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大众开迪TDI起动困难诊断

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发表于 2015-6-9 16:35:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
车辆信息:大众开迪1.9 TDI
发动机型号:BLS
年份:2007
症状:发动机振动、有噪声,动力不足和起动困难
来源:Steve Smith

在汽车故障诊断中,毅力是一个非常关键的因素,并且没有比下面这个案例更能说明这个问题的了。

这个案例讲述的是一辆2007年的大众开迪搭载1.9 TDI发动机(发动机型号为BLS)。这辆开迪是在一场夏日拍卖会上买的,并且知道,这辆车无法运行在最佳状态。
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为什么说这个案例与众不同呢,是因为我们没有收到客户的任何抱怨。在这个案例中,当车主因为车辆状况变严重而来拜访我们时,我们正在协助一个当地的整改项目。车辆最初的症状是发动机会振动、有噪声,缺乏动力和起动困难。为了使修理变得简短一点,以下的部件都被车主更换了,解决了性能和平衡性的问题,但是仍存在起动问题:

  •   涡轮增压器
  •   双质量飞轮和离合器
  •   电热塞
  •   正时皮带
  •   EGR阀“封锁”
  •   燃油滤清器
  •   冷却液温度传感器
  •   燃油泵
  •   双联泵
  •   喷油嘴线束
  •   修理起动机和发动机线束

这一辆顾客的车,你能想象上面修理的每个部件的成本和原因吗?了解了这辆车的历史,实在让人禁不住马上动手使用PicoScope进行诊断。

经过基本的检查,证明了上面列出的所有部件已经被正确的修理了,燃油质量正常。确认汽车启动时长期存在一些症状,并且很容易就出现,而不管发动机温度如何。一旦运行起来,车辆的性能是好的,不存在驾驶性能方面的问题。

发动机提示EGR阀(车主自己去除掉了)的故障灯一直亮着。在故障条件下起动发动机确定排气管排出的气体脉冲,但是并没有排出烟雾,这表明在起动期间没有加油(在发动机地打着火和运行之前,起动时间通常长达15秒钟!)

通过对上述历史的考虑和说明,已知正时皮带被更换过,并且在发动机起动期间排气管没有排出烟雾,因此压缩、气门正时和喷油嘴信号应该列为最有可能导致上述症状的原因。

下图是在发动机起动期间采集到的曲轴、凸轮轴、喷油嘴信号以及起动机电流。我们一次性确认了曲轴和凸轮轴信号是存在的,喷油嘴也确实工作了,相关的压缩波形的峰值也是平稳的,转动速度也是正确的,和计算的结果一致。
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将时间标尺放在曲轴每次旋转期间的两个压缩波峰上,软件就能计算出这些峰的频率(4.479Hz)。频率就是每秒测量的循环次数,所以4.497Hz乘以60就能得出每分钟的循环次数,即RPM。这次测试确定了转速为269RPM

现在我们确定喷油嘴的是进行了喷油操作的(似乎是在上止点),我们要如何仅以好的曲轴和凸轮轴传感器信号来确定气门正时是否正确呢?这时候就要用到PicoScope的波形库(Waveform Library Browser)功能了。波形库里的波形都是由其他用户分享上传的,可以在波形库里搜索一个类似已知的好的发动机的波形。

文件菜单下点击WaveformLibrary Browser,同时需要将示波器连接到电脑,并需要在Pico Automotive ForumPico汽车示波器论坛)上注册一个账户才能使用该功能。
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下面的图片演示了怎样搜索“VWCADDY2001-2008BLS”波形,并在1077个上传的波形找到了相匹配的波形,从而使用非侵入性的方式验证了曲轴和凸轮轴的关系。
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下面就是从波形库里下载的波形,显示了正确的气门正时。
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下图是我们手上这辆大众开迪的波形,气门正时不对,凸轮轴信号没有对准曲轴信号参考点之后的第8个波峰。
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使用旋转标尺来标记曲轴旋转了720度的区间,使用放大功能放大波形,观察更多的细节,然后用时间标尺标记出凸轮轴信号和曲轴信号没有对准的地方。现在我们不仅能测量凸轮轴和曲轴的时间差,还能通过旋转标尺来测量曲轴旋转角度的错误。

鉴于我们在一个屏幕上采集有100万个样本,我们可以通过放大观察波形更多的细节而不会损坏到分辨率。我们可以清晰观察曲轴信号的每个波峰和凸轮轴信号,并且谨记发动机运行在一个理想的速度。

已知的好的波形证实了凸轮轴信号相关的波峰是与曲轴信号波形参考点后面的第8个波峰对齐的。

而在我们这部车上的凸轮轴信号相同的波峰并没有对齐曲轴信号波形参考点后面的第8个波峰,大约落后了相当于曲轴旋转2.6度的转角。

我们知道正时皮带缺了一个齿,但是这不是造成该正时错误(相当于曲轴2.6度转角)的原因,因为曲轴一周有22个齿,缺一个齿相当于16度的转角(22*16.3=360度)。

当拆下正时皮带盖子时,我们可以清楚地看到凸轮轴链轮的位置。凸轮轴链轮由3M8螺栓插入其上的延长孔来固定,这样就可以使用相关的扫描仪来调整气门正时从而调整扭力值。我们这辆开迪上可以看到凸轮轴链轮上有浮凸的原始标记,这表明在正时皮带安装时并做调整之前的原点。
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迅速调整链轮到原来的位置上,使气门正时延迟,并确认调整后气门正时正常。
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本来现在可以宣布起动故障已经解决了,但事实是——不!车辆的起动问题仍然存在,即起动时间超过了15s
先来总结一下:

  • 气门正时问题必须在进行继续诊断之前解决和调整好
  • 发动机的起动速度和压缩是正常的。
  • 喷油嘴信号清晰可见。
  • 在起动时没有烟雾排出。

由于起动阶段没有烟雾排出,所以我们使用WPS500压力传感器来检测燃油的输送和压力。

这里我们使用WPS500传感器和一个观察块连接入供油管来监测柴油正输油压力,通过双联泵内部测试接口监测双联泵输送压力。
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下面采集到的波形证实了我们的怀疑:
通过监测观察块可以证明输油压力和燃油状况是良好的,柴油没有漏气,在点火和起动期间,输油压力是合适的。但是双联泵凸显出在发动机起动时的压力不足(持续的转动最终会给发动机起动提供充足的压力)。
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这个采集到的波形确信与故障相吻合,并解释了为什么最初起动时燃油没有燃烧,以及排气没有烟雾。但现在的问题是为什么会这样(记得双联泵已经被更换过以及燃油输送是正常的)?

有一点可以知道的是,在待机期间(检测设备已连接好,但是发动机关闭了),燃油似乎从观察块流向发动机过程中有气泡跟着直到观察块里的燃油都清理了,这暗示起动或者高压电路存在泄露。

起动电路可以消除外部的泄露。所以我们将注意力集中在内部高压力线路泄露上,首先看看喷油嘴,是上述项目中唯一一个没有被更换的。

喷油嘴被移除了,同时车主反馈说气缸盖上的零件并不像预期的那样,而是需要通过极小的工作来把它们从各自的位置里取出来。下图箭头指示的是“O”形密封环周围的区域以及气缸盖和喷油嘴内部的机械加工表面。
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由于之前不仅更换过了喷油嘴,还有气缸盖的部件,现在通过更换喷油嘴O形密封环,应该没什么问题了。随后试车时顾客反馈的消息说起动问题已经解决了,现在要做的是使用示波器来确认是否一切正常。

我们使用了两个观察块来监测输油压力和回油压力,使用3WPS500压力传感器通过测试接口检测双联泵的压力。这是一个很难得的机会,可以深入了解这辆TDI发动机的燃油输送系统在各个阶段(加油,起动,怠速和关闭)的实时活动状态,同时我们没有发现任何起动或驾驶性能方面的问题。

下图演示的是3WPS500压力传感器的连接:
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上面的波形证明了输油压力合适,起动时双联泵能快速产生压力。发动机启动时间仅需530ms

下面是燃油压力电路在点火(加油),起动,怠速和熄火时的波形。
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下面的波形出现了一个令人预想不到的情况,输油压力在点火装置“ON”档位时等于回油压力。同时注意到双联泵压力有轻微的增加,并在熄火时的波形衰减时期,与输油压力、回油压力相等。
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尽管我们使用了压力传感器,但是实际上只有一个是有用的,因此在分别测量每个压力点时我们都会将钥匙重新打到点火开关“ON”档位一次。将每个采集到的波形保存起来作为参考,我们就能将这些波形覆盖到一起并得出相同的结论,假定我们维持相同的时间框架和操作条件。

总而言之,自从夏天买了这部车,起动问题一直到冬天都一直存在着,现在更换了喷油嘴O形封闭环之后终于解决了。原来的封闭环似乎造成双联泵高压柴油泄露(内部),使得发动机起动压力不足。最终通过延长起动时间来使双联泵输送压力增加到发动机能够起动的水平。

车主也报告说发动机的机油位显著地增高了,很可能是从高压线路泄露的柴油污物,经过喷油嘴,进入燃烧室,最后通过活塞环进入了油底壳。

经过修理之后一个多月了,这部车每天行驶数英里,期间再也没有出现过毛病,以及发动机的机油位再也没有升高过。

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