应用案例 | 2010 款沃尔沃 S80L 车发动机偶尔自动熄火故障诊断

一、故障现象

一辆2010款沃尔沃S80L车，搭载B5254T直列5缸发动机，累计行驶里程约为10.5万km。该车因发动机前部漏油进厂维修，维修人员更换进、排气凸轮轴及曲轴前部油封后装复试车，发动机故障灯异常点亮，且冷机时发动机偶尔会自动熄火。用故障检测仪检测，发动机控制单元中存储有发动机正时方面的故障代码，维修人员反复检查装配过程，并使用专用工具检查进、排气凸轮轴的位置，均未见异常，于是向笔者请求技术支持。

二、故障诊断

该车发动机为横置式，必须把副驾驶人侧的发动机支撑拆掉，才有空间检查发动机正时。维修人员嫌来回拆装发动机支撑比较费事，干脆就不安装了，改用千斤顶托住发动机油底壳。这样做没法出去路试，只能原地轻踩加速踏板试车。

起动发动机，发动机怠速运转比较平稳，但组合仪表上的发动机故障灯一直点亮。用故障检测仪检测，发现发动机控制单元中存储有故障代码“P001762曲轴位置/凸轮轴位置关系（缸组1，传感器B）-算法错误-信号比较失败”和故障码“P001662 曲轴位置/凸轮轴位置关系（缸组1，传感器A）-算法错误-信号比较失败”（图1）；清除故障代码，故障代码可以清除，但发动机运转一会儿后故障代码再现。

图1　发动机控制单元中存储的故障代码（截屏）

故障代码P001662和故障代码P001762是2个比较常见的故障代码，故障代码P001662是指进气凸轮轴相对于曲轴位置不正确，故障代码P001762是指排气凸轮轴相对于曲轴位置不正确。该车进、排气凸轮轴均采用了可变配气相位技术，发动机控制单元通过进、排气凸轮轴位置传感器持续监控2根凸轮轴的正时位置，即检查凸轮轴与曲轴之间的相对位置，如果相对位置偏差过大，则存储故障代码P001662和故障代码P001762。

这款发动机采用正时传动带传动，校对正时的方法很简单，将曲轴传动带轮上的竖线标记对准气缸体上的记号，再将2个凸轮轴调节器上的竖线标记各自对准气缸盖上的记号，然后安装上正时传动带即可。曲轴传动带轮和曲轴前端采用花键连接，花键中有个定位宽齿，以确保装配位置的唯一性。2根凸轮轴后端（变速器侧）开有平槽，可用专用工具固定2根凸轮轴，这个平槽开口设计得很巧妙，只有当2根凸轮轴同时处于某个位置时才能插入专用工具。

据维修人员描述，他先将发动机转到正时位置，用专用工具固定凸轮轴后端，然后拆下曲轴传动带轮和凸轮轴调节器，换完油封后，又按照顺序依次装回各部件。这样操作看似不应该出现发动机正时类故障，但发动机控制单元却存储了发动机正时类的故障代码，因此要想排除这个故障，必须从发动机控制单元的视角来分析问题。发动机控制单元是通过进、排气凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器检查凸轮轴与曲轴位置的，于是笔者决定用pico示波器测量各个传感器的信号，然后组合起来进行分析。

图2　连接pico示波器

连接pico示波器（图2），测得发动机怠速时进、排气凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器的信号波形（一般称该组合波形为“发动机正时波形”），如图3所示。

图3　故障车的发动机正时波形（截屏）

分析可知，该车进、排凸轮轴位置传感器是霍尔式的，其信号靶轮为“2宽2窄”式结构，即信号靶轮上有2个宽齿和2个窄齿；曲轴位置传感器是磁电式的，其信号靶轮为“58+2”式结构，即信号靶轮上有58个齿和2个缺齿。图3中2条虚线之间表示发动机的1个工作循环，曲轴转了2圈，凸轮轴转了1圈。由于存储了发动机正时类故障代码，此时可变配气相位系统处于关闭状态，因此图3反映了该车发动机的基本正时状态。理论上讲，需要找到一辆同款车对比发动机正时波形，才能准确判断该车的发动机正时波形是否正常，但经过进一步分析该车的发动机正时波形，笔者推断该车的故障原因多半是曲轴传动带轮的位置装错了，理由有以下几点。

（1）故障是在更换油封后出现的，装配不当引起故障的可能性很大。

（2）故障代码同时涉及进、排气凸轮轴，两者同时装错的可能性很小。

（3）进、排气凸轮轴位置传感器的波形完全一致，如果是凸轮轴装错导致的，未免过于巧合，这应该是原车的设计。

（4）维修人员主要拆了凸轮轴调节器和曲轴传动带轮，而一旦曲轴传动带轮的位置安装错误，便会使发动机控制单元同时存储故障代码P0016和故障代码P0017。

维修人员听完笔者的分析后将信将疑，因为曲轴传动带轮和曲轴前端是花键配合，位置也是唯一固定的，不太可能装错，但又没有别的思路，只好拆下曲轴传动带轮进行确认。用拉爪拔出曲轴传动带轮后，一眼就发现了问题。如图4所示，绿色箭头所指位置是曲轴传动带轮和曲轴前端配合的定位宽齿，被错装到了红色箭头所指的位置，这里原本是1个凸齿，在安装过程中被削平了。反推故障发生的过程，拆掉右前车轮和内衬后，维修人员蹲在车辆侧面工作，由于位置和光线原因，他只能凭手感将曲轴传动带轮套在曲轴前端，然后再用锤子将传动带轮敲到位，在这个过程中装错了曲轴传动带轮的位置。

图4　曲轴传动带轮

三、故障排除

用锉刀修复拉伤位置，重新正确安装曲轴传动带轮后反复试车，发动机运转正常，且故障代码不再出现，故障排除。

四、故障总结

故障排除后再次测量发动机正时波形（图5），以凸轮轴第2个宽齿的上升沿为基准，计算曲轴位置传感器与进、排气凸轮轴位置传感器信号波形之间的偏差角度，故障状态相比于正常状态大约提前了6.5个曲轴信号靶轮齿，1个齿约为6°曲轴转角（360°÷60=6°），共提前了约39°曲轴转角（6.5×6°=39°）。曲轴传动带轮1圈共有27个齿，1个齿约为13.3°曲轴转角（360°÷27≈13.3°），由于曲轴传动带轮安装偏差了3个齿，因此偏差了约39.9°曲轴转角（3×13.3=39.9°）。可以看出，用以上2种方法计算得出的数据基本相符，这说明发动机正时波形能够准确反映发动机的机械配气正时情况。

图5　正常车的发动机正时波形（截屏）