寶馬N20發動機怠速抖動現象的原因及排查方法

楊承博

摘 要：本文首先論述了寶馬N20發動機怠速控制的原理分析，然后對常見故障的產生原因進行梳理。同時根據實際經驗和資料分析，對寶馬N20發動機怠速不穩故障維修進行分析，使本文理論與實際相結合，有著較強的借鑒意義。

關鍵詞：N20發動機；怠速不穩；故障診斷；案例分析

1 寶馬N20發動機的簡介

寶馬N20發動機是一款較新的發動機，其控制系統使用的博世MEVD17.2.4，怠速控制屬于進氣系統中的重要組成部分，寶馬N20發動機使用第三代Valvetronic（電子氣門）和VANOS（可變凸輪軸正時控制系統）調節裝置，對怠速控制有著較好的調校。

寶馬N20發動機有三個版本，具體數值如下表1-1所示。高配版最大功率218kw，峰值扭矩350N.m，低配版最大功率184kw，峰值扭矩270N.m。高配版渦輪增壓器在1250轉的時候介入工作能一直維持到4800轉，目前該款發動機搭載在寶馬X1、X3、3系、5系、Z4等車型上。

2 寶馬N20發動機怠速控制的原理

寶馬N20發動機進氣量的控制機構主要有兩個部分，其一為電子節氣門，其二為電子氣門行程控制機構。發動機空氣量導入調整有進氣門的可調式升程完成，這有利于降低油耗。在應急運行和起動的過程中，才會使用到節氣門。在其他運行狀態下，節氣門均全開，幾乎沒有節流作用。利用電子氣門技術，可以實現對氣門行程的無極調節，發動機在不同轉速下，都可以保證功率扭矩輸出的最優均衡性。在滿負荷位置的時候，氣門行程和持續開啟時間達到了峰值，而怠速位置則達到最低值。

N20發動機怠速系統各部件的控制流程如下圖2-1所示：

寶馬N20發動機怠速控制器主要受車載ECU的控制。通過監測熱模式空氣流量計、氧傳感器、壓力傳感器、凸輪軸位置傳感器等進行實時調節，ECU根據車況、環境溫度適時調節怠速時的轉速，并相應地改變電子節氣門開度，氣門升程大小。新一代熱模式空氣流量計，一般來說，以當前技術發展水平為依據，利用熱模式空氣質量流量計，在得到測量值之后，即可以確定空氣質量品質，并通過計算替代值，如增壓壓力、轉速及進氣溫度等相關參數，來確定空氣質量品質，從而達到相同的效果[9]。

3 寶馬N20發動機怠速抖動故障原因診斷

3.1 空氣供給系統故障導致怠速不穩

3.1.1 進氣管及閥門的泄漏

根據ECU預存的參數調校，空氣流量與控制閥之間存在比例關系，當電子節氣門的開度變大，相應的進氣量也會快速增加。如果管路或者閥門出現泄露故障，導致預存的參數調校無法達到，進而后續的發動機內燃燒沒有充足的氧氣保證，導致發動機出現缺缸、抖動現象，嚴重時還會出現熄火。

一般而言，通常出現泄漏的位置出現在進氣管破損、進氣歧管與節氣門的接口處，卡箍常常會松動、廢氣渦輪增壓閥和曲軸箱強制通風閥密封性變差等。

3.1.2 進排氣管道或及控制執行器上積碳或積垢過多

當發動機進氣管道空氣濾芯長時間不更換，或者汽車長時間在粉塵較多的惡劣環境下行駛，會使得管道內、電子節氣門上污垢增多，進而影響氧傳感器、熱模式空氣流量計的監測信號，造成信號偏差噴油器無法計算正確的噴油量，導致缸內混合氣過濃或者過稀，由此導致發動機出現抖動。同時節氣門上的積碳也是導致發動機抖動的一個重要原因，所以平時我們要注重燃油品質和定期維護保養發動機。

3.1.3 控制怠速的傳感器及其他電路失常

控制怠速的傳感器和電路失常會引起發動機抖動，這是因為發動機是一個以傳感器信號作為參考的處理系統，若其中與怠速相關的傳感器和電路出現間歇性不工作將會引起抖動，不過在日常中，傳感器間歇性不工作不會引起發動機的劇烈抖動，發動機自診斷系統也會進行相應的調節和修復。例如電子節氣門關閉不嚴，那么發動會提高怠速轉速以應對進氣量的增加。

3.2 燃油供給系統故障導致怠速不穩

燃油系統最常見的引起怠速不穩的故障是噴油器。電磁線圈在通電的時候，會產生磁場，通過磁場的作用，能夠時噴嘴針克服彈簧的作用力，從而從閥座上抬起來，并打開噴射器排油孔。在共軌內存在高壓作用，通過排油孔，能夠將燃油高速壓入到氣缸之內。切斷供電之后，電磁線圈產生的磁場消失，從而結束燃油噴射過程，在彈簧作用力下，噴嘴針被重新壓入到閥座之內。

噴油故障分為噴油孔堵塞導致霧化不良，可燃混合氣過稀、噴油調節器故障導致噴油量過少或者過多，導致寶馬N20發動機4個氣缸內的功率相差過大，從而引起發動機劇烈抖動。另外噴油器出現故障時，還會引起發動機自診斷系統錯誤的記錄故障代碼，例如噴油器導致混合氣過濃、燃油比例過高，錯誤地把氧傳感器故障記錄，同時還會有電子燃油泵故障、燃油壓力調節器故障、輸油軟管變形等。

寶馬N20發動機燃油供給系統沒有高壓軟管，而是利用制造工藝把高壓管通過共軌形式和高壓泵整合在一起，大大提高了高壓噴射壓力，減少軟管輸送壓力的損失。類似于N55發動機使用了電磁閥噴射器。

3.3 點火系統故障導致怠速不穩

點火系統中的火花塞如果超過使用年后，火花塞之間的電極間隙或變大，引起火花質量下降，導致各缸工作時間不平衡，引起發動機抖動現象。火花塞長時間的工作在高溫高壓的環境下容易產生燒蝕現象，建議寶馬N20發動機的火花塞每隔兩年進行更換原廠件。

3.4 配氣相位失準故障導致怠速不穩

配氣相位故障主要表現在以下三個方面：

（1）凸輪軸磨損.由于長時間工作或者受到外力的撞擊導致凸輪軸出現磨損，進而導致進排氣氣門行程不足，導致發動機怠速異常抖動。

（2）VANOS 系統故障。寶馬N20發動機的VANOS 系統與凸輪軸整合在一起，若其電控調節裝置出現故障，也會引起發動機怠速不穩。

（3）正時鏈條磨損或者調校不當。導致氣門開閉時間不符合參數范圍，使得各氣缸工作不正常，引起發動機怠速不穩。

（4）氣門挺桿斷裂或者搖臂磨損嚴重。會導致氣門的開閉無法正常工作，使得進排氣行程受到影響，從而導致發動機抖動。

3.5 其他機構及電路有故障

（1）配套執行器故障。與發動機抖動相關的執行器故障主要集中在氣缸周圍，例如氣缸墊密封不嚴導致泄露、活塞環密封不嚴導致曲軸箱竄氣、活塞連桿磨損導致活塞工作不良等等類似的故障都會引起發動機產生抖動現象。

（2）電路故障。由于電控發動機是個一體化的產物，所以一旦零部件出現故障整個發動機系統將會異常，當傳感器、電路、搭鐵線出現異常時會導致部分執行機構工作異常，若發動機調節范圍超限，那么就會引起各缸的工作不穩定，從而導致發動機怠速不穩現象。

4 寶馬N20發動機維修案例分析

4.1 故障現象

一輛2012年產寶馬320轎車，使用的是當時最新款的N20高功率版發動機，目前行駛里程5.3萬公里。車主反映該車不管是熱車啟動還是冷車啟動都會出現出現怠速不穩現象，而且轉速不穩定，但是重新啟動后故障會消失，行駛中沒有出現抖動現象，儀表盤的發動機故障指示燈會亮起。

4.2 問診試車

維修人員接車后根據車主反饋的情況進行試車，發現啟動時如車主所說，在車內能感受到發動機怠速不穩，起步后進行路試發現加速無力，發動機故障燈也亮起，隨即使用寶馬專用故障診斷儀ISID查詢發動機故障代碼。

5 結語

寶馬N20發動機生產制造運用很多新技術，未來汽車電控發動機也將會越來越先進，汽車電控技術的快速發展，使得發動機動力傳輸效率變高、噴油時間更加精確、動力更加充沛、燃油消耗進一步降低。但是由于電控技術的大量使用也會給發動機的維修帶來一定難度，很多時候往往一個故障產生的原因有許多種情況，故障診斷并不像教科書似的簡單。

參考文獻：

[1]曲學敏.2013款寶馬X3掛入擋位時車身抖動[J].汽車維修技師.2016（9）：11-13.

[2]殷彬峰.2013款寶馬520Li怠速抖動[J].汽車維修技師.2017（3）：55-56.

[3]錢耀義.汽車發動機電子控制系統[J].機械工業出版社.2015（2）：1-13.