应用案例 | 2010 款沃尔沃 S80L 车发动机偶尔自动熄火

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一、故障现象

一辆2010款沃尔沃S80L车,搭载B5254T直列5缸发动机,累计行驶里程约为10.5万km。该车因发动机前部漏油进厂维修,维修人员更换进、排气凸轮轴及曲轴前部油封后装复试车,发动机故障灯异常点亮,且冷机时发动机偶尔会自动熄火。用故障检测仪检测,发动机控制单元中存储有发动机正时方面的故障代码,维修人员反复检查装配过程,并使用专用工具检查进、排气凸轮轴的位置,均未见异常,于是向笔者请求技术支持。


二、故障诊断

该车发动机为横置式,必须把副驾驶人侧的发动机支撑拆掉,才有空间检查发动机正时。维修人员嫌来回拆装发动机支撑比较费事,干脆就不安装了,改用千斤顶托住发动机油底壳。这样做没法出去路试,只能原地轻踩加速踏板试车。

起动发动机,发动机怠速运转比较平稳,但组合仪表上的发动机故障灯一直点亮。用故障检测仪检测,发现发动机控制单元中存储有故障代码“P001762曲轴位置/凸轮轴位置关系(缸组1,传感器B)-算法错误-信号比较失败”和故障码“P001662 曲轴位置/凸轮轴位置关系(缸组1,传感器A)-算法错误-信号比较失败”(图1);清除故障代码,故障代码可以清除,但发动机运转一会儿后故障代码再现。

                                                          图1 发动机控制单元中存储的故障代码(截屏)

故障代码P001662和故障代码P001762是2个比较常见的故障代码,故障代码P001662是指进气凸轮轴相对于曲轴位置不正确,故障代码P001762是指排气凸轮轴相对于曲轴位置不正确。该车进、排气凸轮轴均采用了可变配气相位技术,发动机控制单元通过进、排气凸轮轴位置传感器持续监控2根凸轮轴的正时位置,即检查凸轮轴与曲轴之间的相对位置,如果相对位置偏差过大,则存储故障代码P001662和故障代码P001762。

这款发动机采用正时传动带传动,校对正时的方法很简单,将曲轴传动带轮上的竖线标记对准气缸体上的记号,再将2个凸轮轴调节器上的竖线标记各自对准气缸盖上的记号,然后安装上正时传动带即可。曲轴传动带轮和曲轴前端采用花键连接,花键中有个定位宽齿,以确保装配位置的唯一性。2根凸轮轴后端(变速器侧)开有平槽,可用专用工具固定2根凸轮轴,这个平槽开口设计得很巧妙,只有当2根凸轮轴同时处于某个位置时才能插入专用工具。

据维修人员描述,他先将发动机转到正时位置,用专用工具固定凸轮轴后端,然后拆下曲轴传动带轮和凸轮轴调节器,换完油封后,又按照顺序依次装回各部件。这样操作看似不应该出现发动机正时类故障,但发动机控制单元却存储了发动机正时类的故障代码,因此要想排除这个故障,必须从发动机控制单元的视角来分析问题。发动机控制单元是通过进、排气凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器检查凸轮轴与曲轴位置的,于是笔者决定用pico示波器测量各个传感器的信号,然后组合起来进行分析。

                                                                        图2 连接pico示波器

连接pico示波器(图2),测得发动机怠速时进、排气凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器的信号波形(一般称该组合波形为“发动机正时波形”),如图3所示。

                                                                图3 故障车的发动机正时波形(截屏)

分析可知,该车进、排凸轮轴位置传感器是霍尔式的,其信号靶轮为“2宽2窄”式结构,即信号靶轮上有2个宽齿和2个窄齿;曲轴位置传感器是磁电式的,其信号靶轮为“58+2”式结构,即信号靶轮上有58个齿和2个缺齿。图3中2条虚线之间表示发动机的1个工作循环,曲轴转了2圈,凸轮轴转了1圈。由于存储了发动机正时类故障代码,此时可变配气相位系统处于关闭状态,因此图3反映了该车发动机的基本正时状态。理论上讲,需要找到一辆同款车对比发动机正时波形,才能准确判断该车的发动机正时波形是否正常,但经过进一步分析该车的发动机正时波形,笔者推断该车的故障原因多半是曲轴传动带轮的位置装错了,理由有以下几点。

(1)故障是在更换油封后出现的,装配不当引起故障的可能性很大。

(2)故障代码同时涉及进、排气凸轮轴,两者同时装错的可能性很小。

(3)进、排气凸轮轴位置传感器的波形完全一致,如果是凸轮轴装错导致的,未免过于巧合,这应该是原车的设计。

(4)维修人员主要拆了凸轮轴调节器和曲轴传动带轮,而一旦曲轴传动带轮的位置安装错误,便会使发动机控制单元同时存储故障代码P0016和故障代码P0017。

维修人员听完笔者的分析后将信将疑,因为曲轴传动带轮和曲轴前端是花键配合,位置也是唯一固定的,不太可能装错,但又没有别的思路,只好拆下曲轴传动带轮进行确认。用拉爪拔出曲轴传动带轮后,一眼就发现了问题。如图4所示,绿色箭头所指位置是曲轴传动带轮和曲轴前端配合的定位宽齿,被错装到了红色箭头所指的位置,这里原本是1个凸齿,在安装过程中被削平了。反推故障发生的过程,拆掉右前车轮和内衬后,维修人员蹲在车辆侧面工作,由于位置和光线原因,他只能凭手感将曲轴传动带轮套在曲轴前端,然后再用锤子将传动带轮敲到位,在这个过程中装错了曲轴传动带轮的位置。

                                                                          图4 曲轴传动带轮

三、故障排除

用锉刀修复拉伤位置,重新正确安装曲轴传动带轮后反复试车,发动机运转正常,且故障代码不再出现,故障排除。


四、故障总结

故障排除后再次测量发动机正时波形(图5),以凸轮轴第2个宽齿的上升沿为基准,计算曲轴位置传感器与进、排气凸轮轴位置传感器信号波形之间的偏差角度,故障状态相比于正常状态大约提前了6.5个曲轴信号靶轮齿,1个齿约为6°曲轴转角(360°÷60=6°),共提前了约39°曲轴转角(6.5×6°=39°)。曲轴传动带轮1圈共有27个齿,1个齿约为13.3°曲轴转角(360°÷27≈13.3°),由于曲轴传动带轮安装偏差了3个齿,因此偏差了约39.9°曲轴转角(3×13.3=39.9°)。可以看出,用以上2种方法计算得出的数据基本相符,这说明发动机正时波形能够准确反映发动机的机械配气正时情况。

                                                                    图5 正常车的发动机正时波形(截屏)

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