故障現(xiàn)象

一輛2009款別克凱越車，搭載F16D3發(fā)動機，累計行駛里程約為8.3萬km。車主反映，該車發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速過高，且發(fā)動機故障燈異常點亮。

故障診斷

接車后試車，起動發(fā)動機，發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速為1 100 r/min左右，且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，同時組合儀表上的發(fā)動機故障燈長亮。用故障檢測儀檢測，發(fā)動機控制模塊(ECM)中存儲有故障代碼“P0507 怠速高”(圖1)。讀取發(fā)動機數(shù)據(jù)流(圖2)，發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速(1 058.50 r/min)比設(shè)定發(fā)動機轉(zhuǎn)速(940 r/min)高出100 r/min以上;“怠速空氣控制位置”為10個計數(shù)，過低，一般為50個計數(shù)左右;發(fā)動機負載為30.39%，偏大，一般低于20%;“計算節(jié)氣門位置”(即節(jié)氣門開度)為0%，正常，說明節(jié)氣門完全關(guān)閉;進氣歧管絕對壓力傳感器信號為48 kPa，偏大，一般為32 kPa左右;長、短期燃油調(diào)整均為1%，說明混合氣濃度基本正常。

圖1 ECM中存儲的故障代碼(截屏)

查看維修資料得知，故障代碼P0507的設(shè)置條件為，發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速高于設(shè)定怠速轉(zhuǎn)速至少200 r/min并持續(xù)10 s以上。圖2中的轉(zhuǎn)速差沒有達到200 r/min是因為設(shè)定怠速轉(zhuǎn)速比較高，當(dāng)設(shè)定轉(zhuǎn)速降低至800 r/min左右時，發(fā)動機實際轉(zhuǎn)速不會降低，此時轉(zhuǎn)速差便會達到200 r/min以上。

圖2　故障車怠速時的發(fā)動機數(shù)據(jù)流(截屏)

如圖3所示，該車發(fā)動機怠速工況時的發(fā)動機轉(zhuǎn)速由安裝在節(jié)氣門體上的怠速空氣控制(IAC)閥控制。IAC閥內(nèi)部有1個步進電動機，它由圍成一圈的多個鋼質(zhì)定子和一個轉(zhuǎn)子組成。每個鋼質(zhì)定子上都繞著一個線圈，轉(zhuǎn)子是一個永久磁鐵，永久磁鐵的中心是一個螺母。所有的定子線圈都始終通電，只要改變其中某一個線圈的電流方向，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一定角度。當(dāng)各個定子線圈按恰當(dāng)?shù)捻樞蚋淖冸娏鞣较驎r，就形成一個旋轉(zhuǎn)磁場，使永久磁鐵制成的轉(zhuǎn)子按一定的方向旋轉(zhuǎn)。如果將電流方向改變的順序顛倒過來，那么轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也會顛倒過來。連接在轉(zhuǎn)子中心的螺母帶動一根絲桿，絲桿的頭部是一個塞頭，塞頭隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)可以伸出或縮回，從而減小或增大怠速旁通空氣通道的截面積。每次切換線圈的電流方向時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個固定的角度，絲杠就伸出或縮回一定距離(稱為1步或1個計數(shù))。

圖3 IAC閥控制電路及工作原理示意

再來分析怠速時的發(fā)動機數(shù)據(jù)流，節(jié)氣門完全關(guān)閉，IAC閥計數(shù)較低，說明ECM試圖通過降低IAC閥計數(shù)(即降低怠速旁通空氣通道的截面積)來降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速;發(fā)動機負載、進氣歧管絕對壓力較大，長、短期燃油調(diào)整正常，推斷有多余的空氣經(jīng)過進氣歧管絕對壓力傳感器計量后進入氣缸參與燃燒。

拆下節(jié)氣門前端的進氣管(圖4)，用手堵住節(jié)氣門端面，發(fā)動機立即熄火，由此排除節(jié)氣門后方管路漏氣的可能;用手堵住一點怠速旁通空氣進氣口，發(fā)動機轉(zhuǎn)速立即下降，說明發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速過高是由于IAC閥開度過大引起的，可能的原因有：IAC閥損壞，如機械卡滯;ECM損壞，如IAC閥步進電動機的正反轉(zhuǎn)控制異常。

圖4　拆下節(jié)氣門前端的進氣管

用pico示波器和2個電流鉗(圖5)同時測量IAC閥內(nèi)部2組線圈的電流，發(fā)現(xiàn)在接通點火開關(guān)時，IAC閥自檢電流波形如圖6所示，可以看到ECM能夠控制IAC閥步進電動機正反轉(zhuǎn)(即能夠正常切換電流方向)。診斷至此，推斷IAC閥損壞。

圖5　電流鉗的連接方式

圖6 IAC閥自檢時其內(nèi)部2組線圈的電流(截屏)

故障排除

更換IAC閥后試車，發(fā)動機怠速恢復(fù)正常，且發(fā)動機故障燈不再異常點亮，故障排除。讀取正常車怠速時的發(fā)動機數(shù)據(jù)流，實際發(fā)動機轉(zhuǎn)速為845 r/min，IAC閥計數(shù)為57，發(fā)動機負載為19.33%，進氣歧管絕對壓力為35 kPa。