2016款豐田皇冠多個報警燈常亮

◆文/江蘇 田銳

故障現象

一輛2016款豐田皇冠，搭載5GRFE型2.5L發動機及A760E型6AT變速器，行駛里程了350 000km。據車主反映，該車平日行駛于南京與上海的高速，近期發現該車尾氣味較之前重，且行駛中感到加速發悶并時有排氣管放炮的現象發生，直至最近一次在上海開往南京的高速途中，組合儀表內的多個故障燈一并點亮，遂開至我店進行檢查。

故障診斷與排除

接車后，首先驗證故障現象。經檢查發現，該車儀表臺上的發動機故障燈、主警告燈、VSC側滑燈均點亮(圖1)，嘗試在P擋發動機空載的工況下瞬時急加油，發現發動機加速響應性差，并伴有喘振、排氣管間歇性放炮、尾氣味道明顯過濃等異常情況。

圖1 故障車儀表臺上多個報警燈常亮

連接豐田專用診斷儀GTS進行全車健康檢查，發現發動機控制單元中存有故障碼(圖2)P0174-系統太稀(組2)。其具體含義是：當發動機暖機且空燃比反饋穩定時，2列(2、4、6缸)的空燃比燃油修正出現誤差，嚴重偏稀。圖3為故障碼P0174被ECM存儲時第一時間記錄的定格數據。另外，在車輛穩定性控制單元存有故障碼C1201-發動機控制系統故障(圖4)。其具體含義是：當防滑控制系統通過CAN多路通訊檢測到發動機控制系統故障時，失效保護功能將禁止VSC(車輛穩定控制系統)和TRC(牽引力控制系統)的運行。由此可以判斷該車防滑控制系統并沒有故障，故障碼C1201是由發動機控制系統故障觸發的。

圖2 故障車發動機控制單元中的故障信息

圖3 故障碼P0174生成時的定格數據

圖4 故障車防滑控制單元中的故障信息

故障碼P0174與燃油修正值和反饋補償值有關，但與基本噴油時間無關。燃油修正包括短期燃油修正(Short FT)和長期燃油修正(Long FT)。

短期燃油修正是指用于將空燃比持續保持在理論值(14.7∶1)的燃油補償，在空燃比偏濃時減少噴油量，在空燃比偏稀時增加噴油量。短期燃油修正值并不存儲在ECM的存儲器中，因為這種修改是暫時的。開環控制時，ECM控制噴油器脈沖寬度的變化而并不需要以空燃比傳感器的信號作為反饋，并且短期自適應內存值是“1”，“1”代表無變化。暖機后直到發動機熄火前，ECM持續保持閉環控制，并開始接受空燃比傳感器的信號。當然，也有例外，當節氣門全開或發動機冷卻液溫度降低到規定值時，系統會重新進入開環控制，ECM根據排氣中氧含量的變化來控制噴油器的噴油脈寬。開環控制時，噴油器有固定的基本噴油脈寬，同時根據進氣量或歧管真空度對脈寬進行微調，但閉環控制時，沒有固定的脈沖寬度，主要通過正、負調整以確保在各工況下都有合適的混合汽濃度。混合汽濃時，空燃比傳感器的輸出電壓下降，短期燃油修正減少，噴油脈寬降低，反之亦然。短期燃油修正的減少意味著在診斷儀上讀出的數值要小于1。例如，短期自適應值為0.75表示脈沖寬度減少了25%，在診斷儀上顯示為-25%；短期自適應值為1.25則表示脈寬增加了25%，在診斷儀上顯示為+25%。各發動機間的差別、隨時間造成的磨損和工作環境的改變都會使短期燃油修正值偏離理論值。

長期燃油修正是對燃油修正值與理論值間的長期偏差進行補償，長期偏差是由短期燃油修正引起的。長期燃油修正值被存儲在存儲器中，并供發動機再次在類似的環境和工況下工作時使用。觸發長期修正是為了將所有的短期修正的數值都維持在特定的參數范圍內。這些參數并不是基于空燃比傳感器的反饋，而是在空燃比傳感器獲取持續正確讀數的基礎上得到的修正。一旦發動機達到了規定的溫度(通常約為85℃)，ECM開始修正長期燃油修正。自適應的設置是以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就會調節長期燃油修正。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燃油修正改變著的噴油器脈沖寬度的長度。長期燃油修正努力使短期燃油修正接近于0。

在閉環控制中，實際噴射量與ECM估算的噴射量之間的偏差也會影響燃油修正平均學習值，該學習值是短期燃油修正平均值(燃油反饋補償值)和長期燃油修正平均值(空燃比學習值)的綜合值。如果短期燃油修正值和長期燃油修正值都比預定值偏稀或偏濃，且燃油修正平均學習值超出故障閾值，ECM認為燃油系統存在故障，將點亮故障燈并設置故障碼(圖5)。

圖5 與燃油修正相關的故障碼生成條件

充分了解故障碼P0174的生成基理，并結合故障碼生成時的定格數據進行分析發現，故障車在當時工況下行駛，2列1號空燃比傳感器的電壓值較1列1號空燃比傳感器的電壓值大，混合汽呈現過稀狀態；2列2號氧傳感器的電壓值較1列2號的電壓值大，混合汽呈現過濃狀態。另外，2列總修正值(11.718%+35.937%=47.655%)遠遠高于1列總修正值(0.781%+7.812%=8.593%)。由此可以看出，經2列1號空燃比傳感器探測發現，2列混合汽長期處于過稀狀態，為了保證發動機的正常運轉，ECM通過2列總修正(SFT+ LFT)使2、4、6缸的噴油脈寬在原有的基礎上又增加了47.655%，以此作為對2列混合汽過稀的反饋補償。2列總修正值超過了+35%，從而生成故障碼P0174。

按照維修手冊上要求的標準作業流程，進行以下檢測與診斷：

1.檢查曲軸箱強制通風PCV軟管連接情況，確認無異常；

2.檢查位于空氣流量計后部的相關進氣系統，未發現有真空泄露的情況；

3.使用GTS診斷儀讀取冷機和暖機狀態時的冷卻液溫度，冷機時，冷卻液溫度與環境溫度相同，暖機時，冷卻液溫度在75～95℃之間，屬于正常；

4.將換擋桿置于N擋、關閉空調、充分暖機后，分別讀取怠速和2500r/min時的空氣流量數據，怠速時在2.5～2.8g/s之間，轉速2500r/min時在8.0～13g/s之間，正常，排除空氣流量計因傳感器特性向比實際值偏小的方向偏移所導致混合汽過稀的可能；

5.分別測量怠速和停機5min后的燃油壓力，怠速時320kPa，停機5min后160kPa，均在正常范圍內，由此排除燃油泵壓力不足或燃油管路泄漏導致混合汽過稀的可能；

6.檢查排氣歧管與缸蓋排氣道的接口處及排氣歧管后段與中段排氣管的接口處，密封良好，未見異常；

7.通過GTS診斷儀，讀取發動機暖機、怠速空燃比反饋工況下的1列、2列前后氧傳感器數據流及長、短期修正數據流(圖6)；

圖6 故障車數據流

2列1號空燃比傳感器較1列1號空燃比傳感器的信號電壓偏大(混合汽過稀)，2列2號氧傳感器較1列2號氧傳感器的信號電壓過大(混合汽過濃)，且2列燃油修正、反饋補償綜合值高達46.093%，遠超正常范圍。此時過高的2列燃油修正、反饋補償綜合值是導致發動機控制系統報故障碼P0174的直接原因。

究竟是何原因導致2列混合汽一直處于過稀的狀態？通過之前的排查，排除了相應傳感器及外部因素觸發2列混合汽變稀的可能。前面提到過，因燃油修正、反饋補償是ECM根據空燃比傳感器信號控制噴油脈寬，因此，錯誤的空燃比信號也會導致ECM下達錯誤的燃油修正、反饋補償指令。帶著這個疑問，借助GTS診斷儀主動測試噴油脈寬的功能讀取1列、2列空燃比傳感器及氧傳感器的信號電壓。使用GTS診斷儀，對1列、2列的前后氧傳感器進行加濃和減稀作動測試，結果如圖7、圖8所示。當增加+12.5%的噴油脈寬時，2列1號空燃比傳感器的信號電壓顯示過高(3.566V，過稀狀態)；當減少-12.5%的噴油脈寬時，2列2號氧傳感器信號電壓顯示過高(0.895V，過濃狀態)。由此說明，該2列前后氧傳感器數據流存在問題。針對該問題，究竟是傳感器本身的故障，還是發動機ECM的故障呢？首先應排除傳感器至ECM之間線束及端子接觸存在問題的可能性。

圖7 加濃測試時的數據流

圖8 減稀測試時的數據流

根據電路圖(圖9)，使用萬用表對2列1號及2號空燃比傳感器至發動機ECM的線束及其內部加熱電阻進行測量，未見任何異常；再次使用萬用表對2列前后氧傳感器的電源進行測量，鑰匙處于IG-ON狀態時，電壓為12.6V，正常。

圖9 故障車型發動機控制單元電路圖

重新連接發動機ECM側的E6和A6插頭，在斷開2列1號空燃比傳感器E38插頭和2列2號氧傳感器J40插頭的前提下，將點火鑰匙置于IG-ON位，通過GTS診斷儀讀取ECM中2列前后氧傳感器的數據流，AFS電壓為3.29V，O2S電壓為0,均正常。將1.5V干電池的正、負極分別接入2列2號氧傳感器的J40-3(OX2B)端子和J40-4(E2)端子，此時的數據流顯示為1.5V，也正常。

通過上述模擬操作，可以判定發動機ECM模塊能夠正常接收2列前后氧傳感器的信號電壓，可排除ECM模塊自身故障。

至此，初步將故障點鎖定在2列1號空燃比傳感器和2列2號氧傳感器上。由于2列1號空燃比傳感器的信號電壓長時間處于過高狀態，發動機ECM誤認為2列混合汽始終過稀，甚至當2列燃油修正、反饋補償綜合值高達+45%時，其2列1號空燃比傳感器所認知的2列混合汽仍處于過稀狀態，這是導致發動機控制單元生成P0174的根本原因。實際上，2列混合汽在經過ECM的燃油修正、反饋補償后，反而變得更濃。正是這種長期過濃的混合汽，是導致2列2號氧傳感器表面的氧化鋯中毒且一直顯示混合汽過濃的罪魁禍首，也是導致發動機排氣管“放炮”的真正元兇。

更換2列1號空燃比傳感器和2列2號氧傳感器后，連接GTS診斷儀，在空燃比反饋工況下，檢查前后氧傳感器信號電壓數據及2列燃油修正、反饋補償綜合值(±10%以內)，均處于正常范圍(圖10)。試車20km左右，發動機加速有力、運轉良好，行駛中未發現其他異常，至此該車故障被徹底排除。

圖10 故障排除后的發動機數據流

維修小結

通過本案例可以看出，在診斷此類故障時，切勿著急刪除故障碼。因為這類故障碼中有的含有相應的定格數據，這對后期故障診斷具有很大的參考價值。另外，在診斷前一定要理解該故障碼的深刻含義、故障碼生成機理及相關系統的控制原理，這樣才能在面對不同故障時做到成竹于胸，并舉一反三。

專家點評

高惠民

本文作者就故障碼P0174產生的條件，對發動機空燃比負反饋的控制機理作了較詳細論述，為本案例故障診斷有了理論依據，從而保證了診斷過程和結果規范和準確。借此點評之機，針對本案例筆者再作以下幾點補充：

1.豐田A/F傳感器為極限電流型氧傳感器，它安裝在三元催化轉換器前排氣管上，能對較寬范圍內的A/F進行檢測，主要用于稀混合汽A/F燃燒的控制，所以也被稱為寬域式空燃比傳感器或稱前氧傳感器。而位于三元催化轉換器后的排氣管上的濃差電池型氧傳感器，與傳統氧傳感器結構一樣，也稱為后氧傳感器。豐田A/F傳感器和氧傳感器的特性比較如圖11所示，圖中顯示在理論空燃比時A/FS標準數值為3.3V，O2S數值為0.45V。

圖11 豐田A/F傳感器和氧傳感器的特性比較

2.為了能夠使發動機廢氣中的有害成分排放最小化，混合汽的空燃比必須控制在14.7附近，這樣才能保證三元催化轉換器的轉換效率。圖12是A/F與發動機廢氣排放的關系圖。

圖12 A/F與發動機廢氣排放的關系

3.關于后氧傳感器的作用，一是檢測三元催化轉換器的轉換效果，能使發動機ECU對轉換器是否失效有正確的評估。二是對寬域式空燃比傳感器(前氧傳感器)檢測的混合汽氧濃度進行補充檢測，并將檢測結果反饋給發動機ECU，對混合汽的A/F進行修正。后氧傳感器的A/F修正原理如圖13所示。

圖13 后氧傳感器的A/F修正原理

在本案例中，故障現象是混合汽過濃，為什么故障碼卻顯示混合汽過稀？其中的邏輯關系是：因為故障真因是A/F傳感器失效，檢測數據停留在混合汽稀的反饋狀態，發動機ECU一直進行加濃混合汽正的長短效修正，結果沒有被完全燃燒的HC和CO這些能與O2反應的化學物質在后氧傳感器的檢測介質(ZrO2)表面進行離子的氧化反應，消耗了大量氧原子，所以導致后氧傳感器呈現高電壓的混合汽過濃(貧氧)的狀態。這也與文章開始所描述的“該車尾氣味較之前重，且行駛中感到加速發悶并時有排氣管放炮的現象發生”相吻合。而后氧傳感器檢測的氧濃度反饋，已經超過了發動機ECU混合汽A/F比的修正閾值，因此儲存P0174-系統太稀(組2)的故障碼。可見A/F傳感器的失效是本案例故障的罪魁禍首。希望讀者通過本案例，能對A/F的負反饋控制有進一步的認識。