宝马N20发动机怠速抖动现象的原因及排查方法

杨承博

摘 要：本文首先论述了宝马N20发动机怠速控制的原理分析，然后对常见故障的产生原因进行梳理。同时根据实际经验和资料分析，对宝马N20发动机怠速不稳故障维修进行分析，使本文理论与实际相结合，有着较强的借鉴意义。

关键词：N20发动机；怠速不稳；故障诊断；案例分析

1 宝马N20发动机的简介

宝马N20发动机是一款较新的发动机，其控制系统使用的博世MEVD17.2.4，怠速控制属于进气系统中的重要组成部分，宝马N20发动机使用第三代Valvetronic（电子气门）和VANOS（可变凸轮轴正时控制系统）调节装置，对怠速控制有着较好的调校。

宝马N20发动机有三个版本，具体数值如下表1-1所示。高配版最大功率218kw，峰值扭矩350N.m，低配版最大功率184kw，峰值扭矩270N.m。高配版涡轮增压器在1250转的时候介入工作能一直维持到4800转，目前该款发动机搭载在宝马X1、X3、3系、5系、Z4等车型上。

2 宝马N20发动机怠速控制的原理

宝马N20发动机进气量的控制机构主要有两个部分，其一为电子节气门，其二为电子气门行程控制机构。发动机空气量导入调整有进气门的可调式升程完成，这有利于降低油耗。在应急运行和起动的过程中，才会使用到节气门。在其他运行状态下，节气门均全开，几乎没有节流作用。利用电子气门技术，可以实现对气门行程的无极调节，发动机在不同转速下，都可以保证功率扭矩输出的最优均衡性。在满负荷位置的时候，气门行程和持续开启时间达到了峰值，而怠速位置则达到最低值。

N20发动机怠速系统各部件的控制流程如下图2-1所示：

宝马N20发动机怠速控制器主要受车载ECU的控制。通过监测热模式空气流量计、氧传感器、压力传感器、凸轮轴位置传感器等进行实时调节，ECU根据车况、环境温度适时调节怠速时的转速，并相应地改变电子节气门开度，气门升程大小。新一代热模式空气流量计，一般来说，以当前技术发展水平为依据，利用热模式空气质量流量计，在得到测量值之后，即可以确定空气质量品质，并通过计算替代值，如增压压力、转速及进气温度等相关参数，来确定空气质量品质，从而达到相同的效果[9]。

3 宝马N20发动机怠速抖动故障原因诊断

3.1 空气供给系统故障导致怠速不稳

3.1.1 进气管及阀门的泄漏

根据ECU预存的参数调校，空气流量与控制阀之间存在比例关系，当电子节气门的开度变大，相应的进气量也会快速增加。如果管路或者阀门出现泄露故障，导致预存的参数调校无法达到，进而后续的发动机内燃烧没有充足的氧气保证，导致发动机出现缺缸、抖动现象，严重时還会出现熄火。

一般而言，通常出现泄漏的位置出现在进气管破损、进气歧管与节气门的接口处，卡箍常常会松动、废气涡轮增压阀和曲轴箱强制通风阀密封性变差等。

3.1.2 进排气管道或及控制执行器上积碳或积垢过多

当发动机进气管道空气滤芯长时间不更换，或者汽车长时间在粉尘较多的恶劣环境下行驶，会使得管道内、电子节气门上污垢增多，进而影响氧传感器、热模式空气流量计的监测信号，造成信号偏差喷油器无法计算正确的喷油量，导致缸内混合气过浓或者过稀，由此导致发动机出现抖动。同时节气门上的积碳也是导致发动机抖动的一个重要原因，所以平时我们要注重燃油品质和定期维护保养发动机。

3.1.3 控制怠速的传感器及其他电路失常

控制怠速的传感器和电路失常会引起发动机抖动，这是因为发动机是一个以传感器信号作为参考的处理系统，若其中与怠速相关的传感器和电路出现间歇性不工作将会引起抖动，不过在日常中，传感器间歇性不工作不会引起发动机的剧烈抖动，发动机自诊断系统也会进行相应的调节和修复。例如电子节气门关闭不严，那么发动会提高怠速转速以应对进气量的增加。

3.2 燃油供给系统故障导致怠速不稳

燃油系统最常见的引起怠速不稳的故障是喷油器。电磁线圈在通电的时候，会产生磁场，通过磁场的作用，能够时喷嘴针克服弹簧的作用力，从而从阀座上抬起来，并打开喷射器排油孔。在共轨内存在高压作用，通过排油孔，能够将燃油高速压入到气缸之内。切断供电之后，电磁线圈产生的磁场消失，从而结束燃油喷射过程，在弹簧作用力下，喷嘴针被重新压入到阀座之内。

喷油故障分为喷油孔堵塞导致雾化不良，可燃混合气过稀、喷油调节器故障导致喷油量过少或者过多，导致宝马N20发动机4个气缸内的功率相差过大，从而引起发动机剧烈抖动。另外喷油器出现故障时，还会引起发动机自诊断系统错误的记录故障代码，例如喷油器导致混合气过浓、燃油比例过高，错误地把氧传感器故障记录，同时还会有电子燃油泵故障、燃油压力调节器故障、输油软管变形等。

宝马N20发动机燃油供给系统没有高压软管，而是利用制造工艺把高压管通过共轨形式和高压泵整合在一起，大大提高了高压喷射压力，减少软管输送压力的损失。类似于N55发动机使用了电磁阀喷射器。

3.3 点火系统故障导致怠速不稳

点火系统中的火花塞如果超过使用年后，火花塞之间的电极间隙或变大，引起火花质量下降，导致各缸工作时间不平衡，引起发动机抖动现象。火花塞长时间的工作在高温高压的环境下容易产生烧蚀现象，建议宝马N20发动机的火花塞每隔两年进行更换原厂件。

3.4 配气相位失准故障导致怠速不稳

配气相位故障主要表现在以下三个方面：

（1）凸轮轴磨损.由于长时间工作或者受到外力的撞击导致凸轮轴出现磨损，进而导致进排气气门行程不足，导致发动机怠速异常抖动。

（2）VANOS 系统故障。宝马N20发动机的VANOS 系统与凸轮轴整合在一起，若其电控调节装置出现故障，也会引起发动机怠速不稳。

（3）正时链条磨损或者调校不当。导致气门开闭时间不符合参数范围，使得各气缸工作不正常，引起发动机怠速不稳。

（4）气门挺杆断裂或者摇臂磨损严重。会导致气门的开闭无法正常工作，使得进排气行程受到影响，从而导致发动机抖动。

3.5 其他机构及电路有故障

（1）配套执行器故障。与发动机抖动相关的执行器故障主要集中在气缸周围，例如气缸垫密封不严导致泄露、活塞环密封不严导致曲轴箱窜气、活塞连杆磨损导致活塞工作不良等等类似的故障都会引起发动机产生抖动现象。

（2）电路故障。由于电控发动机是个一体化的产物，所以一旦零部件出现故障整个发动机系统将会异常，当传感器、电路、搭铁线出现异常时会导致部分执行机构工作异常，若发动机调节范围超限，那么就会引起各缸的工作不稳定，从而导致发动机怠速不稳现象。

4 宝马N20发动机维修案例分析

4.1 故障现象

一辆2012年产宝马320轿车，使用的是当时最新款的N20高功率版发动机，目前行驶里程5.3万公里。车主反映该车不管是热車启动还是冷车启动都会出现出现怠速不稳现象，而且转速不稳定，但是重新启动后故障会消失，行驶中没有出现抖动现象，仪表盘的发动机故障指示灯会亮起。

4.2 问诊试车

维修人员接车后根据车主反馈的情况进行试车，发现启动时如车主所说，在车内能感受到发动机怠速不稳，起步后进行路试发现加速无力，发动机故障灯也亮起，随即使用宝马专用故障诊断仪ISID查询发动机故障代码。

5 结语

宝马N20发动机生产制造运用很多新技术，未来汽车电控发动机也将会越来越先进，汽车电控技术的快速发展，使得发动机动力传输效率变高、喷油时间更加精确、动力更加充沛、燃油消耗进一步降低。但是由于电控技术的大量使用也会给发动机的维修带来一定难度，很多时候往往一个故障产生的原因有许多种情况，故障诊断并不像教科书似的简单。

参考文献：

[1]曲学敏.2013款宝马X3挂入挡位时车身抖动[J].汽车维修技师.2016（9）：11-13.

[2]殷彬峰.2013款宝马520Li怠速抖动[J].汽车维修技师.2017（3）：55-56.

[3]钱耀义.汽车发动机电子控制系统[J].机械工业出版社.2015（2）：1-13.