应用案例 | 2008 款雷克萨斯 ES350 车发动机怠速转速过高故障诊断

故障现象

一辆2008款雷克萨斯ES350车，搭载2GR发动机，累计行驶里程约为16.8万km。该车因发动机怠速转速过高在其他维修厂维修，维修人员先后更换了节气门总成、正时链条、张紧器、导轨及4个凸轮轴链轮等，但故障依旧，于是向笔者请求技术支持。

故障诊断

接车后试车，起动发动机，观察组合仪表，发现发动机转速约为1 800 r/min，确实过高。用故障检测仪检测，发现发动机控制模块（ECM）中存储有故障代码“P0011 凸轮轴位置‘A’-正时超前或系统性能（1列）”（图1），且无法清除。分析认为，气缸列1的进气凸轮轴正时调节系统有故障。

                                                                          图1 ECM中存储的故障代码（截屏）

脱开靠近仪表台侧的气缸的进气凸轮轴位置传感器导线连接器，读取故障代码，发现多出1个故障代码“P0343 凸轮轴位置‘A’电路高输入（1列或单个传感器）”（图2），由此可知，该列气缸为气缸列1（图3），另一列气缸为气缸列2。

                          图2　脱开气缸列1的进气凸轮轴位置传感器导线连接器后ECM中存储的故障代码（截屏）

                                                                                图3　故障车气缸列的分布

用pico示波器4个通道同时测量发动机怠速时气缸列1、气缸列2的进、排气凸轮轴位置传感器的信号波形（图4），对比发现气缸列1和气缸列2的进、排气凸轮轴位置传感器的信号波形并不同步（有些V形发动机两列气缸的进、排气凸轮轴位置传感器的信号波形是同步的，可以通过对比进行故障判断），由于没有标准波形作对比，通过该组波形无法判断气缸列1的进气凸轮轴正时是否正确。

                图4　故障车发动机怠速时气缸列1、气缸列2的进、排气凸轮轴位置传感器的信号波形（截屏）

同时测量发动机怠速时气缸列1、气缸列2的进气凸轮轴位置传感器信号和调节阀控制信号的波形（图5），未见异常。结合进、排气凸轮轴调节阀控制电路进行分析，可知进、排气凸轮轴调节阀均为正触发，即ECM向调节阀输出供电以促动调节阀。

            图5　故障车发动机怠速时气缸列1、气缸列2的进气凸轮轴位置传感器信号和调节阀控制信号的波形（截屏）

脱开气缸列1进气凸轮轴调节阀导线连接器，人为给气缸列1进气凸轮轴调节阀提供电源和搭铁，同时测量发动机怠速时气缸2的点火触发信号（以此为波形采集的触发信号，方便观察2个进气凸轮轴位置传感器信号的变化）和气缸列1、气缸列2的进气凸轮轴位置传感器信号波形（图6），发现气缸列1、气缸列2的进气凸轮轴位置传感器信号相位差始终约为73°曲轴转角，几乎无变化。

                               图6　人为促动气缸列1进气凸轮轴调节阀时相关信号的波形（截屏）

脱开气缸列2进气凸轮轴调节阀导线连接器，人为给气缸列2进气凸轮轴调节阀提供电源和搭铁，同时测量发动机怠速时气缸2的点火触发信号和气缸列1、气缸列2的进气凸轮轴位置传感器信号波形（图7），发现气缸列2的进气凸轮轴位置传感器信号向左移动（波形向左移动为凸轮轴相位提前，向右移动为凸轮轴相位滞后），气缸列1、气缸列2的进气凸轮轴位置传感器信号相位差变为115°曲轴转角，即气缸列2进气凸轮轴相位约提前了42°曲轴转角。

                                       图7　人为促动气缸列2进气凸轮轴调节阀时相关信号的波形（截屏）

通过上述测试可知，气缸列1的进气凸轮轴正时调节系统确实无法工作，推断可能的故障原因有：机油压力不足（如滤网堵塞等）；凸轮轴调节阀卡滞；凸轮轴调节执行器（链轮）损坏。由于故障代码P0011提示故障为凸轮轴调节过于提前，而机油压力不足只会导致凸轮轴调节过于滞后，因此推断气缸列1进气凸轮轴调节阀卡滞在提前位置的可能性最大。

拆下气缸列1进气凸轮轴调节阀，人为给其供电和搭铁（图8），调节阀发出“哒”一声，但阀芯无法移动，说明气缸列1进气凸轮轴调节阀确实卡滞。仔细检查阀芯，发现阀芯与阀体之间卡有一小块异物（图9），材质像正时链条导板上的塑料屑。

                                                          图8　人为促动气缸列1进气凸轮轴调节阀

                                                          图9　气缸列1进气凸轮轴调节阀中卡有异物

故障排除

取出卡在气缸列1进气凸轮轴调节阀中的异物后，再次人为给其供电和搭铁，阀芯能够正常移动。装复气缸列1进气凸轮轴调节阀后试车，怠速时的发动机转速仍偏高，但故障代码P0011消失。断开蓄电池负极约2 min（复位ECM的应急控制策略）后装复试车，发动机转速恢复正常，故障排除。

故障总结

再次测量发动机怠速时气缸列1、气缸列2的进气凸轮轴位置传感器信号和调节阀控制信号的波形（图10），发现气缸列1、气缸列2的进气凸轮轴位置传感器信号相位差为116.5°曲轴转角，维修前该相位差为73°曲轴转角，说明维修前气缸列1进气凸轮轴位置传感器信号向左移动了43.5°曲轴转角，即气缸列1进气凸轮轴调节阀卡滞在了提前位置。

             图10　正常车发动机怠速时气缸列1、气缸列2的进气凸轮轴位置传感器信号和调节阀控制信号的波形（截屏）

为什么气缸列1进气凸轮轴相位提前会导致发动机怠速转速过高呢？分析认为，若怠速时的进气凸轮轴相位过于提前，进、排气门重叠角增大，会影响新鲜空气的充气效率，从而使气缸燃烧不好，此时发动机容易熄火，而为了不让发动机熄火，ECM提高了发动机转速，以改善新鲜空气的充气效率。

案例视频讲解

免拆诊断| 雷克萨斯ES350怠速过高