正確理解長期及短期燃油修正系數(shù)

◆文/山東 焦建剛

一、燃油修正系數(shù)概論

在國際標準OBDⅡ的數(shù)據(jù)流中，除了常見的發(fā)動機轉速、進氣量、噴油量、節(jié)氣門開度、負荷及點火提前角度等6大基本參數(shù)外，還有很多重要的數(shù)據(jù)信息對判斷發(fā)動機故障來說起著重要的作用。其中，對燃油噴射時間、點火提前角度的修正，或者對噴油時間影響比較大的兩個參數(shù)就是長期及短期燃油修正，也稱為燃油修正系數(shù)。

依據(jù)SAE(美國汽車工程學會)J1930標準規(guī)定，從1993年開始，短期燃油修正用“FUEL TRIM”取代以前使用的參數(shù)名稱“INTEGRATR”，而1992年及此前的車型仍使用原名稱。短期燃油修正是指由電腦立即制定的用于克服發(fā)動機運行工況所作出的策略，這時的修正是暫時的。長期燃油修正是基于短期燃油修正的反饋作出的，這時的修正要更長久些。

短期修正值并不存儲在電腦的存儲器中，對燃油系統(tǒng)進行的所有修正都是在對氧傳感器或其他的傳感器作出直接的響應之后便立即發(fā)生。設計這些修正的目的是保持氧傳感器在合適的范圍內工作。

長期燃油修正值被存儲在電腦的存儲器中，存儲的這些數(shù)據(jù)將在發(fā)動機再次于類似的環(huán)境和工況下工作時使用。觸發(fā)長期燃油修正是為了將所有的短期燃油修正的數(shù)值都維持在特定的參數(shù)范圍內。這些參數(shù)并不是基于氧傳感器的反饋，而是基于從氧傳感器獲取持續(xù)的正確讀數(shù)的基礎上得到的修正。

燃油噴射量=基本燃油噴射量×噴射校正×(長期燃油修正系數(shù)+短期燃油修正系數(shù))+電壓校正。燃油噴射量計算方法如圖1所示，長期燃油修正系數(shù)如圖2所示。

圖1　燃油噴射量計算方法

圖2　長期燃油修正系數(shù)

一旦發(fā)動機達到了規(guī)定的溫度(通常是180℃)，ECM開始修正長期燃油修正。自適應的設置是以發(fā)動機轉速短期燃油修正為基礎的。如果短期燃油修正改變了3%并保持了一段時間，ECM就要調節(jié)長期燃油修正。長期燃油修正便成為一個新值，但基礎值不變。換句話說，長期燃油修正改變了正在被短期修正改變著的脈沖寬度的長度，長期燃油修正的工作將使短期燃油修正接近于0。

長期燃油修正系數(shù)的改變是在持續(xù)的ECU對短期燃油修正正確反饋結果的量變基礎上形成的質的改變。短期與長期燃油修正值轉換關系圖如圖3所示。

圖3　短期與長期燃油修正值轉換關系圖

圖4　噴油時間與燃油修正系數(shù)關系

通用汽車公司的長期燃油修正在診斷儀上的顯示與短期燃油修正一樣。長期燃油修正反映了PCM學習了駕駛員的習慣、發(fā)動機的變化和道路情況。如果診斷儀上顯示的數(shù)字大于128，表示電腦已經(jīng)學習并補償了混合汽過稀的情況；如果數(shù)字小于128，說明電腦已經(jīng)學習并補償了混合汽過濃的情況。

與短期燃油修正策略一樣，OBDⅡ的長期燃油修正策略在診斷儀上也以百分數(shù)的形式顯示。長期燃油修正策略是電腦學習的結果，沒有“-”號的數(shù)字表示電腦已經(jīng)補償了稀混合汽；有“-”號的數(shù)字表示電腦已經(jīng)補償了濃混合汽。當長期燃油修正策略學會補償濃或稀混合汽時，短期燃油修正的數(shù)值就回到0點附近；如果發(fā)動機的工況要求混合汽太過偏濃或偏稀，則長期燃油策略將不會補償，并會記錄一個故障碼。

如果真空泄漏或噴油器堵塞導致稀混合汽，在診斷儀上，長期燃油修正值將顯示為一個正數(shù)。如果噴油器泄漏或燃油壓力調節(jié)器有故障，則將會導致混合汽過濃，此時在診斷儀上顯示的長期燃油修正值為負數(shù)。因此，這種混合汽偏濃的狀況是很容易看出來的。如果混合汽過濃或過稀導致長期燃油修正值達到修正極限時，在采用OBDⅡ發(fā)動機控制系統(tǒng)中，會存儲混合汽過濃或過稀的故障代碼。

1.發(fā)　動機缺火對燃油修正系數(shù)的影響

當發(fā)動機出現(xiàn)缺火現(xiàn)象時，汽缸內混合汽出現(xiàn)不完全燃燒現(xiàn)象，排氣中含有大量的HC及O2，由于HC不容易參與催化反應，氧消耗量低，殘存氧數(shù)量較大，所以使得氧傳感器測得電壓值偏低，顯示為混合汽稀的狀態(tài)，ECU就會增加燃油噴射量，短期燃油噴射修正值為正數(shù)。電腦可能會記憶混合汽過稀的故障碼。

2.排　氣不暢對燃油修正系數(shù)的影響

排氣管堵塞時，會導致廢氣排出受阻，表現(xiàn)形式上是背壓過高，進入汽缸的新鮮空氣量減少。這導致混合汽燃燒不完全，氧傳感器電壓高于0.45V，燃油修正系數(shù)為負值。排氣不暢時的長期及短期修正值變化圖如圖5所示。當排氣管堵塞后，我們可以先將發(fā)動機高轉速運行(3 000r/min以上)，此時，從發(fā)動機數(shù)據(jù)流線形圖中可以看到，當發(fā)動機轉速高于2 000r/min時，空燃比傳感器電壓就已經(jīng)降低到3.25V以下，而當發(fā)動機轉速高于3 000r/min時，空燃比傳感器電壓降低到2.9V，而過量空氣系數(shù)為1時的空燃比傳感器電壓應為3.29V。當突然放松油門踏板時，我們看到在節(jié)氣門突然關閉時，由于新鮮空氣進入數(shù)量急劇降低，空燃比傳感器的電壓繼續(xù)降低到2.7V左右。因此，此時短期燃油修正系數(shù)會呈現(xiàn)較高的數(shù)值。一般高于-15%以上，表示此時混合汽過濃。

二、噴油時間與燃油修正系數(shù)的關系

當發(fā)動機轉速一定，進氣量一定時，噴油時間與燃油修正系數(shù)之間存在以下關系：實際噴油時間=每沖程噴油時間×(長期燃油修正系數(shù)+短期燃油修正系數(shù))。噴油時間與燃油修正系數(shù)關系圖如圖4所示。3.燃油泵壓力過低或噴油器堵塞對燃油修正系數(shù)的影響

圖5　排氣不暢時的長期及短期修正值變化圖

如豐田普瑞維亞(2AZ-FE發(fā)動機)噴油器堵塞時，出現(xiàn)發(fā)動機加速遲緩、高速無力故障現(xiàn)象，檢測其數(shù)據(jù)流如圖6所示。

圖6　豐田普瑞維亞(2AZ-FE發(fā)動機)噴油器堵塞時發(fā)動機的數(shù)據(jù)流

由圖6中數(shù)據(jù)得到，發(fā)動機始終處于混合汽偏稀的狀態(tài)。這從短期及長期燃油修正值長時間在正值范圍內可以得到這一結論，1缸側短期燃油修正值為10.90%，長期修正為13.24%，2缸側短期燃油修正值為13.24%，長期修正值為14.02%。而用戶已經(jīng)更換過燃油泵、濾清器、清洗過噴油器。檢測燃油泵壓力，壓力始終在3.5kg/cm2，油壓正常(該車采用無回油管的單管路系統(tǒng)，油壓恒定在3.5kg/cm2)，高速時，檢查油壓也沒有降低的情況出現(xiàn)。

用檢測儀記錄的車輛路試中的各項數(shù)據(jù)的曲線圖如圖7所示。圖中長期燃油修正值始終在10%以上。大部分工況下，為接近20%。這里將其中的部分數(shù)據(jù)摘錄下來，得到10個點的數(shù)據(jù)，路試實測數(shù)據(jù)列于表1。

從表1中的數(shù)據(jù)來看，大部分情況下，1缸與2缸側的長期燃油修正值均接近20%，這說明長期存在系統(tǒng)混合汽過稀的情況，而短期燃油修正系數(shù)的變化也是集中在正值范圍內，這說明目前確實存在混合汽過稀的狀況。

根據(jù)在電控汽油發(fā)動機數(shù)據(jù)流系列文章第一篇中的正確理解進氣量與噴油量之間的關系一文(本雜志2014年12期),我們可以運用前面的計算公式得到與當時的進氣量對應的噴油量數(shù)值，而這個數(shù)值與實際噴油時間之間有著較大的差異，我們以上述表1中第5欄的數(shù)據(jù)進行計算。按照上文，筆者為大家提供的噴油量計算公式來進行計算。

首先，我們計算出發(fā)動機每一進氣沖程的空氣量，為0.1412g。

發(fā)動機轉速710÷2=355個工作循環(huán)/min

355個工作循環(huán)/min÷60s=5.916個工作循環(huán)/s

5.916個工作循環(huán)/s×4汽缸=23.66個進氣沖程/s

4.03g/a的空氣÷23.66個進氣沖程/s=0.1703g/沖程的空氣

然后，按照空燃比為14.7進行燃油量計算，得到每沖程需要0.01158g的燃油量。

0.1703克/沖程的空氣÷14.7的空燃比=0.01158g/沖程的燃油

再將該發(fā)動機噴油器特性值代入，得到3.35ms的噴油時間。

圖7　車輛路試中各項數(shù)據(jù)的曲線圖

表1　路試實測數(shù)據(jù)

0.01158g/沖程的燃油÷0.00345g/ms噴油量=3.35ms噴油時間

即噴油器噴油時間=3.35ms

但是，我們大家從數(shù)據(jù)流中看到的實際噴油時間為4.2ms，這與根據(jù)當前進氣量計算出的噴油時間相距較大，這中間增大的噴油時間又是如何產(chǎn)生？其原因是什么？我們來看后續(xù)的計算。

由于噴油器堵塞導致：

13.24%(長期修正系數(shù))+4.65%(短期修正系數(shù))=17.89%燃油修正系數(shù)

3.35ms噴油時間×(1+17.89%燃油修正系數(shù))=3.949ms噴油時間

即噴油器噴油時間=3.949ms

如果再算上噴油器針閥開啟時間，我們計算得到的噴油時間與電腦控制的實際噴油時間已經(jīng)非常接近了。電腦按照進氣量計算控制的噴油時間來噴油時，由于噴油器堵塞，導致單位時間內的實際噴油量減少，混合汽偏稀，尾氣中的氧原子含量較高，因此，發(fā)動機電腦根據(jù)氧傳感器的信號，確定增加燃油修正量，這反應在短期燃油修正系數(shù)及長期燃油修正系數(shù)均呈現(xiàn)正值。而當我們將短期燃油修正與長期燃油修正系數(shù)考慮進去時，就可以看到電腦對噴油器堵塞造成的噴油量減少的補償結果了。

反之，如果燃油泵壓力過高或噴油器出現(xiàn)滴漏時，氧傳感器會檢測到混合汽偏濃，從長期及短期燃油修正系數(shù)的角度看，會出現(xiàn)負值，減少噴油量，同時，可能會記錄混合汽濃的故障碼。

4.活　性炭罐進氣口堵塞對燃油修正系數(shù)的影響

當活性炭罐進氣口濾網(wǎng)堵塞，導致外部新鮮空氣無法進入，在炭罐電磁閥開啟后，會導致進入進氣歧管的燃油蒸汽沒有及時得到適量的空氣補充，而電腦通過空氣流量傳感器檢測的進氣量確定基本噴油量時，并沒有考慮燃油蒸汽過濃的因素，所以就導致了進入汽缸的混合汽過濃，燃燒結束后進入排氣系統(tǒng)的氧含量較低，電腦根據(jù)氧傳感器或寬帶氧傳感器檢測到的信號為混合汽偏濃，這樣，從短期燃油修正值的角度看，其值會顯示負值，而當短期燃油修正的變化超過3%時，會導致長期燃油修正值變化為負值，所以從長期及短期燃油修正系數(shù)看，其值在炭罐電磁閥工作期間，會出現(xiàn)負值，電腦會記憶混合汽濃的故障碼。

5.活　性炭罐電磁閥卡滯在常開位置對燃油修正系數(shù)的影響

當活性炭罐電磁閥卡滯在常開狀態(tài)時，除了會導致發(fā)動機熱車停駛后一段時間內不易啟動外，還會導致發(fā)動機在正常工作中，出現(xiàn)混合汽過稀的故障現(xiàn)象。這是因為燃油箱中的燃油蒸發(fā)速度趕不上發(fā)動機炭罐進氣補償?shù)牧浚栽诎l(fā)動機剛開始工作時，混合汽呈現(xiàn)過濃的狀態(tài)，但隨著發(fā)動機工作時間的增加、速度的提高，此故障現(xiàn)象就會出現(xiàn)。從數(shù)據(jù)流中，顯示的是啟動一段時間后，混合汽由濃轉稀，燃油修正值，尤其是短期燃油修正值會呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，但長期燃油修值會呈現(xiàn)增加(正值)的狀況。電腦會同時記憶混合汽過濃與過稀的故障碼。

6.節(jié)　氣門臟污對燃油修正系數(shù)的影響

以豐田2700發(fā)動機來檢測節(jié)氣門臟污對燃油修正系數(shù)的影響情況，其清洗節(jié)氣門前后的數(shù)據(jù)列于表2。

從第一組的數(shù)據(jù)，我們大家可以看到，發(fā)動機轉速只有650r/min,偏低，而節(jié)氣門的開度卻達到了18°，燃油噴射量為3.1ms，此時的長期燃油噴射值達到了-24%。這說明系統(tǒng)長期處于偏濃的狀態(tài)，但究竟是什么原因導致混合汽偏濃呢？我們大家都知道，像空氣流量計信號偏大、水溫以及進氣傳感器偏離特性均可能造成發(fā)動機電控單元做出加大噴油量的決定。但在這里，造成噴油量大的原因，則是由節(jié)氣門體過臟導致的。在做出分析之前，我們先來看第二組數(shù)據(jù)，這組數(shù)據(jù)是清洗完節(jié)氣門，并拆下電瓶負極線后得到的。此時，我們看到發(fā)動機轉速是750r/min，節(jié)氣門的開度恢復到了14°，噴油量是2.4ms，長期燃油修正值為2.0，從數(shù)據(jù)上看，發(fā)動機轉速恢復到正常轉速，而且噴油量下降了。而在清洗完節(jié)氣門后，在沒有對電腦進行重新學習之前，節(jié)氣門開度仍舊是18°時，發(fā)動機轉速達到了1 800r/min。

這些數(shù)據(jù)說明，采用電子節(jié)氣門的發(fā)動機，當節(jié)氣門由于積炭導致發(fā)動機進氣量減少時，電腦會使節(jié)氣門閥打開較大的開度，以補償進氣量的不足，但這樣做的結果是，雖然使發(fā)動機勉強可以維持怠速轉速運轉，但是過大的節(jié)氣門開度信號，破壞了發(fā)動機控制單元的控制平衡，在進氣量沒有增加的前提下，電腦根據(jù)節(jié)氣門開度信號加大了燃油噴射量，這使得整個系統(tǒng)偏濃，因而發(fā)動機控制單元依據(jù)氧傳感器信號始終在減少噴油噴射量，以求達到反饋平衡，表現(xiàn)在長期燃油修正值時，就是始終為負值。由于電腦一直處于減少噴油的過程，隨之而來的另一問題是，當發(fā)動機加速時，加速加濃量不足，瞬間混合汽偏稀，使發(fā)動機出現(xiàn)加速遲緩的故障。

7.冷　卻液溫度傳感器對燃油修正系數(shù)的影響

冷卻液溫度傳感器發(fā)生偏離特性故障時，由于不能準確反映發(fā)動機的實際工作溫度，這將導致基于冷卻液溫度傳感器所進行的燃油修正出現(xiàn)過濃或過稀的故障。當冷卻液溫度傳感器顯示的溫度信號遠低于實際溫度時，導致噴油時間過長，混合汽出現(xiàn)過濃的故障，甚至會導致發(fā)動機熱短期燃油噴射修正值/%

節(jié)氣門清洗前 650 18 3.1 -24 -10～+10節(jié)氣門清洗后 750 14 2.4 2.0 -10～+10

發(fā)動機轉速/(r/min)

節(jié)氣門開度/%

噴油量/ms長期燃油噴射修正值/%車啟動困難，此時，長期燃油修正系數(shù)會出現(xiàn)負值，以減少實際噴油量。反之，當冷卻液溫度傳感器顯示的溫度信號遠高于實際溫度時，導致噴油時間過短，混合汽出現(xiàn)過稀的故障，甚至會導致發(fā)動機冷車啟動困難，此時，長期燃油修正系數(shù)會出現(xiàn)正值，以增加實際噴油量。

8.空　氣流量計偏離特性對燃油修正系數(shù)的影響

以上海大眾時代超人AJR發(fā)動機出現(xiàn)空氣流量傳感器偏離特性，檢測的進氣流量超過實際進氣量時相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計列于表3。

對照原廠的技術要求，空氣流量傳感器的值在2.0～4.0g/s之間變化(經(jīng)驗值在3g/s左右為最佳)，節(jié)氣門的開度在3～5°之間，噴油脈寬在1.65～2.1ms之間。氧傳感器在0.1～0.9V之間連續(xù)變化，混合比λ控制值(燃油修正值)在-10%～10%之間持續(xù)變化。如果我們觀察到數(shù)據(jù)流在上述范圍內變化時，基本可以認定系統(tǒng)工作正常。接下來，我們看實測值的數(shù)據(jù)顯示。其中，空氣流量傳感器的值為4.8g/s，已經(jīng)超出了正常的范圍(以前維修中，曾經(jīng)檢測到此數(shù)值為11g/s的數(shù)據(jù))，對于正常的發(fā)動機，實際的進氣量可能不超過3g/s，這樣多余的1.8g/s的進氣量，就會被發(fā)動機控制單元計入進氣量的計算。實際噴油量就會超出正常值，這里，我們觀測到噴油量在2.6ms，也是大于正常值。噴入氣缸的燃油多于進入的空氣量，這就導致發(fā)動機混合汽過濃，由于混合汽燃燒不完全，廢氣中氧原子含量減少，λ傳感器顯示的數(shù)值就較高。發(fā)動機控制單元根據(jù)λ傳感器的反饋信號，進行混合比λ(燃油修正)控制，也就是說發(fā)動機控制單元要逐步地減少噴油量，以達到使混合汽恢復正常范圍的目標。

表3　進氣流量超過實際進氣量時相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

反之，如空氣流量傳感器檢測的進氣量數(shù)據(jù)小于實際進氣量時，其顯示的進氣量就會過低，發(fā)動機控制單元根據(jù)此數(shù)據(jù)進行基本燃油噴射量計算時，就會出現(xiàn)實際噴油時間少于正常需要的噴油時間，導致混合汽偏稀，氧傳感器的電壓值始終小于0.45V，燃油修正值大于10%，甚至達到25%。