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技师论文大众汽油缸内直喷系统常见故障诊断

技师论文--大众汽油缸内直喷系统常见故障诊断

大众汽油缸内直喷系统常见故障诊断

摘要：

汽油缸内直喷技术的产生是对传统汽油进气歧管内喷射发动机的又一次革命，代表着未来一段时期内汽油供给系统的发展方向，对我们汽车维修人员也是一个新的研究课题。

本文以上海大众车型为例，介绍了燃油供给系统比较集中的几种故障现象和诊断方法，以及在今后诊断维修工作中的注意事项。

关键词：

缸内直喷结构故障诊断

一、引言

传统汽油进气歧管内喷射的发动机，已经不能满足日益严格的排放法规和车主对燃油经济性的要求，改变传统汽油机的燃烧方式，以获得更高的燃油经济性和更低的排放水平，是当今世界各大汽车制造厂都在积极研究的课题之一。

大众汽车汽油缸内直喷技术的研发成功，推动了发动机燃油供给系统一次技术革命。

该技术相比较于传统发动机，可以最多节省20%左右的燃油，并且有效的降低废气排放，在同样的排量下功率和扭矩更大。

采用该技术的发动机除了燃油供给系统，其他的控制系统和传统发动机的结构、原理及诊断方法基本一致。

本文针对缸内燃油直喷技术发动机的燃油供给系统在结构、原理和故障诊断方法上进行一些探讨。

二、汽油缸内直喷系统结构特点

上海大众目前使用汽油缸内直喷发动机的车辆，其汽油缸内直喷系统，按照压力又可分为低压部分燃油供给系统，和高压部分燃油喷射系统两个部分。

低压系统负责向高压系统供给一定压力和流量的燃油,高压系统负责将燃油压力加压到气缸压力的数倍，通过燃油分配器①输送到喷油嘴直接向气缸内喷射。

低压部分的油压和高压部分的油压，都是发动机控制单元根据不同工况所需油压不同，在一定范围内进行控制，真正做到按需供给。

低压部分燃油供给系统包括电子燃油泵、燃油滤清器、燃油计量阀、管路、燃油泵控制模块等部件。

电子油泵一般在安装在油箱内，车辆在行驶中，由发动机控制单元根据车辆所处工况发动机所需的油压，将脉冲信号输送给电子油泵控制模块，再由其控制电子油泵调节燃油输送，使低压油路油压调节范围保持在4bar至7bar之间。

高压部分燃油喷射系统包括高压燃油泵、高压燃油管路、燃油分配器、燃油压力传感器、燃油压力调节器、限压阀、高压喷嘴等。

上海大众汽车目前三种不同排量的发动机安装三种不同型号的高压油泵，但总体结构和控制原理基本一致。

高压燃油泵结构上一般由单体柱塞泵、燃油调节阀和脉动缓冲器、限压阀等组成为一总成件，安装位置在发动机缸盖上，由凸轮轴直接驱动。

泵油压力取决于发动机转速和控制单元对燃油压力调节阀的控制。

排量1.4升CFB发动机油轨压力调节在40bar至120bar之间；排量1.8升CEA发动机和排量2.0升CGM发动机，油轨压力调节在40bar至150bar之间。

压力调节阀属于脉冲式电磁阀，根据发动机控制单元指令调节高压油泵的油压。

限压阀属于安全装置，在油压电控系统失效的情况下，当燃油分配器中油压超过限制时限压阀自动打开，过量的燃油流回低压侧，以保护高压燃油组件。

高压油泵的工作过程有吸油冲程（汽油进入柱塞泵）、燃油回送（多余的燃油由柱塞泵重新压回低压油路）、和燃油输送（进入油轨）冲程。

高压油泵产生的高压燃油流进燃油分配器存储，燃油分配器向喷油嘴提供提供高压燃油。

喷油嘴作为燃油喷射的最终执行元件，安装位置在缸盖上，头部深入到燃烧室内，可以把高压燃油直接喷入燃烧室，其工作环境较为恶劣，也是高压部分故障率较高的部件。

喷油电压不是电瓶电压，而是由直流转换器将控制电压转换成约90伏的高电压，这个高电压可以加速喷油器开启的时间，当喷油阀针完全开启后，只需要30伏的电压和3-4安培的电流就可以使喷油器针阀保持在完全开启的位置上。

（下图为高压油泵）

三、汽油缸内直喷系统常见故障案例分析与诊断（以上海大众车型为例）

上海大众汽车目前采用汽油缸内直喷的发动机主要有三款，型号分别是CFB、CEA、CGM，排量分别是1.4L、1.8L、2.0L，经过近几年的维修经验总结，汽油缸内直喷系统的故障主要集中在三部分：

一是喷油系统压力不正常故障（偏高或偏低），故障现象有发动机无法启动、动力不足、输出转速受限制和发动机运转声音大等，原因主要有低压油路压力不足、高压油路压力偏低和偏高等引起；二是喷油嘴喷油不良故障，故障现象有怠速不稳、加速偶尔发冲，原因主要有喷油嘴喷油不畅导致喷油量不足、不喷油和喷油嘴卡滞滴漏等引起；三是汽油品质导致的故障，故障现象有怠速不稳、加速不良、尾气排放灯亮，故障原因是该款发动机对油品要求较高，使用汽油品质不良造成发动机早燃、甚至活塞热裂等故障。

以下是几个具体案例。

案例一：

一辆全新帕萨特1.8TSI发动机型号CEA，行驶里程15810公里，出现行驶中熄火再也无法启动现象。

故障诊断:

启动发动机，发现起动机运转良好，电量充足，油量充足，发动机有启动征兆但是较弱，用大众专用诊断仪VAS5052A查询发动机控制单元中存储故障代码为：

“00135P0087油轨系统压力过低静态”，这属于典型的油压故障代码，一般产生的原因有：

一是因电子油泵故障，汽油滤芯及连接管路故障，导致向高压油泵输送的油压不足引起；二是因高压油泵内柱塞泵故障、燃油调压阀故障、限压阀故障等，导致油轨压力不足引起。

本着先低压后高压的诊断原则，首先用手捏高压油泵前的低压橡胶油管，明显感觉油管较软，初步判断油压不足，拧下油箱盖，在开关点火钥匙的时候从加油口可听见油泵的运转声，说明油泵正常工作。

连接油压表测量油压，在启动过程中测得汽油油压不足1bar（正常应该在4bar至7bar左右），基本可以判定为因低压油路供油压力不足造成高压油轨压力不足故障。

接着检查低压油路管路连接情况，各段管路连接良好，无渗漏、折弯情况，因全新帕萨特车型油泵和滤芯集成在一起安装在汽油箱内，每六万公里更换一次，目前须连同油泵一起更换，所以就没有检查更换汽油滤芯。

接着检查电子油泵供电及搭铁情况正常，用VAS5052A执行元件诊断功能对油泵测试，可以听见较小的运转声音，但是从声音上判断油泵转速明显不足，至此可以判定为电子油泵总成故障，更换之后油压达到6.5bar，故障排除。

案例二：

一辆新途安1.4TSI发动机型号CFB，行驶里程30743公里，出现故障警告灯亮、启动时间偏长、动力不足现象。

故障诊断：

首先试车检查发现启动时间较长，且加速动力不足，车速提升缓慢。

用诊断仪VAS5052A查询发动机控制单元内存储的故障代码为：

“00135P0087油轨系统压力过低静态”，这属于典型的油压故障代码，一般产生的原因有：

一是因低压系统电子油泵故障，汽油滤芯及连接管路等故障，导致向高压油泵输送的油压不足引起；二是因高压油柱塞泵故障，燃油调压阀故障，限压阀等故障，导致油轨压力不足引起，三是油压传感器信号不准。

本着先低压后高压的诊断原则，首先连接油压测量表，在启动和怠速时测得低压油路油压为7bar符合标准，说明低压油路系统正常，故障应该出在高压系统油路，用诊断仪VAS5052A读取怠速时高压油轨数据流140组3区，油轨实际压力值为21bar，数据显示油压明显低于标准值（怠速标准值应为50bar左右），读取140组1区压力调节阀关闭角度数据为90，已接近全闭（正常情况下调节阀关闭角度和油轨压力基本对等，关闭大油压就大），怀疑是油压传感器信号偏差，拆下油压传感器，使用高压油压测试仪VAS6394直接测量油轨压力为21bar，说明油压传感器没有故障，高压系统油压低还有可能是油压调节阀和限压阀故障，拔下油压调节阀线路插头，读取油轨压力数据流基本没有变化，按照常规当拔下油压调节阀线路插头，油压应迅速达到100bar以上，问题应该在柱塞泵和限压阀上，由于油压调节器、限压阀和柱塞泵阀属于总成件，更换了高压油泵总成，之后读取140组3区，怠速时油轨实际压力值为50bar,油压达到正常值，故障排除。

案例三：

一辆途观2.0TSI发动机型号CGM，行驶里程63612公里，出现故障警告灯亮，发动机工作声音大，最高车速只能达到80公里每小时的现象。

故障诊断：

试车检查发现发动机工作声音大，用诊断仪VAS5052A查询发动机控制单元内存储的故障代码为：

“00135P0088油轨系统压力过高静态”。

此类故障属于典型的油压故障，发动机控制单元为了保护发动机和燃油喷射系统，限制了转速和扭矩的输出，一般产生的原因有：

燃油压力调压阀故障，限压阀故障，燃油压力传感器故障，柱塞泵故障一般只会导致油压偏低。

用诊断仪VAS5052A读取怠速时高压油轨数据流140组3区油压为180bar，数据显示油压明显高于标准值很多，怀疑是油压传感器信号偏差，拆下油压传感器，将高压油压测试仪VAS6394安装在燃油导轨上，将油压传感器安装到油压测试仪上，用线路适配接头连接好油压传感器线路，直接测得油轨压力为180bar，同时和发动机数据流比较基本一致，说明油压传感器没有故障，从常理分析，一般柱塞泵故障会导致油压偏低，不会导致油压过高，问题应集中在压力调节器和限压阀上，读取140组1区压力调节阀关闭角度数据已经调至最小，但是压力仍高，应该是油压调节阀机械故障或者限压阀故障，由于油压限压阀和油压调节阀、柱塞泵为总成件，更换高压油泵总成之后，读取140组3区怠速时油轨实际压力值为50bar，油压达到正常值，故障排除。

案例四：

一辆途观1.8TSI发动机型号CEA，行驶里程35610公里，出现车速超过60时加速发冲、故障警告灯亮现象。

故障诊断：

用大众专用诊断仪VAS5052A查询发动机控制单元中故障代码为：

“00923P039B一缸断火偶发”，观察发动机怠速运转平稳，读数据块015组，数据块显示无断火，燃油压力、喷油时间、进气量及氧传感器调节等数据块均正常。

清除故障码后试车发现，当车速超过60km/h时，车辆偶尔会轻微发冲。

回站检查，设备仍然提示相同的故障码。

读取发动机数据流第32组第2显示区氧传感器调节数值，在标准数值-21至20之间，说明喷油嘴工作情况良好。

随后我们倒换了第1缸的点火线圈、火花塞试车，设备还是提示第1缸存在断火。

测量4个气缸的压力，各缸压力值都在1.2MPa左右。

一般情况下，导致气缸断火的原因很多，如点火正时不对、火花塞跳火不正常、喷油嘴喷油不正常、缸压异常、进气不良、排气不畅及重要电子元件损坏等。

但考虑到此车是单缸断火，所以怀疑喷油嘴喷油不正常或是线路连接不良可能性较大，鉴于此车购买不到一年，加之拆装喷油嘴的工作量较大，所以我们决定先进一步做火花塞跳火波形分析，在对发动机第1缸点火线圈的波形进行分析后发现，火花塞放电时间为2.36ms，由于此数值维修手册上找不到，所以将其与其他气缸进行了对比，第2、3、4缸基本一样，波形中的放电时间为2.04ms。

由波形来看发动机第1缸的混合气比其他气缸偏浓，原因应该是喷油嘴故障了，接下来拆下进气歧管，倒换了第1、2缸的喷油嘴进行路试。

连接故障诊断仪检测故障为2缸断火，看来的确是第1缸的喷油嘴出现了问题。

因此在更换第1缸喷油嘴后，故障排除。

这是一起单缸喷油嘴故障，如果单个喷油嘴故障比较轻微，读取发动机数据流第32组第2显示区氧传感器调节数值，会在标准数值-21至20之间，但是在观察时候还要注意如果数值偏向某一侧太多也是有问题的，缸内直喷系统对于喷油嘴的状态要求极高，根据维修手册要求在平时保养时，如果发动机数据流32组超出-21至15范围，就需要清洗或更换喷油嘴，再加上喷油嘴的工作环境比较恶劣，也容易导致产生故障。

案例五：

一辆全新帕萨特2.0TSI，发动机型号CGM，行驶里程3361公里，出现发动机怠速偶尔抖动、加速偶尔发冲、故障警告灯偶尔亮现象。

故障诊断：

车辆进厂后首先用诊断仪VAS5052A查询发动机控制单元内存储的故障代码分别为：

“00923P039B一缸断火偶发”，“00933P03A5二缸断火偶发”，“00943P03AF三缸断火偶发”，“00953P03B9四缸断火偶发”。

使用VAS5052引导功能读取燃油压力、喷油时间、进气量及氧传感器调节等数据块均正常。

清除故障码后试车正常，建议车主继续使用。

半天之后车辆再次返厂，故障代码还是和上次一样，再次使用VAS5052引导功能读取燃油压力、喷油时间、进气量及氧传感器调节等数据块均正常，由于车辆刚买时间不长，行驶里程较少，不应该有零部件出现问题，询问车主平时加油情况，车主反映一直在自己家附近一加油站加的汽油，并且邻居家有的高档轿车也在同一站加油，也没有出现问题。

根据故障代码是断火故障，试着拆检四个火花塞检查，发现火花塞上有不少灰尘状物质，检查机油液位正常，该现象应该是燃油中杂质或添加剂偏多引起的，基本可以判定为燃油品质故障。

缸内直喷发动机的特殊结构和控制方法，易使劣质汽油发生早燃现象，发动机控制单元检测到早燃现象之后，对发动机进行断缸并限制发动机动力的输出，所以产生了以上的故障代码。

建议客户清洗油箱更换汽油清洗喷嘴，经过一段时间使用后客户反映故障消除。

出现燃油品质故障最好及时更换燃油并清洗燃油箱，使用燃油添加剂清洗喷油嘴，才是根本解决问题的方法。

缸内直喷发动机为了适应较高的压缩比和转速，要求活塞高强度、高耐磨、低膨胀、轻量化，为了满足这些要求，活塞采用了特殊的结构和新型制造材料，使用劣质的燃油大大增加了活塞发生热裂的几率。

对一个系统的故障诊断，首先要熟练掌握这一系统的控制原理，汽油缸内直喷系统和传统的汽油进气歧管内喷射系统相比较，在故障现象和诊断方面都有较大的不同，要从概念上区分开来，传统的汽油进气歧管内喷射系统只有一级低压供油系统，喷油压力较低，一般采用进气歧管真空度压力调节，而且压力只在很小范围内变化，很容易用一般的低压表测量，故障判断比较直观。

而汽油缸内直喷系统有低压和高压两级供油系统，这两级供油系统在发动机不同工况下压力变化范围较大（可以数倍的调整），不同工况，电控单元调整至不同油压，维修中不能以固定思维来判断问题，要充分考虑油压值和运行工况的对应关系。

在维修工作中，要首先根据故障现象分析故障所属类型，出现油压系统故障，首先要排除低压系统发生故障的可能性，确保低压系统正常，才能诊断高压系统，要遵循先低压后高压的诊断原则。

由于高压供油系统比较复杂，高压的燃油具有一定的危险性，在维修中尽量避免盲目拆卸，没有油压测量条件的维修企业，要充分利用现有故障诊断仪对发动机控制单元内数据流的分析，数据流可以比较直观的反应了发动机各个传感器和执行元件的工作状态，通过对数据流的关联分析和因果分析基本上可以判断故障所发生的部位。

具有油压测量条件的维修企业，要运用实际测量值和故障诊断仪读取的数据流分析相结合，可以更准确的确定故障部位。

四、结论

以上介绍了上海大众车系汽油缸内直喷系统的结构和工作原理及故障排除，由于篇幅有限，只列举了一些具有代表性故障的诊断方法。

缸内直喷系统和传统的汽油进气歧管内喷射系统在结构和控制原理上都存在着巨大的差异，除了汽油喷射压力控制调整范围较广之外，喷油嘴喷油控制也分为均质稀薄充气模式喷射、分层充气模式喷射等模式，不能以固定思维来分析问题。

故障诊断方法也截然不同，缸内直喷系统故障的诊断，熟悉原理是基础，善于分析是关键，要遵循先低压后高压的诊断原则，注重运用逻辑分析法分析故障，对于疑难故障的诊断，还要充分考虑到燃油品质和电控部分阴性故障对喷射系统造成的影响。

要注重数据流分析在故障诊断过程中的重要性，避免盲目拆卸造成新的故障。

加强对数据流的分析和应用，根据对故障码的分析结果，有针对性地观察发动机数据流，找出异常的数据，以便于确定故障部位。

出于安全方面考虑，维修人员应当熟悉缸内直喷系统维修安全操作事项，避免维修中高压部分的燃油对人造成的伤害，高压喷油嘴的驱动电压也远远超过人体的安全电压，在测量时也要做好防护措施。

上海大众汽油缸内直喷系统代表了未来一段时期内，内燃机燃油供给系统的发展方向，在以后一段时间内上海大众大部分车型都要搭载缸内直喷汽油机，其他汽车制造厂也都在积极研发缸内直喷汽油发动机，维修人员应当加强这方面知识和经验的积累，为以后的维修打下良好基础。

注释：

①燃油分配器又称为油轨

参考文献：

鲁植国《缸内直喷发动机结构原理与维修》江苏科学技术出版社2009