一辆行驶里程约17万km,车型为E60,搭载N52型发动机的2008年宝马530Li轿车。用户反映:该车发动机怠速抖动、加速无力,故障灯点亮,并且车辆行驶中偶尔闯车,燃油消耗量过大。
检查分析:笔者接车后发现发动机怠速不稳,连接故障诊断仪X-431读取发动机控制单元(DM日故障码,显示若干混合气故障码。由于操作疏忽,没有及时记录即进行了清除,但有一个故障码始终清除不掉,即“2D06----进气系统故障”。
这里我们有必要了解一下该车发动机的怠速控制原理,该发动机采用了Valvetronic电子气门技术,即通过气门机构控制负荷,在进气过程中节气门几乎一直开启。负荷控制通过比例控制进气门的开度实现,结构原理如图1所示。
Valvetronic由可变气门升程控制和可变凸轮轴控制构成(双VANOS),可自由控制气门关闭时刻。气门升程控制机构仅在进气时起作用,而凸轮轴控制则一直起作用,只有满足以下条件时才进行免节气门负荷控制:进气门的气门行程以及进气和排气凸轮轴能够进行可变控制。Valvetronic的中间推杆还装有用于偏心轴的滑动轴承。气门行程为0.3~9.7 mm(图2)。气门行程本身无法进行免节气门控制,而 VANOS可调节气门关闭时刻。
采用Valvetronic技术的发动机仍需要普通节气门完成以下任务:燃油箱通风、曲轴箱通风、应急运行和催化转换器加热。
了解了上述原理,我们继续进行故障分析。
笔者进入发动机控制单元(DME)读取的标准数据流如表1所示,一组实际数据流如图3所示。怠速空气流量实测值在11 kg/h左右,笔者甚至检测到过9 kg/h的数值,而标准值为14 kg/h左右。实测值与标准值的偏差很大,究其原因,发动机怠速时喷油脉宽偏高,进气压力偏低,而在这种情况下,发动机将自动切换至应急模式工作。
结合故障码2D06----进气系统故障,从进气系统开始排查故障。首先发动机控制单元(DME)进气量数值偏低,但测量值未必反映了实际状况。经笔者多次测试,每次清除故障码后,发动机转速比清除故障码前有所上升,转速升至1 000 r/min后会慢慢下降,待降至800 r/min左右时会突变为680 r/min左右,同时伴随发动机的喘振,此时故障码亦出现。
笔者判断,当清除故障码之后,发动机首先会进入正常工作状态,后因进气系统出现泄漏,进气量增加导致发动机怠速升高。即发动机控制单元(DME)通过空气流量传感器给出的进气量(10 kg/h左右)进行喷油脉宽和气门关闭时间调整,当调整到极限时依然不能把发动机转速控制在标准范围之内,此时发动机控制单元(DME)自动转换为跋行模式,即由节气门控制发动机负荷。
据以上分析,进气系统泄漏造成了发动机故障,为了验证判断的准确性,笔者决定逐个拔掉并堵上进气歧管上的真空管再进行测试。发现当堵住曲轴箱通风管路的时候,空气流量数值突增,达到了17 kg/h,稳定运行一段时间后,该数值降至15 kg/h,证明笔者判断基本正确。
下面寻找泄漏点,首先发现怠速电机密封垫老化,进行更换后故障未完全排除。然后继续检查发现曲轴前油封周围有油污,于是拆下曲轴前皮带轮(图4),发现上面缠绕着已经断了的发电机皮带(该车一周前在行驶途中发电机皮带发生了断裂,当时维修人员未清理干净断碎的皮带便更换全新的发电机皮带),旧皮带碎屑在曲轴皮带轮与缸体的间隙里被挤压、缠绕,并最终导致曲前油封的破损泄漏。
故障排除:更换曲轴前油封(图5),清理发动机油污,确认不再泄漏后清除故障码,然后清除发动机控制单元(DME)自适应值,经多次测试,发动机恢复正常。
回顾总结:结合故障现象以及发动机实时的数据变化,进行有效的数据比对及分析是解决汽车电控系统故障快速而又有效的方法。其实,本故障中笔者也检测出氧传感器实际电压1.4 V,低于标准的2V,此数据对比亦反映出混合气稀薄问题,可支持技术人员分析排障。