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发动机正时相关故障的特征及诊断方法
来源:汽车维修  作者:佚名  2013-12-26 08:13:36

    发动机是一个由多个系统组成的结构复杂的机器,其正常工作需要各系统、各部分之间的相互协调配合。发动机工作时这种系统间的协调主要是依靠正时系统来完成的,发动机的正时主要包括配气正时、点火正时和喷油正时三部分。大多数修理工都知道修理、装配发动机时对正时是一个非常重要的环节和步骤,对正时的主要内容就是在安装正时皮带(齿轮或链条)时,一定要保证相关记号对准,而对发动机正时的实质并不太了解,这就形成了修理工只能机械地完成对正时的工作,一但发动机正时系统出现一些特殊情况就无从下手,束手无策。
    那么到底什么是配气正时、点火正时和喷油正时?如何进行对正时的工作?他们的实质到底是什么呢?下面逐一进行说明,并列举一些相关特殊车型案例和维修案例。
    一、配气正时
    所谓配气正时,就是按照发动机配气相位的要求,控制进排气门的开启与关闭时间,使气门的开闭与活塞的运行协调一致,从而使排气更彻底、进气更充分,提高发动机的充气效率,最终使发动机发出最佳的性能。
    我们知道,进、排气门的开闭是由凸轮轴驱动的,所以凸轮轴的运动规律与结构形状将是影响配气正时的直接原因。
    很多厂家为了便于修理工装配时保证配气正时的正确,就会在曲轴和凸轮轴的齿轮、皮带轮或链轮上面做上正时记号,在装配时,只要按照要求将该记号对齐,就可保证凸轮轴与曲轴之间的初始相对位置正确,从而保证配气正时的正确———这也就是我们平时所说的对正时。
    对配气正时的关键在于保证凸轮轴与曲轴之间正确的相对初始位置,为了便于确定凸轮轴和曲轴的位置,可以通过记号来“真实”反映凸轮轴和曲轴所处的位置。
    案例1:福克斯发动机配气机构配气正时的保证方法现在很多车型,在出厂时其配气机构的相应位置都没有做正时记号,如福克斯发动机采用双凸轮轴,由曲轴通过链条驱动,出厂时其链轮和链条上面就没有任何的正时记号。在安装正时链条时,需要先将进、排气凸轮轴转动至其后端的切口与气缸盖平面平行,并注意切口两边的半圆不是对称的,操作时需要将半圆小的部分朝上放置如图1所示。此时,两根凸轮轴实际上就已经转动至了正确的初始位置----1缸活塞运行至压缩行程上止点时凸轮轴应该处于的对应位置,然后将专用工具插入凸轮轴的切口,如图2所示。这样就可以将凸轮轴固定在这一正确初始位置。



    然后,再将另一专用工具装入气缸体下面的盲塞孔中(如图3所示),顺时针转动曲轴,当曲轴顶到专用工具转不动时,就说明曲轴已转动至了正确的初始位置----1缸活塞上止点。

    至此,凸轮轴和曲轴都分别位于自己正确的初始位置,在保持凸轮轴和曲轴不动的情况下,将正时链条按技术要求安装上,配气机构的正时工作就完成了(随后还要通过正确安装驱动皮带轮来保证正确的点火正时,在此不再详细说明)。
    由上述车型案例可以看出,配气正时的实质和关键是保证凸轮轴和曲轴正确的相对初始位置。只要凸轮轴和曲轴的初始位置正确了,配气正时也就保证了;反之,即便是对齐了所谓的正时记号,如果凸轮轴和曲轴的初始位置不正确,那配气正时同样也是不会正确的。
    案例2:一辆2004年出厂的别克凯越轿车,进气凸轮轴因异常磨损而更换后,出现发动机运转无力,无法正常加速故障
    接车后试车,发现该车故障现象如车主所述,发动机运转无力,踩油门加速时,发动机会出现进气管回火现象,速度提升迟缓,且转速无法超过3000r/min。因该车刚在其它修理厂更换过进气凸轮轴,便怀疑是否是装配时没有对好配气正时,拆开正时带轮罩,转动曲轴,查看正时标记,发现正时标记对得非常准确。
    我们知道,混合气过稀、点火过早和配气正时失准是造成进气管路回火的三大主要原因,该车发动机动力不足,进气管路回火,初步检查配气正时没有发现问题。于是,便重点检查其油路、气路和控制系统等能够影响混合气浓度的因素,但燃油油压测试正常,喷油器清洗后故障依旧,进气管路没有发现有漏气的地方,气缸压力测试也基本正常。另外又检查火花塞跳火能力也表现正常。
    接下来又重点检测了TPS传感器和MAP传感器的电压信号,TPS传感器信号正常,但是发现MAP传感器的信号电压在发动机怠速到2200r/min之间时正常,但当发动机转速超过2200r/min时,MAP传感器的信号电压剧烈跳变,数字电压表已经无法正常显示其信号电压,此时发动机出现回火现象。据此分析,可能是因发动机回火导致了进气歧管内的气压波动,从而影响了MAP传感器的信号电压,使之随进气歧管内的压力的波动而跳变。这个信号并不能说明故障的原因所在。由于ECU自诊断系统也没有故障码记录,初步判断问题可能不在电控系统,机械系统造成故障的可能性最大。
    接下来又利用真空表对进气歧管真空度进行了测量,测量怠速到2200r/min时的真空度,真空表的读数由怠速时的46kPa随节门开度的增大而逐渐减小。当发动机转速达到2200r/min以上故障出现时,真空表大幅摆动且抖动剧烈,急加速时,真空表指针读数在接近零值与35kPa之间激烈跳变。依据真空表测量结果,发现该车发动机的真空度测量除了高速时表针大幅摆动,而急加速时却为剧烈跳变外,怠速时的真空度也比同类车型的正常值偏低些(正常值为56~64kPa)。
    根据真空测量结果,再加上该车表现出的故障现象,怀疑的重点仍旧是在配气机构和进气系统上,于是决定拆检发动机,对配气机构和进气系统进行检查。拆检发现进、排气凸轮轴、各个气门、气门挺柱都正常,气门密封性也正常。那么还会是什么原因呢?因为该车刚换过进气凸轮轴,是不是这个配件质量有问题呢?
    于是对该凸轮轴又进行更加细致的检查,并将之与原车的凸轮轴进行详细的比对,这一比对,终于发现了问题所在:换上的凸轮轴的键槽与一缸凸轮凸起的夹角和原车的不一样,错过了一定的角度,这样,在装上正时带轮后,正时带轮上的标记反映的凸轮轴位置也就不准确了。所以在装配后,看似所有的正时标记都对准了,但实际上,配气正时却与标准相差了一定的角度,自然就会出现该车的故障现象了。
至此,故障的真正原因找到了,于是重新购置一个凸轮轴并与原车凸轮轴进行详细比对,完全一样后,装车,故障排除。
    对于配气正时,另外还有一个问题,是不是只要在发动机正时部分装配时保证了凸轮轴和曲轴具有正确的初始相对位置,就可以保证发动机运转过程中二者始终具有正确的相对位置关系?答案是否定的,因为在发动机运转过程中,凸轮轴是由曲轴通过正时皮带或链条带动的,如果期间正时皮带或链条发生了松动,那么凸轮轴的运动就会相对曲轴有所滞后,特别是正时皮带松动后,甚至会出现跳齿现象,凸轮轴的滞后就会更加严重,从而会改变凸轮轴和曲轴之间正确的、随动的相对位置关系,使配气正时失准而使发动机的运转性能下降,甚至不能正常运转。
    故障案例3:一辆2007年款奥迪Q7SUV,行驶里程2万km,搭载VR6型3.6LFSI发动机,用户反映仪表上的发动机故障警告灯点亮,且发动机加速无力
    询问用户后得知,故障是在一次发动机起动后突然出现的。连接故障诊断仪VAS5052检测发动机系统,发动机控制单元J623中存储有“霍尔传感器G40不可靠信号”的故障码。检查霍尔传感器的线路正常,使用故障诊断仪清除故障码后,试车发现车辆加速性能明显下降,在行驶一段距离后发动机故障灯再次点亮。
    使用故障诊断议进行检测,再次查出“霍尔传感器G40不可靠信号”的故障码。分析存储霍尔传感器故障码的原因只有两种可能:一是霍尔传感器、发动机控制单元或相关线路故障;二是发动机配气相位错误或霍尔传感器靶轮安装位置不正确。VR6型发动机装有2个零件号相同的霍尔式凸轮轴位置传感器G40和G163,之前已经检查过霍尔传感器G40的线路正常,将2个凸轮轴位置传感器对调,清除故障码试车,加速无力的故障仍然存在,G40不可靠的故障码也会出现。
    将进气歧管、高压燃油导轨以及气门室罩盖拆下,检查配气正时正常,但是发现凸轮轴链条张紧度不足,活动量较大。于是拆下后正时罩盖检查,发现用于连接曲轴链条与凸轮轴链条的链轮的固定螺栓折断了,造成链轮和链条松动且配气相位超差。由于发动机设计紧凑,后正时罩盖距离链轮较近,且有一凹槽卡住链轮,链轮才没有脱落。用户来厂前已经行驶了一段时间,后正时罩盖内侧已经被磨出一条凹痕,所以发动机并没有很明显的异响。
    更换正时链条、链轮、链轮紧固螺栓以及后正时罩盖后故障排除。

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