冷车正常、热车异常故障是指热车启动困难、热车后运转不稳定以及热车启动后怠速偏高等现象。此类故障有一个特征,即冷车运转正常,但是随着温度的升高,汽车出现异常;一旦温度下降,汽车又恢复正常。从逻辑上讲,汽车冷车正常而热车异常,肯定与温度变化有关系,应该联想到冷却液温度传感器、进气温度传感器、电子元件热衰退、废气再循环系统以及燃油蒸气控制系统等。本文分别从零件热衰退、热车启动困难、热车后运转不稳定和热车后机油灯报警4个方面进行介绍。
1.零件热衰退
有的汽车零件在常温下工作正常,但是随着温度的升高,其性能发生变异,甚至使汽车出现故障,这种物理现象称为“热衰退”。维修实践表明,汽车零件在工作100,000km以后会出现程度不同的热衰退现象。
(1)零件热衰退的形成机理
无论电子元件(如车用传感器)还是机械零件(如摩擦片总成)发生热衰退,其本质都是材料的热性能发生变异。
以制动器为例,其制动蹄摩擦片(图1)是在酚醛树脂或者橡胶中加入石棉、铜丝以及添加剂,拌合后经压制而成。这种材料的优点是摩擦因数比较高,缺点是材料中的有机成分(例如树脂、橡胶等)容易在制动摩擦热形成的高温中发生变质。当摩擦片的工作温度低于300℃时,摩擦片与制动鼓间的摩擦因数稳定在0.3~0.4。在制动过程中,只要制动器的工作温度不超过摩擦片的最高工作温度,制动性能会相对稳定。但是,当其工作温度超过300℃后,摩擦片里的有机化合物受热分解,析出气体和液体,并且存在于摩擦片与制动鼓之间,起着润滑剂的作用,导致摩擦因数变小。在相同踏板力的作用下,滑磨增加,摩擦力矩显著降低,从而出现制动效能锐减现象。这种现象在鼓式制动器上尤为明显,因为鼓式制动器的结构决定了它的散热性比较差。
对于制动鼓,在汽车下长坡连续制动或者高速制动的过程中,如果制动器工作温度达到300℃以上,由于制动鼓的质量和散热面积有限,制动鼓的温度会急剧升高,有时高达600~700℃,并且受热膨胀和软化,其金相组织也发生变化,具体表现为工作表面形成坚硬的白口或轻微龟裂。若对这种制动鼓的表面进行搪削,容易产生块状的小凸起,严重时造成制动鼓报废。
(2)零件热衰退对汽车性能的影响
首先,热衰退对制动器的影响。根据摩擦学理论,温度对摩擦因数影响的规律是:随着温度的升高,摩擦因数增加;但达到极大值后,温度升高会使摩擦因数下降。制动鼓受热膨胀,使制动鼓与摩擦片的间隙增大,制动时的踏板行程也相应黝口,导致制动器的灵敏度下降。制动鼓软化,金相组织发生变化,制动鼓与摩擦片表面之间配对材料的性质发生变化,是导致制动效能变差的重要原因。在夏季,有的制动器总修不好,一个重要原因就是制动器零件热衰退。图2是具有典型尺寸的、不同型式制动器制动效能因数与摩擦因数的关系曲线。由该图可以看出,对于双向自动增力蹄、双领蹄制动器,由于结构上的力学关系产生增力作用,具有较大的制动效能因数。当摩擦因数变化时,制动效能按照非线性关系迅速变化。因此,摩擦因数的微小变化,能够引起制动效能大幅度变化,即制动器的稳定性差。双从蹄制动器的情况与之相反。领、从蹄制动器介于两者之间。而盘式制动器的制动效能没有鼓式制动器大,但是其稳定性好。在高强度制动时,摩擦材料的摩擦因数虽然有所下降,但是对制动效能的影响不大,而且反应时间短,所以不会因热膨胀而增加制动间隙。
其次,热衰退对电子元件的影响。电子元件热衰退后,由于线路电阻增高,造成电子信号传输不良,最终使信号失真。例如氧传感器衰变后,会造成输出频率过慢或输出信号电压过高的故障。
(3)制动器抗热衰退性能评价
制动器的抗热衰退性能是指连续制动时制动效能的保持程度。根据国家行业标准ZBT24007-89要求,在一定车速下连续制动15次,每次的制动强度为3m/s2,最后的制动效能应不低于规定的冷试验制动效能(5.8m/s2)的60%。制动器的抗热衰退性能与制动器摩擦副材料及制动器结构有关。
(4)元件热衰退故障排查方法
现代汽车上的电子元件很多,到底哪些元件发生热衰退呢,建议采取下面的方法排查。①“加热模拟法”对于热车启动困难的发动机,如果冷车时有高压火,可以使用电吹风或者热毛巾对点火系统的元件逐一加热,然后对比加热前、后的参数变化,进而确定哪个元件热衰退。②“直接替换法”。对于随着温度、湿度变化而出现和消失的故障,怀疑是由点火线圈性能失常引起的,用万用表测量点火线圈一次绕组和二次绕组的电阻值,有时符合要求。此时可以采用最直接的替换法,找一个同型号的点火线圈替换,便可判断该元件是否热稳定性差。③“动态跟踪法”。有的发动机出现无规律熄火,熄火后需要等待10min左右才可以再次启动。引起此类故障的原因,不少是曲轴位置传感器、电动燃油泵或燃油泵主继电器的热稳定性差。排除此类故障需要掌握适当的诊断时机,动态跟踪故障发生时的数据。
(5)热衰退与电磁干扰的区别
电子元件热衰退引起的故障与电磁干扰引起的故障现象比较相似,区分的方法是:连接多通道示波器,对汽车进行动态监测,随着机体温度的升高,如果信号电压逐渐减弱甚至消失,属于热衰退现象;如果信号电压不衰减,但是出现大量杂波,则属于电磁干扰问题。
(6)元件热衰退故障排除案例
一辆奔驰S320轿车,装备 M112型发动机。该车行驶途中熄火,熄火后不能立即启动,原地停放30min以后才能再次启动,行驶几千米后又熄火,如此反复。连接故障诊断仪检测,故障信息为“曲轴位置传感器不可靠信号”。测量电磁感应式曲轴位置传感器的输出电压,转速1200r/min时为3V以上,是正常的。拆下曲轴位置传感器,用压缩空气吹凉,测量电阻为790Ω,处在680~1300Ω范围的下限。然后用热风枪吹(或者热毛巾加热)曲轴位置传感器,直到有些发烫,再测量其电阻,达到无限大,出现断路现象。更换曲轴位置传感器后,故障被排除。