别克威朗L3G发动机概述及怠速不稳故障的分析

文：石也言

一、通用L3G发动机概述

1.发动机参数

2.发动机电控系统的构成及原理

别克威朗L3G发动机的电控燃油喷射系统以发动机控制单元K20为核心，控制进气、燃油供给、点火，以及VVT阀等部件。发动机控制单元以空气流量、节气门位置和发动机转速为基础信号；以进气温度、冷却液温度和进气压力为调节信号；以加热型氧传感器为闭环控制的修正信号，在结合高压燃油泵对喷油器Q17A、Q17B、Q17C和Q17D进行精准的燃油喷射控制，使发动机始终处于最佳点火时刻，确保油气混合气充分燃烧。

图1 通用汽车L3G发动机

二、发动机怠速不稳的定义及原因分析

1.怠速不稳的定义

怠速是指发动机在无负荷的情况下运转，只需克服自身内部的摩擦阻力，不对外输出功率，维持发动机稳定运转的最低转速。怠速是发动机的基本工况之一。正常工作的发动机，怠速转速稳定在正常范围内，转速表指针平稳，各部件运转平顺，无明显抖动和异常噪声。如果发动机怠速时转速无法稳定在正常数值范围内，转速表指针偏摆明显，并引起发动机或整车出现异常抖动、喘振、噪声等现象，即可判断为发动机怠速不稳。

2.怠速不稳的原因分析

由于汽油发动机是依靠各气缸内的可燃混合气燃烧做功输出动力的，因此凡是能引起发动机气缸内气体作用力明显改变的故障，都有可能导致发动机怠速不稳。根据发动机的结构组成和工作原理，原因可分为两类，即机械故障和电控系统故障。

（1）机械故障主要是指发动机机械系统存在异常。比较典型的情况是配气、活塞连杆机构等零部件出现脏污、变形、磨损；发动机装配有误、回转部件动平衡不合格；燃油供给系统堵塞或泄露、进气系统堵塞或泄露，以及火花塞异常等。上述故障会导致气缸功率异常变化，进而造成各气缸的输出功率不一致。当发动机在怠速运转时出现各气缸输出功率不一致，使发动机瞬时转速忽高忽低，就是怠速不稳。

其他机械系统，如三元催化器或排气管堵塞也可能引起怠速不稳、加速无力甚至无法起动等故障。此外，变速器、离合器、空调压缩机、转向助力系统、发电机、水泵级油泵等有故障也会改变怠速负荷，从而引起怠速不稳。

（2）电控系统故障是指发动机电控系统出现故障。电控系统故障会导致进气系统的电器元件（如电子节气门、VVT阀等）出现异常，混合气浓度不正确、点火时刻和提前角异常等，从而间接造成各气缸功率不均衡或不足以维持怠速运转。电控系统故障的本质是传感器故障、线路受到干扰，或控制单元故障导致喷油控制不正确，造成混合气浓度错误，属于怠速不稳的间接原因。

电控系统故障主要涉及的部件包括：空气流量计（或进气歧管绝对压力传感器）、节气门位置传感器、加速踏板位置传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器以及氧传感器等故障；相关线路出现断路、短路、接触不良或附近有干扰源；发动机控制单元内部故障等。随着汽车新技术、新结构的加入，引起怠速不稳的因素会更加复杂，因此在排除故障时须全面综合考虑。

三、怠速故障案例

故障1

故障现象：一辆2016年产别克威朗轿车，搭载L3G发动机和手动变速器，当前行驶里程约6.9万km。用户反映车辆发动机怠速运转不稳，并发出异常噪声。

苏：的确，现在的人唱不出来那个味道了，水土的关系，我们的歌声里头有高原味。藏族歌曲里有颤音，我们羌族歌曲里也有颤音。沙朗有几百首歌曲，羌语唱出来才好听，如果用汉语把羌族歌曲翻译出来的话那就别扭了，也就不能叫“羌歌”了。现代人唱不出原汁原味的沙朗歌了，只有我们才能唱出高原的味道。所以如何传承和发扬羌族沙朗舞是个比较棘手的问题。

检查分析：维修人员接车后首先查看了发动机的外观，未见异常。机油、防冻液和蓄电池电压也都正常，仪表板未见任何故障警告灯。发动机起动后怠速不稳且抖动，偶尔还会“放炮”，踩下加速踏板，转速可以正常升高，转速升高后抖动和“放炮”均缓解。仔细检查发动机，未见油迹、水迹，晃动进气管路及各处线束插接器，均未发现松动、损坏等异常情况。连接诊断仪进行检测，未读取到与动力系统有关的故障码。

分析故障现象和此前检查的结果，初步怀疑是进、排气系统存在故障。接下来，读取发动机数据流，在检查进气系统的各项数据时发现，进气歧管绝对压力传感器的数据波动超出正常范围（26～52 kPa），达到 83 kPa，燃油导轨的压力也比怠速正常值明显偏高（图2）。

图2 怠速时不正常的数据

当转速增加3 000 r/min时，歧管压力和燃油导轨压力能随之降低，说明发动机电控没有问题。结合异响的特点再次检查进气系统各部件是否存在塌陷变形、堵塞、卡箍松弛、开裂等，拆检空气滤清器，也未见异常。

由于别克威朗车型的发动机舱空间较狭小，于是使用听诊器对较隐蔽的部件进行噪声定位。当检查到炭罐电磁阀附近时，听到吸气的声音尤为明显，怀疑炭罐电磁阀及其管路泄露。拆卸相关部件后发现，与电磁阀连接的一条管路出现裂纹（图3）。

故障排除：更换新的管路后起动发动机，故障现象消除，读取发动机数据流也恢复了正常。

回顾总结：炭罐电磁阀用于将燃油蒸气从蒸发排放（EVAP）炭罐吹洗至进气歧管，直接形成可燃混合气，进入气缸进行燃烧，使燃油蒸汽得到充分利用。当与之有关的管路出现开裂时，会因为漏气导致混合气过稀，发动机气缸内的作用力变化从而影响了怠速稳定性，并因此产生了类似“放炮”的噪声。

上述案例属于典型的机械系统故障，此类问题的故障点可能会比较隐蔽，且有时会查不到故障码。面对此类故障，需要仔细观察和分析故障现象，并借助诊断仪读取数据流等信息进行排查和确定故障范围。

故障2

故障现象：一辆2016年产别克威朗轿车，搭载L3G发动机和自动变速器，当前行驶里程约2.5万km。用户反映车辆发动机偶尔出现怠速不稳的现象，曾在维修店检查过，但由于检修时故障现象未出现，且通过诊断仪未读取到故障代码，因此未能彻底排除故障。

图3 破裂的管路

检查分析：维修人员接车后，首先观察了车辆发动机外观，未见油迹、水迹；机油、防冻液液位正常；蓄电池电压也正常。起动发动机试车，起动过程顺利，利用故障诊断仪检查发动机控制系统，没有故障码；仪表板上没有故障警告灯，但怠速时转速表指针不稳定，发动机偶尔抖动。踩下加速踏板，发动机转速平稳上升，且在高转速时运转正常，发动机工作噪声也正常。松开加速踏板后，发动机转速可以平稳回落，但是回到怠速状态时，转速依旧不稳定。

保持发动机运转，读取相关数据，未检查到失火的记录，推测点火系统正常。发动机数据显示，短期燃油修正值在-26.56%～6.25%之间变化，长期燃油修正值在-15.63%～0.78%之间变化。正常情况下，发动机怠速运转时燃油修正值应在±10%的范围内稳定变化。此外，故障车辆在怠速不稳状态下的喷油器脉宽最低为0.9 ms，正常情况下发动机在怠速运转时喷油脉宽为2.0 ms左右。这说明发动机控制单元误认为当前混合气过浓，因此发指令减少了喷油量。但当前发动机怠速运转不正常，因此推断很可能是由于混合气过稀。

图4 怠速时喷油器供电电压波形

发动机出现混合气过稀的故障原因较多，进气系统和燃油供给系统故障比较常见，本着先易后难的原则，先检查进气系统。空气滤清器及管路均正常，无变形、老化、开裂、堵塞、松旷或其他异常现象；空气流量计、进气歧管绝对压力传感器和节气门总成的外观、线束均正常；曲轴箱通风管路和各真空管路也都正常。再次读取空气流量计和进气歧管绝对压力传感器数据，参数均正常，且能随着发动机转速的变化而变化，说明这2个传感器及相关线束无故障。

踩下加速踏板，节气门的动作和测量数据也未见异常，至此判断进气系统无故障。

接下来检查燃油系统，读取燃油系统压力，分别在发动机怠速和转速为3 000 r/min时，燃油泵输出压力均在420 kPa左右，确定燃油泵工作正常。发动机怠速运转时燃油导轨的压力为17.6 MPa，然后将发动机转速提高至3 000 r/min，数据提升到20.5 MPa，短期燃油修正为-10.16%，这表明发动机在高转速时混合气同样过稀。下一步是确认造成喷油减少的原因：用万用表测量喷油器各缸供电电压，正常；起动发动机，检查怠速时喷油器供电电压波形，正常（图4），表明喷油器本身和用电线路均正常。

与用户沟通得知，车辆故障是偶尔出现；日常加油都是在正规加油站，油品有保障；而且不久前更换了燃油滤清器，因此排除了供油系统堵塞的可能。再对点火系统进行检查，火花塞电极间隙正常、个别积炭较多、外观正常，用火花塞检测仪对每一缸进行跳火试验，试验结果均正常。清洗火花塞后装回，试车发现怠速不稳的现象有所缓解，但未消除。

仔细考虑导致发动机怠速不稳的原因，想到间接的原因有“传感器故障、线路受到干扰，或控制单元故障导致喷油控制不正确，造成混合气浓度错误”。燃油供给系统各执行器的信号均已检查，接下来就需要检查闭环控制系统中的反馈信号了。

如图5所示，该车怠速不稳时氧传感器的各参数中氧传感器1的数据变化较快，且数据有时会超出正常范围（0.0～1.2 V）。怀疑是氧传感器1的输出信号异常，导致了发动机控制单元接收到了不准确的尾气氧含量参数，从而在闭环控制过程中错误地减小了喷油量，使得发动机因混合气过稀而无法保持怠速稳定。

图5 氧传感器数据

图6 氧传感器1的波形

按照维修手册方法及电路图检测氧传感器1，首先断开相应的B52A加热型氧传感器的线束插接器，将点火开关置于“ON”，测量高电平信号电路4号端子和搭铁之间的电压，万用表显示数据为1.8 V，正常。接着，查看故障诊断仪上的加热型氧传感器电压数据，显示为1.9 V（标准数据为1.7～2.1 V之间），正常。然后，在高速信号电路的4号端子和低速信号电路3号端子之间跨接一根串联有3 A熔丝的导线，诊断仪上的加热型氧传感器电压参数显示为0，表明线路和控制单元均正常。检测到此，可能性最大的故障点是氧传感器1。

对氧传感器1进行波形测量，发现氧传感器1的波形一直保持1 V左右变化（图6）。这显然是一个错误的信号，会让发动机控制单元认为当前的混合气浓度过高，进而发出指令缩减喷油脉宽，降低混合气浓度。

故障排除：拆下氧传感器1，并更换新的传感器之后试车，发动机怠速不稳的故障已消失，用诊断仪读取发动机各参数，均恢复正常。

回顾总结：怠速不稳是汽车维修从业者在工作中经常会遇到的问题，而由氧传感器故障导致的怠速不稳问题可能会让维修人员感到无从下手。因为氧传感器即便存在故障，也可能由于并没有完全失效而只是信号输出不准，所以不会读取到故障码。

遇到发动机怠速不稳的故障，须排查完所有直接原因，确保没有机械故障之后，再重点检查数据，对控制系统故障进行分析诊断，最终得出结论和制定维修方案。