余姚東江名車(chē)專(zhuān)修廠 葉正祥

葉正祥，Tech Gear汽車(chē)診斷學(xué)院汽車(chē)免拆診斷專(zhuān)家，現(xiàn)任余姚東江名車(chē)專(zhuān)修廠廠長(zhǎng)兼技術(shù)總監(jiān)，被聘為哈弗汽車(chē)區(qū)域技術(shù)專(zhuān)家；2015年獲得首屆中國(guó)汽車(chē)診斷師大賽總決賽三等獎(jiǎng)；2016年取得中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)汽車(chē)診斷專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中級(jí)工程師資格證書(shū)。

故障現(xiàn)象一輛2011年產(chǎn)東風(fēng)悅達(dá)起亞K5車(chē)，搭載G4KD發(fā)動(dòng)機(jī)，累計(jì)行駛里程約為4.9萬(wàn)km。該車(chē)之前因發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度過(guò)高，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)“拉缸”現(xiàn)象。該車(chē)是在其他維修廠進(jìn)行維修的，維修人員更換發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械總成（更換的是拆車(chē)件，不包括進(jìn)氣歧管、排氣支管、傳感器及執(zhí)行器等）后試車(chē)，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和加速均正常，且路試也正常；但行駛400 km左右，發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈異常點(diǎn)亮；用故障檢測(cè)儀檢測(cè)，讀得故障代碼P2191，含義為“高負(fù)荷狀態(tài)下系統(tǒng)過(guò)稀（乘法）（1排）”；記錄并清除故障代碼，故障代碼可以清除，且清除故障代碼后發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈熄滅，但行駛400 km左右，發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈會(huì)再次點(diǎn)亮。由于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行沒(méi)有明顯故障，維修人員在排除進(jìn)氣系統(tǒng)漏氣和噴油器堵塞的可能后沒(méi)有了維修思路，于是向筆者請(qǐng)求支援。

故障診斷接車(chē)后試車(chē)，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈異常點(diǎn)亮，但發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行正常。用故障檢測(cè)儀檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中存儲(chǔ)了故障代碼P2191，與之前維修人員的描述一致。查看維修資料，得知故障代碼P2191的設(shè)置條件及可能的故障原因見(jiàn)表1所列。

表1 故障代碼P2191的設(shè)置條件及可能的故障原因

讀取發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流，怠速和部分負(fù)荷時(shí)的長(zhǎng)期燃油修正值均約為25%（圖1），說(shuō)明氧傳感器監(jiān)測(cè)到混合氣過(guò)稀，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元在減少?lài)娪土?。用尾氣分析儀檢測(cè)尾氣，如圖2所示，尾氣中的HC、CO及O2的含量均較低，說(shuō)明經(jīng)過(guò)燃油修正后，混合氣濃度正常，且燃燒的比較充分，暫時(shí)排除氧傳感器有故障和排氣管漏氣的可能。

圖1 怠速和部分負(fù)荷時(shí)的長(zhǎng)期燃油修正值（截屏）

圖2 故障車(chē)尾氣檢測(cè)結(jié)果

讀取發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度和進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度為94.50 ℃，正常；進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力為29.46 kPa（正常應(yīng)為32 kPa左右），偏低。將發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力變?yōu)?00 kPa，正常；起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，連接真空表，測(cè)量進(jìn)氣歧管的真空度，與數(shù)據(jù)流顯示的一致，說(shuō)明進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器信號(hào)正常。如果進(jìn)氣系統(tǒng)存在泄漏，泄漏的氣體是可以被進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器檢測(cè)到的，這樣會(huì)使進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力偏高，而該車(chē)氣歧管絕對(duì)壓力偏低，所以可以排除進(jìn)氣系統(tǒng)存在泄漏（包括曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)閥卡滯和活性炭罐電磁閥卡滯）的可能。用燃油壓力表測(cè)量燃油壓力，約為3.7 bar（1 bar=100 kPa），正常。由于之前維修人員檢查過(guò)噴油器，排除噴油器堵塞的可能。

診斷至此，可知該車(chē)故障原因不在表1所列的范圍內(nèi)，那還會(huì)有什么原因呢？連接Pico示波器（圖3），如圖4所示，同時(shí)采集1缸的噴油器控制信號(hào)（紅色線）、點(diǎn)火線圈初級(jí)信號(hào)（綠色線）和氣缸壓力（藍(lán)色線）。分析測(cè)得的波形，得知發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)、噴油正時(shí)和點(diǎn)火正時(shí)均正常，且點(diǎn)火波形和噴油波形也正常。斷開(kāi)氧傳感器，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于故障狀態(tài)，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升至2 000 r/min，此時(shí)用尾氣分析儀檢測(cè)尾氣，O2含量為4.71%（圖5）。大氣中的O2含量約為21%，一般情況下，對(duì)于4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，若某一缸不工作，尾氣中的O2含量增加約5%（21%÷4=5.25%）。從該車(chē)尾氣中多出的O2含量（4.71%）來(lái)看，相當(dāng)于多了1個(gè)氣缸消耗的O2量?？紤]到該車(chē)故障是在更換發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械總成后出現(xiàn)的，且發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械總成是拆車(chē)件，懷疑更換的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)可能與原車(chē)不匹配。

圖3 信號(hào)采集位置

圖4 同時(shí)采集1缸的噴油器控制信號(hào)、點(diǎn)火線圈初級(jí)信號(hào)和氣缸壓力（截屏）

圖5 斷開(kāi)氧傳感器后檢測(cè)尾氣

查看維修資料得知，該車(chē)型配置有2.0 L發(fā)動(dòng)機(jī)和2.4 L發(fā)動(dòng)機(jī)2種型號(hào)，且這2種型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的外觀無(wú)明顯差別，主要區(qū)別在于氣缸直徑和氣缸行程：2.0 L發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸直徑為86 mm，氣缸行程為86 mm；2.4 L發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸直徑為88 mm，氣缸行程為97 mm。由此可知，2.4 L發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸行程比2.0 L發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸行程小11 mm，于是決定通過(guò)測(cè)量氣缸行程來(lái)判斷更換的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)是否正確。

轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，使1缸活塞處于上止點(diǎn)位置，將1根直鐵絲從火花塞安裝孔處插入氣缸，并在直鐵絲上標(biāo)記深度位置（圖6a）；繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，使1缸活塞處于下止點(diǎn)位置，再次在直鐵絲上標(biāo)記深度位置（圖6b）；取出直鐵絲，測(cè)量2個(gè)標(biāo)記之間的距離（即氣缸行程），約為97 mm（圖7），由此確認(rèn)更換的是2.4 L發(fā)動(dòng)機(jī)，而原車(chē)為2.0 L發(fā)動(dòng)機(jī)，不匹配。

圖6 在直鐵絲上標(biāo)記深度位置

圖7 測(cè)量氣缸行程

為什么將2.0 L發(fā)動(dòng)機(jī)換成2.4 L發(fā)動(dòng)機(jī)，會(huì)導(dǎo)致混合氣過(guò)稀呢？該車(chē)沒(méi)有空氣流量傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元利用進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力、進(jìn)氣溫度等參數(shù)，采用速度-密度法來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)進(jìn)氣量。通過(guò)速度-密度法計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)進(jìn)氣量的公式為m=VPnη/120RT，其中m為發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)進(jìn)氣量，單位為kg；V為發(fā)動(dòng)機(jī)排量，單位為m3；P為進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力，單位為Pa；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min；η為發(fā)動(dòng)機(jī)充氣系數(shù)；R為氣體常數(shù)；T為進(jìn)氣溫度，單位為K。由上述公式可知，發(fā)動(dòng)機(jī)排量會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)進(jìn)氣量，發(fā)動(dòng)機(jī)排量越大，發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)進(jìn)氣量也越大。若將2.0 L發(fā)動(dòng)機(jī)換成2.4 L發(fā)動(dòng)機(jī)（發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元不更換），實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)進(jìn)氣量是2.4 L發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)進(jìn)氣量，但發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元是按2.0 L發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算的循環(huán)進(jìn)氣量，而噴油量主要是根據(jù)進(jìn)氣量計(jì)算的，因此會(huì)出現(xiàn)“氣多油少”的現(xiàn)象，以致混合氣過(guò)??；相反，若將2.4 L發(fā)動(dòng)機(jī)換成2.0 L發(fā)動(dòng)機(jī)（發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元不更換），會(huì)出現(xiàn)混合氣過(guò)濃的故障現(xiàn)象。

故障排除更換上2.0 L發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械總成后試車(chē)，故障現(xiàn)象未再出現(xiàn)，故障排除。