电子节气门故障免拆诊断3例

余姚东江名车专修厂 叶正祥

案例1 2008款宝马X5车发动机偶尔无法加速

故障现象一辆2008款宝马X5车，搭载N62发动机，累计行驶里程约为31.6万km。该车正常行驶过程中，偶尔会出现发动机无法加速的现象，同时组合仪表上的发动机故障灯异常点亮；熄火后重新起动发动机，故障现象消失。与车主交流得知，该车因报节气门电位计故障在其他维修厂更换过节气门总成、节气门导线连接器和节气门线束，但故障未能解决，因此来我厂进行检修。

故障诊断接车后试车，发动机加速正常。用故障检测仪（ISTA）检测，发现发动机控制单元（DME）中存储有历史故障代码“002CF8 DME 节气门电位计”和故障代码“002CFA DME 节气门电位器2”（图1），这与车主所述吻合；执行检测计划，提示修理发动机线束和节气门导线连接器（图2），由此推断之前的维修人员就是根据检测计划更换的节气门总成、节气门导线连接器及节气门线束。

图1 DME中存储的故障代码（截屏）

图2 执行检测计划的提示（截屏）

打开发动机室盖，检查节气门总成，发现之前更换的节气门总成为拆车件（图3），节气门线束为自制的（图4），直接由节气门总成跨接至DME。是之前维修人员更换的节气门总成、节气门导线连接器或节气门线束存在问题，还是另有原因呢？笔者决定用示波器检测节气门电位计的信号，从信号本身入手检查。

图3 节气门总成为拆车件

图4 自制的节气门线束

查看维修资料得知，DME通过2个电位计测量节气门的当前位置，然后通过电动机调整节气门的位置，直到当前的节气门开度与理论值相符。2个电位计均由DME提供5 V供电，二者的特性线彼此方向相反（图5），电位计1的信号电压由小到大变化，电位计2的信号电压由大到小变化，二者信号电压之和约为5 V。DME持续监测2个电位计的信号电压，监测内容包括信号电压是否在正常范围、是否彼此可信及是否存在短路故障。如果DME监测到1个电位计的信号电压异常，则节气门开度最大为20%；如果DME监测到2个电位计的信号电压均异常，此时无法对当前节气门的位置进行识别，节气门的控制被中断，由复位弹簧关闭节气门。

图5 节气门电位计特性线

图6 2008款宝马X5车节气门控制电路

查看节气门控制电路（图6）可知，节气门总成端子1输出节气门电位计1信号，端子4输出节气门电位计2信号。连接示波器，同时测量DME端子31和端子32上的节气门电位计信号，起动发动机前后的节气门电位计信号波形如图7所示，加速时的节气门电位计信号波形如图8所示。分析图7和图8可知，节气门电位计信号整体变化趋势正常，但波形上有很多杂波，怀疑节气门电位计信号受到了电磁干扰。笔者首先怀疑干扰是由节气门电动机产生的，于是用示波器同时测量节气门电位计信号、节气门电动机电压和电流信号（图9）。分析图9可知，当节气门电动机的电压和电流正负交替变化时，节气门电位计信号就会受到电磁干扰，由此确定节气门电位计的信号干扰是由节气门电动机引起的。

图7 起动发动机前后的节气门电位计信号波形（截屏）

图8 加速时的节气门电位计信号波形（截屏）

图9 节气门电位计信号、节气门电动机电压和电流信号的波形（截屏）

故障排除为了屏蔽节气门电动机产生的电磁干扰，分别将2根节气门电位计信号线、2根节气门电动机控制线做成双绞线（图10），然后用锡箔纸分别将2根双绞线包裹（图11），最后再将2根双绞线上的锡箔纸层接搭铁（图12）。完成后试车，故障现象消失，再次测量节气门电位计信号（图13），恢复正常，故障排除。

图10 将节气门电位计信号线和节气门电动机控制线做成双绞线

图11 将双绞线用锡箔纸包裹

图12 将锡箔纸层搭铁

图13 故障排除后的节气门电位计信号波形（截屏）

案例2 2010款长城C30车加速无力

故障现象一辆2010款长城C30车，搭载GW4G15发动机（采用西门子电控系统），累计行驶里程约为4.6万km，客户进厂报修发动机加速无力。

故障诊断接车后试车，起动发动机，发动机怠速工作正常，踩下加速踏板，当发动机转速超过2 500 r/min时，组合仪表上的黄色小扳手灯异常点亮（图14），随后发动机转速自动维持在1 500 r/min。用故障检测仪检测，发现发动机控制单元中存储有故障代码“P2118 ETC位置控制器输出信号不合理”（图15）；记录并清除故障代码，发现深踩加速踏板时，故障代码P2118再现。

分析故障代码P2118，“ETC”是Electronic Throttle Control的英文缩写，指的是电子节气门；“ETC位置控制器输出信号不合理”指的是节气门开度信号不合理，还是节气门电动机控制信号不合理呢？从字面上不太好理解。查阅维修资料，没有找到故障代码P2118的具体含义和设码条件，但在网络上搜索故障代码P2118时，发现丰田车故障代码P2118的含义为“节气门执行器控制电动机电流范围/性能”，这个解释比较具体，由此推断该车故障为节气门电动机工作电流异常。

图14 黄色小扳手灯异常点亮

图15 发动机控制单元中存储的故障代码（截屏）

图16 2010款长城C30车节气门控制电路

图17 故障车节气门电位计信号和节气门电动机电流波形（截屏）

查看节气门控制电路（图16）可知，节气门总成端子1和端子4为节气门电位计信号端子，端子3和端子5为节气门电动机控制端子。连接示波器和电流钳，同时测量节气门电位计信号和节气门电动机电流的波形（图17）。分析图17可知，怠速时节气门电位计信号和节气门电动机电流均无异常，急加速时节气门电动机电流瞬间上升至3.1 A左右，紧接着降低至0 A，此时节气门电位计1和节气门电位计2的信号电压变化幅度很小，约为0.1 V。节气门电动机电流上升了，说明发动机控制单元向节气门电动机发出了控制信号，而节气门电位计信号几乎无变化，要么是节气门电位计信号错误，要么是节气门翻板轴并未移动。如果是节气门电位计信号错误，发动机控制单元会存储相应的故障代码，且2个节气门电位计同时损坏的可能性不大，因此暂时排除节气门电位计信号错误的可能；如果是节气门翻板轴并未移动，可能的原因有节气门电动机卡滞、传动齿轮打滑或卡滞、节气门翻板轴卡滞等，总之故障出在节气门本身。拆检节气门体，发现传动齿轮的部分齿已严重磨损（图18），以致传动齿轮打滑。

图18 传动齿轮的部分齿严重磨损

故障排除更换节气门总成后试车，发动机加速正常，再次测量节气门电位计信号和节气门电动机电流的波形（图19），恢复正常，故障排除。

案例3 2011款大众速腾车EPC故障灯常亮

故障现象一辆2011款大众速腾车，搭载CFB发动机，累计行驶里程约为13.6万km，客户进厂报修EPC故障灯常亮（图20）。

故障诊断用故障检测仪检测，发动机控制单元中存储了故障代码“P0122 节气门电位计：信号太小”（图21）；读取060组发动机数据流（图22），发现节气门电位计1（G187）信号为0.00%，节气门电位计2（G188）信号为87.11%，异常，正常情况下二者之和约为100%，由此推断节气门电位计1信号异常。

查看节气门控制电路（图23）可知，节气门总成端子1输出节气门电位计1信号，端子4输出节气门电位计2信号。连接探针（图24），用示波器同时测量节气门电位计1和节气门电位计2的信号波形（图25）。分析图25可知，反复加减速时，节气门电位计2的信号电压在0.6 V～4.5 V变化，正常；节气门电位计1的信号电压始终为0 V，由此说明节气门电位计1的信号确实异常，推断可能的故障原因有：外部节气门电位计1信号线路对搭铁短路；节气门内部的节气门电位计1信号线路断路或对搭铁短路；发动机控制单元内部的节气门电位计1信号线路对搭铁短路。

图19 正常车节气门电位计信号和节气门电动机电流波形（截屏）

图20 EPC故障灯常亮

图21 发动机控制单元中存储的故障代码（截屏）

图22 060组发动机数据流（截屏）

图23 2011款大众速腾车节气门控制电路

图24 连接探针

图25 节气门电位计1和节气门电位计2的信号波形（截屏）

图26 测量节气门总成端子1与搭铁间的电阻

图27 测量节气门总成端子4与搭铁间的电阻

断开点火开关，用万用表测量节气门总成端子1与搭铁间的电阻，为5.60 kΩ（图26）；再测量节气门总成端子4与搭铁间的电阻，为5.57 kΩ（图27）。由于节气门电位计2的信号电压正常，对比可知，节气门电位计1的信号线路没有对搭铁短路，由此推断故障是由节气门内部的节气门电位计1信号线路断路引起的。

拆检节气门总成（图28），发现该车的节气门电位计并不是电路图上所画的滑变电阻式的，它的结构与大众车空气悬架系统中所采用的车身高度传感器的结构类似；进一步检查发现，节气门电位计1的信号线路确实断路（图29）。

图28 拆解节气门总成

故障排除更换节气门总成，清除故障代码后试车，EPC故障灯不再异常点亮，故障排除。

知识拓展如图30所示，该车节气门电位计主要由定子和转子组成。定子由多层电路板构成，电路板上有励磁线圈、3个接收线圈及处理器；3个接收线圈成多角星形，相位是彼此错开的；励磁线圈装在电路板的背面。转子由一个封闭的线匝构成，线匝随着节气门翻板一同转动；线匝的形状与接收线圈的形状是一样的。

图29 节气门电位计1的信号线路断路

图30 节气门电位计的结构

交变电流流过励磁线圈，产生一个交变电磁场，其电磁感应穿过转子，转子中感应出的电流又会在线匝（转子）周围感应出一个次级交变磁场。这2个交变磁场共同作用在接收线圈上，在接收线圈内感应出交流电压。转子中的感应与角度位置无关，但接收线圈的感应取决于它与转子之间的距离和其角度位置。由于角度位置不同，转子与接收线圈的重合度就不同，因而对应角度位置的感应电压幅值也就不同。处理器会对接收线圈的交变电压进行整流并放大，并使得3个接收线圈的输出电压成比例。在分析完电压后，分析结果转化成节气门电位计的输出信号，然后送至发动机控制单元做进一步处理。