2019款奔驰GLE450发动机抖动

◆文/河南 刘勤中

故障现象

一辆2019款奔驰GLE450 4MATIC(CODE 809)，搭载256 930型发动机，VIN/FIN码为 WDC1671591A＊＊＊＊＊＊，行驶里程为479km。车主反映该车发动机抖动、发动机故障灯亮、动力不足，被救援拖车拉到店内进行检修。

故障诊断与排除

询问车主得知，故障出现前该车没有任何异响、异味等异常现象，故障当天大概行驶了10km左右，突然出现上述故障现象。

试车发现发动机怠速时抖动明显、发动机故障灯常亮、起步无力，且怠速状态下有时发动机会自动熄火，仪表上有“盲点辅助停止运作”的故障文字提示。另外，排气管有明显的“突突”声；此车加装有行车记录仪。

此车装配M256型直列6缸发动机，带有48V电气化装置，通过显著的能量回收功能，使得油耗明显降低。通过采用位于飞轮处的集成式启动-发电机(ISG)和48V电动螺旋式空调压缩机，首次实现无皮带式发电机，并且通过使用48V电动辅助空气压缩机和高性能涡轮增压器，加上集成式启动-发电机产生的助力效果，实现在整个转速范围内出色的响应特性。与M276相比，二氧化碳减少约20%，油耗与4缸发动机相似，输出功率增加15%以上，达到8缸发动机的水平。

M256型发动机采用4气门，通过带液压气门间隙补偿功能的滚子摇臂实现气门控制。进气和排气凸轮轴具有一个同轴液压凸轮轴调节器，用于个性化和连续地调节高达40°的曲轴转角(CKA)。进气凸轮轴集成了奔驰CAMTRONIC可变气门控制系统，可实现两级式气门升程转换。通过将凸轮轴切换至更短的行程，提前关闭进气门，可优化部分负荷范围内的换气，在1 000～4 000r/min的转速范围内将气门升程切换至最小凸轮行程。发动机控制单元通过气门升程脉冲宽度调制信号促动3个汽缸进气可变气门升程系统(CAMTRONIC)促动器，在此过程中，相应促动器中的线圈通电，且挺杆移动到凸轮轴上的相应曲线轨道中，借助凸轮轴的转动和曲线轨道的形状，凸轮轴沿轴向运动，且较小的凸轮作用在进气门上。曲线轨道的凸起可以使气门挺杆返回至默认位置。为将凸轮轴复位至长冲程，则第二个气门挺杆移至相应的曲线轨道，且以相同方式复位。通过集成在相应促动器中的霍尔传感器确定挺杆位置，并将信号传送回发动机控制单元。对于6缸发动机，每两个汽缸使用一个执行器，凸轮转换在凸轮轴转动360°期间、在凸轮无负荷基圆区域内实现。图1为奔驰进气凸轮轴CAMTRONIC调节系统结构示意图，图2为凸轮轴DVVT和CAMTRONIC系统的工作原理。

图1 进气凸轮轴CAMTRONIC调节系统结构

排气凸轮轴没有CAMTRONIC系统，采用空心凸轮轴结构，凸轮块和凸轮轴位置传感器信号靶轮通过烧结的方式连接到空心芯轴上，从而大幅降低凸轮轴的质量及转动惯量，使凸轮轴整体强度高，制造成本低。

图2 凸轮轴DVVT和CAMTRONIC系统的工作原理

图3 故障车怠速时节气门开度

图4 故障车怠速时节气门下游的压力

连接诊断仪进行快速测试，发动机控制单元N3/10设置了故障码：P050500-怠速转速调节存在功能故障；P061A28-控制单元扭矩调节存在故障，信号偏移在允许范围之外；另外还存有与失火相关的故障码：P030000、P030001、P030500、P030300、P030600、P030400、P031600、P030004。

传动系统控制单元N127设置了故障码P061B62-控制单元扭矩计算存在故障，信号比较有故障；左后和右后集成雷达传感器B92/6和B92/11都设置了故障码U0416FB-从牵引系统控制单元接收到不可信数据。

查看发动机控制单元N3/10的实际值，怠速时节气门的开度为12.7°(图3)，而正常车怠速时为8.3°；怠速时节气门下游的压力为967.0hPa(图4)，而正常车怠速时为290～300hPa；原地加油门后发现故障记录器中3、4、5、6缸均有故障的记录(图5)。

此款发动机有运转平稳性控制功能，可降低发动机转速在750～2 600r/min范围内的任何不平稳运转。为了检测燃烧点火不良，内燃机控制单元评估来自曲轴霍尔传感器的发动机转速信号，每次燃烧都在曲轴多极轮处产生1个加速度，如果出现燃烧点火不良，多极轮转动明显变慢，直至下1次燃烧，发动机扭矩也随之出现1次波动。如果未燃烧的燃油会进入催化转换器氧化和燃烧，催化转换器可能会因为过热而损坏。为了避免上述不良情况的产生，发动机控制单元在检测到燃烧点火不良时会干预发动机运转，以达到运转平稳性控制的目的。图6所示为曲轴加速度平稳运转信号的三种不同波形。

图5 原地加油门后故障车的故障记录

如果检测到发动机存在燃烧点火不良的可能原因及影响因素有:发动机转速和发动机负荷、点火系统故障、冷却液温度、燃油喷射系统故障、路面颠簸、发动机机械部件故障、喷射和点火顺序的同步、燃油不足、发动机平稳运转特性。图7所示为发动机运转平稳性控制功能的原理图。

图6 故障车型曲轴加速度平稳运转信号波形图

平稳运转控制检测到燃烧点火不良时，相关喷油器会在出现特定次数燃烧点火不良后停用。在四缸发动机中，可一次停用最多两个喷油器；在六缸发动机中，可一次停用最多三个喷油器。

图7 发动机运转平稳性控制功能的原理图

根据故障现象、发动机控制原理以及实际值进行分析，导致发动机抖动的可能原因有：油品质量问题、节气门卡滞、进气系统泄漏、压力传感器失准、配气机构故障、软件故障。

询问车主得知，提车加油后没有再加过汽油，不存在燃油品质的问题；抽出部分燃油观察，燃油的气味和颜色均未见异常；

促动节气门发现，XENTRY可以促动的范围是20°～90°，也就是最小的促动角度是20°，无法促动20°以下的角度。促动过程中节气门电压信号连续变化，未见异常。尝试进行断电，故障依旧。尝试断开节气门插头，发动机仍然抖动，故障依旧。尝试断开B28/27节气门下游的压力和温度传感器，故障依旧。拆下每个汽缸的火花塞检查，未见明显差别和异常(图8)

用内窥镜检查4缸汽缸壁，未见异常，两个进气门未见异常，但是观察气门发现两个排气门的开度明显不同，一个开度很大，一个在关闭位置附近，明显不正常。

图8 故障车上的火花塞

从气门室盖上拆下3-4缸进气凸轮上方的CAMTRONIC促动器和5-6缸的促动器观察，未见进气凸轮轴、摇臂、气门存在异常情况。因为距离较远，从CAMTRONIC促动器安装口和机油加注口除均无法直接观察4缸排气凸轮轴、摇臂及排气门的情况，内窥镜也无法到达；测量各缸的汽缸压力发现1、2、3缸的压力达13bar(1bar=100kPa)，正常，4缸无缸压，5缸和6缸压力偏低(图9)

图9 故障车各缸压力值

综合分析是4缸的某个排气气门摇臂脱落或断裂，导致4缸无缸压，于是决定拆下气门室盖进行检查，结果发现4缸排气凸轮轴靠前的凸轮块已开裂，并且移位，对应的摇臂已脱落(图10)。

图10 故障车上的凸轮块开裂

进一步拆检汽缸盖发现，4缸的排气门已弯曲变形，对应的活塞顶部也有明显的碰撞痕迹，弯曲的排气门还导致了汽缸盖的损伤(图11)。拆下弯曲的排气门，换上新的排气门，发现气门在气门导管中上下移动时阻力较大，说明气门导管也受损变形了。

图11 故障车上气门损伤实况

综合分析该车的故障原因是：4缸的1个排气凸轮开裂、损坏，导致相应的排气摇臂脱落，但是仍然压着排气门，从而 4缸排气门关闭不严，并与上行的活塞发生撞击而变形，始终无法关闭，所以4缸无缸压，无法正常工作，并且影响到相近汽缸的配气，造成发动机不平稳、抖动和熄火。由于该车行驶里程很少，所以向厂家申请直接更换发动机总成。

维修小结

因为快速测试结果除发动机控制单元设置了失火及怠速调节和扭矩故障的故障码以外，传动系统控制单元N127设置了控制单元扭矩计算存在故障的故障码，左后和右后集成雷达传感器B92/6和B92/11设置了从牵引系统控制单元接收到不可信数据的故障码，而传动系统控制单元N127的首要任务就是牵引力管理，所以在对快速测试结果进行初步分析时，笔者曾怀疑N127某些输入信号异常，比如油门踏板传感器信号异常，或者N127模块本身故障。但在查看发动机实际值后，才将检查重点放到了汽缸失火的方向上，个别汽缸不工作或工作不良，最终导致怠速控制失调，扭矩不稳定。