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。

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                                                                          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。

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                          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

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。

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

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                                                          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

 

 

 

 

 

 

 

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