◆文/江蘇 田銳

田銳(本刊編委會委員)

通過國家職業(yè)資格汽車修理工高級技師、LEXUS雷克薩斯高級診斷技師DMT四級等技能認證。曾榮獲2012年雷克薩斯全國技能大賽一般維修故障診斷科目總決賽第四名；2014年雷克薩斯全國技能大賽一般維修故障診斷科目理論筆試第一名等獎項。

故障現(xiàn)象

一輛2021款豐田威馳，搭載5NR-FE型1.5L自然吸氣發(fā)動機及K312型無級自動變速器，行駛里程為77496km。據(jù)車主反映，平日里此車多使用于高速路況，近日行駛過程中偶有發(fā)現(xiàn)發(fā)動機抖動、喘振、加速發(fā)悶，且伴隨排氣管放炮、尾氣重等異?，F(xiàn)象。最近，這些癥狀出現(xiàn)得愈發(fā)頻繁，且在行駛過程中組合儀表上的發(fā)動機故障燈點亮，遂開至我店進行檢查。

故障診斷與排除

接車后，啟動發(fā)動機以驗證故障現(xiàn)象。經(jīng)檢查，發(fā)動機啟動后組合儀表上沒有故障燈點亮，待發(fā)動機暖機后，穩(wěn)住加速踏板，保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速在2000r/min左右運轉(zhuǎn)一段時間后，發(fā)動機未見抖動、喘振等異?，F(xiàn)象。與車主溝通，車主明確表示故障現(xiàn)象屬實，并再三強調(diào)行駛中發(fā)動機故障燈確有點亮。

連接豐田GTS專用診斷儀對該車進行健康檢查，發(fā)動機控制單元中存有4個故障碼(圖1)：P0101-質(zhì)量式空氣流量電路范圍/性能問題；P0102-質(zhì)量空氣流量電路低；P0172-系統(tǒng)狀態(tài)過濃(1列)；P1605-怠速不穩(wěn)定。

圖1 故障車發(fā)動機控制單元中的故障信息

由于故障碼P0172內(nèi)含有ECM針對滿足其開碼條件所凍結的，發(fā)動機某一特定運行工況下的定格數(shù)據(jù)，因此，先對該故障碼進行分析。該故障碼與空燃比閉環(huán)反饋補償(短期燃油修正)、空燃比自適應學習校正(長期燃油修正)有關，而與基本噴油時間無關。短期燃油修正值是指：用于將空燃比持續(xù)保持在理論值的燃油補償值。來自空燃比(A/F)傳感器的信號指示實際空燃比與理論空燃比相比是偏濃還是偏稀。這使得燃油噴射量在空燃比偏濃時減少，在空燃比偏稀時增加。各發(fā)動機間的差別、隨時間造成的磨損和工作環(huán)境的改變，都會使短期燃油修正值偏離中間值。長期燃油修正控制總體燃油補償，用于彌補短期燃油修正造成的與中間值的長期偏差。如果短期燃油修正值和長期燃油修正值都比預定值偏稀或偏濃，就會被判定為故障，ECM將點亮MIL，并設置故障碼。在閉環(huán)燃油控制下，燃油噴射量與ECM估算的量相偏離，并導致長期燃油修正值發(fā)生改變，如果短期燃油修正值持續(xù)出現(xiàn)偏差，則會調(diào)節(jié)長期燃油修正值。與ECM估算的燃油噴射量的偏差，也影響燃油修正平均學習值，該學習值是短期燃油修正平均值和長期燃油修正平均值的綜合值。如果燃油修正平均學習值超出故障閾值，ECM將其視為燃油系統(tǒng)發(fā)生故障并設定故障碼。發(fā)動機燃油修正的控制策略示意圖如圖2所示。

圖2 發(fā)動機燃油修正控制策略

在充分了解了故障碼P0172的設置機理及定格數(shù)據(jù)(圖3)進行分析后發(fā)現(xiàn)，在發(fā)動機暖機、怠速工況下，空氣流量計的實際值為4.57mg/s，正常應為1.5~1.8mg/s，明顯偏大，1列1號長期和短期燃油修正均始終處于過濃減稀狀態(tài)，且該發(fā)動機運轉(zhuǎn)所處的各區(qū)域的空燃比學習值均呈減稀狀態(tài)。因怠速工況下的1列1號燃油平均學習值為-54.688%(長期和短期燃油修正值之和)，已超出設定故障閾值，故觸發(fā)ECM點亮發(fā)動機MIL，并設定故障碼P0172(1列系統(tǒng)狀態(tài)過濃)。

圖3 故障碼P0172的定格數(shù)據(jù)

回顧車主先前描述的故障癥狀：“車輛行駛中發(fā)動機抖動、喘振、加速發(fā)悶且伴隨排氣管放炮、尾氣重”，并結合此前發(fā)動機控制單元所報的質(zhì)量空氣流量相關的故障碼，初步推測：經(jīng)空氣流量計傳感器所測得的實際空氣質(zhì)量虛高，誤導了ECM，使其在提供合適的空燃比的過程中錯誤的噴射了過量的燃油，最終造成1列空燃混合汽過濃。

為了佐證上述推論，使用豐田GTS專用診斷儀對1列的空燃比進行主動測試，分別對1列歧管噴射噴油器的噴油脈寬進行減稀(-12.5%)和加濃(+12.5%)的動作測試，經(jīng)主動測試，1列1號空燃比傳感器的信號電壓及1列2號空燃比傳感器的信號電流均處正常閾值(圖4)。由此進一步將故障范圍縮小至空氣流量計性能及其相關線路。結合維修手冊針對故障碼P0101和P0102的標準診斷作業(yè)流程，分析導致該車故障的可能原因有：空氣流量計至ECM的信號電路斷路或短路、空氣流量計故障、ECM故障。

本著科學規(guī)范、高效快捷的診斷原則，診斷測量前首先對空氣流量計的工作原理進行梳理。故障車型采用的是熱線式空氣流量計(圖5)，結構比較簡單，由熱線和熱敏電阻組成，安裝在進氣道上，一部分氣流進入檢測區(qū)域就可直接測量進氣質(zhì)量。這樣，不僅檢測精度高，而且?guī)缀醪粫a(chǎn)生進氣阻力。另外，由于沒有使用專門的機械，該空氣流量計具有很好的耐久性。圖5所示的空氣流量計中還裝有嵌入式進氣溫度傳感器。

圖5 故障車上的空氣流量計構造

空氣流量計的檢測原理如圖6所示，熱線(電熱絲)通電并產(chǎn)生熱量，當氣流通過時，熱線的冷卻量與進氣量正相關，通過控制熱線上的電流來保持其溫度的恒定，即電流與進氣量之間存在一定的比例關系，這樣通過檢測熱線上的電流就可以換算出進氣量。

在實際的空氣流量計中，熱線被并入橋式電路(圖7)中。橋式電路具有如下特性：當沿著對角線的阻值相等時，A點和B點的電位相等。當熱線被吸入的空氣冷卻時，電阻值降低導致A點、B點產(chǎn)生電位差。運算放大器檢測到電位差，并施加電壓給電路(增加熱線電流)，這樣熱線的溫度上升、電阻增大，直到A點和B點的電位相等。通過利用這種橋式電路的特性，空氣流量計就可以通過檢測B點電壓而間接測量進氣量。在此系統(tǒng)中，由于使用了熱敏電阻，熱線的溫度可持續(xù)保持在比進氣溫度更高的恒定溫度上。由于將熱線溫度從進氣溫度提高一個ΔT的溫度所需的電壓始終保持不變，即使進氣溫度有變化，也能精確測量進氣質(zhì)量。另外，空氣的冷卻能力永遠與進氣質(zhì)量成正比，所以，如果進氣質(zhì)量保持不變，則即使進氣溫度有變化，空氣流量計的輸出也將保持不變。因此，ECM無需根據(jù)進氣溫度來校正燃油噴射時間。此外，在高海拔地區(qū)，空氣密度下降，冷卻能力也較小，測得的進氣質(zhì)量也隨之減少，因此也無需進行高海拔補償校正。

在充分理解了空氣流量計的工作原理后，參照電路圖(圖8)并結合該系統(tǒng)示意圖(圖9)，筆者進行了如下檢測：

1.關閉點火開關后，拔下空氣流量計側的連接器B25并進行檢查測試，未發(fā)現(xiàn)有接觸不良等異常情況。

2.在連接器B25的3、4號插槽上接上試燈后，將點火開關置于ON位，試燈點亮，用萬用表測量B25的3、4號插槽之間的電壓，為12.80V，說明空氣流量計供電及搭鐵良好。

3.關閉點火開關、斷開蓄電池負極后，拔下ECM側的連接器B64并重點檢查其24、32插槽，未發(fā)現(xiàn)有接觸不良等異常情況。

4.用萬用表，分別測量空氣流量計側連接器B25的4、5號插槽和ECM側連接器B64的32、24號插槽的通斷及對地導通情況，測量結果如表1所示，排除了空氣流量計側連接器至ECM側連接器之間線束的斷路和對地短路的可能性。

表1 連接器B25、B64相關線束測量結果

5.插回連接器B64，將診斷線束分別連接空氣流量計側公插針至連接器B25側母插槽之間的3、4、5號針腳后，裝回蓄電池負極，將點火開關置于ON位，連接診斷儀并讀取空氣流量計的數(shù)據(jù)流(圖10)，MAF實際值為0.21mg/s，與正常車的數(shù)據(jù)吻合，說明空氣流量計數(shù)據(jù)正常。

圖10 點火開關置于ON位時故障車的MAF數(shù)據(jù)

6.斷開連接空氣流量計側至連接器B25側的5號VG針腳診斷線束，模擬VG信號端子輸出至ECM的電壓為0，此時MAF顯示值為0.07mg/s；將一節(jié)1.5V干電池的正極側接入連接器B25側的5號VG針腳，負極側接蓄電池負極，模擬VG信號端子輸出至ECM的電壓為1.5V，此時MAF的顯示值為3.93mg/s；連接空氣流量計側至連接器B25側的5號VG針腳診斷線束，斷開連接空氣流量計側至連接器B25側的4號E2G針腳診斷線束，模擬空氣流量計的E2G端子至ECM的對地搭鐵斷路，因空氣流量計內(nèi)部的IC集成電路無法接地，故使得VG信號端子輸出至ECM的電壓為5V，此時MAF顯示值為181.87mg/s。通過上述測量，排除了ECM內(nèi)部針對空氣流量計VG端子的信號接收并處理運算的異?？赡堋?/p>

7.關閉點火開關、插回連接器B25后，啟動發(fā)動機，讀取發(fā)動機暖機后怠速工況下的數(shù)據(jù)流(圖11)，MAF的顯示值為2.01mg/s(正常應在1.5~1.8mg/s之間)，1列1號空燃比傳感器電壓3.244V，1列2號空燃比傳感器電流-0.05mA，1列1號、2號短期燃油修正分別為6.250%、0.781%，1列1號、2號長期燃油修正分別為-16.407%(減稀)、0，1列1號燃油平均學習值為-10.157%。

圖11 MAF故障狀態(tài)下的發(fā)動機數(shù)據(jù)流

綜合此前ECM針對滿足其設碼條件所凍結的發(fā)動機暖機后怠速工況下的定格數(shù)據(jù)，并結合上述的診斷測量步驟，最終判定該車故障原因為空氣流量計內(nèi)部故障，導致其在探測進氣量的同時，傳感器特性向比實際值偏大的方向偏移，進而造成ECM誤判，使其在提供合適的空燃比的過程中錯誤地噴射了過量的燃油，致使1列混合汽過濃。

更換空氣流量計后，啟動發(fā)動機，再次讀取發(fā)動機暖機后怠速工況下的數(shù)據(jù)流， MAF的顯示值為1.84mg/s(正常)，1列1號空燃比傳感器電壓3.337V，1列2號空燃比傳感器電流-0.29mA，1列1號、2號短期燃油修正分別為0、-1.563%，1列1號、2號長期燃油修正分別為-3.907%、0，1列1號燃油平均學習值為-3.907% (正常)。發(fā)動機運行各區(qū)域工況下的空燃比學習值也都回歸至正常閾值。路試20km，發(fā)動機運轉(zhuǎn)正常，加速有力、行駛中再無喘振、排氣管放炮、尾氣重等異常現(xiàn)象。至此，該車故障被徹底排除。

維修小結

通過本案例可以看出，在診斷此類故障時，ECM內(nèi)針對故障觸發(fā)時所凍結的定格數(shù)據(jù)為故障診斷提供了重要的參考依據(jù)。診斷前一定要梳理故障碼的生成機理和診斷控制策略，以及所涉及系統(tǒng)的工作原理，并且靈活運診斷儀，從而為科學高效、快速準確地鎖定故障點打下堅實的基礎。