2017款一汽奔腾X40车发动机故障灯异常点亮

西安恒泰汽车服务有限公司 岳 锋

一辆2017款一汽奔腾X40车，搭载型号为CA4GB16的1.6 L自然吸气发动机，累计行驶里程约为8万km，因车辆行驶过程中仪表盘上的发动机故障灯异常点亮而进厂检修。

接车后首先试车，起动发动机，发动机顺利起动着机，此时仪表盘上的发动机故障灯长亮。另外，起动发动机的一瞬间，维修人员能听到发动机室传出很明显的“咔啦啦”响声，发动机着机后异响又自行消失。用故障检测仪检测，在发动机控制单元内存储有故障代码“P001622 进气凸轮轴与曲轴安装相对位置过于推后”。将发动机熄火，打开发动机室盖，站在发动机室旁，让另外一名维修人员起动发动机，确认“咔啦啦”响声是从发动机正时部位传出来的。根据故障代码的提示，初步判断该车的故障出在发动机正时系统上。

查阅相关资料得知，该款发动机配备了进气可变凸轮轴正时（VCT）系统。VCT系统由发动机控制单元、VCT电磁阀、3位4通阀、VCT执行器等部件组成（图1），其中，3位4通阀安装在VCT执行器及进气凸轮轴链轮总成的中间位置，阀芯在弹簧和VCT电磁阀阀芯作用下，以实现改变机油回路的功能，从而调节进气凸轮轴相位。“3位”指的是可变凸轮轴正时滞后、提前和压力保持平衡等3个调节位置，“4通”对应着机油进入VCT执行器滞后腔、提前腔的压力建立油路，以及滞后腔、提前腔通向油底壳的压力释放油路。根据发动机运行情况，如进气量、节气门位置和发动机冷却液温度，发动机控制单元发送目标占空比控制信号给VCT电磁阀，VCT执行器通过3位4通阀用机油压力调节进气凸轮轴角度。这样在总体驾驶条件下，优化了进气凸轮轴和曲轴的相对位置，提高了发动机转矩和燃油经济性，降低了废气排放量。

图1 VCT系统相关组件示意图

如图2所示，发动机控制单元通过负占空比信号去控制VCT电磁阀，电磁阀在不工作的情况下（占空比约为6%），3位4通阀的阀芯在其内部弹簧弹力的作用下，处于滞后调节位置，此时来自机油泵的机油经过机油滤清器、单向阀（也叫保压阀，该车的单向阀位于机油滤清器底座内）和3位4通阀后进入VCT执行器的滞后腔，而提前腔内的机油则经过3位4通阀流回到油底壳。当进气门的打开时刻需要提前时，发动机控制单元调高VCT电磁阀的占空比，3位4通阀切换油路，机油进入提前腔，滞后腔内的机油释放。另外，在达到目标调节角度后，发动机控制单元改变VCT电磁阀通电时的脉冲占空比，以使3位4通阀的阀芯处于提前腔与滞后腔压力保持平衡的位置上。此时，进气门的开启点固定在某一个定值上。

图2 VCT系统工作示意图

起动发动机，保持发动机怠速运转，用示波器测量凸轮轴位置和曲轴位置传感器的信号波形，测得的发动机正时波形如图3所示，其中蓝色波形为凸轮轴位置传感器的波形，红色波形为曲轴位置传感器的波形。由图3可知，该车的凸轮轴位置传感器是霍尔式传感器，其信号靶轮上有2个宽齿和2个窄齿；曲轴位置传感器是磁电式传感器，其信号靶轮为“58+2”结构（即信号靶轮上有58个齿和2个缺齿）。此外，凸轮轴信号靶轮第2个宽齿的上升沿相对于曲轴信号靶轮缺齿中间位置约为17°曲轴转角。

图3 故障车的发动机正时波形（截屏）

为了更准确地分析发动机正时波形问题，找出之前保存的一辆同款车的发动机正时波形（图4），发现凸轮轴信号靶轮第2个宽齿的上升沿相对于曲轴信号靶轮缺齿中间位置约为8°曲轴转角。两者进行对比，故障车的进气凸轮轴相对曲轴的位置较正常车的提前了约9°曲轴转角。

图4 正常车的发动机正时波形（截屏）

拆开发动机气门室盖，检查发动机正时，未发现异常。用开口扳手转动进气凸轮轴，发现有很明显的旷量，于是建议车主更换进气凸轮轴链轮总成、发动机正时链条等部件。征得车主同意后，更换进气凸轮轴链轮总成、发动机正时链条等部件后试车，之前起动瞬间的异响不再出现。试车过程中，当发动机转速提升至约1 500 r/min时，发动机室还会传出短暂的“咔啦啦”声。经过多次试车，确认异响还是从发动机正时部位传出来的。鉴于进气凸轮轴链轮总成、发动机正时链条等部件已更换过，推测随着发动机转速的提高，异响是由VCT执行器调节凸轮轴相位过程中发出来的。为了验证自己的推测，脱开VCT电磁阀导线连接器后反复试车，异响不再出现，说明异响的确是由VCT执行器工作时发出来的。结合VCT系统工作原理，接下来准备对油路进行检查。拆卸机油滤清器盖，发现机油滤清器底座上的单向阀已老化脱落（图5）。更换机油滤清器底座后试车，上述异响不再出现。

图5 机油滤清器底座上的单向阀已老化脱落

更换进气凸轮轴链轮总成、发动机正时链条及机油滤清器底座等部件，故障彻底排除。

该车故障排除后，维修人员试着对进气凸轮轴链轮总成进行了分解，发现进气凸轮轴链轮总成内部锁销与锁销孔的间隙变大（图6）。分析认为，很可能是在VCT系统工作过程中，由于机滤底座内的单向阀老化脱落，供油压力不稳定，使得锁销与锁销孔产生撞击，造成两者出现磨损，间隙变大，进而导致初始状态下进气凸轮轴相位发生变化。发动机控制单元监测到发动机正时存在偏差，进而点亮发动机故障灯。

图6 进气凸轮轴链轮总成内部锁销与锁销孔的间隙变大