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(hào)為F18），搭載N20發(fā)動(dòng)機(jī)，累計(jì)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(shí)察覺，仍繼續(xù)駕駛，直至發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)熄火。維修人員更換油底殼后試車，發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)著機(jī)；測(cè)量1缸～4缸的氣缸壓力，均沒有壓力，懷疑正時(shí)鏈條跳齒或發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部存在機(jī)械損傷。拆解發(fā)動(dòng)機(jī)（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(jìn)氣凸輪軸與正時(shí)標(biāo)記偏差較大，裝復(fù)后試車，發(fā)動(dòng)機(jī)仍無法起動(dòng)著機(jī)。測(cè)量氣缸壓力，正常；用專用工具校對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)，正常。隨后維修人員嘗試替換了發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)附件，如點(diǎn)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(cè)思路，于是向筆者請(qǐng)求支援。

故障診斷用故障檢測(cè)儀（ISTA）檢測(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元內(nèi)無故障代碼存儲(chǔ)。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)有力，發(fā)動(dòng)機(jī)有著車跡象，且起動(dòng)時(shí)排氣管冒黑煙，懷疑混合氣過濃。引起發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)工況時(shí)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(dòng)機(jī)冷卻液溫度信號(hào)異常；進(jìn)氣量不足，如配氣正時(shí)錯(cuò)誤、排氣不暢、進(jìn)氣門行程小等。

首先讀取發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度信號(hào)與實(shí)際溫度相符；讀取燃油壓力信號(hào)，接通點(diǎn)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(dòng)機(jī)機(jī)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(diǎn)為進(jìn)氣量不足。

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

圖1 故障車起動(dòng)時(shí)1缸的氣缸壓力波形（截屏）

由圖1可知，起動(dòng)時(shí)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(diǎn)就是排氣門開啟時(shí)刻（EVO），用標(biāo)尺測(cè)量角度，排氣門開啟時(shí)刻的角度為做功行程下止點(diǎn)前44°（此角度一般為40°～50°）左右，正常；由于進(jìn)氣門要延遲關(guān)閉，壓縮行程中氣缸壓力轉(zhuǎn)折點(diǎn)就是進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻（IVC），用標(biāo)尺測(cè)量角度，進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻的角度為進(jìn)氣行程下止點(diǎn)后74°（此角度一般為50°～60°）左右，偏大；另外，進(jìn)氣行程的真空帶偏大。由于進(jìn)氣凸輪軸的凸輪輪廓決定了進(jìn)氣門開啟的行程，進(jìn)氣門延遲關(guān)閉就意味著進(jìn)氣門延遲打開。在進(jìn)氣行程，活塞向下運(yùn)行，本來應(yīng)該開啟的進(jìn)氣門沒有打開，造成氣缸內(nèi)真空度偏大，進(jìn)氣量不足，氣缸壓力偏低。緊接著依次測(cè)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(dòng)機(jī)無法起動(dòng)是由進(jìn)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(duì)過發(fā)動(dòng)機(jī)配氣正時(shí)，難道是校對(duì)方法錯(cuò)誤？帶著疑問拆下發(fā)動(dòng)機(jī)氣門室罩蓋，重新校對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣正時(shí)，其大致步驟如下。

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

（2）進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸靠近鏈輪處有個(gè)雙平面段，在此處用專用工具固定進(jìn)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(jìn)氣凸輪軸位置傳感器信號(hào)盤和排氣凸輪軸位置傳感器信號(hào)盤（圖4）。

經(jīng)校對(duì)，專用工具都可以輕松固定到位，并沒有發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣正時(shí)存在什么問題。接著決定對(duì)進(jìn)、排氣門的配合進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察，取下專用工具，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸直至排氣門完全關(guān)閉，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸50°左右，進(jìn)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(jìn)氣門就開始打開了），說明確實(shí)存在進(jìn)氣門延遲打開的問題。

觀察進(jìn)、排氣凸輪軸，各部件均沒有安裝錯(cuò)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(dòng)機(jī)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(jìn)氣VANOS調(diào)節(jié)單元法蘭相對(duì)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(hào)盤

圖5 復(fù)合式進(jìn)、排氣凸輪軸的結(jié)構(gòu)

找來同款車的凸輪軸配件做對(duì)比，如圖6所示，當(dāng)進(jìn)氣凸輪軸的二維碼標(biāo)識(shí)朝上時(shí)，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(jìn)氣凸輪軸逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)了（順時(shí)針方向?yàn)樘崆?，逆時(shí)針方向?yàn)檠舆t）。 進(jìn)一步拆檢發(fā)現(xiàn)，進(jìn)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(dòng)機(jī)能夠正常起動(dòng)著機(jī)，且運(yùn)轉(zhuǎn)正常。測(cè)量起動(dòng)時(shí)1缸的氣缸壓力波形，由圖7可知，氣缸壓力約為12.4 bar，進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻的角度為進(jìn)氣行程下止點(diǎn)后38.36°，且進(jìn)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(jìn)氣凸輪軸與正常進(jìn)氣凸輪軸的對(duì)比

圖7 正常車起動(dòng)時(shí)1缸的氣缸壓力波形（截屏）