【Pico汽車示波器診斷】2018款奧迪A6L加速故障

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故障現象

一輛2018款奧迪A6L車,搭載CUH發動機,累計行駛里程約為5萬km 。車主反映,該車行駛中急加速時,偶爾加速不良,且發動機抖動嚴重。

故障診斷

接車試車,起動發動機,發動機起動時間比較長,起動著機後組合儀表上的發動機故障燈和EPC故障燈點亮。用故障檢測儀檢測,發動機控制單元(J623 )中存儲有故障代碼“ P229400 :燃油壓力調節器2電氣故障/斷路主動/靜態”(圖1 );讀取發動機數據流(圖2 ),發現燃油高壓壓力和低壓壓力均保持在7 bar (1 bar=100 kPa )左右,踩下加速踏板時也無變化,這說明高壓泵沒有工作,導致行駛中急加速時噴油量不足,引起發動機失火、抖動、加速不良。結合故障代碼P229400分析,懷疑高壓泵上的燃油計量閥(N290 )工作異常。

圖(1) 發動機控制單元中
存儲的故障代碼(截屏)

圖(2) 故障車發動機數據流(截屏)

如圖3所示,該車採用2種燃油噴射系統,一種為缸內直噴(FSI )系統,另一種為進氣歧管噴射(MPI )系統。燃油箱中的燃油由電動燃油泵(G6 )輸送至高壓泵,然後一路輸送至低壓油軌,為低壓噴油器供油;另一路經高壓泵加壓後輸送至高壓油軌,為高壓噴油器供油。電動燃油泵由燃油泵控制單元(J538 )經J623控制;高壓泵由排氣凸輪軸上的凸輪驅動,高壓燃油壓力由高壓泵上的燃油計量閥(N290 )調節。低壓油軌中的燃油壓力由低壓燃油壓力傳感器(G410 )監測,高壓油軌中的燃油壓力由高壓燃油壓力傳感器(G247 )監測。

1—電動燃油泵(G6);2—燃油計量閥(N290);3—高壓泵;4—低壓油軌;5—低壓燃油壓力傳感器(G410);6—低壓噴油器;7—高壓燃油壓力傳感器(G247);8—高壓油軌;9—高壓噴油器;10—發動機控制單元(J623);11—燃油泵控制單元(J538)。
圖(3) 故障車的燃油供給系統

J623根據發動機實際工況及內部存儲的特性曲線計算採用何種燃油噴射模式,主要有以下幾種情況。

  1. 發動機起動時,在壓縮衝程內通過FSI系統進行3次直噴。
  2. 暖機和三元催化轉化器加熱時,採用雙重直噴,分別噴入進氣和壓縮衝程,點火時刻有一定的延遲,進氣歧管翻板關閉。
  3. 當發動機冷卻液溫度高於45 ℃,且發動機處於部分負荷工況時,切換到MPI模式,進氣歧管翻板在大多數情況下保持關閉。
  4. 發動機在全負荷下運行,基於高性能需求,系統切換到FSI模式,當發動機轉速較低時,在進氣和壓縮行程中進行雙重直噴;當發動機轉速較高時,僅在進氣行程進行直噴。
  5. 若其中一個燃油噴射系統出現故障,則使用另一個系統執行應急運行功能,這樣能保證車輛仍可繼續行駛。

根據以上原理描述可知,在起動和大負荷工況時,發動機均採用FSI模式,需要建立燃油高壓,而該車在出現故障時燃油高壓無法建立,始終保持在7 bar左右,以致發動機起動時間長,且急加速時加速無力、抖動。

如圖4所示,N290由J623控制。發動機怠速時,依次在線測量N290端子1 、端子2上的電壓,均為2.5 V ;將發動機熄火,脫開N290導線連接器,測量N290的電阻,約為2 Ω,正常。脫開J623導線連接器T105 ,測量N290與J623之間的線路情況,不存在斷路、短路等情況。

圖(4) N290電路

診斷至此,用萬用表測量已無法準確判斷故障點是N290損壞,還是J623存在故障,於是決定用pico示波器測量N290的波形做進一步分析。由於該車故障是偶發的,首先用pico示波器捕捉正常情況下N290的電壓和電流波形(圖5 ),發現在J623尚未控制N290時,2根控制線上的電壓均為2.5 V ;在J623控制N290時,控制正線上的電壓在蓄電池電壓和搭鐵之間高速振盪,以此維持電磁閥約7 A的驅動電流;關閉電磁閥時,控制負線上提供一個30 V的反向電壓,使電磁閥快速關閉。

圖(5) 正常情況下N290的電壓
和電流波形(截屏)

為了看得更清楚,使用pico示波器診斷軟件上的數學通道計算控制正線電壓減去控制負線電壓,得到的波形如圖6所示,分析如下。

圖(6) N290控制正線電壓減去
控制負線電壓得到的波形(截屏)

  1. A階段之前N290未接收到J623的觸發信號,此時電壓和電流均為斷路狀態。
  2. A階段為開啟段,使用蓄電池電壓驅動N290 ,A階段的峰值電壓不能保持恆定,而是有所降低,這是J623內部升壓電路的電容電壓隨著放電逐漸降低所致。A階段的驅動電流最高為9.4 A ,由於線圈存在感抗,電流只能斜著爬升。
  3. B階段為保持段,這是N290工作的主要階段,由於銜鐵被吸引至打開位置,與線圈之間的間隙較小,採用較低電壓和較小電流即可保證電磁閥的可靠開啟。此時電壓在蓄電池電壓和搭鐵之間快速變化,利用線圈的感抗將電流保持在約7 A,這是佔空比控制方式,佔空比越大保持電流越大,佔空比越小保持電流越小。
  4. C階段和D階段為結束段,此時N290驅動信號結束,J623用一個反向電壓讓電磁閥迅速落座,電壓的幅值約為30 V。注意這不是線圈斷電瞬間的感應電壓,由於電磁鐵通電後被磁化,斷電瞬間由於感抗作用,磁性不會立刻消失,造成電磁閥斷電不利索,為了消除這個影響,驅動電路在設計時特意加了反向電壓,讓閥針快速落座。
  5. 連接著pico示波器進行路試,捕捉到故障發生瞬間N290的電壓和電流波形如圖7所示,分析認為,故障發生時J623輸出的驅動電壓不正常,導致N290沒有驅動電流,從而使高壓泵無法工作。通過之前的檢查,已經能夠排除線路對搭鐵短路的情況,因此推斷J623損壞。
圖(7) 故障發生時N290的電壓
和電流波形(截屏)

故障排除

更換J623 ,執行匹配與編程後長時間路試,故障未再出現,故障排除。