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ls0701

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奥迪Q5难起动

  • 2013-11-20
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故障现象:一辆2011年产奥迪Q5 运动型多功能车,搭载2.0TFSi 发动机型号为CADA,功率155 kW;8挡自动变速器,型号为0BK,行驶里程6.4万 km。用户反映该车不管是冷起动还是热起动,每次起动时间都很长。

检查分析:起动发动机,起动机运转一会,发出“咕咕”的声音,发动机才起动成功,比较其他Q5发动机起动时间,确实感觉时间长一些,与用户所描述一致。

连接德国大众VAS-6160诊断仪,进入发动机等电子控制系统,均没有发现故障码。
维修人员首先进行如下分析。
(1)气缸压力是否异常,用缸压表检查气缸压力正常,每缸均在1.0 MPa以上。
(2)火花塞,检查其刚换不久,正常。
(3)蓄电池电压12.8 V,电量正常,起动时,起动机运转有力。
(4)按照日常维修经验,大部分发动机难起动是由于电动燃油泵有问题。

当时也没仔细查阅发动机控制单元内的数据流或进行燃油泵压力测试,只是直接更换燃油箱里的电动燃油泵,换后试车,故障依旧。
为此,维修人员找到笔者去做技术支持,听完维修人员前面的排故经过,笔者认为真正故障点没找到。
在此我们有必要先来了解燃油系统的工作慨况(图1)。

图1  燃油系统组成

图1 燃油系统组成

1.低压燃油系统
为了调整燃油泵的供油量,燃油泵控制单元J538通过喷油脉宽PWM信号来控制燃油泵的供电电压,燃油泵电压在6 V到蓄电池电压12 V之间变换。修正燃油泵电压的信号由发动机控制单元J632提供。
因此,PWM信号由发动机控制单元J632传给油泵控制单元J538。燃油泵的供油量是靠发动机控制单元内的特性曲线图来控制的,供油量实际上就是燃油泵电压的函数,系统内压力不会低于400 kPa。
低压系统没有压力传感器。供油量靠发动机控制单元通过下面的方法检测:在燃油泵的工作循环内,燃油泵的供油量持续减少,直到高压系统的压力受到影响。发动机控制单元会对燃油泵的调制信号与存储在发动机控制单元内的调制信号进行比较。如果发现2个信号有偏差,以发动机控制单元内存储的为准。

2.高压泵调整原理
燃油压力调整是按需调整的。压力调整阀N276不通电的时候,电子阀是关闭的,燃油泵入高压系统,高压泵靠进气凸轮轴上四方凸轮驱动泵推杆。
为了减小凸轮轴和泵推杆之间的摩擦,凸轮通过一个圆柱滚子挺杆驱动泵推杆。高压泵以一定角度安装在缸盖罩盖上。
在打开高压系统之前,必须要卸压。以前的燃油泵可以通过拔掉压力调整阀N276的插接器实现,因为断电的电磁阀是常开的,燃油压力回流。但是在这类新型发动机上,断电的时候电磁阀是关闭的,因此不能采用以前的办法。同时还要注意由于加热造成的燃油压力升高。
高压泵:这款发动机采用第三代高压泵。高压泵由日立公司提供,其特点是泵

图2  限压阀

图2 限压阀

油冲程更小(3 mm),而且泵内集成的限压阀取代了油轨上的回油管。
限压阀:限压阀集成在高压燃油泵内(图2),作用是在发生燃油热膨胀和故障的时候,为系统提供过压保护。它是一个机械阀,在压力超过140 MPa的时候打开,燃油泵内从高压端到低压端的回流油道,然后燃油再被压回高压端。
吸油行程:吸油行程时N276通电,在磁力的作用下,进油阀克服弹簧力而打开。随着燃油泵活塞下行,在泵腔内会产生一个压降,燃油从低压端流进泵腔。

回油行程:为了让供油量符合实际需求,当燃油泵活塞上行的时候,进油阀仍然处于打开状态。
燃油泵活塞将多余的燃油压回低压端,由此而产生的压力波动会被集成在泵内的缓压器和进油管内的节流阀吸收。

泵油行程:在泵油行程的初期,燃油压力调节阀断电,使得进油阀在燃油泵腔内升高的压力和阀内的关闭弹簧共同作用下关闭。
燃油泵活塞上行在泵腔内产生压力,当压力超过油轨的内压力时,出油阀就被打开,燃油被泵入油轨。

失效影响:N276断电的时候关闭,这也就是说当这个阀失效的时候,燃油压力会一直上升,直到达到140 MPa时限压阀打开。发动机控制单元根据高压的情况匹配喷油器打开时间,同时发动机转速限定在3 000 r/min。

学习到这里,我们已经大致了解高压燃油泵的工作原理了,我们不妨根据其泵的工作原理,来做个对比试验,连接/断开N276电磁阀插接器,试起动发动机,对比一下数据流。

图3  不拔插头的起动油压

图3 不拔插头的起动油压

不拔N276电磁阀插接器:起动发动机的燃油压力是1.1 MPa(图3),高压泵输送量控制偏差达到2.78 Mpa,明显燃油压力不够,导致发动机起动困难。拔下N276电磁阀插接器:起动发动机时的燃油压力突然上升到18.6 MPa,其压力已经远远超出了14.66 Mpa, 此时尽管高压泵压力瞬间超过了140 MPa,泵内的机械限压阀还没来得及打开高压和低压端口,过压保护这时没有完全起作用,由于供油压力高所以起动发动机迅速。

图4  拔下插头的起动油压

图4 拔下插头的起动油压

通过上述比较,故障点找到了,那就是高压泵有故障。正常起动时其泵供油压力远远不够,导致起动困难,起动时间延长。

图5  故障车高压泵

图5 故障车高压泵

故障排除:更换高压泵(图5),同时测量新的N276电磁阀电阻10.2 Ω,原车N276电磁阀电阻10.4 Ω,看来N276电磁阀没有问题。
再看起动数据流,起动发动机,燃油高压压力3.9 MPa与标准压力4.0 MPa非常接近(图6),所以很容易起动发动机,故障排除。

图6  数据恢复正常

图6 数据恢复正常

回顾总结:该车型使用了新一代高压燃油泵,其泵特点是能够在不通电的状态下输出全供油量,与早期高压燃油泵控制方式正好相反。使用整体式限压阀可以取消高压共轨的回油。单柱塞高压燃油泵具有较大直径(10 mm)的泵油柱塞,有带有4个升程为3 mm凸起的凸轮驱动,这样能冷起动时快速建立起燃油压力。

根据上述诊断:原车发动机电子控制单元对N276电磁阀控制应该没有问题,所以系统没报故障码,可能是泵的进油阀关闭不严,关闭弹簧疲劳导致泄压,当然具体要分析泵的失效机理,还要拆解泵内部机械元件来看个究竟。

排故过程关键先要了解泵的工作原理以及与前期泵工作原理的区别,然后做一些插拔N276电磁阀比对试验,认真阅读数据流,分析数据差异,快速找到故障点。部分一线维修人员,遇到控制系统内无故障码的情况,就不知道从哪儿下手,只能通过逐个换件来排除故障,这样不符合当今提倡的绿色维修理念,应该是诊断为先,动手修理在后。

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