫蛇添足的分析，走了彎路。

到這兒，一個(gè)完整的故障分析，排除及原理，已經(jīng)完全剖析結(jié)束。最后一個(gè)疑問，到底點(diǎn)火提前角多少度，發(fā)動(dòng)機(jī)才較好啟動(dòng)。為什么該車提前角這么大，拔去空氣流量傳感器，倒是勉強(qiáng)可以啟動(dòng)了。學(xué)校實(shí)驗(yàn)室沒有這個(gè)條件，沒有辦法做實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。

追加補(bǔ)充一點(diǎn)，為什么該車拔下空氣流量傳感器，車就可以發(fā)動(dòng)。拔去空氣流量傳感器，系統(tǒng)按照固定的默認(rèn)的濃度和點(diǎn)火提前角進(jìn)行點(diǎn)火和噴油，正好點(diǎn)火提前角的大小，還勉強(qiáng)可以運(yùn)轉(zhuǎn)。插上后提前角過大，點(diǎn)火時(shí)的能量反而阻礙了活塞的上升。至于發(fā)動(dòng)機(jī)放炮，是因?yàn)樵邳c(diǎn)火沖程沒有很好的點(diǎn)火，在排氣時(shí)又點(diǎn)了一次火，所以就產(chǎn)生了放炮的癥狀。

一個(gè)故障就這么一波三折地解決了，甚是欣慰。我們修車的過程就是這么一個(gè)從現(xiàn)象到本質(zhì)，抽絲剝繭的過程。真正的研究下去，確實(shí)其樂無窮。