一輛2016款保時捷Macan車,搭載CYP發動機,累計行駛里程約為11.2萬km。車主進廠反映,發動機故障燈異常點亮。
接車后試車,發動機怠速無明顯異常,組合儀表上的發動機故障燈異常點亮。用故障檢測儀檢測,發現發動機控制單元(DME)中存儲有故障代碼“P11A600 氣缸2排氣門升程調節A-信號不可信”(圖1)。
圖1DME中存儲的故障代碼
查看維修資料得知,該車發動機進氣門的氣門升程不可以調節,但排氣門的氣門升程可以進行兩級調節,工作原理與奧迪可變氣門升程系統(AVS)一樣。如圖2所示,凸輪塊安裝在排氣凸輪軸上,可以軸向移動。緊密相鄰的是2個外形不同的凸輪,一個升程小,一個升程大。改變凸輪塊位置,就可以按負荷狀態來控制排氣門的升程。
圖2排氣凸輪軸的結構
凸輪塊的軸向移動由2個帶金屬銷的升程調節執行元件控制。如圖3所示,左側凸輪軸調節執行元件工作,伸出金屬銷,插在凸輪塊上的螺旋凹槽內;由于凸輪軸調節執行元件的位置是固定的,隨著凸輪軸轉動,伸到螺旋滑槽內的金屬銷迫使凸輪塊左移,與氣門搖臂滾子接觸的凸輪由大升程凸輪切換至小升程凸輪;凸輪切換完成后,依靠螺旋滑槽輪廓迫使金屬銷回位。同理,右側凸輪軸調節執行元件工作,凸輪塊右移,氣門搖臂滾子接觸的凸輪由小升程凸輪切換至大升程凸輪。
圖3氣門升程的調節過程
值得注意的是,升程調節執行元件工作時伸出金屬銷,停止工作時金屬銷無法自動回位,是依靠螺旋滑槽輪廓迫使金屬銷回位的,且在回位瞬間,隨著升程調節執行元件內部永久磁鐵(圖4)的運動,電磁線圈感應出一個電壓信號(圖5),并反饋給DME,DME據此判斷金屬銷已回位。
圖4升程調節執行元件內部結構示意
圖5升程調節執行元件控制線上波形示意
如圖6所示,凸輪軸軸承起到擋塊的作用,限制凸輪塊的行程,同時凸輪軸內有一個彈簧加載的鋼珠,用于調節完成后鎖止凸輪塊。
圖6凸輪塊限位和鎖止結構
正常情況下,起動時使用大升程凸輪,小負荷時使用小升程凸輪,大負荷時使用大升程凸輪,熄火時切換至大升程凸輪。如果一個或多個升程調節執行元件失效了,那么DME首先會多次試圖去切換到另一個凸輪輪廓。如果無法實現這個調整,那么這個無法調節的凸輪塊就保持原位,所有其他的凸輪塊都會切換到大升程的凸輪輪廓上。
了解該車排氣門的氣門升程調節原理后,再來分析故障代碼“P11A600 氣缸2排氣門升程調節A-信號不可信”,推斷氣缸2排氣門的氣門升程調節A(負責調節氣門小升程)異常,可能的故障原因有:升程調節執行元件A損壞;凸輪塊損壞;相關電路故障;DME損壞。
用虹科pico汽車示波器同時測量氣缸2的2個升程調節執行元件控制線上的波形(圖7),發現升程調節執行元件A連續工作3次后,升程調節執行元件B(負責調節氣門大升程)工作1次。
圖7起動發動機時氣缸2的2個升程調節執行元件控制線上的波形
放大升程調節執行元件B控制線上的波形(圖8),有明顯的回位信號,正常。
圖8放大后的升程調節執行元件B控制線上的波形
放大升程調節執行元件A控制線上的波形(圖9),發現回位信號出現在DME停止控制的瞬間,由此推斷升程調節執行元件A停止工作后金屬銷立即回位,異常。
圖9放大后的升程調節執行元件A控制線上的波形
測量氣缸1的2個升程調節執行元件控制線上的波形(圖10),發現升程調節執行元件B和升程調節執行元件A交替工作3次,且均有明顯的回位信號。診斷至此,確定氣缸2的升程調節執行元件A工作異常。
圖10起動發動機時氣缸1的2個升程調節執行元件控制線上的波形
測量氣缸2的升程調節執行元件A供電、控制信號及電流波形(圖11),發現供電正常,工作電流約為1.2 A,也正常。與其他氣缸的相關波形進行對比,發現就是升程調節執行元件A的回位信號位置不對,由此排除升程調節執行元件A及其相關電路故障,推斷故障發生在機械部分。
圖11氣缸2的升程調節執行元件A供電、控制信號及電流波形
拆下氣缸1和氣缸2的升程調節執行元件(圖12),從安裝孔觀察發現,氣缸1和氣缸2的凸輪塊位置不一致。
圖12拆下氣缸1和氣缸2的升程調節執行元件
拆下氣門室罩蓋(圖13),發現氣缸1的凸輪塊處于小升程位置,其他氣缸的凸輪塊均處于大升程位置,且氣缸1和氣缸3均掉落1個排氣門搖臂,其中氣缸3掉落的氣門搖臂,剛好卡在了氣缸2與氣缸3的凸輪塊之間(圖14)。
圖13拆下氣門室罩蓋
圖14搖臂卡在氣缸2與氣缸3的凸輪塊之間
由此推斷這影響了氣缸2凸輪塊的移動,以致氣缸2的升程調節執行元件A工作異常。進一步檢查發現,凸輪磨損嚴重,且掉落的氣門搖臂的滾子軸承損壞。
更換氣門搖臂和排氣凸輪軸后試車,故障未再出現,故障排除。
故障總結
故障碼能指示我們維修方向,但并不一定是最準確的方向。而對車輛各系統工作原理的掌握,才是診斷維修的根本前提。例如在本案例中,只有基于對車輛氣門升程調節過程及其中各部件的工作原理的了解,才能結合故障碼的提示,推斷出故障的可能原因。
與此同時,面對線路、機械等多種問題可能,使用汽車示波器也能夠幫助我們,在不拆檢的情況下,排除掉部分原因,縮小故障范圍,減少無用功,實現更準確更高效的檢查。
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