2010款伊蘭特悅動車發動機怠速抖動

奧星越秀汽車職業培訓學校 任賀新

一輛2010款北京現代伊蘭特悅動車，搭載G4FC發動機，累計行駛里程約為12萬km。該車發動機怠速抖動，發動機故障燈長亮；原地急加速，發動機加速無力，同時發動機故障燈變為閃亮狀態；將發動機熄火后重新起動著機，發動機故障燈又變為長亮狀態。根據故障檢測儀提示，維修人員確定發動機怠速抖動的原因為氣缸2失火。于是嘗試依次對調火花塞、點火線圈及噴油器后試車，依舊是氣缸2失火。由于故障現象在急加速時表現明顯，維修人員懷疑點火系統出了問題。拆下火花塞，插入點火線圈；手持點火線圈將火花塞的搭鐵電極靠在氣缸蓋上，然后讓另一名維修人員幫忙起動發動機，觀察火花塞電極間的跳火強度，對比發現氣缸2的火花強度較弱，維修人員據此判斷點火能量不足。嘗試更換點火線圈的線束，故障依舊，于是向筆者請求技術支持。

用故障檢測儀檢測，發動機控制單元中存儲有故障代碼“P0302 第2缸檢測到失火”；待冷卻液溫度升高至90 ℃，關閉空調及大功率用電器，讀取怠速時的發動機數據流，發現氣缸2的失火計數在不斷增多（圖1），確認氣缸2失火。診斷單個氣缸失火類故障，應重點檢查發動機工作的三要素——良好的氣缸壓縮、充足的點火能量和合適的空燃比。之前的維修人員已經排除了一些部件，且已確定點火能量不足，因此筆者決定從點火系統入手檢測。

圖1 發動機數據流中的失火數據（截屏）

由圖2可知，該車點火線圈導線連接器上只有2根導線，一根是電源線，另一根是連接至發動機控制單元的控制線，用于控制初級線圈回路的接通與斷開。在初級線圈回路接通時，次級線圈也會感應出1 kV～2 kV的電壓，這個電壓的產生時刻明顯早于點火時刻，為避免此時在火花塞上發生火花放電，就在點火線圈的次級線圈電路中接入了1個二極管，也被稱為抑制接通火花（EFU）二極管。

圖2 點火線圈控制電路

如圖3所示，該車點火功率驅動器在發動機控制單元內，它是1個絕緣柵雙極型晶體管（IGBT），可以簡單理解為1個電子開關，負責接通或斷開初級線圈回路。IGBT有3個管腳，分別是柵極、集電極和發射極，其中柵極連接至處理器（CPU），集電極連接至點火線圈的控制線，發射極與搭鐵導通。CPU向IGBT柵極輸出脈沖信號，當CPU輸出高電位時，IGBT接通，集電極與發射極導通，點火線圈的初級線圈回路接通；當CPU輸出低電位時，IGBT斷開，集電極與發射極不導通，點火線圈的初級線圈回路斷開。

圖3 點火功率驅動器電路示意

按照圖4所示的連接方式，用pico示波器從點火線圈的控制線上測量點火波形，即初級點火電壓波形。初級點火電壓最高可達400 V，筆者使用的這款pico示波器最高能承受200 V電壓，因此必須在示波器接口處加衰減器，以擴展示波器的量程。

圖4 用pico示波器測量初級點火電壓的連接方式

圖5為正常氣缸的初級點火電壓波形，當發動機控制單元內的IGBT接通時（相當于開關閉合），初級線圈的線路形成閉合回路，初級線圈的電流開始增長，在線圈感抗的阻礙下，電流只能斜著逐漸增長，這一段稱為充磁，即將電能轉化為磁能存儲在初級線圈內。功率管接通時間越長，初級線圈內的電流越高，存儲的能量越多。充磁段結束時，IGBT切斷初級線圈的回路（相當于開關斷開），初級回路的電流中斷，導致磁場突然消失。在這一過程中，磁力線切割初級繞組和次級繞組，在繞組中產生感應電壓。由于次級繞組具有更多的匝數，因此獲得了比初級繞組更高的感應電壓，該電壓會一直攀升，直到次級線圈的感應電壓擊穿火花塞間隙，隨后進入燃燒階段，一般會持續1 ms～2 ms。當能量不足以維持燃燒時，剩余能量以振蕩的形式消耗掉，此時火花塞間隙相當于電容，初級線圈就是線圈，能量在兩者之間反復充放電，直至消耗殆盡，一般可維持至少3次振蕩。

圖6為氣缸2的初級點火電壓波形，對比圖5可以發現，氣缸2的初級點火電壓波形的充磁時間太短（約為600 us），擊穿電壓偏低（約為220 V），且沒有燃燒段。由于充磁時間太短，初級線圈存儲的能量不足，當IGBT切斷初級線圈回路時，次級線圈感應電壓不足以擊穿火花塞間隙，因此沒有燃燒段，殘余能量直接以振蕩的形式消耗掉。

圖5 正常的初級點火電壓波形（截屏）

圖6 氣缸2的初級點火電壓波形（截屏）

為什么初級線圈的充磁時間短呢？懷疑發動機控制單元內的IGBT損壞了。撬開發動機控制單元外殼，用萬用表分別測量4個IGBT集電極與控制氣缸2點火的發動機控制單元端子之間的導通情況，找到負責氣缸2點火的IGBT（圖7），然后用焊臺將其拆下來。用萬用表測量氣缸2點火IGBT柵極與發射極之間的電阻（圖8），只有6.22 kΩ（IGBT柵極有極高的輸入阻抗，一般為10kΩ～10kΩ，部分IGBT內部柵極與發射極之間裝有下拉電阻，典型值為16 kΩ），明顯偏小，說明氣缸2點火IGBT損壞。

圖7 氣缸2點火IGBT位置

圖8 測量氣缸2點火IGBT柵極與發射極之間的電阻

更換氣缸2點火IGBT后試車，起動發動機，發動機怠速仍抖動。用故障檢測儀檢測，還是存儲故障代碼“P0302 第2缸檢測到失火”。難道發動機控制單元沒修好？用pico示波器再次測量氣缸2的初級點火電壓波形（圖9），發現充磁時間約為1.9 ms，恢復正常，但燃燒段有明顯的雜波，異常。充磁段正常說明初級點火控制電路正常，燃燒段異常可能是次級點火電路（如點火線圈次級繞組、火花塞等）、混合氣濃度及氣缸壓力等異常。本著由簡入繁的診斷原則，首先拆檢火花塞，發現火花塞為鎳金的，其中心電極很粗，且做工比較粗糙，表面的配件號等印刷字體可以用指甲刮掉。用萬用表測量火花塞連接端子與中心電極之間的電阻（圖10），為0.6 Ω，這意味著火花塞內部不帶電阻。火花塞內部帶電阻，一方面可以降低點火時產生的電磁干擾，另一方面可以減輕電極的燒蝕。與車主溝通得知，自從上次更換火花塞后，就感覺車輛加速無力，動力不如以往；前不久跑長途回家，路上還出現過加速頓挫、發動機故障燈點亮等現象。診斷至此，推斷此時的故障是由使用劣質火花塞引起的。

圖9 維修發動機控制單元后氣缸2的初級點火電壓波形（截屏）

圖10 測量故障車火花塞的電阻

調來4支全新的NGK鉑金火花塞，測量火花塞的電阻，約為1.5 kΩ。安裝后試車，發動機怠速平穩，加速有力。

更換氣缸2點火IGBT和4支火花塞后試車，發動機怠速平穩，加速有力，故障排除。