余姚東江名車專修廠 葉正祥
葉正祥,Tech Gear汽車診斷學(xué)院汽車免拆診斷專家,現(xiàn)任余姚東江名車專修廠廠長(zhǎng)兼技術(shù)總監(jiān),被聘為哈弗汽車區(qū)域技術(shù)專家;2015年獲得首屆中國(guó)汽車診斷師大賽總決賽三等獎(jiǎng);2016年取得中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)汽車診斷專業(yè)領(lǐng)域中級(jí)工程師資格證書。
故障現(xiàn)象一輛2011年產(chǎn)東風(fēng)悅達(dá)起亞K5車,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,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)?。ǔ朔ǎ?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。
故障診斷接車后試車,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)控制單元在減少噴油量。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)械總成是拆車件,懷疑更換的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)可能與原車不匹配。
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,故障現(xiàn)象未再出現(xiàn),故障排除。