文：石也言

一、通用L3G發(fā)動機概述

1.發(fā)動機參數

2.發(fā)動機電控系統的構成及原理

別克威朗L3G發(fā)動機的電控燃油噴射系統以發(fā)動機控制單元K20為核心，控制進氣、燃油供給、點火，以及VVT閥等部件。發(fā)動機控制單元以空氣流量、節(jié)氣門位置和發(fā)動機轉速為基礎信號；以進氣溫度、冷卻液溫度和進氣壓力為調節(jié)信號；以加熱型氧傳感器為閉環(huán)控制的修正信號，在結合高壓燃油泵對噴油器Q17A、Q17B、Q17C和Q17D進行精準的燃油噴射控制，使發(fā)動機始終處于最佳點火時刻，確保油氣混合氣充分燃燒。

圖1 通用汽車L3G發(fā)動機

二、發(fā)動機怠速不穩(wěn)的定義及原因分析

1.怠速不穩(wěn)的定義

怠速是指發(fā)動機在無負荷的情況下運轉，只需克服自身內部的摩擦阻力，不對外輸出功率，維持發(fā)動機穩(wěn)定運轉的最低轉速。怠速是發(fā)動機的基本工況之一。正常工作的發(fā)動機，怠速轉速穩(wěn)定在正常范圍內，轉速表指針平穩(wěn)，各部件運轉平順，無明顯抖動和異常噪聲。如果發(fā)動機怠速時轉速無法穩(wěn)定在正常數值范圍內，轉速表指針偏擺明顯，并引起發(fā)動機或整車出現異常抖動、喘振、噪聲等現象，即可判斷為發(fā)動機怠速不穩(wěn)。

2.怠速不穩(wěn)的原因分析

由于汽油發(fā)動機是依靠各氣缸內的可燃混合氣燃燒做功輸出動力的，因此凡是能引起發(fā)動機氣缸內氣體作用力明顯改變的故障，都有可能導致發(fā)動機怠速不穩(wěn)。根據發(fā)動機的結構組成和工作原理，原因可分為兩類，即機械故障和電控系統故障。

（1）機械故障主要是指發(fā)動機機械系統存在異常。比較典型的情況是配氣、活塞連桿機構等零部件出現臟污、變形、磨損；發(fā)動機裝配有誤、回轉部件動平衡不合格；燃油供給系統堵塞或泄露、進氣系統堵塞或泄露，以及火花塞異常等。上述故障會導致氣缸功率異常變化，進而造成各氣缸的輸出功率不一致。當發(fā)動機在怠速運轉時出現各氣缸輸出功率不一致，使發(fā)動機瞬時轉速忽高忽低，就是怠速不穩(wěn)。

其他機械系統，如三元催化器或排氣管堵塞也可能引起怠速不穩(wěn)、加速無力甚至無法起動等故障。此外，變速器、離合器、空調壓縮機、轉向助力系統、發(fā)電機、水泵級油泵等有故障也會改變怠速負荷，從而引起怠速不穩(wěn)。

（2）電控系統故障是指發(fā)動機電控系統出現故障。電控系統故障會導致進氣系統的電器元件（如電子節(jié)氣門、VVT閥等）出現異常，混合氣濃度不正確、點火時刻和提前角異常等，從而間接造成各氣缸功率不均衡或不足以維持怠速運轉。電控系統故障的本質是傳感器故障、線路受到干擾，或控制單元故障導致噴油控制不正確，造成混合氣濃度錯誤，屬于怠速不穩(wěn)的間接原因。

電控系統故障主要涉及的部件包括：空氣流量計（或進氣歧管絕對壓力傳感器）、節(jié)氣門位置傳感器、加速踏板位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器以及氧傳感器等故障；相關線路出現斷路、短路、接觸不良或附近有干擾源；發(fā)動機控制單元內部故障等。隨著汽車新技術、新結構的加入，引起怠速不穩(wěn)的因素會更加復雜，因此在排除故障時須全面綜合考慮。

三、怠速故障案例

故障1

故障現象：一輛2016年產別克威朗轎車，搭載L3G發(fā)動機和手動變速器，當前行駛里程約6.9萬km。用戶反映車輛發(fā)動機怠速運轉不穩(wěn)，并發(fā)出異常噪聲。

蘇：的確，現在的人唱不出來那個味道了，水土的關系，我們的歌聲里頭有高原味。藏族歌曲里有顫音，我們羌族歌曲里也有顫音。沙朗有幾百首歌曲，羌語唱出來才好聽，如果用漢語把羌族歌曲翻譯出來的話那就別扭了，也就不能叫“羌歌”了。現代人唱不出原汁原味的沙朗歌了，只有我們才能唱出高原的味道。所以如何傳承和發(fā)揚羌族沙朗舞是個比較棘手的問題。

檢查分析：維修人員接車后首先查看了發(fā)動機的外觀，未見異常。機油、防凍液和蓄電池電壓也都正常，儀表板未見任何故障警告燈。發(fā)動機起動后怠速不穩(wěn)且抖動，偶爾還會“放炮”，踩下加速踏板，轉速可以正常升高，轉速升高后抖動和“放炮”均緩解。仔細檢查發(fā)動機，未見油跡、水跡，晃動進氣管路及各處線束插接器，均未發(fā)現松動、損壞等異常情況。連接診斷儀進行檢測，未讀取到與動力系統有關的故障碼。

分析故障現象和此前檢查的結果，初步懷疑是進、排氣系統存在故障。接下來，讀取發(fā)動機數據流，在檢查進氣系統的各項數據時發(fā)現，進氣歧管絕對壓力傳感器的數據波動超出正常范圍（26～52 kPa），達到 83 kPa，燃油導軌的壓力也比怠速正常值明顯偏高（圖2）。

圖2 怠速時不正常的數據

當轉速增加3 000 r/min時，歧管壓力和燃油導軌壓力能隨之降低，說明發(fā)動機電控沒有問題。結合異響的特點再次檢查進氣系統各部件是否存在塌陷變形、堵塞、卡箍松弛、開裂等，拆檢空氣濾清器，也未見異常。

由于別克威朗車型的發(fā)動機艙空間較狹小，于是使用聽診器對較隱蔽的部件進行噪聲定位。當檢查到炭罐電磁閥附近時，聽到吸氣的聲音尤為明顯，懷疑炭罐電磁閥及其管路泄露。拆卸相關部件后發(fā)現，與電磁閥連接的一條管路出現裂紋（圖3）。

故障排除：更換新的管路后起動發(fā)動機，故障現象消除，讀取發(fā)動機數據流也恢復了正常。

回顧總結：炭罐電磁閥用于將燃油蒸氣從蒸發(fā)排放（EVAP）炭罐吹洗至進氣歧管，直接形成可燃混合氣，進入氣缸進行燃燒，使燃油蒸汽得到充分利用。當與之有關的管路出現開裂時，會因為漏氣導致混合氣過稀，發(fā)動機氣缸內的作用力變化從而影響了怠速穩(wěn)定性，并因此產生了類似“放炮”的噪聲。

上述案例屬于典型的機械系統故障，此類問題的故障點可能會比較隱蔽，且有時會查不到故障碼。面對此類故障，需要仔細觀察和分析故障現象，并借助診斷儀讀取數據流等信息進行排查和確定故障范圍。

故障2

故障現象：一輛2016年產別克威朗轎車，搭載L3G發(fā)動機和自動變速器，當前行駛里程約2.5萬km。用戶反映車輛發(fā)動機偶爾出現怠速不穩(wěn)的現象，曾在維修店檢查過，但由于檢修時故障現象未出現，且通過診斷儀未讀取到故障代碼，因此未能徹底排除故障。

圖3 破裂的管路

檢查分析：維修人員接車后，首先觀察了車輛發(fā)動機外觀，未見油跡、水跡；機油、防凍液液位正常；蓄電池電壓也正常。起動發(fā)動機試車，起動過程順利，利用故障診斷儀檢查發(fā)動機控制系統，沒有故障碼；儀表板上沒有故障警告燈，但怠速時轉速表指針不穩(wěn)定，發(fā)動機偶爾抖動。踩下加速踏板，發(fā)動機轉速平穩(wěn)上升，且在高轉速時運轉正常，發(fā)動機工作噪聲也正常。松開加速踏板后，發(fā)動機轉速可以平穩(wěn)回落，但是回到怠速狀態(tài)時，轉速依舊不穩(wěn)定。

保持發(fā)動機運轉，讀取相關數據，未檢查到失火的記錄，推測點火系統正常。發(fā)動機數據顯示，短期燃油修正值在-26.56%～6.25%之間變化，長期燃油修正值在-15.63%～0.78%之間變化。正常情況下，發(fā)動機怠速運轉時燃油修正值應在±10%的范圍內穩(wěn)定變化。此外，故障車輛在怠速不穩(wěn)狀態(tài)下的噴油器脈寬最低為0.9 ms，正常情況下發(fā)動機在怠速運轉時噴油脈寬為2.0 ms左右。這說明發(fā)動機控制單元誤認為當前混合氣過濃，因此發(fā)指令減少了噴油量。但當前發(fā)動機怠速運轉不正常，因此推斷很可能是由于混合氣過稀。

圖4 怠速時噴油器供電電壓波形

發(fā)動機出現混合氣過稀的故障原因較多，進氣系統和燃油供給系統故障比較常見，本著先易后難的原則，先檢查進氣系統?？諝鉃V清器及管路均正常，無變形、老化、開裂、堵塞、松曠或其他異常現象；空氣流量計、進氣歧管絕對壓力傳感器和節(jié)氣門總成的外觀、線束均正常；曲軸箱通風管路和各真空管路也都正常。再次讀取空氣流量計和進氣歧管絕對壓力傳感器數據，參數均正常，且能隨著發(fā)動機轉速的變化而變化，說明這2個傳感器及相關線束無故障。

踩下加速踏板，節(jié)氣門的動作和測量數據也未見異常，至此判斷進氣系統無故障。

接下來檢查燃油系統，讀取燃油系統壓力，分別在發(fā)動機怠速和轉速為3 000 r/min時，燃油泵輸出壓力均在420 kPa左右，確定燃油泵工作正常。發(fā)動機怠速運轉時燃油導軌的壓力為17.6 MPa，然后將發(fā)動機轉速提高至3 000 r/min，數據提升到20.5 MPa，短期燃油修正為-10.16%，這表明發(fā)動機在高轉速時混合氣同樣過稀。下一步是確認造成噴油減少的原因：用萬用表測量噴油器各缸供電電壓，正常；起動發(fā)動機，檢查怠速時噴油器供電電壓波形，正常（圖4），表明噴油器本身和用電線路均正常。

與用戶溝通得知，車輛故障是偶爾出現；日常加油都是在正規(guī)加油站，油品有保障；而且不久前更換了燃油濾清器，因此排除了供油系統堵塞的可能。再對點火系統進行檢查，火花塞電極間隙正常、個別積炭較多、外觀正常，用火花塞檢測儀對每一缸進行跳火試驗，試驗結果均正常。清洗火花塞后裝回，試車發(fā)現怠速不穩(wěn)的現象有所緩解，但未消除。

仔細考慮導致發(fā)動機怠速不穩(wěn)的原因，想到間接的原因有“傳感器故障、線路受到干擾，或控制單元故障導致噴油控制不正確，造成混合氣濃度錯誤”。燃油供給系統各執(zhí)行器的信號均已檢查，接下來就需要檢查閉環(huán)控制系統中的反饋信號了。

如圖5所示，該車怠速不穩(wěn)時氧傳感器的各參數中氧傳感器1的數據變化較快，且數據有時會超出正常范圍（0.0～1.2 V）。懷疑是氧傳感器1的輸出信號異常，導致了發(fā)動機控制單元接收到了不準確的尾氣氧含量參數，從而在閉環(huán)控制過程中錯誤地減小了噴油量，使得發(fā)動機因混合氣過稀而無法保持怠速穩(wěn)定。

圖5 氧傳感器數據

圖6 氧傳感器1的波形

按照維修手冊方法及電路圖檢測氧傳感器1，首先斷開相應的B52A加熱型氧傳感器的線束插接器，將點火開關置于“ON”，測量高電平信號電路4號端子和搭鐵之間的電壓，萬用表顯示數據為1.8 V，正常。接著，查看故障診斷儀上的加熱型氧傳感器電壓數據，顯示為1.9 V（標準數據為1.7～2.1 V之間），正常。然后，在高速信號電路的4號端子和低速信號電路3號端子之間跨接一根串聯有3 A熔絲的導線，診斷儀上的加熱型氧傳感器電壓參數顯示為0，表明線路和控制單元均正常。檢測到此，可能性最大的故障點是氧傳感器1。

對氧傳感器1進行波形測量，發(fā)現氧傳感器1的波形一直保持1 V左右變化（圖6）。這顯然是一個錯誤的信號，會讓發(fā)動機控制單元認為當前的混合氣濃度過高，進而發(fā)出指令縮減噴油脈寬，降低混合氣濃度。

故障排除：拆下氧傳感器1，并更換新的傳感器之后試車，發(fā)動機怠速不穩(wěn)的故障已消失，用診斷儀讀取發(fā)動機各參數，均恢復正常。

回顧總結：怠速不穩(wěn)是汽車維修從業(yè)者在工作中經常會遇到的問題，而由氧傳感器故障導致的怠速不穩(wěn)問題可能會讓維修人員感到無從下手。因為氧傳感器即便存在故障，也可能由于并沒有完全失效而只是信號輸出不準，所以不會讀取到故障碼。

遇到發(fā)動機怠速不穩(wěn)的故障，須排查完所有直接原因，確保沒有機械故障之后，再重點檢查數據，對控制系統故障進行分析診斷，最終得出結論和制定維修方案。