2008年廣汽豐田凱美瑞三元催化器堵塞

◆文/北京 林 深

故障現(xiàn)象

一輛2008年生產(chǎn)的第六代廣汽豐田凱美瑞，搭載2AZ型發(fā)動機(排量2.4L)，自動變速器型號為U250E，行駛里程超過200 000km，平時主要作為企業(yè)公務用車，因加速無力而送修。

故障診斷與排除

技師接車后試車，發(fā)現(xiàn)踩下加速踏板，發(fā)動機轉速與車速不能及時提升。調取發(fā)動機ECU數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)升擋時的“計算負荷”(CALC Load)達到56%，明顯表現(xiàn)出加速時發(fā)動機動力不足的癥狀。導致發(fā)動機加速動力不足的原因有很多，如：泵氣功能損失、燃油與空氣混合比不正確、點火正時錯誤、點火能量不足等，但根據(jù)電噴汽油發(fā)動機噴油控制和點火控制來看，最基本的要素是發(fā)動機轉速和進氣量MAF(或進氣絕對壓力MAP)。

第六代廣汽豐田凱美瑞采用的熱線式空氣流量計監(jiān)測進氣量的，進氣量的多少直接控制著基本噴油量，也決定了發(fā)動機輸出的扭矩和功率。

對于發(fā)動機加速無力的故障現(xiàn)象，采用測量大負荷時的進氣量來判斷是否因進氣量不足而造成發(fā)動機加速無力，是一種有效的診斷手段。具體的測試方法是：事先連接智能診斷儀IT-II，選擇菜單Powertrain/Engine/Data List，并將記錄時間設置為大于1min；啟動發(fā)動機，并預熱發(fā)動機到正常工作溫度(85℃)；選擇一段空曠的路面，變速器置于“L”擋，將車輛加速踏板猛踩到底，使節(jié)氣門處于接近全開狀態(tài)行駛，并保持一段時間。如此反復操作2～3次。

通過對故障車進行最大負荷進氣量測試發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機轉速表顯示的最高轉速大約只有5 000r/min，測試的數(shù)據(jù)流如圖1所示。

圖1 故障車的發(fā)動機進氣數(shù)據(jù)流

“發(fā)動機轉速最高4 807r/min，進氣量61.68g/s，計算負荷54.5%”。如果按節(jié)氣門全開，2.4L排量發(fā)動機在4 807r/min時，根據(jù)公式“最大進氣量=發(fā)動機轉速÷2÷60×發(fā)動機排量×空氣密度”，計算出該車理論最大進氣量應在115g/s左右，再乘以80%的充氣系數(shù)，進氣量應在92g/s左右。而借助IT-II診斷儀監(jiān)測到該車的實際進氣量只有61.68g/s，很顯然進氣量不足。

導致發(fā)動機進氣量不足的常見原因有：進氣受阻、排氣不暢、空氣流量計檢測錯誤。從發(fā)動機ECU數(shù)據(jù)流來看，該車的長期和短期燃油修正值均在正常范圍內(短效修正Short FT#1-0.04%；長效修正Long FT#1- 4.65%)，由此可以排除空氣流量計的檢測錯誤。

接著檢查進氣管道(包括空氣濾清器)，也未發(fā)現(xiàn)有堵塞現(xiàn)象，繼續(xù)檢查排氣是否暢通。拆下三元催化器上的A/F傳感器，在A/F傳感器安裝孔上連接排氣背壓表，然后將發(fā)動機轉速提高到2 000～2 500r/min，此時排氣背壓表顯示在0.02～0.025MPa范圍內抖動(圖2)。正常情況下排氣背壓應小于0.008MPa，說明排氣背壓過高，三元催化器及排氣管有堵塞。用內窺鏡通過A/F傳感器安裝孔檢查發(fā)現(xiàn)三元催化器已經(jīng)有大面積堵塞。由此，基本可以判定該故障車加速無力是由三元催化器堵塞所造成的。

圖2 三元催化器堵塞時的排氣背壓

更換三元催化器，并重新做發(fā)動機大負荷進氣量測試，發(fā)動機最高轉速能達到6 000r/min以上。測試的數(shù)據(jù)流顯示：發(fā)動機轉速5 006r/min時進氣量達到了86.34g/s，“計算負荷”也提高到71.76%(圖3)。排氣背壓測試，發(fā)動機轉速處于2 000～2 500r/min時，排氣背壓表指針基本保持在“0”位置。上路測試，該車發(fā)動機加速恢復正常。至此，故障被徹底排除。

圖3 更換三元催化器后的發(fā)動機進氣數(shù)據(jù)流

維修小結

本案例中，為了驗證發(fā)動機進氣量不足是否是由三元催化器堵塞造成的，維修技師通過公式計算出發(fā)動機5 000r/min時的理論進氣量，然后乘以進氣系數(shù)0.8，再與路試中監(jiān)測到的實際進氣量進行比對，這種驗證方法具有一定的代表性和實用性。進氣量不正確，可能的原因有：空氣吸入受到限制、正時皮帶跳齒，排氣受到限制或者空氣流量傳感器損壞。診斷中，如果燃油控制正常，空氣流量傳感器不能正確測量進氣量，那么燃油控制修正值將會超出正常范圍。如果燃油修正值在正常范圍內，而實際進氣量明顯偏低，就必須考慮進氣及排氣系統(tǒng)的泵氣問題。

專家點評

焦建剛

總觀本篇文章，表現(xiàn)出了作者對發(fā)動機管理系統(tǒng)的工作原理有比較深刻的研究。尤其是對于進氣量與發(fā)動機功率輸出、以及發(fā)動機負荷之間的關系有比較深入的了解。整個故障的診斷、檢測、分析過程非常全面、細致。

如果要說有哪些不足，我認為，最主要是沒有把節(jié)氣門開度、進氣量以及發(fā)動機負荷之間的關系解釋清楚。

先交流下負荷率的概念。負荷率其實是一個在某特定發(fā)動機轉速下，扭矩的百分比相對概念。它的定義是：在相同發(fā)動機轉速下，部分節(jié)氣門下輸出的扭矩與節(jié)氣門全開時輸出的最大扭矩之比。

對于汽油機來講，可通俗地表達為：在某個發(fā)動機轉速下，部分節(jié)氣門開度下的進氣量與節(jié)氣門全開時的進氣量也可以代表負荷率。原因在于汽油燃燒系統(tǒng)一般看作是空燃比為1的均質燃燒系統(tǒng)，其扭矩輸出模式為進氣量調節(jié)。豐田或本田等日系車企更傾向于使用進氣量來描述負荷率，而歐美車企則更多采用扭矩來描述負荷率。

在實際數(shù)據(jù)流分析中，我們發(fā)現(xiàn)，如果發(fā)動機工作正常，節(jié)氣門的開度與實際進氣量是成正比的。正常情況下，也可以用節(jié)氣門開度與負荷率的大小來表示發(fā)動機的工作狀態(tài)，尤其是對于作者所述的這個故障案例。我們明顯看到，故障時，發(fā)動機的節(jié)氣門開度達到了80%，發(fā)動機負荷為54．50%，而此時的進氣量61．68g/s，還是按照作者提供的公式進行計算，61．68÷115%=53．63%，我們計算出的發(fā)動機負荷與檢測儀上顯示的發(fā)動機計算負荷54．50%已經(jīng)非常接近了。這一方面說明了該車是使用了進氣量作為負荷率的計算方法。另外，根據(jù)此時的負荷率與節(jié)氣門開度的關系，可以看出發(fā)動機的實際進氣量小于當時節(jié)氣門開度的要求，出現(xiàn)了不匹配的情況。

當解決了排氣管堵塞情況后，我們再根據(jù)正常的數(shù)據(jù)來分析，可以發(fā)現(xiàn)，節(jié)氣門開度78%，計算的負荷71．76%，此時的進氣量86．34g/s。根據(jù)公式可以算出符合86．34÷115%=75．07%，與檢測儀顯示的發(fā)動機計算負荷71．76%比較接近，與實際的節(jié)氣門開度75%也基本接近。

以上分析是基于汽缸內混合汽正常燃燒進行的分析，這只是發(fā)動機故障中的一小部分。實際工作中，我們還會遇到類似汽缸內混合汽燃燒不完全導致的發(fā)動機功率、扭矩下降問題所導致的發(fā)動機負荷過高的問題。由于篇幅所限，這里不再贅述。