一辆行驶里程约19.9万km,搭载3.0 LLZD发动机的2007年别克君越轿车。该车因发动机无法起动而被拖进厂检修。
故障诊断:经询问驾驶人得知,该车在前一天晚上的行驶过程中突然出现发动机怠速抖动的故障现象,且发动机故障灯点亮,本来准备第二天开到修理厂检修,谁知早晨发动机无法起动着机了。试车验证故障,发动机确实无法起动着机。检查故障车发动机机油、冷却液及蓄电池电压等,均正常;接着检查燃油压力,正常,且燃油压力能够正常保持;测量气缸压力,各缸压力均在9 bar (1 bar=100 kPa)以上,但感觉气缸压力上升得较慢;对火花塞进行跳火试验,正常;检查三元催化转化器,未发现堵塞。
连接故障检测仪读取故障代码,显示系统正常,只检测到历史故障代码“P0016一曲轴位置/凸轮轴位置相关性(第1排,传感器A)”,记录并清除故障代码后试车,发动机仍然无法起动着机。此外,试车时还发现,若把加速踏板踩到底再起动,则会有着机征兆。拆检2缸、4缸和6缸的火花塞,已经被汽油浸湿。检查过程中还发现,只要拆下2缸、4缸和6缸的火花塞,并将缸线可靠搭铁(该发动机采用双缸同时点火系统,因此只有将2缸、4缸和6缸的缸线搭铁才能确保1缸、3缸和5缸的火花塞正常点火),发动机就可以起动,并会再次出现故障代码P0016;而将火花塞装复后,发动机又无法起动了。
经过仔细思考,还是决定从故障代码P0016着手排除故障。查阅维修资料可知,ECU通过凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器的信号来判断凸轮轴与曲轴之间的相对位置,如果相对位置错位超过限值,则记录故障代码P00160根据故障代码的提示分析,产生故障的可能原因有:凸轮轴位置传感器或其相关线路故障;曲轴位置传感器或其相关线路故障;机油受污染或机油油路不畅;可变正时调节器及其电磁阀故障等。
读取相关数据流,可初步判定曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器及机油压力均是正常的,而ECU也能对可变正时调节电磁阀进行控制,于是重点检查可变正时调节器及其电磁阀。拆下可变正时调节电磁阀,测量其电阻为5.6Ω,正常,初步排除可变正时调节电磁阀故障的可能性。结合此前检查过程中气缸压力上升较慢的现象,认为故障点可能是可变正时调节器卡滞(卡在最延迟位置)。检查可变正时调节器,按压可变正时调节器中间的控制阀(图1、由可变正时调节电磁阀通过机油压力进行控制),感觉有些卡滞。尝试逆时针转动曲轴带盘几圈(这样操作可以使可变正时调节器复位),并将可变正时调节电磁阀装复后,再次尝试起动发动机,发动机成功起动,但怠速抖动严重,发动机故障灯再次点亮,再次读取到故障代码P0016,且该故障代码无法清除。至此判断故障就是由可变正时调节器损坏导致的。
在征得车主同意后,对可变正时调节器进行拆检,发现可变正时调节器可自由拨动,无法锁止,说明可变正时调节器确实已损坏。然而,在维修过程中同时发现凸轮轴的凸轮磨损严重(图2),且2缸、4缸和6缸液压挺柱滚轮表面磨损严重(图3);1缸、3缸和5缸的液压挺柱则没有问题。此外,在两侧的气缸体之间发现一个与别克陆尊车LZC发动机不一样的装置(图4),维修人员一时也不知道该装置的用处,因此也并没有留意。
既然故障点已经找到,维修人员便着手对故障元件进行更换。清洁相关零部件,更换了带可变正时调节器的凸轮轴链轮、可变正时调节电磁阀、凸轮轴(与别克陆尊LZC发动机凸轮轴不通用),以及2缸、4缸和6缸的液压挺柱后,装复发动机,检查气缸压力,各缸压力均能迅速达到10 bar左右。尝试起动发动机,发动机可以迅速起动,但怠速抖动且连续出现“破破”的异响,判断为进气管回火。连接故障检测仪进行检测,调得的故障代码为P0300(检测到多缸缺火),查看数据流,显示为1缸和5缸缺火,其他气缸工作正常。立刻将发动机熄火,检查发动机的装配情况(重点查看了点火系统),确认正确无误。故障代码提示是配气相位错误,但该车只有1缸和5缸缺火,可以排除凸轮轴装配错误及配气相位错误的可能性。回顾整个维修过程,包括新换的配件都确认过了,没有问题;气缸压力也能够达到要求,检查气门密封情况,密封良好,故障排除陷入僵局。
仔细思考后认为,进气管回火还是应该从气门的开闭情况来诊断故障。于是,拆卸进气管,手动控制起动机带动发动机转动,发现当起动机刚运转时,1缸和5缸是吸气的,但4s~5 s后就向外喷气了,继续检查发现1'缸和5缸的排气门不工作。至此可以确定造成进气管回火的原因就是1缸和5缸的排气门不工作。
仔细查阅维修手册,仍然没有任何头绪,只得咨询相关技术人员。经过探讨后得知,为了提高燃油经济性,别克君越车的LZD发动机采用了DoD变排量技术。在发动机低负荷工作时,通过关闭部分气缸,达到降低油耗的目的。该款发动机,参与变排量控制的气缸为1缸、3缸和5缸;关闭气缸所采用的方式是关闭相应气缸的进、排气门,并停止对其喷油(正常点火),这样被关闭的气缸既不会产生额外的泵气功率损失,也不会继续消耗燃料。关闭气门的操作是通过‘挺柱机油歧管总成(LOMA)来完成的。LOMA是一个带有3个电磁阀的液压控制阀体(即上文提到的未知装置),安装在两侧气缸体中间(图5),通过液压(发动机油)对1缸、3缸和5缸的DoD液压挺柱长度进行控制,从而实现对1缸、3缸和5缸气门的控制。
DoD液压挺柱的结构如图6所示,其中外壳、内壳和锁止机构是发动机变排量控制的关键。在降排量工作模式下(3缸模式),LOMA控制向DoD液压挺柱上的停缸控制油孔充油,DoD液压挺柱内壳上的锁止机构被油压压缩到其壳套中,此时内壳和外壳之间可以相对运动,挺柱的长度随着凸轮轴的转动而变化,从而切断了气门传动的路径,使气门在发动机运转过程中保持关闭状态。在正常工作模式下(6缸模式),LOMA停止向DoD液压挺柱上的停缸控制油孔充油,油压下降,DoD液压挺柱内壳上的锁止机构伸出,使DoD挺柱的内壳与外壳锁止成整体,将凸轮轴的转动传递给气门。DoD液压挺柱专门设计了专用的挺柱导轨,导轨上有防错特征(图7),以保证DoD液压挺柱的正确安装。