2019款奔馳GLE450發動機抖動

◆文/河南 劉勤中

故障現象

一輛2019款奔馳GLE450 4MATIC(CODE 809)，搭載256 930型發動機，VIN/FIN碼為 WDC1671591A＊＊＊＊＊＊，行駛里程為479km。車主反映該車發動機抖動、發動機故障燈亮、動力不足，被救援拖車拉到店內進行檢修。

故障診斷與排除

詢問車主得知，故障出現前該車沒有任何異響、異味等異常現象，故障當天大概行駛了10km左右，突然出現上述故障現象。

試車發現發動機怠速時抖動明顯、發動機故障燈常亮、起步無力，且怠速狀態下有時發動機會自動熄火，儀表上有“盲點輔助停止運作”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缸發動機，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-發電機(ISG)和48V電動螺旋式空調壓縮機，首次實現無皮帶式發電機，并且通過使用48V電動輔助空氣壓縮機和高性能渦輪增壓器，加上集成式啟動-發電機產生的助力效果，實現在整個轉速范圍內出色的響應特性。與M276相比，二氧化碳減少約20%，油耗與4缸發動機相似，輸出功率增加15%以上，達到8缸發動機的水平。

M256型發動機采用4氣門，通過帶液壓氣門間隙補償功能的滾子搖臂實現氣門控制。進氣和排氣凸輪軸具有一個同軸液壓凸輪軸調節器，用于個性化和連續地調節高達40°的曲軸轉角(CKA)。進氣凸輪軸集成了奔馳CAMTRONIC可變氣門控制系統，可實現兩級式氣門升程轉換。通過將凸輪軸切換至更短的行程，提前關閉進氣門，可優化部分負荷范圍內的換氣，在1 000～4 000r/min的轉速范圍內將氣門升程切換至最小凸輪行程。發動機控制單元通過氣門升程脈沖寬度調制信號促動3個汽缸進氣可變氣門升程系統(CAMTRONIC)促動器，在此過程中，相應促動器中的線圈通電，且挺桿移動到凸輪軸上的相應曲線軌道中，借助凸輪軸的轉動和曲線軌道的形狀，凸輪軸沿軸向運動，且較小的凸輪作用在進氣門上。曲線軌道的凸起可以使氣門挺桿返回至默認位置。為將凸輪軸復位至長沖程，則第二個氣門挺桿移至相應的曲線軌道，且以相同方式復位。通過集成在相應促動器中的霍爾傳感器確定挺桿位置，并將信號傳送回發動機控制單元。對于6缸發動機，每兩個汽缸使用一個執行器，凸輪轉換在凸輪軸轉動360°期間、在凸輪無負荷基圓區域內實現。圖1為奔馳進氣凸輪軸CAMTRONIC調節系統結構示意圖，圖2為凸輪軸DVVT和CAMTRONIC系統的工作原理。

圖1 進氣凸輪軸CAMTRONIC調節系統結構

排氣凸輪軸沒有CAMTRONIC系統，采用空心凸輪軸結構，凸輪塊和凸輪軸位置傳感器信號靶輪通過燒結的方式連接到空心芯軸上，從而大幅降低凸輪軸的質量及轉動慣量，使凸輪軸整體強度高，制造成本低。

圖2 凸輪軸DVVT和CAMTRONIC系統的工作原理

圖3 故障車怠速時節氣門開度

圖4 故障車怠速時節氣門下游的壓力

連接診斷儀進行快速測試，發動機控制單元N3/10設置了故障碼：P050500-怠速轉速調節存在功能故障；P061A28-控制單元扭矩調節存在故障，信號偏移在允許范圍之外；另外還存有與失火相關的故障碼：P030000、P030001、P030500、P030300、P030600、P030400、P031600、P030004。

傳動系統控制單元N127設置了故障碼P061B62-控制單元扭矩計算存在故障，信號比較有故障；左后和右后集成雷達傳感器B92/6和B92/11都設置了故障碼U0416FB-從牽引系統控制單元接收到不可信數據。

查看發動機控制單元N3/10的實際值，怠速時節氣門的開度為12.7°(圖3)，而正常車怠速時為8.3°；怠速時節氣門下游的壓力為967.0hPa(圖4)，而正常車怠速時為290～300hPa；原地加油門后發現故障記錄器中3、4、5、6缸均有故障的記錄(圖5)。

此款發動機有運轉平穩性控制功能，可降低發動機轉速在750～2 600r/min范圍內的任何不平穩運轉。為了檢測燃燒點火不良，內燃機控制單元評估來自曲軸霍爾傳感器的發動機轉速信號，每次燃燒都在曲軸多極輪處產生1個加速度，如果出現燃燒點火不良，多極輪轉動明顯變慢，直至下1次燃燒，發動機扭矩也隨之出現1次波動。如果未燃燒的燃油會進入催化轉換器氧化和燃燒，催化轉換器可能會因為過熱而損壞。為了避免上述不良情況的產生，發動機控制單元在檢測到燃燒點火不良時會干預發動機運轉，以達到運轉平穩性控制的目的。圖6所示為曲軸加速度平穩運轉信號的三種不同波形。

圖5 原地加油門后故障車的故障記錄

如果檢測到發動機存在燃燒點火不良的可能原因及影響因素有:發動機轉速和發動機負荷、點火系統故障、冷卻液溫度、燃油噴射系統故障、路面顛簸、發動機機械部件故障、噴射和點火順序的同步、燃油不足、發動機平穩運轉特性。圖7所示為發動機運轉平穩性控制功能的原理圖。

圖6 故障車型曲軸加速度平穩運轉信號波形圖

平穩運轉控制檢測到燃燒點火不良時，相關噴油器會在出現特定次數燃燒點火不良后停用。在四缸發動機中，可一次停用最多兩個噴油器；在六缸發動機中，可一次停用最多三個噴油器。

圖7 發動機運轉平穩性控制功能的原理圖

根據故障現象、發動機控制原理以及實際值進行分析，導致發動機抖動的可能原因有：油品質量問題、節氣門卡滯、進氣系統泄漏、壓力傳感器失準、配氣機構故障、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；

促動節氣門發現，XENTRY可以促動的范圍是20°～90°，也就是最小的促動角度是20°，無法促動20°以下的角度。促動過程中節氣門電壓信號連續變化，未見異常。嘗試進行斷電，故障依舊。嘗試斷開節氣門插頭，發動機仍然抖動，故障依舊。嘗試斷開B28/27節氣門下游的壓力和溫度傳感器，故障依舊。拆下每個汽缸的火花塞檢查，未見明顯差別和異常(圖8)

用內窺鏡檢查4缸汽缸壁，未見異常，兩個進氣門未見異常，但是觀察氣門發現兩個排氣門的開度明顯不同，一個開度很大，一個在關閉位置附近，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缸進氣凸輪上方的CAMTRONIC促動器和5-6缸的促動器觀察，未見進氣凸輪軸、搖臂、氣門存在異常情況。因為距離較遠，從CAMTRONIC促動器安裝口和機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，內窺鏡也無法到達；測量各缸的汽缸壓力發現1、2、3缸的壓力達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缸的某個排氣氣門搖臂脫落或斷裂，導致4缸無缸壓，于是決定拆下氣門室蓋進行檢查，結果發現4缸排氣凸輪軸靠前的凸輪塊已開裂，并且移位，對應的搖臂已脫落(圖10)。

圖10 故障車上的凸輪塊開裂

進一步拆檢汽缸蓋發現，4缸的排氣門已彎曲變形，對應的活塞頂部也有明顯的碰撞痕跡，彎曲的排氣門還導致了汽缸蓋的損傷(圖11)。拆下彎曲的排氣門，換上新的排氣門，發現氣門在氣門導管中上下移動時阻力較大，說明氣門導管也受損變形了。

圖11 故障車上氣門損傷實況

綜合分析該車的故障原因是：4缸的1個排氣凸輪開裂、損壞，導致相應的排氣搖臂脫落，但是仍然壓著排氣門，從而 4缸排氣門關閉不嚴，并與上行的活塞發生撞擊而變形，始終無法關閉，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，造成發動機不平穩、抖動和熄火。由于該車行駛里程很少，所以向廠家申請直接更換發動機總成。

維修小結

因為快速測試結果除發動機控制單元設置了失火及怠速調節和扭矩故障的故障碼以外，傳動系統控制單元N127設置了控制單元扭矩計算存在故障的故障碼，左后和右后集成雷達傳感器B92/6和B92/11設置了從牽引系統控制單元接收到不可信數據的故障碼，而傳動系統控制單元N127的首要任務就是牽引力管理，所以在對快速測試結果進行初步分析時，筆者曾懷疑N127某些輸入信號異常，比如油門踏板傳感器信號異常，或者N127模塊本身故障。但在查看發動機實際值后，才將檢查重點放到了汽缸失火的方向上，個別汽缸不工作或工作不良，最終導致怠速控制失調，扭矩不穩定。