暖车启动时间过长问题分析

孙刚胡伟

（1.浙江金刚汽车有限公司；2.吉利汽车研究院有限公司）

VVT技术是近年来汽车业较为流行的一项发动机技术，对提高发动机的动力性、经济性及降低排放等都有比较显著的效果，因此在国内外得到广泛应用。某公司的SC6车型搭载了MR479QN发动机，该发动机采用智能连续可变进气正时系统（IPS）的单VVT设计形式，该车动力经济性较原MR479QA发动机有明显提升，但该车在暖车状况下出现过偶发性启动困难（需2次或多次才能启动成功），而冷车或热车熄火后都能正常启动。针对此问题，该公司采集各类数据、借助 CCP，Adapter，Lambda（λ）仪、LA4 线氧传感器、inca软件、ES590、信号转换器及示波器等软件和仪器设备监测诊断，运用排除法对影响车辆故障的若干因素分别进行故障再现验证，最终确认暖机启动时间过长的原因，并推理得出暖车启动时间过长的因果关系，文章对于搭载VVT发动机的其它车型具有参考价值。

1 暖机启动定义及初始标定

1.1 暖机启动定义

启动时发动机温度介于环境温度与发动机正常运行温度（约90℃）之间，则称之为暖机启动。通常暖机启动前发动机静置的时间介于几分钟到几小时之间，因周围环境温度不同而异。

1.2 MR479QN发动机暖机启动初始标定[1]，

暖机启动标准：水温在60～100℃，使用当地燃油，要求启动时间＜1.5 s。

暖机启动标定方法：合理选择基础数据，进行相应的冷启动数据预设，并对基础数据进行检查，根据启动匹配流程分阶段对启动进行标定。启动相关匹配标定内容，如表1所示。

表1 发动机暖机启动匹配标定样表

2 SC6车型479QN发动机暖车正常启动数据

根据479QN发动机对启动相关标定的内容，进行7个温度点的启动及对应的转速曲线、喷油脉宽、点火角及启动时间的试验信息汇总，因篇幅有限，仅取其中60℃温度点的暖机启动状况的曲线来描述，如图1所示。

从图1可以看出，暖机正常启动情形下启动试验均1次启动成功，启动时间0.5 s，可以说此时发动机具有良好的暖机启动性能。

3 SC6车型479QN发动机暖车启动时间过长数据分析

在50～80℃暖机下随机启动，若出现启动时长＞1.5 s，即判定为启动时间过长，记录为1次启动异常，通过连接的相关设备可即时捕捉到异常启动发生时的各项数据。下面选取启动时长为2.2 s（见图2）的采集数据，与该车正常启动时长0.5s的采集数据进行分析。

表2示出SC6整车74℃暖机启动、时长2.2 s与正常启动的各项参数对比，从表2可以看出，启动拖动转速、点火角、喷油脉宽、喷油加浓、步进电机位置、供电电压及进气压力等在异常启动和正常启动时无明显差异，都在正常标定范围内。

表2 SC6整车启动时间过长与启动正常参数对比

用ES410采集的喷油、点火、转速传感器及相位传感器的原始物理信号，如图3所示，其中转速传感器和相位传感器信号是输入信号，喷油和点火是ECU输出的控制信号。从图3可以看出，发动机启动时，判缸成功后，4缸满足同步喷射条件，进行了同步喷射，之后依次是2—1—3缸的顺序喷射，ECU输出的喷油信号顺序正常。

从上述2次启动时间过长的数据和采集的原始物理信号分析来看，EMS各系统信号都正常，EMS关键输入转速（DG）、相位（PG）信号清晰正常，能正常判缸；EMS输出的喷油、点火指令都有输出，以上首先排除了ECU接收和发出指令的异常。

那么在混合气点火瞬间，导致点火时间过长的可能性因素依据故障特征，可归纳为5种：1）燃油导轨内油压不足；2）喷油量过大或过小；3）点火或喷油执行器未执行；4）点火能量不足；5）混合气中氧浓度偏低。针对上述5种可能性进行逐一试验分析。

4 燃油导轨油压对暖机启动的影响性分析

采用ES410、油压表、三通管、透明油管及inca软件进行调查。启动方法：点火开关从“OFF”挡直接打到“START”挡，在当前油压下直接启动。

透明油管、三通管及油压表的连接，如图4所示，用透明油管的作用是观察油路气泡，监控供给燃油中是否混入空气（试验证明不存在此现象）。

试验结果，如表3所示，从表3可以看出：每次熄火后油压（250 kPa）下降速度没有明显规律，1 h以内油压可能降到0，也可能保压良好；出现2次启动时间过长，分别为 1.60，1.80 s，此时对应油压为 190，180 kPa，其余试验启动时间均＜1 s，对应油压没有规律可循。表明启动时油压大小及泄压快慢与启动时间无关联性。

表3 不同燃油压力对应启动时长记录表

5 喷油量对暖机启动影响性分析

采用 ES410，CCP，inca软件对搭载 MR479QN发动机的SC6车型暖机启动减稀和加浓极限进行探测。

5.1 减稀

以批产数据为基础数据，在此基础上，以10%为步长进行减稀操作，以观察启动数据的空燃比、启动时间及转速冲高和转速稳定性。当启动和启动后数据减稀到批产数据的56%时，启动依然能正常启动和冲高，但是因启动后喷油量较少，导致偏稀熄火。具体数据分析，如表4和图5所示（仅取暖机60℃、喷油减稀53%、启动时长0.49 s对应的参数趋势图）。

表4 喷油减稀对应启动时长记录表

5.2 加浓

以批产数据为基础数据，在此基础上，以20%为步长进行加浓操作（因为发动机抗浓性较好），观察启动数据的空燃比、启动时间及转速冲高和转速稳定性。当启动及启动后数据加浓到批产数据的140%时，依然能正常启动和冲高（冲高偏弱），但是因启动及启动后喷油量较大，混合气偏浓，启动爬升阶段和启动后怠速稳定阶段都出现较为严重的失火现象，认为此时已不宜也无必要再做加浓检测。具体数据分析结果，如表5和图6所示（仅取暖机65℃、喷油加浓140%、启动时长0.6 s对应的参数趋势图）。

表5 喷油加浓对应启动时长记录表

5.3 小结

在批产数据基础上，进行了加浓和减稀验证工作，分析结果表明：1）批产数据启动性能良好，空燃比设定合理，转速冲高正常，转速爬升阶段快速、光滑，怠速稳定，启动时间＜1 s；2）批产数据基础上进行加浓、减稀30%，启动性能良好，各方性能表现都在合理范围内；3）当前批产数据加浓和减稀的极限可初步判定在-56%～140%，根据暖机启动匹配标准和经验，此区间合理。

以上试验结果表明，暖机环境下当前启动数据喷油量选取合适，与暖机启动时间长无关联性。

6 点火或喷油执行器对暖机启动影响性分析

采用DS06014A示波器、感应式测电笔、发光二极管、inca软件进行调查。

将示波器与喷油嘴电磁开关插件连接，采集启动时喷油嘴的电压信号，以判断启动时喷油嘴是否正常喷油工作，用感应式测电笔和发光二极管同步监控启动时高压点火执行信号和喷油嘴的电压执行信号，如图7所示。

在暖机状态下共启动9次，出现1次点火长1.5 s，虽然启动时间偏长，但喷油嘴电磁开关已接收到电压信号（示波器已采集信号，同时发光二极管灯闪亮），同时感应测电笔也显示出脉冲电压，证明喷油和点火都已执行。

试验结果表明：暖机启动时间过长非点火或喷油执行器的影响

7 点火能量对暖机启动影响性分析

搭载479QN发动机的车型在批产前标定时做过相关点火能量测试工作，试验结果，如表6所示。可以看出，通过点火能量测试，设计标准满足实际要求。

表6 479QN发动机点火能量测试记录表

8 混合气中氧浓度对暖机启动影响性分析

采用CCP、Adapter、测试用进气歧管、Lambda仪、LA4线氧传感器、inca软件、ES590、信号转换器、电压型压力传感器及测试用排气歧管进行调查。

表7显示熄火后和启动时λ（氧浓度）值、以及点火启动时长。同时用ES590监控每次熄火前的排气背压值，如图8所示。

表7 λ（氧浓度）值大小与启动时长关系表

从表7可以看出，正常启动时λ值都稳定在6以上，启动时间过长时，λ值都在3以下；λ＜3以后数值越低，对应的启动时间越长，即λ值异常时，对应启动时间也异常。

由于氧浓度可以在启动前实时监控，所以通过监控氧浓度数值和下降速度，而不必考虑启动前的水温和时间多少，仅凭λ值就能提前预判当次能否正常启动。

试验结果表明：暖机启动时间与进气歧管的氧浓度有强相关。

9 暖机启动时间过长真因分析

9.1 熄火后氧浓度下降原因分析

通过上述试验结果，已确定进气歧管氧浓度过低是导致暖机启动时间过长的中间原因。然而是什么导致歧管氧浓度过低呢？理论上只有发动机燃烧废气进入进气歧管才会导致氧浓度降低，由此预测汽车熄火后有废气从排气歧管窜入进气歧管内。为验证这一假设，每次熄火后取下气缸盖罩查看各缸凸轮轴位置，取氧浓度正常和非正常值各5次以上。进气歧管氧浓度异常时，发动机进排气门总有一缸是同时打开的（如图9所示，4缸进排气凸轮轴“桃尖”同时位于顶开气门位置，即“气门重叠角”位置，此时用塞尺检查凸轮轴与气门顶柱间隙，测量进排气门间隙结果都为0）；氧浓度正常时，所有缸气门都未打开（不通）。以上证实了废气从排气歧管经排气门、燃烧室、进气门“窜入”到进气歧管这一事实。

9.2 熄火后凸轮轴出现气门重叠现象过多原因分析

图10示出MR479QN发动机VVT相位调节情况[2]，无可变正时状态进排气门的重叠角度为12°，有可变正时状态进排气门的重叠角度为42°。图11示出VVT相位调节原理[2]。ECU根据实际转速和负荷工况进行相位角计算，发出电信号指令到OCV电磁阀，电磁阀控制四通阀芯在不同位置使VVT进角油腔（或迟角油腔）与压力油沟通，另一腔与回油腔沟通，促使VVT内转子带动凸轮轴转过一个角度（最大30°）；或使阀芯在中立位置不动，VVT两油腔压力平衡，使VVT内转子及凸轮轴保持在某一位置。

VVT发动机怠速状态的控制策略是最小的重叠角（保证怠速稳定），而发动机熄火之前基本为怠速状态，即VVT不动作，从启动时间过长汽车出现气门重叠过多现象分析，极有可能熄火瞬间VVT依然在动作，很可能VVT驱动器内外转子发生相对运动，导致熄火时的重叠角不是最小重叠角。

9.3 暖机启动时间过长真因分析

拔掉发动机的OCV阀接插件进行验证，通过采集的监控针对VVT数据进行分析，如图12所示，数据表明VVT执行器（在10～-12°相位调节）仍有动作，而正常情况下VVT应无动作（9°附近），由此证明故障车VVT存在异常。最终确认暖机启动时间过长的真正原因是VVT执行器出现了异常。

暖车启动时间过长因果关系，如图13所示。

10 结论

1）围绕发动机点火启动机理，对信号、油、电及气各种影响因子进行分析，为避免由多个因子作用导致，逐一运用假设验证分析，逐一排除ECU信号接收和发出燃油供给压力、喷油量大小、点火或喷油执行器及点火能量，结果表明λ值与暖机启动时间过长强相关；

2）λ值下降过快仅是暖机启动时间过长问题的中间原因，试验结果表明，VVT执行器异常是导致暖机启动时间过长的真因；

3）文章主要针对搭载MR479QN发动机的英伦SC6轿车分析，对于搭载其它VVT发动机的各种车型具有参考价值。