奧星越秀汽車職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校 任賀新

任賀新，汽車免拆診斷技術(shù)專家，現(xiàn)任奧星越秀汽車職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校高級培訓(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；2017年被聘為第三屆汽車診斷師大賽星至寶賽區(qū)專家評委。

故障現(xiàn)象 一輛2010款奧迪A6L車，搭載CCE發(fā)動機(jī)，累計行駛里程約為20萬km。該車在其他維修廠大修發(fā)動機(jī)后，在著車磨合過程中發(fā)動機(jī)故障燈異常點(diǎn)亮，偶爾伴隨有起動時間長和發(fā)動機(jī)怠速抖動的現(xiàn)象。用故障檢測儀檢測，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)控制單元中存儲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及部件調(diào)換，但故障依舊，于是請求筆者進(jìn)行技術(shù)支持。

（1）按照維修手冊的步驟，用正時工具檢查凸輪軸和曲軸的相對位置。

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

（3）大修過程中發(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)還有一臺正在大修的同款發(fā)動機(jī)，于是替換了氣缸列2的凸輪軸安裝支架。

（4）測量機(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，沒有插反。

故障診斷 接車后試車，起動發(fā)動機(jī)，起動時間偏長，發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。用故障檢測儀檢測，發(fā)動機(jī)控制單元中存儲有故障代碼“P0019 氣缸列2，凸輪軸位置/曲軸位置傳感器 分配不正確 主動的/靜態(tài)的”（圖1）。查詢OBD（車載診斷）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)動機(jī)控制單元中存儲的故障代碼（截屏）

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

圖2所示為發(fā)動機(jī)怠速時氣缸列1的正時波形（局部放大視角），圖3所示為發(fā)動機(jī)怠速時氣缸列2的正時波形（局部放大視角），對比可知，以凸輪軸靶輪第2寬齒的上升沿相對于曲軸靶輪缺齒位置的角度來看，兩側(cè)進(jìn)氣凸輪軸相對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，說明氣缸列2排氣凸輪軸的位置信號確實(shí)異常。

圖2 故障車發(fā)動機(jī)怠速時氣缸列1的正時波形（截屏）

圖3 故障車發(fā)動機(jī)怠速時氣缸列2的正時波形（截屏）

這里介紹一下分析正時波形的基礎(chǔ)知識?？s放故障車氣缸列2的正時波形（圖4），分析可知，該車曲軸位置傳感器為磁電式傳感器，電壓信號為正弦波形式的交流電；曲軸靶輪是“58+2”結(jié)構(gòu)，即58個齒加上2個缺齒；曲軸旋轉(zhuǎn)1圈為360°，可計算出每個齒對應(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，電壓信號為5 V或0 V；靶輪上有4個齒，包括2個窄齒和2個寬齒。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，正好對應(yīng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)1圈。

圖4 縮放后氣缸列2的正時波形（截屏）

之前的維修人員已反復(fù)檢查過發(fā)動機(jī)的機(jī)械正時，怎么沒有發(fā)現(xiàn)氣缸列2排氣凸輪軸的位置錯誤呢？帶著疑問，筆者拆下了兩側(cè)的氣缸蓋罩，然后用正時工具重新檢查發(fā)動機(jī)機(jī)械正時，檢測結(jié)果符合維修手冊標(biāo)準(zhǔn)。對比兩側(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，為什么正時波形顯示不一致呢？

進(jìn)一步思考，決定重新測量凸輪軸位置傳感器的信號波形。為了簡化工序，裝回幾顆螺栓固定氣缸蓋罩（以免凸輪軸旋轉(zhuǎn)時甩出機(jī)油），不安裝點(diǎn)火線圈，利用起動機(jī)帶動發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)幾圈，對比兩側(cè)進(jìn)、排氣凸輪軸位置傳感器的信號波形，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)進(jìn)、排氣凸輪軸位置傳感器的信號波形基本重合，說明此時氣缸列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不正常，起動工況又恢復(fù)正常了？分析認(rèn)為，這可能與VVT系統(tǒng)有關(guān)，由于起動工況沒有建立機(jī)油壓力，因此VVT系統(tǒng)不參與調(diào)節(jié)。

將車輛復(fù)原，脫開兩側(cè)VVT電磁閥導(dǎo)線連接器，不讓VVT系統(tǒng)參與工作。起動發(fā)動機(jī)，用pico示波器記錄整個過程中兩側(cè)進(jìn)、排氣凸輪軸位置傳感器的信號波形（圖5），發(fā)現(xiàn)剛起動發(fā)動機(jī)時，兩側(cè)進(jìn)、排氣凸輪軸位置傳感器的信號波形基本一致，持續(xù)大約2 s；隨后氣缸列2的排氣凸輪軸開始調(diào)整，此時能看到靶輪齒信號的寬度發(fā)生變化（波形是電壓隨時間變化的圖像，靶輪齒信號的寬度取決于凸輪軸的轉(zhuǎn)速和靶輪齒的實(shí)際寬度），這個階段也持續(xù)大約2 s；調(diào)整過程結(jié)束后，氣缸列2的排氣凸輪軸保持在錯誤位置。

圖5 故障出現(xiàn)時的相關(guān)波形（截屏）

已經(jīng)脫開了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)油回路錯誤。決定對調(diào)氣缸列2的進(jìn)、排氣VVT電磁閥，觀察故障是否轉(zhuǎn)移。在安裝時發(fā)現(xiàn)VVT電磁閥安裝不到位，閥芯總是露出一段。經(jīng)過仔細(xì)對比，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階，而氣缸列1的凸輪軸支架上沒有安裝臺階。聯(lián)想到維修人員之前與其他車上的發(fā)動機(jī)調(diào)換過氣缸列2的凸輪軸支架，立即找來原車配件進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)2輛車的發(fā)動機(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輛車的VVT電磁閥安裝支架處于同一平面時，閥芯的位置不同，這會影響VVT系統(tǒng)的控制油路。

圖6 對比氣缸列1和氣缸列2的凸輪軸支架

圖7 對比2輛車的發(fā)動機(jī)凸輪軸支架和VVT電磁閥

圖8 2輛車的VVT電磁閥安裝后的區(qū)別

VVT電磁閥是一個3位4通閥，閥芯在彈簧力和電磁力的作用下有3個調(diào)節(jié)位置（滯后、提前和保持），用于控制4個通道（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)子相對于鏈輪逆時針旋轉(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。如果達(dá)到了最佳的凸輪軸位置，就會通過電磁閥使兩側(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)子相對于鏈輪順時針旋轉(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。為了確保起動及怠速時氣門重疊角最小，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不匹配，發(fā)動機(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；起動發(fā)動機(jī)后，機(jī)油壓力迅速建立起來，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型號后試車，正時波形恢復(fù)正常，經(jīng)長時間試車，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)動機(jī)控制單元也存儲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，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)動機(jī)控制單元存儲凸輪軸位置與曲軸位置分配不正確的故障代碼，接著又沒有認(rèn)真檢查，就開始一系列的倒件過程。雖然后來將進(jìn)、排氣VVT電磁閥導(dǎo)線連接器復(fù)原了，但此時的故障原因已經(jīng)變成了凸輪軸支架型號不對。

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，同時用pico示波器測量凸輪軸相對于曲軸的調(diào)整角度，如果角度沒變化或變化量太小，說明調(diào)整回路工作不正常。

（3）通過讀取發(fā)動機(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 故障車的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)流（截屏）