先來看一則有關2014 款東風本田CRV 混合汽過稀的案例。
一輛2014 款東風本田CRV,發動機型号為K24Z8,行駛裡程67 500km。客戶反映發動機故障燈點亮,但是發動機運轉,車輛加速一切正常。用本田專用診斷電腦HDS 讀取故障碼為P0171,燃油系統過稀( 圖1)。經了解得知,此車一直在我店維修保養,上星期剛做完車輛前部的事故維修,更換過前保險杠、冷凝器、水箱、散熱風扇、進氣歧管等部件後交車。以後兩天發動機故障燈亮過一次,檢測到故障碼P0171,當時清除故障碼後,由于客戶趕時間,以後沒找到故障原因就開走了。現在故障燈又被點亮,維修人員找到筆者。
圖1 故障車上檢測到的故障碼
很多維修技師在碰到燃油混合汽過稀或者過濃時,總感覺很棘手。從圖1 故障碼對應的故障原因可以看出,造成燃油混合汽過稀或者過濃的故障原因非常多,例如:燃油壓力及品質、空燃比傳感器、進氣壓力、VTEC、點火等等。而在實際維修的時候,又不可能把所有覺得有可能引起故障的零部件全部替換一遍,這樣做費時費力,還不一定能修好。
一般來說很多師傅看到這個故障,第一反應就是跟客戶說要清洗油路,而且還不能保證清洗以後就能排除故障,隻能小心翼翼地跟客戶說:您先用着試試看,有問題再來。如果清洗後無效果,就再接着換零部件。可即便是這樣修了,對維修結果還是同樣沒有信心。為此,筆者根據多年的維修經驗,重點談談與混合汽過稀密切相關的燃油修正的知識,希望可以給大家提供一些思路和啟發。
發動機電腦根據進氣量、轉速、負荷、水溫等信号确定燃油噴油脈寬,然後根據A/F 空燃比及其它傳感器的反饋來進行空燃比的修正。所謂的混合汽過稀、過濃,簡單理解就是燃油和空氣的質量不匹配,發動機電腦已經修正到了極限還不能達到正常範圍,此時系統就會記錄故障碼,并點亮故障燈。從發動機電腦數據流中的短期燃油修正ST 和長期燃油修正LT 可以看出這一點。為此,我們先簡單了解一些這兩個非常重要的參數。
1.ST燃油微調:短期燃油修正(計算)
短期燃油修正是燃油供給系統中非常重要的參數,它的含義是對燃油供應量的短期校正。當氧傳感器反饋給PCM 的信号表明混合汽過稀時,ST 燃油微調數值将增加,同時PCM 将增加噴油器脈沖寬度,使之更長。在閉環工況時,正常時ST燃油微調将會在1 左右變動,當發生故障時,PCM 會根據A/F 空燃比傳感器反饋的信号進行噴油脈寬調整,以盡量保證在閉環工況時混合汽接近理論空燃比。ST 燃油微調數值反應出根據A/F 空燃比傳感器閉環反饋得出的噴油脈寬數值與此工況下的開環計算得出的噴油脈寬數值的差異情況,這可以給維修人員故障診斷帶來很大的幫助,所以這個參數比單純根據噴油脈寬分析供油量更有價值。
ST 燃油微調數值的變化範圍為0.69 ~1.47,為0.69 時表明已經達到了調稀混合汽的極限,已經無法再調整,此時,一些車型會設置A/F 空燃比傳感器信号電壓過高的故障碼;相反,為1.47 時表明已經達到了調濃混合汽的極限,已經無法再調整,此時,會設置A/F 空燃比傳感器信号電壓過低的故障碼,或者會有動力、油耗、和排放方面的故障症狀,此時,應該仔細觀察ST燃油微調的數值。
因此,當“ST 燃油微調”偏離1 的數值較大時,就表明有影響混合汽濃度的故障存在,而且能夠判斷此故障會造成混合汽偏稀還是偏濃,以及嚴重的程度。也就是說,根據ST 燃油微調的數值可以判斷混合汽的實際情況,此外要注意ST 燃油微調是PCM 根據A/F 傳感器、HO2S 的數值進行控制的,所以前提是A/F 傳感器、HO2S 要正常。
2.LT燃油修正:長期燃油修正(計算)
LT 長期燃油修正從短期燃油修正數值中獲得,對燃油供應量進行長期性校正。用于開環控制時确定基本噴油量,如果不為1,表明存在一個長期的影響,造成需要調整基本噴油量。同樣,為了改善這些故障發生時開環工況的故障症狀,就需要LT 燃油修正。用于調整根據MAP 傳感器和發動機轉速傳感器計算得出的噴油量數值,這樣也就在一定程度上改善了這些故障發生時開環工況的故障症狀。
通過以上的分析,我們再來看一下這輛本田CRV 故障車的ST 和LT 燃油修正數據( 圖2)。由此可以看到ST 已經達到了燃油調濃的一個極限值1.47,LT 也達到了1.35,說明故障是真實存在的,燃油混合汽已經達到了PCM 無法再繼續調濃的地步了。
圖2 本田CRV故障車的ST和LT燃油修正數據
前面我們提到過,造成這個故障的原因非常多。為了快速找出故障原因,筆者找了一輛相同型号的車型,對發動機的數據進行了對比( 圖3、圖4)。通過對比我們可以發現,故障車輛的空氣流量計,也就是MAF 傳感器的數值比正常車輛低0.5g/s。在條件允許的情況下,采用替換法,診斷起來可能更快,但是筆者希望在更換某一個零部件的時候,能有充分的理由和證據,而不要一味地“換着試一下”。采用替換法修車,實際上是沒有思路的具體表現之一。
圖3 故障車輛數據流
圖4 同型号正常車輛數據流
按照維修手冊的檢查要求,對MAF 傳感器進行檢查,圖5是測試要求和标準,圖6 是測試結果。從測試數據可以得出結論,發動機轉速在2 500r/min 時,MAF 傳感器的數據是7.6g/s,在正常範圍6.6 ~ 8.0g/s 之間(此車為AT 自動變速器)。由此可以得出結論:此車的MAF 傳感器沒有問題,所以也不需要更換。
圖5 MAF傳感器測試規範
圖6 MAF傳感器測試結果
既然MAF 空氣流量計沒有問題,但是從數據上看,還是比正常車輛稍低,而且故障現象确實是存在的。考慮到與發動機工況息息相關的還有進氣歧管MAP 壓力傳感器,于是又對MAP 傳感器的數值進行了對比( 圖7、圖8)。圖7 顯示的是發動機停機時MAP 的壓力100kPa,此時因為發動機沒有運行,所以此壓力也就是正常大氣壓力,沒有問題。圖8 顯示的是發動機怠速時MAP 的壓力27kPa,這個數據不一定對。但是從這兩個數據的對比可以看出,MAP 壓力傳感器能夠正常檢測進氣歧管的壓力,況且它隻是進氣歧管壓力的具體體現而已。另外,一般情況下,MAP 壓力傳感器幾乎不會壞,所以,暫且當它是正常的。
圖7 發動機靜态時MAP壓力傳感器數據
圖8 發動機怠速時MAP壓力傳感器數據
與客戶進一步溝通得知,此車在沒有維修車輛前部的事故之前,沒有出現過發動機故障燈點亮的現象。結合實際情況來看,有很多故障是我們在維修過程中不小心“修”出來的,所以着重檢查了發動機的進氣歧管部分有無漏氣,但是檢查了多遍,仍然一無所獲。用化油器清洗劑對懷疑漏氣的地方進行噴射,也沒有發現漏氣的地方。後來對更換下來的舊進氣歧管進行了檢查,發現了一個不起眼的膠塞,圖9 是此膠塞在發動機上的安裝位置。由于被曲軸強制通風閥PCV 軟管擋住,所以無論是檢查或者是噴射化油器清洗劑,都沒有發現這個故障點。也就是說造成此車燃油混合汽過稀的故障原因,是更換進氣岐管後沒有安裝此膠塞,造成進氣歧管存在輕微的漏氣( 因為此孔非常小,不易察覺),而這一部分的空氣逃過空氣流量計的監測,繞過了節氣門,直接進入了汽缸。這樣也進一步說明了為什麼此車的MAF 傳感器的數值比正常車輛低0.5g/s,PCM 不知道發動機“偷偷地”吸入了這一點空氣,所以才會造成“氣多油少”的燃油混合汽過稀了。
圖9 膠塞的安裝位置
圖10 老款前機腳膠控制電磁閥
在此,需要對進氣歧管上的膠塞做個說明,因為在舊款發動機上面,為了緩解發動機的振動,在發動機前機腳膠裡面有一個真空控制的減振液壓腔室,此處的真空就是連接電磁閥的真空軟管,電磁閥由PCM 進行控制,根據工況對發動機前機腳膠的真空進行切換( 圖10)。而在新款發動機上,則取消了這個控制功能,但是進氣歧管的零部件還是一樣,所以采用一個膠塞( 圖11) 堵住了此處的真空。
圖11 遺留在舊進氣歧管上的膠塞
将膠塞安裝回去之後,是否能真正排除這個故障呢?總不能和客戶說“您先用幾天觀察一下”吧?于是用本田HDS 查看了一下發動機的數據流( 圖12),從ST 和LT 的燃油修正數據得知,兩個數據都在1 附近,由此可判斷該車故障被徹底排除了。可以非常自信的通知客戶,車輛已經完全修好了,可以放心使用!
圖12 故障被徹底排除後的數據流
以上就是此車維修的全過程和數據分析。其實除了看ST和LT 燃油修正數據之外,我們還可以查看車輛的DTC 監測工具( 圖13),也就是查看OBD 的通過性來進行故障判斷( 圖14)。因為發動機的工況非常複雜,PCM 對有些零部件的檢測因為條件得不到滿足而不能完成,如果因為檢測條件沒有完成,那麼與之相關的故障就得不到體現,這樣在試車過程中,我們就可以有針對性的去滿足某些工況,從而可以減少試車的成本。
圖13 DTC監測工具
圖14 查看OBD的通過性
以上就是本文的全部内容,希望對你理解ST 短期燃油修正和LT 長期燃油修正有所幫助,也可以通過查看這兩個數據,來對燃油混合汽過稀或者過濃的故障進行“實時”的維修,從而提高維修質量。
混合氣濃度是影響發動機工作性能的重要因素之一,因此噴油量的控制也是發動機控制單元最為重要的控制内容之一。目前發動機控制單元主要依據進氣量信息,結合發動機工作溫度、發動機負荷和轉速等因素确定基本噴油量(噴油脈寬),然後根據氧傳感器反饋的濃、稀信息再作适當修正,在修正過程中會産生短期燃油修正值和長期燃油修正值兩個燃油修正數據。之所以需要修正,就說明有了偏差,燃油修正數據從某種程度上也就反映了目前影響混合氣濃度的各個系統的工作情況。因此,如果我們在進行發動機故障診斷時能夠考慮燃油修正的因素,對數據流中的長期燃油修正值和短期燃油修正值進行合理而全面的分析,對于我們快速而準确地查找故障的部件和原因會有很大的幫助作用。
1 燃油修正值的相關理論
為了滿足排放法規的要求,現代汽車上都裝設了三元催化轉化器,利用三元催化轉化器,可以将發動機工作過程中産生的CO、HC和NOx等有害物質轉化為CO2、H2O、N2等無害物質。但是,隻有可燃混合氣的濃度在理論空燃比(空燃比為14.7,過量空氣系數為1)附近時,三元催化轉化器才能使CO、HC的氧化反應與NOx的還原反應同時進行,才能具有向CO2、H2O、N2無害化充分轉化的能力。
因此,要想有效地利用三元催化轉化器,充分淨化尾氣,就要提高發動機可燃混合氣空燃比的配制精度,使其盡可能地維持在理論空燃比為中心的非常小的範圍内。這就需要在發動機工作時更加精确地控制汽油噴射量,并且汽油的噴射量還必須能跟随發動機工作環境的改變和技術狀況的變化而及時進行調整。在這種情況下,單憑空氣流量計、水溫傳感器、節氣門位置傳感器、發動機轉速等信号來決定噴油量就不夠了,必須要借助于氧傳感器提供的反饋信号,對理論空燃比進行閉環控制。氧傳感器安裝在發動機的排氣管上,用來檢測廢氣中氧氣分子的濃度,并将其轉換成電壓信号。廢氣中氧氣分子的濃度取決于混合氣的空燃比,當混合氣濃于理論混合氣時,在燃燒過程中氧分子幾乎被全部耗盡,廢氣中氧氣分子就非常少(氧濃度低);當混合氣稀于理論混合氣時,在燃燒過程中氧分子未能全部耗盡,廢氣中含有的氧分子就相對較多(氧濃度高),混合氣越稀廢氣中的氧分子濃度就越大。廢氣中的氧含量濃度不同,氧傳感器所産生的信号就不同,一般當廢氣中氧含量低時(混合氣稀時),氧傳感器就會産生一個約0.9 V的高電壓,廢氣中氧含量高時,氧傳感器就會産生一個約0.1V的低電壓。因此,氧傳感器發出的信号間接地反映了混合氣空燃比的高低。發動機工作時,電控單元就會按照氧傳感器的反饋信号,對噴油量的計算結果進行修正,使混合氣的空燃比更接近于理論空燃比。
2 短期燃油修正
系統開環控制時,噴油器對應空氣流量傳感器測得的空氣量或進氣歧管絕對壓力傳感器測得的負荷會有一個固定的基本噴油脈寬,并考慮發動機溫度、發動機轉速等因素來調整脈沖寬度。系統閉環時,脈沖寬度可能加長也可能縮短,這樣通過正負調整可以确保在各種工況下都有合适的混合氣濃度。混合氣濃時,氧傳感器的輸出電壓增加,短期燃油修正減少,這意味着噴油脈沖寬度将縮短。短期燃油修正的減少意味着将來在診斷儀上讀出的數值要小于1。反之,混合氣稀時,氧傳感器的輸出電壓減少,短期燃油修正增加,這意味着噴油脈沖寬度将增長。短期燃油修正的增長意味着将來在診斷儀上讀出的數值要大于1。(不同廠家對燃油修正值的表示方法可能會不太一樣,如福特公司的燃油修正值用一個百分數來表示:0是燃油控制的中點,沒有“-”号的數字表示燃油正在增加,有“-”号的數字表示燃油正在減少;通用公司用二進制的參考值128來作為燃油控制反饋的中心點,大于128的數字表示燃油正在增加,小于128的數字表示燃油正在減少。)
短期燃油修正是根據氧傳感器反饋的前期工作循環中混合氣濃稀情況來對噴油量進行的實時修正控制。如果氧傳感器輸入電控單元的信号反映廢氣中氧含量過多(混合氣較稀),電控單元在計算噴油量時就會乘以一個正的短期燃油修正系數以增加燃油噴射量,反之則乘以一個負的短期燃油修正系數以減少燃油噴射量,直到氧傳感器反饋的信号發生反轉,短期燃油修正系數的正負也随之發生逆轉。這樣通過不斷的短期燃油修正,使混合氣的濃度盡可能維持在理論空燃比附近。
短期燃油修正是以發動機實際燃燒後的廢氣監測為依據,因此不論是發動機機件的磨損、燃油壓力大小的差異或機件上的不良因素(漏氣等)皆可由此數值實時進行修正。短期燃油修正是電控單元基于氧傳感器對廢氣的适時檢測而立即制作出的應對策略,這時的修正是暫時的,其數值會随着廢氣中氧含量的變化而即刻發生變化。短期燃油修正值反映了對供油系統偏差的及時補償,它是在不斷變化的,正常情況下它應該在正負之間的一個較小的範圍内來回波動或者幹脆為0%(即當前還沒有處于閉環控制狀态)。短期燃油修正值是電控單元對發動機運轉狀态作出的一種即時反應,它将随着發動機運轉狀态的改變而改變,也将随着某種狀态的消失而消失,因此其并不存儲在電腦的存儲器中。
3 長期燃油修正
長期燃油修正是電控單元根據發動機長時間運行狀況進行的一種自适應學習,當短期燃油修正值的調節不在0附近正負波動,而是單方向調節(一直加濃或一直調稀),數值超出3%或-3%(不同車型數值可能不同)并持續一段時間後,電控單元即判斷噴油控制系統出現了系統偏差,需要長期在基本噴油脈寬的基礎上單方向(隻是增加噴油脈寬或隻是減少噴油脈寬,而不是增加後減少,減少後增加的交替波動)調整噴油量,便用一個長期燃油修正值來替代已經較遠偏離0點的短期燃油修正值,同時使短期燃油修正值返回0的附近。
長期燃油修正系數的改變是電控單元對短期燃油修正待續正确反饋結果的量變基礎上形成的質的改變,觸發長期燃油修正是為了将所有的短期燃油修正的數值都維持在特定的參數範圍内。長期燃油修正值被存儲在電腦的存儲器中長期使用,存儲的這些數據将在發動機再次遇到類似的環境和工況下使用,而不必再通過氧傳感器的反饋來反複修正,從而使發動機的燃油噴射控制能夠盡快達到最佳狀态。其實,長期燃油修正值和短期燃油修正值的設置目的都是為了使混合氣的濃度接近理論空燃比。短期修正值是直接受氧傳感器反饋信号的影響而随時發生變化,通過自身的變化盡可能使噴油脈寬調整到最佳,正常情況下始終處于波動狀态(開環控制時間除外);而長期燃油修正值是受短期燃油修正值的影響,隻有在短期燃油修正值長期偏向一側時,才通過自身的變化而使短期燃油修正值返回正常範圍内,正常情況下經常固定在某一數值。下面通過一個小案例簡單模拟一下二者随發動機某些系統狀況改變而改變的情況。
如開始在發動機各系統完全正常的情況下,短期燃油修正值在0附近的一個小範圍内正負波動(波動的原因是因為各個零部件在制造時性能的離散性和發動機工作環境參數的時刻波動性,也是閉環控制的一種控制策略),長期燃油修正值固定在0。然後因某種原因進氣管路突然發生漏氣現象,因有額外空氣未經空氣流量計計量而漏入氣缸,造成氣缸内混合氣偏稀,燃燒後廢氣中的氧含量濃度較高,當廢氣流經氧傳感器時,氧傳感器就會産生一個低電壓信号而輸入電控單元,電控單元接到氧傳感器信号後,即刻增加短期燃油修正值,直到氧傳感器輸入信号回到臨界狀态(高低壓信号交替産生,每10s約變化5-6次),而後短期燃油修正值就在6%附近波動(數值大小取決于漏氣程度),而長期燃油修正值在此期間不作任何改變維持固定值0。
當漏氣現象持續,短期燃油修正值在6%附近波動持續一定時間後,電控單元便“适應”了發動機技術狀況的這一變化,認可其為 “正常”,而後把長期燃油修正值調整為固定值6%,而使短期燃油修正值又重新回到了0附近波動。
過了一段時間,在漏氣現象繼續維持的基礎上,因某種原因造成燃油壓力突然升高,從而使混合氣突然變濃,基于氧傳感器的反饋,電控單元在保持長期燃油修正值不變的基礎上,調整短期燃油修正值至–4%左右波動,使混合氣濃度再次趨于正常。
當燃油壓力保持高值狀态,短期燃油修正值在–4%左右波動也持續一定時間後,電控單元便又“适應”了發動機技術狀況的這一新的變化,同樣又認可其為 “正常”,而後把長期燃油修正值調低4%至固定值2%,而使短期燃油修正值又重新回到了0附近波動。
4 燃油修正值基本分析
采用氧傳感器進行反饋控制即閉環控制期間,原則上供給的混合氣是在理論空燃比附近,但在有些條件下是不适用的。如發動機起動時以及剛起動未暖機時,由于發動機冷卻水溫低,這時需要較濃的混合氣,如果按反饋控制供給濃度在理論空燃比附近的混合氣,發動機可能會熄火。又如發動機大負荷時,為保證發動機輸出較大的功率,此時也應供給稍濃的混合氣,此時也應進行開環控制。此外,由于氧傳感器的溫度在300℃以下不會産生電壓信号,當然反饋控制也不會發生,此時也為開環控制。開環控制時,電控單元直接控制噴油脈沖寬度的變化而不需要以氧傳感器的信号作為反饋,此時短期燃油修正值被固定為0。
發動機各系統正常時,長期燃油修正值會固定在0,短期燃油修正值會在0附近正負波動,當某些系統出現偶發因素促使混合氣濃度或發動機運轉性能發生較大變化時(如發動機間隙性失火),短期燃油修正值會以較大值偏向正或負的一側來調整混合氣的濃度,如果這一現象沒有持續,長期燃油修正值就不會發生改變,相應現象消失後短期燃油修正值也會返回正常波動範圍。
如果發動機的某些系統性能下降(不嚴重),導緻混合氣長期過濃或過稀(如燃油壓力調節器故障導緻燃油壓力過高),首先會由短期燃油修正值來調整,當現象超過一定的時間後,電控單元就會用長期燃油修正值來繼續補償,而讓短期燃油修正值返回正常波動範圍,同時也會存儲下此時的狀态和對應的長期燃油修正值,以便下次同樣工況情況下直接用長期燃油修正值來修正而無需再經氧傳感器的反饋和短期燃油修正值的長時間調整。
此時如果我們對發動機進行了某項維護修理作業(如清洗了噴油器、節氣門),發動機的工作條件發生了變化,但是,由于長期燃油修正值(策略)仍然是原始的記憶存儲,這就會使發動機在短時間内出現工作不正常的情況,如發動機喘振、怠速過高等。但往往通過一段時間的自适應後(不斷進行短期修正,并逐漸将偏移的短期修正值轉化成長期修正值),長期燃油修正值就會被更改過來,而使發動機的運轉性能回到正常(自适應的平均時間将持續接近10 km的行程)。
反過來,如果在此期間我們斷開了蓄電池的連接線,就會使記錄下的長期燃油修正值丢失,蓄電池再次連接後,也需要一定時間的自适應才能找回丢失的長期燃油修正值。
但是不管長期燃油修正值還是短期燃油修正值都有一個上、下限值,如果系統的性能繼續下降,當修正值達到上限(增濃)仍無法改善混合氣過稀的趨勢時,或達到下限(減稀)仍無法改善混合氣過濃的趨勢時,則電腦會設定混合氣過濃/過稀的故障碼。
需要說明的是,短期燃油修正值的确定是基于氧傳感器的反饋信号,而長期燃油修正值的确定又是基于短期燃油修正值的波動範圍,因此電控單元對于混合氣濃稀的判斷和對燃油修正值的确定也會因氧傳感器信号的失準而錯誤。如因某缸噴油器洩漏而導緻該缸混合氣過濃而失火,但因該缸混合氣未燃燒,氧消耗量就低,尾氣中的氧含量就相對較高,而氧傳感器就會産生一個低電壓而報混合氣太稀,電控單元就會因此而增加噴油脈寬,從而造成惡性循環,最終發動機的運轉性能不能得到改觀,同時也會使燃油修正值超過限度。當然,氧傳感器本身故障也可能導緻類似現象的發生。
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