采用故障树分析法解决宝马车VANOS 故障实例

厦门工商旅游学校 陈福城

故障现象一辆累计行驶里程约为14万km的2012年产宝马X3车，搭载N20发动机和ZF 8速自动变速箱，客户反应发动机故障警告灯异常点亮且车辆出现动力不足的现象。

故障诊断接车后首先试车，确认故障现象属实。连接故障检测仪读取发动机控制单元故障代码，读取到的故障代码如图1所示。删除故障代码后再次试车，故障代码未再次出现，车辆状态恢复正常，说明该故障为偶发性故障。

图1 读取到的故障代码（截屏）

根据故障现象，对读取到的故障代码进行分析。故障代码1D2404为电子节温器相关故障，宝马车的N20发动机普遍存在电子节温器易坏的故障，该故障会造成车辆电子节温器调节能力下降，但由于电子节温器仍具有传统机械式调节的功能，因此该故障代码不是车主反映故障的主因；故障代码130308为宝马车气门可变调节系统（VANOS）排气侧相关故障，当VANOS失效时，宝马车的电子气门升程可变系统（Valvetronic）会同时进入失效模式，车辆速度调节回归到传统的节气门控制模式，并且配气相位恒定不可调，该故障显然会引起发动机故障警告灯点亮及功率下降，与车辆的故障状态相符合；故障代码120408为故障代码130308出现后车辆增压功能主动抑制的故障。综合上述分析，重点应从VANOS故障入手维修，但该车故障为偶发性故障且VANOS系统涉及的部件较多，故障排除相对比较复杂。

宝马车的气门控制技术包括进排气气门相位控制的VANOS系统和气门升程可变控制的Valvetronic系统，当VANOS系统失效后，Valvetronic系统也同时失效。VANOS系统主要由传感器系统（曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器及其他采集发动机运行工况的传感器）、控制单元（发动机控制单元）、执行机构（正时链条及张紧系统、由油压驱动的VANOS链轮、VANOS控制电磁阀、VANOS机械阀体）组成。宝马车N20发动机较N52发动机、N46发动机有所改进，采用VANOS控制电磁阀直接插入VANOS链轮中心，由VANOS控制电磁阀推动VANOS机械阀体运动，从而改变控制机油的流量，达到控制气门正时的作用。

由于进排气侧VANOS控制电磁阀型号一致，可以采用对调法进行试验，进排气侧VANOS控制电磁阀如图2所示。首先对调该系统的2个VANOS控制电磁阀，对调后让车主继续正常使用车辆，直至故障再次出现后再进厂维修，3天后故障重现，车辆故障代码与上次检测到的故障代码相同，没有出现VANOS故障转移至进气侧的现象，因此排除之前对调的VANOS控制电磁阀损坏的可能性。

图2 进排气侧VANOS控制电磁阀

由于该系统涉及的部件较多，需要进行系统的分析，笔者采用故障树分析法对其进行分析，首先把影响VANOS系统调节的4大因素找出来，要求不能有遗漏，使用故障树进行故障诊断时，优点在于诊断逻辑严密、完整，如果系统主干或枝干发生遗漏，则可能出现遗漏故障的后果，失去故障树分析的诊断价值。VANOS排气侧故障的故障树如图3所示。

该故障树共列出9个部件（系统）可能发生故障，经前述检查，排除VANOS控制电磁阀故障、线路故障和主油路机油压力故障，剩下可能的故障点还有以下6处：缸盖上部油道堵塞；轴承盖磨损；VANOS排气侧链轮故障；VANOS机械阀体故障；正时链条拉长；正时附属/张紧系统损坏。

对剩余6处可能的故障点进行检查，检查情况如下所列。

（1）检查车辆上部主要油道，并从VANOS排气侧链轮供油油道反向用气枪疏通，未发现堵塞。

（2）检查与VANOS油压直接相关的排气侧第一道轴承盖，未发现有异常磨损，如图4所示。

（3）VANOS排气侧链轮未解体，对其进行外观和晃动基本检查，未发现问题，但无法排除故障的可能性，此故障点可能性暂保留。

（4）手动检查VANOS机械阀体，未发现阀体、回位弹簧等有明显异常，但该检查方法缺乏严谨性，此故障点可能性也保留。

（5）正时链条拉长的检查，与新链条比对存在一定的拉长。链条拉长有个特性，链节越多累积伸长量就越多。由于N20发动机的排气凸轮轴链轮在进气凸轮轴链轮的左边，以曲轴正时齿轮为起始点，从链条张紧边算，曲轴正时齿轮到排气凸轮轴链轮所含的链节比到进气凸轮轴链轮所含的链节多，因此累计的伸长量更大，排气侧的气门相位对比初装状态可能会产生更大的滞后，有可能会造成本故障的发生。

（6）对正时附属/张紧系统进行检查，未发现异常。

根据上述检查情况制定修理方案。剔除可排除的选项，剩余的可能故障点有：正时链条拉长、VANOS排气侧链轮、VANOS机械阀体。由于该车实际里程数较多，正时链条已有拉长，且维修已经解体至正时系统，因此建议更换正时链条；针对VANOS排气侧链轮和VANOS机械阀体，以笔者经验判断VANOS排气侧链轮的故障可能性比VANOS机械阀体高的多，此时如果再做进一步诊断则代价超出更换两者部件，所以采用折中的办法，只更换VANOS排气侧链轮，将排气侧VANOS机械阀体与进气侧对调，若维修后发现故障变为进气侧，再重新拆开正时系统进行维修（可能性小）。综合考虑上述各因素，最后维修方案定为：更换正时链条、VANOS排气侧链轮，对调进排气侧VANOS机械阀体。

图3 VANOS排气侧故障的故障树

图4 排气侧第一道轴承盖连接处

故障排除车辆按上述方案维修后，通过1个月的随访观察，故障未再次出现，故障彻底排除。

故障总结宝马车N20发动机发生VANOS进气侧/排气侧相关故障一直以来对维修技师来说都是个较头痛的问题，其涉及系统庞大且实际发生故障的部位较离散，盲目或凭经验维修，经常会解决不了问题。鉴于此类状况，故障树分析法提供了一种更严谨的诊断维修方法，即使在实践这种方法时出现判断失误，通常也可以在原来的故障树基础上，研究故障树遗漏，而不至于回到原点。因此掌握故障树分析法对于解决汽车维修的疑难问题，具有很高的应用价值，值得推广。