2006年中華駿捷難啟動排除及控制理論詳解

東臺/沈叔陽 王錦旭 莊葳

最近接修一輛他廠轉診而來的2006年中華駿捷，配置2.0L 4G63發動機。故障癥狀為發動機難啟動，阻力大，有反轉跡象，放炮。典型的點火提前角過大。拔去空氣流量傳感器車子勉強可以啟動，但是有時還是有放炮現象，工作1min左右還是自動熄火，加不了速。

該車為事故車，更換過汽缸蓋、點火線圈、曲軸位置傳感器。懷疑曲軸位置傳感器問題，前后一共更換了3個，正時對了無數遍，確保沒有問題。

故障已經排除到這個份上，本著不去相信任何人的原則，重新檢查正時系統，用百分表找到活塞處于1缸上止頂位置時，確實所有的記號正常。發動機的機械正時完全正常，不再考慮。用示波器檢查曲軸位置傳感器信號一切正常，HALL方波信號沒有任何異常。

使用數顯正時槍，拔去空氣流量傳感器，著車后檢查點火正時，不可思議的是在正時槍上需要調整到90°時，記號才對正10°。難道該車的點火正時是100°。常識告訴我們不可能，因為在我們平常的認知里點火提前角是不會這么大的。而且這時數據流里面，點火提前角為15°。

停止該車的維修，轉而研究正時槍的工作原理。正時槍通過感應分缸線上的點火脈沖，驅動正時燈的閃爍，點一次火閃爍一次，通過檢測點火脈沖，知道了發動機轉速，有了發動機轉速，正時槍可以簡單地計算出1°曲軸轉角所用的時間，你認為調整正時儀上的度數，它就推遲或者提前相應的時間去閃燈，當記號相對時，所顯示的角度，就是點火提前角。所以在正時槍的檢測過程中發動機的轉速是個很重要的參數。到了這兒就知道了該車的點火提前角為50°。因為該車用的是雙缸同時點火技術，在排氣沖程也點一次火，所以計算出來的點火提前角是正常值的2倍。故障的原因就是點火過早，這個已經是確定無疑的了（這個分析是有問題的后面會提到）。

為什么會點火過早呢？機械上沒有問題，傳感器工作正常，難道是控制模塊的問題嗎？

既然提到點火提前角，有必要對其進行理論上的分析。從點火時刻起到活塞到達壓縮上止點，這段時間內曲軸轉過的角度稱為點火提前角。

混合氣從點燃、燃燒到燒完有一個時間過程，最佳點火提前角的作用就是在各種不同工況下使氣體膨脹趨勢最大段處于活塞做功下降行程。這樣效率最高，震動最小，溫升最低。

影響點火提前量最大的因素有轉速、節氣門開度。隨著轉速的上升，轉過同樣角度的時間變短，只有更大的提前角才能得到相應的提前時間。節氣門開度越大點火提前角越小，反之亦然。

點火過早，會造成爆震，活塞上行受阻，效率降低，磨損加劇。點火過遲，氣體做功效率低，排氣放炮。不論點火過早或過遲，都會影響轉速的提升。

所以在現代汽車上，控制模塊內固化了點火提前角的數據圖譜（如圖1所示）。

圖1 點火的前角圖譜

再回頭看我們這輛車的點火提前角，發動機控制模塊下達的任務是15°時點火，為什么實際的點火時間卻是45°呢？

我們還是先來分析一下控制模塊正常狀況下是怎么對上止點和發動機轉速進行檢測的吧！還是要講解些基礎知識。

HALL傳感器工作原理：

如圖2所示，在三維空間里，我們在Z軸方向上施加磁場，在Y軸方向上施加電壓，Y軸方向的電子受到洛倫茲力的作用下發生偏轉，所以在X軸方向產生HALL電壓，通過集成電路對該電壓進行放大，以驅動傳感器的內部末級輸出三極管。人為的用鐵片對磁場進行周期性的遮蔽和放開操作，在X軸方向上產生的HALL電壓就會周期性的變化，最后一級的三極管就會周期性的導通和截止。

圖2 HALL傳感器工作原理

發動機有時怎么對傳感器進行檢測的呢？

我們看圖3，a點的電壓5V是由控制模塊提供的，傳感器內部的三極管隨著磁場的出現和消失的變化而變化，當三極管導通時，a點的電壓被拉低到0，當三極管截止時a點的電壓變成了5V。這兒好多修理工的理解是錯誤的，大多數人都是認為這個電壓是由傳感器發出的。其實不然，傳感器在這個電路里，很簡單，就起到一個開關作用。控制模塊就通過檢測到0到5V，或者5V到0V的跳變，結合時間，從而知道了發動機的轉速和曲軸位置。

圖3 傳感器檢測原理

具體分析一下這輛車的控制模塊是怎樣確定計算曲軸上止點的呢，圖4是從上止點位置倒轉90°時拍的照片。

圖4 上止點位置

曲軸皮帶輪24個齒，每個齒對應的曲軸轉角為15°，倒轉90°時，觀察到靶輪的鐵片正好開始進入傳感器，這時的電壓是0開始跳變到5V，就是說只要控制模塊接收到來自B點的一個從0到5V的跳變電壓時1缸不是處于開始壓縮或者做功終點，反正在上止點前90°，至于什么行程，要結合凸輪軸位置傳感器一起判斷。控制模塊根據C點5到0V的跳變開始的時間，到這個0到5V跳變之間的總時間，8個齒120°的曲軸轉角，計算出來曲軸的角速度及發動機的速度。

這時根據圖譜里的點火提前角15°，曲軸應該轉過75°時開始點火。這是一個正確的控制過程。

分析到這一步，故障好像呼之欲出了。我認為就是有什么東西提前30°給出了0到5V的上升沿，或者控制模塊故障。檢查靶輪一切正常，沒有松曠。

再研究，現在上止點前90°，靶輪才開始進入。就是說在這個觸發信號前還有一個信號，而這個信號就是前一個觸發點，C點，但是C點是5V到0V的下降沿，才是真正的觸發。所以我們認為控制模塊內部下降沿才是判斷上止點的依據。也就是說靶輪上的前一個跳變點才是真正的觸發點。靶輪從傳感器旋轉出來的電壓跳變點，是控制模塊判斷上止點前多少度的依據。

分析到這一步，故障點無非兩個，開始更換的幾個傳感器全部是錯誤的。還有控制模塊損壞，控制模塊內部的反相電路損壞，無法對信號進行正常的處理。

圖5 反向電路

修理廠已經更換了好幾個傳感器了，我只能另辟蹊徑去解決了。采購了幾只9013NPN型三極管，250Ω的電阻，搭建了圖6的反向電路。實物如圖5所示。

下面介紹一個電子學上的常規反向電路，分析一下其工作原理，也是發電機調節器工作的基本原理。

CKP內部搭鐵連接時，T1管導通，1點電壓拉低，T2管截止，2處電壓為5V，發動機控制模塊的采樣電壓為5V；CKP內部搭鐵斷開時，T1管截止，1點電壓拉高，T2導通，2點電壓拉低，采樣點的電壓也下降。

將該反向電路接入本車的CKP信號電路上，斷開原車信號線，A點和傳感器端連接，B段連接到控制模塊端，利用CKP信號控制反向器的輸出，產生和原來相位相反的信號。這樣就可以得到正確的點火觸發點。順理成章的點火提前角也就正常了。

圖6 反向電路實物

裝車，一次成功，交車，告訴他們有兩個原因，目前無法確定到底是控制模塊還是傳感器問題，讓他們回去找初始狀態相反的傳感器。

問題來了，定性分析整個診斷思路沒有任何問題，包括解決方法。但是在具體定量分析點火提前角的時候出現了問題。

開始分析促發信號是靶輪C點從傳感器剛出來時產生的，而且通過實驗也證明了，我的判斷是正確的。

但是仔細分析C點到D點之間的角度，6個齒90°，在上止點前180°，接收到觸發信號扣除正常的75°，大約上止點前105度，和我正時槍的角度倒是差不多，但是和我推導的50°不一致。

百思不得其解，困擾好幾天，是同事原來看的正時槍的數據錯誤了嗎？還是我的分析錯誤了。不甘心，又跑到客戶家里，再檢查了一下點火正時，在使用正時槍時，終于發現了端倪。在正時槍的感應夾正夾和反夾時的結果不同。正夾時的數據（發動機轉速，提前角）正好是反夾時的雙倍。

到這兒，我已經完全明白了，開始在看點火正時時沒有去關注正時槍上顯示的轉速，想當然的就認為了，正時槍上顯示的數據除以二，就是點火提前角。其實不然，第一次看到的數據就是真實的點火提前角數據。最后反而做了畫蛇添足的分析，走了彎路。

到這兒，一個完整的故障分析，排除及原理，已經完全剖析結束。最后一個疑問，到底點火提前角多少度，發動機才較好啟動。為什么該車提前角這么大，拔去空氣流量傳感器，倒是勉強可以啟動了。學校實驗室沒有這個條件，沒有辦法做實驗去驗證。

追加補充一點，為什么該車拔下空氣流量傳感器，車就可以發動。拔去空氣流量傳感器，系統按照固定的默認的濃度和點火提前角進行點火和噴油，正好點火提前角的大小，還勉強可以運轉。插上后提前角過大，點火時的能量反而阻礙了活塞的上升。至于發動機放炮，是因為在點火沖程沒有很好的點火，在排氣時又點了一次火，所以就產生了放炮的癥狀。

一個故障就這么一波三折地解決了，甚是欣慰。我們修車的過程就是這么一個從現象到本質，抽絲剝繭的過程。真正的研究下去，確實其樂無窮。