背景
车型:奇瑞QQ6,配置手动变速器。行驶里程:20000km。
现象
一辆奇瑞QQ6轿车行驶时车辆有时发冲4~5s,特别在平坦的路面上,且发动机转速稳定在2000r/min。车辆有一故障码:P0340,相位传感器线路故障。车辆换过液压挺杆、机油泵。车主反映在换液压挺杆、机油泵后出现故障。
方案
在其他维修厂先后更换了燃油泵、火花塞、点火线圈、高压线、凸轮轴位置传感器(CMP)、控制单元(ECU),均没有解决故障,故障码也清除不了。笔者赶到现场时,维修人员正在更换线束,因为维修人员拔去CMP插头时会产生P0343的故障码(相位传感器信号电压高)。既然如此,笔者分析ECU能检测到CMP的故障,而且前后的故障码不一样,且已经换过CMP、ECU,正好说明线路是正常的。
试车时,还是有发冲的感觉。不过在故障时笔者发现氧传感器的电压在0.1~0.3V之间,混合气稀,此时曲轴位置传感器(CKP)的波形正常,所以即使缺火也不是因为它引起的。根据此时的点火波形图,击穿电压太高,火花维持燃烧时间太短,同样指向混合气太稀。所以笔者考虑CMP线路故障会不会造成混合气太稀这种现象呢?
维修人员告诉笔者,他们检查ECU插头端的CMP的波形,在故障时波形是正常的。但笔者认为CKP与CMP的信号应该存在某种确定相位关系,在两者之间相位差与设计要求存在偏差时,ECU会设置故障码,此时再单独分析CMP的信号波形没有意义,所以决定使用双通道示波器,同时测量故障车的CMP、CKP的波形,计算并确定它们之间的位置关系。参考线路图连接双通道示波器,因为示波器的原因,不能在一屏上同时看到曲轴转两圈的波形,所以分两次同时保存了CKP中缺两齿的尖峰所对应的CKP和CMP的波形(如图1、图2所示)。
发现两张波形图上尖峰(CKP靶轮上的缺两齿引起的)到下一个CMP(不管是处于压缩上止点还是排气上止点前)的上升沿还是下降沿,中间有7个脉冲,也就是7个齿。
采集了正常车辆的同样发动机的波形图(如图3、图4所示),并仔细分析,惊喜地发现在同样的部位中间却间隔了22个脉冲,也就是22个齿。
自此故障开始明朗化了。因为22-7=15,360°/60=6°,15个齿就是90°。也就是说,CKP的信号靶轮与正常的位置偏了90°,或者CMP的信号靶轮与正常的位置偏了45°。因为如果是CKP的信号靶轮与正常的位置偏了90°,发动机无法进行点火,所以排除。假如是波形上相差30齿,因为该车是双缸同时点火的,反正不是作功就是排气,何时点火对发动机没有影响,有可能是CKP的信号靶轮与正常的位置偏了180°,就需要检查了。所以唯一的原因就是CMP的信号靶轮与正常的位置偏了45°。在理论上已经没有其他的可能了。
维修人员同时拆了两辆车的气门室盖,比较两车的CMP的信号靶轮位置,确实偏差45°。故障到此水落石出(正常和故障车的信号靶轮安装位置,如图5所示)。
更换后做了进气燃油系统清洗,故障不再重现。
备注
最近几年的维修工作,发现了好多次凸轮轴或者曲轴位置传感器的信号靶轮的定位基准、机加工错误或者机械磨损造成的各种故障,特别是金杯汽车的半圆键的磨损。像这种原厂机加工错误出现的故障很少,碰到过赛欧车的花键槽机加工时偏了两齿,但更多的是人为的。有些维修人员在更换正时皮带时不按照标准力矩紧固正时齿轮螺栓,只是用气动枪紧固,时间长了就会松动造成机械磨损。靶轮位置的圆周向移动,会导致点火、喷油正时、配气相位的错误。出现如加速无力,油耗高,怠速游车等现象。
有维修人员提了两个问题:一是江淮瑞风启动前拔去CMP,为什么发动机只能工作1~2s?而正常运转工作后拔去CMP,为什么发动机又能够正常工作?二是现在有许多车其实并没有CMP,但是却又为什么发动机能够正常运行,而且发动机还是顺序喷射,要知道此时没有喷油正时信号呀?
为了很好的回答这两个问题,笔者查阅了很多资料,一般提到CMP时,很多资料上又称之为同步信号传感器或者相位传感器,都是以下大致相同的描述:CMP和CKP结合,提供给ECU点火正时及喷油正时信号。
为了更好的理解这些内容,有必要介绍一下CMP的作用。以君威3.0为例,分析一下正常系统的点火、喷油过程。熟悉君威轿车的同行都知道,该车有一个CKP-7X(除以2得到3X), 在启动过程中,点火模块监测7X曲轴位置传感器信号,一旦点火模块确定点火3X参考信号送至动力系统控制模块PCM,动力系统控制模块将指令所有6个喷油器向所有汽缸喷入启动燃油,然后在6个燃油控制参考信号且曲轴转两圈中喷油器保持关闭,从而使各缸有机会使用启动燃油,在此等待期间PCM已经接到一个凸轮脉冲,CMP信号在1缸排气上止点后11°出现,这时2缸处于排气行程,此时PCM依据7X信号,进行减数计时,从而可以做到精确控制2缸在排气行程末多少度喷油,这以后的喷油顺序为3-4-5-6-1。
从以上过程可以看出,由CKP、PCM知道了发动机基准缸处于上止点前多少度,这时为了准确知道基准缸处于压缩还是排气行程,必须引入一个CMP信号,以此判定基准缸是否处于压缩上止点前,进而对点火、喷油正时进行控制。
所以从一般概念上来讲,CMP对于发动机点火或者喷油有着非常重要的意义,缺少了它,按理发动机不能正常工作。但是现代很多控制系统缺少了CMP,还是能够正常工作的。对于点火,现在很多车型使用双缸同时点火模式,一个缸在作功,另外一个缸则处于排气行程,进行无效点火,所以系统只要有一个CKP信号就行了。那么,在CMP缺失时,系统又是如何进行喷油呢?
CMP缺省(失)时不同系统的几种软、硬件分析控制方法:
01 通用公司采取的随机喷射方法(仅能保证了几分之一的喷油正确率),如图6所示。
如果在进气行程时喷油,燃油的雾化时间短,造成空气和燃油混合不充分导致混合气燃烧不好,发动机功率下降,燃油消耗增加,因此只要避开了在进气行程时喷油,一般对发动机并不会有太明显的影响。所以通用公司的许多车型在CMP缺失时,采用随机喷射的方式。它不管发动机工作在什么行程,能保持1/4(1/6、1/8)的喷油时间的正确率,但是对发动机有影响的也就是其中1/4(1/6、1/8)在进气行程时喷油。这种方式对于燃油喷射的控制不能太精
准,不能完全避开在进气行程时喷油。
02 玛瑞利公司用的软件分析方法。我们已经知道了没有CMP时ECU根据CKP信号,开始时对1、2、3、4缸(菲亚特派里奥车型)同时喷射,知道了1、4缸正处于压缩或者排气上止点前,此时1、4缸喷油正好不在进气行程可以进行喷油,曲轴转过180°后,轮到2、3缸喷油了,分组喷射很简单就能实现,关键怎样做到顺序喷射呢?假设现在1、4缸喷油了,ECU停止1缸的供油,如果1 缸处于压缩上止点前,转速在720°内不会有一个较大的下降波动。如果1缸处于排气上止点,转速会在360°后急剧下降波动。根据断油后转速下降的不同时刻,ECU知道了1缸处于压缩还是排气上止点。
通过这种系统软件的分析方法,发动机也能够知道1缸的实际位置情况,从而也可以进行精确的喷油正时控制了。
03 德尔福公司的进气压力传感器判缸的方法。
德尔福公司给几家整车厂进行配套,有些车型的进气压力传感器(MAP)的真空管,不是接到进气歧管的总管,而是引其中的一个歧管的进气压力。因为该缸进气门打开时, 对于MAP的影响要远远大于个别的汽缸,这时在MAP上会引起一个较大的波动,根据该波动信号的输入,ECU也就能侦知该缸实际的位置状况了,判断下一个作功汽缸当前所在位置,进而可以进行准确喷油控制。
04 如果在发动机运行时,CMP信号丢失,许多车型的燃油喷射系统将转换到根据最后一个燃油喷射脉冲计算的顺序燃油喷射模式,而发动机将继续运行。
有了以上的知识,再回头分析一下开始的问题,就不难理解了。在启动时系统控制同时喷入启动燃油,启动后要转入顺序喷射了,由于此时没有CMP信号,系统又没有采用其他方法判断CMP的位置,无法再进行喷油,因此发动机会熄火。而当发动机正常运转后,拔去CMP时,ECU会根据最后一个燃油喷射脉冲计算顺序燃油喷射模式,所以发动机还是能正常工作的。
笔者不知道QQ6的BOSCH控制系统在没有CMP信号或者信号不对时怎么进行控制的,但是在维修手册上有这么一句话:有时启动困难,油耗会增加。所以在没有该信号时,该系统肯定没有一个很好的方法来进行准确的喷油正时,肯定不能保证每次喷油错开进气行程。在进气时喷油没有足够的雾化时间,雾化不好,本来还能基本燃烧工作,时间长了以后,汽车内的进气道、进气门、喷油器积炭的增加,影响混合气的流速、流向,导致雾化情况更差,所以有时会缺缸。以前没感觉,车况差了,就明显了。这就是为什么车主以前没有反映,而在更换完液压挺杆后出现故障的原因。所以维修人员在维修中走了很多的弯路。另外,QQ6故障码的设计似乎有问题,像这种状况应设置P0016而不是P0340故障码。