一辆行驶里程约18.6万km,发动机型号为BBJ的2004款奥迪A8L 3.0L轿车。该车冷却液风扇转速采用无级控制系统。
故障现象:用户反映今天左前翼子板在某修理厂喷漆后,出车到外地关闭发动机时,冷却液风扇高速运转不停,怕蓄电池没电,发动机始终没敢熄火,冷却液风扇也一直在运转。
故障诊断:首先确认故障现象,维修技师启动发动机,在车辆着车后不到1 min,右侧冷却液风扇(V177)就开始运转,而且转速自动变化忽高忽低,有时关闭发动机风扇停止运转,有时关闭发动机冷却液风扇也不停止。打开点火开关不启动发动机,右侧冷却液风扇(V177)也会高速运转,自己还能调整速度;冷却液温度超过90℃以上左侧冷却液风扇(V7)始终没有运转。连接诊断仪检测故障码,读取到两个发动机冷却液风扇方面的故障码:18308 P1900,冷却液风扇控制2:断路或短路到接地(如图1所示);18080 P1672,冷却剂冷媒风扇控制1:断路或短路接地(如图2所示)。两个故障码都是风扇控制断路/短路,可以理解,但是2号风扇常转是什么原因呢?
1.分析冷却液风扇转速无级控制系统结构及控制原理
奥迪A8L发动机冷却液风扇转速采用无级控制系统,由传感器、控制单元和执行器构成。传感器主要包括发动机空气流量传感器、进气温度传感器、环境温度传感器、发动机出液口温度传感器、散热器出液口温度传感器、发动机转速传感器、空调系统相关传感器、车速传感器等;控制单元包括发动机控制单元J623和冷却液风扇控制单元(与风扇电机集成一体);执行器主要是两个冷却液风扇电机:V7冷却液风扇1、V177冷却液风扇2。
(1)冷却液风扇控制系统对冷却液风扇转速的控制
两个冷却液温度传感器,一个安装在发动机出液口温度传感器用于检测发动机的工作温度,另一个安装在散热器出液口温度传感器用于检测散热器的散热效果,这两个温度信号是控制冷却液风扇转速的基础信息。冷却液风扇转速控制的日的是使实际冷却液温度更加接近目标冷却液温度。在发动机控制单元内也存储了两个冷却液风扇转速特性曲线。冷却液风扇转速与车速和目标冷却液温度之间的关系是车速越低,白然风越小,冷却液风扇转速相应就要高些;反之,车速越高,自然风的冷却效果就越好,冷却液风扇转速相应就低些,一般当车速超过100km/h时,冷却液风扇就不需要运转了。
冷却液风扇转速与两个冷却液温度传感器检测数据的差值和目标冷却液温度之间的关系是,当发动机出液口冷却液温度传感器检测到的冷却液温度数值在正常范围,但散热器出液口冷却液温度传感器检测到冷却液温度较低时,说明散热器温度不高,冷却液风扇工作的作用不大,因此应降低冷却液风扇转速;当发动机出液口冷却液温度传感器检测到冷却液温度较高(已高出正常值范围),但是散热器出液口冷却液温度传感器检测到冷却液温度还较低,就说明节温器有故障,此时为保护发动机而需要控制冷却液风扇高速运转。此外,冷却液风扇的运转及转速高低还要根据空调系统的需要进行控制。
(2)冷却液风扇控制方式及其电路
在冷却液风扇控制系统中,冷却液风扇的具体运转情况是由发动机控制单元利用占空比(PWM)形式进行精准控制的。发动机控制单元根椐各传感器提供的信号,利用内部存储的目标冷却液温度特性曲线和冷却液风扇转速特性曲线,计算出最佳的冷却液风扇运转转速,并将冷却液风扇转速数据转换成占空比数据,然后向冷却液风扇单元发出PWM信号,冷却液风扇单元根据接收到的发动机控制单元占空比信号控制冷却液风扇,以一定的转速运转。正常情况下,发动机控制单元向冷却液风扇单元发出的占空比控制信号为10%~90%,当冷却液风扇单元接收到此区间的占空比信号时,就会根据占空比的大小,控制冷却液风扇的转速。
为了防止发动机控制单元产生的PWM信号对搭铁或电源短路,当冷却液风扇单元检测到PWM信号线上的电压是0V或12V时,冷却液风扇单元会控制风扇以最高速常转。当断开点火开关后,发动机控制单元仍能工作,当发动机控制单元检测到冷却液温度过高而需要降温时,向冷却液风扇单元发出PWM信号,冷却液风扇单元仍可继续工作。
2.分析冷却系统风扇不能运转和高速运转的原因
冷却液不足或冷却系统有空气;节温器打不开或开度不足;冷却液温度传感器故障;空调压力异常或开关故障;冷却液风扇电机故障;冷却液风扇控制单元故障;发动机控制单元故障;冷却液风扇线路故障。
3.发动机冷却液循环及冷却液风扇控制系统的检查
(1)检查冷却液位。冷却液不足或冷却系统有空气,会引起发动机冷却液温度高。检查冷却液液位在上线,对冷却系统进行放气,冷却液不缺、系统内没有空气。
(2)检查节温器故障。节温器打不开或开度不足,会导致发动机冷却液温度高,冷却液风扇常转。发动机控制单元J623取最低值来控制风扇,当超过目标冷却液温度时冷却液风扇开始工作。一般情况下,正常工液温度约为93℃后扇开始工作。用红外线测温仪测量上水管、下水管温差较小,节温器能够适宜的温度打开,冷却液循环正常,排除了节温器打不开或开度小,导致冷却液风扇高速运转的可能。
(3)检查冷却液温度传感器故障。当发动机控制单元J623检测到冷却液温度过高而需要降温时,向冷却液风扇控制单元发出PWM信号,于是此信号通过占空比控制两个风扇的转速。当冷却液温度传感器G62有故障时,发动机控制单元J293信号占空比约为77.3%。当冷却液温度传感器G83有故障时,发动机控制单元J293信号占空比约为90%。当G62在正常的冷却液温度范围,但G83检测到冷却液温度较低,说明散热器温度不高,冷却液风扇工作的作用不大,因此降低风扇转速。当G62检测到冷却液温度较高,但G83检测到冷却液温度较低,说明节温器有故障,因此为保护发动机而控制风扇高速运转。启动发动机,用诊断仪读取发动机数据流,冷却液温度数值在90℃以下时,观察冷却液风扇运转情况,冷却液风扇还在转。观察仪表上的冷却液温度表,发现始终不能达到正常工作温度。现在的情况是冷却液风扇运转不受冷却液温度控制,其温度没有升高到规定温度冷却液风扇就开始运转了。检查结果右侧冷却液风扇(2号)无论冷却液温度高低,风扇就是常转,与冷却液温度传感器无关。
(4)检查空调压力开关故障。分析奥迪A8L风扇控制系统,冷却液风扇的正常运行,一是受发动机冷却液温度控制,当冷却液温度达到90℃时,散热风扇低速运转;二是受空调高压开关(或压力传感器)控制。除了冷却液温度传感器,空调的压力异常或开关有故障也会控制风扇高速运转,在接通或断开空调开关时,冷却液风扇运转没有改变,始终常转。因该故障在修车后才出现的,分析认为应检查空调系统对冷却液风扇的控制。是哪个导线连接器插错了,拆下前保险杠,检查翼子板和前杠的线束走向和各线束连接器无脱落,没有发现异常,拔下高压开关连接器,左侧冷却液风扇(1号)还不转,右侧风扇(2号)还是常转,检查结果无论空调高压开关状态如何,故障现象无改变,排除了空调压力开关有故障。
(5)检查发动机控制单元故障。当所有相关元件、相关信号正常时,风扇控制信号占空比约为10%~90%。发动机控制单元接收到发动机冷却液温度高、空调高压开关信号或启用保护功能开始工作。为了进一步确认故障,查看相关电路图(如图3所示),发动机控制单元J623,“端子控制V177冷却液风扇2(如图4所示)、104端子控制V7冷却液风扇1(如图5所示),在冷却液风扇运转时,测量控制单元两个风扇控制端子,都有占空比信号输出,V7冷却液风扇1不运转与发动机控制单元无关,说明控制单元本身没有故障存在。
(6)检查冷却液风扇电机故障。冷却系统采用两个电动冷却液风扇(1号风扇V7和2号风扇V177)来散热,冷却液风扇运转由发动机控制单元J623根据需要来控制。为了确认不转的1号风扇是否损坏,把冷却液风扇总成拆下来(如图6所示),把右侧2号风扇连接器安到左侧1号风扇上,1号风扇可以运转。把左侧1号风扇连接器接到右侧2号风扇,2号风扇不能运转。通过上述检查确认了两个问题,一是把2号风扇连接器接到哪个风扇,哪个风扇都会高速运转,可以确认两个风扇电机都没有问题。二是1号连接器接到哪个风扇上都不转,说明1号风扇连接器的供电或控制线路有问题。检查冷却液风扇S42、S104供电保险丝(如图7所示),导通良好无断路,测量1号风扇连接器电机主火线与接地线有12V电压。检查结果两个风扇供电电源都有12V电压,没有问题。那就是两个风扇的控制线路或信号不正常?