一波三折的發(fā)動機(jī)故障

一輛1992年產(chǎn)豐田凌志(現(xiàn)稱雷克薩斯)ES300轎車，行駛里程25萬 km，搭載了3VZ-FE發(fā)動機(jī)和A540E自動變速器。據(jù)用戶反映，近段時間該車發(fā)動機(jī)油耗增加，行駛中急加速不良且排氣管有大量黑煙冒出。
    首先，維修人員在發(fā)動機(jī)艙內(nèi)找到診斷座，跨接診斷座中的TE1和E1端子。打開點火開關(guān)，通過觀察儀表板上的故障指示燈來讀取發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)故障碼，故障燈以2次/s的頻率持續(xù)閃爍，這說明發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)正常。
    根據(jù)維修經(jīng)驗，導(dǎo)致油耗增加和加速不良等故障的常見原因有火花塞和點火線圈等點火系統(tǒng)部件工作不良、節(jié)氣門體和怠速控制閥臟污以及燃油系統(tǒng)工作不良等，因為此車的故障原因可能涉及到多個系統(tǒng)，于是維修人員決定先進(jìn)行發(fā)動機(jī)的常規(guī)檢查。對節(jié)氣門體和怠速控制閥進(jìn)行了清洗，更換了火花塞、燃油濾清器以及點火器，測量燃油壓力正常，結(jié)果裝復(fù)后故障依舊。維修人員又對點火系統(tǒng)線路進(jìn)行了檢查，檢查完成后，再起動時居然無法著車了，于是該車轉(zhuǎn)到了筆者手中。
    為什么對點火系統(tǒng)進(jìn)行檢查后就無法著車了呢?帶著這個疑問，筆者詢問了維修人員在檢查點火系統(tǒng)時都做了些什么。據(jù)維修人員講，為了觀察點火能量是否足夠，他進(jìn)行了高壓線跳火試驗，開始時能看見很強(qiáng)的高壓電，后來就觀察不到跳火了。筆者仔細(xì)觀察了點火器上連接的線路，發(fā)現(xiàn)點火器上的5條線路的外皮都因為老化的原因而破損了，于是筆者懷疑進(jìn)行高壓線跳火試驗時的操作不當(dāng)，導(dǎo)致高壓電打到點火器上的破損線路上，從而導(dǎo)致了發(fā)動機(jī)控制單元的損壞。
    因為已經(jīng)沒有高壓電，于是筆者決定先對點火系統(tǒng)進(jìn)行檢查。從點火系統(tǒng)電路圖(圖1)中可以看出，發(fā)動機(jī)控制單元向點火器輸出電壓信號(IGT信號)，點火器控制點火線圈初級繞組接地，當(dāng)需要點火時，發(fā)動機(jī)控制單元斷開IGT信號，點火器就斷開點火線圈初級繞組接地，從而使點火線圈次級繞組產(chǎn)生高壓電。與此同時，點火器向發(fā)動機(jī)控制單元發(fā)送約5 V的脈沖電壓(IGF)作為點火確認(rèn)信號。根據(jù)上面的分析，將點火開關(guān)擰到起動擋，用萬用表測量點火器2號腳，結(jié)果無點火電壓輸出，看來發(fā)動機(jī)控制單元沒有將點火信號輸送到點火器。測量點火器2號腳到發(fā)動機(jī)控制單元24Pin線束插頭A(圖2)中的18號腳之間的線路，沒有斷路現(xiàn)象。

    根據(jù)上面的檢查結(jié)果，并結(jié)合維修人員進(jìn)行跳火試驗后就沒有高壓電的情況，筆者決定解體發(fā)動機(jī)控制單元。打開發(fā)動機(jī)控制單元外殼后，從電路板的外觀可以看到有3個電容擊穿，還有1個電阻損壞(圖3)。更換了相同型號的電容和電阻后，將發(fā)動機(jī)控制單元裝復(fù)后裝車，將點火開關(guān)擰到起動擋時，發(fā)動機(jī)控制單元仍然沒有點火信號輸出。于是，筆者再次將發(fā)動機(jī)控制單元拆下，通過控制單元上的線束插頭A和印刷電路板追查點火信號，檢查到電路板上的點火功率三極管時，發(fā)現(xiàn)與其相連的印刷電路被高壓電擊穿，測量斷點之前的印刷電路，當(dāng)點火開關(guān)打到起動擋時，印刷電路中有信號輸出。測量點火功率三極管沒有損壞，于是將電路板上被高壓電擊穿的印刷電路接駁好(圖4)。再次起動發(fā)動機(jī)，測量點火器的2號插腳中有點火電壓信號輸出(0.8～1.5 V)，但發(fā)動機(jī)仍然不能著車，更換了點火器后，發(fā)動機(jī)能夠順利起動。進(jìn)行路試，觀察發(fā)動機(jī)的工作狀況，故障現(xiàn)象與剛進(jìn)廠時一樣，仍然急加速不良和冒黑煙，這說明筆者已經(jīng)將之前維修人員造成的損壞修復(fù)了。

    接下來該查找故障的真正原因了。筆者再次讀取發(fā)動機(jī)故障碼，故障指示燈仍然顯示沒有故障碼。筆者認(rèn)為，因為該車急加速不良且冒黑煙，那么就應(yīng)該由混合氣的空燃比入手檢修，只要發(fā)動機(jī)不再冒黑煙，油耗高的問題也就解決了。首先，使發(fā)動機(jī)怠速工作，用萬用表測量診斷座中的OX1端子和OX2端子分別與E1端子之間的電壓，以此來判斷空燃比的狀態(tài)，測量結(jié)果OX1和OX2的電壓值都在0.8～0.9之間變化，這說明可燃混合氣過濃，于是筆者決定對影響空燃比的傳感器進(jìn)行檢查。
    3VZ-FE發(fā)動機(jī)采用的是L型燃油噴射系統(tǒng)，首先對空氣流量計和節(jié)氣門位置傳感器進(jìn)行檢查。
    (1)該車采用的是6線(7Pin)翼板式空氣流量計，打開點火開關(guān)，測量空氣流量計4號腳(VC)電壓為5.0 V，5號腳(E2)接地良好，6號腳(VS)的電壓為1.5 V，而維修手冊給出的VS電壓應(yīng)為3.7 V。使發(fā)動機(jī)怠速工作，測量空氣流量計6號腳(VS)的輸出電壓在1.0～2.0 V之間變化，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時電壓幾乎沒有變化，而維修手冊給出的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時的VS電壓應(yīng)為0.3～1.0 V，由此可以斷定空氣流量計已經(jīng)損壞。折開空氣流量計的上蓋，可以看到空氣流量計電位傳感器的觸點(圖5)被人為調(diào)整過，而且不能回到初始位置，所以空氣流量計輸出的信號始終是負(fù)荷狀態(tài)下的信號，發(fā)動機(jī)控制單元不能收到正確的信號來控制噴油。更換了空氣流量計，測量各腳電壓完全符合維修手冊的數(shù)據(jù)。
                                              

    (2)接下來檢查節(jié)氣門位置傳感器。打開點火開關(guān)，測量節(jié)氣門位置傳感器的3號腳(VTA)的電壓在0.8～3.8 V之間變化，且電壓隨節(jié)氣門開度的增大而增大。測量節(jié)氣門位置傳感器的2號腳(IDL)，節(jié)氣門關(guān)閉時的電壓為12.0 V，節(jié)氣門打開時的電壓值仍然是12.0 V，這是不正常的。測量節(jié)氣門各端子之間的阻值，4號腳(VC)與1號腳(E2)之間阻值為4.5 kΩ，3號腳與1號腳之間的阻值隨節(jié)氣門開度的增大而增大，當(dāng)節(jié)氣門關(guān)閉時2號與1號腳之間導(dǎo)通，這些數(shù)據(jù)都在正常范圍內(nèi)。既然各腳的阻值正常，這就說明節(jié)氣門位置傳感器正常，問題應(yīng)該在調(diào)整方面。根據(jù)維修手冊講解的方法調(diào)整好節(jié)氣門位置傳感器，再次測量2號腳的電壓，當(dāng)節(jié)氣門關(guān)閉時電壓為0 V，當(dāng)節(jié)氣門打開時電壓為11.5 V，這完全符合維修手冊提供的數(shù)據(jù)。調(diào)整節(jié)氣門位置傳感器的方法如下：①松開節(jié)氣門位置傳感器的固定螺釘，注意不要拆下。②在節(jié)氣門位置傳感器的IDL和E2端子之間連接歐姆表，將節(jié)氣門位置傳感器逆時針或順時針轉(zhuǎn)動，直到歐姆表恰好顯示電阻無窮大。③擰緊節(jié)氣門位置傳感器的固定螺釘。
    進(jìn)行完上面的這些檢修工作后，使發(fā)動機(jī)怠速工作幾分鐘，排氣管再沒有黑煙冒出。進(jìn)行路試，急加速時發(fā)動機(jī)響應(yīng)迅速，至此故障徹底排除。
    回顧故障檢修的過程，為什么自診斷系統(tǒng)沒有存儲故障碼呢?筆者認(rèn)為，該車的發(fā)動機(jī)控制單元內(nèi)并不是預(yù)置了傳感器在各個工況下的數(shù)據(jù)范圍，而只是預(yù)置了整體的數(shù)據(jù)范圍，如果傳感器在某個工況下的數(shù)據(jù)不正常但是卻沒有超出預(yù)置的數(shù)據(jù)范圍，自診斷系統(tǒng)就無法檢測出來。