一辆行驶里程仅有1000 km,配备2.5L自然吸气发动机的2014年斯巴鲁森林人运动型多功能车。用户反映:该车在启动时偶尔会出现无法启动的现象。
检查分析:经过维修人员实际试车,发现故障的出现与冷车或热车没有关系,连续启动车辆时偶尔会出现一次启动不良,但再次启动就正常了。由于是行驶不足1 000 km的新车,故障只发生过几次,加上是冬天,起初用户并没有太在意。但新车涉及三包政策,本着对用户负责的态度,还是要反复试车,认真分析故障。
考虑到新车的零部件都是新的,出现零部件故障的几率较小,于是决定先从观察发动机数据流开始。反复试车查看故障发生时候的数据,以便确定检查的方向。这时第一个难点出现了:由于启动时系统电压降低,诊断仪会自动重启,即使故障偶尔出现,却无法保存下当时的数据。于是笔者给诊断仪接上外接电源后再反复试车,经过多次启动、熄火,故障终于重现并保存下了相关的数据流(图1)。
故障出现时涉及到启动的数据保存了8项,分别是发动机转速、点火正时、空气流量、蓄电池电压、喷油脉宽、启动信号(启动器开关)、曲轴位置信号(图中的机轴位置信号)和凸轮轴位置信号。图中蓝色竖线是无法启动故障出现的起始位置,启动信号出现约4s后,仍然没有成功启动的迹象,于是人为关闭了点火开关。在这一过程中,我们发现发动机转速基本维持在200~300 r/min,这属于启动机带动的转速;点火正时信号能够持续出现,说明控制单元接收到了曲轴位置信号和凸轮轴位置信号;然而喷油脉宽信号最高仅为1.02 ms,根据经验,对于电控汽油发动机的喷油器,A责油脉宽要达到1.5 ms以上才能有实际的喷油发生。这样看来,在故障发生时是发动机控制单元限制了燃油的喷射,所以造成无法启动的故障。
为了对比正常启动时的数据流,笔者试车时连续尝试启动发动机,图中绿色竖线开始即是第2次能够正常启动时的数据。可以看到,这赞次的喷油脉宽最高超过了10 ms。图2可以更加清晰地看出故障出现时各参数的数值,蓝色竖线为故障出现的起始位置,绿色竖线为正常启动的起始位置。
找到了故障原因,也就确定了重点检查方向为影响控制系统的传感器。如果曲轴位置传感器故障,会造成控制单元无法判断曲轴位置,也就不能够确定点火和喷油时刻;而如果没有凸轮轴位置信号则无法精确实施喷油和点火。确定了检查方向,接下来本着先简后繁的原则开始检查。从诊断仪读取到的数据流中可以看到,启动时曲轴位置信号和凸轮轴位置信号都出现了,但这是发动机控制单元接收到传感器原始信号并经过A/D转换、调制调解后发送到CAN网络上的数字信号。为了得到原始信号,笔者使用示波器直接从传感器处采集信号。
由于斯巴鲁森林人车型采用的是水平对置发动机,因此使用了2个凸轮轴位置传感器,图3中CH1是右侧凸轮轴位置传感器信号,CH2是左侧凸轮轴位置传感器信号,CH3是曲轴位置传感器信号。为了明确问题,笔者又采集了正常车辆发动机的凸轮轴位置传感器信号(图4)。通过对比可以发现,故障车右侧凸轮轴位置信号波形异常,高电平输出的时间过长,而在正常情况下,应该仅在传感器扫过凸轮轴信号轮的缺口时输出高电平。至此问题的根源找到了,正是右侧凸轮轴位置传感器。
考虑到凸轮轴位置传感器能够输出峰-峰波形信号,且其高、低电平的电压值是正确的,因此判断传感器本身并没有故障。拆下凸轮轴位置传感器,检查凸轮轴信号轮,没有问题。清洁传感器后装回,再次试车,却意外发现故障现象消失了。经过仔细检查,发现这次安装传感器时固定螺栓没有拧紧,这反而使得故障排除了。笔者分析,是否拧紧了固定螺栓会直接导致传感器探头与触发齿轮的间隙发生变化,难道这就是问题根源?于是笔者尝试晃动凸轮轴位置传感器,发现故障重现。经过测量,当固定螺栓完全拧紧时,传感器探头与触发齿轮的间隙是1.0 mm,而查阅维修手册得知标准值应该是1.3 mm,可见问题正是出在这里。
故障排除:重新调整凸轮轴位置传感器间隙后,反复进行启动测试,故障不再出
回顾总结:实际上,在笔者接手该车之前的维修过程中,维修人员已经更换了很多零部件,却始终没有得到正确的结果。从上述分析可以发现,修车不能停留在以前的猜测替换法,对于疑难故障要充分利用诊断设备和资料,找准问题的大方向,再仔细逐步排查。所谓的经验,不应该是换件的经验,而应该是阅读资料标准、正确使用设备以及分析数据流的经验。