2010 款奥迪 A6L 车发动机正时偏差故障

汽车诊断

2010 款奥迪 A6L 车发动机正时偏差故障

奥星越秀汽车职业培训学校　任贺新

一、故障现象

一辆2010款奥迪A6L车，搭载CCE发动机，累计行驶里程约为20万km。该车在其他维修厂大修发动机后，在着车磨合过程中发动机故障灯异常点亮，偶尔伴随有起动时间长和发动机怠速抖动的现象。用故障检测仪检测，发现发动机控制单元中存储有凸轮轴位置与曲轴位置分配不正确的故障代码，接着维修人员做了以下检测及部件调换，但故障依旧，于是请求笔者进行技术支持。

（1）按照维修手册的步骤，用正时工具检查凸轮轴和曲轴的相对位置。

（2）对调了气缸列1和气缸列2的VVT（可变凸轮轴正时）电磁阀、VVT链轮及凸轮轴位置传感器。

（3）大修过程中发现气缸列2的凸轮轴轴瓦轻微磨损，担心此处泄压引起机油压力不足，导致凸轮轴链轮调节异常。刚好店内还有一台正在大修的同款发动机，于是替换了气缸列2的凸轮轴安装支架。

（4）测量机油压力，在正常范围。

（5）更换机油泵。

（6）检查进气和排气侧VVT电磁阀导线连接器，没有插反。

二、故障诊断

接车后试车，起动发动机，起动时间偏长，发动机怠速运转平稳。用故障检测仪检测，发动机控制单元中存储有故障代码“P0019 气缸列2，凸轮轴位置/曲轴位置传感器分配不正确　主动的/静态的”（图1）。查询OBD（车载诊断）标准故障代码，得知P0019指向气缸列2的排气凸轮轴。

图1　发动机控制单元中存储的故障代码（截屏）

该车倒换的部件较多，常见的故障点都已做过排查，决定用pico示波器测量凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器信号，对比气缸列1和气缸列2的正时波形。pico示波器可以呈现出发动机控制单元“看到”的内容，让维修人员能够从发动机控制单元的视角分析故障。

图2　故障车发动机怠速时气缸列1的正时波形（截屏）

图2所示为发动机怠速时气缸列1的正时波形（局部放大视角），图3所示为发动机怠速时气缸列2的正时波形（局部放大视角），对比可知，以凸轮轴靶轮第2宽齿的上升沿相对于曲轴靶轮缺齿位置的角度来看，两侧进气凸轮轴相对曲轴的位置基本一致，相差约4°（20°-16°=4°）曲轴转角；而两侧排气凸轮轴相对曲轴的位置差别较大，相差约37°（63°-26°=37°）曲轴转角，这与故障代码P0019相符，说明气缸列2排气凸轮轴的位置信号确实异常。

图3　故障车发动机怠速时气缸列2的正时波形（截屏）

这里介绍一下分析正时波形的基础知识。缩放故障车气缸列2的正时波形（图4），分析可知，该车曲轴位置传感器为磁电式传感器，电压信号为正弦波形式的交流电；曲轴靶轮是“58+2”结构，即58个齿加上2个缺齿；曲轴旋转1圈为360°，可计算出每个齿对应6°（360°÷60=6°）曲轴转角。凸轮轴位置传感器为霍尔式传感器，电压信号为5 V或0 V；靶轮上有4个齿，包括2个窄齿和2个宽齿。图4中2条虚线之间的距离表示曲轴旋转2圈，即720°曲轴转角，正好对应凸轮轴旋转1圈。

图4　缩放后气缸列2的正时波形（截屏）

之前的维修人员已反复检查过发动机的机械正时，怎么没有发现气缸列2排气凸轮轴的位置错误呢？带着疑问，笔者拆下了两侧的气缸盖罩，然后用正时工具重新检查发动机机械正时，检测结果符合维修手册标准。对比两侧排气凸轮轴靶轮的角度，发现两者完全一致。这就奇怪了，为什么正时波形显示不一致呢？

进一步思考，决定重新测量凸轮轴位置传感器的信号波形。为了简化工序，装回几颗螺栓固定气缸盖罩（以免凸轮轴旋转时甩出机油），不安装点火线圈，利用起动机带动发动机旋转几圈，对比两侧进、排气凸轮轴位置传感器的信号波形，发现两侧进、排气凸轮轴位置传感器的信号波形基本重合，说明此时气缸列2排气凸轮轴的位置正常。为什么气缸列2排气凸轮轴的位置怠速时不正常，起动工况又恢复正常了？分析认为，这可能与VVT系统有关，由于起动工况没有建立机油压力，因此VVT系统不参与调节。

将车辆复原，脱开两侧VVT电磁阀导线连接器，不让VVT系统参与工作。起动发动机，用pico示波器记录整个过程中两侧进、排气凸轮轴位置传感器的信号波形（图5），发现刚起动发动机时，两侧进、排气凸轮轴位置传感器的信号波形基本一致，持续大约2 s；随后气缸列2的排气凸轮轴开始调整，此时能看到靶轮齿信号的宽度发生变化（波形是电压随时间变化的图像，靶轮齿信号的宽度取决于凸轮轴的转速和靶轮齿的实际宽度），这个阶段也持续大约2 s；调整过程结束后，气缸列2的排气凸轮轴保持在错误位置。

图5　故障出现时的相关波形（截屏）

已经脱开了VVT电磁阀导线连接器，为什么排气凸轮轴还能调整？怀疑VVT电磁阀卡滞，导致内部的机油回路错误。决定对调气缸列2的进、排气VVT电磁阀，观察故障是否转移。在安装时发现VVT电磁阀安装不到位，阀芯总是露出一段。经过仔细对比，发现气缸列1和气缸列2的凸轮轴支架不一样（图6），气缸列2的凸轮轴支架上有安装台阶，而气缸列1的凸轮轴支架上没有安装台阶。联想到维修人员之前与其他车上的发动机调换过气缸列2的凸轮轴支架，立即找来原车配件进行对比，发现2辆车的发动机凸轮轴支架和VVT电磁阀都不一样（图7）。维修人员只调换了气缸列2的凸轮轴支架，VVT电磁阀仍然是原车配件，以致气缸列2的凸轮轴支架与VVT电磁阀不匹配。如图8所示，当2辆车的VVT电磁阀安装支架处于同一平面时，阀芯的位置不同，这会影响VVT系统的控制油路。

图6　对比气缸列1和气缸列2的凸轮轴支架

图7　对比2辆车的发动机凸轮轴支架和VVT电磁阀

图8 2辆车的VVT电磁阀安装后的区别

VVT电磁阀是一个3位4通阀，阀芯在弹簧力和电磁力的作用下有3个调节位置（滞后、提前和保持），用于控制4个通道（供油孔、回油孔、提前腔和滞后腔）。

（1）如图9a所示，VVT电磁阀的控制占空比为0%，VVT电磁阀通电电流较小，阀芯位于最右侧，供油孔连通滞后腔，回油孔连通提前腔，转子相对于链轮逆时针旋转，处于“滞后“位置。

（2）如图9b所示，VVT电磁阀的控制占空比为50%，VVT电磁阀通电电流中等，阀芯位于中间，封闭滞后腔和提前腔，转子保持原位置不动。如果达到了最佳的凸轮轴位置，就会通过电磁阀使两侧调节腔的机油量保持不变，从而使凸轮轴保持在相应位置。

（3）如图9c所示，VVT控制电磁阀的控制占空比为100%，VVT电磁阀通电电流较大，阀芯位于最左侧，供油孔连通提前腔，回油孔连通滞后腔，转子相对于链轮顺时针旋转，处于“提前“位置。

图9 VVT电磁阀控制原理

正常情况下，发动机熄火后，VVT电磁阀断电，阀芯在弹簧力的作用处于极限位置。为了确保起动及怠速时气门重叠角最小，进气凸轮轴处于“延迟”位置，排气凸轮轴处于“提前”位置。由于气缸列2的VVT电磁阀和凸轮轴支架的型号不匹配，发动机熄火后，VVT链轮内的机油缓慢泄压，在排气链轮内弹簧的作用下，排气链轮逐渐恢复到“提前”位置；起动发动机后，机油压力迅速建立起来，排气链轮又被调节到“滞后”位置，进而引起一系列的故障现象。

三、故障排除

将气缸列2的凸轮轴支架换回原车型号后试车，正时波形恢复正常，经长时间试车，故障现象未再出现，故障排除。

四、故障总结

（1）根据维修人员的描述，在调换凸轮轴支架之前发动机控制单元也存储有凸轮轴位置与曲轴位置分配不正确的故障代码，这是为什么呢？经过进一步与维修人员交流，笔者认为，由于是晚上加班修车，维修人员注意力不集中，把进、排气VVT电磁阀导线连接器（图10）装反了，从而使发动机控制单元存储凸轮轴位置与曲轴位置分配不正确的故障代码，接着又没有认真检查，就开始一系列的倒件过程。虽然后来将进、排气VVT电磁阀导线连接器复原了，但此时的故障原因已经变成了凸轮轴支架型号不对。

图10　进、排气VVT电磁阀导线连接器

（2）验证VVT电磁阀、VVT链轮及油道是否正常，可将VVT电磁阀控制端接搭铁，同时用pico示波器测量凸轮轴相对于曲轴的调整角度，如果角度没变化或变化量太小，说明调整回路工作不正常。

（3）通过读取发动机数据流也可以发现异常。如图11所示，气缸列2的排气凸轮轴相位规定调整值为0°，而实际调整值为36.75°。

图11　故障车的发动机数据流（截屏）