先来看一则有关2014 款东风本田CRV 混合汽过稀的案例。

一辆2014 款东风本田CRV,发动机型号为K24Z8,行驶里程67 500km。客户反映发动机故障灯点亮,但是发动机运转,车辆加速一切正常。用本田专用诊断电脑HDS 读取故障码为P0171,燃油系统过稀( 图1)。经了解得知,此车一直在我店维修保养,上星期刚做完车辆前部的事故维修,更换过前保险杠、冷凝器、水箱、散热风扇、进气歧管等部件后交车。以后两天发动机故障灯亮过一次,检测到故障码P0171,当时清除故障码后,由于客户赶时间,以后没找到故障原因就开走了。现在故障灯又被点亮,维修人员找到笔者。

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图1 故障车上检测到的故障码


很多维修技师在碰到燃油混合汽过稀或者过浓时,总感觉很棘手。从图1 故障码对应的故障原因可以看出,造成燃油混合汽过稀或者过浓的故障原因非常多,例如:燃油压力及品质、空燃比传感器、进气压力、VTEC、点火等等。而在实际维修的时候,又不可能把所有觉得有可能引起故障的零部件全部替换一遍,这样做费时费力,还不一定能修好。

一般来说很多师傅看到这个故障,第一反应就是跟客户说要清洗油路,而且还不能保证清洗以后就能排除故障,只能小心翼翼地跟客户说:您先用着试试看,有问题再来。如果清洗后无效果,就再接着换零部件。可即便是这样修了,对维修结果还是同样没有信心。为此,笔者根据多年的维修经验,重点谈谈与混合汽过稀密切相关的燃油修正的知识,希望可以给大家提供一些思路和启发。

发动机电脑根据进气量、转速、负荷、水温等信号确定燃油喷油脉宽,然后根据A/F 空燃比及其它传感器的反馈来进行空燃比的修正。所谓的混合汽过稀、过浓,简单理解就是燃油和空气的质量不匹配,发动机电脑已经修正到了极限还不能达到正常范围,此时系统就会记录故障码,并点亮故障灯。从发动机电脑数据流中的短期燃油修正ST 和长期燃油修正LT 可以看出这一点。为此,我们先简单了解一些这两个非常重要的参数。

1.ST燃油微调:短期燃油修正(计算)

短期燃油修正是燃油供给系统中非常重要的参数,它的含义是对燃油供应量的短期校正。当氧传感器反馈给PCM 的信号表明混合汽过稀时,ST 燃油微调数值将增加,同时PCM 将增加喷油器脉冲宽度,使之更长。在闭环工况时,正常时ST燃油微调将会在1 左右变动,当发生故障时,PCM 会根据A/F 空燃比传感器反馈的信号进行喷油脉宽调整,以尽量保证在闭环工况时混合汽接近理论空燃比。ST 燃油微调数值反应出根据A/F 空燃比传感器闭环反馈得出的喷油脉宽数值与此工况下的开环计算得出的喷油脉宽数值的差异情况,这可以给维修人员故障诊断带来很大的帮助,所以这个参数比单纯根据喷油脉宽分析供油量更有价值。

ST 燃油微调数值的变化范围为0.69 ~1.47,为0.69 时表明已经达到了调稀混合汽的极限,已经无法再调整,此时,一些车型会设置A/F 空燃比传感器信号电压过高的故障码;相反,为1.47 时表明已经达到了调浓混合汽的极限,已经无法再调整,此时,会设置A/F 空燃比传感器信号电压过低的故障码,或者会有动力、油耗、和排放方面的故障症状,此时,应该仔细观察ST燃油微调的数值。

因此,当“ST 燃油微调”偏离1 的数值较大时,就表明有影响混合汽浓度的故障存在,而且能够判断此故障会造成混合汽偏稀还是偏浓,以及严重的程度。也就是说,根据ST 燃油微调的数值可以判断混合汽的实际情况,此外要注意ST 燃油微调是PCM 根据A/F 传感器、HO2S 的数值进行控制的,所以前提是A/F 传感器、HO2S 要正常。

2.LT燃油修正:长期燃油修正(计算)

LT 长期燃油修正从短期燃油修正数值中获得,对燃油供应量进行长期性校正。用于开环控制时确定基本喷油量,如果不为1,表明存在一个长期的影响,造成需要调整基本喷油量。同样,为了改善这些故障发生时开环工况的故障症状,就需要LT 燃油修正。用于调整根据MAP 传感器和发动机转速传感器计算得出的喷油量数值,这样也就在一定程度上改善了这些故障发生时开环工况的故障症状。

通过以上的分析,我们再来看一下这辆本田CRV 故障车的ST 和LT 燃油修正数据( 图2)。由此可以看到ST 已经达到了燃油调浓的一个极限值1.47,LT 也达到了1.35,说明故障是真实存在的,燃油混合汽已经达到了PCM 无法再继续调浓的地步了。


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图2 本田CRV故障车的ST和LT燃油修正数据


前面我们提到过,造成这个故障的原因非常多。为了快速找出故障原因,笔者找了一辆相同型号的车型,对发动机的数据进行了对比( 图3、图4)。通过对比我们可以发现,故障车辆的空气流量计,也就是MAF 传感器的数值比正常车辆低0.5g/s。在条件允许的情况下,采用替换法,诊断起来可能更快,但是笔者希望在更换某一个零部件的时候,能有充分的理由和证据,而不要一味地“换着试一下”。采用替换法修车,实际上是没有思路的具体表现之一。


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图3 故障车辆数据流


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图4 同型号正常车辆数据流


按照维修手册的检查要求,对MAF 传感器进行检查,图5是测试要求和标准,图6 是测试结果。从测试数据可以得出结论,发动机转速在2 500r/min 时,MAF 传感器的数据是7.6g/s,在正常范围6.6 ~ 8.0g/s 之间(此车为AT 自动变速器)。由此可以得出结论:此车的MAF 传感器没有问题,所以也不需要更换。


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图5 MAF传感器测试规范


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图6 MAF传感器测试结果


既然MAF 空气流量计没有问题,但是从数据上看,还是比正常车辆稍低,而且故障现象确实是存在的。考虑到与发动机工况息息相关的还有进气歧管MAP 压力传感器,于是又对MAP 传感器的数值进行了对比( 图7、图8)。图7 显示的是发动机停机时MAP 的压力100kPa,此时因为发动机没有运行,所以此压力也就是正常大气压力,没有问题。图8 显示的是发动机怠速时MAP 的压力27kPa,这个数据不一定对。但是从这两个数据的对比可以看出,MAP 压力传感器能够正常检测进气歧管的压力,况且它只是进气歧管压力的具体体现而已。另外,一般情况下,MAP 压力传感器几乎不会坏,所以,暂且当它是正常的。


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图7 发动机静态时MAP压力传感器数据


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图8 发动机怠速时MAP压力传感器数据


与客户进一步沟通得知,此车在没有维修车辆前部的事故之前,没有出现过发动机故障灯点亮的现象。结合实际情况来看,有很多故障是我们在维修过程中不小心“修”出来的,所以着重检查了发动机的进气歧管部分有无漏气,但是检查了多遍,仍然一无所获。用化油器清洗剂对怀疑漏气的地方进行喷射,也没有发现漏气的地方。后来对更换下来的旧进气歧管进行了检查,发现了一个不起眼的胶塞,图9 是此胶塞在发动机上的安装位置。由于被曲轴强制通风阀PCV 软管挡住,所以无论是检查或者是喷射化油器清洗剂,都没有发现这个故障点。也就是说造成此车燃油混合汽过稀的故障原因,是更换进气岐管后没有安装此胶塞,造成进气歧管存在轻微的漏气( 因为此孔非常小,不易察觉),而这一部分的空气逃过空气流量计的监测,绕过了节气门,直接进入了汽缸。这样也进一步说明了为什么此车的MAF 传感器的数值比正常车辆低0.5g/s,PCM 不知道发动机“偷偷地”吸入了这一点空气,所以才会造成“气多油少”的燃油混合汽过稀了。


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图9 胶塞的安装位置


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图10 老款前机脚胶控制电磁阀


在此,需要对进气歧管上的胶塞做个说明,因为在旧款发动机上面,为了缓解发动机的振动,在发动机前机脚胶里面有一个真空控制的减振液压腔室,此处的真空就是连接电磁阀的真空软管,电磁阀由PCM 进行控制,根据工况对发动机前机脚胶的真空进行切换( 图10)。而在新款发动机上,则取消了这个控制功能,但是进气歧管的零部件还是一样,所以采用一个胶塞( 图11) 堵住了此处的真空。


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图11 遗留在旧进气歧管上的胶塞


将胶塞安装回去之后,是否能真正排除这个故障呢?总不能和客户说“您先用几天观察一下”吧?于是用本田HDS 查看了一下发动机的数据流( 图12),从ST 和LT 的燃油修正数据得知,两个数据都在1 附近,由此可判断该车故障被彻底排除了。可以非常自信的通知客户,车辆已经完全修好了,可以放心使用!


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图12 故障被彻底排除后的数据流


以上就是此车维修的全过程和数据分析。其实除了看ST和LT 燃油修正数据之外,我们还可以查看车辆的DTC 监测工具( 图13),也就是查看OBD 的通过性来进行故障判断( 图14)。因为发动机的工况非常复杂,PCM 对有些零部件的检测因为条件得不到满足而不能完成,如果因为检测条件没有完成,那么与之相关的故障就得不到体现,这样在试车过程中,我们就可以有针对性的去满足某些工况,从而可以减少试车的成本。


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图13 DTC监测工具


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图14 查看OBD的通过性


以上就是本文的全部内容,希望对你理解ST 短期燃油修正和LT 长期燃油修正有所帮助,也可以通过查看这两个数据,来对燃油混合汽过稀或者过浓的故障进行“实时”的维修,从而提高维修质量。

混合气浓度是影响发动机工作性能的重要因素之一,因此喷油量的控制也是发动机控制单元最为重要的控制内容之一。目前发动机控制单元主要依据进气量信息,结合发动机工作温度、发动机负荷和转速等因素确定基本喷油量(喷油脉宽),然后根据氧传感器反馈的浓、稀信息再作适当修正,在修正过程中会产生短期燃油修正值和长期燃油修正值两个燃油修正数据。之所以需要修正,就说明有了偏差,燃油修正数据从某种程度上也就反映了目前影响混合气浓度的各个系统的工作情况。因此,如果我们在进行发动机故障诊断时能够考虑燃油修正的因素,对数据流中的长期燃油修正值和短期燃油修正值进行合理而全面的分析,对于我们快速而准确地查找故障的部件和原因会有很大的帮助作用。
1 燃油修正值的相关理论
为了满足排放法规的要求,现代汽车上都装设了三元催化转化器,利用三元催化转化器,可以将发动机工作过程中产生的CO、HC和NOx等有害物质转化为CO2、H2O、N2等无害物质。但是,只有可燃混合气的浓度在理论空燃比(空燃比为14.7,过量空气系数为1)附近时,三元催化转化器才能使CO、HC的氧化反应与NOx的还原反应同时进行,才能具有向CO2、H2O、N2无害化充分转化的能力。
因此,要想有效地利用三元催化转化器,充分净化尾气,就要提高发动机可燃混合气空燃比的配制精度,使其尽可能地维持在理论空燃比为中心的非常小的范围内。这就需要在发动机工作时更加精确地控制汽油喷射量,并且汽油的喷射量还必须能跟随发动机工作环境的改变和技术状况的变化而及时进行调整。在这种情况下,单凭空气流量计、水温传感器、节气门位置传感器、发动机转速等信号来决定喷油量就不够了,必须要借助于氧传感器提供的反馈信号,对理论空燃比进行闭环控制。氧传感器安装在发动机的排气管上,用来检测废气中氧气分子的浓度,并将其转换成电压信号。废气中氧气分子的浓度取决于混合气的空燃比,当混合气浓于理论混合气时,在燃烧过程中氧分子几乎被全部耗尽,废气中氧气分子就非常少(氧浓度低);当混合气稀于理论混合气时,在燃烧过程中氧分子未能全部耗尽,废气中含有的氧分子就相对较多(氧浓度高),混合气越稀废气中的氧分子浓度就越大。废气中的氧含量浓度不同,氧传感器所产生的信号就不同,一般当废气中氧含量低时(混合气稀时),氧传感器就会产生一个约0.9 V的高电压,废气中氧含量高时,氧传感器就会产生一个约0.1V的低电压。因此,氧传感器发出的信号间接地反映了混合气空燃比的高低。发动机工作时,电控单元就会按照氧传感器的反馈信号,对喷油量的计算结果进行修正,使混合气的空燃比更接近于理论空燃比。
2 短期燃油修正
系统开环控制时,喷油器对应空气流量传感器测得的空气量或进气歧管绝对压力传感器测得的负荷会有一个固定的基本喷油脉宽,并考虑发动机温度、发动机转速等因素来调整脉冲宽度。系统闭环时,脉冲宽度可能加长也可能缩短,这样通过正负调整可以确保在各种工况下都有合适的混合气浓度。混合气浓时,氧传感器的输出电压增加,短期燃油修正减少,这意味着喷油脉冲宽度将缩短。短期燃油修正的减少意味着将来在诊断仪上读出的数值要小于1。反之,混合气稀时,氧传感器的输出电压减少,短期燃油修正增加,这意味着喷油脉冲宽度将增长。短期燃油修正的增长意味着将来在诊断仪上读出的数值要大于1。(不同厂家对燃油修正值的表示方法可能会不太一样,如福特公司的燃油修正值用一个百分数来表示:0是燃油控制的中点,没有“-”号的数字表示燃油正在增加,有“-”号的数字表示燃油正在减少;通用公司用二进制的参考值128来作为燃油控制反馈的中心点,大于128的数字表示燃油正在增加,小于128的数字表示燃油正在减少。)
短期燃油修正是根据氧传感器反馈的前期工作循环中混合气浓稀情况来对喷油量进行的实时修正控制。如果氧传感器输入电控单元的信号反映废气中氧含量过多(混合气较稀),电控单元在计算喷油量时就会乘以一个正的短期燃油修正系数以增加燃油喷射量,反之则乘以一个负的短期燃油修正系数以减少燃油喷射量,直到氧传感器反馈的信号发生反转,短期燃油修正系数的正负也随之发生逆转。这样通过不断的短期燃油修正,使混合气的浓度尽可能维持在理论空燃比附近。
短期燃油修正是以发动机实际燃烧后的废气监测为依据,因此不论是发动机机件的磨损、燃油压力大小的差异或机件上的不良因素(漏气等)皆可由此数值实时进行修正。短期燃油修正是电控单元基于氧传感器对废气的适时检测而立即制作出的应对策略,这时的修正是暂时的,其数值会随着废气中氧含量的变化而即刻发生变化。短期燃油修正值反映了对供油系统偏差的及时补偿,它是在不断变化的,正常情况下它应该在正负之间的一个较小的范围内来回波动或者干脆为0%(即当前还没有处于闭环控制状态)。短期燃油修正值是电控单元对发动机运转状态作出的一种即时反应,它将随着发动机运转状态的改变而改变,也将随着某种状态的消失而消失,因此其并不存储在电脑的存储器中。
3 长期燃油修正
长期燃油修正是电控单元根据发动机长时间运行状况进行的一种自适应学习,当短期燃油修正值的调节不在0附近正负波动,而是单方向调节(一直加浓或一直调稀),数值超出3%或-3%(不同车型数值可能不同)并持续一段时间后,电控单元即判断喷油控制系统出现了系统偏差,需要长期在基本喷油脉宽的基础上单方向(只是增加喷油脉宽或只是减少喷油脉宽,而不是增加后减少,减少后增加的交替波动)调整喷油量,便用一个长期燃油修正值来替代已经较远偏离0点的短期燃油修正值,同时使短期燃油修正值返回0的附近。
长期燃油修正系数的改变是电控单元对短期燃油修正待续正确反馈结果的量变基础上形成的质的改变,触发长期燃油修正是为了将所有的短期燃油修正的数值都维持在特定的参数范围内。长期燃油修正值被存储在电脑的存储器中长期使用,存储的这些数据将在发动机再次遇到类似的环境和工况下使用,而不必再通过氧传感器的反馈来反复修正,从而使发动机的燃油喷射控制能够尽快达到最佳状态。其实,长期燃油修正值和短期燃油修正值的设置目的都是为了使混合气的浓度接近理论空燃比。短期修正值是直接受氧传感器反馈信号的影响而随时发生变化,通过自身的变化尽可能使喷油脉宽调整到最佳,正常情况下始终处于波动状态(开环控制时间除外);而长期燃油修正值是受短期燃油修正值的影响,只有在短期燃油修正值长期偏向一侧时,才通过自身的变化而使短期燃油修正值返回正常范围内,正常情况下经常固定在某一数值。下面通过一个小案例简单模拟一下二者随发动机某些系统状况改变而改变的情况。

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如开始在发动机各系统完全正常的情况下,短期燃油修正值在0附近的一个小范围内正负波动(波动的原因是因为各个零部件在制造时性能的离散性和发动机工作环境参数的时刻波动性,也是闭环控制的一种控制策略),长期燃油修正值固定在0。然后因某种原因进气管路突然发生漏气现象,因有额外空气未经空气流量计计量而漏入气缸,造成气缸内混合气偏稀,燃烧后废气中的氧含量浓度较高,当废气流经氧传感器时,氧传感器就会产生一个低电压信号而输入电控单元,电控单元接到氧传感器信号后,即刻增加短期燃油修正值,直到氧传感器输入信号回到临界状态(高低压信号交替产生,每10s约变化5-6次),而后短期燃油修正值就在6%附近波动(数值大小取决于漏气程度),而长期燃油修正值在此期间不作任何改变维持固定值0。
当漏气现象持续,短期燃油修正值在6%附近波动持续一定时间后,电控单元便“适应”了发动机技术状况的这一变化,认可其为 “正常”,而后把长期燃油修正值调整为固定值6%,而使短期燃油修正值又重新回到了0附近波动。
过了一段时间,在漏气现象继续维持的基础上,因某种原因造成燃油压力突然升高,从而使混合气突然变浓,基于氧传感器的反馈,电控单元在保持长期燃油修正值不变的基础上,调整短期燃油修正值至–4%左右波动,使混合气浓度再次趋于正常。
当燃油压力保持高值状态,短期燃油修正值在–4%左右波动也持续一定时间后,电控单元便又“适应”了发动机技术状况的这一新的变化,同样又认可其为 “正常”,而后把长期燃油修正值调低4%至固定值2%,而使短期燃油修正值又重新回到了0附近波动。
4 燃油修正值基本分析
采用氧传感器进行反馈控制即闭环控制期间,原则上供给的混合气是在理论空燃比附近,但在有些条件下是不适用的。如发动机起动时以及刚起动未暖机时,由于发动机冷却水温低,这时需要较浓的混合气,如果按反馈控制供给浓度在理论空燃比附近的混合气,发动机可能会熄火。又如发动机大负荷时,为保证发动机输出较大的功率,此时也应供给稍浓的混合气,此时也应进行开环控制。此外,由于氧传感器的温度在300℃以下不会产生电压信号,当然反馈控制也不会发生,此时也为开环控制。开环控制时,电控单元直接控制喷油脉冲宽度的变化而不需要以氧传感器的信号作为反馈,此时短期燃油修正值被固定为0。
发动机各系统正常时,长期燃油修正值会固定在0,短期燃油修正值会在0附近正负波动,当某些系统出现偶发因素促使混合气浓度或发动机运转性能发生较大变化时(如发动机间隙性失火),短期燃油修正值会以较大值偏向正或负的一侧来调整混合气的浓度,如果这一现象没有持续,长期燃油修正值就不会发生改变,相应现象消失后短期燃油修正值也会返回正常波动范围。
如果发动机的某些系统性能下降(不严重),导致混合气长期过浓或过稀(如燃油压力调节器故障导致燃油压力过高),首先会由短期燃油修正值来调整,当现象超过一定的时间后,电控单元就会用长期燃油修正值来继续补偿,而让短期燃油修正值返回正常波动范围,同时也会存储下此时的状态和对应的长期燃油修正值,以便下次同样工况情况下直接用长期燃油修正值来修正而无需再经氧传感器的反馈和短期燃油修正值的长时间调整。
此时如果我们对发动机进行了某项维护修理作业(如清洗了喷油器、节气门),发动机的工作条件发生了变化,但是,由于长期燃油修正值(策略)仍然是原始的记忆存储,这就会使发动机在短时间内出现工作不正常的情况,如发动机喘振、怠速过高等。但往往通过一段时间的自适应后(不断进行短期修正,并逐渐将偏移的短期修正值转化成长期修正值),长期燃油修正值就会被更改过来,而使发动机的运转性能回到正常(自适应的平均时间将持续接近10 km的行程)。
反过来,如果在此期间我们断开了蓄电池的连接线,就会使记录下的长期燃油修正值丢失,蓄电池再次连接后,也需要一定时间的自适应才能找回丢失的长期燃油修正值。
但是不管长期燃油修正值还是短期燃油修正值都有一个上、下限值,如果系统的性能继续下降,当修正值达到上限(增浓)仍无法改善混合气过稀的趋势时,或达到下限(减稀)仍无法改善混合气过浓的趋势时,则电脑会设定混合气过浓/过稀的故障码。
需要说明的是,短期燃油修正值的确定是基于氧传感器的反馈信号,而长期燃油修正值的确定又是基于短期燃油修正值的波动范围,因此电控单元对于混合气浓稀的判断和对燃油修正值的确定也会因氧传感器信号的失准而错误。如因某缸喷油器泄漏而导致该缸混合气过浓而失火,但因该缸混合气未燃烧,氧消耗量就低,尾气中的氧含量就相对较高,而氧传感器就会产生一个低电压而报混合气太稀,电控单元就会因此而增加喷油脉宽,从而造成恶性循环,最终发动机的运转性能不能得到改观,同时也会使燃油修正值超过限度。当然,氧传感器本身故障也可能导致类似现象的发生。

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