一波三折的發動機故障

一輛1992年產豐田凌志(現稱雷克薩斯)ES300轎車，行駛里程25萬 km，搭載了3VZ-FE發動機和A540E自動變速器。據用戶反映，近段時間該車發動機油耗增加，行駛中急加速不良且排氣管有大量黑煙冒出。
    首先，維修人員在發動機艙內找到診斷座，跨接診斷座中的TE1和E1端子。打開點火開關，通過觀察儀表板上的故障指示燈來讀取發動機電控系統故障碼，故障燈以2次/s的頻率持續閃爍，這說明發動機電控系統正常。
    根據維修經驗，導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部件工作不良、節氣門體和怠速控制閥臟污以及燃油系統工作不良等，因為此車的故障原因可能涉及到多個系統，于是維修人員決定先進行發動機的常規檢查。對節氣門體和怠速控制閥進行了清洗，更換了火花塞、燃油濾清器以及點火器，測量燃油壓力正常，結果裝復后故障依舊。維修人員又對點火系統線路進行了檢查，檢查完成后，再起動時居然無法著車了，于是該車轉到了筆者手中。
    為什么對點火系統進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時都做了些什么。據維修人員講，為了觀察點火能量是否足夠，他進行了高壓線跳火試驗，開始時能看見很強的高壓電，后來就觀察不到跳火了。筆者仔細觀察了點火器上連接的線路，發現點火器上的5條線路的外皮都因為老化的原因而破損了，于是筆者懷疑進行高壓線跳火試驗時的操作不當，導致高壓電打到點火器上的破損線路上，從而導致了發動機控制單元的損壞。
    因為已經沒有高壓電，于是筆者決定先對點火系統進行檢查。從點火系統電路圖(圖1)中可以看出，發動機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，當需要點火時，發動機控制單元斷開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生高壓電。與此同時，點火器向發動機控制單元發送約5 V的脈沖電壓(IGF)作為點火確認信號。根據上面的分析，將點火開關擰到起動擋，用萬用表測量點火器2號腳，結果無點火電壓輸出，看來發動機控制單元沒有將點火信號輸送到點火器。測量點火器2號腳到發動機控制單元24Pin線束插頭A(圖2)中的18號腳之間的線路，沒有斷路現象。

    根據上面的檢查結果，并結合維修人員進行跳火試驗后就沒有高壓電的情況，筆者決定解體發動機控制單元。打開發動機控制單元外殼后，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，將發動機控制單元裝復后裝車，將點火開關擰到起動擋時，發動機控制單元仍然沒有點火信號輸出。于是，筆者再次將發動機控制單元拆下，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，發現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，當點火開關打到起動擋時，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)。再次起動發動機，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)，但發動機仍然不能著車，更換了點火器后，發動機能夠順利起動。進行路試，觀察發動機的工作狀況，故障現象與剛進廠時一樣，仍然急加速不良和冒黑煙，這說明筆者已經將之前維修人員造成的損壞修復了。

    接下來該查找故障的真正原因了。筆者再次讀取發動機故障碼，故障指示燈仍然顯示沒有故障碼。筆者認為，因為該車急加速不良且冒黑煙，那么就應該由混合氣的空燃比入手檢修，只要發動機不再冒黑煙，油耗高的問題也就解決了。首先，使發動機怠速工作，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，測量結果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行檢查。
    3VZ-FE發動機采用的是L型燃油噴射系統，首先對空氣流量計和節氣門位置傳感器進行檢查。
    (1)該車采用的是6線(7Pin)翼板式空氣流量計，打開點火開關，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電壓應為3.7 V。使發動機怠速工作，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，發動機轉速為3 000 r/min時電壓幾乎沒有變化，而維修手冊給出的發動機轉速為3 000 r/min時的VS電壓應為0.3～1.0 V，由此可以斷定空氣流量計已經損壞。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荷狀態下的信號，發動機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據。
                                              

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