余姚東江名車專修廠 葉正祥

案例1 2008款寶馬X5車發(fā)動機(jī)偶爾無法加速

故障現(xiàn)象一輛2008款寶馬X5車，搭載N62發(fā)動機(jī)，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(xiàn)發(fā)動機(jī)無法加速的現(xiàn)象，同時組合儀表上的發(fā)動機(jī)故障燈異常點亮；熄火后重新起動發(fā)動機(jī)，故障現(xiàn)象消失。與車主交流得知，該車因報節(jié)氣門電位計故障在其他維修廠更換過節(jié)氣門總成、節(jié)氣門導(dǎo)線連接器和節(jié)氣門線束，但故障未能解決，因此來我廠進(jìn)行檢修。

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

圖1 DME中存儲的故障代碼（截屏）

圖2 執(zhí)行檢測計劃的提示（截屏）

打開發(fā)動機(jī)室蓋，檢查節(jié)氣門總成，發(fā)現(xiàn)之前更換的節(jié)氣門總成為拆車件（圖3），節(jié)氣門線束為自制的（圖4），直接由節(jié)氣門總成跨接至DME。是之前維修人員更換的節(jié)氣門總成、節(jié)氣門導(dǎo)線連接器或節(jié)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(jié)氣門電位計的信號，從信號本身入手檢查。

圖3 節(jié)氣門總成為拆車件

圖4 自制的節(jié)氣門線束

查看維修資料得知，DME通過2個電位計測量節(jié)氣門的當(dāng)前位置，然后通過電動機(jī)調(diào)整節(jié)氣門的位置，直到當(dāng)前的節(jié)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(xù)監(jiān)測2個電位計的信號電壓，監(jiān)測內(nèi)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(jiān)測到1個電位計的信號電壓異常，則節(jié)氣門開度最大為20%；如果DME監(jiān)測到2個電位計的信號電壓均異常，此時無法對當(dāng)前節(jié)氣門的位置進(jìn)行識別，節(jié)氣門的控制被中斷，由復(fù)位彈簧關(guān)閉節(jié)氣門。

圖5 節(jié)氣門電位計特性線

圖6 2008款寶馬X5車節(jié)氣門控制電路

查看節(jié)氣門控制電路（圖6）可知，節(jié)氣門總成端子1輸出節(jié)氣門電位計1信號，端子4輸出節(jié)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(jié)氣門電位計信號，起動發(fā)動機(jī)前后的節(jié)氣門電位計信號波形如圖7所示，加速時的節(jié)氣門電位計信號波形如圖8所示。分析圖7和圖8可知，節(jié)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(jié)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(jié)氣門電動機(jī)產(chǎn)生的，于是用示波器同時測量節(jié)氣門電位計信號、節(jié)氣門電動機(jī)電壓和電流信號（圖9）。分析圖9可知，當(dāng)節(jié)氣門電動機(jī)的電壓和電流正負(fù)交替變化時，節(jié)氣門電位計信號就會受到電磁干擾，由此確定節(jié)氣門電位計的信號干擾是由節(jié)氣門電動機(jī)引起的。

圖7 起動發(fā)動機(jī)前后的節(jié)氣門電位計信號波形（截屏）

圖8 加速時的節(jié)氣門電位計信號波形（截屏）

圖9 節(jié)氣門電位計信號、節(jié)氣門電動機(jī)電壓和電流信號的波形（截屏）

故障排除為了屏蔽節(jié)氣門電動機(jī)產(chǎn)生的電磁干擾，分別將2根節(jié)氣門電位計信號線、2根節(jié)氣門電動機(jī)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(xiàn)象消失，再次測量節(jié)氣門電位計信號（圖13），恢復(fù)正常，故障排除。

圖10 將節(jié)氣門電位計信號線和節(jié)氣門電動機(jī)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(jié)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(xiàn)象一輛2010款長城C30車，搭載GW4G15發(fā)動機(jī)（采用西門子電控系統(tǒng)），累計行駛里程約為4.6萬km，客戶進(jìn)廠報修發(fā)動機(jī)加速無力。

故障診斷接車后試車，起動發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)怠速工作正常，踩下加速踏板，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)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(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速自動維持在1 500 r/min。用故障檢測儀檢測，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)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(fā)現(xiàn)深踩加速踏板時，故障代碼P2118再現(xiàn)。

分析故障代碼P2118，“ETC”是Electronic Throttle Control的英文縮寫，指的是電子節(jié)氣門；“ETC位置控制器輸出信號不合理”指的是節(jié)氣門開度信號不合理，還是節(jié)氣門電動機(jī)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(shè)碼條件，但在網(wǎng)絡(luò)上搜索故障代碼P2118時，發(fā)現(xiàn)豐田車故障代碼P2118的含義為“節(jié)氣門執(zhí)行器控制電動機(jī)電流范圍/性能”，這個解釋比較具體，由此推斷該車故障為節(jié)氣門電動機(jī)工作電流異常。

圖14 黃色小扳手燈異常點亮

圖15 發(fā)動機(jī)控制單元中存儲的故障代碼（截屏）

圖16 2010款長城C30車節(jié)氣門控制電路

圖17 故障車節(jié)氣門電位計信號和節(jié)氣門電動機(jī)電流波形（截屏）

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

圖18 傳動齒輪的部分齒嚴(yán)重磨損

故障排除更換節(jié)氣門總成后試車，發(fā)動機(jī)加速正常，再次測量節(jié)氣門電位計信號和節(jié)氣門電動機(jī)電流的波形（圖19），恢復(fù)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(xiàn)象一輛2011款大眾速騰車，搭載CFB發(fā)動機(jī)，累計行駛里程約為13.6萬km，客戶進(jìn)廠報修EPC故障燈常亮（圖20）。

故障診斷用故障檢測儀檢測，發(fā)動機(jī)控制單元中存儲了故障代碼“P0122 節(jié)氣門電位計：信號太小”（圖21）；讀取060組發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)流（圖22），發(fā)現(xiàn)節(jié)氣門電位計1（G187）信號為0.00%，節(jié)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(jié)氣門電位計1信號異常。

查看節(jié)氣門控制電路（圖23）可知，節(jié)氣門總成端子1輸出節(jié)氣門電位計1信號，端子4輸出節(jié)氣門電位計2信號。連接探針（圖24），用示波器同時測量節(jié)氣門電位計1和節(jié)氣門電位計2的信號波形（圖25）。分析圖25可知，反復(fù)加減速時，節(jié)氣門電位計2的信號電壓在0.6 V～4.5 V變化，正常；節(jié)氣門電位計1的信號電壓始終為0 V，由此說明節(jié)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(jié)氣門電位計1信號線路對搭鐵短路；節(jié)氣門內(nèi)部的節(jié)氣門電位計1信號線路斷路或?qū)Υ铊F短路；發(fā)動機(jī)控制單元內(nèi)部的節(jié)氣門電位計1信號線路對搭鐵短路。

圖19 正常車節(jié)氣門電位計信號和節(jié)氣門電動機(jī)電流波形（截屏）

圖20 EPC故障燈常亮

圖21 發(fā)動機(jī)控制單元中存儲的故障代碼（截屏）

圖22 060組發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)流（截屏）

圖23 2011款大眾速騰車節(jié)氣門控制電路

圖24 連接探針

圖25 節(jié)氣門電位計1和節(jié)氣門電位計2的信號波形（截屏）

圖26 測量節(jié)氣門總成端子1與搭鐵間的電阻

圖27 測量節(jié)氣門總成端子4與搭鐵間的電阻

斷開點火開關(guān)，用萬用表測量節(jié)氣門總成端子1與搭鐵間的電阻，為5.60 kΩ（圖26）；再測量節(jié)氣門總成端子4與搭鐵間的電阻，為5.57 kΩ（圖27）。由于節(jié)氣門電位計2的信號電壓正常，對比可知，節(jié)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(jié)氣門內(nèi)部的節(jié)氣門電位計1信號線路斷路引起的。

拆檢節(jié)氣門總成（圖28），發(fā)現(xiàn)該車的節(jié)氣門電位計并不是電路圖上所畫的滑變電阻式的，它的結(jié)構(gòu)與大眾車空氣懸架系統(tǒng)中所采用的車身高度傳感器的結(jié)構(gòu)類似；進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，節(jié)氣門電位計1的信號線路確實斷路（圖29）。

圖28 拆解節(jié)氣門總成

故障排除更換節(jié)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(jié)氣門電位計主要由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子由多層電路板構(gòu)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(zhuǎn)子由一個封閉的線匝構(gòu)成，線匝隨著節(jié)氣門翻板一同轉(zhuǎn)動；線匝的形狀與接收線圈的形狀是一樣的。

圖29 節(jié)氣門電位計1的信號線路斷路

圖30 節(jié)氣門電位計的結(jié)構(gòu)

交變電流流過勵磁線圈，產(chǎn)生一個交變電磁場，其電磁感應(yīng)穿過轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出的電流又會在線匝（轉(zhuǎn)子）周圍感應(yīng)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(nèi)感應(yīng)出交流電壓。轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)與角度位置無關(guān)，但接收線圈的感應(yīng)取決于它與轉(zhuǎn)子之間的距離和其角度位置。由于角度位置不同，轉(zhuǎn)子與接收線圈的重合度就不同，因而對應(yīng)角度位置的感應(yīng)電壓幅值也就不同。處理器會對接收線圈的交變電壓進(jìn)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(jié)果轉(zhuǎn)化成節(jié)氣門電位計的輸出信號，然后送至發(fā)動機(jī)控制單元做進(jìn)一步處理。