西安恒泰汽車服務(wù)有限公司 岳 鋒

一輛2017款一汽奔騰X40車，搭載型號(hào)為CA4GB16的1.6 L自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，累計(jì)行駛里程約為8萬km，因車輛行駛過程中儀表盤上的發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈異常點(diǎn)亮而進(jìn)廠檢修。

接車后首先試車，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)順利起動(dòng)著機(jī)，此時(shí)儀表盤上的發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈長亮。另外，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的一瞬間，維修人員能聽到發(fā)動(dòng)機(jī)室傳出很明顯的“咔啦啦”響聲，發(fā)動(dòng)機(jī)著機(jī)后異響又自行消失。用故障檢測儀檢測，在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元內(nèi)存儲(chǔ)有故障代碼“P001622 進(jìn)氣凸輪軸與曲軸安裝相對(duì)位置過于推后”。將發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，打開發(fā)動(dòng)機(jī)室蓋，站在發(fā)動(dòng)機(jī)室旁，讓另外一名維修人員起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，確認(rèn)“咔啦啦”響聲是從發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)部位傳出來的。根據(jù)故障代碼的提示，初步判斷該車的故障出在發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)上。

查閱相關(guān)資料得知，該款發(fā)動(dòng)機(jī)配備了進(jìn)氣可變凸輪軸正時(shí)（VCT）系統(tǒng)。VCT系統(tǒng)由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、VCT電磁閥、3位4通閥、VCT執(zhí)行器等部件組成（圖1），其中，3位4通閥安裝在VCT執(zhí)行器及進(jìn)氣凸輪軸鏈輪總成的中間位置，閥芯在彈簧和VCT電磁閥閥芯作用下，以實(shí)現(xiàn)改變機(jī)油回路的功能，從而調(diào)節(jié)進(jìn)氣凸輪軸相位?！?位”指的是可變凸輪軸正時(shí)滯后、提前和壓力保持平衡等3個(gè)調(diào)節(jié)位置，“4通”對(duì)應(yīng)著機(jī)油進(jìn)入VCT執(zhí)行器滯后腔、提前腔的壓力建立油路，以及滯后腔、提前腔通向油底殼的壓力釋放油路。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況，如進(jìn)氣量、節(jié)氣門位置和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元發(fā)送目標(biāo)占空比控制信號(hào)給VCT電磁閥，VCT執(zhí)行器通過3位4通閥用機(jī)油壓力調(diào)節(jié)進(jìn)氣凸輪軸角度。這樣在總體駕駛條件下，優(yōu)化了進(jìn)氣凸輪軸和曲軸的相對(duì)位置，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和燃油經(jīng)濟(jì)性，降低了廢氣排放量。

圖1 VCT系統(tǒng)相關(guān)組件示意圖

如圖2所示，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過負(fù)占空比信號(hào)去控制VCT電磁閥，電磁閥在不工作的情況下（占空比約為6%），3位4通閥的閥芯在其內(nèi)部彈簧彈力的作用下，處于滯后調(diào)節(jié)位置，此時(shí)來自機(jī)油泵的機(jī)油經(jīng)過機(jī)油濾清器、單向閥（也叫保壓閥，該車的單向閥位于機(jī)油濾清器底座內(nèi)）和3位4通閥后進(jìn)入VCT執(zhí)行器的滯后腔，而提前腔內(nèi)的機(jī)油則經(jīng)過3位4通閥流回到油底殼。當(dāng)進(jìn)氣門的打開時(shí)刻需要提前時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元調(diào)高VCT電磁閥的占空比，3位4通閥切換油路，機(jī)油進(jìn)入提前腔，滯后腔內(nèi)的機(jī)油釋放。另外，在達(dá)到目標(biāo)調(diào)節(jié)角度后，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元改變VCT電磁閥通電時(shí)的脈沖占空比，以使3位4通閥的閥芯處于提前腔與滯后腔壓力保持平衡的位置上。此時(shí)，進(jìn)氣門的開啟點(diǎn)固定在某一個(gè)定值上。

圖2 VCT系統(tǒng)工作示意圖

起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，保持發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，用示波器測量凸輪軸位置和曲軸位置傳感器的信號(hào)波形，測得的發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)波形如圖3所示，其中藍(lán)色波形為凸輪軸位置傳感器的波形，紅色波形為曲軸位置傳感器的波形。由圖3可知，該車的凸輪軸位置傳感器是霍爾式傳感器，其信號(hào)靶輪上有2個(gè)寬齒和2個(gè)窄齒；曲軸位置傳感器是磁電式傳感器，其信號(hào)靶輪為“58+2”結(jié)構(gòu)（即信號(hào)靶輪上有58個(gè)齒和2個(gè)缺齒）。此外，凸輪軸信號(hào)靶輪第2個(gè)寬齒的上升沿相對(duì)于曲軸信號(hào)靶輪缺齒中間位置約為17°曲軸轉(zhuǎn)角。

圖3 故障車的發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)波形（截屏）

為了更準(zhǔn)確地分析發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)波形問題，找出之前保存的一輛同款車的發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)波形（圖4），發(fā)現(xiàn)凸輪軸信號(hào)靶輪第2個(gè)寬齒的上升沿相對(duì)于曲軸信號(hào)靶輪缺齒中間位置約為8°曲軸轉(zhuǎn)角。兩者進(jìn)行對(duì)比，故障車的進(jìn)氣凸輪軸相對(duì)曲軸的位置較正常車的提前了約9°曲軸轉(zhuǎn)角。

圖4 正常車的發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)波形（截屏）

拆開發(fā)動(dòng)機(jī)氣門室蓋，檢查發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)，未發(fā)現(xiàn)異常。用開口扳手轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)氣凸輪軸，發(fā)現(xiàn)有很明顯的曠量，于是建議車主更換進(jìn)氣凸輪軸鏈輪總成、發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條等部件。征得車主同意后，更換進(jìn)氣凸輪軸鏈輪總成、發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條等部件后試車，之前起動(dòng)瞬間的異響不再出現(xiàn)。試車過程中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升至約1 500 r/min時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)室還會(huì)傳出短暫的“咔啦啦”聲。經(jīng)過多次試車，確認(rèn)異響還是從發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)部位傳出來的。鑒于進(jìn)氣凸輪軸鏈輪總成、發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條等部件已更換過，推測隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，異響是由VCT執(zhí)行器調(diào)節(jié)凸輪軸相位過程中發(fā)出來的。為了驗(yàn)證自己的推測，脫開VCT電磁閥導(dǎo)線連接器后反復(fù)試車，異響不再出現(xiàn)，說明異響的確是由VCT執(zhí)行器工作時(shí)發(fā)出來的。結(jié)合VCT系統(tǒng)工作原理，接下來準(zhǔn)備對(duì)油路進(jìn)行檢查。拆卸機(jī)油濾清器蓋，發(fā)現(xiàn)機(jī)油濾清器底座上的單向閥已老化脫落（圖5）。更換機(jī)油濾清器底座后試車，上述異響不再出現(xiàn)。

圖5 機(jī)油濾清器底座上的單向閥已老化脫落

更換進(jìn)氣凸輪軸鏈輪總成、發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈條及機(jī)油濾清器底座等部件，故障徹底排除。

該車故障排除后，維修人員試著對(duì)進(jìn)氣凸輪軸鏈輪總成進(jìn)行了分解，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣凸輪軸鏈輪總成內(nèi)部鎖銷與鎖銷孔的間隙變大（圖6）。分析認(rèn)為，很可能是在VCT系統(tǒng)工作過程中，由于機(jī)濾底座內(nèi)的單向閥老化脫落，供油壓力不穩(wěn)定，使得鎖銷與鎖銷孔產(chǎn)生撞擊，造成兩者出現(xiàn)磨損，間隙變大，進(jìn)而導(dǎo)致初始狀態(tài)下進(jìn)氣凸輪軸相位發(fā)生變化。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元監(jiān)測到發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)存在偏差，進(jìn)而點(diǎn)亮發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈。

圖6 進(jìn)氣凸輪軸鏈輪總成內(nèi)部鎖銷與鎖銷孔的間隙變大