热机偶尔启动困难问题的分析和研究

吕园园 武晟锋 禹闯

摘 要：目前各大汽车品牌都反馈车辆存在启动困难问题，尤其是自然吸气式发动机，且解决此类问题非常有难度，下面我们对启动困难问题进行一下探讨，启动困难问题分为两类，一类是冷车启动困难问题，另一类是热车启动困难问题，下面我们主要研究一例热机启动困难的案例论证以上观点。

关键词：热机；启动困难；相关因素

中图分类号： TM2 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）16-190-21 试验

1.1 实验材料

存在热机启动困难问题故障车一台，自制带线性氧传感器安装孔的进气歧管工装、线性氧传感器和空燃比分析仪、装有INCA程序的笔记本电脑一台，ETAS590、油压

1.2 实验分析

1.2.1 现象确认

原车状态下热车启动故障验证22次，故障再现3次，故障现象都是拖动时间较长，分别是：1.17s/1.77s/1.37s，然后发动机突然启动，采集的数据曲线如图1所示，正常的启动如图2所示，拖动时间为0.5s左右。

验证方法：车辆行驶10min后，熄火放置10～40min，每次启动前，先取出喷油器，用录像机记录3s的喷油以及用内窥镜观察启动喷油，然后把喷油器再装回到发动机上，发动机运行5～10min，熄火10～40min，再次启动前如上面的操作执行。

验证结论：用此方法一共做了154次验证，通过回放录像观察以及内窥镜观察，没有发现喷油过程中有气阻。

1.2.2 排气侧空燃比情况的排查

通过对故障车辆采集的数据（约171个）进行排查，发现排气歧管中的空燃比升高与启动困难没有必然联系。排气侧空燃比升高的原因是排气管中进入了氧气，进入的途径有两个，其一，停机时进气门与排气门有重合角，同时打开，造成进气侧的氧气与排气管中废气对流，导致排气侧空燃比升高，进气歧管中氧气含量减少，此情况会导致启动困难；其二，高转速运转的情况下突然松油门并熄火，在降速过程中，标定策略控制喷油停止，由于发动机仍在运转，因此将没有燃烧的氧气吸到排气管内，造成排气侧空燃比暂时升高，当转速降下来后，恢复喷油，排气侧空燃比恢复到正常的1左右。

1.2.3 进气歧管中废气验证

验证方法：在故障车的进气歧管上安装线氧传感器，并且断开与进气歧管相连的PCV阀、碳罐控制阀、真空助力，VVT控制阀，车辆行驶10min后，熄火放置10～40min，熄火放置期间采集进、排气空燃比，每次启动前再次采集进气、排气的空燃比数值、启动时间、过冲转速等数据。

验证过程：按上面的方法进行了95次验证，故障再现12次，故障率为12%，其中11次故障再现时，进气侧空燃比在2.27～3.24之间（正常进气侧空燃比为6～15），排气侧空燃比只有1次升高为3.39（停车一夜），由此发现：进气侧空燃比在3.3以下与启动困难故障存在非常强的关联性，验证过程中进气侧空燃比下降到3.5以下时，进行了两次发动机拆解检查，其中一次，一缸进/排气门有重合角，另一次，四缸进/排气门有重合角，用强光照射可以看到，气门的微小缝隙，见图3，发动机熄火时用内窥镜对进气门附近观察发现，偶尔会见到有气体从进气门溢出，见图4。

1.2.4 进气歧管内的废气来源分析

对熄火时，采集的各项数据分析，正常情况下钥匙打到KEY OFF，转速下降，进气空燃比迅速上升至15～16，然后非常缓慢地下降，一般在0.5小时下降到11左右，1小时下降到9～10之间，之后稳定或非常缓慢下降；故障发生前，发动机熄火瞬间进气空燃比迅速上升到15左右，接着快速下降，约15秒下降至4.7左右，然后进入缓慢下降阶段，当下降到3以下，就会出现启动困难故障。

从数据上看，关闭钥匙后，节气门开度从4%下降到2%，歧管压力由350kPa下降到310kPa，并持续了0.82s，从曲轴转速下降开始至进气歧管压力上升到大气压力用了3.2s，此时进气歧管会吸入各个方向的空气，包括发动机燃烧后的废气，如果此时进/排气门有重合角，废气流速大于新鲜空气从节气门进入的流速，进气歧管内就会吸入大量废气，如果新鲜空气从节气门进入进气歧管的流速大于废气进入歧管的流速，进气歧管内就会吸入大量的新鲜空气。

1.2.5 废气对启动影响的模拟试验

将其他车辆怠速的废气接入故障车的空滤，并观察进气的空燃比变化，当空燃比降低到3以下时，停止废气接入，稳定20分钟，然后启动车辆，同时采集启动数据，进一步证明了废气是导致启动困难的主要原因。

1.2.6 电路方面对启动影响的排查

故障车试车时出现了一次故障，这次起动机拖动时间为24s，检查电瓶电压正常，随后用示波仪连接点火线路和喷油线路继续测量，发现出现启动困难现象时示波仪记录的点火和喷油信号正常，说明此问题与喷油和点火电路方面的控制没有关系。

2 结果与讨论

通过对启动时的喷油情况进行观察，说明该车启动困难原因与油路中的气阻关系非常小。

通过用示波仪确认出现启动困难现象时的点火信号和喷油信号正常，此问题喷油和点火电路方面的控制没有关系。

该车启动困难的主要原因是进气歧管内存有废气，导致启动困难，废气浓度及容量与起动机拖动时间的长短成比例。

通过切断PCV/碳罐阀/真空助力管的验证，证明产生废气的原因是发动机停机时，偶尔停在某个缸的进/排气门重合角上，导致燃烧后的废气进入进气歧管。

通过废气模拟试验进一步证明废气是导致该车启动困难的主要原因。

3 应对措施

3.1 更改ECU的标定数据

实现关闭钥匙后，节气门开度从2%更改为7.2%，更改熄火标定的验证，原标定数据：歧管压力由330kPa开始上升到大气压力用了3.28s，更改标定后，歧管压力恢复到大气压力的时间为0.88s，较原标定减少了2.4s，也就是说，新鲜空气比原来标定提早了2.4s灌入了进气歧管，减少了废气进入的时间（或者说是容积）。

3.2 对策验证

验证方法：车辆行驶10min后，熄火放置10～40min，熄火放置期间采集进、排气空燃比，每次启动前再次采集进气、排气的空燃比数值、启动时间、过冲转速等数据。

验证结论：通过54次启动试验，故障没有再现，对策有效。

3.3 总结

把启动时的节气门开度调整到80%，使更多的新鲜空气进入进气歧管，减少换气时间，该标定数据比原标定在启动时间上减少0.49s。结论是将火后节气门开度更改至7.2%的方案已完成63次验证，无启动困难现象。

参 考 文 献

[1] 张西振，韩梅主编.汽车发动机构造与维修[M].机械工业出版社，2005.

[2] 王秀贞主编.汽车故障诊断与检测技术[M].人民邮电出版社，2003.

[3] 陈焕江主编.汽车检测与诊断[M].机械工业出版社，2002.