汽車動力總成的故障診斷與維修技術分析

王紅霞，常松金，李 杰，鄭彥博，楊 屏

（1.黔南民族職業(yè)技術學院 汽車工程系，貴州 都勻 558000； 2.貴州吉利汽車制造有限公司 技術部，貴州 貴陽 550000）

隨著我國經(jīng)濟的飛躍發(fā)展，人們對生活的高質(zhì)量追求，使得現(xiàn)階段我國市場對汽車的需求呈現(xiàn)出井噴式增長。對于企業(yè)而言，車型的快速更新是生存的利器，新車型的產(chǎn)出通常要經(jīng)過市場調(diào)研、產(chǎn)品策劃、設計、工藝準備、制造、檢驗和銷售及售后服務等流程，其中檢驗和銷售及售后服務尤為重要，汽車的高效產(chǎn)出離不開有效檢測維修技術，動力總成作為汽車核心部件，對其診斷維修是很有必要研究的。

動力總成指的是車輛上產(chǎn)生動力，并將動力傳遞到路面的一系列零部件組件[1]。動力總成一般指發(fā)動機、變速器以及集成到變速器上面的其余零部件[2]，如離合器、前差速器等，其結構如圖1所示。在貴陽吉利汽車生產(chǎn)基地，生產(chǎn)的車型有傳統(tǒng)燃油汽車、油電混合新能源汽車、醇電混合新能源汽車、純電新能源汽車和醇油混動新能源汽車五類，因此，基地現(xiàn)階段使用的發(fā)動機和變速器類型多樣，如發(fā)動機有15TD（3缸（GEP3）、4缸（B+））、1.8TD、1.8L（SS11-M1帝豪醇電混合），變速器有7DCT330H（插電混動）、7DCT330（常規(guī)燃油車）、7DCT300（國產(chǎn)化低扭矩）、3DHT（甲醇汽車專用），使得基地的汽車動力總成故障類型呈現(xiàn)出多樣性和復雜性。

圖1 動力總成

1 汽車動力總成常見故障

1.1 常見故障

汽車動力總成故障一般分為功能、電檢、異響、外觀、三液和抖動這六大類，具體故障形式如圖2所示。其中發(fā)動機作為醇電類、燃油類、油電混合類汽車的核心部件，發(fā)生故障的頻率相對較高，發(fā)動機部件的常見故障有發(fā)動機管理系統(tǒng)（Engine Management System, EMS）相關故障、線束干涉、外觀類（破損、裝配不良）、機油液位超差、發(fā)動機抖動、發(fā)動機故障燈常亮、發(fā)動機熄火、加速無力、異響、漏油、漏氣、漏水等。變速器常見故障有電子油泵（Emergency Oil Pump, EOP）故障、靜液壓離合器執(zhí)行器（Hydrostatic Clutch Actuator, HCA）故障、邏輯控制單元（Logic Control Unit, LCU）信號丟失、抖動、R擋無動力、擋位不可信和變速器控制器（Transmission Controller Unit, TCU）電氣故障等。

圖2 動力總成故障

對于汽車總裝廠而言，故障的根本原因分析是尤為重要的，找到故障發(fā)生的根本原因才能解決源頭問題。對于無故障碼的故障，需要對照動力傳遞路徑，檢測動力源、變速器的各零部件功能，同時運用診斷儀和INCA采集汽車的實時數(shù)據(jù)進行排查。可以直接讀出故障碼的故障，可對故障碼進行針對性分析。如EMS相關故障，該類型故障原因分析步驟具體如下：

1）讀取故障碼。使用PC診斷儀進入EMS模塊，讀取軟件版本信息，記錄車輛基本情況，查詢故障碼，根據(jù)故障碼了解相關工況，確定是否為當前故障，如是歷史故障，結合工況能否復現(xiàn)，再查詢故障診斷策略，讀取數(shù)據(jù)流。

2）針腳&外觀排查。常規(guī)故障在確認完成故障邏輯，再進入動車排查環(huán)節(jié)，針對偶發(fā)故障，每個拆解步驟都需帶有目的性，不可盲目拆解，防止故障再現(xiàn)，開路問題一般是由針腳歪斜、漏查即可排除。

3）線束測量。常規(guī)測量線束通斷或者測電壓；如果常規(guī)辦法無法排除故障，可用示波器讀取波形判別。

4）傳感器測量。常規(guī)測試傳感器內(nèi)部電阻或者測試電壓。測試數(shù)據(jù)可與正常車輛進行對標。

5）ABA驗證。ABA是一種初始狀態(tài)為A，增加變量后變?yōu)锽，將變量消除后變回A的驗證方法。驗證可以縮小故障范圍，針對開路故障或者容易排查的故障可以跳過線束測量和傳感器測量，可以直接進行ABA驗證。

1.2 發(fā)動機

1.案例1：節(jié)氣門電機故障

汽車故障現(xiàn)象：市場反饋汽車在行駛中間歇出現(xiàn)發(fā)動機故障指示燈抖動，加速不暢，車速最高時速20 km/h的故障現(xiàn)象。經(jīng)維修人員檢測，檢測儀顯示節(jié)氣門故障，且無法清除故障碼。

故障原因分析。故障解析：1）故障件檢測：測試節(jié)氣門體功能，顯示不合格，檢測故障電機顯示開路；2）對故障電機拆解分析：①電機內(nèi)部無異物，電樞、機殼外觀功能正常。②檢測單側(cè)電感線與碳刷線，有開路現(xiàn)象。③故障件焊點處（圖3 (b)），較OK件（圖3 (a)），未見電感線，推測電感線過短或未放到位。④故障件剝開銅管，較OK件，電感線脫落，電感線有效焊接長度較短。3）分析初步結論：員工操作時未按照標準執(zhí)行，導致電感線未插入到位。4）故障再現(xiàn)驗證：從圖4焊接工位可知，焊接工序分為step1：分別將銅管、電感線和碳刷放入仿形槽；step2：將放有電感和碳刷的底座前推；step3：電感線和碳刷線進入銅管，最后開始焊接。從step2中將底座向前推的過程為手工推進到工裝有能防止過度的物理限位，但當?shù)鬃赐频轿粫r電感線進入銅管不足，但是工裝仍然能啟動焊接，缺陷再現(xiàn)。5）根本原因判定：電感底座行程未到位，導致電感線進行銅管有效長度不足，出現(xiàn)虛焊，在后續(xù)使用過程中出現(xiàn)虛接斷路的現(xiàn)象，從而導致車輛出現(xiàn)節(jié)氣門故障。對故障進行橫向展開，分析為個例，無批量風險。

圖3 銅管

圖4 焊接工位

整改措施：1）增加傳感器防錯，當電感底座未推到位時，焊接無法啟動；2）增加焊接后對電感外觀的自檢要求。

2.案例2：OCV卡滯

汽車故障現(xiàn)象：路試顯示發(fā)動機故障燈常亮，通過出廠前檢查（Pre Delivery Inspection, PDI），檢測故障碼為P001778，即排氣凸輪軸相對位置偏差過大。

故障原因分析。由于機油控制閥（Oil Control Valve, OCV）動作卡滯或可變正時氣門（Variable Valve Timing, VVT）卡滯，均會報相位不合理或VVT卡死等故障。故障解析：1）故障件檢測：①濾網(wǎng)表面狀態(tài)檢查，無異物堵塞；②通電/電阻檢測，無卡滯現(xiàn)象；2）拆解檢查閥套：閥套內(nèi)壁，有異物卡滯痕跡，存在異物卡滯現(xiàn)象；觀察換向桿外觀，無明顯劃痕；清潔度檢測，最大金屬顆粒332×35 μm（要求小于600 μm）；3）故障排查：①裝配過程排查：OCV閥安裝工位在安裝OCV閥后，還要裝配前吊鉤及正時鏈罩螺栓，螺栓及吊鉤異物有進入OCV閥的風險。②缸蓋機加過程排查：缸蓋總成下線后油道清潔度檢測有大顆粒鋁屑，清洗效果不佳，有進入OCV閥風險；4）根本原因判定：OCV閥根據(jù)ECU指令調(diào)整換向桿位置，從而控制VVT開度，最終控制凸輪軸和曲軸的相對角度。OCV閥動作卡滯或者VVT卡滯，均會相位不合理或者VVT卡死等故障。綜上得出故障為缸蓋油道內(nèi)異物導致OCV卡滯。

整改措施：1）將OCV閥安裝工位移位，保證該崗位裝配不接觸其他零部件；2）將OCV油孔清洗由紊流改為定點清洗，壓力定為10 bar；3）對缸蓋的油孔和主油道交叉處增加毛刷去毛刺。

1.3 變速器

1.案例1：GA裝配不良

汽車故障現(xiàn)象：服務站反饋銷售給客戶交車后，客戶反饋倒擋無動力輸出，加速發(fā)動轉(zhuǎn)速上升，無倒擋。

故障原因分析。故障解析：1）故障驗證：服務站檢測發(fā)動機故障燈亮，變速器燈不亮，行駛無異常，發(fā)動機系統(tǒng)報故障碼為P27661，即輸入軸2旋轉(zhuǎn)方向錯誤；P073300即3擋速比不匹配。服務站路試：儀表報減速、故障燈亮、掛倒擋、怠速車不動、有打滑感，服務站更換換擋電機執(zhí)行機構（Generator Actuator, GA），故障排除；2）故障件檢測：指套端面到軸端面高度異常（測量值為62.53 mm，參考值59.35～60.8 mm），屬于已知的撥指壓偏問題；3）產(chǎn)生原因分析：原工藝為撥軸與撥指由手工組裝后放入工裝，導致當撥指定位面未貼緊工裝時，撥軸和撥指錯位致鉚壓產(chǎn)生此問題，同時原設備無確保軸定位面貼緊工裝的防錯功能。

整改措施：1）在GA包裝前使用卡尺100%檢查撥桿端面到撥指端面的距離小于60.4 mm；2）軸花鍵斷面定位面應該緊貼工裝，撥指應該放入撥指工裝，然后壓裝，撥指壓裝、檢測工位增加確認軸基準端面貼平工裝平面的要求；3）在鉚壓工位增加限位傳感器；4）通止規(guī)檢測工位增加傳感器確保壓偏的產(chǎn)品可以被探測。

2.案例2：TCU故障

汽車故障現(xiàn)象：用戶反饋車輛行駛時換擋不走。

故障原因分析。故障解析：1）故障驗證：技師檢查發(fā)現(xiàn)故障存在，判斷為TCU總成內(nèi)部電器元件故障導致，更換TCU總成，故障排除。2）故障件檢測：①工廠檢測：外觀檢查無異常，TCU外掛變速器測試，電流從0.7 A掉到0 A，讀取報文顯示四百行后停止發(fā)送報文；②供應商分析：返回件外觀無異常，功能測試異常；變速箱負載測試：無法進行擋位自學習，無法執(zhí)行換擋操作。故障時INCA變量采集，故障碼表明，電機芯片控制芯片S8220報故障，與反饋一致，異常電定位：M2電機邏輯控制芯片S8300 pin24&pin25有錫珠，導致M2電機控制回路失效。3）根本原因判定：電路板（Printed Circuit Board Assembly, PCBA）上有錫珠，錫珠從載具遮擋板的間隙進入PCBA板，經(jīng)振動后移動至芯片引腳處，造成短路。

整改措施：使用耐高溫膠封閉載具上的間隙；更新目視檢查作業(yè)指導書，增加對PCBA芯片有無錫珠的檢查。

通過上述汽車發(fā)動機和變速器的典型故障案例可知，在汽車制造基地，發(fā)動機和變速器故障大多由裝配工藝不完善、操作不規(guī)范導致。

2 故障診斷維修方法

2.1 診斷維修技術

在汽車總裝廠，汽車動力總成診斷維修流程包括信息反饋、故障復檢、協(xié)同分析、橫向展開、信息共享和技術改進六部分。

技術部接收到來自市場、路試、線試反饋的故障信息，技術人員通過反饋的故障信息在相同條件下進行復檢，對待故障車輛進行的復檢，通常其具體過程包括：1）確認檢測對象類型，確定檢測對象相關參數(shù)、檢測方法、檢測流程；2）建立相應型號汽車的檢測設備數(shù)據(jù)庫，為排查故障問題（確定線路通斷、測量相關參數(shù)和采集實時數(shù)據(jù)等），需要選用的汽車標定特有軟件（如英卡）和特用工具，如：工具盒、強光手電筒、電檢儀、萬用表、INCA、汽車生產(chǎn)線下線檢測儀測試（End of Line Testing Tool, EOL）臺架、扭矩扳手、三坐標齒輪儀[3]、卷尺、游標卡尺、風速儀、胎壓計[4]、塞尺、搭鐵線、拉力計、診斷儀、內(nèi)窺鏡等；3）數(shù)據(jù)梳理、分析，對收集的數(shù)據(jù)重新整理，剔除干擾內(nèi)容，并結合適當算法進行分析，確定故障出現(xiàn)的原因、位置，并人為地組織針對性測試[5]；4）狀態(tài)判斷與預報[5]。這一流程中主要是確定各部件的運行狀態(tài)，并判斷是否出現(xiàn)批量風險。在復檢確認故障后，分析故障發(fā)生的根本原因（嚴重問題需要組織動力公司、研發(fā)部門或者供應商共同排查），在確定故障的根本原因后給出整改措施并進行橫向展開，最后將信息反饋給技術研發(fā)部門，技術研發(fā)部門通過反饋的信息進行技術改進。

2.2 功能性故障問題解析思路

汽車動力總成故障一般分為六大類，其中最常見、最復雜且最容易引起客戶抱怨的是功能類問題，因此，對功能類問題的處理更急迫，對于功能類問題的解析思路如下：

1）現(xiàn)狀的深入調(diào)查：現(xiàn)狀調(diào)查解析整車功能性問題是很重要的環(huán)節(jié)，動力功能出現(xiàn)問題，往往表現(xiàn)不是單一的。如：加速無力，通常儀表內(nèi)的動力系統(tǒng)異常預警（Service Vehicle Soon, SVS）故障燈或者節(jié)氣門故障都會觸發(fā)，可能根本原因為排氣管異物堵塞。

2）根本原因分析：①一般情況下能檢測出故障碼，在電器問題檢出的故障碼中，“失去通訊類故障”一般為整車線束或發(fā)動機/變速器線束通斷或者端子異常，通常更換即可；②對于無故障碼的故障，則需要對照動力傳遞路徑，動力源、變速器各零部件功能，同時運用診斷儀和INCA采集汽車的實時數(shù)據(jù)進行排查；③鎖定故障件或總成后，發(fā)往供應商進行專業(yè)檢測（EOL測試、三坐標、功能測試臺）給出故障原因。

3）針對故障原因，制定整改措施。

2.3 動力總成快贏方案

快贏方案即是效率最高、結果最好的方案。針對汽車總裝廠，在故障根本原因已經(jīng)明了、對策可采取永久措施實施的前提下，可采用快贏方案，以確保失效問題能快速有效處理，提高效率，常見失效模式下的快贏方案具體實施如下：

1）無法啟動。故障出現(xiàn)的原因為火花塞失火、燃油泵失火、起動機燒蝕時，通常采用的快贏方案為更換發(fā)動機火花塞、更換燃油泵、更換起動機，但需要注意更換后車輛需要重新路試，多次啟動反復確認。

2）燃油泄漏。當故障出現(xiàn)的原因為快插虛插、油管破損時，采用的快贏方案為更換插接快插/油管，在更換時需要注意遠離火源。

3）故障燈亮。當故障出現(xiàn)的原因為OCV閥卡滯、氧傳感器失效、碳罐電磁閥卡滯常開、燃油泄漏診斷模塊（Diagnostic Module Tank Leak, DMTL）電流超范圍和蒸發(fā)系統(tǒng)泄露時，采用的快贏方案為更換OCV閥、氧傳感器、碳罐電磁閥、DMTL、煙霧探測儀檢測泄露點，在更換/檢測需要按照返修指導書操作。

4）加速不良。當故障是由節(jié)氣門位置偏差、調(diào)節(jié)超限（節(jié)氣門異物堵塞）增壓器后端進氣管漏氣引起的，則快贏方案為拆開進氣管并取出節(jié)氣門異物、找到漏點并重新裝配用，在面對異物類問題時，需要確認異物來源，并進行橫向排查。

5）變速器漏油。變速箱漏油通常是由變速器差速器油封漏油引起的。這類故障快贏方案通常采用更換差速器油封或半軸，更換后需要注意要將殘油處理干凈，避免市場出現(xiàn)假性漏油，導致顧客投訴。

6）水溫高。當失效是由防凍液泄露、電子風扇失效、節(jié)溫器失效引起時，采用的快贏方式是找到漏點，更換相應零部件，更換電子風扇、節(jié)溫器。需要注意的是要將殘余液體處理干凈。

7）發(fā)動機抖動異常。當發(fā)動機抖動是由火花塞失火、噴油器失效引起時，采用的快贏方案即更換故障零部件，同時需要注意要路試確認故障被修復。

8）掛擋不走車。掛擋不走車一般是HCA故障引起的，采用的方案即更換HCA，需要注意的是更換后需要自學習（刷軟件）。

9）車輛無法掛擋。車輛無法掛擋通常是由電子換擋器故障引起的，采用的方案即更換電子換擋器，更換后需要重新進行電檢。

10）機油異常消耗。若失效是由于增壓器漏油或者機油進入氣缸燃燒時，需要更換增壓器，在更換后的路試需要跟蹤驗證，觀察尾氣顏色。

3 總結

在汽車制造基地，汽車故障是通過信息反饋、故障驗證、根本原因分析、確定整改措施、信息共享、技術整改這六個步驟處理的。通過分析發(fā)動機、變速器的典型故障案例，得到了基地動力總成故障多由裝配工藝流程不完善、操作不規(guī)范引起，在基地更多的是需要規(guī)范裝配操作行為、完善工藝流程。作為汽車核心部件的動力總成，其故障診斷與維修技術最重要的部分為故障的根本原因分析，動力總成出現(xiàn)的故障呈現(xiàn)復雜多樣的特性，現(xiàn)階段將其分為六大類，通過對故障診斷維修步驟的歸一化，為動力總成故障提供了快速解決問題的方法，同時快贏方案提高了產(chǎn)出效率。