◆文/河南 劉勤中

故障現(xiàn)象

一輛2019款奔馳GLE450 4MATIC(CODE 809)，搭載256 930型發(fā)動(dòng)機(jī)，VIN/FIN碼為 WDC1671591A＊＊＊＊＊＊，行駛里程為479km。車主反映該車發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈亮、動(dòng)力不足，被救援拖車?yán)降陜?nèi)進(jìn)行檢修。

故障診斷與排除

詢問車主得知，故障出現(xiàn)前該車沒有任何異響、異味等異?，F(xiàn)象，故障當(dāng)天大概行駛了10km左右，突然出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象。

試車發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)抖動(dòng)明顯、發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈常亮、起步無力，且怠速狀態(tài)下有時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)熄火，儀表上有“盲點(diǎn)輔助停止運(yùn)作”的故障文字提示。另外，排氣管有明顯的“突突”聲；此車加裝有行車記錄儀。

此車裝配M256型直列6缸發(fā)動(dòng)機(jī)，帶有48V電氣化裝置，通過顯著的能量回收功能，使得油耗明顯降低。通過采用位于飛輪處的集成式啟動(dòng)-發(fā)電機(jī)(ISG)和48V電動(dòng)螺旋式空調(diào)壓縮機(jī)，首次實(shí)現(xiàn)無皮帶式發(fā)電機(jī)，并且通過使用48V電動(dòng)輔助空氣壓縮機(jī)和高性能渦輪增壓器，加上集成式啟動(dòng)-發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的助力效果，實(shí)現(xiàn)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)出色的響應(yīng)特性。與M276相比，二氧化碳減少約20%，油耗與4缸發(fā)動(dòng)機(jī)相似，輸出功率增加15%以上，達(dá)到8缸發(fā)動(dòng)機(jī)的水平。

M256型發(fā)動(dòng)機(jī)采用4氣門，通過帶液壓氣門間隙補(bǔ)償功能的滾子搖臂實(shí)現(xiàn)氣門控制。進(jìn)氣和排氣凸輪軸具有一個(gè)同軸液壓凸輪軸調(diào)節(jié)器，用于個(gè)性化和連續(xù)地調(diào)節(jié)高達(dá)40°的曲軸轉(zhuǎn)角(CKA)。進(jìn)氣凸輪軸集成了奔馳CAMTRONIC可變氣門控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)式氣門升程轉(zhuǎn)換。通過將凸輪軸切換至更短的行程，提前關(guān)閉進(jìn)氣門，可優(yōu)化部分負(fù)荷范圍內(nèi)的換氣，在1 000～4 000r/min的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)將氣門升程切換至最小凸輪行程。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過氣門升程脈沖寬度調(diào)制信號(hào)促動(dòng)3個(gè)汽缸進(jìn)氣可變氣門升程系統(tǒng)(CAMTRONIC)促動(dòng)器，在此過程中，相應(yīng)促動(dòng)器中的線圈通電，且挺桿移動(dòng)到凸輪軸上的相應(yīng)曲線軌道中，借助凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和曲線軌道的形狀，凸輪軸沿軸向運(yùn)動(dòng)，且較小的凸輪作用在進(jìn)氣門上。曲線軌道的凸起可以使氣門挺桿返回至默認(rèn)位置。為將凸輪軸復(fù)位至長沖程，則第二個(gè)氣門挺桿移至相應(yīng)的曲線軌道，且以相同方式復(fù)位。通過集成在相應(yīng)促動(dòng)器中的霍爾傳感器確定挺桿位置，并將信號(hào)傳送回發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。對(duì)于6缸發(fā)動(dòng)機(jī)，每兩個(gè)汽缸使用一個(gè)執(zhí)行器，凸輪轉(zhuǎn)換在凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)360°期間、在凸輪無負(fù)荷基圓區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)。圖1為奔馳進(jìn)氣凸輪軸CAMTRONIC調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為凸輪軸DVVT和CAMTRONIC系統(tǒng)的工作原理。

圖1 進(jìn)氣凸輪軸CAMTRONIC調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

排氣凸輪軸沒有CAMTRONIC系統(tǒng)，采用空心凸輪軸結(jié)構(gòu)，凸輪塊和凸輪軸位置傳感器信號(hào)靶輪通過燒結(jié)的方式連接到空心芯軸上，從而大幅降低凸輪軸的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使凸輪軸整體強(qiáng)度高，制造成本低。

圖2 凸輪軸DVVT和CAMTRONIC系統(tǒng)的工作原理

圖3 故障車怠速時(shí)節(jié)氣門開度

圖4 故障車怠速時(shí)節(jié)氣門下游的壓力

連接診斷儀進(jìn)行快速測(cè)試，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元N3/10設(shè)置了故障碼：P050500-怠速轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)存在功能故障；P061A28-控制單元扭矩調(diào)節(jié)存在故障，信號(hào)偏移在允許范圍之外；另外還存有與失火相關(guān)的故障碼：P030000、P030001、P030500、P030300、P030600、P030400、P031600、P030004。

傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元N127設(shè)置了故障碼P061B62-控制單元扭矩計(jì)算存在故障，信號(hào)比較有故障；左后和右后集成雷達(dá)傳感器B92/6和B92/11都設(shè)置了故障碼U0416FB-從牽引系統(tǒng)控制單元接收到不可信數(shù)據(jù)。

查看發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元N3/10的實(shí)際值，怠速時(shí)節(jié)氣門的開度為12.7°(圖3)，而正常車怠速時(shí)為8.3°；怠速時(shí)節(jié)氣門下游的壓力為967.0hPa(圖4)，而正常車怠速時(shí)為290～300hPa；原地加油門后發(fā)現(xiàn)故障記錄器中3、4、5、6缸均有故障的記錄(圖5)。

此款發(fā)動(dòng)機(jī)有運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性控制功能，可降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在750～2 600r/min范圍內(nèi)的任何不平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。為了檢測(cè)燃燒點(diǎn)火不良，內(nèi)燃機(jī)控制單元評(píng)估來自曲軸霍爾傳感器的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，每次燃燒都在曲軸多極輪處產(chǎn)生1個(gè)加速度，如果出現(xiàn)燃燒點(diǎn)火不良，多極輪轉(zhuǎn)動(dòng)明顯變慢，直至下1次燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩也隨之出現(xiàn)1次波動(dòng)。如果未燃燒的燃油會(huì)進(jìn)入催化轉(zhuǎn)換器氧化和燃燒，催化轉(zhuǎn)換器可能會(huì)因?yàn)檫^熱而損壞。為了避免上述不良情況的產(chǎn)生，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元在檢測(cè)到燃燒點(diǎn)火不良時(shí)會(huì)干預(yù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性控制的目的。圖6所示為曲軸加速度平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)的三種不同波形。

圖5 原地加油門后故障車的故障記錄

如果檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)存在燃燒點(diǎn)火不良的可能原因及影響因素有:發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、點(diǎn)火系統(tǒng)故障、冷卻液溫度、燃油噴射系統(tǒng)故障、路面顛簸、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械部件故障、噴射和點(diǎn)火順序的同步、燃油不足、發(fā)動(dòng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)特性。圖7所示為發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性控制功能的原理圖。

圖6 故障車型曲軸加速度平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)波形圖

平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)控制檢測(cè)到燃燒點(diǎn)火不良時(shí)，相關(guān)噴油器會(huì)在出現(xiàn)特定次數(shù)燃燒點(diǎn)火不良后停用。在四缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，可一次停用最多兩個(gè)噴油器；在六缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，可一次停用最多三個(gè)噴油器。

圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性控制功能的原理圖

根據(jù)故障現(xiàn)象、發(fā)動(dòng)機(jī)控制原理以及實(shí)際值進(jìn)行分析，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)的可能原因有：油品質(zhì)量問題、節(jié)氣門卡滯、進(jìn)氣系統(tǒng)泄漏、壓力傳感器失準(zhǔn)、配氣機(jī)構(gòu)故障、軟件故障。

詢問車主得知，提車加油后沒有再加過汽油，不存在燃油品質(zhì)的問題；抽出部分燃油觀察，燃油的氣味和顏色均未見異常；

促動(dòng)節(jié)氣門發(fā)現(xiàn)，XENTRY可以促動(dòng)的范圍是20°～90°，也就是最小的促動(dòng)角度是20°，無法促動(dòng)20°以下的角度。促動(dòng)過程中節(jié)氣門電壓信號(hào)連續(xù)變化，未見異常。嘗試進(jìn)行斷電，故障依舊。嘗試斷開節(jié)氣門插頭，發(fā)動(dòng)機(jī)仍然抖動(dòng)，故障依舊。嘗試斷開B28/27節(jié)氣門下游的壓力和溫度傳感器，故障依舊。拆下每個(gè)汽缸的火花塞檢查，未見明顯差別和異常(圖8)

用內(nèi)窺鏡檢查4缸汽缸壁，未見異常，兩個(gè)進(jìn)氣門未見異常，但是觀察氣門發(fā)現(xiàn)兩個(gè)排氣門的開度明顯不同，一個(gè)開度很大，一個(gè)在關(guān)閉位置附近，明顯不正常。

圖8 故障車上的火花塞

從氣門室蓋上拆下3-4缸進(jìn)氣凸輪上方的CAMTRONIC促動(dòng)器和5-6缸的促動(dòng)器觀察，未見進(jìn)氣凸輪軸、搖臂、氣門存在異常情況。因?yàn)榫嚯x較遠(yuǎn)，從CAMTRONIC促動(dòng)器安裝口和機(jī)油加注口除均無法直接觀察4缸排氣凸輪軸、搖臂及排氣門的情況，內(nèi)窺鏡也無法到達(dá)；測(cè)量各缸的汽缸壓力發(fā)現(xiàn)1、2、3缸的壓力達(dá)13bar(1bar=100kPa)，正常，4缸無缸壓，5缸和6缸壓力偏低(圖9)

圖9 故障車各缸壓力值

綜合分析是4缸的某個(gè)排氣氣門搖臂脫落或斷裂，導(dǎo)致4缸無缸壓，于是決定拆下氣門室蓋進(jìn)行檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)4缸排氣凸輪軸靠前的凸輪塊已開裂，并且移位，對(duì)應(yīng)的搖臂已脫落(圖10)。

圖10 故障車上的凸輪塊開裂

進(jìn)一步拆檢汽缸蓋發(fā)現(xiàn)，4缸的排氣門已彎曲變形，對(duì)應(yīng)的活塞頂部也有明顯的碰撞痕跡，彎曲的排氣門還導(dǎo)致了汽缸蓋的損傷(圖11)。拆下彎曲的排氣門，換上新的排氣門，發(fā)現(xiàn)氣門在氣門導(dǎo)管中上下移動(dòng)時(shí)阻力較大，說明氣門導(dǎo)管也受損變形了。

圖11 故障車上氣門損傷實(shí)況

綜合分析該車的故障原因是：4缸的1個(gè)排氣凸輪開裂、損壞，導(dǎo)致相應(yīng)的排氣搖臂脫落，但是仍然壓著排氣門，從而 4缸排氣門關(guān)閉不嚴(yán)，并與上行的活塞發(fā)生撞擊而變形，始終無法關(guān)閉，所以4缸無缸壓，無法正常工作，并且影響到相近汽缸的配氣，造成發(fā)動(dòng)機(jī)不平穩(wěn)、抖動(dòng)和熄火。由于該車行駛里程很少，所以向廠家申請(qǐng)直接更換發(fā)動(dòng)機(jī)總成。

維修小結(jié)

因?yàn)榭焖贉y(cè)試結(jié)果除發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元設(shè)置了失火及怠速調(diào)節(jié)和扭矩故障的故障碼以外，傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元N127設(shè)置了控制單元扭矩計(jì)算存在故障的故障碼，左后和右后集成雷達(dá)傳感器B92/6和B92/11設(shè)置了從牽引系統(tǒng)控制單元接收到不可信數(shù)據(jù)的故障碼，而傳動(dòng)系統(tǒng)控制單元N127的首要任務(wù)就是牽引力管理，所以在對(duì)快速測(cè)試結(jié)果進(jìn)行初步分析時(shí)，筆者曾懷疑N127某些輸入信號(hào)異常，比如油門踏板傳感器信號(hào)異常，或者N127模塊本身故障。但在查看發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際值后，才將檢查重點(diǎn)放到了汽缸失火的方向上，個(gè)別汽缸不工作或工作不良，最終導(dǎo)致怠速控制失調(diào)，扭矩不穩(wěn)定。