汽车发动机加速无力故障检修案例分析

苏庆列

(福建船政交通职业学院,福建 福州 350007)

汽车作为现代人出行最便捷的交通工具,与人们出行生活越来越密切,随着科学技术越来越发达,环保标准越来越严格,汽车小排量发动机越来越普及,为了在减少排放的同时保证汽车的动力性,系统优化的多样性、控制模块的智能化,电子控制系统在汽车上占据越来越重要的位置,系统结构的多样化给汽车性能带来巨大改变的同时也带来了故障的复杂化。由机械故障逐渐转化为电控系统故障,机械故障与电控故障之间相互关系越来越密切,从而也增加了故障检修的难度,对维修设备的科学技术含量越来越高,对汽车维修技师的专业技术要求也越来越高。

发动机加速无力是汽车使用过程中较常见的故障,造成发动机加速无力的原因主要有制动系统、点火系统、进气系统、燃油供给系统、冷却系统及发动机控制系统等系统故障,其涉及范围广,维修难度大。本文以科鲁兹1.6 L排量LDE型发动机为例,对发动机加速无力故障案例进行综合分析[1]。

1 科鲁兹LDE发动机加速无力故障现象

2013款1.6 L排量科鲁兹,行驶里程42057公里,冷车启动时声音较大,伴有“哒哒”敲击声,发动机运转抖动较大,车辆行驶时加速无力、爬坡无力。在怠速时轻踩油门转速不能维持在2000 rpm左右,直接从1500 rpm瞬间升到3000 rpm,发动机仪表故障指示灯亮。咨询车主得知车辆2个月前因发动机高温缺水大修过,而大修过后发动机水温依然偏高。

2 故障可能原因分析及检修思路

汽车加速无力,爬坡行驶缓慢的现象,不能直接归罪于发动机故障,也有可能传动系统打滑和制动系统卡滞等原因[2],可通过试车来判断是发动机故障还是其他系统故障,具体维修思路如图1所示。

图1 发动机加速无力故障检修流程图

根据车主描述和试车结果,考虑发动机有敲击声、有抖动,且有发动机大修记录,读取故障码,故障显示P0011进气凸轮轴性能故障,初步判断为发动机故障。充分利用客户描述信息和诊断提示,按照从简到繁、从内到外的诊断思路,首先检查油路故障和机械故障,消除发动机敲击声;其次排查点火正时系统故障[3]。分析故障原因并制定排查思路如下:

1)发动机机油过脏堵塞油道,导致泄压阀打开或机油滤清器中的旁通阀打开,从而导致油路油压过低,影响动力。

2)油道单向阀损坏导致机油回流,不能保持发动机正常工作油压,造成发动机配气机构异响。

3)机油流量节流阀损坏造成机油进入发动机缸盖,导致机油量不均衡,影响发动机正常运转。

4)VVT系统故障,VVT系统中的机油控制阀损坏、滑阀卡滞,影响机油流向及流量大小,造成配气相位混乱,动力下降。

5)相位器本身故障,不能处理机油控制阀传输过来的信号,与ECU信号发生冲突,不能根据发动机实时工况调整凸轮轴的正时角度,进而影响气门开闭的时间和进排气量。

3 故障排查

3.1 机油油路故障排查

机油油路是保证发动机正常工作的一个非常重要的系统,机油油路是由油底壳、机油滤网、机油泵、机油泄压阀、机油滤清器、机油冷却器、机油压力开关、发动机缸体及缸盖中的油道组成的一个机油循环系统[4]如图2所示。当发动机启动,机油泵工作开始泵油,机油从油底壳经过机油滤网,初步过滤机油中较大的杂质后进入机油泵进行加压,通过侧缸盖机油道流到机油滤清器中,当机油油路堵塞时,油道当中的泄压阀打开，机油流回油底壳中,机油泄压阀被卡在打开位置时机油压力减小,造成机油无法良好润滑发动机机械部件，从而导致机械磨损。当机油泄压阀被卡在关闭位置时,机油油道堵塞造成机油压力过高,损坏发动机密封圈,导致机油外泄。经过泄压阀的机油流向机油节温器,当机油温度低时直接通过橡胶软管流到机油滤清器,机油温度过高时节温器打开，机油流到冷却器中进行冷却,保证机油在正常的工作温度,机油滤清器对机油进行细过滤,过滤比较小的金属粉末,机油滤清器堵塞后机油压力增高时,机油顶开滤清器顶端的泄压阀,机油不经过滤清器直接进入油道。

图2 LDE发动机机油油路图

3.1.1单向阀故障排查

机油单向阀是控制发动机机油流向的一个装置,控制可变正时机油油压,油道内经过加压的机油通过单向阀向上流到VVT阀,保证VVT阀有一个正常工作的油压,当发动机停止工作时,单向阀截住机油回流到油底壳,保证油道内具有一定的机油压力值,在下一次启动中时发动机更快到达正常工作油压。

当机油单向阀出现问题时会造成发动机机油压力过低,从而导致正时系统异响。拆卸并更换缸体内的机油单向阀,重新启动发动机异响减小,但还存在异响。

3.1.2机油流量节流阀故障排查

我厂基夫赛特炉渣含锌15%、铅4%及其他有价金属，必须经过烟化炉处理回收这部分有价金属。［1］同时为了全面回收余热，将烟化炉与余热锅炉设计成一体［2］。此系统自2012年投入使用后，基本满足基夫赛特炉生产的要求，但是随着产能不断提升，导致烟化炉处理量增加，进而引发锅炉热负荷增加，影响锅炉的安全运行。为满足安全生产的需要，在2018年对余热锅炉进行改造

机油流量节油阀是安装在发动机缸体与缸盖连接处的主油道内,它是由塑料组成的一个空心圆柱体,它的作用是控制主油道内机油流向缸盖油道的流量。保证充分的机油对配气机构进行润滑。由于发动机经过高温后,机油流量节流阀变形,造成机油流量不受控制,因此更换了机油流量节流阀。

3.2 VVT阀故障排查

VVT阀是VVT系统中的核心部件之一,也是VVT系统中容易出故障的零部件,LDE型发动机采用的是液压驱动式VVT系统如图3所示,VVT系统主要由相位器、机油控制阀等组成。

LDE型发动机搭载的相位器结构为链传动星型转子相位器。链轮、定子和隔板共同组成液压空腔,并被带有油封的星型转子分割为两个油腔,分别与凸轮轴和机油控制阀进出油孔相对应连接。

相位器中的转子与凸轮轴通过中央螺丝锁紧在一起,转子与凸轮轴转动速度永远是相同的。定子与链轮定子用螺丝固定在一块,链轮与曲轴的转动速率是同步的。转子相对于定子有相对转动的时候,凸轮轴也就相对于曲轴有了正时提前或滞后。

图3 VVT系统油路

机油控制阀是比例阀,阀芯的移动位置与发动机ECU电脑板向机油控制阀线圈提供的PWM占空比大小成正比。占空比逐渐加大时,线圈电磁力也逐渐加大,铁芯总成在螺线管中移动,并克服弹簧推动阀芯前移,当占空比信号减小时,电磁力也逐渐减小,阀芯在弹簧力的作用下逐渐回位。阀芯在移动过程中,与阀套配合实现油路的切换,从而控制流入/流出相位器油腔的机油流量。

VVT系统是实现对凸轮轴正时的实时调节和控制的,具有响应迅速、控制精准、控制稳定三大特点。发动机ECU根据节气门位置传感器、发动机冷却液温度传感器、转速传感器、空气流量传感器等传感器传输过来的电信号进行计算,得出发动机在各工况下所需气门正时角。同时,发动机ECU根据曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器实时传来的反馈信号计算得出凸轮轴的实际位置。ECU将目标位置与实际位置进行对比,根据ECU内的工况信号,向机油控制阀发出动作信号,改变控制阀中阀芯的位置,从而改变油道中机油流动方向与流量的大小,把提前、滞后、保持不变的信号通过油压的方式反馈给VVT相位器空腔内,实现相位器内部定子与外部转子间的相对转动,来调节凸轮轴的正时角度,从而达到调整进排气的多少与气门开闭的时间,进而提升发动机的性能和动力输出。

3.2.1机油控制阀故障排查

启动发动机记录此时发动机的响声,给机油控制阀外接12V电源,发动机声音瞬间减小但还有一点异响,证明机油控制阀卡滞,需要更换。打开气门室罩盖检查正时气门记号相位器与气门位置,发现位置有偏移,相位器内部有问题,拆卸机油控制阀并更换。

凸轮轴位置传感器又称为气缸识别传感器如图4所示,主要的作用是采集配气凸轮轴的位置信号,并将信号传输给发动机ECU,让ECU精准地识别气缸的第一缸压缩上止点,从而按照顺序进行喷油控制、点火时刻控制与爆燃控制。

图4 凸轮轴位置传感器

拆下进排气凸轮轴位置传感器进行互换测试,发现进气凸轮轴位置传感器故障变为排气凸轮轴位置传感器故障,得出进气凸轮轴位置传感器故障,更换进气凸轮轴位置传感器后进行试车,发动机异响消除,但车辆依然存在加速无力。仪表故障灯依然亮,解码器读出P0011凸轮轴系统性能故障。

3.2.3点火正时故障排查

汽车正时是启动发动机使发动机平稳运行的重要部件,控制着发动机配气机构的开闭和曲轴与凸轮轴的相对位置。

正时点火过早:会导致怠速不稳及发动机抖动,启动发动机时,起动马达运转吃力,有明显的顿挫感,启动过后油门加速缓慢,急踩油门有急促的敲缸声。发动机动力严重不足,不能达到高速行驶要求。

正时点火轻微过早:怠速时无明显抖动,发动机怠速转速略高,温柔驾驶无明显不良驾驶感受,驾驶后段加速缓慢,高速行驶影响发动机寿命。

正时点火过迟:启动困难,发动机运转无力,动力不足,怠速不稳,低速行驶容易熄火,转速维持在高速时,发动机水温偏高,油耗增大,发动机响声发闷。

正时提前或是过迟都会影响发动机的运转,影响发动机动力,严重的甚至会损坏发动机[5]。

经过前期机械部分维修和换件,发动机异响有所减缓,但P0011故障依然反复出现。重新理清思路认真分析认为,发动机加速无力由发动机正时不正确而造成的,打开气门室罩盖用专用正时调整工具调整正时,全部安装完毕启动发动机,故障灯不亮,轻踩油门反应迅速,再次进行路试,发动机加速有力,爬坡有劲。回来怠速时故障灯再次亮起,读取故障码P0011进气凸轮轴系统性能故障消失,但出现了新的故障码P0016进气凸轮轴位置不合理。

再次用正时调整专用工具检测正时位置时发现,进气凸轮轴位置不正确,调整好正时,进行路试,15 km后故障灯亮起,又一次检测正时位置时发现进气凸轮轴位置不正确,这时非常疑惑,正时对准了进气凸轮轴为什么会不断改变,经过多次调整及网上故障案列分析,得知该款发动机正时非常难对准,大胆分析,认为正时位置错误是由正时调整工具加工产生的误差及该车短期内经历2次高温缺水,发动机局部有轻微变形所导致的正时移位,用量缸表测每个气缸上止点时正时位置,发现一缸在上止点时正时工具不能卡到进排气齿轮,将上止点延迟5°时正时工具才能进去,再次装车路试,故障灯又亮起,确定了故障与正时有关,而正时与进气凸轮轴一缸上止点延迟5°有关,找来同款发动机的别克英朗进行正时检测,发现正时没有延迟5°。进行仔细分析,决定不用正时调整专用工具进行调整,改用手工进行匹配,数出齿轮齿数为23齿计算得出曲轴为15.65°/齿,曲轴转两圈而凸轮轴转一圈得出15.65*2=31.3°,凸轮轴每齿为31.3°,用画规在纸上画出一个能放入皮带盘的圆,标注上进气门打开、进气门关闭、排气门打开和排气门关闭时所在的位置,在其中标注10°每等分的格子如图5所示。

图5 发动机正时记号

缓慢转动曲轴,注意观察气门顶杯声响,测出每个气门打开及关闭时的度数,将所测得的数据记录并进行对比分析,选出均衡的气门开闭角进行正时调整,启动发动机,用解码器读取发动机怠速及2000转时的进排气指令,分析当中相互关系,再次用上述方法将凸轮轴与正时相匹配,直到最佳配合位置,启动发动机故障灯熄灭,怠速时轻踩油门,发动机反应迅速,进行路试,发动机加速有力、上坡有劲,多次路试后故障灯没有再亮起,进行交车前检查,没有问题后把车交给客户。

4 总结

根据客户对故障现象的描述和试车检验,获取尽可能完整的故障信息,对故障原因分析及故障点的检测,形成维修思路,按照由简到难、由表及里等排查方法,借助机油压力表排除发动机声音过大,是机油压力不足造成从而间接排除了机油泵故障,通过进排气电磁阀互换排除电池阀故障,通过万用表及解码器读出数据排除电池阀电路故障,从而得出发动机声音过大是由机油油道单向阀故障造成的,更换机油油道单向阀就可解决发动机声音过大的问题。而发动机出现“哒哒”声,声音随转速加快而增大,及之前其他故障排除结果可以判断是由于配气机构出现的问题,从配气机构逐步检查跟排除,可得知是由于气门顶杯磨损造成的气门间隙过大发出的声音。而该车的难点在于故障码P0011凸轮轴系统性能故障,故障码范围广泛,所牵扯到的东西比较多,涉及的传感器、电路及机械故障比较多,需要仔细耐心的排查。