王子晨
(河北師范大學(xué),河北 石家莊 050024)
一輛2004年生產(chǎn)的東南菱帥自動(dòng)擋轎車,采用4G18型汽油發(fā)動(dòng)機(jī),行駛里程296 518 km。汽車進(jìn)廠時(shí)車主反映發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難。
首先對(duì)車主進(jìn)行故障問詢,目的是了解故障產(chǎn)生的條件、故障征兆、維修情況等。車主反映,該車曾因發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)不著而在其他修理廠進(jìn)行修理,更換過曲軸位置傳感器、點(diǎn)火線圈、火花塞等,該修理廠最終沒能排除此故障。車主還反映,該車在修理以前經(jīng)常出現(xiàn)時(shí)而能著車,時(shí)而不能著車。當(dāng)不能著車時(shí),放置2h后又能夠著車。并且近來故障發(fā)生的頻率越來越高了。
接著向車主了解不能著車的故障在什么情形下出現(xiàn)。車主反映,車輛行駛一段時(shí)間熄火后,發(fā)動(dòng)機(jī)不能著車。然后,放置2h則能夠再次起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。綜合上述車主的敘述,說明該車在冷車時(shí)能夠起動(dòng)著車,熱車后發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)著車。
另外,車主還反映,該車是車主購買的二手車,購買之前的維修情況不了解,只是說該車正常進(jìn)行保養(yǎng)。根據(jù)該車的生產(chǎn)日期和行駛里程,該車屬于老、舊車,線路或多或少有些老化,線路連接可能存在接觸不良問題,傳感器、執(zhí)行器甚至電控單元也會(huì)存在老化,工作性能不可靠。
根據(jù)車主的反映,起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),結(jié)果冷車時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)著車,但發(fā)動(dòng)機(jī)有“突突”聲,怠速運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定,加油時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)無力;等運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后,“突突”聲消失,反復(fù)試車,加速等操作都正常。駕駛車輛在道路行駛30min后,熄火,再起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)不能著車。故障現(xiàn)象符合車主的敘述。
根據(jù)故障現(xiàn)象,首先對(duì)噴油控制電路、點(diǎn)火控制電路的連接情況進(jìn)行基本檢查。查看電路插接器有無連接不可靠的地方。因?yàn)樵撥嚿a(chǎn)日期早、行駛里程長(zhǎng),因此出現(xiàn)連接不可靠、接觸不良現(xiàn)象是正常的。經(jīng)過檢查,沒有發(fā)現(xiàn)插接器松動(dòng)的現(xiàn)象。對(duì)噴油控制電路、點(diǎn)火控制電路中主要插接器進(jìn)行插拔后,車輛故障依舊。
用KT600智能診斷儀讀取故障信息,顯示“凸輪軸位置傳感器故障”。
檢查高壓火花,結(jié)果2-3缸沒有高壓火花。如圖1所示,東南菱帥4G18型發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙缸同時(shí)點(diǎn)火方式,有2個(gè)點(diǎn)火線圈,1、4缸共用一個(gè)點(diǎn)火線圈,2、3缸共用一個(gè)點(diǎn)火線圈。每個(gè)點(diǎn)火線圈安裝在其中一個(gè)氣缸的火花塞上,另外一個(gè)氣缸的火花塞通過高壓線與點(diǎn)火線圈相連。在進(jìn)行點(diǎn)火性能測(cè)試時(shí),將高壓線拔出,安裝在火花測(cè)試器上,并使火花測(cè)試器可靠搭鐵。用起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),結(jié)果2-3缸沒有高壓火花,1-4缸有高壓火花。
對(duì)噴油器控制電路(圖2)進(jìn)行檢查。拔下噴油器的線束插接器,將試燈連接在噴油器線束插接器上。用起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),根據(jù)試燈的工作情況判斷噴油控制信號(hào)。結(jié)果1、2、4缸無噴油信號(hào),3缸有噴油信號(hào),這說明熱車起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制1、2、4缸噴油器不噴油。
根據(jù)故障信息,首先對(duì)凸輪軸位置傳感器的連接電路(圖3)進(jìn)行檢查,重點(diǎn)檢查有無虛接和斷路之處。經(jīng)檢查,凸輪軸位置傳感器的連接電路正常。于是判斷凸輪軸位置傳感器故障,信號(hào)不穩(wěn)定。
圖1 東南菱帥4G18型發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系工作電路
圖2 東南菱帥4G18型發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器工作電路
曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中重要的傳感器。曲軸位置傳感器采集曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào),用于點(diǎn)火和噴油控制。凸輪軸位置傳感器的功用是采集配氣凸輪軸的位置信號(hào),進(jìn)而識(shí)別1缸壓縮上止點(diǎn),以進(jìn)行順序噴油控制、點(diǎn)火控制和爆震控制[1]。當(dāng)曲軸位置傳感器或凸輪軸位置傳感器出現(xiàn)故障時(shí),ECU將無法確定點(diǎn)火時(shí)刻和噴油時(shí)刻,發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)。
東南菱帥4G18型發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸位置傳感器為霍爾式,根據(jù)以往維修經(jīng)驗(yàn),霍爾式傳感器在長(zhǎng)時(shí)間使用后,其中電子元件的性能指標(biāo)在溫度升高后容易發(fā)生變化,會(huì)造成在溫度高的環(huán)境下輸出信號(hào)不穩(wěn)定。因此,決定更換凸輪軸位置傳感器。
更換凸輪軸位置傳感器后,立即起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)能夠著車,且有關(guān)凸輪軸位置傳感器的故障碼不再出現(xiàn)。由于本車故障在熱車時(shí)出現(xiàn),于是駕駛車輛上路行駛一段時(shí)間,等發(fā)動(dòng)機(jī)溫度達(dá)到正常值時(shí),熄火,再起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)仍然不能著車。待發(fā)動(dòng)機(jī)熄火1h后,發(fā)動(dòng)機(jī)又能起動(dòng),故障依舊。
圖3 東南菱帥4G18型發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與凸輪軸位置傳感器工作電路
此時(shí),懷疑發(fā)動(dòng)機(jī)ECU存在故障。于是找來同型號(hào)車輛,更換發(fā)動(dòng)機(jī)ECU。更換后,再進(jìn)行冷車、熱車試驗(yàn),均能正常起動(dòng),且冷車時(shí)沒有了“突突”聲,怠速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),加油時(shí)動(dòng)力充足,故障不再出現(xiàn)。此時(shí),再換上舊ECU,發(fā)動(dòng)機(jī)又開始“突突”,怠速運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)。這說明發(fā)動(dòng)機(jī)ECU確實(shí)存在故障。但凸輪軸位置傳感器是否存在故障呢?根據(jù)替換法的常規(guī)判斷邏輯,替換凸輪軸位置傳感器后故障依舊,說明凸輪軸位置傳感器沒有故障。于是,換回原來的凸輪軸位置傳感器。然后,再試車,結(jié)果同樣的故障仍然存在,此時(shí),用KT600智能診斷儀讀取故障信息,仍然顯示“凸輪軸位置傳感器故障”。在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),用示波器觀察曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器的波形,波形正常;在熱車不能起動(dòng)時(shí),再觀察曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器的波形,凸輪軸位置傳感器波形不正常。這說明,凸輪軸位置傳感器確實(shí)損壞。于是換上新的凸輪軸位置傳感器,試車,熱車起動(dòng)困難的故障不再出現(xiàn)。這說明本車故障是由于凸輪軸位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的故障引起。
為了驗(yàn)證凸輪軸位置傳感器對(duì)噴油、點(diǎn)火的影響,于是拔下凸輪軸位置傳感器的線束插接器,進(jìn)行點(diǎn)火性能試驗(yàn),2-3缸沒有高壓火花,1-4缸有高壓火花;進(jìn)行噴油控制信號(hào)試驗(yàn),1、2、4缸無噴油信號(hào),3缸有噴油信號(hào)。這說明,噴油控制信號(hào)、點(diǎn)火異常是由于凸輪軸位置傳感器的故障引起。
在發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng),當(dāng)曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器中任何一個(gè)傳感器出現(xiàn)故障時(shí),ECU將會(huì)根據(jù)另一個(gè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行控制。當(dāng)曲軸位置傳感器信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí),ECU會(huì)根據(jù)凸輪軸位置傳感器信號(hào)計(jì)算出曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速;當(dāng)凸輪軸位置傳感器信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí),ECU會(huì)根據(jù)曲軸位置傳感器確定1缸壓縮上止點(diǎn)以及各缸活塞位置。只要曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器中任何一個(gè)傳感器正常工作,發(fā)動(dòng)機(jī)都可以起動(dòng),但ECU會(huì)限制發(fā)動(dòng)機(jī)的某些功能,控制進(jìn)入失效保護(hù)模式。
在大部分車型上,發(fā)動(dòng)機(jī)ECU一方面根據(jù)曲軸位置傳感器單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的齒數(shù),來計(jì)算出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角,同時(shí)根據(jù)曲軸位置傳感器轉(zhuǎn)子上的大齒缺等特定記號(hào)來判斷曲軸位置,從而確定各缸活塞在氣缸中的位置,如大眾車系的曲軸位置傳感器就有大齒缺。但是,某些車型的曲軸位置傳感器轉(zhuǎn)子上沒有特定的記號(hào)來標(biāo)定曲軸位置,ECU無法判斷各缸活塞在氣缸中的位置,對(duì)于這樣的車型,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU接收不到凸輪軸位置傳感器信號(hào)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)ECU就無法確定各缸活塞在氣缸中的位置,無法進(jìn)行噴油控制和點(diǎn)火控制,如豐田車系、三菱車系的某些發(fā)動(dòng)機(jī)等。
點(diǎn)火系統(tǒng)的火花測(cè)試一定要使用火花測(cè)試器,不能采用直接斷開火花塞高壓線并利用高壓阻尼線跳火的方法進(jìn)行。火花測(cè)試器(圖4)有一個(gè)中心電極和一個(gè)環(huán)形側(cè)電極,二者之間設(shè)置有一個(gè)環(huán)形間隙?;鸹y(cè)試器的環(huán)形側(cè)電極上有一個(gè)夾子,用于環(huán)形側(cè)電極的搭鐵。在火花測(cè)試時(shí),需要把夾子夾在發(fā)動(dòng)機(jī)上,以使環(huán)形側(cè)電極良好搭鐵?;鸹y(cè)試器中心電極和環(huán)形側(cè)電極之間的環(huán)形間隙需要25kV電壓才能擊穿,而將火花塞拿到氣缸外進(jìn)行火花測(cè)試,只需3kV電壓就可以將火花塞間隙擊穿,因此使用火花測(cè)試器可以準(zhǔn)確判斷點(diǎn)火系的工作性能。在火花測(cè)試時(shí),當(dāng)火花測(cè)試器產(chǎn)生連續(xù)火花時(shí)便可判斷點(diǎn)火系工作性能良好。
圖4 火花測(cè)試器
另外,在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試(如氣缸壓縮壓力、電火花測(cè)試)時(shí),必須使火花塞或火花塞測(cè)試器搭鐵,絕對(duì)不允許在火花塞或火花塞測(cè)試器沒有搭鐵的情況下使點(diǎn)火線圈放電。由于高能電子點(diǎn)火系能夠產(chǎn)生40kV甚至更高的電壓。如果火花塞或火花塞測(cè)試器沒有搭鐵,點(diǎn)火線圈中的能量就會(huì)全部作用在點(diǎn)火線圈上,使點(diǎn)火線圈自身產(chǎn)生電弧。電弧會(huì)使點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組或鐵心形成一個(gè)低電阻通路,該低電阻通路會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)失火現(xiàn)象。應(yīng)當(dāng)注意,在進(jìn)行火花測(cè)試時(shí)應(yīng)停止燃油噴射,以避免可燃混合氣積存在氣缸或排氣管中。
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