一辆行驶里程约25万km,发动机型号为APS 的2004年奥迪A6L(C5)轿车。用户反映:该车转向过程中有时转向盘在个别位置发沉。
检查分析:笔者接车后,首先进行试车,分别顺时针和逆时针转动转向盘到极限位置,发现在回位的过程中有转向发沉的现象,正如用户所述。于是测量液压助力转向系统压力,发现在关闭油压表输出端10s内系统压力只有5 MPa,而标准压力应为11~12 MPa,说明转向泵提供的压力明显不够(管路正常),于是更换转向助力泵。然后再次测量助力转向系统压力,此时系统压力变为12 Mpa,恢复正常,但转向发沉的问题依旧存在。
在排除转向柱及两侧车轮悬架存在问题的可能后,笔者判断为转向机内部故障。进行更换后,结果令人意外,转向阻力较以前更大了,好像没有助力一样。向左/右转动转向盘时,助力系统油储液罐中的助力油液位来回上下波动。将转向盘转动到极限位置时,高压也能达到12 MPa,但是转向阻力非常大,并且还有个非常特别的感觉,就是发动机不启动时,转向感觉还轻些,启动了反而更沉。来回快速转动转向盘时,还能明显感觉到转向机内部扭力杆工作到极限位置。
根据以上检查诊断,笔者初步分析该车故障的可能原因包括:高压油管挤压或堵塞;回油管回油不畅;助力油储液罐过滤网堵塞;系统管道有空气未排干净。
根据以上分析,笔者替换高/低压油管和助力油储液罐,并进行排空气操作,结果故障依旧。此时启动发动机,读取助力油管高压端的高压表数值,在关闭开关后1~2s压力为12 MPa。切断从转向机到助力油储液罐的回油时,油压表不变化,但能感觉到回油管内有压力存在。此时维修陷入僵局(在更换助力油储液罐、助力泵、高低压油管以及转向机后,转向阻力依旧很大)。
是不是新换的转向机存在问题,导致转向阻力比没换时更大呢?由于没有相同的车型进行检测与替换,故将换下来的转向机重新装入故障车,结果发现转向阻力还是很大,甚至比进厂时还大。
难道新换的转向助力泵有问题吗?按照维修手册要求检查转向助力泵好坏的标准是将输出侧关闭后,油压必须达到11~12 Mpa,测试时间不能超过10s。此助力泵完全符合正常转向助力泵的检测要求,然而事实确实说明该泵有故障,无法实现转向助力功能。如此结构简单的液压转向助力系统,是什么问题导致此故障呢?
在此有必要对该系统的原理进行分析。该系统原理图如图1所示。
1.转向助力系统工作过程(图2)
(1)转向助力泵运转将储液罐的液压油经过泵腔加压,然后输出至转向机机械阀。
(2)机械阀通过驾驶员施加在扭力杆上的扭力来实现位移,扭力越大,输出至活塞腔的液压油越多,助力扭矩越大。
(3)机械阀根据扭力杆旋转方向来决定向活塞左腔还是右腔供油。
(4)活塞根据左右油压压差实现左右移动助力。
(5)相应的低压腔通过机械阀将油压泄至储液罐完成助力功能。
2.机械阀工作过程
(1)车辆直线行驶时,转向盘处于中间位置,转向盘辐条处于水平位置,阀芯和阀套之间也处于中间位置,所有控制口接通,液压油毫无阻碍地流经转向阀返回到储油罐。
(2)转向盘转动时,转向轴带动阀芯相对于阀套运动,由于阀的控制位置变化,液压油将进入转向机的油缸内,推动活塞运动而产生推力。下面以向右转向为例进一步说明(向左转动时情况与此相反)。
①当向右转动转向盘时,转向力矩使得弹性扭力杆扭转,并且转向管柱的转角要比转向机小齿轮转得多一点,这就使得右边旋转柱塞阀芯下移,使得进油通道开大。
②左边旋转柱塞阀芯上移,关闭进油通道,此时左右旋转柱塞阀芯分别打开和关闭各自的回油通道,根据右边旋转柱塞阀芯进油通道开度大小,来控制流入工作缸左边的液压油的流量和油压。
③工作缸左边的液压油推动转向机活塞向右运动,起到助力作用。转向机活塞移动距离的大小,则取决于施加在转向盘上转向力矩的大小。
④转向机工作缸右边的液压油在转向机活塞的作用下,通过打开的回油环槽返回到储油罐中。
现在我们将该车故障总结一下,该转向助力泵故障大体表现为:无转向助力且启动发动机后,转向阻力略有变大;来回快速转动转向盘时,能感觉到扭力杆到达极限位置;此外,一般车辆转向盘转到极限位置后,能迅速听到转向助力泵泄压的声音,而该车需要延迟几秒才能听到泄压声。
我们现在再来了解一不转向助力泵的工作原理。转向助力泵的结构如图3所示。
转向助力泵为一个叶片泵,通过改变工作腔容积来实现增压,原理较简单,其内还有一个压力控制阀,该控制阀的工作原理如下(图4)。
(1)在发动机正常运转时输出压力不足以开启压力控制阀,所以柱塞两端压力保持平衡,上端的弹簧使其处于关闭状态。
(2)高速运转或负荷增加时,控制阀上端压力克服下端弹簧弹力,使控制阀处于打开状态,因节流作用使活塞上腔压力下降,当压力下降至活塞下腔克服活塞上腔压力与弹簧的合力时,活塞开始上移将泄压口打开将压力控制在11~12 MPa的标准压力。
分析该车的3个故障现象,有一点非常值得怀疑,那就是该车测试时,关闭管路后压力虽然比正常车压力上升得缓慢,但还是可以达到最高压力,说明活塞压缩能力良好。但是在同等容积下压力上升过慢,说明泵输出流量不够。难道是有堵塞或泄漏吗?
带着这个疑问,笔者拆解了新换的转向助力泵,发现在压力控制阀上面有一小块油管橡胶,导致压力控制阀因柱塞不能完全关闭,而泄漏,所以油液走了内循环导致流量不够。然而当输出管路关闭或负荷增加时,该口因泄漏小于输出量所以又不影响最高压力,只是有些缓慢,从而导致此故障发生。
至此,故障原因查明,该车的故障确为转向助力泵损坏所致,但由于最初更换的新转向助泵本身也存在问题,对笔者造成了误导,更换了转向机,而车辆的转向机是没有问题的。