2010款伊兰特悦动车发动机怠速抖动

2022-06-28 07:27奥星越秀汽车职业培训学校任贺新
汽车维护与修理 2022年1期
关键词:火花塞波形气缸

奥星越秀汽车职业培训学校 任贺新

一辆2010款北京现代伊兰特悦动车,搭载G4FC发动机,累计行驶里程约为12万km。该车发动机怠速抖动,发动机故障灯长亮;原地急加速,发动机加速无力,同时发动机故障灯变为闪亮状态;将发动机熄火后重新起动着机,发动机故障灯又变为长亮状态。根据故障检测仪提示,维修人员确定发动机怠速抖动的原因为气缸2失火。于是尝试依次对调火花塞、点火线圈及喷油器后试车,依旧是气缸2失火。由于故障现象在急加速时表现明显,维修人员怀疑点火系统出了问题。拆下火花塞,插入点火线圈;手持点火线圈将火花塞的搭铁电极靠在气缸盖上,然后让另一名维修人员帮忙起动发动机,观察火花塞电极间的跳火强度,对比发现气缸2的火花强度较弱,维修人员据此判断点火能量不足。尝试更换点火线圈的线束,故障依旧,于是向笔者请求技术支持。

用故障检测仪检测,发动机控制单元中存储有故障代码“P0302 第2缸检测到失火”;待冷却液温度升高至90 ℃,关闭空调及大功率用电器,读取怠速时的发动机数据流,发现气缸2的失火计数在不断增多(图1),确认气缸2失火。诊断单个气缸失火类故障,应重点检查发动机工作的三要素——良好的气缸压缩、充足的点火能量和合适的空燃比。之前的维修人员已经排除了一些部件,且已确定点火能量不足,因此笔者决定从点火系统入手检测。

图1 发动机数据流中的失火数据(截屏)

由图2可知,该车点火线圈导线连接器上只有2根导线,一根是电源线,另一根是连接至发动机控制单元的控制线,用于控制初级线圈回路的接通与断开。在初级线圈回路接通时,次级线圈也会感应出1 kV~2 kV的电压,这个电压的产生时刻明显早于点火时刻,为避免此时在火花塞上发生火花放电,就在点火线圈的次级线圈电路中接入了1个二极管,也被称为抑制接通火花(EFU)二极管。

图2 点火线圈控制电路

如图3所示,该车点火功率驱动器在发动机控制单元内,它是1个绝缘栅双极型晶体管(IGBT),可以简单理解为1个电子开关,负责接通或断开初级线圈回路。IGBT有3个管脚,分别是栅极、集电极和发射极,其中栅极连接至处理器(CPU),集电极连接至点火线圈的控制线,发射极与搭铁导通。CPU向IGBT栅极输出脉冲信号,当CPU输出高电位时,IGBT接通,集电极与发射极导通,点火线圈的初级线圈回路接通;当CPU输出低电位时,IGBT断开,集电极与发射极不导通,点火线圈的初级线圈回路断开。

图3 点火功率驱动器电路示意

按照图4所示的连接方式,用pico示波器从点火线圈的控制线上测量点火波形,即初级点火电压波形。初级点火电压最高可达400 V,笔者使用的这款pico示波器最高能承受200 V电压,因此必须在示波器接口处加衰减器,以扩展示波器的量程。

图4 用pico示波器测量初级点火电压的连接方式

图5为正常气缸的初级点火电压波形,当发动机控制单元内的IGBT接通时(相当于开关闭合),初级线圈的线路形成闭合回路,初级线圈的电流开始增长,在线圈感抗的阻碍下,电流只能斜着逐渐增长,这一段称为充磁,即将电能转化为磁能存储在初级线圈内。功率管接通时间越长,初级线圈内的电流越高,存储的能量越多。充磁段结束时,IGBT切断初级线圈的回路(相当于开关断开),初级回路的电流中断,导致磁场突然消失。在这一过程中,磁力线切割初级绕组和次级绕组,在绕组中产生感应电压。由于次级绕组具有更多的匝数,因此获得了比初级绕组更高的感应电压,该电压会一直攀升,直到次级线圈的感应电压击穿火花塞间隙,随后进入燃烧阶段,一般会持续1 ms~2 ms。当能量不足以维持燃烧时,剩余能量以振荡的形式消耗掉,此时火花塞间隙相当于电容,初级线圈就是线圈,能量在两者之间反复充放电,直至消耗殆尽,一般可维持至少3次振荡。

图6为气缸2的初级点火电压波形,对比图5可以发现,气缸2的初级点火电压波形的充磁时间太短(约为600 us),击穿电压偏低(约为220 V),且没有燃烧段。由于充磁时间太短,初级线圈存储的能量不足,当IGBT切断初级线圈回路时,次级线圈感应电压不足以击穿火花塞间隙,因此没有燃烧段,残余能量直接以振荡的形式消耗掉。

图5 正常的初级点火电压波形(截屏)

图6 气缸2的初级点火电压波形(截屏)

为什么初级线圈的充磁时间短呢?怀疑发动机控制单元内的IGBT损坏了。撬开发动机控制单元外壳,用万用表分别测量4个IGBT集电极与控制气缸2点火的发动机控制单元端子之间的导通情况,找到负责气缸2点火的IGBT(图7),然后用焊台将其拆下来。用万用表测量气缸2点火IGBT栅极与发射极之间的电阻(图8),只有6.22 kΩ(IGBT栅极有极高的输入阻抗,一般为10kΩ~10kΩ,部分IGBT内部栅极与发射极之间装有下拉电阻,典型值为16 kΩ),明显偏小,说明气缸2点火IGBT损坏。

图7 气缸2点火IGBT位置

图8 测量气缸2点火IGBT栅极与发射极之间的电阻

更换气缸2点火IGBT后试车,起动发动机,发动机怠速仍抖动。用故障检测仪检测,还是存储故障代码“P0302 第2缸检测到失火”。难道发动机控制单元没修好?用pico示波器再次测量气缸2的初级点火电压波形(图9),发现充磁时间约为1.9 ms,恢复正常,但燃烧段有明显的杂波,异常。充磁段正常说明初级点火控制电路正常,燃烧段异常可能是次级点火电路(如点火线圈次级绕组、火花塞等)、混合气浓度及气缸压力等异常。本着由简入繁的诊断原则,首先拆检火花塞,发现火花塞为镍金的,其中心电极很粗,且做工比较粗糙,表面的配件号等印刷字体可以用指甲刮掉。用万用表测量火花塞连接端子与中心电极之间的电阻(图10),为0.6 Ω,这意味着火花塞内部不带电阻。火花塞内部带电阻,一方面可以降低点火时产生的电磁干扰,另一方面可以减轻电极的烧蚀。与车主沟通得知,自从上次更换火花塞后,就感觉车辆加速无力,动力不如以往;前不久跑长途回家,路上还出现过加速顿挫、发动机故障灯点亮等现象。诊断至此,推断此时的故障是由使用劣质火花塞引起的。

图9 维修发动机控制单元后气缸2的初级点火电压波形(截屏)

图10 测量故障车火花塞的电阻

调来4支全新的NGK铂金火花塞,测量火花塞的电阻,约为1.5 kΩ。安装后试车,发动机怠速平稳,加速有力。

更换气缸2点火IGBT和4支火花塞后试车,发动机怠速平稳,加速有力,故障排除。

猜你喜欢
火花塞波形气缸
基于SVD的雷达嵌入式通信波形设计方法
正面碰撞车身加速度对乘员腿部损伤的影响
通用6T系列变速器离合器鼓失效的解决方案
轿车火花塞不跳火的范例教学
拖拉机气缸垫损坏的原因及预防措施
一种发电站专用的电力输送电缆的架设设备
关于火花塞的那些事儿
任意波形编辑软件中手动任意绘制功能的设计
行车途中气缸垫被冲坏的简易诊断与处理
一道化学平衡图像的气缸题分析