一波三折的发动机故障

一辆1992年产丰田凌志(现称雷克萨斯)ES300轿车，行驶里程25万 km，搭载了3VZ-FE发动机和A540E自动变速器。据用户反映，近段时间该车发动机油耗增加，行驶中急加速不良且排气管有大量黑烟冒出。
    首先，维修人员在发动机舱内找到诊断座，跨接诊断座中的TE1和E1端子。打开点火开关，通过观察仪表板上的故障指示灯来读取发动机电控系统故障码，故障灯以2次/s的频率持续闪烁，这说明发动机电控系统正常。
    根据维修经验，导致油耗增加和加速不良等故障的常见原因有火花塞和点火线圈等点火系统部件工作不良、节气门体和怠速控制阀脏污以及燃油系统工作不良等，因为此车的故障原因可能涉及到多个系统，于是维修人员决定先进行发动机的常规检查。对节气门体和怠速控制阀进行了清洗，更换了火花塞、燃油滤清器以及点火器，测量燃油压力正常，结果装复后故障依旧。维修人员又对点火系统线路进行了检查，检查完成后，再起动时居然无法着车了，于是该车转到了笔者手中。
    为什么对点火系统进行检查后就无法着车了呢?带着这个疑问，笔者询问了维修人员在检查点火系统时都做了些什么。据维修人员讲，为了观察点火能量是否足够，他进行了高压线跳火试验，开始时能看见很强的高压电，后来就观察不到跳火了。笔者仔细观察了点火器上连接的线路，发现点火器上的5条线路的外皮都因为老化的原因而破损了，于是笔者怀疑进行高压线跳火试验时的操作不当，导致高压电打到点火器上的破损线路上，从而导致了发动机控制单元的损坏。
    因为已经没有高压电，于是笔者决定先对点火系统进行检查。从点火系统电路图(图1)中可以看出，发动机控制单元向点火器输出电压信号(IGT信号)，点火器控制点火线圈初级绕组接地，当需要点火时，发动机控制单元断开IGT信号，点火器就断开点火线圈初级绕组接地，从而使点火线圈次级绕组产生高压电。与此同时，点火器向发动机控制单元发送约5 V的脉冲电压(IGF)作为点火确认信号。根据上面的分析，将点火开关拧到起动挡，用万用表测量点火器2号脚，结果无点火电压输出，看来发动机控制单元没有将点火信号输送到点火器。测量点火器2号脚到发动机控制单元24Pin线束插头A(图2)中的18号脚之间的线路，没有断路现象。

    根据上面的检查结果，并结合维修人员进行跳火试验后就没有高压电的情况，笔者决定解体发动机控制单元。打开发动机控制单元外壳后，从电路板的外观可以看到有3个电容击穿，还有1个电阻损坏(图3)。更换了相同型号的电容和电阻后，将发动机控制单元装复后装车，将点火开关拧到起动挡时，发动机控制单元仍然没有点火信号输出。于是，笔者再次将发动机控制单元拆下，通过控制单元上的线束插头A和印刷电路板追查点火信号，检查到电路板上的点火功率三极管时，发现与其相连的印刷电路被高压电击穿，测量断点之前的印刷电路，当点火开关打到起动挡时，印刷电路中有信号输出。测量点火功率三极管没有损坏，于是将电路板上被高压电击穿的印刷电路接驳好(图4)。再次起动发动机，测量点火器的2号插脚中有点火电压信号输出(0.8～1.5 V)，但发动机仍然不能着车，更换了点火器后，发动机能够顺利起动。进行路试，观察发动机的工作状况，故障现象与刚进厂时一样，仍然急加速不良和冒黑烟，这说明笔者已经将之前维修人员造成的损坏修复了。

    接下来该查找故障的真正原因了。笔者再次读取发动机故障码，故障指示灯仍然显示没有故障码。笔者认为，因为该车急加速不良且冒黑烟，那么就应该由混合气的空燃比入手检修，只要发动机不再冒黑烟，油耗高的问题也就解决了。首先，使发动机怠速工作，用万用表测量诊断座中的OX1端子和OX2端子分别与E1端子之间的电压，以此来判断空燃比的状态，测量结果OX1和OX2的电压值都在0.8～0.9之间变化，这说明可燃混合气过浓，于是笔者决定对影响空燃比的传感器进行检查。
    3VZ-FE发动机采用的是L型燃油喷射系统，首先对空气流量计和节气门位置传感器进行检查。
    (1)该车采用的是6线(7Pin)翼板式空气流量计，打开点火开关，测量空气流量计4号脚(VC)电压为5.0 V，5号脚(E2)接地良好，6号脚(VS)的电压为1.5 V，而维修手册给出的VS电压应为3.7 V。使发动机怠速工作，测量空气流量计6号脚(VS)的输出电压在1.0～2.0 V之间变化，发动机转速为3 000 r/min时电压几乎没有变化，而维修手册给出的发动机转速为3 000 r/min时的VS电压应为0.3～1.0 V，由此可以断定空气流量计已经损坏。折开空气流量计的上盖，可以看到空气流量计电位传感器的触点(图5)被人为调整过，而且不能回到初始位置，所以空气流量计输出的信号始终是负荷状态下的信号，发动机控制单元不能收到正确的信号来控制喷油。更换了空气流量计，测量各脚电压完全符合维修手册的数据。
                                              

    (2)接下来检查节气门位置传感器。打开点火开关，测量节气门位置传感器的3号脚(VTA)的电压在0.8～3.8 V之间变化，且电压随节气门开度的增大而增大。测量节气门位置传感器的2号脚(IDL)，节气门关闭时的电压为12.0 V，节气门打开时的电压值仍然是12.0 V，这是不正常的。测量节气门各端子之间的阻值，4号脚(VC)与1号脚(E2)之间阻值为4.5 kΩ，3号脚与1号脚之间的阻值随节气门开度的增大而增大，当节气门关闭时2号与1号脚之间导通，这些数据都在正常范围内。既然各脚的阻值正常，这就说明节气门位置传感器正常，问题应该在调整方面。根据维修手册讲解的方法调整好节气门位置传感器，再次测量2号脚的电压，当节气门关闭时电压为0 V，当节气门打开时电压为11.5 V，这完全符合维修手册提供的数据。调整节气门位置传感器的方法如下：①松开节气门位置传感器的固定螺钉，注意不要拆下。②在节气门位置传感器的IDL和E2端子之间连接欧姆表，将节气门位置传感器逆时针或顺时针转动，直到欧姆表恰好显示电阻无穷大。③拧紧节气门位置传感器的固定螺钉。
    进行完上面的这些检修工作后，使发动机怠速工作几分钟，排气管再没有黑烟冒出。进行路试，急加速时发动机响应迅速，至此故障彻底排除。
    回顾故障检修的过程，为什么自诊断系统没有存储故障码呢?笔者认为，该车的发动机控制单元内并不是预置了传感器在各个工况下的数据范围，而只是预置了整体的数据范围，如果传感器在某个工况下的数据不正常但是却没有超出预置的数据范围，自诊断系统就无法检测出来。