暖車(chē)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題分析

孫剛胡偉

（1.浙江金剛汽車(chē)有限公司；2.吉利汽車(chē)研究院有限公司）

VVT技術(shù)是近年來(lái)汽車(chē)業(yè)較為流行的一項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及降低排放等都有比較顯著的效果，因此在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。某公司的SC6車(chē)型搭載了MR479QN發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)采用智能連續(xù)可變進(jìn)氣正時(shí)系統(tǒng)（IPS）的單VVT設(shè)計(jì)形式，該車(chē)動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性較原MR479QA發(fā)動(dòng)機(jī)有明顯提升，但該車(chē)在暖車(chē)狀況下出現(xiàn)過(guò)偶發(fā)性啟動(dòng)困難（需2次或多次才能啟動(dòng)成功），而冷車(chē)或熱車(chē)熄火后都能正常啟動(dòng)。針對(duì)此問(wèn)題，該公司采集各類(lèi)數(shù)據(jù)、借助 CCP，Adapter，Lambda（λ）儀、LA4 線氧傳感器、inca軟件、ES590、信號(hào)轉(zhuǎn)換器及示波器等軟件和儀器設(shè)備監(jiān)測(cè)診斷，運(yùn)用排除法對(duì)影響車(chē)輛故障的若干因素分別進(jìn)行故障再現(xiàn)驗(yàn)證，最終確認(rèn)暖機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的原因，并推理得出暖車(chē)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的因果關(guān)系，文章對(duì)于搭載VVT發(fā)動(dòng)機(jī)的其它車(chē)型具有參考價(jià)值。

1 暖機(jī)啟動(dòng)定義及初始標(biāo)定

1.1 暖機(jī)啟動(dòng)定義

啟動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度介于環(huán)境溫度與發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行溫度（約90℃）之間，則稱(chēng)之為暖機(jī)啟動(dòng)。通常暖機(jī)啟動(dòng)前發(fā)動(dòng)機(jī)靜置的時(shí)間介于幾分鐘到幾小時(shí)之間，因周?chē)h(huán)境溫度不同而異。

1.2 MR479QN發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)啟動(dòng)初始標(biāo)定[1]，

暖機(jī)啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)：水溫在60～100℃，使用當(dāng)?shù)厝加?，要求啟?dòng)時(shí)間＜1.5 s。

暖機(jī)啟動(dòng)標(biāo)定方法：合理選擇基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的冷啟動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)，并對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，根據(jù)啟動(dòng)匹配流程分階段對(duì)啟動(dòng)進(jìn)行標(biāo)定。啟動(dòng)相關(guān)匹配標(biāo)定內(nèi)容，如表1所示。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)啟動(dòng)匹配標(biāo)定樣表

2 SC6車(chē)型479QN發(fā)動(dòng)機(jī)暖車(chē)正常啟動(dòng)數(shù)據(jù)

根據(jù)479QN發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)啟動(dòng)相關(guān)標(biāo)定的內(nèi)容，進(jìn)行7個(gè)溫度點(diǎn)的啟動(dòng)及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速曲線、噴油脈寬、點(diǎn)火角及啟動(dòng)時(shí)間的試驗(yàn)信息匯總，因篇幅有限，僅取其中60℃溫度點(diǎn)的暖機(jī)啟動(dòng)狀況的曲線來(lái)描述，如圖1所示。

從圖1可以看出，暖機(jī)正常啟動(dòng)情形下啟動(dòng)試驗(yàn)均1次啟動(dòng)成功，啟動(dòng)時(shí)間0.5 s，可以說(shuō)此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的暖機(jī)啟動(dòng)性能。

3 SC6車(chē)型479QN發(fā)動(dòng)機(jī)暖車(chē)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)數(shù)據(jù)分析

在50～80℃暖機(jī)下隨機(jī)啟動(dòng)，若出現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)＞1.5 s，即判定為啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，記錄為1次啟動(dòng)異常，通過(guò)連接的相關(guān)設(shè)備可即時(shí)捕捉到異常啟動(dòng)發(fā)生時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。下面選取啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)為2.2 s（見(jiàn)圖2）的采集數(shù)據(jù)，與該車(chē)正常啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)0.5s的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

表2示出SC6整車(chē)74℃暖機(jī)啟動(dòng)、時(shí)長(zhǎng)2.2 s與正常啟動(dòng)的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)比，從表2可以看出，啟動(dòng)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火角、噴油脈寬、噴油加濃、步進(jìn)電機(jī)位置、供電電壓及進(jìn)氣壓力等在異常啟動(dòng)和正常啟動(dòng)時(shí)無(wú)明顯差異，都在正常標(biāo)定范圍內(nèi)。

表2 SC6整車(chē)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)與啟動(dòng)正常參數(shù)對(duì)比

用ES410采集的噴油、點(diǎn)火、轉(zhuǎn)速傳感器及相位傳感器的原始物理信號(hào)，如圖3所示，其中轉(zhuǎn)速傳感器和相位傳感器信號(hào)是輸入信號(hào)，噴油和點(diǎn)火是ECU輸出的控制信號(hào)。從圖3可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，判缸成功后，4缸滿足同步噴射條件，進(jìn)行了同步噴射，之后依次是2—1—3缸的順序噴射，ECU輸出的噴油信號(hào)順序正常。

從上述2次啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)和采集的原始物理信號(hào)分析來(lái)看，EMS各系統(tǒng)信號(hào)都正常，EMS關(guān)鍵輸入轉(zhuǎn)速（DG）、相位（PG）信號(hào)清晰正常，能正常判缸；EMS輸出的噴油、點(diǎn)火指令都有輸出，以上首先排除了ECU接收和發(fā)出指令的異常。

那么在混合氣點(diǎn)火瞬間，導(dǎo)致點(diǎn)火時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的可能性因素依據(jù)故障特征，可歸納為5種：1）燃油導(dǎo)軌內(nèi)油壓不足；2）噴油量過(guò)大或過(guò)??；3）點(diǎn)火或噴油執(zhí)行器未執(zhí)行；4）點(diǎn)火能量不足；5）混合氣中氧濃度偏低。針對(duì)上述5種可能性進(jìn)行逐一試驗(yàn)分析。

4 燃油導(dǎo)軌油壓對(duì)暖機(jī)啟動(dòng)的影響性分析

采用ES410、油壓表、三通管、透明油管及inca軟件進(jìn)行調(diào)查。啟動(dòng)方法：點(diǎn)火開(kāi)關(guān)從“OFF”擋直接打到“START”擋，在當(dāng)前油壓下直接啟動(dòng)。

透明油管、三通管及油壓表的連接，如圖4所示，用透明油管的作用是觀察油路氣泡，監(jiān)控供給燃油中是否混入空氣（試驗(yàn)證明不存在此現(xiàn)象）。

試驗(yàn)結(jié)果，如表3所示，從表3可以看出：每次熄火后油壓（250 kPa）下降速度沒(méi)有明顯規(guī)律，1 h以內(nèi)油壓可能降到0，也可能保壓良好；出現(xiàn)2次啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，分別為 1.60，1.80 s，此時(shí)對(duì)應(yīng)油壓為 190，180 kPa，其余試驗(yàn)啟動(dòng)時(shí)間均＜1 s，對(duì)應(yīng)油壓沒(méi)有規(guī)律可循。表明啟動(dòng)時(shí)油壓大小及泄壓快慢與啟動(dòng)時(shí)間無(wú)關(guān)聯(lián)性。

表3 不同燃油壓力對(duì)應(yīng)啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)記錄表

5 噴油量對(duì)暖機(jī)啟動(dòng)影響性分析

采用 ES410，CCP，inca軟件對(duì)搭載 MR479QN發(fā)動(dòng)機(jī)的SC6車(chē)型暖機(jī)啟動(dòng)減稀和加濃極限進(jìn)行探測(cè)。

5.1 減稀

以批產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，以10%為步長(zhǎng)進(jìn)行減稀操作，以觀察啟動(dòng)數(shù)據(jù)的空燃比、啟動(dòng)時(shí)間及轉(zhuǎn)速?zèng)_高和轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。當(dāng)啟動(dòng)和啟動(dòng)后數(shù)據(jù)減稀到批產(chǎn)數(shù)據(jù)的56%時(shí)，啟動(dòng)依然能正常啟動(dòng)和沖高，但是因啟動(dòng)后噴油量較少，導(dǎo)致偏稀熄火。具體數(shù)據(jù)分析，如表4和圖5所示（僅取暖機(jī)60℃、噴油減稀53%、啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)0.49 s對(duì)應(yīng)的參數(shù)趨勢(shì)圖）。

表4 噴油減稀對(duì)應(yīng)啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)記錄表

5.2 加濃

以批產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，以20%為步長(zhǎng)進(jìn)行加濃操作（因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)抗?jié)庑暂^好），觀察啟動(dòng)數(shù)據(jù)的空燃比、啟動(dòng)時(shí)間及轉(zhuǎn)速?zèng)_高和轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性。當(dāng)啟動(dòng)及啟動(dòng)后數(shù)據(jù)加濃到批產(chǎn)數(shù)據(jù)的140%時(shí)，依然能正常啟動(dòng)和沖高（沖高偏弱），但是因啟動(dòng)及啟動(dòng)后噴油量較大，混合氣偏濃，啟動(dòng)爬升階段和啟動(dòng)后怠速穩(wěn)定階段都出現(xiàn)較為嚴(yán)重的失火現(xiàn)象，認(rèn)為此時(shí)已不宜也無(wú)必要再做加濃檢測(cè)。具體數(shù)據(jù)分析結(jié)果，如表5和圖6所示（僅取暖機(jī)65℃、噴油加濃140%、啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)0.6 s對(duì)應(yīng)的參數(shù)趨勢(shì)圖）。

表5 噴油加濃對(duì)應(yīng)啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)記錄表

5.3 小結(jié)

在批產(chǎn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了加濃和減稀驗(yàn)證工作，分析結(jié)果表明：1）批產(chǎn)數(shù)據(jù)啟動(dòng)性能良好，空燃比設(shè)定合理，轉(zhuǎn)速?zèng)_高正常，轉(zhuǎn)速爬升階段快速、光滑，怠速穩(wěn)定，啟動(dòng)時(shí)間＜1 s；2）批產(chǎn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行加濃、減稀30%，啟動(dòng)性能良好，各方性能表現(xiàn)都在合理范圍內(nèi)；3）當(dāng)前批產(chǎn)數(shù)據(jù)加濃和減稀的極限可初步判定在-56%～140%，根據(jù)暖機(jī)啟動(dòng)匹配標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)，此區(qū)間合理。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，暖機(jī)環(huán)境下當(dāng)前啟動(dòng)數(shù)據(jù)噴油量選取合適，與暖機(jī)啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)無(wú)關(guān)聯(lián)性。

6 點(diǎn)火或噴油執(zhí)行器對(duì)暖機(jī)啟動(dòng)影響性分析

采用DS06014A示波器、感應(yīng)式測(cè)電筆、發(fā)光二極管、inca軟件進(jìn)行調(diào)查。

將示波器與噴油嘴電磁開(kāi)關(guān)插件連接，采集啟動(dòng)時(shí)噴油嘴的電壓信號(hào)，以判斷啟動(dòng)時(shí)噴油嘴是否正常噴油工作，用感應(yīng)式測(cè)電筆和發(fā)光二極管同步監(jiān)控啟動(dòng)時(shí)高壓點(diǎn)火執(zhí)行信號(hào)和噴油嘴的電壓執(zhí)行信號(hào)，如圖7所示。

在暖機(jī)狀態(tài)下共啟動(dòng)9次，出現(xiàn)1次點(diǎn)火長(zhǎng)1.5 s，雖然啟動(dòng)時(shí)間偏長(zhǎng)，但噴油嘴電磁開(kāi)關(guān)已接收到電壓信號(hào)（示波器已采集信號(hào)，同時(shí)發(fā)光二極管燈閃亮），同時(shí)感應(yīng)測(cè)電筆也顯示出脈沖電壓，證明噴油和點(diǎn)火都已執(zhí)行。

試驗(yàn)結(jié)果表明：暖機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)非點(diǎn)火或噴油執(zhí)行器的影響

7 點(diǎn)火能量對(duì)暖機(jī)啟動(dòng)影響性分析

搭載479QN發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)型在批產(chǎn)前標(biāo)定時(shí)做過(guò)相關(guān)點(diǎn)火能量測(cè)試工作，試驗(yàn)結(jié)果，如表6所示。可以看出，通過(guò)點(diǎn)火能量測(cè)試，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)滿足實(shí)際要求。

表6 479QN發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火能量測(cè)試記錄表

8 混合氣中氧濃度對(duì)暖機(jī)啟動(dòng)影響性分析

采用CCP、Adapter、測(cè)試用進(jìn)氣歧管、Lambda儀、LA4線氧傳感器、inca軟件、ES590、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、電壓型壓力傳感器及測(cè)試用排氣歧管進(jìn)行調(diào)查。

表7顯示熄火后和啟動(dòng)時(shí)λ（氧濃度）值、以及點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)。同時(shí)用ES590監(jiān)控每次熄火前的排氣背壓值，如圖8所示。

表7 λ（氧濃度）值大小與啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)關(guān)系表

從表7可以看出，正常啟動(dòng)時(shí)λ值都穩(wěn)定在6以上，啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，λ值都在3以下；λ＜3以后數(shù)值越低，對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，即λ值異常時(shí)，對(duì)應(yīng)啟動(dòng)時(shí)間也異常。

由于氧濃度可以在啟動(dòng)前實(shí)時(shí)監(jiān)控，所以通過(guò)監(jiān)控氧濃度數(shù)值和下降速度，而不必考慮啟動(dòng)前的水溫和時(shí)間多少，僅憑λ值就能提前預(yù)判當(dāng)次能否正常啟動(dòng)。

試驗(yàn)結(jié)果表明：暖機(jī)啟動(dòng)時(shí)間與進(jìn)氣歧管的氧濃度有強(qiáng)相關(guān)。

9 暖機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)真因分析

9.1 熄火后氧濃度下降原因分析

通過(guò)上述試驗(yàn)結(jié)果，已確定進(jìn)氣歧管氧濃度過(guò)低是導(dǎo)致暖機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的中間原因。然而是什么導(dǎo)致歧管氧濃度過(guò)低呢？理論上只有發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒廢氣進(jìn)入進(jìn)氣歧管才會(huì)導(dǎo)致氧濃度降低，由此預(yù)測(cè)汽車(chē)熄火后有廢氣從排氣歧管竄入進(jìn)氣歧管內(nèi)。為驗(yàn)證這一假設(shè)，每次熄火后取下氣缸蓋罩查看各缸凸輪軸位置，取氧濃度正常和非正常值各5次以上。進(jìn)氣歧管氧濃度異常時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣門(mén)總有一缸是同時(shí)打開(kāi)的（如圖9所示，4缸進(jìn)排氣凸輪軸“桃尖”同時(shí)位于頂開(kāi)氣門(mén)位置，即“氣門(mén)重疊角”位置，此時(shí)用塞尺檢查凸輪軸與氣門(mén)頂柱間隙，測(cè)量進(jìn)排氣門(mén)間隙結(jié)果都為0）；氧濃度正常時(shí)，所有缸氣門(mén)都未打開(kāi)（不通）。以上證實(shí)了廢氣從排氣歧管經(jīng)排氣門(mén)、燃燒室、進(jìn)氣門(mén)“竄入”到進(jìn)氣歧管這一事實(shí)。

9.2 熄火后凸輪軸出現(xiàn)氣門(mén)重疊現(xiàn)象過(guò)多原因分析

圖10示出MR479QN發(fā)動(dòng)機(jī)VVT相位調(diào)節(jié)情況[2]，無(wú)可變正時(shí)狀態(tài)進(jìn)排氣門(mén)的重疊角度為12°，有可變正時(shí)狀態(tài)進(jìn)排氣門(mén)的重疊角度為42°。圖11示出VVT相位調(diào)節(jié)原理[2]。ECU根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速和負(fù)荷工況進(jìn)行相位角計(jì)算，發(fā)出電信號(hào)指令到OCV電磁閥，電磁閥控制四通閥芯在不同位置使VVT進(jìn)角油腔（或遲角油腔）與壓力油溝通，另一腔與回油腔溝通，促使VVT內(nèi)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度（最大30°）；或使閥芯在中立位置不動(dòng)，VVT兩油腔壓力平衡，使VVT內(nèi)轉(zhuǎn)子及凸輪軸保持在某一位置。

VVT發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)的控制策略是最小的重疊角（保證怠速穩(wěn)定），而發(fā)動(dòng)機(jī)熄火之前基本為怠速狀態(tài)，即VVT不動(dòng)作，從啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)汽車(chē)出現(xiàn)氣門(mén)重疊過(guò)多現(xiàn)象分析，極有可能熄火瞬間VVT依然在動(dòng)作，很可能VVT驅(qū)動(dòng)器內(nèi)外轉(zhuǎn)子發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致熄火時(shí)的重疊角不是最小重疊角。

9.3 暖機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)真因分析

拔掉發(fā)動(dòng)機(jī)的OCV閥接插件進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)采集的監(jiān)控針對(duì)VVT數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖12所示，數(shù)據(jù)表明VVT執(zhí)行器（在10～-12°相位調(diào)節(jié)）仍有動(dòng)作，而正常情況下VVT應(yīng)無(wú)動(dòng)作（9°附近），由此證明故障車(chē)VVT存在異常。最終確認(rèn)暖機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的真正原因是VVT執(zhí)行器出現(xiàn)了異常。

暖車(chē)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)因果關(guān)系，如圖13所示。

10 結(jié)論

1）圍繞發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火啟動(dòng)機(jī)理，對(duì)信號(hào)、油、電及氣各種影響因子進(jìn)行分析，為避免由多個(gè)因子作用導(dǎo)致，逐一運(yùn)用假設(shè)驗(yàn)證分析，逐一排除ECU信號(hào)接收和發(fā)出燃油供給壓力、噴油量大小、點(diǎn)火或噴油執(zhí)行器及點(diǎn)火能量，結(jié)果表明λ值與暖機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)強(qiáng)相關(guān)；

2）λ值下降過(guò)快僅是暖機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題的中間原因，試驗(yàn)結(jié)果表明，VVT執(zhí)行器異常是導(dǎo)致暖機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的真因；

3）文章主要針對(duì)搭載MR479QN發(fā)動(dòng)機(jī)的英倫SC6轎車(chē)分析，對(duì)于搭載其它VVT發(fā)動(dòng)機(jī)的各種車(chē)型具有參考價(jià)值。