摘要:发动机运转抖动,不仅影响车辆的舒适性,还会影响动力性、经济性以及安全性。所以不能忽略发动机抖动带来的危害。本文以4G63发动机为例,就发动机抖动的成因,进行探究,以达到举一反三的目的。 Abstract: The engine running jitte not only affects the comfort of the vehicle, but also affect the power, economy and security. So we can not ignore the harm of the engine jitte. This paper took 4G63 engine as an example and based on the causes of engine jitter to explore and achieve the purpose of drawing inferences about other cases from one instance. 关键词:发动机;运转抖动;原因分析 Key words: engine;running jitter;analysis 中图分类号:TK4文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)26-0131-02 0引言 在维修汽车的过程中,就发动机运转抖动出现的问题比较多,实践中其诊断的难度也比较大。根据本人对汽车维修的认识,以4G63发动机为例,对发动机运转抖动的成因进行分类、分析与探究,希望能对发动机的故障诊断有所启迪。 1发动机运转抖动问题的提出 2008年4月维修过一部东南汽车,车型为02款DN6440-Ⅰ,发动机型号为4G63 S4MPI,行驶里程为20万公里。故障表现:发动机怠速不稳和抖动,且在急加速过程中,有瞬间“喘息”的现象。 24G63发动机的机械特点及电控原理简介 国产4G63发动机采取单顶置凸轮轴、四缸16气门、电控多点顺序燃油喷射系统等结构。 2.1 其机械部分的特点(如图1所示)采用双平衡轴结构设计(如图1),曲轴为全平衡式,缸体为整体式主轴承盖结构(如图2所示),刚度较大,吸收和平衡曲轴运转时产生的周期性变化作用力,嘈音较小。 2.2 电控部分的原理(如图3所示)发动机ECU通过各传感器,测得发动机各种工作参数,按ECU中预先设定的控制程序,精确控制喷油器的喷油量和点火时间,使发动机在各种工况下都能获得最佳空燃比和点火提前角。 此外,电控系统通过ECU的控制程序,能实现起动加浓、暧机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制怠速断油、自动怠速控制等功能,满足发动机特殊工况下对混合气的需求,使发动机获得良好的动力性、燃油经济性和排放性能。 34G63发动机易发生运转抖动的几个方面原因 3.1 燃油供给系统引起的抖动 3.1.1 供油压力不足或油压不稳定通常由以下原因造成:①汽油滤清器过脏;②汽油泵滤网过脏;③汽油泵严重磨损;④燃油管路泄漏;⑤油压调节器内部卡滞泄压;⑥油泵控制继电器触点烧蚀产生电压降等。供油压力不足或油压不稳定时,现象为:发动机怠速不稳、动力不足、加速无力甚至熄火。 3.1.2 油压调节器内部损坏调节器内部的燃油腔与真空腔之间膜片破裂,导致燃油直接进入进气歧管,导致混合气过浓,引起发动机运转抖动,排气管冒黑烟,加速不良且在热机熄火后不易着车。 3.1.3 喷油器部分堵塞或泄漏喷油器出现部分堵塞时,会造成发动机冷机难起动、怠速不稳、加速不良、动力不足等情况的发生。当喷油器泄漏严重时,会造成冒黑烟,汽车容易在遇红灯时熄火且难以马上着车。 3.2 空气供给系统引起的抖动发动机空气供给系统主要由空气滤清器、空气流量计、进气歧管压力传感器(MAF)、节气门体、怠速控制阀、节气门位置传感器等组成。该系统引发的故障可能是单个或几个故障的组合,主要现象为怠速抖动、加速瞬间产生的抖动、动力不足、冷热难着车、噪声增大等。 具体原因分析: 3.2.1 空气滤清器过脏会使进气效率降低、过量空气系数偏低、混合气过浓、燃烧过程恶化,引起发动机运转抖动、噪声增大、动力下降、油耗增大等情况的发生。 3.2.2 空气流量计后存在漏气现象主要原因有进气软管、PCV软管、EVAP软管、喷油器密封胶圈、刹车真空助力胶管、歧管垫老化破裂、松脱、损坏等。在发动机运转时,部分空气没有经过空气流量计的检测直接进入气缸,造成混合气过稀,引起发动机抖动。 3.2.3 MAF传感器故障4G63发动机的MAF采用涡流式,集大气压力传感器BARO、进气温度传感器IAT及流量计等为一体。当MAF的信号过大时会使热车时难着车、排气管冒黑烟;而信号过小时会出现冷车难着车、急加速时有迟滞喘息现象。当MAF信号失效,超出ECU设定的正常范围时会记忆故障码,同时点亮发动机MIL故障指示灯,这时电控单元会根据TPS信号推算出发动机的大致负荷以代替MAF信号,但此时发动机的性能控制是不精确的,性能会大打折扣。 3.2.4 TPS传感器故障它内有线性电位计和怠速触点开关。主要故障:一是线性电位计接触不良,特别是电位计的前1/3段更易磨损,接触不良;二是怠速触点开关损坏;三是调整不当,引起工况不能正确识别。 主要故障现象:当电位计开度信号处于怠速工况而怠速触点开关没有接合时,则电控单元难以识别怠速工况,从而不能正确控制怠速时所需的较浓混合气,无法确保发动机的稳定运转。在这种情况下,电控单元会根据怠速时触点开关的信号以及怠速时电位计的信号,不停地交替作出调整,造成发动机怠速时“游车”;另一种情况是,怠速触点开关已闭合,但电位计开度信号输出参数偏低,此时会出现没有怠速的现象。 3.2.5 怠速控制阀故障①内部线圈断路或短路;②动作阀体卡滞;③阀体脏污等。使怠速阀效,无法稳定发动机转速而产生抖动。 3.3 点火控制系统引起的抖动 3.3.1 火花塞故障①因使用时间过长(超过10万公里)会引起严重烧蚀;②因点火电压过低、混合气过浓及压缩比失常等原因造成积炭严重;③因高温或火花塞本身质量问题造成裙部窜漏气现象;④火花塞热值选配不当等。以上问题易造成点火不良而导致发动机动力不足、油耗增加和运转抖动。 3.3.2 高压线故障高压线在使用时,发生高温老化、电阻增大、破裂、绝缘性能降低、与金属接近部位发生窜、漏电,降低了点火性能,引起发动机运转抖动。有时在怠速时正常,但在中、高速行驶时会出现“发冲”现象。 3.3.3 点火线圈故障现代汽车大多使用闭磁路点火线圈,体积小质量轻,点火能量大,工作可靠,但对于内含功率晶体管的点火线圈,在高温下长期使用容易发生晶体管点火不良的故障。 3.3.4 对于分电盘式点火系统,分电盘及分火头也较容易发生窜漏电现象。 3.3.5 对于曲轴转速传感器的诊断,要区分磁电式、霍尔式、光电式传感器,一般进行波形测试为好,点火器的工作情况也可以用两节干电池模拟点火命令进行测试。 以上点火控制系统利用发动机综合分析仪进行测试是有效的方法之一。 3.4 机械故障引起抖动的原因 3.4.1 气缸长期使用出现严重磨损,缸压低于出厂标准的75%,功率大幅降低。 3.4.2 个别气缸异常磨损,功率平衡失常。 3.4.3 凸轮轴的个别凸轮高度出现异常磨损,导致气门升程不足,引起个别缸压力偏低。 3.4.4 正时皮带过松导致跳齿,配气、点火不正时。 3.4.5 平衡轴正时安装错误。 3.4.6 气缸垫损坏,引起个别缸压力偏低,并有水温高及失水现象。 3.4.7 发动机机脚胶损坏等。 3.5 负荷增加时引起的抖动在发动机运转过程中,打开空调、大灯、转动方向盘或挂档起步时,ECU会根据请求信号,通过怠速控制阀适当提高发动机的转速,以适应负荷的增加,防止发动机抖动。对于自动变速器换档时,ECU还会适当瞬间延迟发动机的点火时间,防止换档冲击。 3.6 设定及调整不当引起的抖动①节气门位置传感器的调整不当。通常厂家已设定好,不允许再作调整。但维修时确需调整,应把握三点:一是节气门刚好处于关闭状态;二是怠速触点开关处于闭合状态,微开节气门应断开,可以通过解码器数据流观察到触点开关信号由ON-OFF,也可用万用表检测;三是节气门处于关闭位置时,其开度信号电压应在0.4-1V之间。②电控发动机的基本怠速调整不当。 3.7 排放控制系统引起的抖动EVAP、EGR、TWC三个系统是发动机排放控制系统中容易产生故障的。 3.7.1 EVAP是汽油蒸气处理装置,在达到一定条件时,把汽油蒸气有控制地吸回燃烧室燃烧其工作的时机是发动机达到一定的工作温度和发动机处于中高速运转。产生故障部位多为炭罐电磁阀卡滞,不能切断进气歧管与活性炭罐之间的管路而处于常吸状态,使空气通过活性炭罐通气孔进入进气歧管,导致发动机混合气过稀而发生抖动,在活性炭罐通气孔堵塞和油箱盖损坏的情况下,汽车高速行驶时可能会吸瘪油箱。 3.7.2 EGR是为了防止发动机高温产生NOX化合物的装置。它将部分废气引入气缸,降低燃烧温度,减少NOX的排放量废气再循环的工作时机是发动机达到一定的工作温度,且中、高速或急加速。如果EGR阀过脏,密封不严,导致废气无控制地窜入到进气歧管,发动机怠速会抖动,严重时会出现发动机加速无力。 3.7.3 TWC为三元催化转化装置它能使尾气中的有害成份HC、CO、NOX产生氧化和还原反应,转化成CO2、H2O和N2,其最容易发生的问题是堵塞,引起排气不畅,进气不足,导致燃烧恶化,使发动机运转抖动。 4故障诊断与排除 由于该车没有共振噪声,可以排除发动机的左右平衡轴有问题。首先作常规项目的检查。如调取故障码、读取数据流、检查进气系统是否漏气、清理节气门体、燃油系统油压的测试、高压线及火花塞的检测等,匀未发现有可疑之处。然后检测气缸压力,目的是检查各缸效率及动力平衡性。检测结果为:3、4缸的压力分别在950kpa,1、2缸的压力都在980kpa,比标准压力稍低一些,初步认定为正常。另外,检查正时装置各记号,结果也是正确无误。 正在感到困惑时,在后面的几次着车中,一次比一次更难着车,到了最后竟然完全不能着车。再次检查气缸压力。结果让人大吃一惊。3、4缸的压力竟然变为620kpa,1、2缸的压力也只有800kpa,再次检查正时装置,各正时标记还是正确无误。至此,决定拆检发动机了。打开气门室罩发现,当发动机处于1缸压缩上止点位置时,而1缸的进排凸轮并不与缸盖平面平行,按发动机的旋转方向看去,至少迟滞3-4齿,确认实际的配气、点火正时有问题。拆下凸轮轴皮带盘后发现定位销已被剪断,错位的痕迹确凿显现。这里需说明,大都数的发动机凸轮轴与其皮带盘的定位采用的是半圆键连接,不会产生这样的问题,而4G63发动机在这里是采用圆柱销定位的。在这种情况下,一旦皮带盘固定螺栓稍有松动,就会产生冲击载荷,造成圆柱销剪断而产生错位。如果汽车在高速行驶时发生这种情况,会造成发动机的严重损坏,甚至会产生不可预知的重大安全事故。 故障虽然找到,但诊断过程一波三折,通过此案例触发了我对4G63发动机抖动问题的探究。该案例有典型性和共性,希望可以供同行们借鉴! 5结束语 诊断和排除发动机的各种抖动故障,首先要摸清发动机的机械特点、使用与维护情况。其次,还要做好基本项目的检测,做好数据流及信号波形的测试研判,先易后难,再结合经验做好关联性的检查,从油路、电路、气路(含气缸压力)、正时、机械五个方面进行排查,就一定能够找到故障所在。找到症结所在,排除故障自然迎刃而解。
摘要:发动机运转抖动,不仅影响车辆的舒适性,还会影响动力性、经济性以及安全性。所以不能忽略发动机抖动带来的危害。本文以4G63发动机为例,就发动机抖动的成因,进行探究,以达到举一反三的目的。 Abstract: The engine running jitte not only affects the comfort of the vehicle, but also affect the power, economy and security. So we can not ignore the harm of the engine jitte. This paper took 4G63 engine as an example and based on the causes of engine jitter to explore and achieve the purpose of drawing inferences about other cases from one instance. 关键词:发动机;运转抖动;原因分析 Key words: engine;running jitter;analysis 中图分类号:TK4文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)26-0131-02 0引言 在维修汽车的过程中,就发动机运转抖动出现的问题比较多,实践中其诊断的难度也比较大。根据本人对汽车维修的认识,以4G63发动机为例,对发动机运转抖动的成因进行分类、分析与探究,希望能对发动机的故障诊断有所启迪。 1发动机运转抖动问题的提出 2008年4月维修过一部东南汽车,车型为02款DN6440-Ⅰ,发动机型号为4G63 S4MPI,行驶里程为20万公里。故障表现:发动机怠速不稳和抖动,且在急加速过程中,有瞬间“喘息”的现象。 24G63发动机的机械特点及电控原理简介 国产4G63发动机采取单顶置凸轮轴、四缸16气门、电控多点顺序燃油喷射系统等结构。 2.1 其机械部分的特点(如图1所示)采用双平衡轴结构设计(如图1),曲轴为全平衡式,缸体为整体式主轴承盖结构(如图2所示),刚度较大,吸收和平衡曲轴运转时产生的周期性变化作用力,嘈音较小。 2.2 电控部分的原理(如图3所示)发动机ECU通过各传感器,测得发动机各种工作参数,按ECU中预先设定的控制程序,精确控制喷油器的喷油量和点火时间,使发动机在各种工况下都能获得最佳空燃比和点火提前角。 此外,电控系统通过ECU的控制程序,能实现起动加浓、暧机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制怠速断油、自动怠速控制等功能,满足发动机特殊工况下对混合气的需求,使发动机获得良好的动力性、燃油经济性和排放性能。 34G63发动机易发生运转抖动的几个方面原因 3.1 燃油供给系统引起的抖动 3.1.1 供油压力不足或油压不稳定通常由以下原因造成:①汽油滤清器过脏;②汽油泵滤网过脏;③汽油泵严重磨损;④燃油管路泄漏;⑤油压调节器内部卡滞泄压;⑥油泵控制继电器触点烧蚀产生电压降等。供油压力不足或油压不稳定时,现象为:发动机怠速不稳、动力不足、加速无力甚至熄火。 3.1.2 油压调节器内部损坏调节器内部的燃油腔与真空腔之间膜片破裂,导致燃油直接进入进气歧管,导致混合气过浓,引起发动机运转抖动,排气管冒黑烟,加速不良且在热机熄火后不易着车。 3.1.3 喷油器部分堵塞或泄漏喷油器出现部分堵塞时,会造成发动机冷机难起动、怠速不稳、加速不良、动力不足等情况的发生。当喷油器泄漏严重时,会造成冒黑烟,汽车容易在遇红灯时熄火且难以马上着车。 3.2 空气供给系统引起的抖动发动机空气供给系统主要由空气滤清器、空气流量计、进气歧管压力传感器(MAF)、节气门体、怠速控制阀、节气门位置传感器等组成。该系统引发的故障可能是单个或几个故障的组合,主要现象为怠速抖动、加速瞬间产生的抖动、动力不足、冷热难着车、噪声增大等。 具体原因分析: 3.2.1 空气滤清器过脏会使进气效率降低、过量空气系数偏低、混合气过浓、燃烧过程恶化,引起发动机运转抖动、噪声增大、动力下降、油耗增大等情况的发生。 3.2.2 空气流量计后存在漏气现象主要原因有进气软管、PCV软管、EVAP软管、喷油器密封胶圈、刹车真空助力胶管、歧管垫老化破裂、松脱、损坏等。在发动机运转时,部分空气没有经过空气流量计的检测直接进入气缸,造成混合气过稀,引起发动机抖动。 3.2.3 MAF传感器故障4G63发动机的MAF采用涡流式,集大气压力传感器BARO、进气温度传感器IAT及流量计等为一体。当MAF的信号过大时会使热车时难着车、排气管冒黑烟;而信号过小时会出现冷车难着车、急加速时有迟滞喘息现象。当MAF信号失效,超出ECU设定的正常范围时会记忆故障码,同时点亮发动机MIL故障指示灯,这时电控单元会根据TPS信号推算出发动机的大致负荷以代替MAF信号,但此时发动机的性能控制是不精确的,性能会大打折扣。 3.2.4 TPS传感器故障它内有线性电位计和怠速触点开关。主要故障:一是线性电位计接触不良,特别是电位计的前1/3段更易磨损,接触不良;二是怠速触点开关损坏;三是调整不当,引起工况不能正确识别。 主要故障现象:当电位计开度信号处于怠速工况而怠速触点开关没有接合时,则电控单元难以识别怠速工况,从而不能正确控制怠速时所需的较浓混合气,无法确保发动机的稳定运转。在这种情况下,电控单元会根据怠速时触点开关的信号以及怠速时电位计的信号,不停地交替作出调整,造成发动机怠速时“游车”;另一种情况是,怠速触点开关已闭合,但电位计开度信号输出参数偏低,此时会出现没有怠速的现象。 3.2.5 怠速控制阀故障①内部线圈断路或短路;②动作阀体卡滞;③阀体脏污等。使怠速阀效,无法稳定发动机转速而产生抖动。 3.3 点火控制系统引起的抖动 3.3.1 火花塞故障①因使用时间过长(超过10万公里)会引起严重烧蚀;②因点火电压过低、混合气过浓及压缩比失常等原因造成积炭严重;③因高温或火花塞本身质量问题造成裙部窜漏气现象;④火花塞热值选配不当等。以上问题易造成点火不良而导致发动机动力不足、油耗增加和运转抖动。 3.3.2 高压线故障高压线在使用时,发生高温老化、电阻增大、破裂、绝缘性能降低、与金属接近部位发生窜、漏电,降低了点火性能,引起发动机运转抖动。有时在怠速时正常,但在中、高速行驶时会出现“发冲”现象。 3.3.3 点火线圈故障现代汽车大多使用闭磁路点火线圈,体积小质量轻,点火能量大,工作可靠,但对于内含功率晶体管的点火线圈,在高温下长期使用容易发生晶体管点火不良的故障。 3.3.4 对于分电盘式点火系统,分电盘及分火头也较容易发生窜漏电现象。 3.3.5 对于曲轴转速传感器的诊断,要区分磁电式、霍尔式、光电式传感器,一般进行波形测试为好,点火器的工作情况也可以用两节干电池模拟点火命令进行测试。 以上点火控制系统利用发动机综合分析仪进行测试是有效的方法之一。 3.4 机械故障引起抖动的原因 3.4.1 气缸长期使用出现严重磨损,缸压低于出厂标准的75%,功率大幅降低。 3.4.2 个别气缸异常磨损,功率平衡失常。 3.4.3 凸轮轴的个别凸轮高度出现异常磨损,导致气门升程不足,引起个别缸压力偏低。 3.4.4 正时皮带过松导致跳齿,配气、点火不正时。 3.4.5 平衡轴正时安装错误。 3.4.6 气缸垫损坏,引起个别缸压力偏低,并有水温高及失水现象。 3.4.7 发动机机脚胶损坏等。 3.5 负荷增加时引起的抖动在发动机运转过程中,打开空调、大灯、转动方向盘或挂档起步时,ECU会根据请求信号,通过怠速控制阀适当提高发动机的转速,以适应负荷的增加,防止发动机抖动。对于自动变速器换档时,ECU还会适当瞬间延迟发动机的点火时间,防止换档冲击。 3.6 设定及调整不当引起的抖动①节气门位置传感器的调整不当。通常厂家已设定好,不允许再作调整。但维修时确需调整,应把握三点:一是节气门刚好处于关闭状态;二是怠速触点开关处于闭合状态,微开节气门应断开,可以通过解码器数据流观察到触点开关信号由ON-OFF,也可用万用表检测;三是节气门处于关闭位置时,其开度信号电压应在0.4-1V之间。②电控发动机的基本怠速调整不当。 3.7 排放控制系统引起的抖动EVAP、EGR、TWC三个系统是发动机排放控制系统中容易产生故障的。 3.7.1 EVAP是汽油蒸气处理装置,在达到一定条件时,把汽油蒸气有控制地吸回燃烧室燃烧其工作的时机是发动机达到一定的工作温度和发动机处于中高速运转。产生故障部位多为炭罐电磁阀卡滞,不能切断进气歧管与活性炭罐之间的管路而处于常吸状态,使空气通过活性炭罐通气孔进入进气歧管,导致发动机混合气过稀而发生抖动,在活性炭罐通气孔堵塞和油箱盖损坏的情况下,汽车高速行驶时可能会吸瘪油箱。 3.7.2 EGR是为了防止发动机高温产生NOX化合物的装置。它将部分废气引入气缸,降低燃烧温度,减少NOX的排放量废气再循环的工作时机是发动机达到一定的工作温度,且中、高速或急加速。如果EGR阀过脏,密封不严,导致废气无控制地窜入到进气歧管,发动机怠速会抖动,严重时会出现发动机加速无力。 3.7.3 TWC为三元催化转化装置它能使尾气中的有害成份HC、CO、NOX产生氧化和还原反应,转化成CO2、H2O和N2,其最容易发生的问题是堵塞,引起排气不畅,进气不足,导致燃烧恶化,使发动机运转抖动。 4故障诊断与排除 由于该车没有共振噪声,可以排除发动机的左右平衡轴有问题。首先作常规项目的检查。如调取故障码、读取数据流、检查进气系统是否漏气、清理节气门体、燃油系统油压的测试、高压线及火花塞的检测等,匀未发现有可疑之处。然后检测气缸压力,目的是检查各缸效率及动力平衡性。检测结果为:3、4缸的压力分别在950kpa,1、2缸的压力都在980kpa,比标准压力稍低一些,初步认定为正常。另外,检查正时装置各记号,结果也是正确无误。 正在感到困惑时,在后面的几次着车中,一次比一次更难着车,到了最后竟然完全不能着车。再次检查气缸压力。结果让人大吃一惊。3、4缸的压力竟然变为620kpa,1、2缸的压力也只有800kpa,再次检查正时装置,各正时标记还是正确无误。至此,决定拆检发动机了。打开气门室罩发现,当发动机处于1缸压缩上止点位置时,而1缸的进排凸轮并不与缸盖平面平行,按发动机的旋转方向看去,至少迟滞3-4齿,确认实际的配气、点火正时有问题。拆下凸轮轴皮带盘后发现定位销已被剪断,错位的痕迹确凿显现。这里需说明,大都数的发动机凸轮轴与其皮带盘的定位采用的是半圆键连接,不会产生这样的问题,而4G63发动机在这里是采用圆柱销定位的。在这种情况下,一旦皮带盘固定螺栓稍有松动,就会产生冲击载荷,造成圆柱销剪断而产生错位。如果汽车在高速行驶时发生这种情况,会造成发动机的严重损坏,甚至会产生不可预知的重大安全事故。 故障虽然找到,但诊断过程一波三折,通过此案例触发了我对4G63发动机抖动问题的探究。该案例有典型性和共性,希望可以供同行们借鉴! 5结束语 诊断和排除发动机的各种抖动故障,首先要摸清发动机的机械特点、使用与维护情况。其次,还要做好基本项目的检测,做好数据流及信号波形的测试研判,先易后难,再结合经验做好关联性的检查,从油路、电路、气路(含气缸压力)、正时、机械五个方面进行排查,就一定能够找到故障所在。找到症结所在,排除故障自然迎刃而解。