发动机怠速不良故障诊断

任务情境

一、任务描述

一辆丰田卡罗拉GL轿车，装备1ZR-FE汽油电控发动机，行驶里程10万km，客户报修发动机怠速不稳，如果这张派工单给你，你将如何诊断并排除此故障？

二、任务提示

怠速指维持发动机没有做功时，正常运转的最低转速，是发动机空转时的一种工作状况。怠速不良不仅影响发动机运行的稳定性，还会增加尾气中有害气体的排放，怠速不良多数还伴随有加速不良故障。

任务目标

一、知识目标

（1）能描述发动机怠速不稳的故障原因。

（2）能描述发动机怠速异常的常见故障现象。

（3）能描述诊断和排除发动机怠速不良的故障思路与方法。

二、能力目标

（1）能根据发动机怠速症状，分析发动机怠速不良的原因。

（2）能诊断并排除怠速异常故障。

必备知识

一、基本知识

发动机怠速不良故障现象及检修部位

怠速不良的常见故障包括：怠速偏低、怠速偏高、怠速不稳、怠速游车（也称“失速”，转速忽高忽低）、无怠速、负荷变化时不提速。

1）故障现象1

症状：怠速偏低。

怀疑部位：

大部分汽油车发动机怠速在750 r/min左右，转速过低，发动机会表现出运转不稳定，工作抖动，甚至容易熄火，即可断定为怠速偏低。怠速过低的根本原因是进气量太少。

根据控制进气量的因素，怠速偏低的故障原因主要有如下方面：

（1）怠速控制阀故障。

仅对于非电子节气门车型。怠速控制电机（怠速阀）关闭、卡死打不开，将会导致怠速空气减少，引起怠速过低。

排除方法：

清洗怠速控制阀﹙步进电机﹚，或更换怠速控制电机。如图2-3-1所示为清洗怠速阀。

图2-3-1　清洗怠速阀

（2）节气门故障。

仅对于电子节气门车型。电子节气门卡滞打不开，会导致进气量过小，造成发动机怠速过低。

排除方法：

清洗节气门，对节气门作初始化设置。如图2-3-2所示为电子节气门的清洗。

图2-3-2　清洗电子节气门

（3）发动机气缸工作不平衡。

有一缸或多缸不工作，或工作不良，影响到发动机的功率输出，降低发动机动力，导致怠速过低，造成发动机熄火。

排除方法：

通过断缸法，找出不工作或工作不良的气缸，检修排除故障。

（4）进气管堵塞或漏气。

进气管堵塞，主要指空气滤芯过脏或堵塞，直接导致进气量减小；而进气管漏气，指进气系统的管道或真空管泄漏，导致混合气过稀，引起怠速下降。

处理方法：排除堵塞或漏气部位故障。

（5）怠速调整不当。

对于怠速可调整的发动机，怠速调整过小，会引起怠速偏低。

排除方法：

可以尝试反复调整怠速螺钉，直至怠速值在规定的范围。如图2-3-3所示为怠速调整螺钉。

图2-3-3　怠速调整螺钉

（6）曲轴箱通风系统故障。

曲轴箱通风系统单向阀失效，引起发动机进气量发生变化，造成发动机怠速过低抖动。

排除方法：

更换单向阀。

（7）点火正时不正确。

点火时间不正确，会引起怠速发动机抖动。

排除方法：

重新校对和调整点火正时。

2）故障现象2

症状：怠速偏高。

怀疑部位：

在发动机运转平稳的前提下，发动机转速越低越好，各车型均有标准怠速，怠速高于标准值，即可断定为怠速过高。怠速过高增加油耗，并影响车辆起步功能。怠速过高的常见原因有：

（1）节气门开度过大。

节气门开度过大，进气量过多，则发动机怠速增高。造成节气门开度过大的主要原因有：

a.节气门过脏，如图2-3-4所示为需要清洗的节气门。

b.节气门卡滞，开闭不灵活。

c.节气门位置调整不当。

d.节气门位置传感器故障。

排除方法：

通过诊断仪读取节气门开度数据流，确定节气门开度是否在正常范围，多数车型怠速时的节气门开度在8～10°，若节气门开度偏大，则需要清洗、调整节气门。

图2-3-4　需要清洗的节气门

（2）怠速控制电机故障。

怠速电机（怠速阀）卡滞在开度大的位置，会引起怠速过高。

排除方法：

清洗或更换怠速电机（怠速阀）。

（3）进气系统漏气。

进气系统漏气，特别是漏气量较大，进入气缸的空气多，引起怠速偏高。

排除方法：

排除漏气位置。

（4）燃油压力过高。

燃油压力过高，增加了喷油器的喷油量，提高了发动机运转速度。

排除方法：

连接燃油压力表，仔细检测燃油压力是否符合规定值。如果太高，检查燃油压力调节器及回油管路。

（5）冷却液温度传感器故障。

发动机冷却液温度传感器及线路断路，发动机ECU判断水温过低，会提高转速，进入暖机模式，引起怠速过高。

排除方法：

检测冷却液温度传感器及线路。

（6）喷油量过大。

喷油量的大小决定了发动机的转速高低，怠速高，必然是喷油量较大，怠速状态下喷油量较大，必然是发动机ECM接收到不正常的控制信号，然后发出加大喷油量的指令。影响喷油量的信号的传感器及元件有：节气门位置传感器、空气流量计、进气压力传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器和发动机控制单元等。

排除方法：

通过诊断仪，读取故障码和数据流，确定故障部位及元件。

3）故障现象3

症状：怠速不稳。

怀疑部位：

（1）怠速不稳故障现象。

怠速不稳是发动机最常见的故障之一，指发动机怠速运转时，工作不稳定，发动机抖动，故障现象比较复杂，确定怠速不稳标准如下：

a.观察发动机缸体的抖动程度，也可以观看机油尺晃动的程度，平稳发动机的油尺很清晰，抖动的发动机的油尺看起来是双影的。

b.从发动机转速表或读数据块观察，转速以怠速期望值（设定怠速或需求怠速）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。

c.原地启动发动机，坐在座椅上，能感觉车身的震动。

（2）怠速不稳的故障分类。

a.冷车怠速不稳。

b.热车怠速不稳。

c.无规律的抖动。

（3）怠速不稳的故障原因。

a.直接原因。

指机械零件脏污、磨损、安装不正确等，导致个别气缸功率的变化，从而造成各气缸功率不平衡，致使发动机出现怠速不稳。

b.间接原因。

指发动机电控系统不正常，导致混合气燃烧不良，造成各气缸功率难以平衡，使发动机出现怠速不稳。

（4）怠速不稳的故障诊断。

a.进气系统故障。

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，会造成发动机怠速的抖动。

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检测怠速进气量，造成混合气过浓或过稀，使燃烧不正常。

怠速空气执行元件故障：怠速控制元件有故障，会导致怠速空气控制量不准确，引起怠速不稳。

进气量失准：控制单元接收错误信号而发出错误的怠速控制指令，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。

排除方法：

清洗和更换损坏部件。

b.燃油系统故障。

喷油器故障：喷油器的喷油量不均、雾化不良，会造成各气缸的功率不平衡，从而产生发动机工作抖动。

燃油压力故障： 燃油压力不稳定，比如油泵或回油管路故障，造成喷油器的喷油不稳定，引起怠速发抖。

喷油量失准：各传感器或线路故障，导致控制单元发出错误喷油指令，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。

喷油器滴漏或堵塞，使其无法按照ECM的指令进行喷油，从而造成混合气过浓或过稀，使个别气缸工作不良，导致发动机怠速不稳。

处排除方法：

清洗和更换损坏部件。

c.点火系统故障。

点火模块与点火线圈故障：新款汽车多将模块与点火线圈集成一体，点火模块或点火线圈有故障，引起高压火减弱，高压火不稳定，点火能量不足，都会引起发动机工作发抖。

火花塞与高压线：火花塞、高压线故障导致点火能量下降或失火，引起怠速不稳定。

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，引起怠速不稳。

排除方法：

更换损坏部件；调整正时。

d.发动机机械系统故障。

气缸内气体作用力的变化（一个气缸气体作用力变化或几个气缸气体作用力变化），引起各气缸功率不平衡，导致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。凡是引起发动机气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。常见的故障原因有：

配气机构：配气相位的错误会使气门不按规定时刻开闭，致使进入气缸内的空气量不稳定，同时由于窜气也使进气歧管内的温度有所升高，从而使发热元件的冷却程度降低，因而输出给ECU的电压信号就低，喷油量就会减少，容易造成发动机在怠速时运转不稳。

发动机缸体、活塞连杆机构：连杆活塞机构故障会使个别气缸功率下降过多，从而使各气缸功率不平衡。导致发动机怠速运转不稳定而抖动。

其他原因：曲轴、飞轮、曲轴皮带轮等运转部件动平衡不稳定；发动机支脚垫断裂、损坏；发动机底护板因变形与油底壳相撞击等，也会造成发动机振动而影响转速。例如图2-3-5所示为帕萨特曲轴飞轮，帕萨特飞轮由两片齿轮盘通过橡胶件连接于一体，当连接橡胶老化断裂，两片齿轮盘产生分裂，飞轮运转时，产生动态不平衡，就会引起发动机抖动。

图2-3-5　帕萨特曲轴飞轮

排除方法：

清洗和更换损坏部件。

e.其他故障原因。

自动变速器、空调、转向助力器等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；CAN-BUS总线系统故障，电控单元的搭铁线不良，发动机与车身的搭铁线不良，均会造成发动机怠速运行不稳。

排除方法：

检修线路；更换损坏部件。

4）故障现象4

症状：怠速游车。

怀疑部位：

怠速游车指发动机转速有规律或无规律的在一定转速范围内上下波动的现象。造成发动机怠速游车的根本原因是发动机ECU在检测到不正确的传感器信号或判断进气混合比不正常时，不断地修正发动机空燃比，从而引起发动机怠速不稳定的现象。据此原则，电控发动机怠速游车的故障原因主要有：

（1）燃油压力不稳定。

（2）进气系统真空管漏气。

（3）氧传感器失效或反馈控制电路有故障。

（4）空气流量计故障。

（5）EGR阀故障。

（6）燃油蒸气回收控制系统故障。

（7）发动机ECU及线路、连接器不良等故障。

排除方法：

检修线路；更换损坏部件。

5）故障现象5

症状：无怠速。

怀疑部位：

无怠速指松掉加速踏板则发动机熄火，只有加速踏板踩下，才能稳住发动机转速的工作状态。根据无怠速的现象，可以判断无怠速是没有足够的进气量造成，而怠速状态下，进气量的控制主要依靠怠速控制元件（怠速阀、怠速电机或节气门电机）的作用，因此无怠速的故障部位在怠速控制元件。无怠速的常见故障原因和部位有：

（1）怠速电机卡死，打不开。

（2）节气门体故障。

（3）电子节气门单元故障。

（4）发动机ECU及线路。

排除方法：

清洗脏污元件；检修线路；更换损坏部件。

6）故障现象6

症状：负荷变化不提速。

怀疑部位：

电控发动机在负荷增加，如开空调、转向、挂挡、开前照灯等时，发动机怠速会自动提高，当发动机执行提速操作时不能提速，则发动机怠速运转不稳抖动，甚至熄火。

根据开关信号的控制原理，电控发动机不提速的故障原因有：

（1）开关信号传送错误或不良。

（2）发动机ECU故障。

（3）执行元件：怠速控制阀不良，电子节气门电机故障。

（4）开关、ECU、执行元件的线路不良。

排除方法：

清洗脏污元件；检修线路；更换损坏部件。

二、基本技能

卡罗拉怠速不良故障诊断步骤

以下以卡罗拉1ZR-FE发动机怠速不良为例，介绍故障诊断流程。

1）准备工作

（1）防护装备：工作服、工作帽、手套、劳保鞋。

（2）车辆、台架、总成：卡罗拉整车或发动机台架。

（3）检测设备：KT600诊断仪、万用表、测试灯泡、专用短接线、二极管试灯、燃油压力表。

（4）专用工具：燃油管拆装专用工具。

（5）手工工具：拆装工具一套。

（6）辅助材料：翼子板布和前格栅布、三件套、抹布、手套、白板笔。

2）诊断步骤

（1）确认故障现象。

启动发动机，怠速运行，确定怠速是否正常。如果不正常，判断故障现象的类型。

（2）故障码读取。

连接诊断仪器，读取发动机系统故障码，如有故障码，根据内容检修后，清除故障码。

提示：

以下步骤分别针对怠速不良的现象进行重点检查。

（3）怠速过低或无怠速。

读取节气门开度的数据流，如果比正常值低，清洁节气门体。

（4）怠速过高。

a.读取节气门开度的数据流，如果比正常值高，清洁节气门体。

b.读取冷却液温度传感器数据，如果比发动机实际的冷却液温度低，检查冷却液温度传感器。

c.如果曾经清洁过节气门或拆卸过线束连接器，进行节气门设定。

（5）怠速游车。

a.检查进气系统是否漏气。

b.检查重要的传感器，如空气流量计、节气门位置/加速踏板位置、氧传感器的数据流是否正常。这些传感器如果某个信号不正常，控制单元会进行混合气修正，造成转速忽高忽低的现象。

（6）发动机负荷变化但转速不提速。

检查数据流，确认负荷变化信号（如空调A\C信号）是否发动到控制单元。如图2-3-6所示，当空调开关打开或转向盘转动，数据应从“OFF”变成“ON”。

图2-3-6　负荷变化数据流

（7）怠速不稳。

a.排除发动机机械原因：检测气缸压力，各气缸压力应基本一致或在误差范围内。

b.排除点火系统原因：检查火花塞、点火线圈；检查点火正时。

c.排除燃油系统原因：检查燃油压力是否偏低；检查喷油器是否工作及堵塞、泄漏、供油量一致。

d.排除进气系统原因：检查进气管道是否泄漏、堵塞；检查节气门体是否积碳。

e.排除排放控制系统原因：检查燃油蒸汽系统是否常工作；检查三元催化器是否堵塞。

三、拓展知识

1．怠速调整

电控发动机的怠速主要通过怠速阀控制，同时节气门关闭，但仍保持一定的微小开度。当怠速阀不能打开时，通过节气门的开度控制进气量，维持怠速。怠速阀无法调整，为保持怠速的微调，节气门设置有调整螺丝，其实是调节节气门的开度。

调整怠速工作，必须在发动机温度正常、气门间隙适当、点火系统情况正常、各管道密封良好、节气门能够关闭严密等正常状况下进行。

调整时，首先旋出节气门开度调整螺钉，使发动机达到最低稳定转速，接着用螺丝刀旋入怠速调整螺钉，当发动机快要熄火时，再缓慢旋出怠速调整螺钉，使发动机稳定运转并达到高速，然后再将节气门开度调整螺钉旋出，使发动机的转速就能降到最低，然后再调整怠速调整螺钉，使发动机转速提高。如此反复进行，直到节气门开度最小，发动机在最低稳定转速下运转，最后再提高转速并突然关闭节气门，以发动机不熄火仍然转动为宜。

2．进气系统/真空管漏气检查

电控发动机的进气系统比较复杂，特别是真空管较多，当进气道或有真空管漏气，就会引起发动机怠速抖动，而检查漏气点十分困难，由于漏气量小，往往直观法难以找到漏气点，这时可以采取一些特殊方法，帮助查找漏气点。

检查漏气方法是，启动发动机，怠速运行，在保证安全条件下（无高压漏电），使用清洗剂沿着进气系统的各管道接口、真空管部件喷射，若喷到某处，发动机怠速抖动消失，或怠速发生变化，说明该处有漏气故障。

原理：进气漏气引起怠速抖动的原因是，漏进的空气改变了空燃比，造成怠速不稳，当清洗剂（可燃）与漏气混合，可以改变或恢复空燃比，发动机怠速会恢复正常或发生变化，说明该处即漏气部位。

四、学习小结

（1）发动机怠速不良的主要故障有：怠速偏低、怠速偏高、怠速不稳、怠速游车、无怠速、不提速等。

（2）怠速过低的根本原因是怠速进气量过小，怠速低的主要原因有：怠速阀故障、节气门开度过小、怠速调整过低等。

（3）怠速过高故障的主要原因是节气门开度过大，主要原因有：怠速阀开度过大、燃油压力过高、喷油量过多、水温传感器不良等。

（4）怠速不稳的常见原因有：点火性能不良、喷油器不良、机械故障、进气系统漏气。

（5）无怠速的故障原因主要有：节气门关闭、开度太小或怠速阀开度过小。

（6）不提速的故障原因有：发动机ECU未接收到提速开关信号或不执行提速动作。

五、任务分析

本情境中，怠速不稳是发动机最复杂的故障现象之一，应根据具体的故障现象，参考诊断流程，从简单到复杂进行排除。

六、自我评估

1.填空题

（1）怠速不良的常见故障包括：无怠速、怠速________、怠速偏高、怠速________、怠速________、负荷变化时________。

（2）怠速过高故障的主要原因是节气门________过大。

2.不定项选择题

（1）怠速阀有故障可能会引起发动机（　　）。

A.怠速偏高　　　B.怠速偏低

C.无怠速　　　　D.怠速游车

（2）当节气门急剧关闭时，空燃比大幅度变化，这时怠速阀处于全开状态，目的是（　　）。

A.减少NOX排放　　　 　B.减少HC和CO排放

C.实施发动机制动　　　D.提高发动机转速

（3）下列哪些情况下，发动机需要提速？（　　）

A.开空调　　　B.转弯

C.开启大灯　　D.挂挡（A/T）

（4）怠速电控阀是在发动机（　　）时起作用的。

A.中等负荷　　　B.低温启动

C.负荷大　　　　D.高转速

（5）在怠速控制中，怠速控制阀可以调节尾气中的（　　）排放量。

A.CO　　　B.HC

C.NO　　　D.CO2

（6）氧传感器不良，可能引起发动机（　　）。

A.怠速偏高　　　B.怠速偏低

C.怠速游车　　　D.无怠速

（7）发动机进气系统真空管漏气会引起（　　）故障。

A.怠速偏高　　　B.怠速偏低

C.怠速游车　　　D.无怠速

（8）一辆丰田卡罗拉，清洗节气门后，怠速偏高，可采取如下哪种方法恢复怠速（　　）。

A.断开蓄电池负极30s以上　　 B.丰田仪器设置

C.ECU编程　　　　　　　　　D.试车10 min