寶馬N20發(fā)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(fā)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(fā)動機怠速不穩(wěn)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(fā)動機；怠速不穩(wěn)；故障診斷；案例分析

1 寶馬N20發(fā)動機的簡介

寶馬N20發(fā)動機是一款較新的發(fā)動機，其控制系統(tǒng)使用的博世MEVD17.2.4，怠速控制屬于進氣系統(tǒng)中的重要組成部分，寶馬N20發(fā)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(tǒng)）調節(jié)裝置，對怠速控制有著較好的調校。

寶馬N20發(fā)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(fā)動機搭載在寶馬X1、X3、3系、5系、Z4等車型上。

2 寶馬N20發(fā)動機怠速控制的原理

寶馬N20發(fā)動機進氣量的控制機構主要有兩個部分，其一為電子節(jié)氣門，其二為電子氣門行程控制機構。發(fā)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(jié)氣門。在其他運行狀態(tài)下，節(jié)氣門均全開，幾乎沒有節(jié)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(jié)，發(fā)動機在不同轉速下，都可以保證功率扭矩輸出的最優(yōu)均衡性。在滿負荷位置的時候，氣門行程和持續(xù)開啟時間達到了峰值，而怠速位置則達到最低值。

N20發(fā)動機怠速系統(tǒng)各部件的控制流程如下圖2-1所示：

寶馬N20發(fā)動機怠速控制器主要受車載ECU的控制。通過監(jiān)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(jié)，ECU根據車況、環(huán)境溫度適時調節(jié)怠速時的轉速，并相應地改變電子節(jié)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(fā)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(fā)動機怠速抖動故障原因診斷

3.1 空氣供給系統(tǒng)故障導致怠速不穩(wěn)

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(jié)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(xù)的發(fā)動機內燃燒沒有充足的氧氣保證，導致發(fā)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(jié)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(zhí)行器上積碳或積垢過多

當發(fā)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(huán)境下行駛，會使得管道內、電子節(jié)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(jiān)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(fā)動機出現抖動。同時節(jié)氣門上的積碳也是導致發(fā)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(yǎng)發(fā)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(fā)動機抖動，這是因為發(fā)動機是一個以傳感器信號作為參考的處理系統(tǒng)，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(fā)動機的劇烈抖動，發(fā)動機自診斷系統(tǒng)也會進行相應的調節(jié)和修復。例如電子節(jié)氣門關閉不嚴，那么發(fā)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(tǒng)故障導致怠速不穩(wěn)

燃油系統(tǒng)最常見的引起怠速不穩(wěn)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(jié)器故障導致噴油量過少或者過多，導致寶馬N20發(fā)動機4個氣缸內的功率相差過大，從而引起發(fā)動機劇烈抖動。另外噴油器出現故障時，還會引起發(fā)動機自診斷系統(tǒng)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(jié)器故障、輸油軟管變形等。

寶馬N20發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)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(fā)動機使用了電磁閥噴射器。

3.3 點火系統(tǒng)故障導致怠速不穩(wěn)

點火系統(tǒng)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(fā)動機抖動現象?；鸹ㄈL時間的工作在高溫高壓的環(huán)境下容易產生燒蝕現象，建議寶馬N20發(fā)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(wěn)

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(fā)動機怠速異常抖動。

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

（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(fā)動機怠速不穩(wěn)。

（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(fā)動機抖動。

3.5 其他機構及電路有故障

（1）配套執(zhí)行器故障。與發(fā)動機抖動相關的執(zhí)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(huán)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(fā)動機產生抖動現象。

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

4 寶馬N20發(fā)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(fā)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(wěn)現象，而且轉速不穩(wěn)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(fā)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(fā)現啟動時如車主所說，在車內能感受到發(fā)動機怠速不穩(wěn)，起步后進行路試發(fā)現加速無力，發(fā)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(fā)動機故障代碼。

5 結語

寶馬N20發(fā)動機生產制造運用很多新技術，未來汽車電控發(fā)動機也將會越來越先進，汽車電控技術的快速發(fā)展，使得發(fā)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(fā)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(fā)動機電子控制系統(tǒng)[J].機械工業(yè)出版社.2015（2）：1-13.