簡 輝 張錦國 張 弘

(上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心/上海市汽車動力總成重點實驗室,上海 201804)

0 前言

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動[1]是發(fā)動機(jī)研發(fā)過程中所面臨的較為普遍的情況。轉(zhuǎn)速異常波動主要表現(xiàn)包含2個方面：儀表盤轉(zhuǎn)速表指針以怠速期望值為中心發(fā)生抖動；乘坐人員在座椅上感覺車身劇烈抖動。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動嚴(yán)重影響乘坐舒適性,若不及時改善,導(dǎo)致發(fā)動機(jī)性能進(jìn)一步惡化,甚至出現(xiàn)更大的故障。

進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)機(jī)械等[2]故障均會導(dǎo)致轉(zhuǎn)速異常波動,因此,診斷轉(zhuǎn)速異常波動的原因是一項涉及面較廣、難度較大的工作,系統(tǒng)性解決轉(zhuǎn)速異常波動的方法還有待發(fā)現(xiàn),目前只能根據(jù)具體車型和具體問題進(jìn)行分析[3-6]。

本文針對某試驗車輛發(fā)動機(jī)冷起動暖機(jī)過程中的轉(zhuǎn)速異常波動現(xiàn)象進(jìn)行排查,并找出轉(zhuǎn)速異常波動的原因——凸輪軸相位信號不可靠。調(diào)整凸輪軸信號輪間隙后,經(jīng)過驗證,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動現(xiàn)象消失,證明措施有效。

1 轉(zhuǎn)速異常波動原因分析

某車型在長時間D 檔暖機(jī)過程中,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動,車輛抖動感覺明顯,轉(zhuǎn)速波動如圖1所示。

由圖1可知,轉(zhuǎn)速突然下降規(guī)律不明顯,沒有明顯的周期性,轉(zhuǎn)速波動范圍較大,超過170 r/min,明顯偏離目標(biāo)轉(zhuǎn)速。

造成發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動的可能原因包括點火系統(tǒng)故障、線束問題、燃燒異常、噴油系統(tǒng)故障、配氣相位問題、軟件(標(biāo)定)數(shù)據(jù)問題、負(fù)荷變化、凸輪軸信號等。分析轉(zhuǎn)速異常波動原因采用了魚骨圖,如圖2所示。

圖1 轉(zhuǎn)速異常波動圖

根據(jù)圖2 魚骨圖,逐一排查,排查結(jié)果如表1 所示。排查出轉(zhuǎn)速異常波動的主要原因為凸輪軸傳感器原始信號偶爾出現(xiàn)缺齒現(xiàn)象,造成凸輪軸和曲軸相位不同步,使發(fā)動機(jī)控制器無法判缸,影響噴油點火,造成發(fā)動機(jī)失火且轉(zhuǎn)速突降。

2 轉(zhuǎn)速異常波動問題解決措施

經(jīng)過原因分析排查,確認(rèn)該車型發(fā)動機(jī)D 檔暖機(jī)過程轉(zhuǎn)速異常波動的根本原因是凸輪軸傳感器信號異常。凸輪軸傳感器信號異常與凸輪軸信號輪的跳動和間隙直接相關(guān)。

2.1 凸輪軸信號輪跳動和間隙對凸輪軸傳感器信號的影響

測試凸輪軸信號輪在不同的跳動和間隙組合情況下的磁波信號可以用來分析,結(jié)果如圖3所示。

圖3(a)說明跳動間隙在0.4 mm 以下,磁波信號正常,輸出的方波信號也正常。圖3(b)說明跳動間隙在0.5～0.6 mm 以上時,寬齒的磁波信號存在偏差(部分超過前齒的30%),導(dǎo)致方波信號的寬度不正常,這將影響VVT 角度,但不會報錯。圖3(c)說明跳動間隙在0.6 mm 以上,出現(xiàn)丟齒現(xiàn)象,從而進(jìn)行報錯。因此,為保證信號正常,應(yīng)該控制跳動間隙在0.4 mm 以下。

表1 轉(zhuǎn)速異常波動原因排查表

圖2 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速異常原因魚骨圖

圖3 跳動和間隙對凸輪軸傳感器信號的影響

2.2 凸輪軸信號輪的實測間隙和跳動

圖4示出了凸輪軸信號輪3D 模型和從軸線方向看凸輪軸的截面圖。檢測凸輪軸信號輪四周a～j共10處的跳動和間隙,結(jié)果如圖5所示。

檢測結(jié)果顯示f處的跳動最大,當(dāng)跳動間隙超過0.4 mm,將可能導(dǎo)致信號偏差。綜上分析,轉(zhuǎn)速異常波動由于凸輪軸信號輪徑向跳動偏差過大,致使信號不穩(wěn)定,影響發(fā)動機(jī)判缸,導(dǎo)致失火,最終表現(xiàn)為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動。

圖4 凸輪軸信號輪3D 模型(a)和凸輪軸信號輪橫截面

圖5 凸輪軸信號傳感器跳動和凸輪軸信號傳感器間隙

2.3 解決措施

信號輪傳感器與凸輪尺寸關(guān)系如圖6所示。為保證得到穩(wěn)定的信號輪傳感器信號,應(yīng)控制信號輪的跳動間隙在0.4 mm 以下。解決轉(zhuǎn)速異常波動問題的短期措施是控制凸輪軸傳感器安裝面到凸輪軸中心距離(L),將中心距離適當(dāng)增加。長期措施是改進(jìn)信號輪安裝工藝,使精度較高的信號輪外圓采用定位裝配方式,并控制裝配同心度,降低信號輪的跳動。

圖6 凸輪軸信號傳感器與凸輪軸相對位置

3 驗證效果

將信號輪的跳動間隙調(diào)整到0.3 mm 以下后,進(jìn)行了51次D 檔怠速冷起動試驗,結(jié)果如表2所示。

表2 轉(zhuǎn)速異常波動試驗情況

從表2可知,調(diào)整間隙之前進(jìn)行的45次怠速冷起動D 檔暖機(jī)試驗中轉(zhuǎn)速異常波動情況出現(xiàn)4次,出現(xiàn)幾率達(dá)到8.9%,這是不能接受的。調(diào)整跳動間隙到0.3 mm 以下,進(jìn)行的51次試驗中未出現(xiàn)轉(zhuǎn)速異常波動現(xiàn)象,達(dá)到預(yù)期目標(biāo),表明通過控制信號輪外圓徑向跳動,可以解決因凸輪軸信號異常導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動問題。

4 結(jié)語

造成發(fā)動機(jī)怠速時轉(zhuǎn)速異常波動的原因很多,需檢查項目繁多,因此需要良好的故障診斷流程以提高診斷效率,防止檢查工作重復(fù)和遺漏。

本文通過繪制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動故障診斷魚骨圖,逐一排查,最終確定由于凸輪軸信號異常導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動,通過控制信號輪徑向圓跳動間隙很好地解決了發(fā)動機(jī)冷起動后暖機(jī)過程中的轉(zhuǎn)速異常波動問題,為后續(xù)解決類似問題提供了有效思路方案。