东南菱帅发动机热车不能起动故障的诊断与排除

王子晨

（河北师范大学，河北 石家庄 050024）

1 故障现象

一辆2004年生产的东南菱帅自动挡轿车，采用4G18型汽油发动机，行驶里程296 518 km。汽车进厂时车主反映发动机起动困难。

2 故障诊断

2.1 故障问询

首先对车主进行故障问询，目的是了解故障产生的条件、故障征兆、维修情况等。车主反映，该车曾因发动机起动不着而在其他修理厂进行修理，更换过曲轴位置传感器、点火线圈、火花塞等，该修理厂最终没能排除此故障。车主还反映，该车在修理以前经常出现时而能着车，时而不能着车。当不能着车时，放置2h后又能够着车。并且近来故障发生的频率越来越高了。

接着向车主了解不能着车的故障在什么情形下出现。车主反映，车辆行驶一段时间熄火后，发动机不能着车。然后，放置2h则能够再次起动发动机。综合上述车主的叙述，说明该车在冷车时能够起动着车，热车后发动机不能起动着车。

另外，车主还反映，该车是车主购买的二手车，购买之前的维修情况不了解，只是说该车正常进行保养。根据该车的生产日期和行驶里程，该车属于老、旧车，线路或多或少有些老化，线路连接可能存在接触不良问题，传感器、执行器甚至电控单元也会存在老化，工作性能不可靠。

2.2 故障征兆模拟

根据车主的反映，起动发动机，结果冷车时发动机能够起动着车，但发动机有“突突”声，怠速运转不稳定，加油时运转无力；等运转一段时间后，“突突”声消失，反复试车，加速等操作都正常。驾驶车辆在道路行驶30min后，熄火，再起动发动机，发动机不能着车。故障现象符合车主的叙述。

2.3 基本检查

根据故障现象，首先对喷油控制电路、点火控制电路的连接情况进行基本检查。查看电路插接器有无连接不可靠的地方。因为该车生产日期早、行驶里程长，因此出现连接不可靠、接触不良现象是正常的。经过检查，没有发现插接器松动的现象。对喷油控制电路、点火控制电路中主要插接器进行插拔后，车辆故障依旧。

2.4 故障诊断与排除

用KT600智能诊断仪读取故障信息，显示“凸轮轴位置传感器故障”。

检查高压火花，结果2-3缸没有高压火花。如图1所示，东南菱帅4G18型发动机采用双缸同时点火方式，有2个点火线圈，1、4缸共用一个点火线圈，2、3缸共用一个点火线圈。每个点火线圈安装在其中一个气缸的火花塞上，另外一个气缸的火花塞通过高压线与点火线圈相连。在进行点火性能测试时，将高压线拔出，安装在火花测试器上，并使火花测试器可靠搭铁。用起动机驱动发动机运转，结果2-3缸没有高压火花，1-4缸有高压火花。

对喷油器控制电路（图2）进行检查。拔下喷油器的线束插接器，将试灯连接在喷油器线束插接器上。用起动机带动发动机运转，根据试灯的工作情况判断喷油控制信号。结果1、2、4缸无喷油信号，3缸有喷油信号，这说明热车起动时发动机ECU控制1、2、4缸喷油器不喷油。

根据故障信息，首先对凸轮轴位置传感器的连接电路（图3）进行检查，重点检查有无虚接和断路之处。经检查，凸轮轴位置传感器的连接电路正常。于是判断凸轮轴位置传感器故障，信号不稳定。

图1 东南菱帅4G18型发动机点火系工作电路

图2 东南菱帅4G18型发动机喷油器工作电路

曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器是发动机电子控制系统中重要的传感器。曲轴位置传感器采集曲轴转动角度和发动机转速信号，用于点火和喷油控制。凸轮轴位置传感器的功用是采集配气凸轮轴的位置信号，进而识别1缸压缩上止点，以进行顺序喷油控制、点火控制和爆震控制［1］。当曲轴位置传感器或凸轮轴位置传感器出现故障时，ECU将无法确定点火时刻和喷油时刻，发动机无法起动。

东南菱帅4G18型发动机凸轮轴位置传感器为霍尔式，根据以往维修经验，霍尔式传感器在长时间使用后，其中电子元件的性能指标在温度升高后容易发生变化，会造成在温度高的环境下输出信号不稳定。因此，决定更换凸轮轴位置传感器。

更换凸轮轴位置传感器后，立即起动发动机，发动机能够着车，且有关凸轮轴位置传感器的故障码不再出现。由于本车故障在热车时出现，于是驾驶车辆上路行驶一段时间，等发动机温度达到正常值时，熄火，再起动发动机，发动机仍然不能着车。待发动机熄火1h后，发动机又能起动，故障依旧。

图3 东南菱帅4G18型发动机曲轴与凸轮轴位置传感器工作电路

此时，怀疑发动机ECU存在故障。于是找来同型号车辆，更换发动机ECU。更换后，再进行冷车、热车试验，均能正常起动，且冷车时没有了“突突”声，怠速运转平稳，加油时动力充足，故障不再出现。此时，再换上旧ECU，发动机又开始“突突”，怠速运转不平稳。这说明发动机ECU确实存在故障。但凸轮轴位置传感器是否存在故障呢？根据替换法的常规判断逻辑，替换凸轮轴位置传感器后故障依旧，说明凸轮轴位置传感器没有故障。于是，换回原来的凸轮轴位置传感器。然后，再试车，结果同样的故障仍然存在，此时，用KT600智能诊断仪读取故障信息，仍然显示“凸轮轴位置传感器故障”。在发动机正常工作时，用示波器观察曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的波形，波形正常；在热车不能起动时，再观察曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的波形，凸轮轴位置传感器波形不正常。这说明，凸轮轴位置传感器确实损坏。于是换上新的凸轮轴位置传感器，试车，热车起动困难的故障不再出现。这说明本车故障是由于凸轮轴位置传感器、发动机ECU的故障引起。

为了验证凸轮轴位置传感器对喷油、点火的影响，于是拔下凸轮轴位置传感器的线束插接器，进行点火性能试验，2-3缸没有高压火花，1-4缸有高压火花；进行喷油控制信号试验，1、2、4缸无喷油信号，3缸有喷油信号。这说明，喷油控制信号、点火异常是由于凸轮轴位置传感器的故障引起。

3 技术总结

3.1 关于曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器 ［2］

在发动机电子控制系统，当曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器中任何一个传感器出现故障时，ECU将会根据另一个传感器的信号进行控制。当曲轴位置传感器信号出现故障时，ECU会根据凸轮轴位置传感器信号计算出曲轴转角和发动机转速；当凸轮轴位置传感器信号出现故障时，ECU会根据曲轴位置传感器确定1缸压缩上止点以及各缸活塞位置。只要曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器中任何一个传感器正常工作，发动机都可以起动，但ECU会限制发动机的某些功能，控制进入失效保护模式。

在大部分车型上，发动机ECU一方面根据曲轴位置传感器单位时间内转过的齿数，来计算出转速和转角，同时根据曲轴位置传感器转子上的大齿缺等特定记号来判断曲轴位置，从而确定各缸活塞在气缸中的位置，如大众车系的曲轴位置传感器就有大齿缺。但是，某些车型的曲轴位置传感器转子上没有特定的记号来标定曲轴位置，ECU无法判断各缸活塞在气缸中的位置，对于这样的车型，当发动机ECU接收不到凸轮轴位置传感器信号时，发动机ECU就无法确定各缸活塞在气缸中的位置，无法进行喷油控制和点火控制，如丰田车系、三菱车系的某些发动机等。

3.2 关于点火性能测试［3］

点火系统的火花测试一定要使用火花测试器，不能采用直接断开火花塞高压线并利用高压阻尼线跳火的方法进行。火花测试器（图4）有一个中心电极和一个环形侧电极，二者之间设置有一个环形间隙。火花测试器的环形侧电极上有一个夹子，用于环形侧电极的搭铁。在火花测试时，需要把夹子夹在发动机上，以使环形侧电极良好搭铁。火花测试器中心电极和环形侧电极之间的环形间隙需要25kV电压才能击穿，而将火花塞拿到气缸外进行火花测试，只需3kV电压就可以将火花塞间隙击穿，因此使用火花测试器可以准确判断点火系的工作性能。在火花测试时，当火花测试器产生连续火花时便可判断点火系工作性能良好。

图4 火花测试器

另外，在进行发动机测试（如气缸压缩压力、电火花测试）时，必须使火花塞或火花塞测试器搭铁，绝对不允许在火花塞或火花塞测试器没有搭铁的情况下使点火线圈放电。由于高能电子点火系能够产生40kV甚至更高的电压。如果火花塞或火花塞测试器没有搭铁，点火线圈中的能量就会全部作用在点火线圈上，使点火线圈自身产生电弧。电弧会使点火线圈初级绕组或铁心形成一个低电阻通路，该低电阻通路会导致发动机负载运行时出现失火现象。应当注意，在进行火花测试时应停止燃油喷射，以避免可燃混合气积存在气缸或排气管中。

参考文献：

［1］ 舒华.汽车电子控制技术（第四版）［M］.北京：人民交通出版社， 2017：27-58.

［2］ 王忠良，陈昌建.汽车发动机电控技术［M］.大连：大连理工大学出版社，2014：37-51.

［3］ 上汽通用汽车有限公司.汽车发动机控制系统及检修［M］.北京：高等教育出版社， 2016： 46-47.