虹科免拆診斷 | 2011款寶馬318i車發(fā)動機怠速游車、抖動

一輛2011款寶馬318i車，搭載N46B20E發(fā)動機，累計行駛里程約為9.5萬km。該車因發(fā)動機怠速游車、抖動在其他維修廠維修，維修人員更換了火花塞、點火線圈、空氣流量傳感器、VANOS（可變氣門正時系統(tǒng)）電磁閥、氣門升程電動機及偏心軸位置傳感器，校對過發(fā)動機正時，清洗了發(fā)動機積炭，升級了發(fā)動機控制單元（DME），并用煙霧測試儀檢測了進氣管路，未發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，至此沒有了維修思路，于是將車開至我廠請求技術支持。

故障現(xiàn)象

故障診斷

故障排除

接車后試車，起動發(fā)動機，發(fā)動機轉速明顯上下波動（俗稱“游車”），運轉一會后發(fā)動機轉速波動現(xiàn)象消失，但發(fā)動機還是偶爾抖動。用故障檢測儀檢測，無相關故障代碼存儲。用pico示波器測量曲軸位置傳感器信號，并進行頻率計算，確認起動后發(fā)動機轉速明顯上下波動（圖1）。

圖1發(fā)動機轉速明顯上下波動

運轉10 s左右發(fā)動機轉速波動現(xiàn)象消失（圖2）。

圖2發(fā)動轉速恢復正常

但偶爾還會出現(xiàn)波動（圖3），導致發(fā)動機抖動。結合故障現(xiàn)象分析，排除單個氣缸工作不良導致故障的可能，懷疑故障是由混合氣濃度調節(jié)異常引起的，可能的故障原因有：噴油控制異常，如燃油壓力異常、空氣流量傳感器信號異常及氧傳感器信號異常等；進氣控制異常，如氣門升程異常、進氣管泄漏、排氣管堵塞及發(fā)動機正時錯誤等。

由于之前的維修人員已更換了空氣流量傳感器，對進氣管路進行過煙霧測試，且校對過發(fā)動機正時，暫時排除空氣流量傳感器信號異常、進氣管泄漏及發(fā)動機正時錯誤的可能。測量燃油壓力，未見異常；讀取發(fā)動機數(shù)據(jù)流，觀察進氣量、氧傳感器信號電壓、混合氣調校等數(shù)據(jù)，均未見異常。用尾氣分析儀測量發(fā)動機怠速時的尾氣，空氣過量系數(shù)（λ）為1，說明經(jīng)過發(fā)動機控制單元調校（混合氣調校值為負值，說明混合氣偏濃，減小了噴油量）后的混合氣濃度正常；脫開前氧傳感器導線連接器，復位混合氣調校值后再次用尾氣分析儀測量發(fā)動機怠速時的尾氣，空氣過量系數(shù)小于1，此時混合氣偏濃，這說明前氧傳感器信號正常。接著筆者決定測量氣缸壓力，以判斷排氣管是否堵塞，同時還可以驗證實際發(fā)動機正時是否正確。

圖3發(fā)動機轉速偶爾波動

脫開進氣、排氣VANOS電磁閥導線連接器，用pico示波器和壓力傳感器WPS500X測得發(fā)動機怠速時氣缸1的壓力波形如圖4所示，分析可知以下信息。

圖4故障車脫開進氣、排氣

VANOS電磁閥導線連接器后

發(fā)動機怠速時氣缸1的壓力波形

（1）排氣行程的氣缸壓力接近大氣壓，說明排氣管沒有堵塞（若排氣管堵塞，排氣行程的氣缸壓力波形會有明顯的上升斜坡，且壓力明顯高于大氣壓）。

（2）排氣門打開時刻約為壓縮上止點后147°曲軸轉角。查看N46發(fā)動機正時時間曲線（圖5），得知在排氣VANOS電磁閥不工作時，排氣凸輪軸相位處于最大提前位置，排氣門打開時刻為壓縮上止點后111°曲軸轉角，由此懷疑該車排氣凸輪軸相位滯后了約36°（147°- 111°=36°）曲軸轉角。

是什么原因導致排氣凸輪軸相位滯后了呢？由于更換過排氣VANOS電磁閥，排除電磁閥卡滯的可能；排氣VANOS電磁閥導線連接器已脫開，排除發(fā)動機控制單元控制異常的可能；而發(fā)動機正時也校對過，那還會是什么原因呢？與之前的維修人員交流得知，他在校對發(fā)動機正時時，只用專用工具校對了進氣、排氣凸輪軸前端相位，并沒有校對進氣、排氣凸輪軸后端相位，這種校對方法是不嚴謹?shù)模热缤馆嗇S相對VANOS鏈輪發(fā)生偏轉，此時就不會被發(fā)現(xiàn)，于是筆者決定重新校對發(fā)動機正時。

圖5 N46發(fā)動機正時時間曲線

插入飛輪定位銷，安裝進氣、排氣凸輪軸信號盤的定位工具（圖6），正常（之前維修人員通過該步驟就判斷發(fā)動機正時正確是錯誤的，凸輪軸后端相位才是凸輪軸實際相位，因此一定要校對凸輪軸后端相位）；

圖6 安裝進氣、排氣凸輪軸信號盤的定位工具

在進氣、排氣凸輪軸后端安裝進氣、排氣凸輪軸的定位工具，發(fā)現(xiàn)排氣凸輪軸定位工具無法安裝到位（圖7），可知排氣凸輪軸發(fā)生逆時針偏轉，即相位滯后，這與之前的推斷（排氣凸輪軸相位滯后了約36°曲軸轉角）一致。

圖7排氣凸輪軸定位工具無法安裝到位

故障現(xiàn)象

故障診斷

故障排除

重新調整排氣凸輪軸相位（圖8）后裝復試車，故障現(xiàn)象消失，故障排除。

圖8調整排氣凸輪軸相位

故障總結

維修后脫開進氣、排氣VANOS電磁閥導線連接器，再次測量發(fā)動機怠速時氣缸1的壓力波形（圖9），分析可知以下信息。（1）排氣門打開時刻約為壓縮上止點后126°曲軸轉角，比故障時的排氣門打開時刻（約為壓縮上止點后147°曲軸轉角）提前了約21（147°-126°=21°）曲軸轉角。

圖9正常車脫開進氣、排氣VANOS電磁閥導線連接器、發(fā)動機怠速時氣缸1的壓力波形

（2）最大氣缸壓力約為4.8 bar（1 bar=100 kPa），比故障時的最大氣缸壓力（約為6.5 bar）降低了約1.7 bar。排氣門打開時刻滯后，隨之排氣門關閉時刻也滯后，這會增大發(fā)動機怠速時的氣門重疊角，從而使氣缸中殘留的尾氣量增加，不僅使氣缸壓力升高，還影響到了發(fā)動機的正常工作。為什么排氣凸輪軸正時錯誤，發(fā)動機控制單元沒有存儲相關故障代碼呢？因為排氣凸輪軸信號盤與曲軸的相對位置是正確的，所以發(fā)動機控制單元通過曲軸位置傳感器和排氣凸輪軸位置傳感器信號判斷排氣凸輪軸與曲軸的位置關系是正確的，因此不會存儲相關故障代碼，但實際發(fā)動機機械正時是錯誤的。

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