2017款一汽奔騰X40車發(fā)動機故障燈異常點亮

西安恒泰汽車服務有限公司 岳 鋒

一輛2017款一汽奔騰X40車，搭載型號為CA4GB16的1.6 L自然吸氣發(fā)動機，累計行駛里程約為8萬km，因車輛行駛過程中儀表盤上的發(fā)動機故障燈異常點亮而進廠檢修。

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

查閱相關資料得知，該款發(fā)動機配備了進氣可變凸輪軸正時（VCT）系統(tǒng)。VCT系統(tǒng)由發(fā)動機控制單元、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，以實現(xiàn)改變機油回路的功能，從而調(diào)節(jié)進氣凸輪軸相位?！?位”指的是可變凸輪軸正時滯后、提前和壓力保持平衡等3個調(diào)節(jié)位置，“4通”對應著機油進入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)動機運行情況，如進氣量、節(jié)氣門位置和發(fā)動機冷卻液溫度，發(fā)動機控制單元發(fā)送目標占空比控制信號給VCT電磁閥，VCT執(zhí)行器通過3位4通閥用機油壓力調(diào)節(jié)進氣凸輪軸角度。這樣在總體駕駛條件下，優(yōu)化了進氣凸輪軸和曲軸的相對位置，提高了發(fā)動機轉矩和燃油經(jīng)濟性，降低了廢氣排放量。

圖1 VCT系統(tǒng)相關組件示意圖

如圖2所示，發(fā)動機控制單元通過負占空比信號去控制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，此時來自機油泵的機油經(jīng)過機油濾清器、單向閥（也叫保壓閥，該車的單向閥位于機油濾清器底座內(nèi)）和3位4通閥后進入VCT執(zhí)行器的滯后腔，而提前腔內(nèi)的機油則經(jīng)過3位4通閥流回到油底殼。當進氣門的打開時刻需要提前時，發(fā)動機控制單元調(diào)高VCT電磁閥的占空比，3位4通閥切換油路，機油進入提前腔，滯后腔內(nèi)的機油釋放。另外，在達到目標調(diào)節(jié)角度后，發(fā)動機控制單元改變VCT電磁閥通電時的脈沖占空比，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，進氣門的開啟點固定在某一個定值上。

圖2 VCT系統(tǒng)工作示意圖

起動發(fā)動機，保持發(fā)動機怠速運轉，用示波器測量凸輪軸位置和曲軸位置傳感器的信號波形，測得的發(fā)動機正時波形如圖3所示，其中藍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，其信號靶輪上有2個寬齒和2個窄齒；曲軸位置傳感器是磁電式傳感器，其信號靶輪為“58+2”結構（即信號靶輪上有58個齒和2個缺齒）。此外，凸輪軸信號靶輪第2個寬齒的上升沿相對于曲軸信號靶輪缺齒中間位置約為17°曲軸轉角。

圖3 故障車的發(fā)動機正時波形（截屏）

為了更準確地分析發(fā)動機正時波形問題，找出之前保存的一輛同款車的發(fā)動機正時波形（圖4），發(fā)現(xiàn)凸輪軸信號靶輪第2個寬齒的上升沿相對于曲軸信號靶輪缺齒中間位置約為8°曲軸轉角。兩者進行對比，故障車的進氣凸輪軸相對曲軸的位置較正常車的提前了約9°曲軸轉角。

圖4 正常車的發(fā)動機正時波形（截屏）

拆開發(fā)動機氣門室蓋，檢查發(fā)動機正時，未發(fā)現(xiàn)異常。用開口扳手轉動進氣凸輪軸，發(fā)現(xiàn)有很明顯的曠量，于是建議車主更換進氣凸輪軸鏈輪總成、發(fā)動機正時鏈條等部件。征得車主同意后，更換進氣凸輪軸鏈輪總成、發(fā)動機正時鏈條等部件后試車，之前起動瞬間的異響不再出現(xiàn)。試車過程中，當發(fā)動機轉速提升至約1 500 r/min時，發(fā)動機室還會傳出短暫的“咔啦啦”聲。經(jīng)過多次試車，確認異響還是從發(fā)動機正時部位傳出來的。鑒于進氣凸輪軸鏈輪總成、發(fā)動機正時鏈條等部件已更換過，推測隨著發(fā)動機轉速的提高，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。為了驗證自己的推測，脫開VCT電磁閥導線連接器后反復試車，異響不再出現(xiàn)，說明異響的確是由VCT執(zhí)行器工作時發(fā)出來的。結合VCT系統(tǒng)工作原理，接下來準備對油路進行檢查。拆卸機油濾清器蓋，發(fā)現(xiàn)機油濾清器底座上的單向閥已老化脫落（圖5）。更換機油濾清器底座后試車，上述異響不再出現(xiàn)。

圖5 機油濾清器底座上的單向閥已老化脫落

更換進氣凸輪軸鏈輪總成、發(fā)動機正時鏈條及機油濾清器底座等部件，故障徹底排除。

該車故障排除后，維修人員試著對進氣凸輪軸鏈輪總成進行了分解，發(fā)現(xiàn)進氣凸輪軸鏈輪總成內(nèi)部鎖銷與鎖銷孔的間隙變大（圖6）。分析認為，很可能是在VCT系統(tǒng)工作過程中，由于機濾底座內(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，進而導致初始狀態(tài)下進氣凸輪軸相位發(fā)生變化。發(fā)動機控制單元監(jiān)測到發(fā)動機正時存在偏差，進而點亮發(fā)動機故障燈。

圖6 進氣凸輪軸鏈輪總成內(nèi)部鎖銷與鎖銷孔的間隙變大