汽车发动机怠速不稳原因分析-职业学院毕业论文

周周 口口 职职 业业 技技 术术 学学 院院 毕毕 业业 论论 文文 20082008 级级机电工程系系 汽车检测与维修技术（2）班班 论文题目：论文题目：发动机怠速不稳原因分析 姓姓名：名：郭飞翔学号：学号：08040111 指导教师：指导教师：刘高俊职称：职称：助教 20112011 年年04 月月 19 日日 1 目目录录 摘要2 引言3 1 概述4 1.1 发动机怠速的概念 5 1.2 发动机怠速不良 4 2 发动机怠速不稳原因分析及排除 5 2.1 怠速不稳的分类5 2.1.1 如何观察怠速不稳5 2.1.2 按出现规律分类6 2.1.3 按抖动程度分类6 2.1.4 按原因关联分类6 2.1.5 按故障系统分类6 2.1.6 怠速抖动机理6 2.2 怠速不稳的原因 6 2.2.1 进气系统6 2.2.2 燃油系统7 2.2.3 点火系统8 2.3 怠速不稳的诊断方法8 外观检查 9 3 电喷发动机怠速不良的原因种种解析 10 3.1 怠速开关信号电路原因10 3.2 怠速控制阀及其电路原因 10 3.3 空气流量计及其电路原因 10 3.4 喷油器及其电路原因 11 3.5 冷却液温度传感器及其电路原因11 3.6 燃油泵及油路系统原因11 3.7 空调开关信号电路原因11 3.8 废气再循环阀及其电路原因11 3.9 空档起动开关电路原因12 3.10 点火系故障12 3.11 其他故障12 4 发动机怠速的控制措施 13 4.1 发动机怠速控制 13 4.2 怠速控制系统的功能 14 4.3 发动机怠速控制执行器ISCV 15 参考文献16 致谢 17 2 摘要摘要: :发动机怠速不稳是汽车使用中常见的故障之一。尽管现在大多 数的轿车都有故障自诊断系统， 但也会出现汽车有故障而自诊断系统 却显示正常代码或显示与故障无关的代码的情况。 这通常是由不受电 控单元(ECU)直接控制的执行装置发生故障或传统机械故障造成的。 关键词关键词：怠速不稳故障原因分析诊断 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 汽车发动机怠速抖动是发动机怠速工况时在低频区的异常振动现象。 如何解 决怠速抖动是汽车实际运用中的一个难题,让维修企业头痛,普遍缺乏系统性的 有效的解决方法。本文从实践出发，按照进气系统、点火系统、燃油系统、排气 系统,循序渐进地排查故障,寻找故障原因。 对于汽车发动机的维修方面有现实的 指导意义。 4 1 1 概述概述 发动机在怠速工况下工作时， 只需克服内在的摩擦阻力， 而对外无输出功率。 但发动机怠速的高低不但对油耗有严重的影响（实践证明，在交通流密度大的道 路上行车，怠速油耗约占总油耗的 30%） ，对发动机的排放污染、暖机时间和使 用寿命等都有一定程度的影响。 因此使发动机在各种工况下能自动调节其怠速具 有十分重要的意义。一般在以下几种情况下都需要提高发动机怠速（也叫快怠 速） ： 11 发动机怠速的概念 发动机在无负荷情况下最低的稳定运转的转速，叫做发动机怠速。发动机起 动后，冷却水没有达到正常温度之前，应自动提高发动机的怠速，以免发动机运 转发抖、不稳或熄火，同时缩短暖机时间。 在发动机怠速工况下使用空调时，由于发动机负荷加大，需要自动提高发动 机的怠速，以免发动机抖动、熄火。 对动力转向司服机构来说，在发动机怠速工况下转向行驶时，需要自动提高 发动机怠速，以免发动机抖动、熄火，同时使转向轻便、可靠。 在驾驶员快速抬起加速踏板、发动机转速急剧下降时，需要不同程度地自动 提高发动机怠速，以免急抬加速踏板时发动机抖动、熄火，同时减少排放污染。 12 发动机怠速不良 怠速不正确，怠速太低、太高，怠速运转不柔和及怠速不稳等现象。电喷发 动机构造原理与化油器式发动机有很大区别，怠速不良的故障原因多而复杂，增 加了故障诊断和排除的难度， 本文就 L 型电子燃油喷射系统发动机怠速不良主要 故障原因进行概要分析，以供汽车维修人员参考。 5 2 2 发动机怠速不稳原因分析及排除发动机怠速不稳原因分析及排除 21 怠速不稳的分类 211 如何观察怠速不稳 观察发动机缸体抖动程度，也可以观看机油尺把晃动的程度，平稳的油尺 把很清晰，抖动的油尺把看起来是双的；从发动机转速表或读数据块观察，转 速以怠速期望值为中心抖动，或在期望值一侧剧烈抖动，程序中的怠速期望值包 括标准怠速值、负荷（打开灯光，自动变速器挂上挡等）怠速值、空调怠速值、 暖车怠速值；原地启动发动机，坐在座椅上感觉车身剧烈抖动。 212 按出现规律分类 冷车（冷却液温度低于 50）有节奏的不稳；热车（冷却液温度高于 50）有节奏的不稳；无规律的剧烈抖动一、两下。 213 按抖动程度分类 正常，以怠速期望值10r/min 抖动；一般不稳，以怠速期望值 20r/min 抖动；严重不稳，超过怠速期望值20r/min 抖动；在怠速期望值 的一侧剧烈抖动。 214 按原因关联分类 直接原因，指机械零件脏污、磨损、安装不正确等，导致个别汽缸功率的 变化，从而造成各汽缸功率不平衡，致使发动机出现怠速不稳；间接原因，指 发动机电控系统不正常，导致混合气燃烧不良，造成各汽缸功率难以平衡，使发 动机出现怠速不稳。 6 215 按故障系统分类 进气系统；燃油系统；点火系统；发动机机械系统。 216 怠速抖动机理 汽缸内气体作用力的变化 （一个汽缸气体作用力变化或几个汽缸气体作用力 变化） ，引起各汽缸功率不平衡，导致各活塞在做功行程时的水平方向分力不一 致，出现对发动机横向摇倒的力矩不平衡，从而产生发动机抖动。也可以说，凡 是引起发动机汽缸内气体作用力变化的故障都有可能导致发动机怠速抖动 22 怠速不稳的原因 221 进气系统 (1)进气歧管或各种阀泄漏 当不该进入的空气、汽油蒸汽、燃烧废气进入到进气歧管，造成混合气过浓 或过稀，使发动机燃烧不正常。当漏气位置只影响个别汽缸时，发动机会出现较 剧烈的抖动， 对冷车怠速影响更大。 常见原因有： 进气总管卡子松动或胶管破裂； 进气歧管衬垫漏气；进气歧管破损或其它机件将进气歧管磨出孔洞；喷油器 O 型密封圈漏气；真空管插头脱落、破裂；曲轴箱强制通风（PCV）阀开度大；活 性炭罐阀常开；废气再循环（EGR）阀关闭不严等。 (2)节气门和进气道积垢过多 节气门和周围进气道的积炭、污垢过多，空气通道截面积发生变化，使得控 制单元无法精确控制怠速进气量，造成混合气过浓或过稀，使燃烧不正常。常见 原因有：节气门有油污或积炭；节气门周围的进气道有油污、积炭；怠速步进电 机、占空比电磁阀、旋转电磁阀有油污、积炭。 7 (3)怠速空气执行元件故障 怠速空气执行元件故障导致怠速空气控制不准确。常见原因有：节气门电机 损坏或发卡；怠速步进电机、占空比电磁阀、旋转电磁阀损坏或发卡。 (4)进气量失准 控制单元接收错误信号而发出错误的指令，引起发动机怠速进气量控制失 准，使发动机燃烧不正常，属于怠速不稳的间接原因。常见原因有：空气流量计 或其线路故障；进气压力传感器或其线路故障；发动机控制单元插头因进水接触 不良或电脑内部故障。 222 燃油系统 (1)喷油器故障 喷油器的喷油量不均、雾状不好，造成各汽缸发出的功率不平衡。常见原因 有：喷油器堵塞、密封不良、喷出的燃油成线状等。 (2)燃油压力故障 油压过低，从喷油器喷出的燃油雾化状态不良或者喷出的燃油成线状，严重 时只喷出油滴，喷油量减少使混合气过稀；油压过高，实际喷油量增加，使混合 气过浓。常见原因有：燃油滤清器堵塞；燃油泵滤网堵塞；燃油泵的泵油能力不 足；燃油泵安全阀弹簧弹力过小；进油管变形；燃油压力调节器有故障；回油管 压瘪堵塞。 (3)喷油量失准 各传感器或线路故障，导致控制单元发出错误指令，使喷油量不正确，造成 混合气过浓或过稀，属于怠速不稳的间接原因。具体原因有：空气流量计（或进 8 气歧管压力传感器）故障；节气门位置传感器故障；节气门怠速开关故障；冷却 液温度传感器故障；进气温度传感器故障；氧传感器失效；以上传感器的线路有 断路、短路、接地故障；发动机控制单元插头因进水接触不良或电脑内部故障 223 点火系统 (1)点火模块与点火线圈 近些年各车型多将点火模块与点火线圈制成一体， 点火模块或点火线圈有故 障主要表现为高压火花弱或火花塞不点火。常见原因有：点火触发信号缺失；点 火模块有故障；点火模块供电或接地线的连接松动、接触不良；初级线圈或次级 线圈有故障等。 (2)火花塞与高压线 火花塞、高压线故障导致火花能量下降或失火。常见原因有：火花塞间隙不 正确；火花塞电极烧蚀或损坏；火花塞电极有积炭；火花塞磁绝缘体有裂纹；高 压线电阻过大；高压线绝缘外皮或插头漏电；分火头电极烧蚀或绝缘不良。 (3)点火提前角失准 由于传感器及线路故障属于引起怠速不稳的间接原因， 控制单元发出错误指 令，使点火提前角不正确，或造成点火提前角大范围波动。常见原因有：空气流 量计或进气压力信号故障；霍尔传感器故障；冷却液温度传感器故障；进气温度 传感器故障；爆震传感器故障；以上传感器的线路有断路、短路、接地故障；发 动机控制单元因进水引起插头接触不良或内部电路损坏。 (4)其它原因 三元净化催化器堵塞引起怠速不稳，这种故障在高速行驶时最易发现。 9 自动变速器、空调、转向助力器有故障会增加怠速负荷，引起怠速不稳。发 动机控制单元与空调、自动变速器控制单元之间的怠速提升信号中断，在安装 CAN-BUS 的车辆存在总线系统故障。随着新技术、新结构的增加，引起怠速不稳 的因素会更多，诊断者必须全面考虑问题。 23 怠速不稳的诊断方法 进气系统、燃油系统、点火系统、发动机机械故障均会导致发动机怠速不稳 现象， 因此诊断产生发动机怠速不稳现象的原因是一项涉及面较广、难度较大的 工作，轻易换件的方法是不可取的。怠速不稳故障的原因有百般变化，应根据检 测结果、理论分析、维修经验做出正确判断，所以说诊断工作是有规律可循的。 外观检查 打开发动机罩检查：观察发动机运转情况，抖动程度，同时观察发动机转速 表指针的摆动幅度，是否偏离怠速期望值；观察是正常怠速抖动，还是负荷怠速 抖动（打开空调、灯光、挂入挡位、打方向盘等） ；发动机外部件是否有异常； 真空管有无脱落、破损；电线插接器有无松脱；是否存在漏油、漏水、漏气、漏 电的四漏现象；排气管是否“突、突” （说明燃烧不好） 、冒黑烟、有生汽油味等 不正常现象；节气门拉线是否调整合适。 3 3 电喷发动机怠速不良的原因种种解析电喷发动机怠速不良的原因种种解析 31 怠速开关信号电路原因 发动机控制电脑（ECU）是根据怠速开关信号（IDL 端子）电位的高低 来判断发动机是否处于怠速工况的。当怠速触点闭合，给 ECU 的 IDL 端子输入低 电位时， ECU 判断发动机处于怠速工况， 于是启动怠速控制程序控制发动机运转。 因怠速触点间隙调整不当、接触不良、损坏及电路故障，发动机 ECU 将无法正确 判定怠速工况，从而造成怠速控制失误，导致各种怠速不良现象。因此,在检查 10 时应加以重视，一般应首先排除这一可能。 32 怠速控制阀及其电路原因 怠速控制阀（ISC 阀）用来控制怠速工况下绕过节气门进入进气歧管的 旁通空气量，以控制怠速大小，发动机 ECU 根据水温传感器信号(THW 端子)及空 调（A/C） 、发动机动力转向油泵等附属装置工作状态的开关信号，将发动机转速 控制在所设定的目标转速稳定运转，控制过程采用反馈控制的形式。ISC 控制阀 分步进电机型、旋转电磁阀型、占空比控制型、真空电磁阀型等，当 ISC 阀因积 炭堵塞、卡住，控制线路出现短路、断路和搭铁时，发动机 ECU 无法正确控制 ISC 阀的开度，导致怠速不良，诊断时应加以重点检测。 33 空气流量计及其电路原因 空气流量计检测进入发动机的空气量， 是 ECU 控制燃油喷射的主要依据 之一，空气流量计及其电路故障使 ECU 接收不到空气流量信号或收到的信号失 真，造成喷油器喷油量失准，混合气过浓或过稀，导致转速过低、缺火或怠速运 转不柔和。 诊断时可用数字万用表检测怠速时空气流量信号输出端子及 ECU 相应 输入端子电压，与标准值进行比较判断。 34 喷油器及其电路原因 喷油器及其电路故障影响喷油数量及质量。 如喷油器积炭堵塞造成喷油 量减少、雾化不良，喷孔磨损使喷油过多、滴漏，喷油器电磁线圈及其控制线路 电气故障（接触不良、短路、断路、搭铁）引起喷油量减少、不喷油等，导致怠 速运转不柔和及缺火现象。 35 冷却液温度传感器及其电路原因 11 怠速时，发动机 ECU 根据冷却液温度传感器输入信号（THW 端子）判断 发动机热状态，对喷油量进行修正，水温低时，汽油蒸发困难，混合气形成困难 且不均匀，因此低温时适当增大喷油量，加浓混合气。水温传感器不良使输出信 号失真， ECU 从 THW 端子获得错误信号，造成修正不当。电路短路或断路时电 脑采用跛行控制，固定采用 80 度水温控制怠速，往往使怠速过低、缺火及运转 不柔软和。 36 燃油泵及油路系统原因 燃油泵及油路系统影响燃油压力，如压力过低，使喷油器线圈在同样通 电时间的情况下实际喷油量减少，喷雾质量变差，怠速混合气变稀；压力过高， 则喷油量过多，混合气过浓。燃油系统压力与燃油压力调节器、燃油泵、油压电 磁阀的技术状况及其电路工作状况有关。 37 空调开关信号电路原因 空调（A/C）信号是一个开关信号，向电脑发出空调开关请求。当开空 调时电脑根据 A/C 信号及时提高怠速以适应空调压缩机的负荷，A/C 信号失常， 将导致怠速过高、过低，发动机抖动和熄火。 38 废气再循环阀及其电路原因 废气再循环阀（EGR 阀）只在发动机处于正常工作温度并达一定转速时 才打开，将一部分废气引入进气歧管并返回气缸，以降低缸内最高燃烧温度，使 NOx 排放降低，EGR 阀卡死在开启位置，或在怠速时关不严，或电路故障引起怠 速打开，冲淡怠速混合气，造成怠速过低、运不柔和熄火等。 39 空档起动开关电路原因 12 配置自动变速器的汽车， ECU 根据空档起动开关的信号， 提高怠速转速， 当变速控制杆处于倒档或前进档时，自动提高怠速转速，否则降低转速。空档起 动开关电路故障 ，ECU 收到错误信号使怠速过高或过低。 310 点火系故障 点火系中点火线圈、点火器或点火 ECU、分电器、点火信号发生器、相关影 响点火正时的传感器及高压线不良，造成缺火、火花弱、点火正时不准等，导致 怠速不良。 311 其他故障 除以上故障原因，以下故障同样会引起某种怠速异常：ECU 故障；主氧 传感器电路；EFI 主继电器电路；备用电源电路；冷起动喷油器电路；混合气调 节可变电阻器电阻；燃油质量；进气管漏真空；空气滤清器堵塞；气缸压缩不良 等。 总之，电喷发动机怠速运转不良故障原因较多，维修诊断时，应针对具体表 现的征状，结合发动机电喷系统组成和结构型式进行综合分析，借助电脑故障解 码器调出故障码，对照相关技术资料和技术数据进行检测判断。如没有读出故障 代码则从易出现的和容易排除可能的故障入手，逐步诊断，做到高效准确地找出 原因并排除故障。 4 4 发动机怠速的控制措施发动机怠速的控制措施 汽油发动机是靠驾驶员通过加速踏板操纵节气门， 利用调节吸入空气量的方 法来控制发动机输出功率的，发动机怠速运转时，节气门处于全关闭状态，空气 通过节气门缝隙及旁通节气门的怠速调节通路进入发动机。 发动机利用这些空气 配合成混合气进燃烧，产生的输出扭矩与发动机本身摩擦力矩相平衡，使发动机 在怠速下稳定运转，当发动机的摩擦力矩产生变化时，或者悬浮在空气中的细小 13 灰尘附着在节气门隙处引起空气量变化时，怠速运转转速都会发生变化。如果怠 速运转转速下降，将引起发动机运转不稳，或者引起启动时发动机熄火，反之， 如果怠速运转转速升高，则使怠速燃料消耗增加。为了防止发生这些问题，发动 机控制系统具有维持怠速运转的机能，也就是能实现怠速控制，而且这种控制是 必要的 41 发动机怠速控制 发动机怠速工况是指发动机运行中，节气门开度最小，汽车处于空档，发动 机只带附件而维持最低转速的稳定工况。怠速工况是汽车发动机常见的工况之 一，所以，怠速控制是汽车发动机控制的一个重要环节。 怠速转速越高，发动机工作越稳定，油耗也就越高。由于工作稳定，每一循 环的排放污染量下降，但由于转速高，所以在一定时间内排出的有害物质总量的 下降程度很小。所以为了降低怠速工况时发动机有害物质的排放量，提高汽车使 用过程的经济性，并使汽车发动机在怠速工况时在低而稳定的转速下运行，必须 对发动机的怠速工况加以控制。当车内空调开启时，该控制系统还能提高怠速运 转时的发动机转速，以适应空调压缩机转速的要求。 42 怠速控制系统的功能 发动机怠速控制方法采用怠速控制阀（ ISCV ）控制节气门旁路中的空气流 量， 使发动机怠速运转总是处于最佳的转速下。在发动机怠速控制系统中需要接 收各相关传感器所发出的信号，并采用一台步进电机。 （ 1 ）发动机启动时的怠速控制功能 当发动机启动时，由于节气门关闭，空气进入量很小，为了使发动机启动容 14 易，该怠速控制功能可使旁通空气量达到最大，以改善发动机的启动性能。在发 动机启动后，电子控制单元根据冷却水温度对进气量进行调节，使发动机怠速运 转得以稳定，并受到控制。发动机启动时怠速控制阀开启程度的大小与发动机冷 却水温度之间的关系。 （ 2 ）发动机升温期间的怠速控制 当发动机启动后的升温期间， 怠速控制系统将进气量逐渐地调整到由冷却水 温度所决定的进气量水平，使发动机处于最佳的怠速运转状态。 （ 3 ）发动机升温结束后的怠速控制 发动机升温结束后，怠速控制系统通过接收各传感器的输出信号，来检测发 动机的负荷情况。怠速控制系统所接收的信号包括自动变速器空档信号，此信号 用来标明当前变速档所处的位置，以及空调器是否处于开启的信号。然后根据这 些条件，怠速控制系统计算出一个最佳的怠速运转速度，并根据发动机实际转速 与计算所得的最佳怠速转速之间的差别进行反馈控制，使进气量发生改变，逐渐 缩小这一转速差别，直到发动机怠速转数达到计算所得的最佳值。当变速器挂档 或开启空调使发动机的负荷突然改变时，有可能使发动机熄火。为了防止这种由 于发动机负荷突然改变导致发动机熄火的现象， 在实际所需的负荷加载到发动机 之前，这类使发动机负荷发生变化的信号已输入怠速控制系统，使怠速控制阀 （ ISCV ）立即动作，以确保发动机怠速运转能够稳定而不熄火。 4. 3 发动机怠速控制执行器 ISCV 怠速运行时空气流量的调节是根据怠速电子控制单元发出的脉冲信号数目， 使步进电机的转子转动，启闭阀门以达到控制进气量的目的。步进电机的转子轴 向固定，当转子转动时转子中心的螺杆上下移动带动阀门，使空气的流通面积发 生变化，从而达到调