电喷发动机怠速偏高故障诊断与分析

王小乔

电喷发动机怠速偏高是汽车的常见故障。电喷发动机的怠速是通过电控怠速控制阀来保证的。ECU根据车速、节气门位置、冷却液温度、进气温度、发动机转速及空调开关、动力转向开关、空挡位置开关、电源系统电压等信号,经过运算对怠速控制阀进行调节。当怠速转速低于设定转速值时,计算机指令怠速控制阀打开进气旁通道或直接加大节气门的开度,使进气量增加,以提高发动机怠速转速;当怠速转速高于设定转速值时,计算机便指令怠速控制阀关小进气旁通道或直接关小节气门开度,使进气量减小,降低发动机怠速转速。一般ECU能调节发动机怠速在设定转速值允许的上、下限值内波动。怠速转速设定值在发动机出厂时已经精确设定,若无故障一般不会发生变化,无需进行调整。如果由于节气门位置、冷却液温度及空调开关、动力转向开关等信号或ECU等有故障,使发动机怠速高于怠速转速设定值允许的上限值时,则造成发动机怠速偏高故障。

一、引起电喷发动机怠速偏高的故障原因

1.怠速控制阀失准或进气管泄漏

由发动机怠速控制原理可知,在正常情况下,怠速控制阀的开度与进气量严格遵循某种函数关系,即怠速控制阀开度增大,进气量相应增加。未经计量的空气进入进气管会造成进气量增加,怠速转速偏高。如在怠速状态时,怠速控制阀总是打开不闭合,ECU便判定发动机处于部分负荷状态而按部分负荷程序来控制发动机转速,造成怠速转速偏高。又如,进气管漏气,进气量增加,进气管压力升高,ECU指令喷油器增加喷油时间,使怠速转速偏高。

2.点火正时失准

电喷发动机点火提前角由初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角三部分组成。初始点火提前角是固定值。基本点火提前角是以发动机转速和负荷为变量的三维点火特性脉谱图转换成数据形式存储在ECU内,由ECU根据发动机转速和负荷信号来控制基本点火提前角。修正点火提前角是根据冷却液温度、进气温度、开关信号等,适当增大或减小点火提前角来进行修正。点火提前角失准是一个间接故障,是由测量上述参数的传感器和开关信号故障引起。另外,点火系统故障也会使发动机怠速转速偏高。

3.节气门位置传感器故障

各种类型汽车的节气门位置传感器都安装在节气门体上节气门轴的一端,其功用是将节气门开度(即发动机负荷)大小转变为电信号输入ECU,ECU根据节气门位置信号判别发动机的工况,如怠速工况、部分负荷工况、大负荷工况等,并根据发动机不同工况对混合气浓度的不同要求来控制喷油时间。正常情况下发动机怠速时,节气门关闭,节气门位置传感器的怠速触点IDL闭合,传感器输出端子IDL输出低电平信号。当出现节气门位置传感器调整不当;怠速触点不闭合,使ECU接收不到怠速信号;传感器电阻值发生变化,输送给ECU的信号电压随之变化等故障,ECU则根据变化的信号(不是处于怠速工况,而是处于部分负荷工况),指令增加喷油时间,使发动机怠速转速偏高。

4.冷却液温度传感器故障

冷却液温度信号用于修正怠速转速。在ECU内部,存储有与不同水温对应的最佳怠速转速。在冷车起动后的暖机过程中,ECU根据发动机温度信号,通过控制怠速控制阀的开度来控制相应的快怠速转速,并随发动机温度升高逐渐降低怠速转速。当冷却液温度达到正常工作温度时,恢复正常怠速转速。当传感器插头断路时,ECU以事先设定的冷却液温度替代值为标准,以极冷工况控制喷油量,使怠速转速升高;或者是传感器显示的冷却液温度信号错误,把热车状态当作冷车状态,ECU以冷车状态为标准指令增加喷油时间,使怠速转速偏高。

5.空调开关信号、动力转向开关信号、空挡开关信号、电源电压信号故障

空调开关信号、动力转向开关信号、空挡开关信号、电源电压信号向ECU提供发动机负荷变化的状态信息。在ECU内部存储有不同负荷状态下对应的最佳怠速转速。如发动机怠速时,当接通空调开关或动力转向开关,发动机负荷就会增大,怠速转速就会降低,如果怠速转速降低过多,发动机就可能熄火。因此,在接通空调开关或动力转向开关之前,要先将怠速转速提高超过设定值转速,防止发动机熄火。当断开空调开关或动力转向开关时,发动机负荷又会减小,怠速转速就会升高,使油耗增大、驾驶困难(起步前冲、容易导致汽车追尾)。因此,当断开空调开关或动力转向开关之后,要将怠速转速降低,恢复正常怠速。又如当电器负荷增大(如夜间行车接通前照灯、按喇叭等)时,电气系统的供电电压就会降低,如果电源电压过低,就会影响电控系统正常工作和用电设备正常用电。因此,在电源电压降低时,要提高怠速转速,以提高电源电压。当上述开关信号或电源电压信号发生故障,向ECU提供要升高怠速转速的错误信号时,使怠速转速偏高。

6.燃油压力过高

燃油压力过高使得实际喷油量过多,混合气变浓,怠速转速偏高。燃油泵、油压调节器等故障是造成燃油压力过高的主要原因。

7.喷油器有滴漏

喷油器有滴漏,使喷油器无法按照ECU指令正常喷油,从而造成混合气过浓,怠速转速偏高。

8.空气流量计或进气压力传感器故障

空气流量计或进气压力传感器是用于直接或间接测量发动机运转时吸入空气流量多少,向ECU输入进气量信号,供ECU计算确定喷油时间和点火时间的主要依据。当其发生故障而向ECU提供错误信号时,使ECU指令增加喷油时间,造成怠速转速偏高。

9.进气温度传感器故障

进气温度传感器是用来测量进气温度,向ECU输入进气温度信号,以及为燃油喷射量和点火正时提供依据的。当传感器插头断路,或者是传感器显示的进气温度信号错误时,把热车状态当作冷车状态,ECU以冷车状态为标准指令增加喷油时间,使怠速转速偏高。

10.ECU故障

ECU故障,发出升高怠速转速的错误指令,致使怠速转速偏高。

二、电喷发动机怠速偏高故障诊断流程

诊断电控发动机怠速偏高故障时,应该遵循以下原则:

先外后内。先对电子控制系统以外的可能故障部位予以检查。

先简后繁。能利用简单方法检查的可能部位先予以检查。

先熟后生。先对常见故障部位进行检查。

代码优先。优先检查和排除故障代码所指的故障部位。如故障代码所指的故障消除后发动机故障现象还未消除,或者开始就无故障代码输出,则再对发动机可能的故障部位进行检查。

根据以上原则以及实际故障诊断经验,归纳出电喷发动机怠速偏高故障诊断流程如图1所示。

三、怠速偏高实例分析

1.实例1

(1)故障现象。有一辆丰田皇冠3.0L轿车,配装2JZ发动机,热车时怠速很高,关闭所有电器和空调时,发动机仍1600r/min的高速运转,居高不下。其他性能正常,故障警告灯未亮。图1电喷发动机怠速偏高故障诊断流程

(2)故障诊断过程。首先读取故障码,无故障码显示。

由于其他性能正常,消声器出口处也不冒黑烟,所以按怠速偏高故障的排除方法先检查和清洗怠速控制阀。此车的怠速控制阀是步进电动机式,六线制。清洗怠速控制阀和节气门体后,故障依旧。并且在发动机熄火及转速变化时怠速控制阀也都能正常工作,说明怠速控制阀没有问题。

检查冷却液温度传感器。在热车时拔下冷却液温度传感器线束插头,此时发动机ECU会进入失效保护模式。在冷却液温度80℃时,它的怠速仍为1600r/min,说明没有冷却液温度传感器和有良好的冷却液温度传感器发动机怠速是一样的,这进一步说明冷却液温度传感器无故障。

检查进气歧管真空传感器,真空度传感器正常,该机加速良好,也充分说明真空度传感器是好的。

检查燃油压力,正常。检查进气系统无漏气现象,炭罐软管连接正常。

根据发动机怠速控制原理,在冷却液温度80℃时,ECU根据发动机转速和节气门开度来控制怠速,此时若发动机转速高于(750±50)r/min时,ECU会减小怠速控制阀的开度,以降低转速。

现在热车时怠速这样高,怠速控制阀又正常,那么故障的原因可能在以下两方面:一是节气门位置传感器或发动机转速传感器有故障,向ECU发出了错误信号;二是ECU本身有问题,把1600r/min信号当作750r/min信号传送。

检查节气门位置传感器和发动机转速传感器,均无故障。

根据以上检查和分析,确认发动机ECU有故障。询问车主,车主说:“发生该故障前,轿车曾在一潮湿和通风不良的车库中停过多日”。于是,初步判断是ECU受潮后性能不稳定所引起故障,打开ECU盖子,用电吹风进行了10分钟吹干。此后装车再发动,怠速即回到750r/min,至此故障完全排除。

(3)故障原因分析。发动机ECU有故障,误把1600r/min信号当作750r/min信号,给执行元件发出错误指令,致使发动机怠速过高。

2.实例2

(1)故障现象。一辆桑塔纳2000GLi轿车,累计行程30多万公里,出现了发动机怠速过高的问题。怠速转速高达1600r/min,但加速却正常,起动性能也良好。

(2)故障诊断过程。用点火正时仪进行调整发现,当将点火提前角调整为12°±1°时,发动机怠速转速为1600r/min;当点火提前角调整为-10°时,为800r/min,但此时发动机加速发闷,动力不足起动困难。用V.A.G1552故障诊断仪进入01——发动机电控系统,选择功能02——读取故障储存,诊断仪屏幕显示没有故障码储存。选择功能08——读取数据块,001组～003组分别显示为:

001组发动机转速:580r/min,冷却液温度92.5℃,氧传感器信号电压0.1～0.9V,工作状态11111111。

002组发动机转速:560r/min,喷油脉宽4.0ms,蓄电池电压13.6V,进气温度30.4℃。

003组发动机转速:560r/min。发动机负荷2.0ms,节气门开度<6°。

001组1区为发动机转速,2区为冷却液温度,3区为氧传感器信号电压,在0.1～0.9V间波动,4区为工作状态;002组1区为发动机转速,2区为喷油器的喷油脉宽,3区为蓄电池电压,4区为进气温度;003组1区为发动机转速,2区为发动机负荷(怠速时其正常值应为1～2.5ms),3区为节气门开度(正常应在5°～10°范围内)。

检查进气管路,没有发现漏气的地方。把怠速稳定阀(N71)及其线束侧连接器拆下,用化油器清洗剂把阀芯清洗干净,插上N71线束侧连接器,然后接通点火开关,发现其阀芯动作自如。将N71装复,当发动机怠速运转时,按下N71线束侧连接器,发现发动机转速立即从1600r/min上升至1780r/min,说明N71工作正常。让发动机熄火后,拆下进气管,观察节气门体较清洁,而且从诊断仪上也未发现节气门的开度有不正常的地方,就未对节气门体作进一步的检查。用V.A.G1318测量燃油系统压力,怠速时该系统的压力为260kPa,急加速时,该压力上升为300kPa,说明燃油系统压力正常。

询问车主得知,该车在半年前曾清洗过节气门体,然后就出现怠速时发动机转速比以前稍有提高的现象。可半年来发动机怠速转速不断增加,逐渐从1200r/min增加到1600r/min。根据车主反映的情况,结合以上检查,怀疑节气门体有不正常的磨损现象,致使在怠速时,节气门尽管已经完全关闭,但因其腔体已经磨损,仍然会有一部分空气进入发动机气缸,致使发动机怠速转速升高,氧传感器的信号电压偏低。

拆下节气门体检查,节气门体严重磨损,当节气门完全关闭时,与节气门体间有0.1mm左右的缝隙。

更换节气门体后,用点火正时仪对点火提前角进行了调整。点火提前角12°,怠速转速为800r/min。上述故障完全排除。

(3)故障原因分析。因节气门体严重磨损,当节气门完全关闭时,与节气门体间有0.1mm左右的缝隙,导致进气压力传感器采集到的是错误信号。而ECU在接受了传感器错误信号后,误认为发动机处于较大负荷状态,从而增大了喷油量。因此,发动机出现怠速转速偏高的故障。

发动机怠速时,混合气浓度异常,致使发动机处于部分负荷状态运转,产生发动机怠速偏高现象,其与发动机电控系统、进气系统、燃油系统、点火系统的故障有关。本文从以上几个方面全面分析了怠速转速偏高的故障原因,给出了怠速转速偏高的故障诊断步骤与方法,结合具体实例运用前述理论与分析方法、步骤,准确地判断出故障所在。

(作者单位:广东省肇庆市高级技工学校,

广东省肇庆市技师学院)