别克威朗L3G发动机概述及怠速不稳故障的分析

2024年3月21日发(作者：雪铁龙电动车suv)

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别克威朗L3G发动机概述及怠速不稳故障

的分析

文：石也言

编者按：通用品牌的汽车在中国市场上很常见，随着通用车型开始大面积普及EcoTech系列发动机，售后企业对此系列发动机的维修量也比较大。笔者回顾过

往从事车辆维修时的经历，发现发动机怠速不稳的故障非常常见。因此在转行进行汽车专业教学后，希望将排除此类常见故障的经验与保有量较大的发动机机型相结合，

希望可以以技术原理概述和维修案例分析的方式，帮助汽车专业学生梳理此类故障的维修思路。

关键词：L3G发动机、怠速

一、 通用L3G发动机概述

1.发动机参数

如图1所示，上汽通用别克威朗所

使用的L3G发动机隶属于通用汽车集

团EcoTech发动机系列，采用直列四

缸布置，排量为1.5 L。L3G发动机使

用SIDI缸内直喷技术，配备16气门，

配气机构为链传动，具有双VVT系统

和发动机起停功能等一系列主流技术。

L3G发动机的最大输出功率为87 kW，

最大输出转矩为146 N·m。

2.发动机电控系统的构成及原理

别克威朗L3G发动机的电控燃油

喷射系统以发动机控制单元K20为核

心，控制进气、燃油供给、点火，以及

VVT阀等部件。发动机控制单元以空

气流量、节气门位置和发动机转速为基

础信号；以进气温度、冷却液温度和进

气压力为调节信号；以加热型氧传感器

为闭环控制的修正信号，在结合高压燃

油泵对喷油器Q17A、Q17B、Q17C和

Q17D进行精准的燃油喷射控制，使发

动机始终处于最佳点火时刻，确保油气

混合气充分燃烧。

（1）机械故障主要是指发动机机械

系统存在异常。比较典型的情况是配气、

活塞连杆机构等零部件出现脏污、变形、

磨损；发动机装配有误、回转部件动平

衡不合格；燃油供给系统堵塞或泄露、

进气系统堵塞或泄露，以及火花塞异常

等。上述故障会导致气缸功率异常变化，

二、发动机怠速不稳的定义及

原因分析

1.怠速不稳的定义

怠速是指发动机在无负荷的情况下

运转，只需克服自身内部的摩擦阻力，不

对外输出功率，维持发动机稳定运转的

最低转速。怠速是发动机的基本工况之

一。正常工作的发动机，怠速转速稳定在

正常范围内，转速表指针平稳，各部件运

转平顺，无明显抖动和异常噪声。如果发

动机怠速时转速无法稳定在正常数值范

围内，转速表指针偏摆明显，并引起发动

机或整车出现异常抖动、喘振、噪声等

现象，即可判断为发动机怠速不稳。

2.怠速不稳的原因分析

由于汽油发动机是依靠各气缸内的

可燃混合气燃烧做功输出动力的，因此

凡是能引起发动机气缸内气体作用力明

显改变的故障，都有可能导致发动机怠

速不稳。根据发动机的结构组成和工作

原理，原因可分为两类，即机械故障和

进而造成各气缸的输出功率不一致。当

发动机在怠速运转时出现各气缸输出功

率不一致，使发动机瞬时转速忽高忽低，

就是怠速不稳。

其他机械系统，如三元催化器或排

气管堵塞也可能引起怠速不稳、加速无

力甚至无法起动等故障。此外，变速器、

离合器、空调压缩机、转向助力系统、

发电机、水泵级油泵等有故障也会改变

怠速负荷，从而引起怠速不稳。

（2）电控系统故障是指发动机电控

系统出现故障。电控系统故障会导致

进气系统的电器元件（如电子节气门、

VVT阀等）出现异常，混合气浓度不正

确、点火时刻和提前角异常等，从而间

接造成各气缸功率不均衡或不足以维持

怠速运转。电控系统故障的本质是传感

器故障、线路受到干扰，或控制单元故

障导致喷油控制不正确，造成混合气浓

度错误，属于怠速不稳的间接原因。

电控系统故障主要涉及的部件包

括：空气流量计（或进气歧管绝对压力

图1 通用汽车L3G发动机

电控系统故障。

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传感器）、节气门位置传感器、加速踏板

位置传感器、冷却液温度传感器、进气

温度传感器以及氧传感器等故障；相关

线路出现断路、短路、接触不良或附近

有干扰源；发动机控制单元内部故障等。

随着汽车新技术、新结构的加入，引起

怠速不稳的因素会更加复杂，因此在排

除故障时须全面综合考虑。

三、怠速故障案例

故障1

故障现象：一辆2016年产别克威

朗轿车，搭载L3G发动机和手动变速器，

当前行驶里程约6.9万km。用户反映

车辆发动机怠速运转不稳，并发出异常

噪声。

检查分析：维修人员接车后首先查

看了发动机的外观，未见异常。机油、

防冻液和蓄电池电压也都正常，仪表板

未见任何故障警告灯。发动机起动后怠

速不稳且抖动，偶尔还会“放炮”，踩下

加速踏板，转速可以正常升高，转速升

高后抖动和“放炮”均缓解。仔细检查

发动机，未见油迹、水迹，晃动进气管

路及各处线束插接器，均未发现松动、

损坏等异常情况。连接诊断仪进行检测，

未读取到与动力系统有关的故障码。

分析故障现象和此前检查的结果，

初步怀疑是进、排气系统存在故障。

接下来，读取发动机数据流，在检查进

气系统的各项数据时发现，进气歧管

绝对压力传感器的数据波动超出正常

范围（26～52 kPa），达到83 kPa，

图2 怠速时不正常的数据

燃油导轨的压力也比怠速正常值明显

偏高（图2）。

当转速增加3 000 r/min时，歧管

压力和燃油导轨压力能随之降低，说明

发动机电控没有问题。结合异响的特点

再次检查进气系统各部件是否存在塌陷

变形、堵塞、卡箍松弛、开裂等，拆检

空气滤清器，也未见异常。

由于别克威朗车型的发动机舱空间

较狭小，于是使用听诊器对较隐蔽的部

件进行噪声定位。当检查到炭罐电磁阀

附近时，听到吸气的声音尤为明显，怀

疑炭罐电磁阀及其管路泄露。拆卸相关

部件后发现，与电磁阀连接的一条管路

出现裂纹（图3）。

故障排除：更换新的管路后起动发

动机，故障现象消除，读取发动机数据

流也恢复了正常。

回顾总结：炭罐电磁阀用于将燃油

蒸气从蒸发排放（EVAP）炭罐吹洗至

进气歧管，直接形成可燃混合气，进入

气缸进行燃烧，使燃油蒸汽得到充分利

用。当与之有关的管路出现开裂时，会

因为漏气导致混合气过稀，发动机气缸

内的作用力变化从而影响了怠速稳定性，

并因此产生了类似“放炮”的噪声。

上述案例属于典型的机械系统故

障，此类问题的故障点可能会比较隐蔽，

且有时会查不到故障码。面对此类故障，

需要仔细观察和分析故障现象，并借助

诊断仪读取数据流等信息进行排查和确

定故障范围。

故障2

故障现象：一辆2016年产别克威

朗轿车，搭载L3G发动机和自动变速器，

当前行驶里程约2.5万km。用户反映

车辆发动机偶尔出现怠速不稳的现象，

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图3 破裂的管路

曾在维修店检查过，但由于检修时故障

现象未出现，且通过诊断仪未读取到故

障代码，因此未能彻底排除故障。

检查分析：维修人员接车后，首先

观察了车辆发动机外观，未见油迹、水迹；

机油、防冻液液位正常；蓄电池电压也

正常。起动发动机试车，起动过程顺利，

利用故障诊断仪检查发动机控制系统，

没有故障码；仪表板上没有故障警告灯，

但怠速时转速表指针不稳定，发动机偶

尔抖动。踩下加速踏板，发动机转速平

稳上升，且在高转速时运转正常，发动

机工作噪声也正常。松开加速踏板后，

发动机转速可以平稳回落，但是回到怠

速状态时，转速依旧不稳定。

保持发动机运转，读取相关数据，

未检查到失火的记录，推测点火系统正

常。发动机数据显示，短期燃油修正值

在-26.56%～6.25%之间变化，长期

燃油修正值在-15.63%～0.78%之间

变化。正常情况下，发动机怠速运转时

燃油修正值应在±10%的范围内稳定

变化。此外，故障车辆在怠速不稳状态

下的喷油器脉宽最低为0.9 ms，正常

情况下发动机在怠速运转时喷油脉宽为

2.0 ms左右。这说明发动机控制单元误

认为当前混合气过浓，因此发指令减少

了喷油量。但当前发动机怠速运转不正

常，因此推断很可能是由于混合气过稀。

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出现；日常加油都是在正规加油站，油

品有保障；而且不久前更换了燃油滤清

器，因此排除了供油系统堵塞的可能。

再对点火系统进行检查，火花塞电极间

隙正常、个别积炭较多、外观正常，用

图4 怠速时喷油器供电电压波形

发动机出现混合气过稀的故障原因

较多，进气系统和燃油供给系统故障比

较常见，本着先易后难的原则，先检查

进气系统。空气滤清器及管路均正常，

无变形、老化、开裂、堵塞、松旷或其

他异常现象；空气流量计、进气歧管绝

对压力传感器和节气门总成的外观、线

束均正常；曲轴箱通风管路和各真空管

路也都正常。再次读取空气流量计和进

气歧管绝对压力传感器数据，参数均正

常，且能随着发动机转速的变化而变化，

说明这2个传感器及相关线束无故障。

踩下加速踏板，节气门的动作和测

量数据也未见异常，至此判断进气系统

无故障。

接下来检查燃油系统，读取燃油

系统压力，分别在发动机怠速和转速为

3 000 r/min时，燃油泵输出压力均在

420 kPa左右，确定燃油泵工作正常。

发动机怠速运转时燃油导轨的压力为

17.6 MPa，然后将发动机转速提高至

3 000 r/min，数据提升到20.5 MPa，

短期燃油修正为-10.16%，这表明发动

机在高转速时混合气同样过稀。下一步

是确认造成喷油减少的原因：用万用表

测量喷油器各缸供电电压，正常；起动

发动机，检查怠速时喷油器供电电压波

形，正常（图4），表明喷油器本身和用

电线路均正常。

与用户沟通得知，车辆故障是偶尔

火花塞检测仪对每一缸进行跳火试验，

试验结果均正常。清洗火花塞后装回，

试车发现怠速不稳的现象有所缓解，但

未消除。

仔细考虑导致发动机怠速不稳的原

因，想到间接的原因有“传感器故障、

线路受到干扰，或控制单元故障导致喷

油控制不正确，造成混合气浓度错误”。

燃油供给系统各执行器的信号均已检

查，接下来就需要检查闭环控制系统中

的反馈信号了。

如图5所示，该车怠速不稳时氧

传感器的各参数中氧传感器1的数据

变化较快，且数据有时会超出正常范围

～1.2 V）。怀疑是氧传感器1的输

出信号异常，导致了发动机控制单元接

收到了不准确的尾气氧含量参数，从而

在闭环控制过程中错误地减小了喷油量，

使得发动机因混合气过稀而无法保持怠

速稳定。

按照维修手册方法及电路图检测氧

传感器1，首先断开相应的B52A加热

型氧传感器的线束插接器，将点火开关

置于“ON”，测量高电平信号电路4号

端子和搭铁之间的电压，万用表显示数

据为1.8 V，正常。接着，查看故障诊断

仪上的加热型氧传感器电压数据，显示

图5 氧传感器数据

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图6 氧传感器1的波形

为1.9 V（标准数据为1.7～2.1 V之间），

正常。然后，在高速信号电路的4号端

子和低速信号电路3号端子之间跨接一

根串联有3 A熔丝的导线，诊断仪上的

加热型氧传感器电压参数显示为0，表

明线路和控制单元均正常。检测到此，

可能性最大的故障点是氧传感器1。

对氧传感器1进行波形测量，发现

氧传感器1的波形一直保持1 V左右变

化（图6）。这显然是一个错误的信号，

会让发动机控制单元认为当前的混合气

浓度过高，进而发出指令缩减喷油脉宽，

降低混合气浓度。

故障排除：拆下氧传感器1，并更换

新的传感器之后试车，发动机怠速不稳

的故障已消失，用诊断仪读取发动机各

参数，均恢复正常。

回顾总结：怠速不稳是汽车维修从

业者在工作中经常会遇到的问题，而由

氧传感器故障导致的怠速不稳问题可能

会让维修人员感到无从下手。因为氧传

感器即便存在故障，也可能由于并没有

完全失效而只是信号输出不准，所以不

会读取到故障码。

遇到发动机怠速不稳的故障，须排

查完所有直接原因，确保没有机械故障

之后，再重点检查数据，对控制系统故

障进行分析诊断，最终得出结论和制定

维修方案。

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