2013款奧迪Q5發動機怠速抖動

◆文/中鑫之寶 任賀新

2013款奧迪Q5發動機怠速抖動

◆文/中鑫之寶 任賀新

故障現象

一輛2013款奧迪Q5，發動機型號為CAD，行駛里程約80 000km。該車怠速時發動機運行不平穩，偶發抖動現象，且發動機故障燈報警。

故障診斷與排除

維修人員接車后，首先驗證故障現象，啟動車輛后使發動機怠速運轉，發動機存在運轉不平穩、偶爾抖動的現象。用診斷儀檢測01地址碼中存儲汽缸3、4不發火的故障碼，讀取發動機燃燒中斷數據塊，發現發動機抖動時3缸和4缸燃燒有中斷現象。拆檢點火線圈和火花塞，未發現故障點，將3、4缸點火線圈及火花塞裝到1、2缸，故障未轉移，嘗試更換全部點火線圈及火花塞，故障仍存在。測量四個汽缸缸壓均正常，最終判定為噴油嘴故障，更換后現場試車一切正常，抖動現象也不再出現。車主提車后第二天打電話反映故障現象再現，進站維修后檢測發動機控制器存儲不發火故障碼，但與之前不同的是，讀取發動機燃燒中斷數據塊，1缸和2缸存在失火，進行一些列檢查后，判定仍為噴油嘴故障，又更換了1缸和2缸的噴油嘴，讀取失火數據塊，結果變成四個汽缸都存在不同程度的失火。

至此維修陷入困境，決定按照一列缸失火思路排查，檢查了發動機正時、三元催化器是否堵塞，燃油壓力、進氣系統是否泄漏，并用內窺鏡觀察汽缸和氣門情況等，先后更換了正時鏈條，燃油高壓泵以及進氣歧管等部件，故障仍未排除，此時筆者開始介入維修。

首先觀察故障現象，發動機怠速存在明顯抖動感，加油至2 000r/min以上時抖動感消失，發動機運行平穩。用診斷儀檢測發動機電控系統存儲故障碼P030000：檢測到不發火,被動/偶發。讀取發動機失火數據塊，發現除了1缸以外，2、3、4缸都有不同程度失火，又讀取了發動機一些其他重要數據，見表1。

從表中可以看出燃油高壓值和汽缸列1進氣凸輪軸相位正常，由于處于抖動狀態，節氣門開度和空氣質量數值在跳變，數據不足以參考，混合汽短期和長期匹配則明顯偏大，已經接近調節極限，說明混合汽過濃，并在向混合汽稀的方向調整。但是目前發動機工作不平穩，處于抖動狀態，這會不會對氧傳感器檢測造成干擾呢？出于這方面考慮，沒有把數據塊當做唯一的依據，決定拆掉火花塞，觀察發現火花塞頭部顏色較黑，這應該是混合汽過濃造成的?？紤]到失火會導致未燃燒的氧氣排到氧傳感器處，氧傳感器檢測到氧濃度過高，會進行加濃調整，就沒有注意觀察火花塞顏色。那到底是什么原因造成多缸失火呢？接著又檢查了點火線圈供電以及汽缸壓力，結果顯示正常?？紤]到該車燃油系統只有高壓傳感器，數據塊無法讀取到低壓壓力，決定再測量一下燃油低壓壓力，結果怠速時壓力不足2bar(1bar=105Pa)，發動機在2 000r/min時不足2.5bar。該車采用燃油直噴系統，低壓壓力可達6bar，會不會是燃油壓力太低造成的？決定接上清洗油路的吊瓶試試，接好吊瓶將氣壓調整到6bar，發現發動機仍然抖動，這說明油壓低不是導致發動機抖動的原因。

表1 數據流

分析故障，氧傳感器監測的是一列汽缸的氧氣含量，如果某個汽缸工作不良，發動機控制器會根據氧傳感器值調整一列汽缸的噴油脈寬，而不是只調整有故障的汽缸。那會不會只有一個汽缸工作不良，其他汽缸失火是因為混合汽調校導致的？基于這個思路，拔掉氧傳感器，清除混合汽匹配值，觀察失火數據，發現只有4缸失火，其余缸都工作正常，于是將4缸和1缸噴油嘴調換，裝好后再觀察數據，又變成了1缸失火，直接將新噴油嘴裝到1缸，發現發動機仍然抖動，拔掉氧傳感器后，變成了2缸失火。

將4缸噴油嘴更換到1缸，故障也隨之轉移，這說明4缸噴油嘴的確存在問題，為什么更換這只噴油嘴后發動機仍然抖動？此時筆者認為仔細分析數據流的變化，應該有助于排除故障，將發動機調校值清除后，認真分析數據流(表2)。

這次分析后發現了規律：混合汽匹配值清除后，前氧傳感器數值在0.8λ左右，發動機運行不平穩；接著混合汽短期匹配值變為-25.00%左右，平均噴油時間也降低至0.8ms左右，發動機也會相對變得平穩，但維持不長時間，又開始趨于不平穩，混合汽也隨之開始調整，混合汽長期匹配值逐漸變為-35.00%，短期匹配值約為-25.00%，平均噴射時間為0.6ms，調節已到極限，此時發動機相對較平穩，只是偶爾會抖動一下，此時失火不一定在哪一缸出現，如果這時候清除混合汽匹配值并將氧傳感器拔下，噴油時間維持在1ms，則2缸持續失火。分析以上數據塊變化，混合汽一開始就處于過濃狀態，以至于影響缸內燃燒情況，氧傳感器檢測到這個情況后，為了維持發動機平穩運轉，開始降低噴油脈寬，直到調整能力達到極限，仍不能避免因混合汽濃造成某缸偶發工作不良。拔掉氧傳感器，在不能形成閉環控制的情況下，2缸會持續失火，也就是說該車是因混合汽濃造成的失火，而不是因失火造成的混合汽濃。是什么原因導致怠速時混合汽過濃呢？從數據流上看，進氣量節氣門開度均正常，不像是漏氣造成的故障，難道是燃油泄漏到發動機內部造成的？這款發動機燃油部件僅有噴油嘴、高壓泵泄漏會造成混合汽濃，根據該車的混合汽調校值看，如果是高壓泵造成的，應該機油加注口處會有很濃的汽油味，然而經再三確認，機油加注口處并沒有汽油味，看來問題還在噴油嘴處。拆下火花塞，當拆到2缸時，拿下火花塞一瞬間，從缸內冒出一股白煙，聞一下有很濃的汽油味，并無意中聽到一種“嘶嘶”聲，仔細確認就是從2缸內發出的，懷疑是2缸噴油嘴泄漏發出的異響。這時打開點火開關，可以讀取到高壓油壓約為6bar(此時高壓泵不工作，實則為低壓油壓)，5min內就會降低到2bar左右，也從側面證明燃油系統存在泄漏。反復操作點火開關，讓油壓升到6bar左右，用內窺鏡觀察2缸內部，發現噴油嘴像花灑一樣，往外噴灑很細小的油滴，活塞頂部也存在油跡。至此故障原因查明，更換四個噴油嘴后故障徹底解決。

維修小結

1.為何起初是4缸失火，后來會變成2缸失火呢？筆者認為是這一批配件有問題，四個噴油嘴噴油量均較大，存在不同程度的泄漏，只是最初為4缸泄漏最嚴重，因此4缸失火，更換后變成2缸泄漏最嚴重。

2.維修完畢之后，筆者又測量了低壓燃油壓力，怠速時壓力值在2.5～4bar擺動，加油至2 000r/min時則穩定到3.5bar。查詢維修手冊，要求用診斷儀基本設定時測量燃油壓力，因為該車供油系統采用按需調整方式供油，所需要的燃油壓力大小由發動機控制單元根據特性曲線計算出來，也就是說燃油泵功率是根據工況變化的，所以推測混合汽過濃時，供油壓力會受到影響。 該案例其實反映了很多的問題。初期的發動機失火故障，只是發生在3、4缸的失火上，從當時維修人員的處理方法上看，不存在問題，既然已經排除了點火系統的故障，測得的汽缸壓力也沒有問題，就基本可以確定噴油器存在問題的可能性比較大，更換新噴油器的做法也是可以接受的。但是從故障排除的嚴謹度上看就存在一定問題，對于3、4缸噴油器故障的推斷是基于其他部件正常的前提下做出的，但實際上并沒有將所有的故障點一一排除，這也為后續故障的復發埋下了隱患。由于沒有考慮到更換的新噴油器也有存在故障的可能性，所以在后續的檢查中更換了過多的零部件，甚至包括正時鏈條等部件。而這一切，其實是可以避免的，而避免的方法就是將當時存在問題的噴油器更換到1、2缸進行替換試驗，事實上這一替換作業方法當時雖然使用了，但僅使用在點火線圈及火花塞方面，并沒有更深一步去考慮對噴油器進行替換。如果當時進行替換的話，就可以確定舊的3、4缸噴油器存在故障，1、2缸的噴油器正常。即使因為更換了品質不良的3、4缸的噴油器，而導致出現其他汽缸工作異常的情況，也不會輕易出現后續一系列的更換零件作業。所以，在工作中保持一個嚴謹的工作態度是非常重要的。

焦建剛

接下來再針對發動機閉環控制方面作簡要分析。其實作者已經講到了由于某一汽缸工作不良導致的所有汽缸工作不良的情況，這一現象在發動機控制方面其實不鮮見。但是由于很多一線的技術人員對于發動機的閉環控制邏輯方面理解的還不夠深入，對于發動機負荷、轉矩控制的原理不清楚，就導致了在處理類似問題的時候出現盲目、無所適從的情況。下面簡單的介紹一下點火不良對發動機負荷、扭矩的影響。

以4缸發動機為例，如果其中任意一缸點火不良，則會出現發動機一個做功行程中總的扭矩輸出不足。這就如同4人抬轎，其中一人偷懶，就會出現轎子傾斜的情況。此時，勢必需要其余三人掌握好平衡。

而作為4缸發動機，其余三個汽缸就不得不承擔更大的載荷。雖然負荷增大，輸出扭矩卻與原來持平或者更大，這是因為其余三個汽缸承擔不工作汽缸的摩擦阻力造成的。

從進氣量的控制方面看，雖然不工作汽缸不再對外輸出做功，但其依然要進行“進氣、壓縮、做功、排氣”四個沖程的動作。而發動機ECU依然允許噴油器對其噴射燃油,目前采用失火檢測控制的發動機，會對失火汽缸進行斷油控制，但是僅限于電腦檢測到點火線圈及其線路出現短路、斷路的情況。

而相對于進氣量來說，電腦仍舊保持相應的噴油量，此時就會出現單缸噴油器燃油浪費的情況，使尾氣中出現HC、O2濃度同時過高的情況，這也會進一步導致發動機電腦對此工況的失控，甚至會出現混合汽繼續加濃的情況。

如圖1所示，原有的F=f時，發動機的輸出扭矩與發動機阻力相等，發動機能夠以穩定的轉速轉動。如果將發動機的各個汽缸輸出的動力分解，我們可以看到4缸發動機中的F=F1+F2+F3+F4=4F1，如果出現了其中的任一缸工作不良(比如1缸不良)，則會出現F=F2+F3+F4=3F1，此時驅動力F就會小于阻力f(F＜f)，這將導致發動機轉速降低，怠速時發生怠速抖動甚至熄火的故障。發動機電腦因而會啟動怠速轉速控制，通過增大進氣量、噴油量，使其余3個汽缸發出更大的扭矩，以克服發動機本身運行阻力。此時的驅動力F=F2'+F3'+F4'=f，故本來由4個汽缸來完成的工作，在電腦控制下由3個工作良好的汽缸來完成。并且，還要去承擔工作不良汽缸的機械阻力。從發動機本身來說，就要付出額外的動力輸出，發動機的負荷就會比正常值要高。

圖1 發動機驅動力與阻力示意圖

目前配件市場還是魚龍混雜，良莠不齊。對于修理廠來說，一位的追求配件價格，也容易出現采購的配件質量無法控制的情況。無形當中也增加了維修的成本，最主要的是影響了整個維修行業的聲譽。希望相關部門盡快出臺同質配件的管理細則，為汽車維修行業保駕護航。

最后，該案例中作者排除該故障的整個流程沒有大的問題，畢竟是從中間接手，考慮問題的方法后有所不同。整個故障排除的思路還是比較清晰嚴謹的，最后所作出的分析也比較到位，唯一有所遺憾的是作者沒有提供故障恢復之后的正確數據來做對比。希望以后能夠做出比較完整的數據分析，這樣才有說服力。