發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)的原因排查及解決措施

簡(jiǎn) 輝 張錦國(guó) 張 弘

(上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心/上海市汽車(chē)動(dòng)力總成重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 201804)

0 前言

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)[1]是發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過(guò)程中所面臨的較為普遍的情況。轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)主要表現(xiàn)包含2個(gè)方面：儀表盤(pán)轉(zhuǎn)速表指針以怠速期望值為中心發(fā)生抖動(dòng)；乘坐人員在座椅上感覺(jué)車(chē)身劇烈抖動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)嚴(yán)重影響乘坐舒適性,若不及時(shí)改善,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)一步惡化,甚至出現(xiàn)更大的故障。

進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械等[2]故障均會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速異常波動(dòng),因此,診斷轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)的原因是一項(xiàng)涉及面較廣、難度較大的工作,系統(tǒng)性解決轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)的方法還有待發(fā)現(xiàn),目前只能根據(jù)具體車(chē)型和具體問(wèn)題進(jìn)行分析[3-6]。

本文針對(duì)某試驗(yàn)車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)暖機(jī)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行排查,并找出轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)的原因——凸輪軸相位信號(hào)不可靠。調(diào)整凸輪軸信號(hào)輪間隙后,經(jīng)過(guò)驗(yàn)證,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)現(xiàn)象消失,證明措施有效。

1 轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)原因分析

某車(chē)型在長(zhǎng)時(shí)間D 檔暖機(jī)過(guò)程中,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動(dòng),車(chē)輛抖動(dòng)感覺(jué)明顯,轉(zhuǎn)速波動(dòng)如圖1所示。

由圖1可知,轉(zhuǎn)速突然下降規(guī)律不明顯,沒(méi)有明顯的周期性,轉(zhuǎn)速波動(dòng)范圍較大,超過(guò)170 r/min,明顯偏離目標(biāo)轉(zhuǎn)速。

造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)的可能原因包括點(diǎn)火系統(tǒng)故障、線(xiàn)束問(wèn)題、燃燒異常、噴油系統(tǒng)故障、配氣相位問(wèn)題、軟件(標(biāo)定)數(shù)據(jù)問(wèn)題、負(fù)荷變化、凸輪軸信號(hào)等。分析轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)原因采用了魚(yú)骨圖,如圖2所示。

圖1 轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)圖

根據(jù)圖2 魚(yú)骨圖,逐一排查,排查結(jié)果如表1 所示。排查出轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)的主要原因?yàn)橥馆嗇S傳感器原始信號(hào)偶爾出現(xiàn)缺齒現(xiàn)象,造成凸輪軸和曲軸相位不同步,使發(fā)動(dòng)機(jī)控制器無(wú)法判缸,影響噴油點(diǎn)火,造成發(fā)動(dòng)機(jī)失火且轉(zhuǎn)速突降。

2 轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)問(wèn)題解決措施

經(jīng)過(guò)原因分析排查,確認(rèn)該車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)D 檔暖機(jī)過(guò)程轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)的根本原因是凸輪軸傳感器信號(hào)異常。凸輪軸傳感器信號(hào)異常與凸輪軸信號(hào)輪的跳動(dòng)和間隙直接相關(guān)。

2.1 凸輪軸信號(hào)輪跳動(dòng)和間隙對(duì)凸輪軸傳感器信號(hào)的影響

測(cè)試凸輪軸信號(hào)輪在不同的跳動(dòng)和間隙組合情況下的磁波信號(hào)可以用來(lái)分析,結(jié)果如圖3所示。

圖3(a)說(shuō)明跳動(dòng)間隙在0.4 mm 以下,磁波信號(hào)正常,輸出的方波信號(hào)也正常。圖3(b)說(shuō)明跳動(dòng)間隙在0.5～0.6 mm 以上時(shí),寬齒的磁波信號(hào)存在偏差(部分超過(guò)前齒的30%),導(dǎo)致方波信號(hào)的寬度不正常,這將影響VVT 角度,但不會(huì)報(bào)錯(cuò)。圖3(c)說(shuō)明跳動(dòng)間隙在0.6 mm 以上,出現(xiàn)丟齒現(xiàn)象,從而進(jìn)行報(bào)錯(cuò)。因此,為保證信號(hào)正常,應(yīng)該控制跳動(dòng)間隙在0.4 mm 以下。

表1 轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)原因排查表

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異常原因魚(yú)骨圖

圖3 跳動(dòng)和間隙對(duì)凸輪軸傳感器信號(hào)的影響

2.2 凸輪軸信號(hào)輪的實(shí)測(cè)間隙和跳動(dòng)

圖4示出了凸輪軸信號(hào)輪3D 模型和從軸線(xiàn)方向看凸輪軸的截面圖。檢測(cè)凸輪軸信號(hào)輪四周a～j共10處的跳動(dòng)和間隙,結(jié)果如圖5所示。

檢測(cè)結(jié)果顯示f處的跳動(dòng)最大,當(dāng)跳動(dòng)間隙超過(guò)0.4 mm,將可能導(dǎo)致信號(hào)偏差。綜上分析,轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)由于凸輪軸信號(hào)輪徑向跳動(dòng)偏差過(guò)大,致使信號(hào)不穩(wěn)定,影響發(fā)動(dòng)機(jī)判缸,導(dǎo)致失火,最終表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)。

圖4 凸輪軸信號(hào)輪3D 模型(a)和凸輪軸信號(hào)輪橫截面

圖5 凸輪軸信號(hào)傳感器跳動(dòng)和凸輪軸信號(hào)傳感器間隙

2.3 解決措施

信號(hào)輪傳感器與凸輪尺寸關(guān)系如圖6所示。為保證得到穩(wěn)定的信號(hào)輪傳感器信號(hào),應(yīng)控制信號(hào)輪的跳動(dòng)間隙在0.4 mm 以下。解決轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)問(wèn)題的短期措施是控制凸輪軸傳感器安裝面到凸輪軸中心距離(L),將中心距離適當(dāng)增加。長(zhǎng)期措施是改進(jìn)信號(hào)輪安裝工藝,使精度較高的信號(hào)輪外圓采用定位裝配方式,并控制裝配同心度,降低信號(hào)輪的跳動(dòng)。

圖6 凸輪軸信號(hào)傳感器與凸輪軸相對(duì)位置

3 驗(yàn)證效果

將信號(hào)輪的跳動(dòng)間隙調(diào)整到0.3 mm 以下后,進(jìn)行了51次D 檔怠速冷起動(dòng)試驗(yàn),結(jié)果如表2所示。

表2 轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)試驗(yàn)情況

從表2可知,調(diào)整間隙之前進(jìn)行的45次怠速冷起動(dòng)D 檔暖機(jī)試驗(yàn)中轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)情況出現(xiàn)4次,出現(xiàn)幾率達(dá)到8.9%,這是不能接受的。調(diào)整跳動(dòng)間隙到0.3 mm 以下,進(jìn)行的51次試驗(yàn)中未出現(xiàn)轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)現(xiàn)象,達(dá)到預(yù)期目標(biāo),表明通過(guò)控制信號(hào)輪外圓徑向跳動(dòng),可以解決因凸輪軸信號(hào)異常導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

造成發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)的原因很多,需檢查項(xiàng)目繁多,因此需要良好的故障診斷流程以提高診斷效率,防止檢查工作重復(fù)和遺漏。

本文通過(guò)繪制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)故障診斷魚(yú)骨圖,逐一排查,最終確定由于凸輪軸信號(hào)異常導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速異常波動(dòng),通過(guò)控制信號(hào)輪徑向圓跳動(dòng)間隙很好地解決了發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)后暖機(jī)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速異常波動(dòng)問(wèn)題,為后續(xù)解決類(lèi)似問(wèn)題提供了有效思路方案。