2016年一汽大眾奧迪A3發動機怠速抖動

◆文/江蘇 陸建平 顧鳴陽

陸建平曾任上海大眾、一汽大眾、奧迪等品牌4S店技術經理、培訓師，奧迪診斷技師，汽車工程師，汽車維修高級技師。現任鎮江高專汽車工程學院大眾汽車老師。

故障現象

一輛2016年生產的一汽大眾奧迪A3 1.4TFSI SportBack，搭載CSS型發動機，配有自動啟停和能量管理系統，行駛了47 272km。該車因發動機經常怠速抖動而送修。

故障診斷與排除

接車后，通過與車主交流得知：該車故障出現在半年前，發動機怠速時常出現缺缸抖動，車主推斷是交流發電機不發電，就用普通萬用表測量怠速時蓄電池的電壓，只有12.5V，最低低至12.2V，但打開車大燈或者將空調系統鼓風機風速調節到最大時，蓄電池電壓達到14V左右，且此時發動機也不再抖動，運行平穩。因此，車主認為是發電機不發電導致蓄電池虧電，引起點火線圈點火能量不足，進而引發發動機缺缸抖動。將車開到當地奧迪4S店檢修，更換了蓄電池，但使用一段時間后，廢氣排放燈報警，該車故障依舊未徹底解決。為此，車主將車開到筆者所在的奧迪4S店進行檢修。

用大眾專用診斷儀VAS-6160A讀取故障碼，僅在發動機控制單元里讀取到4個故障碼(圖1)：P030000(含義為“檢測到不發火”)、P030100(含義為“汽缸1檢測到不發火”)、P030200(含義為“汽缸2檢測到不發火”)、P030300(含義為“汽缸3檢測到不發火”)、P030400(含義為“汽缸4檢測到不發火”)。讀取故障發生時的環境條件(圖2)：均出現在發動機怠速運轉期間，且發動機已達到工作溫度，端子30電壓約為12.5V。

圖1 故障車上存儲的故障碼

圖2 故障再現時的環境條件

接著啟動發動機，用診斷儀讀取每1 000r的燃燒中斷次數，但此時所有汽缸均沒有出現缺缸的現象。為了進一步檢測，需要通過試車來讓缺缸故障再現。

該車配備了能量管理系統(圖3)，組成部件有：發電機C、數據總線診斷接口(網關)J533、蓄電池管理器J367和蓄電池。

圖3 故障車上配備的能量管理系統組成

車主描述怠速時蓄電池電壓最低達到12.2V，按理說不屬于故障。因為，該車發電機C內部裝有LIN控制芯片，J533向其發送LIN信息，這些信息會根據車載電網狀態預先確定電壓額定值(在12.2V～15V之間)，接著調節器會調節額定電壓。在激活了能量回收系統時，發電機充電電壓下降，此時充電電壓可能降低至12.2 V，以降低發動機負荷及燃油消耗。根據車主的描述，故障的出現、消失與車載用電器或蓄電池電壓有關，所以故障排查的重點初步定在與發電機、蓄電池等有關的部件。

通過長距離試車后發現，當蓄電池電量大于或等于80%，且車載用電器均關閉時，缺缸故障就會出現；而蓄電池電量小于80%時，不會出現缺缸現象。分別讀取故障再現時和故障消失時相關控制單元的測量值(發動機怠速，所有用電器關閉)如表1所示。

表1 故障再現和故障消失時相關控制單元測量值

一旦故障再現，只要打開車門或者打開近光燈(或打開其它大功率用電器)，故障現象立即消失，同時電壓就會升至13.5V以上，蓄電池電流為5～10A，交流發電機電流為35～40A，1～4缸每1 000r的燃燒中斷次數為0。

另一種使故障現象立消失的方法是在J533的編碼中，將選項“[LO]_EM_Recuperation”改成“未激活”，即關閉能量回收功能，這樣發電機一直處于13.5V以上的發電狀態，發動機也不會出現缺缸抖動。

由此可見，缺缸抖動故障是否再現與蓄電池電量、能量回收狀態、交流發電機工作電壓等參數有關，并且在蓄電池電量值為80%時，交流發電機電流呈階躍式變化，會突然出現發電機完全不發電的情況(發電機電流為0)。

通過與車主進一步溝通，了解到：該車廢氣排放故障燈是在奧迪4S店更換蓄電池之后才出現的，但缺缸抖動的故障現象在更換蓄電池前后均一直存在。由于相關維修歷史并未記錄在案，無法考證更換蓄電池之前故障車是否存儲有故障碼，為此，我們只好將“更換蓄電池”作為故障診斷的切入口。

2016款奧迪A3所用蓄電池可分為：標準蓄電池(普通濕式鉛酸蓄電池)、EFB(Enhanced Flooded Battery)、AGM蓄電池，而配備自動啟動停止系統的車型會采用EFB或AGM蓄電池。EFB的含義是增強型濕式鉛酸電池，其內部的正極板上涂有一層聚酯絨物，這能使活性物質更好地依附在極板上。EFB蓄電池的循環穩定性高于普通濕式鉛酸蓄電池。

鑒于此，我們給故障車分別試換全新的EFB蓄電池和AGM蓄電池，并在大眾診斷儀中執行蓄電池匹配，但試車后故障依舊。

蓄電池更換后未能排除故障，那是不是受到其它相關部件影響呢？

我們用示波器VAS 6356測量蓄電池管理器J367 LIN線上的波形(交流發電機C、蓄電池管理器J367和網關J533三者的LIN線連接方式為星形連接)，分別記錄蓄電池電量80%上下的波形，將幅值、脈寬、形狀等與其它正常車輛對比，未見異常。接著，用診斷儀執行交流發電機檢測。啟動車輛，打開近光燈，關閉所有用電器，診斷結果顯示發電機的熱狀態、機械狀態、電氣狀態均正常。斷開蓄電池負極，用萬用表測量相關導線電阻，阻值均小于1Ω。隨后又仔細處理了相關接地點，包括變速器殼體接地連接點、左前縱梁接地點、蓄電池管理器接地點、蓄電池管理器與蓄電池負極接觸面以及J533接地點，但故障仍然存在。

能夠測量的與能量回收管理系統的部件均已經檢測完畢，沒有發現異常。最后只得試換新的蓄電池管理器、發電機、網關，同時更換這三個部件的LIN導線及針腳，重新匹配J533和蓄電池，但故障現象和故障碼依舊存在。

至此，我們重新審視發動機缺缸這個故障本身，會不會是發動機存在單純的缺缸故障呢？為此，需要先確定能量管理系統出現問題到底會不會引起發動機缺缸，因此，我們做了如下試驗：找了另一臺配置接近的正常車進行比對，先將其蓄電池電量充電至90%，怠速并關閉所有用電器，未出現缺缸現象，相關測量值也正常；然后將發電機皮帶拆下，讓發動機怠速運轉并關閉所有用電器，這時原本正常的車輛也立即出現缺缸現象。讀取發動機測量值，1～4缸每1 000r的燃燒中斷次數一直在增加；讀取J533測量值，蓄電池電壓12.2V，蓄電池電流-20A，交流發電機電流0。這意味著，當車輛完全由蓄電池供電時，發動機的確會出現怠速不穩、缺缸的現象。

由此可以確定故障車的故障應該是由于某個部件或某個控制單元的故障影響了J533的正常工作，J533關閉了交流發電機。讀取J533測量值，在發電機限制(alternator restriction)這一選項中條目較多，都顯示“未激活”，但僅有“發動機的發電許可狀態”這一欄顯示“發動機控制單元請求”。這樣，故障的排查又回到了發動機本身。

查詢發動機就緒代碼如圖4所示，此車的就緒代碼類型為“ABC 12345678”，顯示“000 11100001”。不正常的第1、2、3、8位，其含義對照功能說明均指向前后氧傳感器。將前后氧傳感器拆下目測檢查，發現氧傳感器頭部明顯發白；拆下火花塞檢查，火花塞頭部些許潮濕，但積碳不嚴重；拆卸節氣門，僅有少許積碳和機油；用內窺鏡檢查，每個汽缸內均干燥無異常；用汽缸壓力表VAG1763檢測汽缸壓力，測量值均在標準范圍內；用壓力測試儀VAG1687未檢測到發動機存在漏氣點；發動機無漏油、漏水情況。

圖4 故障車發動機就緒代碼類型

重新執行就緒代碼，各位全部正常，沒有影響排放的部件。氧傳感器等部件異常的外觀可能是發動機工作不良造成的。這時讀取測量值，當蓄電池電量在80%以上時，交流發電機發電量不再為0。隨著蓄電池電量的變化(從99%至80%)，交流發電機電流從5A慢慢增長到20A，蓄電池電流從-14A慢慢向0變化，能量回收處于激活狀態，并且發動機僅有偶爾缺缸的情況出現，此測量值與正常值還有一定差異。但試車一段時間后，故障碼再次出現，缺缸現象較為嚴重。

這時，我們的診斷團隊內部出現了意見分歧，一種觀點認為：發動機缺缸后，就緒代碼的值發生了改變，并且缺缸后的發動機處于不穩定的工作狀態，而發電機不發電僅僅是缺缸后其中一種故障現象；另一種觀點認為：J533抑制發電機發電，導致怠速不穩，進而引起缺缸故障，雖然執行了就緒代碼，且影響排放的相關部件都是正常，發動機控制單元向網關發送的一些信息被刷新，但是一段距離的試車后，學習值又恢復到故障時的狀態，發電機不發電并再次引起缺缸。

發動機控制單元識別不發火的傳感器主要是曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器，為了補償傳感器靶輪偏差或者發動機獨特的運轉特性，必須對斷火識別進行匹配。成功匹配是可靠斷火識別的前提，即便曲軸轉速有較小的波動，也能識別到斷火現象。診斷技師通過引導型故障查詢執行“斷火識別的匹配”，并通過圖5所示邏輯關系對發動機缺缸故障進行分析。

圖5 發動機缺缸故障邏輯

接下來又進行了如下工作：用示波器測量凸輪軸位置傳感器和曲軸位置傳感器的波形，未見異常；用萬用表測量電壓降，在故障出現時和沒有故障時，發電機正極、點火線圈供電電壓均沒有出現壓降；用萬用表“mV”檔測量熔絲，對比正常車輛，無明顯用電異常的用電器；試換繼電器和熔絲座SB、SC的相關繼電器；逐個拔下不影響發動機工作的熔絲或控制單元插頭，觀察電壓、電流，無明顯變化；更換發電機正極線，并且用泵線連接蓄電池負極與發動機缸體；燃油油壓測量值及表壓均正常，排空油箱，更換汽油及汽油濾清器；更換火花塞及點火線圈；更換發動機控制單元J623；更換車載電網控制單元J519。然而缺缸的情況依然如故。

地毯式排故進行到這里，已經排除了大部分可能造成發電機不發電或者發動機缺缸的情況。

這一切已經讓我們百思不得其解，冷靜想想該車是否車輛在混裝線上(出廠前)就出現了某些配置錯誤安裝的問題？但用診斷儀連接到大眾集團網絡，檢查車輛軟件配置，沒有發現異常。用大眾集團全球統一的備件目錄查詢系統ETKA仔細查詢符合本車底盤號的車輛控制單元和相關硬件的零件號，逐一比對后有一新的突破，發現該車蓄電池零件號是錯誤的。問題好像又讓我們回到了起點—蓄電池。目前車輛安裝的是EFB蓄電池，零件號為6R0 915 105B。而ETKA核對出來正確的蓄電池零件號為1S0 915 105A(圖6)。重新訂購正確零件號的蓄電池，匹配后試車，故障依舊。

圖6 重新訂購的蓄電池零件號

究竟是哪個細節出現了問題？若想排故有新的進展，我們只有設法找到配置完全相同的正常車進行對比。通過與同類型車對比發現，故障車相關控制單元的編碼、匹配均沒有問題，在諸多測量值中也沒有有價值的發現，但在J533關于蓄電池的匹配數據中發現了一點異常。故障車的蓄電池技術顯示“EFB”，一車對比(蓄電池零件號為1S0 915 105A)顯示“EFB”，另一車對比(蓄電池零件號為1S0 915 105A)顯示為“Wet”(普通濕式鉛酸蓄電池)。

我們重新匹配故障車的蓄電池，嘗試按照診斷儀中菜單—濕式蓄電池匹配(盡管1S0 915 105A的蓄電池外殼上印有“EFB”)，試車并連續觀察數天，再未發現發動機缺缸或者發電機不發電的情況，故障終于排除。

讀取最初進廠時的蓄電池數據，發現制造商代碼為7NW(圖7)，與蓄電池外殼上的信息不符，零件號為1S0 915 105A的蓄電池對應的制造商代碼只應該是“5PH”或“9AN”，隨后在診斷儀中更改制造商代碼為“5PH”(圖8)。通過實驗發現制造商代碼錯誤不會引起故障，僅當蓄電池技術匹配錯誤時才會出現故障。

圖7 故障車最初的蓄電池信息

圖8 重新匹配后的蓄電池信息

維修小結

本故障案例中涉及的兩個問題有必要重新進行梳理：一是為什么發電機不發電會引起缺缸？二是蓄電池匹配錯誤會引起哪些異常？

1.為什么發電機不發電會引起缺缸？

發電機發電時的電流為蓄電池充電電流與用電器用電電流之和。正常車輛在怠速(且關閉所有用電器)時，蓄電池電流大致為0，既不被充電也不放電，發電機由J533控制，為車載電網，如點火線圈、噴油嘴、燃油泵、日間行車燈等提供所需電能(圖9)。當發電機完全不發電時，用電器僅由蓄電池供電(圖10)，電流和電壓的波動是造成發動機缺缸的主要原因。當發電機正常工作時，用電器由發電機或者發電機、蓄電池一起供電(圖11)，蓄電池作為一個電容，起到穩定電路的作用。

圖9 怠速時車輛的供電示意圖

圖10 發電機不發電時車輛的供電示意圖

圖11 發電機正常工作時車輛的供電示意圖

2.蓄電池匹配錯誤會導致哪些故障？

2016款奧迪A3的裝車蓄電池有3種，分別是：零件號為1S0 915 105A的EFB蓄電池；零件號為6R0 915 105B的EFB蓄電池；零件號為7P0 915 105的AGM蓄電池。

盡管我們按正確的零件號訂購并安裝了蓄電池，照樣引起能量回收系統工作異常而導致發動機缺缸。我們認為：在J533能量管理圖譜里包含了J533、J623、交流發電機以及蓄電池等相關部件的工作曲線模型，根據汽車裝備的不同(如匹配信息、硬件零件號或軟件版本號的不同)，能量管理的模型圖譜也不同。

為了驗證上述判斷，我們又做了一些相關試驗后發現：對不同蓄電池型號的車輛，其J533的零件號不一樣，發動機控制單元軟件版本也不一樣，這就決定了能量回收系統在出現故障時的工作差異。例如，零件號為1S0 915 105A的EFB蓄電池，在對應軟件版本3408的發動機控制單元J623和軟件版本2265的網關J533時，僅能夠以“濕式蓄電池”進行匹配。如果執意按照“EFB”匹配，就會出現與本案例故障車相同的故障現象。零件號為1S0 915 105A的EFB蓄電池在對應其它軟件版本的J623和 J533時，僅能夠以“EFB”進行匹配，如果強行按照“濕式蓄電池”匹配，那J533直接關閉能量回收，發電機一直處于13.5V以上的發電狀態，蓄電池一直被充電，無缺缸現象。造成這些情況的可能原因是發動機控制單元軟件版本太低，且沒有合適的后續軟件對其進行升級，亦或是J533軟件系統還沒有完善，只能根據濕式蓄電池型號進行相關配套。

引發本案例中故障車出現故障的是原因是：蓄電池零件號錯誤，且未按照車輛出廠數據進行匹配，同時發動機電腦軟件版本太低。在能量回收系統出現故障時，J533會關閉發電機，蓄電池大量放電到最高閾值，從而引起J623控制單元的基本電壓下降，點火能量不足，發動機出現缺缸、抖動。因此在更換蓄電池時，一定要記下原先的蓄電池匹配信息。錯誤的蓄電池匹配信息將有可能引發奇怪的車輛故障。

事后，我們又將舊網關裝回原車，讀取J533里面關于蓄電池的歷史數據，在蓄電池匹配一欄未發現有匹配過蓄電池的記錄。同時，車主也表示在其更換蓄電池時全程關注，未發現維修人員匹配過蓄電池。這說明此車有可能在出廠時，蓄電池就存在錯誤的匹配信息。如果真是這樣，那有可能同一批次的奧迪A3都存在這樣的問題。這個觀點在隨后一段時間內得到驗證：一輛裝有零件號1S0 915 105A的EFB蓄電池、發動機控制單元J623軟件版本為3408、網關J533軟件版本為2265的奧迪A3車，蓄電池以“EFB”進行匹配，出現了缺缸、廢氣排放燈亮的故障現象，按照濕式蓄電池“Wet”的數據進行匹配后故障消失。

至此，本案例的真相終于出來了：車上盡管裝的是EFB蓄電池，不是濕式蓄電池，也要以“Wet”來進行相關匹配。

這是一起由軟件引發的故障，是蓄電池制造商與整車制造廠間的技術標準出現了問題，但由于維修企業無法及時獲得這些信息，一線維修技師只能借助診斷儀來分析故障緣由，并通過大量的更換部件和檢測數據，繞了一大圈才找到故障根源，真是讓人煞費苦心。