宝马N20发动机怠速抖动现象的原因及排查方法
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宝马 N20 发动机怠速抖动现象的原因及排查方法
杨承博 济宁市北大培文中学 山东省济宁市 ２７２０００
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。
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
表1 宝马N20发动机参数值
项目 功率 对应转速 升功率 扭矩 对应转速 压缩比 耗油量 二氧化碳排放量 电控发动系统 排放法规 最高车速 百米加速度时间 整备质量 变速箱
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。
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
1耗油量1100km79二氧化碳排放量gkm183电控发动系统mevd1724排放法规欧五最高车速kmh240百米加速度时间s65整备质量kg1670变速箱ga8hp45z表1宝马n20发动机参数值图2发动机怠速控制流程冷却水温度传感器空调开关信号动力转向信号发动机实际转速节气门开度信号怠速控制模块驱动电路执行器比较判别车速传感器怠速状态判别电子控制器ecuautotime191autoaftermarket汽车后市场?时代汽车??wwwcnautotimecom3宝马n20发动机怠速抖动故障原因诊断31空气供给系统故障导致怠速不稳311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
图2 发动机怠速控制流程
冷却水温度传感器 空调开 / 关信号 动力转向信号 发动机实际转速
电子控制器 ECU
比较判别 怠速控制模块
驱动电路
执行器
节气门开度信号 车速传感器
怠速状 态判别
190 AUTO TIME
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时代汽车
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。
单位 kw r/min Kw/l Nm r/min
1/100km g/km
Km/h s Kg
N20B20O0 180
5000-6500 90.14 350
1250-4800 10:1 7.9 183
MEVD17.24 欧五 240 6.5 1670
GA8HP45Z
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。
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，严重时还会出现熄火。 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，
宝马 N20 发动机怠速抖动现象的原因及排查方法
杨承博 济宁市北大培文中学 山东省济宁市 ２７２０００
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。
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
表1 宝马N20发动机参数值
项目 功率 对应转速 升功率 扭矩 对应转速 压缩比 耗油量 二氧化碳排放量 电控发动系统 排放法规 最高车速 百米加速度时间 整备质量 变速箱
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。
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
1耗油量1100km79二氧化碳排放量gkm183电控发动系统mevd1724排放法规欧五最高车速kmh240百米加速度时间s65整备质量kg1670变速箱ga8hp45z表1宝马n20发动机参数值图2发动机怠速控制流程冷却水温度传感器空调开关信号动力转向信号发动机实际转速节气门开度信号怠速控制模块驱动电路执行器比较判别车速传感器怠速状态判别电子控制器ecuautotime191autoaftermarket汽车后市场?时代汽车??wwwcnautotimecom3宝马n20发动机怠速抖动故障原因诊断31空气供给系统故障导致怠速不稳311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
图2 发动机怠速控制流程
冷却水温度传感器 空调开 / 关信号 动力转向信号 发动机实际转速
电子控制器 ECU
比较判别 怠速控制模块
驱动电路
执行器
节气门开度信号 车速传感器
怠速状 态判别
190 AUTO TIME
AUTO AFTERMARKET ｜ 汽车后市场
时代汽车
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。
单位 kw r/min Kw/l Nm r/min
1/100km g/km
Km/h s Kg
N20B20O0 180
5000-6500 90.14 350
1250-4800 10:1 7.9 183
MEVD17.24 欧五 240 6.5 1670
GA8HP45Z
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。
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，严重时还会出现熄火。 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，