河南郑州中鑫之宝汽车销售有限公司 任贺新

故障现象一辆2013款宝马525Li车（车型代号为F18），搭载N20发动机，累计行驶里程约为13万km。该车在行驶中出现“托底”现象，导致油底壳被撞破，由于客户没有及时察觉，仍继续驾驶，直至发动机自动熄火。维修人员更换油底壳后试车，发动机无法起动着机；测量1缸～4缸的气缸压力，均没有压力，怀疑正时链条跳齿或发动机内部存在机械损伤。拆解发动机（只是拆解了气缸体，并没有拆解气缸盖），气缸内部没有明显磨损，仅进气凸轮轴与正时标记偏差较大，装复后试车，发动机仍无法起动着机。测量气缸压力，正常；用专用工具校对发动机正时，正常。随后维修人员尝试替换了发动机相关附件，如点火线圈、火花塞、喷油器等，但故障仍无法排除。至此，维修人员没有了检测思路，于是向笔者请求支援。

故障诊断用故障检测仪（ISTA）检测，发动机控制单元内无故障代码存储。起动发动机，起动机运转有力，发动机有着车迹象，且起动时排气管冒黑烟，怀疑混合气过浓。引起发动机在起动工况时混合气过浓的常见原因有：燃油过多，包括高压泵渗漏燃油至曲轴箱、喷油器渗漏等；发动机冷却液温度信号异常；进气量不足，如配气正时错误、排气不畅、进气门行程小等。

首先读取发动机数据流，发现发动机冷却液温度信号与实际温度相符；读取燃油压力信号，接通点火开关，观察10 min，燃油压力没有明显降低，初步排除喷油器渗漏的可能。打开发动机机油加注口盖，没有闻到明显的燃油味，初步排除高压泵渗漏的可能，怀疑故障点为进气量不足。

据之前的维修人员反映，该车4个气缸的气缸压力均为9 bar（1 bar=100 kPa）左右，他认为这个气缸压力基本正常。气缸压力表的连接管路中带单向阀，测量结果为累积压力，并不是气缸内的实际压力，于是笔者决定用压力传感器测量起动时的气缸压力。

图1 故障车起动时1缸的气缸压力波形（截屏）

由图1可知，起动时1缸的气缸压力约为7.4 bar（一般为12 bar以上），明显偏低；由于排气门要提前开启，做功行程中气缸压力的转折点就是排气门开启时刻（EVO），用标尺测量角度，排气门开启时刻的角度为做功行程下止点前44°（此角度一般为40°～50°）左右，正常；由于进气门要延迟关闭，压缩行程中气缸压力转折点就是进气门关闭时刻（IVC），用标尺测量角度，进气门关闭时刻的角度为进气行程下止点后74°（此角度一般为50°～60°）左右，偏大；另外，进气行程的真空带偏大。由于进气凸轮轴的凸轮轮廓决定了进气门开启的行程，进气门延迟关闭就意味着进气门延迟打开。在进气行程，活塞向下运行，本来应该开启的进气门没有打开，造成气缸内真空度偏大，进气量不足，气缸压力偏低。紧接着依次测量2缸、3缸、4缸的气缸压力，其波形均与1缸完全一致。诊断至此，推断发动机无法起动是由进气门延迟打开引起的。

之前的维修人员已反复用专用工具校对过发动机配气正时，难道是校对方法错误？带着疑问拆下发动机气门室罩盖，重新校对发动机配气正时，其大致步骤如下。

（1）旋转曲轴至1缸压缩上止点，将专用工具推入标定孔并固定曲轴（图2）。

（2）进气凸轮轴和排气凸轮轴靠近链轮处有个双平面段，在此处用专用工具固定进气凸轮轴和排气凸轮轴（图3）。

图2 用专用工具固定曲轴

图3 用专用工具固定凸轮轴

（3）用专用工具固定进气凸轮轴位置传感器信号盘和排气凸轮轴位置传感器信号盘（图4）。

经校对，专用工具都可以轻松固定到位，并没有发现发动机配气正时存在什么问题。接着决定对进、排气门的配合进行动态观察，取下专用工具，慢慢转动曲轴直至排气门完全关闭，继续转动曲轴50°左右，进气门才开始打开，异常（正常情况下，在排气门完全关闭之前，进气门就开始打开了），说明确实存在进气门延迟打开的问题。

观察进、排气凸轮轴，各部件均没有安装错误，怀疑凸轮轴自身发生了扭转变形。查看维修资料，得知N20发动机采用复合式凸轮轴（图5），所有部件都是热压到轴管上的，怀疑进气VANOS调节单元法兰相对轴管发生了扭转。

图4 用专用工具固定凸轮轴位置传感器信号盘

图5 复合式进、排气凸轮轴的结构

找来同款车的凸轮轴配件做对比，如图6所示，当进气凸轮轴的二维码标识朝上时，故障车的1缸凸轮桃尖向左上方倾斜，而配件的1缸凸轮桃尖向右上方倾斜，说明故障车的进气凸轮轴逆时针扭转了（顺时针方向为提前，逆时针方向为延迟）。 进一步拆检发现，进气凸轮轴轴瓦已拉伤，决定更换气缸盖总成。

故障排除更换气缸盖总成后试车，发动机能够正常起动着机，且运转正常。测量起动时1缸的气缸压力波形，由图7可知，气缸压力约为12.4 bar，进气门关闭时刻的角度为进气行程下止点后38.36°，且进气行程的真空带明显变小。诊断至此，故障彻底排除。

图6 故障进气凸轮轴与正常进气凸轮轴的对比

图7 正常车起动时1缸的气缸压力波形（截屏）