電子節氣門故障免拆診斷3例

余姚東江名車專修廠 葉正祥

案例1 2008款寶馬X5車發動機偶爾無法加速

故障現象一輛2008款寶馬X5車，搭載N62發動機，累計行駛里程約為31.6萬km。該車正常行駛過程中，偶爾會出現發動機無法加速的現象，同時組合儀表上的發動機故障燈異常點亮；熄火后重新起動發動機，故障現象消失。與車主交流得知，該車因報節氣門電位計故障在其他維修廠更換過節氣門總成、節氣門導線連接器和節氣門線束，但故障未能解決，因此來我廠進行檢修。

故障診斷接車后試車，發動機加速正常。用故障檢測儀（ISTA）檢測，發現發動機控制單元（DME）中存儲有歷史故障代碼“002CF8 DME 節氣門電位計”和故障代碼“002CFA DME 節氣門電位器2”（圖1），這與車主所述吻合；執行檢測計劃，提示修理發動機線束和節氣門導線連接器（圖2），由此推斷之前的維修人員就是根據檢測計劃更換的節氣門總成、節氣門導線連接器及節氣門線束。

圖1 DME中存儲的故障代碼（截屏）

圖2 執行檢測計劃的提示（截屏）

打開發動機室蓋，檢查節氣門總成，發現之前更換的節氣門總成為拆車件（圖3），節氣門線束為自制的（圖4），直接由節氣門總成跨接至DME。是之前維修人員更換的節氣門總成、節氣門導線連接器或節氣門線束存在問題，還是另有原因呢？筆者決定用示波器檢測節氣門電位計的信號，從信號本身入手檢查。

圖3 節氣門總成為拆車件

圖4 自制的節氣門線束

查看維修資料得知，DME通過2個電位計測量節氣門的當前位置，然后通過電動機調整節氣門的位置，直到當前的節氣門開度與理論值相符。2個電位計均由DME提供5 V供電，二者的特性線彼此方向相反（圖5），電位計1的信號電壓由小到大變化，電位計2的信號電壓由大到小變化，二者信號電壓之和約為5 V。DME持續監測2個電位計的信號電壓，監測內容包括信號電壓是否在正常范圍、是否彼此可信及是否存在短路故障。如果DME監測到1個電位計的信號電壓異常，則節氣門開度最大為20%；如果DME監測到2個電位計的信號電壓均異常，此時無法對當前節氣門的位置進行識別，節氣門的控制被中斷，由復位彈簧關閉節氣門。

圖5 節氣門電位計特性線

圖6 2008款寶馬X5車節氣門控制電路

查看節氣門控制電路（圖6）可知，節氣門總成端子1輸出節氣門電位計1信號，端子4輸出節氣門電位計2信號。連接示波器，同時測量DME端子31和端子32上的節氣門電位計信號，起動發動機前后的節氣門電位計信號波形如圖7所示，加速時的節氣門電位計信號波形如圖8所示。分析圖7和圖8可知，節氣門電位計信號整體變化趨勢正常，但波形上有很多雜波，懷疑節氣門電位計信號受到了電磁干擾。筆者首先懷疑干擾是由節氣門電動機產生的，于是用示波器同時測量節氣門電位計信號、節氣門電動機電壓和電流信號（圖9）。分析圖9可知，當節氣門電動機的電壓和電流正負交替變化時，節氣門電位計信號就會受到電磁干擾，由此確定節氣門電位計的信號干擾是由節氣門電動機引起的。

圖7 起動發動機前后的節氣門電位計信號波形（截屏）

圖8 加速時的節氣門電位計信號波形（截屏）

圖9 節氣門電位計信號、節氣門電動機電壓和電流信號的波形（截屏）

故障排除為了屏蔽節氣門電動機產生的電磁干擾，分別將2根節氣門電位計信號線、2根節氣門電動機控制線做成雙絞線（圖10），然后用錫箔紙分別將2根雙絞線包裹（圖11），最后再將2根雙絞線上的錫箔紙層接搭鐵（圖12）。完成后試車，故障現象消失，再次測量節氣門電位計信號（圖13），恢復正常，故障排除。

圖10 將節氣門電位計信號線和節氣門電動機控制線做成雙絞線

圖11 將雙絞線用錫箔紙包裹

圖12 將錫箔紙層搭鐵

圖13 故障排除后的節氣門電位計信號波形（截屏）

案例2 2010款長城C30車加速無力

故障現象一輛2010款長城C30車，搭載GW4G15發動機（采用西門子電控系統），累計行駛里程約為4.6萬km，客戶進廠報修發動機加速無力。

故障診斷接車后試車，起動發動機，發動機怠速工作正常，踩下加速踏板，當發動機轉速超過2 500 r/min時，組合儀表上的黃色小扳手燈異常點亮（圖14），隨后發動機轉速自動維持在1 500 r/min。用故障檢測儀檢測，發現發動機控制單元中存儲有故障代碼“P2118 ETC位置控制器輸出信號不合理”（圖15）；記錄并清除故障代碼，發現深踩加速踏板時，故障代碼P2118再現。

分析故障代碼P2118，“ETC”是Electronic Throttle Control的英文縮寫，指的是電子節氣門；“ETC位置控制器輸出信號不合理”指的是節氣門開度信號不合理，還是節氣門電動機控制信號不合理呢？從字面上不太好理解。查閱維修資料，沒有找到故障代碼P2118的具體含義和設碼條件，但在網絡上搜索故障代碼P2118時，發現豐田車故障代碼P2118的含義為“節氣門執行器控制電動機電流范圍/性能”，這個解釋比較具體，由此推斷該車故障為節氣門電動機工作電流異常。

圖14 黃色小扳手燈異常點亮

圖15 發動機控制單元中存儲的故障代碼（截屏）

圖16 2010款長城C30車節氣門控制電路

圖17 故障車節氣門電位計信號和節氣門電動機電流波形（截屏）

查看節氣門控制電路（圖16）可知，節氣門總成端子1和端子4為節氣門電位計信號端子，端子3和端子5為節氣門電動機控制端子。連接示波器和電流鉗，同時測量節氣門電位計信號和節氣門電動機電流的波形（圖17）。分析圖17可知，怠速時節氣門電位計信號和節氣門電動機電流均無異常，急加速時節氣門電動機電流瞬間上升至3.1 A左右，緊接著降低至0 A，此時節氣門電位計1和節氣門電位計2的信號電壓變化幅度很小，約為0.1 V。節氣門電動機電流上升了，說明發動機控制單元向節氣門電動機發出了控制信號，而節氣門電位計信號幾乎無變化，要么是節氣門電位計信號錯誤，要么是節氣門翻板軸并未移動。如果是節氣門電位計信號錯誤，發動機控制單元會存儲相應的故障代碼，且2個節氣門電位計同時損壞的可能性不大，因此暫時排除節氣門電位計信號錯誤的可能；如果是節氣門翻板軸并未移動，可能的原因有節氣門電動機卡滯、傳動齒輪打滑或卡滯、節氣門翻板軸卡滯等，總之故障出在節氣門本身。拆檢節氣門體，發現傳動齒輪的部分齒已嚴重磨損（圖18），以致傳動齒輪打滑。

圖18 傳動齒輪的部分齒嚴重磨損

故障排除更換節氣門總成后試車，發動機加速正常，再次測量節氣門電位計信號和節氣門電動機電流的波形（圖19），恢復正常，故障排除。

案例3 2011款大眾速騰車EPC故障燈常亮

故障現象一輛2011款大眾速騰車，搭載CFB發動機，累計行駛里程約為13.6萬km，客戶進廠報修EPC故障燈常亮（圖20）。

故障診斷用故障檢測儀檢測，發動機控制單元中存儲了故障代碼“P0122 節氣門電位計：信號太小”（圖21）；讀取060組發動機數據流（圖22），發現節氣門電位計1（G187）信號為0.00%，節氣門電位計2（G188）信號為87.11%，異常，正常情況下二者之和約為100%，由此推斷節氣門電位計1信號異常。

查看節氣門控制電路（圖23）可知，節氣門總成端子1輸出節氣門電位計1信號，端子4輸出節氣門電位計2信號。連接探針（圖24），用示波器同時測量節氣門電位計1和節氣門電位計2的信號波形（圖25）。分析圖25可知，反復加減速時，節氣門電位計2的信號電壓在0.6 V～4.5 V變化，正常；節氣門電位計1的信號電壓始終為0 V，由此說明節氣門電位計1的信號確實異常，推斷可能的故障原因有：外部節氣門電位計1信號線路對搭鐵短路；節氣門內部的節氣門電位計1信號線路斷路或對搭鐵短路；發動機控制單元內部的節氣門電位計1信號線路對搭鐵短路。

圖19 正常車節氣門電位計信號和節氣門電動機電流波形（截屏）

圖20 EPC故障燈常亮

圖21 發動機控制單元中存儲的故障代碼（截屏）

圖22 060組發動機數據流（截屏）

圖23 2011款大眾速騰車節氣門控制電路

圖24 連接探針

圖25 節氣門電位計1和節氣門電位計2的信號波形（截屏）

圖26 測量節氣門總成端子1與搭鐵間的電阻

圖27 測量節氣門總成端子4與搭鐵間的電阻

斷開點火開關，用萬用表測量節氣門總成端子1與搭鐵間的電阻，為5.60 kΩ（圖26）；再測量節氣門總成端子4與搭鐵間的電阻，為5.57 kΩ（圖27）。由于節氣門電位計2的信號電壓正常，對比可知，節氣門電位計1的信號線路沒有對搭鐵短路，由此推斷故障是由節氣門內部的節氣門電位計1信號線路斷路引起的。

拆檢節氣門總成（圖28），發現該車的節氣門電位計并不是電路圖上所畫的滑變電阻式的，它的結構與大眾車空氣懸架系統中所采用的車身高度傳感器的結構類似；進一步檢查發現，節氣門電位計1的信號線路確實斷路（圖29）。

圖28 拆解節氣門總成

故障排除更換節氣門總成，清除故障代碼后試車，EPC故障燈不再異常點亮，故障排除。

知識拓展如圖30所示，該車節氣門電位計主要由定子和轉子組成。定子由多層電路板構成，電路板上有勵磁線圈、3個接收線圈及處理器；3個接收線圈成多角星形，相位是彼此錯開的；勵磁線圈裝在電路板的背面。轉子由一個封閉的線匝構成，線匝隨著節氣門翻板一同轉動；線匝的形狀與接收線圈的形狀是一樣的。

圖29 節氣門電位計1的信號線路斷路

圖30 節氣門電位計的結構

交變電流流過勵磁線圈，產生一個交變電磁場，其電磁感應穿過轉子，轉子中感應出的電流又會在線匝（轉子）周圍感應出一個次級交變磁場。這2個交變磁場共同作用在接收線圈上，在接收線圈內感應出交流電壓。轉子中的感應與角度位置無關，但接收線圈的感應取決于它與轉子之間的距離和其角度位置。由于角度位置不同，轉子與接收線圈的重合度就不同，因而對應角度位置的感應電壓幅值也就不同。處理器會對接收線圈的交變電壓進行整流并放大，并使得3個接收線圈的輸出電壓成比例。在分析完電壓后，分析結果轉化成節氣門電位計的輸出信號，然后送至發動機控制單元做進一步處理。