現在越來越多的車輛發動機使用缸内直噴技術,也就是把噴油器像柴油機一樣安裝在燃燒室内進行噴油,通過高壓油泵把高壓燃油送到共軌管上,再通過噴油器進行噴油燃燒。這種噴油方式噴油壓力大、霧化效果好,可以有效提高發動機的動力,缺點就是噴油器容易損壞,特别是噴油嘴的孔很容易堵住。噴油器損壞後會出現發動機動力不足、抖動等現象,所以在質保期内要盡快到4S店維修。
一位車主來店進行維修,該車主反映發動機抖動,儀表上EPC燈亮起,發動機故障燈點亮。該車是大衆輝騰,車輛搭載的是3.0L的自然吸氣發動機,發動機型号是CPF,匹配六速自動變速箱(采埃孚),累計行駛184462公裡,車輛狀況如下圖所示。
故障代碼分析
連接診斷電腦讀取故障碼(如下圖所示),有這幾個故障碼:1、P215500噴射器D組供電電壓電氣故障(主動/靜态);2、P030000檢測到不發火(主動/靜态);3、P030500氣缸5檢測到不發火(主動/靜态)。
發動機抖動的原因可能是因為噴射器不工作或存在缺缸情況,P215500噴射器D組供電電壓電氣故障,噴射器也就是噴油器。噴油器裡面有電磁線圈,當線圈通電時,噴油器的針閥被打開,燃油在高壓作用下從噴孔中高速噴出,與空氣形成霧狀混合氣。供電電壓電氣故障,說明噴油器電路存在開路故障。
P030000檢測到不發火,說明ECU檢測到所有氣缸存在同時失火的現象,或ECU不能确定是哪一個氣缸失火。P030500氣缸5檢測到不發火,說明5缸存在失火情況比較多。發動機機械故障(氣缸壓力低、發動機正時不對、進氣歧管或EGR,PCV洩漏)、空氣流量計計算得出的數據錯誤。
EPC燈亮有可能是發動機機械方面導緻的,比如說進氣系統和曲軸箱強制通風系統出現洩露,發動機控制單元在檢測到這個問題後也會亮EPC燈。電子方面的原因可能是電子節氣門故障,比如節氣門因為積碳多導緻在怠速打開的角度大或卡滞,或是使用不好的燃油導緻燃燒不完全。
根據上面的分析,總結出可能的故障原因有:1、火花塞和點火線圈故障。2、噴油器和線路故障。3、發動機内部機械故障。4、發動機電腦闆壞了。
檢修點火、進氣系統
首先檢測點火系統,将五缸點火線圈插頭拔了,發動機抖動無任何變化,說明第五個氣缸沒有工作,在正常情況下拔掉點火線圈,那麼發動機抖動會加劇。将五缸的火花塞、點火線圈和四缸的火花塞、點火線圈交換,啟動後依然是五缸失火,這說明原來的火花塞和點火線圈是好的,于是排除了火花塞和點火線圈故障。
檢查發動機有無漏氣的地方,先檢查真空軟管有無開裂、彎曲的情況、檢查氣管的接頭處連接是否牢固,接着檢查空氣濾清器、節氣門體有無異物,EGR和PCV和相關的管路有無漏氣的,通過診斷電腦進入發動機控制系統檢查進氣量的數據流,結果通過上述的檢查項目發現都是正常的。
用缸壓表測量缸壓,拔下所有的噴油器和點火器的插頭,逐個拆下火花塞進行測量,每個氣缸的壓力都是在正常範圍内,各氣缸的壓力差小于100KPa,說明缸壓足夠。
通過上面的檢查,說明機械方面的問題不大,根據故障代碼的提示,感覺是噴油器這方面的問題比較大。于是将進氣歧管拆下,檢查五缸的噴油器,測量噴油器兩端的電阻為2.8Ω,電阻值正常。将五缸的噴油器和三缸的噴油器對換裝複後啟動,發動機的故障代碼顯示依然是五缸失火,那麼故障出在線路上的可能性就比較大了。
缸内直噴噴油器的檢測于是用示波器測量五缸噴油器的波形,測量結果是0V的一條直線,波形明顯不對,如下圖所示。缸内直噴的噴油器在針閥打開的瞬間ECU将電壓升壓到65V的峰值并保持0.5ms,然後在噴射周期的間隔時間段内保持12V的電壓。
為了更好的對比判斷,測量了六缸噴油器信号的輸出波形,如下圖所示,這個波形是正常的,從圖中可以看到開啟的電壓和保持電壓。
将六缸噴油器插頭拔了測量輸出波形,從下圖中可以看到峰值電壓要低一些,大約為40V,之後慢慢降低。
根據上面的波形分析出可能存在的故障原因:1、線路存在接觸不良的情況,比如線路對地短路或斷路。2、發動機電腦闆内部損壞導緻無電壓輸出。
首先測量線路,該噴油器是由兩根線控制,一根是電源線,另外一根是搭鐵線。檢測的線路,發現沒有斷路和對地短路的情況,說明線路是正常的。于是将故障點鎖定為發動機電腦闆内部故障。
發動機電腦的檢查該款車發動機電腦闆在雨刷落水闆右側,将雨刮、雨刷落水闆拆下,再拆掉雨刷電機及連接杆即可拿出發動機電腦闆。如下圖所示就是該車的發動機控制單元,也叫電腦闆,把電腦闆安裝在發動機艙内可以離傳感器和執行器近一點,可以減少很多不必要的線路連接。
從外觀上控制單元沒有發現有損傷、進水情況,檢測插頭和針腳也沒有發現彎曲變形等,于是将發動機電腦闆分解,查找具體的故障原因。根據五缸的兩個針腳測量到噴油驅動芯片之間無斷路情況,于是判定為發動機電腦闆噴油驅動芯片損壞(如下圖所示)。
故障排除
考慮到更換整個發動機控制單元的費用較高,于是決定幫車主更換發動機電腦闆噴油驅動芯片,更換噴油驅動芯片後,故障排除,故障指示燈也不在點亮。
總結反思這個車的故障主要原因是發動機控制單元的噴油驅動芯片損壞,一般情況下,修理店或者4S店如果檢測出電腦損壞都是直接更換的,很少有進行維修。其實如果是确定是電腦損壞,可以先對電腦闆進行檢修,大部分的問題是可以修複的。比如一些大功率的穩壓二極管、放大電路的電子元件等損壞等,這些問題更換即可,還是比較容易修複的。
在這個維修案例中,還需要注意的一點就是直噴噴油嘴與進氣歧管噴油嘴不同,進氣歧管(自然吸氣)的噴油嘴使用的是電磁類型的,直噴式發動機的噴油嘴是壓電式的。由于缸内直噴的發動機噴油時間是在進氣行程的時候,所以要求噴油持續的時間盡可能短一些,ECU會通過方波信号控制噴油器,使用直流轉換器再将控制信号的初始電壓轉換成65V,用于噴油器針閥的開啟,當針閥完全開啟後,隻需要比較低的電壓就可以保持針閥的開啟了。
所以對于直噴式發動機的噴油嘴,我們可以通過測量噴油器的電阻進行判斷好壞,正常情況下,噴油器兩端間的電阻應該在0.2-0.4歐左右。除此之外還可以檢查電磁閥工作電流(需要使用鉗式電流表),可以測得峰值電流是18A,保持電流是12A左右。
如果實在沒有工具進行測量,也可以給噴油器通12V的電進行驅動來判斷噴油器的工作狀況,但是這個驅動的時間不要太長,太長時間會引起噴油器的損壞。以上的方法适用于沒有示波器的情況下對噴油器的判斷,大家可以靈活運用。
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