2010款奧迪A6L車發(fā)動機正時偏差故障

奧星越秀汽車職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校 任賀新

任賀新，汽車免拆診斷技術(shù)專家，現(xiàn)任奧星越秀汽車職業(yè)培訓(xùn)學(xué)校高級培訓(xùn)講師，曾任奧迪4S店及中鑫之寶技術(shù)經(jīng)理；2013年通過一汽-大眾技術(shù)培訓(xùn)師認(rèn)證；2013年獲得奧迪十佳技術(shù)培訓(xùn)師榮譽稱號；2017年被聘為第三屆汽車診斷師大賽星至寶賽區(qū)專家評委。

故障現(xiàn)象 一輛2010款奧迪A6L車，搭載CCE發(fā)動機，累計行駛里程約為20萬km。該車在其他維修廠大修發(fā)動機后，在著車磨合過程中發(fā)動機故障燈異常點亮，偶爾伴隨有起動時間長和發(fā)動機怠速抖動的現(xiàn)象。用故障檢測儀檢測，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機控制單元中存儲有凸輪軸位置與曲軸位置分配不正確的故障代碼，接著維修人員做了以下檢測及部件調(diào)換，但故障依舊，于是請求筆者進(jìn)行技術(shù)支持。

（1）按照維修手冊的步驟，用正時工具檢查凸輪軸和曲軸的相對位置。

（2）對調(diào)了氣缸列1和氣缸列2的VVT（可變凸輪軸正時）電磁閥、VVT鏈輪及凸輪軸位置傳感器。

（3）大修過程中發(fā)現(xiàn)氣缸列2的凸輪軸軸瓦輕微磨損，擔(dān)心此處泄壓引起機油壓力不足，導(dǎo)致凸輪軸鏈輪調(diào)節(jié)異常。剛好店內(nèi)還有一臺正在大修的同款發(fā)動機，于是替換了氣缸列2的凸輪軸安裝支架。

（4）測量機油壓力，在正常范圍。

（5）更換機油泵。

（6）檢查進(jìn)氣和排氣側(cè)VVT電磁閥導(dǎo)線連接器，沒有插反。

故障診斷 接車后試車，起動發(fā)動機，起動時間偏長，發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。用故障檢測儀檢測，發(fā)動機控制單元中存儲有故障代碼“P0019 氣缸列2，凸輪軸位置/曲軸位置傳感器 分配不正確 主動的/靜態(tài)的”（圖1）。查詢OBD（車載診斷）標(biāo)準(zhǔn)故障代碼，得知P0019指向氣缸列2的排氣凸輪軸。

圖1 發(fā)動機控制單元中存儲的故障代碼（截屏）

該車倒換的部件較多，常見的故障點都已做過排查，決定用pico示波器測量凸輪軸位置傳感器和曲軸位置傳感器信號，對比氣缸列1和氣缸列2的正時波形。pico示波器可以呈現(xiàn)出發(fā)動機控制單元“看到”的內(nèi)容，讓維修人員能夠從發(fā)動機控制單元的視角分析故障。

圖2所示為發(fā)動機怠速時氣缸列1的正時波形（局部放大視角），圖3所示為發(fā)動機怠速時氣缸列2的正時波形（局部放大視角），對比可知，以凸輪軸靶輪第2寬齒的上升沿相對于曲軸靶輪缺齒位置的角度來看，兩側(cè)進(jìn)氣凸輪軸相對曲軸的位置基本一致，相差約4°（20°-16°=4°）曲軸轉(zhuǎn)角；而兩側(cè)排氣凸輪軸相對曲軸的位置差別較大，相差約37°（63°-26°=37°）曲軸轉(zhuǎn)角，這與故障代碼P0019相符，說明氣缸列2排氣凸輪軸的位置信號確實異常。

圖2 故障車發(fā)動機怠速時氣缸列1的正時波形（截屏）

圖3 故障車發(fā)動機怠速時氣缸列2的正時波形（截屏）

這里介紹一下分析正時波形的基礎(chǔ)知識?？s放故障車氣缸列2的正時波形（圖4），分析可知，該車曲軸位置傳感器為磁電式傳感器，電壓信號為正弦波形式的交流電；曲軸靶輪是“58+2”結(jié)構(gòu)，即58個齒加上2個缺齒；曲軸旋轉(zhuǎn)1圈為360°，可計算出每個齒對應(yīng)6°（360°÷60=6°）曲軸轉(zhuǎn)角。凸輪軸位置傳感器為霍爾式傳感器，電壓信號為5 V或0 V；靶輪上有4個齒，包括2個窄齒和2個寬齒。圖4中2條虛線之間的距離表示曲軸旋轉(zhuǎn)2圈，即720°曲軸轉(zhuǎn)角，正好對應(yīng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)1圈。

圖4 縮放后氣缸列2的正時波形（截屏）

之前的維修人員已反復(fù)檢查過發(fā)動機的機械正時，怎么沒有發(fā)現(xiàn)氣缸列2排氣凸輪軸的位置錯誤呢？帶著疑問，筆者拆下了兩側(cè)的氣缸蓋罩，然后用正時工具重新檢查發(fā)動機機械正時，檢測結(jié)果符合維修手冊標(biāo)準(zhǔn)。對比兩側(cè)排氣凸輪軸靶輪的角度，發(fā)現(xiàn)兩者完全一致。這就奇怪了，為什么正時波形顯示不一致呢？

進(jìn)一步思考，決定重新測量凸輪軸位置傳感器的信號波形。為了簡化工序，裝回幾顆螺栓固定氣缸蓋罩（以免凸輪軸旋轉(zhuǎn)時甩出機油），不安裝點火線圈，利用起動機帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)幾圈，對比兩側(cè)進(jìn)、排氣凸輪軸位置傳感器的信號波形，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)進(jìn)、排氣凸輪軸位置傳感器的信號波形基本重合，說明此時氣缸列2排氣凸輪軸的位置正常。為什么氣缸列2排氣凸輪軸的位置怠速時不正常，起動工況又恢復(fù)正常了？分析認(rèn)為，這可能與VVT系統(tǒng)有關(guān)，由于起動工況沒有建立機油壓力，因此VVT系統(tǒng)不參與調(diào)節(jié)。

將車輛復(fù)原，脫開兩側(cè)VVT電磁閥導(dǎo)線連接器，不讓VVT系統(tǒng)參與工作。起動發(fā)動機，用pico示波器記錄整個過程中兩側(cè)進(jìn)、排氣凸輪軸位置傳感器的信號波形（圖5），發(fā)現(xiàn)剛起動發(fā)動機時，兩側(cè)進(jìn)、排氣凸輪軸位置傳感器的信號波形基本一致，持續(xù)大約2 s；隨后氣缸列2的排氣凸輪軸開始調(diào)整，此時能看到靶輪齒信號的寬度發(fā)生變化（波形是電壓隨時間變化的圖像，靶輪齒信號的寬度取決于凸輪軸的轉(zhuǎn)速和靶輪齒的實際寬度），這個階段也持續(xù)大約2 s；調(diào)整過程結(jié)束后，氣缸列2的排氣凸輪軸保持在錯誤位置。

圖5 故障出現(xiàn)時的相關(guān)波形（截屏）

已經(jīng)脫開了VVT電磁閥導(dǎo)線連接器，為什么排氣凸輪軸還能調(diào)整？懷疑VVT電磁閥卡滯，導(dǎo)致內(nèi)部的機油回路錯誤。決定對調(diào)氣缸列2的進(jìn)、排氣VVT電磁閥，觀察故障是否轉(zhuǎn)移。在安裝時發(fā)現(xiàn)VVT電磁閥安裝不到位，閥芯總是露出一段。經(jīng)過仔細(xì)對比，發(fā)現(xiàn)氣缸列1和氣缸列2的凸輪軸支架不一樣（圖6），氣缸列2的凸輪軸支架上有安裝臺階，而氣缸列1的凸輪軸支架上沒有安裝臺階。聯(lián)想到維修人員之前與其他車上的發(fā)動機調(diào)換過氣缸列2的凸輪軸支架，立即找來原車配件進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)2輛車的發(fā)動機凸輪軸支架和VVT電磁閥都不一樣（圖7）。維修人員只調(diào)換了氣缸列2的凸輪軸支架，VVT電磁閥仍然是原車配件，以致氣缸列2的凸輪軸支架與VVT電磁閥不匹配。如圖8所示，當(dāng)2輛車的VVT電磁閥安裝支架處于同一平面時，閥芯的位置不同，這會影響VVT系統(tǒng)的控制油路。

圖6 對比氣缸列1和氣缸列2的凸輪軸支架

圖7 對比2輛車的發(fā)動機凸輪軸支架和VVT電磁閥

圖8 2輛車的VVT電磁閥安裝后的區(qū)別

VVT電磁閥是一個3位4通閥，閥芯在彈簧力和電磁力的作用下有3個調(diào)節(jié)位置（滯后、提前和保持），用于控制4個通道（供油孔、回油孔、提前腔和滯后腔）。

（1）如圖9a所示，VVT電磁閥的控制占空比為0%，VVT電磁閥通電電流較小，閥芯位于最右側(cè)，供油孔連通滯后腔，回油孔連通提前腔，轉(zhuǎn)子相對于鏈輪逆時針旋轉(zhuǎn)，處于“滯后“位置。

（2）如圖9b所示，VVT電磁閥的控制占空比為50%，VVT電磁閥通電電流中等，閥芯位于中間，封閉滯后腔和提前腔，轉(zhuǎn)子保持原位置不動。如果達(dá)到了最佳的凸輪軸位置，就會通過電磁閥使兩側(cè)調(diào)節(jié)腔的機油量保持不變，從而使凸輪軸保持在相應(yīng)位置。

（3）如圖9c所示，VVT控制電磁閥的控制占空比為100%，VVT電磁閥通電電流較大，閥芯位于最左側(cè)，供油孔連通提前腔，回油孔連通滯后腔，轉(zhuǎn)子相對于鏈輪順時針旋轉(zhuǎn)，處于“提前“位置。

圖9 VVT電磁閥控制原理

正常情況下，發(fā)動機熄火后，VVT電磁閥斷電，閥芯在彈簧力的作用處于極限位置。為了確保起動及怠速時氣門重疊角最小，進(jìn)氣凸輪軸處于“延遲”位置，排氣凸輪軸處于“提前”位置。由于氣缸列2的VVT電磁閥和凸輪軸支架的型號不匹配，發(fā)動機熄火后，VVT鏈輪內(nèi)的機油緩慢泄壓，在排氣鏈輪內(nèi)彈簧的作用下，排氣鏈輪逐漸恢復(fù)到“提前”位置；起動發(fā)動機后，機油壓力迅速建立起來，排氣鏈輪又被調(diào)節(jié)到“滯后”位置，進(jìn)而引起一系列的故障現(xiàn)象。

故障排除 將氣缸列2的凸輪軸支架換回原車型號后試車，正時波形恢復(fù)正常，經(jīng)長時間試車，故障現(xiàn)象未再出現(xiàn)，故障排除。

故障總結(jié) （1）根據(jù)維修人員的描述，在調(diào)換凸輪軸支架之前發(fā)動機控制單元也存儲有凸輪軸位置與曲軸位置分配不正確的故障代碼，這是為什么呢？經(jīng)過進(jìn)一步與維修人員交流，筆者認(rèn)為，由于是晚上加班修車，維修人員注意力不集中，把進(jìn)、排氣VVT電磁閥導(dǎo)線連接器（圖10）裝反了，從而使發(fā)動機控制單元存儲凸輪軸位置與曲軸位置分配不正確的故障代碼，接著又沒有認(rèn)真檢查，就開始一系列的倒件過程。雖然后來將進(jìn)、排氣VVT電磁閥導(dǎo)線連接器復(fù)原了，但此時的故障原因已經(jīng)變成了凸輪軸支架型號不對。

圖10 進(jìn)、排氣VVT電磁閥導(dǎo)線連接器

（2）驗證VVT電磁閥、VVT鏈輪及油道是否正常，可將VVT電磁閥控制端接搭鐵，同時用pico示波器測量凸輪軸相對于曲軸的調(diào)整角度，如果角度沒變化或變化量太小，說明調(diào)整回路工作不正常。

（3）通過讀取發(fā)動機數(shù)據(jù)流也可以發(fā)現(xiàn)異常。如圖11所示，氣缸列2的排氣凸輪軸相位規(guī)定調(diào)整值為0°，而實際調(diào)整值為36.75°。

圖11 故障車的發(fā)動機數(shù)據(jù)流（截屏）