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通过丰田赛利卡缺乏动力故障(P0172)思考真正的诊断

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发表于 2015-7-24 17:05:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
车辆信息:丰田Celica(赛利卡)
发动机代码:2ZZGE
年份:2001
症状:P0172,加速乏力,怠速不良
作者:Steve Smith (英国Pico公司)


以下这个案例说明了在解决看似非常复杂的问题时,作为诊断拼图一部分的PicoScope示波器是怎样解决问题的。

图片1.png
诊断拼图

对于一个成功的诊断,就像一个拼的非常好的拼图一样,需要找到最重要的部分:

1. 相关的解码器
2. 准确的技术信息
3. 通过培训直接获得的相关经验
4. PicoScope示波器

出问题的车是一辆2001年的丰田赛利卡搭载1.8升发动机可输出190马力的最大功率,利用可变气门正时。顾客抱怨这辆车怠速不良、燃油消耗严重、缺乏动力、在运行过程中周期性的熄火、所有重要的发动机警示灯点亮。

通常与顾客沟通是非常重要的,在这个案例中我们知道,发动机被过度地维修过,其中包括更换了汽缸盖(由于过热而更换的)。

在发动机彻底维修(大修)过后,又经历了数次维修,顾客会非常容易沮丧,且会草率下结论认为无法修好。然而,通过有系统的诊断程序与方法,我们除了让顾客买单以外,还可以归还给他们一辆工作正常的车辆,并能提供证据与数据给他们证明修理的必要性。

经过基本的检查发现了发动机被修理过的迹象包括:一个新的汽缸盖、VVT油控制阀、冷却液温度传感器、三元催化器、上游氧传感器(且它的线束带有刺孔和变形,像针线包一样)。通过简短的道路测试,证实了顾客的抱怨,但同时也知道发动机似乎工作正常,没有敲缸或其它噪声、没有排放的烟雾,并且冷却液温度和压力都是正常的。

注意:排放的废气有硫磺的味道是因为燃油过多或三元催化器服役时间过长所致(花顾客钱之前,要确定发动机工作状态,这很重要。)

首先,连接解码器(诊断拼图的第一部分),通过冻结帧数据得到故障代码P0172。
P0172指的是“系统过浓”,同时冻结帧数据确认燃油修正指数试图补偿怠速状态下的“过浓”燃油状况(长期-26.59% 短期-10.97%)。

负的燃油修正值表示PCM根据氧气传感器返回的结果信息已经逐步地减少燃油注入量(氧传感器报告“浓”的状态,PCM减少燃油喷射持续时间,直到氧传感器报告“稀”的状态)。

只要长期和短期的燃油修正值相加保持在+-25%,这种闭环形式的供油情况将会继续。

在以下案例中,我们总的燃油修正值为(-26.5%)+(-10.97%)=-37.56%,所以存储P0172代码,并点亮故障指示灯告知驾驶员。

代码P0172冻结帧数据指示在怠速时故障发生:
图片2.png
在这里,解码器发挥了它的功用:获取故障代码及冻结帧数据;提供了故障指示灯被点亮的所有重要原因,和PCM记录故障码P0172时发生的历史事件快照。

发动机运行时混合气过浓,现在我们从哪里开始诊断?

这里所说的混合气过浓,可能是空气不足或燃料过量。所以尽可能的保持它的完整性,检查进气系统、排气系统、蒸发损失和发动机气门的密封性与卡滞,这些都会影响供油或进排气,结果都没有问题。

用气体分析仪检查证明碳氢化合物含量非常高达到305PPM,但在2500RPM时降到17PPM,并且一直保持低含量直到怠速,但在怠速不稳状态下会升高。

在这里我们知道在怠速状态下供油是不恰当的(会产生305PPM的碳氢化合物),但高怠速时供油(没有负载)是恰当的,因为催化剂会如预期般发挥了作用。

怠速时的氧传感器信号及燃油输送压力都需要检测,因为它们其中的任何一个都有可能影响供油而造成过浓状态。

燃油压力为46PSI是正常的,但是在怠速时氧传感器信号一直处在浓状态,而高于2000RPM时又正常切换(电压值高-低变化)。

让我们理清一下我们所知道的情况,并制作重要的诊断计划:
  • 代码P0172通过气体分析仪和氧传感器信号在怠速时持续较高得到验证。
  • 氧传感器在高怠速时切换正常,证明了氧传感器工作正常。
  • 在进气或排气没有泄露或卡滞。
  • 燃油箱和发动机通气系统工作正常。
  • 高怠速时(没有负载)供油正常,且通过的燃油压力正常。
  • 发动机没有机械问题。
  • 没有明显的失火现象。
  • 车辆在静止启动时缺乏动力,但巡航时工作正常。

这时,诊断拼图的第二和第三部分加入到我们的行动计划中。技术资料和经过培训获取的经验帮助我们对所知道的情况进行评估。发动机怠速时混合气过浓,但是在加速时动力缺乏(记住,“系统过浓”等同于空气不足或燃油过量)。

到了这,我们必须决定深入检测哪个系统;而最大的决定因素是要轻易接触到,而不会消耗您太多的时间。

基于上述考虑和经验所得,诊断拼图的最后一部分——PicoScope示波器应该用来检测明显的空气流量计。

连接上PicoScope示波器观察节所门位置传感器、MAF传感器和氧传感器之间的关系。
图片3.png

最终发现,热线式空气流量计的响应和输出是很糟糕的,使得怠速下的空气流量计电压与油门全开时的空气流量计电压的区别仅为1.31V!这很好地证实了启动性能不好的症状,但路试时发动机能达到高转速(只是延迟)因此不可能是机械故障。然而,这个MAF传感器故障在加速时我们明显看到系统过稀,它是如何产生一个P0172(系统过浓)代码?通常来说,这种类型的发动机空气流量计传感器输出范围应从怠速时的1.2V到油门全开时的约4V。(请看下面安装新的空气流量计后的波形)。.
图片4.png

这里我们可以清晰看到,空气流量计对节气门全开响应非常好(56ms),初始最大输出电压为4V。现在氧传感器也对供油的变化作出了响应,因为节气门全开过程中供油增多;而不像上一张图那样对节气门全开没有反应。

这里需要注意的是:当安装新的空气流量计来代替原来有故障的那个时:
发动机燃油管理会适应原来的空气流量计的反馈和响应时间,因此需要重置PCM,或者车辆行驶超过一定的时间后PCM会逐步地适应新的空气流量计。我曾经见过在替换诊断时刚刚安装上新的空气流量计,但是发现没有任何的改进,这是因为PCM不允许或强迫地去适应新的空气流量计。有故障的空气流量计又被重新安装上,错误的故障诊断仍然继续,这就浪费时间了。(技术资料及培训经验在这里开始起作用了)!

概括一下,新的空气流量计已经解决了提到的症状,而且用解码器再次扫描数据列表确认燃油修正正常,且氧传感器在怠速时可以切换(以前一直是浓)。这些结果都表明空气流量计导致三个故障:怠速时电压过大、加速时电压过小、节气门全开时反应差。

让我思考的是怠速时电压过大,因为我从未见过空气流量计的这种故障,只见过电压过小和反应差(通常生成P0171“系统过稀”)

仔细观看有故障的空气流量计波形,它怠速时电压是1.775V;而新的空气流量计传感器电压是1.418V(在同一发动机转速时,有故障的空气流量计电压读数比正常的读数高出20%)

由于这个原因,我们需要获取新的空气流量计在重复地进行“怠速—节气门全开—怠速”试验中平均怠速转速的数据。我们发现空气流量计输出甚至低至1.202V,这意味着在同一怠速转速下,有故障的的空气流量计电压实际比正常的读数高32%。
图片5.png

额外的热线式空气流量计信息

从设计方面来说,暴露的敏感元件的任何污染都会改变热线组件的工作性能。因此,钥匙在点火位置且发动机熄火状态下,测量空气流量计传感器信号能够提供给我们一个污染程度的指示,因为当污染程度高时会导致高输出电压。参考相关的技术资料,对比钥匙开启发动机熄火时的电压值。

现在我们回到解码器捕捉的实时数据,对比更换空气流量计前后的数据,来确认PicoScope示波器的发现。记住,空气流量的增加会导致空气流量计传感器输出电压的增加:
图片6.png

解码器实时捕捉的数据显示有故障的空气流量计读数比正常的空气流量计读数要高33%,但请注意:
  • 我们看到的是某时抓拍的图片,而且这些数据是一直在变化的。
  • 我们要考虑解码器数据的更新速度。
  • 我们所看到的是PCM基于多组发动机工作参数对空气流量计传感器的理解与解释。

我们的PicoScope示波器是纯粹地查看实时输出电压(没有被任何干涉或操纵的数据)。说到底,解码器与示波器两个工具都反映了同样的状态:空气流量计在怠速时的高输出电压,导致了怠速时错误地供油过量。

计算理论空气流量计值

作为空气流量的指示,使用以下公式我们能够估计正常吸气式发动机在任何转速下空气流量(假设为节气门全开):

(转速(RPM)×发动机排气量(升))/(60×2每次旋转的进气冲程)

举例来说:
我们发动机的排气量为1.8升,4个气缸,4冲程发动机,在3000RPM时会消耗:
3000RPM/60=50转/秒(Hz)
对于4缸发动机每旋转一周,会有2个进气冲程。
因此,50(转/秒)/2=25进气冲程/秒
25×1.8升=45升/秒
注意:空气质量在海平面上大约为1克每升(受压力和温度影响)。
因此45升/秒大约为45克/秒(45 gm/sec).

在诊断过程中,你在技术信息获得的上面的公式,可以帮您检验测试结果。这就是投资在诊断拼图四大部分上所获得的真正优势!
我们可以利用上面的公式建立一个数学通道,应用到任何吸气式4冲程发动机的曲轴信号上,以便在节气门全开检测时显示理论的空气流量值(记住,如果我们知道发动机转速、气缸数、发动机排气量,我们就能够计算空气流量)。

现在我们就可以用这个计算值与解码器数据表对比,来确认空气流量计的完好性和发动机最大的吸气量。如果在节气门全开的特定发动机转速下,数学通道的计算值与解码器的MAF值不吻合,不要过于惊慌;因为我们计算的只是理论值。然而,解码器读取的数据应非常接近理论值,而不能过大或过小于理论值。

怎样建立一个数学通道

下面我们介绍怎样建立两个数学通道,一个用来计算转速RPM,另一个用来计算空气流量。与这个案例相关的只有空气流量的计算公式,但是加入转速计算公式可以让技师同时看转速和空气流量(数学通道是采集完数据后,回看波形时建立的。)

计算转速
赛利卡曲轴信号轮有36个齿,包括作为上止点参照的2个缺齿。实际上我们有34个齿,但在计算时必须把缺齿数也包括在内才能得到准确的转速结果。

为了进一步解释数学通道是怎样计算转速的,这里需要以下的理论:
  • 频率测量单位是Hz(/)
  • 我们以Hz来表述发动机转速信号的频率,与RPM是同一个概念
  • RPM=频率(Hz)×60

PicoScope示波器测量36个齿的曲轴传感器信号的频率(曲轴旋转一周),然后用这个值乘以60(秒)得到的是转速RPM:

36个齿的曲轴传感器信号=Hz×60

转速的数学通道计算公式如下:60/36*freq(A)

屏幕上显示捕捉的波形后,选择工具>数学通道,然后选择新建。在公式框里单击高级并输入“60/36*”,随后点击freq按钮。当“freq()”出现在公式框里,将光标放在括号里“()”并输入“A”,整个公式如下:60/36*freq(A)

点击下一步,为您的RPM数学通道选择你喜欢的颜色,在单位选项的长名称框输入“发动机转速”,在短名称框输入“RPM”。在范围选项框中,您最好手动设置一个比实际范围大的范围(在下面这个例子里,我选择了0至7500RPM),最后点击完成。点击新建数学通道附近的选项框,激活它,然后选择OK。一个新的(数学)通道将会出现,并且会将你要求的通道的转速曲线绘制出来。

空气流量计算

空气流量的数学通道计算公式如下:
60/36*freq(A)/60/2*1.8

PicoScope示波器计算的转速(如上述),现在结合额外的公式来计算2个进气冲程和1.8升发动机。

再次选择工具>数学通道,然后新建。点击高级,输入与上述计算RPM一样的公式60/36*freq(A),但现在要增加/60/2*1.8.
即整个公式是:60/36*freq(A)/60/2*1.8

点击下一步,为你的MAF数学通道选择你喜欢的颜色。单位选项的长名称框中输入“空气流量”,在短名称框中输入“gm/sec”。在范围选项框中,您最好手动设置一个比实际范围大的范围(在下面这个例子里,我选择了0至130gm/sec),最后点击完成。点击新建数学通道附近的选项框,激活它,然后选择OK。一个新的(数学)通道将会出现,并且会将你要求的通道的MAF曲线绘制出来。

下面的波形是车辆赛利卡的曲轴信号、节气门位置信号、正常空气流量计的信号。我们现在有两组数学通道分别指示最大转速7003RPM和最大空气流量106.2gm/sec。数学通道的峰值指示了我们关注的测量值。周期的下行峰值是曲轴传感器信号轮的缺齿特性造成的。
图片7.png
下面是我们从解码器获得的串行数据,以曲线图的形式表示发动机转速(SPD)、节气门位置、空气流量。注意仅选择了3个参数,解码器的刷新率(更新速度)很慢。将这串行数据结果与示波器的相比较,解码器的串行数据显示最大的发动机速度为7021RPM和最大的空气流量为111.85gm/sec.
图片8.png

到了这里,我们对这个案例进行总结,并且我希望突出PicoScope示波器与解码器之间的关系。

  • 解码器读取故障代码、冻结帧、实时数据。
  • 技术信息提供车辆的标准值、部件位置、线路图和诊断流程。
  • 经验/培训帮助技师利用相关的系统知识思考一个合理的方法来制定一个诊断动作方案。
  • PicoScope示波器PCM和解码器(实时)的检测条件外,找出有故障的部件,并为部件的故障呈现准确的结论性的证据。

我们回顾这个车主所遇到的问题。车辆被送到多个维修厂,更换了多个部件,都无法解决问题。最终在最后一间维修厂里排除了故障,因为他们投资了解码器、技术信息、培训(获得经验、知识)、还投资了诊断拼图最重要的一部分——PicoScope示波器
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发表于 2019-8-15 17:03:43 来自手机 | 显示全部楼层
空气流量计算公式有错误
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发表于 2019-8-16 14:10:23 | 显示全部楼层
修个飞机 发表于 2019-8-15 17:03
空气流量计算公式有错误

您好,有什么问题呢?
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