采用故障樹(shù)分析法解決寶馬車(chē)VANOS 故障實(shí)例

廈門(mén)工商旅游學(xué)校 陳福城

故障現(xiàn)象一輛累計(jì)行駛里程約為14萬(wàn)km的2012年產(chǎn)寶馬X3車(chē)，搭載N20發(fā)動(dòng)機(jī)和ZF 8速自動(dòng)變速箱，客戶(hù)反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)故障警告燈異常點(diǎn)亮且車(chē)輛出現(xiàn)動(dòng)力不足的現(xiàn)象。

故障診斷接車(chē)后首先試車(chē)，確認(rèn)故障現(xiàn)象屬實(shí)。連接故障檢測(cè)儀讀取發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元故障代碼，讀取到的故障代碼如圖1所示。刪除故障代碼后再次試車(chē)，故障代碼未再次出現(xiàn)，車(chē)輛狀態(tài)恢復(fù)正常，說(shuō)明該故障為偶發(fā)性故障。

圖1 讀取到的故障代碼（截屏）

根據(jù)故障現(xiàn)象，對(duì)讀取到的故障代碼進(jìn)行分析。故障代碼1D2404為電子節(jié)溫器相關(guān)故障，寶馬車(chē)的N20發(fā)動(dòng)機(jī)普遍存在電子節(jié)溫器易壞的故障，該故障會(huì)造成車(chē)輛電子節(jié)溫器調(diào)節(jié)能力下降，但由于電子節(jié)溫器仍具有傳統(tǒng)機(jī)械式調(diào)節(jié)的功能，因此該故障代碼不是車(chē)主反映故障的主因；故障代碼130308為寶馬車(chē)氣門(mén)可變調(diào)節(jié)系統(tǒng)（VANOS）排氣側(cè)相關(guān)故障，當(dāng)VANOS失效時(shí)，寶馬車(chē)的電子氣門(mén)升程可變系統(tǒng)（Valvetronic）會(huì)同時(shí)進(jìn)入失效模式，車(chē)輛速度調(diào)節(jié)回歸到傳統(tǒng)的節(jié)氣門(mén)控制模式，并且配氣相位恒定不可調(diào)，該故障顯然會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)故障警告燈點(diǎn)亮及功率下降，與車(chē)輛的故障狀態(tài)相符合；故障代碼120408為故障代碼130308出現(xiàn)后車(chē)輛增壓功能主動(dòng)抑制的故障。綜合上述分析，重點(diǎn)應(yīng)從VANOS故障入手維修，但該車(chē)故障為偶發(fā)性故障且VANOS系統(tǒng)涉及的部件較多，故障排除相對(duì)比較復(fù)雜。

寶馬車(chē)的氣門(mén)控制技術(shù)包括進(jìn)排氣氣門(mén)相位控制的VANOS系統(tǒng)和氣門(mén)升程可變控制的Valvetronic系統(tǒng)，當(dāng)VANOS系統(tǒng)失效后，Valvetronic系統(tǒng)也同時(shí)失效。VANOS系統(tǒng)主要由傳感器系統(tǒng)（曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器及其他采集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的傳感器）、控制單元（發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（正時(shí)鏈條及張緊系統(tǒng)、由油壓驅(qū)動(dòng)的VANOS鏈輪、VANOS控制電磁閥、VANOS機(jī)械閥體）組成。寶馬車(chē)N20發(fā)動(dòng)機(jī)較N52發(fā)動(dòng)機(jī)、N46發(fā)動(dòng)機(jī)有所改進(jìn)，采用VANOS控制電磁閥直接插入VANOS鏈輪中心，由VANOS控制電磁閥推動(dòng)VANOS機(jī)械閥體運(yùn)動(dòng)，從而改變控制機(jī)油的流量，達(dá)到控制氣門(mén)正時(shí)的作用。

由于進(jìn)排氣側(cè)VANOS控制電磁閥型號(hào)一致，可以采用對(duì)調(diào)法進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)排氣側(cè)VANOS控制電磁閥如圖2所示。首先對(duì)調(diào)該系統(tǒng)的2個(gè)VANOS控制電磁閥，對(duì)調(diào)后讓車(chē)主繼續(xù)正常使用車(chē)輛，直至故障再次出現(xiàn)后再進(jìn)廠(chǎng)維修，3天后故障重現(xiàn)，車(chē)輛故障代碼與上次檢測(cè)到的故障代碼相同，沒(méi)有出現(xiàn)VANOS故障轉(zhuǎn)移至進(jìn)氣側(cè)的現(xiàn)象，因此排除之前對(duì)調(diào)的VANOS控制電磁閥損壞的可能性。

圖2 進(jìn)排氣側(cè)VANOS控制電磁閥

由于該系統(tǒng)涉及的部件較多，需要進(jìn)行系統(tǒng)的分析，筆者采用故障樹(shù)分析法對(duì)其進(jìn)行分析，首先把影響VANOS系統(tǒng)調(diào)節(jié)的4大因素找出來(lái)，要求不能有遺漏，使用故障樹(shù)進(jìn)行故障診斷時(shí)，優(yōu)點(diǎn)在于診斷邏輯嚴(yán)密、完整，如果系統(tǒng)主干或枝干發(fā)生遺漏，則可能出現(xiàn)遺漏故障的后果，失去故障樹(shù)分析的診斷價(jià)值。VANOS排氣側(cè)故障的故障樹(shù)如圖3所示。

該故障樹(shù)共列出9個(gè)部件（系統(tǒng)）可能發(fā)生故障，經(jīng)前述檢查，排除VANOS控制電磁閥故障、線(xiàn)路故障和主油路機(jī)油壓力故障，剩下可能的故障點(diǎn)還有以下6處：缸蓋上部油道堵塞；軸承蓋磨損；VANOS排氣側(cè)鏈輪故障；VANOS機(jī)械閥體故障；正時(shí)鏈條拉長(zhǎng)；正時(shí)附屬/張緊系統(tǒng)損壞。

對(duì)剩余6處可能的故障點(diǎn)進(jìn)行檢查，檢查情況如下所列。

（1）檢查車(chē)輛上部主要油道，并從VANOS排氣側(cè)鏈輪供油油道反向用氣槍疏通，未發(fā)現(xiàn)堵塞。

（2）檢查與VANOS油壓直接相關(guān)的排氣側(cè)第一道軸承蓋，未發(fā)現(xiàn)有異常磨損，如圖4所示。

（3）VANOS排氣側(cè)鏈輪未解體，對(duì)其進(jìn)行外觀(guān)和晃動(dòng)基本檢查，未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但無(wú)法排除故障的可能性，此故障點(diǎn)可能性暫保留。

（4）手動(dòng)檢查VANOS機(jī)械閥體，未發(fā)現(xiàn)閥體、回位彈簧等有明顯異常，但該檢查方法缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性，此故障點(diǎn)可能性也保留。

（5）正時(shí)鏈條拉長(zhǎng)的檢查，與新鏈條比對(duì)存在一定的拉長(zhǎng)。鏈條拉長(zhǎng)有個(gè)特性，鏈節(jié)越多累積伸長(zhǎng)量就越多。由于N20發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣凸輪軸鏈輪在進(jìn)氣凸輪軸鏈輪的左邊，以曲軸正時(shí)齒輪為起始點(diǎn)，從鏈條張緊邊算，曲軸正時(shí)齒輪到排氣凸輪軸鏈輪所含的鏈節(jié)比到進(jìn)氣凸輪軸鏈輪所含的鏈節(jié)多，因此累計(jì)的伸長(zhǎng)量更大，排氣側(cè)的氣門(mén)相位對(duì)比初裝狀態(tài)可能會(huì)產(chǎn)生更大的滯后，有可能會(huì)造成本故障的發(fā)生。

（6）對(duì)正時(shí)附屬/張緊系統(tǒng)進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

根據(jù)上述檢查情況制定修理方案。剔除可排除的選項(xiàng)，剩余的可能故障點(diǎn)有：正時(shí)鏈條拉長(zhǎng)、VANOS排氣側(cè)鏈輪、VANOS機(jī)械閥體。由于該車(chē)實(shí)際里程數(shù)較多，正時(shí)鏈條已有拉長(zhǎng)，且維修已經(jīng)解體至正時(shí)系統(tǒng)，因此建議更換正時(shí)鏈條；針對(duì)VANOS排氣側(cè)鏈輪和VANOS機(jī)械閥體，以筆者經(jīng)驗(yàn)判斷VANOS排氣側(cè)鏈輪的故障可能性比VANOS機(jī)械閥體高的多，此時(shí)如果再做進(jìn)一步診斷則代價(jià)超出更換兩者部件，所以采用折中的辦法，只更換VANOS排氣側(cè)鏈輪，將排氣側(cè)VANOS機(jī)械閥體與進(jìn)氣側(cè)對(duì)調(diào)，若維修后發(fā)現(xiàn)故障變?yōu)檫M(jìn)氣側(cè)，再重新拆開(kāi)正時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行維修（可能性小）。綜合考慮上述各因素，最后維修方案定為：更換正時(shí)鏈條、VANOS排氣側(cè)鏈輪，對(duì)調(diào)進(jìn)排氣側(cè)VANOS機(jī)械閥體。

圖3 VANOS排氣側(cè)故障的故障樹(shù)

圖4 排氣側(cè)第一道軸承蓋連接處

故障排除車(chē)輛按上述方案維修后，通過(guò)1個(gè)月的隨訪(fǎng)觀(guān)察，故障未再次出現(xiàn)，故障徹底排除。

故障總結(jié)寶馬車(chē)N20發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生VANOS進(jìn)氣側(cè)/排氣側(cè)相關(guān)故障一直以來(lái)對(duì)維修技師來(lái)說(shuō)都是個(gè)較頭痛的問(wèn)題，其涉及系統(tǒng)龐大且實(shí)際發(fā)生故障的部位較離散，盲目或憑經(jīng)驗(yàn)維修，經(jīng)常會(huì)解決不了問(wèn)題。鑒于此類(lèi)狀況，故障樹(shù)分析法提供了一種更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑\斷維修方法，即使在實(shí)踐這種方法時(shí)出現(xiàn)判斷失誤，通常也可以在原來(lái)的故障樹(shù)基礎(chǔ)上，研究故障樹(shù)遺漏，而不至于回到原點(diǎn)。因此掌握故障樹(shù)分析法對(duì)于解決汽車(chē)維修的疑難問(wèn)題，具有很高的應(yīng)用價(jià)值，值得推廣。