2016年一汽大众奥迪A3发动机怠速抖动

◆文/江苏 陆建平 顾鸣阳

陆建平曾任上海大众、一汽大众、奥迪等品牌4S店技术经理、培训师，奥迪诊断技师，汽车工程师，汽车维修高级技师。现任镇江高专汽车工程学院大众汽车老师。

故障现象

一辆2016年生产的一汽大众奥迪A3 1.4TFSI SportBack，搭载CSS型发动机，配有自动启停和能量管理系统，行驶了47 272km。该车因发动机经常怠速抖动而送修。

故障诊断与排除

接车后，通过与车主交流得知：该车故障出现在半年前，发动机怠速时常出现缺缸抖动，车主推断是交流发电机不发电，就用普通万用表测量怠速时蓄电池的电压，只有12.5V，最低低至12.2V，但打开车大灯或者将空调系统鼓风机风速调节到最大时，蓄电池电压达到14V左右，且此时发动机也不再抖动，运行平稳。因此，车主认为是发电机不发电导致蓄电池亏电，引起点火线圈点火能量不足，进而引发发动机缺缸抖动。将车开到当地奥迪4S店检修，更换了蓄电池，但使用一段时间后，废气排放灯报警，该车故障依旧未彻底解决。为此，车主将车开到笔者所在的奥迪4S店进行检修。

用大众专用诊断仪VAS-6160A读取故障码，仅在发动机控制单元里读取到4个故障码(图1)：P030000(含义为“检测到不发火”)、P030100(含义为“汽缸1检测到不发火”)、P030200(含义为“汽缸2检测到不发火”)、P030300(含义为“汽缸3检测到不发火”)、P030400(含义为“汽缸4检测到不发火”)。读取故障发生时的环境条件(图2)：均出现在发动机怠速运转期间，且发动机已达到工作温度，端子30电压约为12.5V。

图1 故障车上存储的故障码

图2 故障再现时的环境条件

接着启动发动机，用诊断仪读取每1 000r的燃烧中断次数，但此时所有汽缸均没有出现缺缸的现象。为了进一步检测，需要通过试车来让缺缸故障再现。

该车配备了能量管理系统(图3)，组成部件有：发电机C、数据总线诊断接口(网关)J533、蓄电池管理器J367和蓄电池。

图3 故障车上配备的能量管理系统组成

车主描述怠速时蓄电池电压最低达到12.2V，按理说不属于故障。因为，该车发电机C内部装有LIN控制芯片，J533向其发送LIN信息，这些信息会根据车载电网状态预先确定电压额定值(在12.2V～15V之间)，接着调节器会调节额定电压。在激活了能量回收系统时，发电机充电电压下降，此时充电电压可能降低至12.2 V，以降低发动机负荷及燃油消耗。根据车主的描述，故障的出现、消失与车载用电器或蓄电池电压有关，所以故障排查的重点初步定在与发电机、蓄电池等有关的部件。

通过长距离试车后发现，当蓄电池电量大于或等于80%，且车载用电器均关闭时，缺缸故障就会出现；而蓄电池电量小于80%时，不会出现缺缸现象。分别读取故障再现时和故障消失时相关控制单元的测量值(发动机怠速，所有用电器关闭)如表1所示。

表1 故障再现和故障消失时相关控制单元测量值

一旦故障再现，只要打开车门或者打开近光灯(或打开其它大功率用电器)，故障现象立即消失，同时电压就会升至13.5V以上，蓄电池电流为5～10A，交流发电机电流为35～40A，1～4缸每1 000r的燃烧中断次数为0。

另一种使故障现象立消失的方法是在J533的编码中，将选项“[LO]_EM_Recuperation”改成“未激活”，即关闭能量回收功能，这样发电机一直处于13.5V以上的发电状态，发动机也不会出现缺缸抖动。

由此可见，缺缸抖动故障是否再现与蓄电池电量、能量回收状态、交流发电机工作电压等参数有关，并且在蓄电池电量值为80%时，交流发电机电流呈阶跃式变化，会突然出现发电机完全不发电的情况(发电机电流为0)。

通过与车主进一步沟通，了解到：该车废气排放故障灯是在奥迪4S店更换蓄电池之后才出现的，但缺缸抖动的故障现象在更换蓄电池前后均一直存在。由于相关维修历史并未记录在案，无法考证更换蓄电池之前故障车是否存储有故障码，为此，我们只好将“更换蓄电池”作为故障诊断的切入口。

2016款奥迪A3所用蓄电池可分为：标准蓄电池(普通湿式铅酸蓄电池)、EFB(Enhanced Flooded Battery)、AGM蓄电池，而配备自动启动停止系统的车型会采用EFB或AGM蓄电池。EFB的含义是增强型湿式铅酸电池，其内部的正极板上涂有一层聚酯绒物，这能使活性物质更好地依附在极板上。EFB蓄电池的循环稳定性高于普通湿式铅酸蓄电池。

鉴于此，我们给故障车分别试换全新的EFB蓄电池和AGM蓄电池，并在大众诊断仪中执行蓄电池匹配，但试车后故障依旧。

蓄电池更换后未能排除故障，那是不是受到其它相关部件影响呢？

我们用示波器VAS 6356测量蓄电池管理器J367 LIN线上的波形(交流发电机C、蓄电池管理器J367和网关J533三者的LIN线连接方式为星形连接)，分别记录蓄电池电量80%上下的波形，将幅值、脉宽、形状等与其它正常车辆对比，未见异常。接着，用诊断仪执行交流发电机检测。启动车辆，打开近光灯，关闭所有用电器，诊断结果显示发电机的热状态、机械状态、电气状态均正常。断开蓄电池负极，用万用表测量相关导线电阻，阻值均小于1Ω。随后又仔细处理了相关接地点，包括变速器壳体接地连接点、左前纵梁接地点、蓄电池管理器接地点、蓄电池管理器与蓄电池负极接触面以及J533接地点，但故障仍然存在。

能够测量的与能量回收管理系统的部件均已经检测完毕，没有发现异常。最后只得试换新的蓄电池管理器、发电机、网关，同时更换这三个部件的LIN导线及针脚，重新匹配J533和蓄电池，但故障现象和故障码依旧存在。

至此，我们重新审视发动机缺缸这个故障本身，会不会是发动机存在单纯的缺缸故障呢？为此，需要先确定能量管理系统出现问题到底会不会引起发动机缺缸，因此，我们做了如下试验：找了另一台配置接近的正常车进行比对，先将其蓄电池电量充电至90%，怠速并关闭所有用电器，未出现缺缸现象，相关测量值也正常；然后将发电机皮带拆下，让发动机怠速运转并关闭所有用电器，这时原本正常的车辆也立即出现缺缸现象。读取发动机测量值，1～4缸每1 000r的燃烧中断次数一直在增加；读取J533测量值，蓄电池电压12.2V，蓄电池电流-20A，交流发电机电流0。这意味着，当车辆完全由蓄电池供电时，发动机的确会出现怠速不稳、缺缸的现象。

由此可以确定故障车的故障应该是由于某个部件或某个控制单元的故障影响了J533的正常工作，J533关闭了交流发电机。读取J533测量值，在发电机限制(alternator restriction)这一选项中条目较多，都显示“未激活”，但仅有“发动机的发电许可状态”这一栏显示“发动机控制单元请求”。这样，故障的排查又回到了发动机本身。

查询发动机就绪代码如图4所示，此车的就绪代码类型为“ABC 12345678”，显示“000 11100001”。不正常的第1、2、3、8位，其含义对照功能说明均指向前后氧传感器。将前后氧传感器拆下目测检查，发现氧传感器头部明显发白；拆下火花塞检查，火花塞头部些许潮湿，但积碳不严重；拆卸节气门，仅有少许积碳和机油；用内窥镜检查，每个汽缸内均干燥无异常；用汽缸压力表VAG1763检测汽缸压力，测量值均在标准范围内；用压力测试仪VAG1687未检测到发动机存在漏气点；发动机无漏油、漏水情况。

图4 故障车发动机就绪代码类型

重新执行就绪代码，各位全部正常，没有影响排放的部件。氧传感器等部件异常的外观可能是发动机工作不良造成的。这时读取测量值，当蓄电池电量在80%以上时，交流发电机发电量不再为0。随着蓄电池电量的变化(从99%至80%)，交流发电机电流从5A慢慢增长到20A，蓄电池电流从-14A慢慢向0变化，能量回收处于激活状态，并且发动机仅有偶尔缺缸的情况出现，此测量值与正常值还有一定差异。但试车一段时间后，故障码再次出现，缺缸现象较为严重。

这时，我们的诊断团队内部出现了意见分歧，一种观点认为：发动机缺缸后，就绪代码的值发生了改变，并且缺缸后的发动机处于不稳定的工作状态，而发电机不发电仅仅是缺缸后其中一种故障现象；另一种观点认为：J533抑制发电机发电，导致怠速不稳，进而引起缺缸故障，虽然执行了就绪代码，且影响排放的相关部件都是正常，发动机控制单元向网关发送的一些信息被刷新，但是一段距离的试车后，学习值又恢复到故障时的状态，发电机不发电并再次引起缺缸。

发动机控制单元识别不发火的传感器主要是曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器，为了补偿传感器靶轮偏差或者发动机独特的运转特性，必须对断火识别进行匹配。成功匹配是可靠断火识别的前提，即便曲轴转速有较小的波动，也能识别到断火现象。诊断技师通过引导型故障查询执行“断火识别的匹配”，并通过图5所示逻辑关系对发动机缺缸故障进行分析。

图5 发动机缺缸故障逻辑

接下来又进行了如下工作：用示波器测量凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器的波形，未见异常；用万用表测量电压降，在故障出现时和没有故障时，发电机正极、点火线圈供电电压均没有出现压降；用万用表“mV”档测量熔丝，对比正常车辆，无明显用电异常的用电器；试换继电器和熔丝座SB、SC的相关继电器；逐个拔下不影响发动机工作的熔丝或控制单元插头，观察电压、电流，无明显变化；更换发电机正极线，并且用泵线连接蓄电池负极与发动机缸体；燃油油压测量值及表压均正常，排空油箱，更换汽油及汽油滤清器；更换火花塞及点火线圈；更换发动机控制单元J623；更换车载电网控制单元J519。然而缺缸的情况依然如故。

地毯式排故进行到这里，已经排除了大部分可能造成发电机不发电或者发动机缺缸的情况。

这一切已经让我们百思不得其解，冷静想想该车是否车辆在混装线上(出厂前)就出现了某些配置错误安装的问题？但用诊断仪连接到大众集团网络，检查车辆软件配置，没有发现异常。用大众集团全球统一的备件目录查询系统ETKA仔细查询符合本车底盘号的车辆控制单元和相关硬件的零件号，逐一比对后有一新的突破，发现该车蓄电池零件号是错误的。问题好像又让我们回到了起点—蓄电池。目前车辆安装的是EFB蓄电池，零件号为6R0 915 105B。而ETKA核对出来正确的蓄电池零件号为1S0 915 105A(图6)。重新订购正确零件号的蓄电池，匹配后试车，故障依旧。

图6 重新订购的蓄电池零件号

究竟是哪个细节出现了问题？若想排故有新的进展，我们只有设法找到配置完全相同的正常车进行对比。通过与同类型车对比发现，故障车相关控制单元的编码、匹配均没有问题，在诸多测量值中也没有有价值的发现，但在J533关于蓄电池的匹配数据中发现了一点异常。故障车的蓄电池技术显示“EFB”，一车对比(蓄电池零件号为1S0 915 105A)显示“EFB”，另一车对比(蓄电池零件号为1S0 915 105A)显示为“Wet”(普通湿式铅酸蓄电池)。

我们重新匹配故障车的蓄电池，尝试按照诊断仪中菜单—湿式蓄电池匹配(尽管1S0 915 105A的蓄电池外壳上印有“EFB”)，试车并连续观察数天，再未发现发动机缺缸或者发电机不发电的情况，故障终于排除。

读取最初进厂时的蓄电池数据，发现制造商代码为7NW(图7)，与蓄电池外壳上的信息不符，零件号为1S0 915 105A的蓄电池对应的制造商代码只应该是“5PH”或“9AN”，随后在诊断仪中更改制造商代码为“5PH”(图8)。通过实验发现制造商代码错误不会引起故障，仅当蓄电池技术匹配错误时才会出现故障。

图7 故障车最初的蓄电池信息

图8 重新匹配后的蓄电池信息

维修小结

本故障案例中涉及的两个问题有必要重新进行梳理：一是为什么发电机不发电会引起缺缸？二是蓄电池匹配错误会引起哪些异常？

1.为什么发电机不发电会引起缺缸？

发电机发电时的电流为蓄电池充电电流与用电器用电电流之和。正常车辆在怠速(且关闭所有用电器)时，蓄电池电流大致为0，既不被充电也不放电，发电机由J533控制，为车载电网，如点火线圈、喷油嘴、燃油泵、日间行车灯等提供所需电能(图9)。当发电机完全不发电时，用电器仅由蓄电池供电(图10)，电流和电压的波动是造成发动机缺缸的主要原因。当发电机正常工作时，用电器由发电机或者发电机、蓄电池一起供电(图11)，蓄电池作为一个电容，起到稳定电路的作用。

图9 怠速时车辆的供电示意图

图10 发电机不发电时车辆的供电示意图

图11 发电机正常工作时车辆的供电示意图

2.蓄电池匹配错误会导致哪些故障？

2016款奥迪A3的装车蓄电池有3种，分别是：零件号为1S0 915 105A的EFB蓄电池；零件号为6R0 915 105B的EFB蓄电池；零件号为7P0 915 105的AGM蓄电池。

尽管我们按正确的零件号订购并安装了蓄电池，照样引起能量回收系统工作异常而导致发动机缺缸。我们认为：在J533能量管理图谱里包含了J533、J623、交流发电机以及蓄电池等相关部件的工作曲线模型，根据汽车装备的不同(如匹配信息、硬件零件号或软件版本号的不同)，能量管理的模型图谱也不同。

为了验证上述判断，我们又做了一些相关试验后发现：对不同蓄电池型号的车辆，其J533的零件号不一样，发动机控制单元软件版本也不一样，这就决定了能量回收系统在出现故障时的工作差异。例如，零件号为1S0 915 105A的EFB蓄电池，在对应软件版本3408的发动机控制单元J623和软件版本2265的网关J533时，仅能够以“湿式蓄电池”进行匹配。如果执意按照“EFB”匹配，就会出现与本案例故障车相同的故障现象。零件号为1S0 915 105A的EFB蓄电池在对应其它软件版本的J623和 J533时，仅能够以“EFB”进行匹配，如果强行按照“湿式蓄电池”匹配，那J533直接关闭能量回收，发电机一直处于13.5V以上的发电状态，蓄电池一直被充电，无缺缸现象。造成这些情况的可能原因是发动机控制单元软件版本太低，且没有合适的后续软件对其进行升级，亦或是J533软件系统还没有完善，只能根据湿式蓄电池型号进行相关配套。

引发本案例中故障车出现故障的是原因是：蓄电池零件号错误，且未按照车辆出厂数据进行匹配，同时发动机电脑软件版本太低。在能量回收系统出现故障时，J533会关闭发电机，蓄电池大量放电到最高阈值，从而引起J623控制单元的基本电压下降，点火能量不足，发动机出现缺缸、抖动。因此在更换蓄电池时，一定要记下原先的蓄电池匹配信息。错误的蓄电池匹配信息将有可能引发奇怪的车辆故障。

事后，我们又将旧网关装回原车，读取J533里面关于蓄电池的历史数据，在蓄电池匹配一栏未发现有匹配过蓄电池的记录。同时，车主也表示在其更换蓄电池时全程关注，未发现维修人员匹配过蓄电池。这说明此车有可能在出厂时，蓄电池就存在错误的匹配信息。如果真是这样，那有可能同一批次的奥迪A3都存在这样的问题。这个观点在随后一段时间内得到验证：一辆装有零件号1S0 915 105A的EFB蓄电池、发动机控制单元J623软件版本为3408、网关J533软件版本为2265的奥迪A3车，蓄电池以“EFB”进行匹配，出现了缺缸、废气排放灯亮的故障现象，按照湿式蓄电池“Wet”的数据进行匹配后故障消失。

至此，本案例的真相终于出来了：车上尽管装的是EFB蓄电池，不是湿式蓄电池，也要以“Wet”来进行相关匹配。

这是一起由软件引发的故障，是蓄电池制造商与整车制造厂间的技术标准出现了问题，但由于维修企业无法及时获得这些信息，一线维修技师只能借助诊断仪来分析故障缘由，并通过大量的更换部件和检测数据，绕了一大圈才找到故障根源，真是让人煞费苦心。