周周 口口 職職 業業 技技 術術 學學 院院 畢畢 業業 論論 文文 20082008 級級機電工程系系 汽車檢測與維修技術（2）班班 論文題目：論文題目：發動機怠速不穩原因分析 姓姓名：名：郭飛翔學號：學號：08040111 指導教師：指導教師：劉高俊職稱：職稱：助教 20112011 年年04 月月 19 日日 1 目目錄錄 摘要2 引言3 1 概述4 1.1 發動機怠速的概念 5 1.2 發動機怠速不良 4 2 發動機怠速不穩原因分析及排除 5 2.1 怠速不穩的分類5 2.1.1 如何觀察怠速不穩5 2.1.2 按出現規律分類6 2.1.3 按抖動程度分類6 2.1.4 按原因關聯分類6 2.1.5 按故障系統分類6 2.1.6 怠速抖動機理6 2.2 怠速不穩的原因 6 2.2.1 進氣系統6 2.2.2 燃油系統7 2.2.3 點火系統8 2.3 怠速不穩的診斷方法8 外觀檢查 9 3 電噴發動機怠速不良的原因種種解析 10 3.1 怠速開關信號電路原因10 3.2 怠速控制閥及其電路原因 10 3.3 空氣流量計及其電路原因 10 3.4 噴油器及其電路原因 11 3.5 冷卻液溫度傳感器及其電路原因11 3.6 燃油泵及油路系統原因11 3.7 空調開關信號電路原因11 3.8 廢氣再循環閥及其電路原因11 3.9 空檔起動開關電路原因12 3.10 點火系故障12 3.11 其他故障12 4 發動機怠速的控制措施 13 4.1 發動機怠速控制 13 4.2 怠速控制系統的功能 14 4.3 發動機怠速控制執行器ISCV 15 參考文獻16 致謝 17 2 摘要摘要: :發動機怠速不穩是汽車使用中常見的故障之一。盡管現在大多 數的轎車都有故障自診斷系統， 但也會出現汽車有故障而自診斷系統 卻顯示正常代碼或顯示與故障無關的代碼的情況。 這通常是由不受電 控單元(ECU)直接控制的執行裝置發生故障或傳統機械故障造成的。 關鍵詞關鍵詞：怠速不穩故障原因分析診斷 Abstract: the engine idling instability is car use one of the common fault. Although now most cars have the self trouble diagnosis system, but also can appear car has fault since diagnosis system shows normal code or display but has nothing to do with the failure of the code. This is usually composed of not affected by electronic control units (ECU) direct control of the executive device failure or traditional mechanical failure causes. Keywords: idle instability analysis of failure causes the diagnosis 3 引引言言 汽車發動機怠速抖動是發動機怠速工況時在低頻區的異常振動現象。 如何解 決怠速抖動是汽車實際運用中的一個難題,讓維修企業頭痛,普遍缺乏系統性的 有效的解決方法。本文從實踐出發，按照進氣系統、點火系統、燃油系統、排氣 系統,循序漸進地排查故障,尋找故障原因。 對于汽車發動機的維修方面有現實的 指導意義。 4 1 1 概述概述 發動機在怠速工況下工作時， 只需克服內在的摩擦阻力， 而對外無輸出功率。 但發動機怠速的高低不但對油耗有嚴重的影響（實踐證明，在交通流密度大的道 路上行車，怠速油耗約占總油耗的 30%） ，對發動機的排放污染、暖機時間和使 用壽命等都有一定程度的影響。 因此使發動機在各種工況下能自動調節其怠速具 有十分重要的意義。一般在以下幾種情況下都需要提高發動機怠速（也叫快怠 速） ： 11 發動機怠速的概念 發動機在無負荷情況下最低的穩定運轉的轉速，叫做發動機怠速。發動機起 動后，冷卻水沒有達到正常溫度之前，應自動提高發動機的怠速，以免發動機運 轉發抖、不穩或熄火，同時縮短暖機時間。 在發動機怠速工況下使用空調時，由于發動機負荷加大，需要自動提高發動 機的怠速，以免發動機抖動、熄火。 對動力轉向司服機構來說，在發動機怠速工況下轉向行駛時，需要自動提高 發動機怠速，以免發動機抖動、熄火，同時使轉向輕便、可靠。 在駕駛員快速抬起加速踏板、發動機轉速急劇下降時，需要不同程度地自動 提高發動機怠速，以免急抬加速踏板時發動機抖動、熄火，同時減少排放污染。 12 發動機怠速不良 怠速不正確，怠速太低、太高，怠速運轉不柔和及怠速不穩等現象。電噴發 動機構造原理與化油器式發動機有很大區別，怠速不良的故障原因多而復雜，增 加了故障診斷和排除的難度， 本文就 L 型電子燃油噴射系統發動機怠速不良主要 故障原因進行概要分析，以供汽車維修人員參考。 5 2 2 發動機怠速不穩原因分析及排除發動機怠速不穩原因分析及排除 21 怠速不穩的分類 211 如何觀察怠速不穩 觀察發動機缸體抖動程度，也可以觀看機油尺把晃動的程度，平穩的油尺 把很清晰，抖動的油尺把看起來是雙的；從發動機轉速表或讀數據塊觀察，轉 速以怠速期望值為中心抖動，或在期望值一側劇烈抖動，程序中的怠速期望值包 括標準怠速值、負荷（打開燈光，自動變速器掛上擋等）怠速值、空調怠速值、 暖車怠速值；原地啟動發動機，坐在座椅上感覺車身劇烈抖動。 212 按出現規律分類 冷車（冷卻液溫度低于 50）有節奏的不穩；熱車（冷卻液溫度高于 50）有節奏的不穩；無規律的劇烈抖動一、兩下。 213 按抖動程度分類 正常，以怠速期望值10r/min 抖動；一般不穩，以怠速期望值 20r/min 抖動；嚴重不穩，超過怠速期望值20r/min 抖動；在怠速期望值 的一側劇烈抖動。 214 按原因關聯分類 直接原因，指機械零件臟污、磨損、安裝不正確等，導致個別汽缸功率的 變化，從而造成各汽缸功率不平衡，致使發動機出現怠速不穩；間接原因，指 發動機電控系統不正常，導致混合氣燃燒不良，造成各汽缸功率難以平衡，使發 動機出現怠速不穩。 6 215 按故障系統分類 進氣系統；燃油系統；點火系統；發動機機械系統。 216 怠速抖動機理 汽缸內氣體作用力的變化 （一個汽缸氣體作用力變化或幾個汽缸氣體作用力 變化） ，引起各汽缸功率不平衡，導致各活塞在做功行程時的水平方向分力不一 致，出現對發動機橫向搖倒的力矩不平衡，從而產生發動機抖動。也可以說，凡 是引起發動機汽缸內氣體作用力變化的故障都有可能導致發動機怠速抖動 22 怠速不穩的原因 221 進氣系統 (1)進氣歧管或各種閥泄漏 當不該進入的空氣、汽油蒸汽、燃燒廢氣進入到進氣歧管，造成混合氣過濃 或過稀，使發動機燃燒不正常。當漏氣位置只影響個別汽缸時，發動機會出現較 劇烈的抖動， 對冷車怠速影響更大。 常見原因有： 進氣總管卡子松動或膠管破裂； 進氣歧管襯墊漏氣；進氣歧管破損或其它機件將進氣歧管磨出孔洞；噴油器 O 型密封圈漏氣；真空管插頭脫落、破裂；曲軸箱強制通風（PCV）閥開度大；活 性炭罐閥常開；廢氣再循環（EGR）閥關閉不嚴等。 (2)節氣門和進氣道積垢過多 節氣門和周圍進氣道的積炭、污垢過多，空氣通道截面積發生變化，使得控 制單元無法精確控制怠速進氣量，造成混合氣過濃或過稀，使燃燒不正常。常見 原因有：節氣門有油污或積炭；節氣門周圍的進氣道有油污、積炭；怠速步進電 機、占空比電磁閥、旋轉電磁閥有油污、積炭。 7 (3)怠速空氣執行元件故障 怠速空氣執行元件故障導致怠速空氣控制不準確。常見原因有：節氣門電機 損壞或發卡；怠速步進電機、占空比電磁閥、旋轉電磁閥損壞或發卡。 (4)進氣量失準 控制單元接收錯誤信號而發出錯誤的指令，引起發動機怠速進氣量控制失 準，使發動機燃燒不正常，屬于怠速不穩的間接原因。常見原因有：空氣流量計 或其線路故障；進氣壓力傳感器或其線路故障；發動機控制單元插頭因進水接觸 不良或電腦內部故障。 222 燃油系統 (1)噴油器故障 噴油器的噴油量不均、霧狀不好，造成各汽缸發出的功率不平衡。常見原因 有：噴油器堵塞、密封不良、噴出的燃油成線狀等。 (2)燃油壓力故障 油壓過低，從噴油器噴出的燃油霧化狀態不良或者噴出的燃油成線狀，嚴重 時只噴出油滴，噴油量減少使混合氣過稀；油壓過高，實際噴油量增加，使混合 氣過濃。常見原因有：燃油濾清器堵塞；燃油泵濾網堵塞；燃油泵的泵油能力不 足；燃油泵安全閥彈簧彈力過?。贿M油管變形；燃油壓力調節器有故障；回油管 壓癟堵塞。 (3)噴油量失準 各傳感器或線路故障，導致控制單元發出錯誤指令，使噴油量不正確，造成 混合氣過濃或過稀，屬于怠速不穩的間接原因。具體原因有：空氣流量計（或進 8 氣歧管壓力傳感器）故障；節氣門位置傳感器故障；節氣門怠速開關故障；冷卻 液溫度傳感器故障；進氣溫度傳感器故障；氧傳感器失效；以上傳感器的線路有 斷路、短路、接地故障；發動機控制單元插頭因進水接觸不良或電腦內部故障 223 點火系統 (1)點火模塊與點火線圈 近些年各車型多將點火模塊與點火線圈制成一體， 點火模塊或點火線圈有故 障主要表現為高壓火花弱或火花塞不點火。常見原因有：點火觸發信號缺失；點 火模塊有故障；點火模塊供電或接地線的連接松動、接觸不良；初級線圈或次級 線圈有故障等。 (2)火花塞與高壓線 火花塞、高壓線故障導致火花能量下降或失火。常見原因有：火花塞間隙不 正確；火花塞電極燒蝕或損壞；火花塞電極有積炭；火花塞磁絕緣體有裂紋；高 壓線電阻過大；高壓線絕緣外皮或插頭漏電；分火頭電極燒蝕或絕緣不良。 (3)點火提前角失準 由于傳感器及線路故障屬于引起怠速不穩的間接原因， 控制單元發出錯誤指 令，使點火提前角不正確，或造成點火提前角大范圍波動。常見原因有：空氣流 量計或進氣壓力信號故障；霍爾傳感器故障；冷卻液溫度傳感器故障；進氣溫度 傳感器故障；爆震傳感器故障；以上傳感器的線路有斷路、短路、接地故障；發 動機控制單元因進水引起插頭接觸不良或內部電路損壞。 (4)其它原因 三元凈化催化器堵塞引起怠速不穩，這種故障在高速行駛時最易發現。 9 自動變速器、空調、轉向助力器有故障會增加怠速負荷，引起怠速不穩。發 動機控制單元與空調、自動變速器控制單元之間的怠速提升信號中斷，在安裝 CAN-BUS 的車輛存在總線系統故障。隨著新技術、新結構的增加，引起怠速不穩 的因素會更多，診斷者必須全面考慮問題。 23 怠速不穩的診斷方法 進氣系統、燃油系統、點火系統、發動機機械故障均會導致發動機怠速不穩 現象， 因此診斷產生發動機怠速不穩現象的原因是一項涉及面較廣、難度較大的 工作，輕易換件的方法是不可取的。怠速不穩故障的原因有百般變化，應根據檢 測結果、理論分析、維修經驗做出正確判斷，所以說診斷工作是有規律可循的。 外觀檢查 打開發動機罩檢查：觀察發動機運轉情況，抖動程度，同時觀察發動機轉速 表指針的擺動幅度，是否偏離怠速期望值；觀察是正常怠速抖動，還是負荷怠速 抖動（打開空調、燈光、掛入擋位、打方向盤等） ；發動機外部件是否有異常； 真空管有無脫落、破損；電線插接器有無松脫；是否存在漏油、漏水、漏氣、漏 電的四漏現象；排氣管是否“突、突” （說明燃燒不好） 、冒黑煙、有生汽油味等 不正?，F象；節氣門拉線是否調整合適。 3 3 電噴發動機怠速不良的原因種種解析電噴發動機怠速不良的原因種種解析 31 怠速開關信號電路原因 發動機控制電腦（ECU）是根據怠速開關信號（IDL 端子）電位的高低 來判斷發動機是否處于怠速工況的。當怠速觸點閉合，給 ECU 的 IDL 端子輸入低 電位時， ECU 判斷發動機處于怠速工況， 于是啟動怠速控制程序控制發動機運轉。 因怠速觸點間隙調整不當、接觸不良、損壞及電路故障，發動機 ECU 將無法正確 判定怠速工況，從而造成怠速控制失誤，導致各種怠速不良現象。因此,在檢查 10 時應加以重視，一般應首先排除這一可能。 32 怠速控制閥及其電路原因 怠速控制閥（ISC 閥）用來控制怠速工況下繞過節氣門進入進氣歧管的 旁通空氣量，以控制怠速大小，發動機 ECU 根據水溫傳感器信號(THW 端子)及空 調（A/C） 、發動機動力轉向油泵等附屬裝置工作狀態的開關信號，將發動機轉速 控制在所設定的目標轉速穩定運轉，控制過程采用反饋控制的形式。ISC 控制閥 分步進電機型、旋轉電磁閥型、占空比控制型、真空電磁閥型等，當 ISC 閥因積 炭堵塞、卡住，控制線路出現短路、斷路和搭鐵時，發動機 ECU 無法正確控制 ISC 閥的開度，導致怠速不良，診斷時應加以重點檢測。 33 空氣流量計及其電路原因 空氣流量計檢測進入發動機的空氣量， 是 ECU 控制燃油噴射的主要依據 之一，空氣流量計及其電路故障使 ECU 接收不到空氣流量信號或收到的信號失 真，造成噴油器噴油量失準，混合氣過濃或過稀，導致轉速過低、缺火或怠速運 轉不柔和。 診斷時可用數字萬用表檢測怠速時空氣流量信號輸出端子及 ECU 相應 輸入端子電壓，與標準值進行比較判斷。 34 噴油器及其電路原因 噴油器及其電路故障影響噴油數量及質量。 如噴油器積炭堵塞造成噴油 量減少、霧化不良，噴孔磨損使噴油過多、滴漏，噴油器電磁線圈及其控制線路 電氣故障（接觸不良、短路、斷路、搭鐵）引起噴油量減少、不噴油等，導致怠 速運轉不柔和及缺火現象。 35 冷卻液溫度傳感器及其電路原因 11 怠速時，發動機 ECU 根據冷卻液溫度傳感器輸入信號（THW 端子）判斷 發動機熱狀態，對噴油量進行修正，水溫低時，汽油蒸發困難，混合氣形成困難 且不均勻，因此低溫時適當增大噴油量，加濃混合氣。水溫傳感器不良使輸出信 號失真， ECU 從 THW 端子獲得錯誤信號，造成修正不當。電路短路或斷路時電 腦采用跛行控制，固定采用 80 度水溫控制怠速，往往使怠速過低、缺火及運轉 不柔軟和。 36 燃油泵及油路系統原因 燃油泵及油路系統影響燃油壓力，如壓力過低，使噴油器線圈在同樣通 電時間的情況下實際噴油量減少，噴霧質量變差，怠速混合氣變稀；壓力過高， 則噴油量過多，混合氣過濃。燃油系統壓力與燃油壓力調節器、燃油泵、油壓電 磁閥的技術狀況及其電路工作狀況有關。 37 空調開關信號電路原因 空調（A/C）信號是一個開關信號，向電腦發出空調開關請求。當開空 調時電腦根據 A/C 信號及時提高怠速以適應空調壓縮機的負荷，A/C 信號失常， 將導致怠速過高、過低，發動機抖動和熄火。 38 廢氣再循環閥及其電路原因 廢氣再循環閥（EGR 閥）只在發動機處于正常工作溫度并達一定轉速時 才打開，將一部分廢氣引入進氣歧管并返回氣缸，以降低缸內最高燃燒溫度，使 NOx 排放降低，EGR 閥卡死在開啟位置，或在怠速時關不嚴，或電路故障引起怠 速打開，沖淡怠速混合氣，造成怠速過低、運不柔和熄火等。 39 空檔起動開關電路原因 12 配置自動變速器的汽車， ECU 根據空檔起動開關的信號， 提高怠速轉速， 當變速控制桿處于倒檔或前進檔時，自動提高怠速轉速，否則降低轉速?？諜n起 動開關電路故障 ，ECU 收到錯誤信號使怠速過高或過低。 310 點火系故障 點火系中點火線圈、點火器或點火 ECU、分電器、點火信號發生器、相關影 響點火正時的傳感器及高壓線不良，造成缺火、火花弱、點火正時不準等，導致 怠速不良。 311 其他故障 除以上故障原因，以下故障同樣會引起某種怠速異常：ECU 故障；主氧 傳感器電路；EFI 主繼電器電路；備用電源電路；冷起動噴油器電路；混合氣調 節可變電阻器電阻；燃油質量；進氣管漏真空；空氣濾清器堵塞；氣缸壓縮不良 等。 總之，電噴發動機怠速運轉不良故障原因較多，維修診斷時，應針對具體表 現的征狀，結合發動機電噴系統組成和結構型式進行綜合分析，借助電腦故障解 碼器調出故障碼，對照相關技術資料和技術數據進行檢測判斷。如沒有讀出故障 代碼則從易出現的和容易排除可能的故障入手，逐步診斷，做到高效準確地找出 原因并排除故障。 4 4 發動機怠速的控制措施發動機怠速的控制措施 汽油發動機是靠駕駛員通過加速踏板操縱節氣門， 利用調節吸入空氣量的方 法來控制發動機輸出功率的，發動機怠速運轉時，節氣門處于全關閉狀態，空氣 通過節氣門縫隙及旁通節氣門的怠速調節通路進入發動機。 發動機利用這些空氣 配合成混合氣進燃燒，產生的輸出扭矩與發動機本身摩擦力矩相平衡，使發動機 在怠速下穩定運轉，當發動機的摩擦力矩產生變化時，或者懸浮在空氣中的細小 13 灰塵附著在節氣門隙處引起空氣量變化時，怠速運轉轉速都會發生變化。如果怠 速運轉轉速下降，將引起發動機運轉不穩，或者引起啟動時發動機熄火，反之， 如果怠速運轉轉速升高，則使怠速燃料消耗增加。為了防止發生這些問題，發動 機控制系統具有維持怠速運轉的機能，也就是能實現怠速控制，而且這種控制是 必要的 41 發動機怠速控制 發動機怠速工況是指發動機運行中，節氣門開度最小，汽車處于空檔，發動 機只帶附件而維持最低轉速的穩定工況。怠速工況是汽車發動機常見的工況之 一，所以，怠速控制是汽車發動機控制的一個重要環節。 怠速轉速越高，發動機工作越穩定，油耗也就越高。由于工作穩定，每一循 環的排放污染量下降，但由于轉速高，所以在一定時間內排出的有害物質總量的 下降程度很小。所以為了降低怠速工況時發動機有害物質的排放量，提高汽車使 用過程的經濟性，并使汽車發動機在怠速工況時在低而穩定的轉速下運行，必須 對發動機的怠速工況加以控制。當車內空調開啟時，該控制系統還能提高怠速運 轉時的發動機轉速，以適應空調壓縮機轉速的要求。 42 怠速控制系統的功能 發動機怠速控制方法采用怠速控制閥（ ISCV ）控制節氣門旁路中的空氣流 量， 使發動機怠速運轉總是處于最佳的轉速下。在發動機怠速控制系統中需要接 收各相關傳感器所發出的信號，并采用一臺步進電機。 （ 1 ）發動機啟動時的怠速控制功能 當發動機啟動時，由于節氣門關閉，空氣進入量很小，為了使發動機啟動容 14 易，該怠速控制功能可使旁通空氣量達到最大，以改善發動機的啟動性能。在發 動機啟動后，電子控制單元根據冷卻水溫度對進氣量進行調節，使發動機怠速運 轉得以穩定，并受到控制。發動機啟動時怠速控制閥開啟程度的大小與發動機冷 卻水溫度之間的關系。 （ 2 ）發動機升溫期間的怠速控制 當發動機啟動后的升溫期間， 怠速控制系統將進氣量逐漸地調整到由冷卻水 溫度所決定的進氣量水平，使發動機處于最佳的怠速運轉狀態。 （ 3 ）發動機升溫結束后的怠速控制 發動機升溫結束后，怠速控制系統通過接收各傳感器的輸出信號，來檢測發 動機的負荷情況。怠速控制系統所接收的信號包括自動變速器空檔信號，此信號 用來標明當前變速檔所處的位置，以及空調器是否處于開啟的信號。然后根據這 些條件，怠速控制系統計算出一個最佳的怠速運轉速度，并根據發動機實際轉速 與計算所得的最佳怠速轉速之間的差別進行反饋控制，使進氣量發生改變，逐漸 縮小這一轉速差別，直到發動機怠速轉數達到計算所得的最佳值。當變速器掛檔 或開啟空調使發動機的負荷突然改變時，有可能使發動機熄火。為了防止這種由 于發動機負荷突然改變導致發動機熄火的現象， 在實際所需的負荷加載到發動機 之前，這類使發動機負荷發生變化的信號已輸入怠速控制系統，使怠速控制閥 （ ISCV ）立即動作，以確保發動機怠速運轉能夠穩定而不熄火。 4. 3 發動機怠速控制執行器 ISCV 怠速運行時空氣流量的調節是根據怠速電子控制單元發出的脈沖信號數目， 使步進電機的轉子轉動，啟閉閥門以達到控制進氣量的目的。步進電機的轉子軸 向固定，當轉子轉動時轉子中心的螺桿上下移動帶動閥門，使空氣的流通面積發 生變化，從而達到調