应用案例 | 2009 款别克凯越车发动机怠速转速过高故障诊断

故障现象

一辆2009款别克凯越车，搭载F16D3发动机，累计行驶里程约为8.3万km。车主反映，该车发动机怠速转速过高，且发动机故障灯异常点亮。

故障诊断

接车后试车，起动发动机，发动机怠速转速为1 100 r/min左右，且运转平稳，同时组合仪表上的发动机故障灯长亮。用故障检测仪检测，发动机控制模块（ECM）中存储有故障代码“P0507 怠速高”（图1）。读取发动机数据流（图2），发动机实际转速（1 058.50 r/min）比设定发动机转速（940 r/min）高出100 r/min以上；“怠速空气控制位置”为10个计数，过低，一般为50个计数左右；发动机负载为30.39%，偏大，一般低于20%；“计算节气门位置”（即节气门开度）为0%，正常，说明节气门完全关闭；进气歧管绝对压力传感器信号为48 kPa，偏大，一般为32 kPa左右；长、短期燃油调整均为1%，说明混合气浓度基本正常。

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

查看维修资料得知，故障代码P0507的设置条件为，发动机实际转速高于设定怠速转速至少200 r/min并持续10 s以上。图2中的转速差没有达到200 r/min是因为设定怠速转速比较高，当设定转速降低至800 r/min左右时，发动机实际转速不会降低，此时转速差便会达到200 r/min以上。

                                                              图2　故障车怠速时的发动机数据流（截屏）

如图3所示，该车发动机怠速工况时的发动机转速由安装在节气门体上的怠速空气控制（IAC）阀控制。IAC阀内部有1个步进电动机，它由围成一圈的多个钢质定子和一个转子组成。每个钢质定子上都绕着一个线圈，转子是一个永久磁铁，永久磁铁的中心是一个螺母。所有的定子线圈都始终通电，只要改变其中某一个线圈的电流方向，转子就转过一定角度。当各个定子线圈按恰当的顺序改变电流方向时，就形成一个旋转磁场，使永久磁铁制成的转子按一定的方向旋转。如果将电流方向改变的顺序颠倒过来，那么转子的旋转方向也会颠倒过来。连接在转子中心的螺母带动一根丝杆，丝杆的头部是一个塞头，塞头随着转子旋转可以伸出或缩回，从而减小或增大怠速旁通空气通道的截面积。每次切换线圈的电流方向时，转子就转过一个固定的角度，丝杠就伸出或缩回一定距离（称为1步或1个计数）。

                                                                                 图3 IAC阀控制电路及工作原理示意

再来分析怠速时的发动机数据流，节气门完全关闭，IAC阀计数较低，说明ECM试图通过降低IAC阀计数（即降低怠速旁通空气通道的截面积）来降低发动机转速；发动机负载、进气歧管绝对压力较大，长、短期燃油调整正常，推断有多余的空气经过进气歧管绝对压力传感器计量后进入气缸参与燃烧。

拆下节气门前端的进气管（图4），用手堵住节气门端面，发动机立即熄火，由此排除节气门后方管路漏气的可能；用手堵住一点怠速旁通空气进气口，发动机转速立即下降，说明发动机怠速转速过高是由于IAC阀开度过大引起的，可能的原因有：IAC阀损坏，如机械卡滞；ECM损坏，如IAC阀步进电动机的正反转控制异常。

                                                                             图4　拆下节气门前端的进气管

用pico示波器和2个电流钳（图5）同时测量IAC阀内部2组线圈的电流，发现在接通点火开关时，IAC阀自检电流波形如图6所示，可以看到ECM能够控制IAC阀步进电动机正反转（即能够正常切换电流方向）。诊断至此，推断IAC阀损坏。

                                                                              图5　电流钳的连接方式

                                                               图6 IAC阀自检时其内部2组线圈的电流（截屏）

故障排除

更换IAC阀后试车，发动机怠速恢复正常，且发动机故障灯不再异常点亮，故障排除。读取正常车怠速时的发动机数据流，实际发动机转速为845 r/min，IAC阀计数为57，发动机负载为19.33%，进气歧管绝对压力为35 kPa。