发动机燃油消耗偏高故障诊断与排除

【学习目标】

1.能描述汽油机电控系统燃油喷射控制过程

2.能描述发动机燃油消耗偏高的故障原因与重点检查部位

3.能描述发动机燃油消耗偏高故障诊断的基本步骤

4.能诊断与排除燃油调整过浓故障

【工作任务】

一辆雪佛兰科鲁兹汽车因发动机燃油消耗偏高故障进厂维修，使用故障诊断仪初步检测后显示故障代码“DTC P0172 燃油调整系统过浓”。维修人员需要在充分分析雪佛兰科鲁兹汽车发动机控制电路的基础上，合理使用工具、仪器、设备，借助汽车维修手册等资料，诊断与排除该故障。本任务具体要求如下：

（1）了解电控汽油发动机燃油喷射控制过程；

（2）厘清发动机燃油消耗偏高故障原因与重点检查部位；

（3）熟悉燃油消耗偏高故障诊断基本步骤；

（4）了解雪佛兰科鲁兹汽车发动机燃油计量工作模式；

（5）诊断与排除雪佛兰科鲁兹汽车燃油调整系统过浓故障。

【相关理论】

一、电控汽油发动机燃油喷射控制过程

燃油喷射是发动机ECU的主要控制功能之一，包括喷油正时控制和喷油量控制两个方面。

1.喷油正时控制

对于电控汽油喷射发动机而言，汽油喷射是间歇性的，但按照喷射时刻和次数的不同可分为同步喷射和异步喷射两类。同步喷射是指在预定的曲轴转角完成规定时间和次数的喷射；异步喷射是一种为满足特殊工况要求而在两个同步喷射脉冲之间增加一次或几次脉冲宽度相同的短脉冲的喷射方式。通常急加速时的临时性喷射采用的就是异步喷射。按喷射时序可将燃油喷射分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种基本类型。它们对喷油正时的要求各不相同。

（1）同时喷射。

早期生产的电控汽油喷射发动机大多采用同时喷射方式。所有的喷油器并联在一起，ECU根据曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器送入的基准信号即可适时控制大功率晶体管的导通和截止，从而控制各喷油器电磁线圈同时通电和断电，实现各缸喷油器同时喷油和停止喷油。喷油器的每次喷射只提供每个工作循环喷油量的1/2，即所谓半油量喷射。这样，在发动机的一个工作循环内，各缸喷油器均喷射两次。除基准缸的第一次喷射为正时喷射外，其他缸的各次喷射均为储存式喷射。

（2）分组喷射。

多个喷油器分成两组或多组，ECU按组分别控制喷油器，每组喷油器同时喷射，而不同组别的喷油器交替喷射。在发动机的每个工作循环内，每个喷油器只喷油一次。

（3）顺序喷射。

在发动机的每个工作循环内，各缸喷油器都轮流喷射一次，并且每缸的喷油器均在各缸进气行程终了前的一定角度开始喷射。就像火花塞点火一样，是按照特定的顺序依次进行的。

2.喷油器的控制

对于有回油燃油喷射系统，由于喷油器两端的汽油压力差保持恒定，因此，发动机ECU对喷油量的控制就表现为对喷油器喷射时间的控制，目的是使发动机燃烧时的空燃比符合要求。

在没有装配氧传感器的电控汽油喷射系统中，发动机ECU只能按预先设定的程序计算并控制喷油量，而不考虑其控制结果。这种控制方式称为开环控制。

在装有氧传感器的电控汽油喷射系统中，在发动机启动后经过一定的时间，氧传感器达到正常工作温度，发动机ECU即可根据氧传感器的反馈电压自动修正燃油喷射量，使混合气的空燃比始终保持在理想范围内。这种控制方式称为闭环控制。

为了满足发动机各种工况的要求，发动机ECU采用闭环控制和开环控制相结合的方式对燃油喷射量进行控制。发动机ECU对燃油喷射量的控制可分为两大类：一是发动机启动喷油控制；二是发动机启动后的运转喷油控制。

（1）启动喷油控制。

通常，当启动发动机且发动机转速低于400r/min时，发动机ECU判定为启动状态并按启动程序控制喷油。此时，发动机ECU根据发动机冷却液温度、进气温度、转速计算出一个固定的燃油喷射量而不参考空气流量计信号，以使发动机能顺利启动。启动时的燃油喷射量通常是由发动机ECU通过延长喷油器的喷油时间或增加异步喷射次数来实现的。

当采用速度密度空气计量方式的电喷发动机启动时，发动机ECU仅根据发动机转速、节气门开度、冷却液温度、进气温度传感器计算喷油脉冲宽度，而不参考进气压力传感器信号。

（2）运转喷油控制。

在发动机运转过程中，发动机ECU主要根据进气量和发动机转速来计算喷油量。此外，发动机ECU还要参考节气门开度、发动机冷却液温度、进气温度等运转参数来修正喷油量，以提高控制精度。由于发动机ECU要考虑的运转参数很多，为了简化发动机ECU的计算程序，通常将喷油量分成基本喷油量、修正喷油量和增量三个部分，并分别计算，然后将三个部分叠加在一起，作为总喷油量来控制喷油器喷油。

1）基本喷油量。基本喷油量是发动机ECU以标准大气压力（101kPa）和20℃时的空气温度为基准，根据发动机每个工作循环的进气量，按照理论空燃比计算出来的。其计算公式为

基本喷油量＝（进气量/发动机转速）×比例常数

从公式中可以看出，当发动机转速一定时，基本喷油量与发动机的进气量成正比；当进气量一定时，基本喷油量与发动机转速成反比。所以说空气流量计和发动机转速传感器是电控燃油喷射系统中最重要的两个传感器。在速度密度系统中，发动机ECU是根据进气压力、进气温度和发动机转速来计算基本喷油量的。空气流量计、曲轴位置传感器和节气门位置传感器是电控燃油喷射系统的三个主传感器，任何一个出现问题，发动机马上就会有反应。

2）修正喷油量。修正喷油量是发动机ECU根据进气温度、大气压力、蓄电池电压等实际运行条件，对基本喷油量进行的适当修正，以使发动机在各种不同的运转条件下都能获得最佳浓度的可燃混合气。

3）喷油增量。喷油增量是在一些特殊工况下（如暖机、大负荷、急加速等）为加浓混合气而增加的喷油量。加浓的目的是使发动机获得良好的使用性能，如启动性、加速性、平顺性等。

（3）断油控制。

断油控制是发动机ECU为满足发动机运转中的一些特殊要求而暂时中断燃油喷射的一种控制方式，可分为减扭断油控制、超速断油控制和急减速断油控制。

1）减扭断油控制。在装自动变速器的车辆上，变速器自动升挡前会首先向发动机ECU发送一个降低转矩的请求信号。发动机ECU接收到这一信号会暂时中断个别气缸的喷油，以降低发动机的输出转矩，从而减轻换挡时的冲击，此即为减扭断油控制。

2）超速断油控制。超速断油控制是指发动机转速超过允许的最高转速时，为防止机件损坏，减少燃油消耗量和排气污染，由发动机ECU自动中断燃油喷射的一种保护措施。

有些车辆还具有超速行驶断油功能，其目的是限制车辆最高行驶速度，以确保安全。其工作原理与发动机超速断油控制基本相同。

3）急减速断油控制。在汽车高速行驶过程中突然松开加速踏板，发动机转速不会很快下降，而是在汽车惯性的带动下高速旋转。由于此时节气门已关闭，进入气缸的空气很少，负压突然增大，会使汽油蒸发速度加快，从而造成混合气瞬时变浓。为减少排气污染和降低燃油消耗量，并尽快减速，发动机ECU会在此时自动中断燃油喷射，直至发动机转速下降到发动机ECU程序中设定的一个较低转速时（通常为1200r/min）再恢复燃油喷射。

3.反馈控制

反馈控制又称为闭环控制，是发动机ECU利用氧传感器信号对燃油喷射量进行智能修正的控制方式。氧传感器可对发动机每一瞬间的排气中的氧含量进行检测，发动机ECU可以判断出上一工作循环的喷射量是否为理想值。如果不是理想值，发动机ECU会在下一工作循环对喷油量进行修正，以使混合气浓度始终保持在正常范围内。这种控制方式可以进一步提高喷油量的控制精度，并可消除由于制造加工误差和使用老化带来的影响。

在发动机运行过程中，并不是任何时刻、任何工况下氧传感器的反馈控制都在进行。实际上，发动机ECU是通过开环和闭环两种方式对喷油量进行控制的。通常在发动机暖机、急加速、大负荷以及节气门全开的情况下，发动机ECU采用开环方式控制燃油喷射；在正常温度下的怠速、加速、减速工况的情况下，发动机ECU采用闭环方式控制燃油喷射。

4.怠速控制

怠速控制通常包括启动后的控制、暖机过程的控制、负荷变化时的控制和减速时的控制等。怠速控制的实质是对怠速时空气量的控制，而怠速时的燃油喷射量是由ECU按实际进气量和既定空燃比进行控制的。

怠速空气量的控制方式有两种：一种是控制节气门旁通道的空气流量；另一种是直接控制节气门的开度。

1）启动时的控制。在发动机启动时，ECU首先根据冷却液温度确定目标怠速运转，然后让怠速阀工作，以使节气门开度或怠速旁通道的截面积达到预定值，以利于启动。

2）暖机控制。在暖机过程中，随着冷却液温度的上升，ECU不断指令怠速控制阀减小开度，使发动机转速逐渐降低。当温度达到80℃时，暖机控制过程结束，发动机达到正常怠速状态。

3）减速时的控制。节气门的突然关闭会引起进气歧管内积存燃油的过度蒸发，从而造成排气污染严重。此时ECU就需要进行减速断油控制，同时利用怠速控制阀增加进气量以减少燃油蒸发和增加燃烧过程所需要的氧气，使排气污染程度降低。

4）反馈控制。在发动机怠速运转时，ECU不断将实际转速与目标转速相比较，如果超过一定值（通常为±25r/min），ECU就会命令怠速阀工作，使实际转速等于目标转速。当再次出现差别时，ECU会重复以上控制，如此循环。

5）发动机负荷变化时的控制。在发动机怠速运转时，若ECU收到空调开关接通的信号，则会首先指令怠速阀工作，以提高怠速转速，然后接通空调，这样可防止发动机因额外负荷加大而熄灭。

在转动转向盘或自动变速器离开“P/N”位置时，会使发动机负荷增加。这些额外负荷的增加会使发动机怠速下降，于是ECU立即指令怠速阀工作，以提高怠速转速。同理，当这些额外负荷消失时，ECU将指令怠速阀降低怠速转速。

在发动机怠速运转时，开前照灯、电风扇运转、空调压缩机离合器接合等造成的电负荷增加会使蓄电池电压降低。此时，ECU会自动提高发动机的怠速转速，以提高发电机的转出功率。

6）学习控制。ECU通过学习可以记忆各种工况下所需的怠速阀位置，并将此信息存储于ECU的存储器中。当ECU电源断开时，这些信息将会丢失，导致怠速失控，为此ECU需要重新学习。

二、发动机燃油消耗偏高的故障原因分析与重点检查部位

1.故障原因

引起发动机燃油消耗偏高的故障原因有：发动机工作不良；传动系统阻力过大或传动打滑；制动拖滞；轮胎气压过低。

2.发动机燃油消耗偏高的重点检查部位

1）检查轮胎气压是否正常；

2）检查车轮阻滞力是否过大；

3）检查离合器是否打滑，主减速器轴承预紧度是否过大；

4）检查制动间隙和制动回位是否正常；

5）检测发动机气缸压力是否符合标准；

6）检查发动机是否有缺火、断火、怠速不稳、缺缸等现象；

7）使用尾气分析仪检测尾气中的CO含量是否超标，如CO超标，则为混合气过浓；

8）使用发动机诊断仪检测点火提前角、空燃比、进气压力传感器或空气流量计信号、喷油脉宽、冷却液温度传感器信号、氧传感器信号是否正常；

9）检查燃油压力以及喷油器、油压调节器是否正常；

10）检查发动机排气系统是否畅通。

三、发动机燃油消耗偏高故障诊断的基本步骤

1.确认故障现象

1）用尾气分析仪检测发动机的排放质量。当CO、HC的浓度高，CO2、O2的浓度低时，表明发动机混合气过浓；当HC和O2的浓度高，CO的浓度低时，表明混合气过稀。

2）在底盘测功机上测量发动机油耗是否正常。

2.基础检查

检查发动机外围线束、插接器、进气管、高压线以及真空管路等的连接情况，观察有无脱落或破损现象，若有问题，则应予以恢复。

3.使用故障分析仪检查

使用故障分析仪检查发动机电控系统的工作状况，包括点火提高角、空燃比、进气压力传感器或空气流量计信号、喷油脉宽、冷却液温度传感器信号、氧传感器信号、节气门位置信号等，若发现异常，则应予以排除。

4.检查点火系统及燃油系统

1）用断缸法检查发动机各气缸工作是否正常，若某气缸断缸后发动机转速无明显下降，则可判断该气缸工作不良或不工作，应检查喷油器、点火模块、火花塞以及高压线的工作情况，发现异常时，则应予以排除。

2）使用燃油压力表检测燃油系统压力是否低于标准值。重点则检查燃油泵、燃油滤清器和燃油压力调节器是否正常，若发现异常，则应予以排除。

3）拆卸喷油器，检查喷油器的密封性、喷油量及雾化情况，若有异常，则应进行清洗或更换喷油器。

5.检查机械系统

1）用排气背压表检查发动机排气系统是否畅通，若发现异常，则应予以排除。

2）检查轮胎气压是否正常，若发现异常，则应予以调整。

3）检查车轮阻滞力，若阻滞力过大，则应检查制动间隙和制动回位是否正常，发现异常时，则应予以排除。

4）检查离合器是否打滑，主减速器轴承预紧度是否过大，若发现异常，则应予以排除。

5）当发动机伴有动力不足等现象时，应进一步检查气缸密封性，若不符合标准，则应予以恢复。

6）确认并排除故障。根据诊断确认的故障部位，按维修作业规范进行维修。

7）验证故障排除效果。将故障排除后，用尾气分析仪检测排放是否超标，或在底盘测功机上测量发动机油耗是否正常，以验证故障排除效果。

【任务准备】

实施本任务的单个工位所使用的设备及工具材料可参考表1-2-1。

表1-2-1　实训设备及工具材料

【任务实施】

一、安装车辆防护装置

1）安装车轮挡块（或三角木）。注意：车轮挡块的安装位置可以是两个后轮，也可以是呈对角关系的前后轮。

2）安装尾气排放系统，并接通尾气排放系统的电源。

3）取车钥匙，解锁车辆，开车门，安装车内防护五件套（方向盘套、手制动杆套、换挡杆手柄套、座椅套、地板垫），同时检查驻车制动杆处于拉紧位置，换挡杆处于空挡（手动变速器）或P挡（自动变速器）位置。

4）打开发动机舱盖，安装车外防护三件套（左、右翼子板布和前格栅布）。

二、进行基础检查

1）检查并确认发动机外围线束、插接器、进气管、高压线以及真空管路等的连接情况，观察其有无脱落或破损现象。

2）检查燃油量是否正常。

3）确认变速器换挡杆处于P挡位。

三、雪佛兰科鲁兹汽车发动机燃油计量工作模式

发动机控制模块ECM监测来自多个传感器的电压信号，以确定提供给发动机的燃油量。发动机控制模块ECM通过改变喷油器脉宽以控制输送至发动机的燃油量。燃油输送有以下几个模式。

1.启动模式

当发动机控制模块ECM通过曲轴位置传感器检测到基准脉冲后，发动机控制模块ECM启用燃油泵。燃油泵运行，燃油系统积累压力。发动机控制模块ECM监测歧管绝对压力（MAP）、进气温度（IAT）、发动机冷却液温度（ECT）和加速踏板位置（APP）传感器信号，以确定启动所需要的喷射器脉宽。

2.运行模式

运行模式有两种状态，称为“开环”和“闭环”。当发动机刚启动且转速高于预定转速时，系统开始进行开环操作。发动机控制模块ECM忽略来自加热型氧传感器（H02S）的信号。发动机控制模块根据发动机冷却液温度（ECT）、歧管绝对压力（MAP）和加速踏板（APP）位置传感器的输入信号，计算空燃比。系统将保持“开环”状态，直到满足下列条件：

1）加热型氧传感器（HO2S）电压输出有变化，表明加热型氧传感器（HO2S）有足够高的温度可以正常运行。

2）发动机冷却液温度传感器高于规定温度。

3）启动发动机后已经过一段规定的时间。

达到以上条件后，系统进入“闭环”状态运行。在“闭环”状态下，发动机控制模块根据各传感器的信号（主要是来自加热型氧传感器（HO2S）的信号），计算空燃比和喷射器通电时间。这使空燃比保持接近于14.7∶1。

3.加速模式

发动机控制模块ECM监测加速踏板位置（APP）传感器和歧管绝对压力（MAP）传感器信号的变化，以便确定车辆何时加速。发动机控制模块将增加喷射器脉宽，以提供更多的燃油，改善性能。

4.减速模式

发动机控制模块ECM监测加速踏板位置（APP）传感器和歧管绝对压力（MAP）传感器信号的变化，以便确定车辆何时减速。发动机控制模块将减少喷射器脉冲宽度甚至短暂关闭喷射器，以降低排放和更好地减速（发动机制动）。

5.蓄电池电压校正模式

当蓄电池电压过低时，发动机控制模块通过增加供油量、提高发动机怠速转速和增加点火持续时间的方式来补偿点火模块提供的弱火花。

6.断油模式

当满足以下条件时，发动机控制模块将切断喷油器的燃油供应以保护动力系统不受损坏并且改善动力性能：

1）将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，以防止发动机续燃。

2）将点火开关置于“ON（打开）”位置，但没有点火参考信号，以防止溢油或回火。

3）发动机转速过高，超过红线。

4）长时间高速运行、关闭节气门滑行减速将减少排放并增强发动机制动作用。

四、雪佛兰科鲁兹汽车发动机燃油控制策略

发动机控制模块监测“闭环”状态下的加热型氧传感器（HO2S）信号电压，并且根据该信号调节喷射器的脉冲宽度以调节燃油供应。对于短期和长期燃油调整，理想的燃油调整值都接近0%。燃油调整值为正数表明发动机控制模块正在增加脉宽来增加燃油，从而补偿燃油过稀情况。负的燃油调整值表示控制模块正在减少脉宽来减少燃油量，以补偿燃油偏浓状况。燃油供应的变化将改变长期和短期燃油调整值。短期燃油调整值将快速地发生变化，以响应加热型氧传感器（HO2S）信号电压的变化。这些变化将对发动机供油进行微调。长期燃油调整对供油进行粗调，以回到居中位置并恢复对短期燃油调整的控制。可使用故障诊断仪来监测短期和长期燃油调整值。长期燃油调整诊断以多个长期速度负荷读入单元的平均值作为基础。发动机控制模块根据发动机转速和发动机负荷选择所需的单元。如果发动机控制模块检测到燃油过稀或过浓情况，发动机控制模块将设置燃油调整故障诊断码（DTC）。

五、雪佛兰科鲁兹汽车发动机油耗过高的故障诊断流程

1）将点火开关置于“ON（打开）”位置，确认歧管绝对压力传感器在所处海拔的规定范围内。“海拔与大气压力”范围见表1-2-2。

表1-2-2　雪佛兰科鲁兹汽车海拔与大气压力范围

2）发动机运转，使发动机达到工作温度，确认长期燃油调整参数在－25%和＋30%之间。

注意：如果不在规定范围内，则确认有无下列故障存在。

①质量空气流量（MAF）传感器信号失真。如果质量空气流量传感器断开时的短期燃油调整参数改变大于20%，则修理质量空气流量传感器电路故障。

②燃油被污染。

③排气系统部件缺失、堵塞或泄漏。

④喷油器故障。

⑤进气管塌陷或堵塞。

⑥燃油压力过高。

⑦空气滤清器脏污或堵塞。

⑧节气门体有异物堵塞。

⑨蒸发排放控制系统不正确操作。

⑩曲轴箱中燃油过多。

3）测试发动机是否有机械故障。

【检查评议】

1.考核要求

1）能正确安装车辆防护装置。

2）能正确读取并记录故障码。

3）能准确分析故障原因。

4）能正确使用工具、量具。

5）排除故障过程合理。

2.配分与评分标准

配分与评分标准见表1-2-3。

表1-2-3　配分与评分标准

续　表