迈腾B8L发动机怠速抖动的故障分析

2023-05-09李宣宣

汽车实用技术 2023年8期

刘丹，李宣宣

（湖南工业职业技术学院汽车工程学院，湖南长沙 410000）

汽车发动机怠速抖动是一种比较常见的故障，除了零部件的磨损、老化等机械故障会导致发动机抖动之外，现在的电控发动机更多的故障是由电气系统引起的，这也是本文研究的重点。发动机怠速抖动往往伴有烦人的噪声以及不好的驾驶体验，给乘车人带来不适[1]。由于发动机内部构造复杂，导致发动机故障的原因也是多种多样的。实践证明，及时诊断发动机故障对于保障汽车安全运行、延长汽车使用寿命具有重要意义[2]。汽车发动机怠速是指发动机在无负荷的情况下运转，只需克服自身内部机件的摩擦阻力，不对外输出功率，维持发动机稳定运转的一个低转速[3]。发动机怠速抖动大致可以分为以下三类：其一，发动机起动后出现怠速抖动；其二，发动机起动后出现怠速抖动，同时伴有加速时转速不提升或提升缓慢，急加速时还伴有喘振，排气管发出“突突”声；其三，发动机启动后，踩加速踏板至一定转速后再也无法加速，有时伴有发动机抖动现象[4]。

1 发动机运行控制原理

迈腾B8L 搭载EA888 第三代2.0T 发动机，该发动机集合缸内直喷、涡轮增压、可变气门正时等一系列先进技术于一身，最大的特点是采用双喷射控制系统，主要由进气歧管燃油喷射系统和高压喷射系统组成，如图1 所示。在不同的工况下，由不同的系统向发动机喷入燃油，一方面满足不同工况的动力需求，另一方面可以保证发动机具有更高的工作效率：1）起动时只有高压喷射系统进行直喷，低压喷射不起作用；2）发动机起动后，如果冷却液温度低于45 ℃，则高压喷射，如果冷却液温度高于45 ℃，并且处于中小负荷范围中时，则发动机控制系统会自动切换到低压喷油器进气歧管喷射；3）发动机处于全负荷时，采用高压喷射模式；4）如果任一喷油系统出现故障，发动机使用另一系统替代工作保证车辆仍可继续行驶，但组合仪表上的发动机故障指示灯亮起[4]。

图1 迈腾B8L 发动机双喷射系统结构图

2 发动机怠速抖动故障一

2.1 故障现象

发动机正常起动，仪表上发动机电子稳定系统（Electronic Power Control, EPC）灯和发动机故障指示灯常亮，发动机怠速抖动，而且踩加速踏板后发动机抖动更加明显。

2.2 故障分析

理论上，引起发动机抖动的原因一般有以下三种：首先，发动机的动平衡较差，造成发动机抖动，这种抖动随发动机转速提高而加剧；其次，发动机各缸功率不平衡，造成发动机抖动，而且抖动频率与发动机转速同步；最后，发动机动力不足，造成发动机抖动，这种抖动的最大特点是一旦加速抖动就消失。本案例中故障的特点就是抖动与发动机转速同步，转速越高，则抖动越明显，所以极有可能是发动机缺缸造成的。可能的原因：1）某气缸喷油器或其电路故障；2）某缸点火线圈、火花塞或其电路故障；3）进排气故障。

2.3 故障诊断

打开点火开关，连接汽车故障诊断仪金奔腾SDT929P，读取发动机系统故障代码为P230800（二次回路点火线圈3 功能失效），通过以上故障代码可以看出，应该是3 缸失火造成发动机缺缸。前文提到迈腾B8L 采用双喷射系统，在发动机运行中，当某个喷油器出现故障时，另外一个喷油器会替补，考虑到两个喷油器同时损坏的概率比较小，所以，首先检查点火系统。点火线圈的控制原理如图2 所示。

图2 点火线圈控制原理图

从图2 可以看出，每个点火线圈都有两根接地线，分别为1 号脚和3 号脚，这些接地线最终汇总到一起连接到发动机缸体的接地点上，4 号脚是供电端，2 号脚是连接发动机控制单元J623 的通信端。无论是点火线圈的电源还是通信出现故障都会导致气缸缺火。这里先检查电源再检查通信。

首先检查N291 供电搭铁。打开点火开关，用汽车专用万用表测量点火线圈N291 的T4s/4 端子对地电压，测试值为+B，无异常。其次检查N291的T4s/1 和T4s/3 端子对地电压，测试值均为0 V，无异常。测试结果表明，N291 点火线圈的供电搭铁均正常。然后检查N291 的通信信号。在发动机运行过程中，用汉泰DS08102E 示波器检测点火线圈T4s/2 端子的对地波形，正常情况下应该检测到短时的5 V 脉冲，但实测波形如图3 所示，表明信号线断路或对地短路。接着检查J623 端的信号输出。在发动机运行过程中，用示波器检查T105/57 端子的对地波形，正常情况下应检测到短时的5 V 脉冲。图4 实测波形为正常波形。最后，测量线路导通性。关闭点火开关，断开蓄电池负极，拔下发动机控制单元J623 的T105 插接器、点火线圈N291 的T4s 插接器，用万用表测量J623的T105/57 到点火线圈N291 的T4s/2 端子之间的电阻，正常情况下应小于0.5 Ω，实测结果为无穷大，说明线路断路。

图3 点火线圈N291 的T4s/2 端子对地波形

图4 J623 的T105/57 端子对地波形

2.4 故障机理

由于发动机控制单元J623 与点火线圈3 之间线路断路，造成点火线圈3 无法接收J623 发出的控制信号，从而不能正常工作，所以发动机3 缸为缺缸状态。发动机各缸之间功率失去平衡，进而造成发动机怠速抖动。

发动机控制单元监控所有传感器、执行器的工作状态，如果传感器、执行器的电源、搭铁或信号出现断路、短路故障，一般情况下，发动机控制单元会根据检测到的信号状态产生一个相对应的故障代码，分析故障代码基本可以确定故障的大致位置。

3 发动机怠速抖动故障二

3.1 故障现象

检修线路，排除断路故障之后，起动发动机，仪表上EPC 灯和发动机故障指示灯常亮，发动机怠速抖动，急加速时有突突的声音。

3.2 故障分析

仪表上EPC 灯持续点亮，说明发动机EPC 系统工作异常，则加速踏板、节气门、控制电脑等可能存在故障。由于发动机怠速抖动，且能听到突突声音，初步怀疑故障与进气系统相关。节气门体是控制空气进入发动机的一道阀门，空气进入进气管后和汽油混合，形成可燃混合气，参与燃烧做功。

3.3 故障诊断

再次连接故障诊断仪读取到故障代码P012100（节气门电位计不可信信号）和P022200（节气门驱动器的角度传感器2 信号太小）。节气门控制模块的线路原理图如图5 所示，从图中可以看出，节气门体主要由两个位置传感器和一个驱动电机组成，且两个节气门位置传感器共用一个参考电压和搭铁线路。两个传感器的输出信号反向互补线性变化，随着节气门的开度增大，G188 信号电压逐渐降低，而G187 的信号电压逐渐上升。同时，节气门控制信号采用脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）进行控制，只有在两个传感器同时给J623 提供准确信号时，节气门翻板才会工作。

图5 节气门控制模块线路原理图

读取节气门位置传感器数据流，验证故障代码的真实性。打开点火开关，缓慢踩下加速踏板再松开加速踏板，多次反复操作，用汽车故障后诊断仪测量发现节气门角度（电位计2）数值可以达到99.6%，超出参考范围14.1%～87.1%，即G187传感器信号异常。接下来对G187 线路进行检查。电源线和搭铁线是两个传感器共用线，正常，而信号线T6e/1 端对地虚接10 Ω。

3.4 故障机理

节气门位置传感器G187 的信号端对地虚接，导致节气门角度信号超出标准范围，节气门的正常转动受到影响。节气门体是控制空气进入发动机的一道阀门，空气进入进气管后和汽油混合，形成可燃混合气，参与燃烧做功。一旦发动机进气系统出现故障，会影响混合气的质量，出现动力不足，怠速抖动及油耗增加等故障。可以结合故障现象和故障诊断仪判断大致故障位置。

4 发动机怠速抖动故障三

4.1 故障现象

检修线路，排除虚接故障之后，起动发动机，发动机正常运转，但仪表上发动机故障指示灯仍然常亮。

4.2 故障分析

仪表上发动机故障指示灯持续点亮，说明发动机电控系统工作异常，可能与混合气燃烧、尾气排放、发动机故障等有关。

4.3 故障诊断

再次使用故障诊断仪读取到故障代码P16BF00（加热辅助泵对地短路-被动/偶发）、P044500（蒸发排放系统净化控制阀电路短路-主动/静态）、P152700（气缸列1，凸轮轴调节对地短路-被动/偶发）。读取数据流，直接喷入点火数一直在动态变化，但进气管喷射点火数始终未变，初步怀疑可能是低压喷油器一直没有工作。进气歧管燃油喷射系统的线路原理图如图6 所示，所有低压喷油器都不工作的大概率原因是保险丝SB9 故障。同时保险丝SB9 又给增压空气冷却泵、活性碳罐电磁阀和凸轮轴调节阀供电，所以会出现以上故障代码。用万用表测量保险丝SB9 两端电压，分别为+B 和0 V，进一步拔下SB9，测量其两端电阻为无穷大，故SB9 断路。