虹科免拆诊断 | 2011款宝马318i车发动机怠速游车、抖动

 

   一辆2011款宝马318i车，搭载N46B20E发动机，累计行驶里程约为9.5万km。该车因发动机怠速游车、抖动在其他维修厂维修，维修人员更换了火花塞、点火线圈、空气流量传感器、VANOS（可变气门正时系统）电磁阀、气门升程电动机及偏心轴位置传感器，校对过发动机正时，清洗了发动机积炭，升级了发动机控制单元（DME），并用烟雾测试仪检测了进气管路，未发现漏气现象，至此没有了维修思路，于是将车开至我厂请求技术支持。

 

故障现象

故障诊断

故障排除

    接车后试车，起动发动机，发动机转速明显上下波动（俗称“游车”），运转一会后发动机转速波动现象消失，但发动机还是偶尔抖动。用故障检测仪检测，无相关故障代码存储。用pico示波器测量曲轴位置传感器信号，并进行频率计算，确认起动后发动机转速明显上下波动（图1）。

 

图1　发动机转速明显上下波动

 

    运转10 s左右发动机转速波动现象消失（图2）。

 

图2　发动转速恢复正常

 

    但偶尔还会出现波动（图3），导致发动机抖动。结合故障现象分析，排除单个气缸工作不良导致故障的可能，怀疑故障是由混合气浓度调节异常引起的，可能的故障原因有：喷油控制异常，如燃油压力异常、空气流量传感器信号异常及氧传感器信号异常等；进气控制异常，如气门升程异常、进气管泄漏、排气管堵塞及发动机正时错误等。

    由于之前的维修人员已更换了空气流量传感器，对进气管路进行过烟雾测试，且校对过发动机正时，暂时排除空气流量传感器信号异常、进气管泄漏及发动机正时错误的可能。测量燃油压力，未见异常；读取发动机数据流，观察进气量、氧传感器信号电压、混合气调校等数据，均未见异常。用尾气分析仪测量发动机怠速时的尾气，空气过量系数（λ）为1，说明经过发动机控制单元调校（混合气调校值为负值，说明混合气偏浓，减小了喷油量）后的混合气浓度正常；脱开前氧传感器导线连接器，复位混合气调校值后再次用尾气分析仪测量发动机怠速时的尾气，空气过量系数小于1，此时混合气偏浓，这说明前氧传感器信号正常。接着笔者决定测量气缸压力，以判断排气管是否堵塞，同时还可以验证实际发动机正时是否正确。

 

图3　发动机转速偶尔波动

 

    脱开进气、排气VANOS电磁阀导线连接器，用pico示波器和压力传感器WPS500X测得发动机怠速时气缸1的压力波形如图4所示，分析可知以下信息。

 

图4　故障车脱开进气、排气

VANOS电磁阀导线连接器后

发动机怠速时气缸1的压力波形

 

    （1）排气行程的气缸压力接近大气压，说明排气管没有堵塞（若排气管堵塞，排气行程的气缸压力波形会有明显的上升斜坡，且压力明显高于大气压）。

    （2）排气门打开时刻约为压缩上止点后147°曲轴转角。查看N46发动机正时时间曲线（图5），得知在排气VANOS电磁阀不工作时，排气凸轮轴相位处于最大提前位置，排气门打开时刻为压缩上止点后111°曲轴转角，由此怀疑该车排气凸轮轴相位滞后了约36°（147°- 111°=36°）曲轴转角。

    是什么原因导致排气凸轮轴相位滞后了呢？由于更换过排气VANOS电磁阀，排除电磁阀卡滞的可能；排气VANOS电磁阀导线连接器已脱开，排除发动机控制单元控制异常的可能；而发动机正时也校对过，那还会是什么原因呢？与之前的维修人员交流得知，他在校对发动机正时时，只用专用工具校对了进气、排气凸轮轴前端相位，并没有校对进气、排气凸轮轴后端相位，这种校对方法是不严谨的，比如凸轮轴相对VANOS链轮发生偏转，此时就不会被发现，于是笔者决定重新校对发动机正时。

 

图5  N46发动机正时时间曲线

 

    插入飞轮定位销，安装进气、排气凸轮轴信号盘的定位工具（图6），正常（之前维修人员通过该步骤就判断发动机正时正确是错误的，凸轮轴后端相位才是凸轮轴实际相位，因此一定要校对凸轮轴后端相位）；

 

图6  安装进气、排气凸轮轴信号盘的定位工具

 

    在进气、排气凸轮轴后端安装进气、排气凸轮轴的定位工具，发现排气凸轮轴定位工具无法安装到位（图7），可知排气凸轮轴发生逆时针偏转，即相位滞后，这与之前的推断（排气凸轮轴相位滞后了约36°曲轴转角）一致。 

 

图7　排气凸轮轴定位工具无法安装到位

故障现象

故障诊断

故障排除

 

    重新调整排气凸轮轴相位（图8）后装复试车，故障现象消失，故障排除。

 

图8　调整排气凸轮轴相位

 

故障总结

维修后脱开进气、排气VANOS电磁阀导线连接器，再次测量发动机怠速时气缸1的压力波形（图9），分析可知以下信息。（1）排气门打开时刻约为压缩上止点后126°曲轴转角，比故障时的排气门打开时刻（约为压缩上止点后147°曲轴转角）提前了约21（147°-126°=21°）曲轴转角。

图9　正常车脱开进气、排气VANOS电磁阀导线连接器、发动机怠速时气缸1的压力波形

 

（2）最大气缸压力约为4.8 bar（1 bar=100 kPa），比故障时的最大气缸压力（约为6.5 bar）降低了约1.7 bar。排气门打开时刻滞后，随之排气门关闭时刻也滞后，这会增大发动机怠速时的气门重叠角，从而使气缸中残留的尾气量增加，不仅使气缸压力升高，还影响到了发动机的正常工作。为什么排气凸轮轴正时错误，发动机控制单元没有存储相关故障代码呢？因为排气凸轮轴信号盘与曲轴的相对位置是正确的，所以发动机控制单元通过曲轴位置传感器和排气凸轮轴位置传感器信号判断排气凸轮轴与曲轴的位置关系是正确的，因此不会存储相关故障代码，但实际发动机机械正时是错误的。

 

 

HongKe Pico

 

 

 

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