发动机冒黑烟故障诊断与排除

【学习目标】

1.能描述电控发动机短期燃油修正和长期燃油修正工作过程

2.能描述发动机冒黑烟故障原因

3.能描述发动机冒黑烟故障检测程序

4.能诊断与排除雪佛兰科鲁兹汽车进气温度传感器电路故障

【工作任务】

一辆雪佛兰科鲁兹汽车因发动机冒黑烟进厂维修，使用故障诊断仪初步检测后显示故障代码“DTC P0111进气温度（IAT）传感器性能”。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短期燃油修正和长期燃油修正控制过程；

（2）厘清发动机冒黑烟故障原因；

（3）熟悉发动机冒黑烟故障检测基本程序；

（4）诊断与排除雪佛兰科鲁兹进气温度传感器电路故障。

【相关理论】

一、电控发动机短期燃油修正和长期燃油修正

1.开环控制和闭环控制

只要发动机工况允许的情况下，发动机控制系统将空燃比控制在理论空燃比下工作，然而，发动机的某些工况要求混合气要调节到偏离理论空燃比。例如，对冷机工况下要求专门的空燃比，这就意味着混合气形成系统必须有能力适应各种变化的空燃比。为了能控制理想空燃比达到14.7：1，必须由氧传感器来监视燃烧后的废气状态，并将此信号送给发动机ECU，发动机ECU根据此信号控制喷油器的开启时间。由于“监控废气（氧传感器）→ECU→喷油器→燃烧排放废气→监控废气”的路径构成闭合回路，也称为闭环控制，如图1-5-1所示。

氧传感器要能有效地监控废气的状态，必须要达到其工作温度，在传感器未达到工作温度前，ECU不采用氧传感器的信号来控制燃油，因为此时回路出现中断，称为开环控制。一般情况下，发动机ECU大多利用以下条件来判断是否采用闭环控制燃油：

图1-5-1　闭环控制

1）发动机冷却液温度是否达到工作温度（550～660℉）；

2）氧传感器是否达到工作温度；

3）发动机启动记时器倒数记时完成，见表1-5-1。

表1-5-1　发动机冷却液温度与进入闭环时间的关系

当发动机热机达到正常工作温度后，将空燃比准确地、连续地保持在λ＝1的状态，这对于废气的三元催化净化是非常重要的。为满足这个要求，必须严格地监测吸入的空气质量并且精确计算燃油质量。决定燃油喷油时间最重要参数是发动机的负荷状况，也就是负荷监测参数。发动机的燃油喷油量取决于喷油器的喷油持续时间，最终的喷油持续时间由三部分构成：基本喷油持续时间、根据操作状况进行时间修正和蓄电池电压修正。

2.喷油器的电压补偿（蓄电池电压修正）

电磁式喷油器的自感应特性使其在喷油脉冲开始时打开较慢，而且在喷射脉冲结束时关闭也较慢，打开和关闭时间大约为0.8ms。蓄电池的电压是决定打开时间的主要因素，但它对关闭时间却影响较小。如果没有ECU的电压修正，会导致喷油器启动延迟，而使喷油器持续时间过短，造成喷射的燃油量不充足。换句话说，蓄电池的电压越低，进入发动机内的燃油就越少。所以，蓄电池电压降低时必须根据电压变化相应地增加喷油持续时间，这就是所谓的喷油器附加修正系数。ECU记录实际的蓄电池电压，并通过与电压对应的喷油器喷油持续时间进行比对做出修正。

3.短期燃油修正

基本喷油持续时间的数值是发动机ECU使发动机燃油和空气混合气达到理论空燃比所需的实际喷油持续时间的最佳值。在设计上，这个时间是非常准确的，它占到了实际喷油持续时间的绝大部分，但是在实际运行中，还有一个根据实际操作做出的时间修正，也就是发动机ECU根据氧传感器的反馈将空燃比修正，即将空燃比准确地、持续地保持在λ＝1的状态。

短期燃油修正根据氧传感器反馈信号快速地进行喷油脉冲修正，当氧传感器反馈电压经过“转变点”时，短期燃油修正将改变修正方向，如图1-5-2所示。

图1-5-2　短期和长期燃油修正示意图　1—表示混合气由浓转稀（转变点）；2—表示混合气由稀转浓（转变点）

转变点1表示混合气由浓转稀的电压值，转变点2表示混合气由稀转浓的电压值，短期燃油修正在经过转变点时，迅速往相反方向修正，由于短期燃油修正是以发动机实际燃烧的废气监测为依据，因此，不论是发动机机件的磨损、汽油压力的大小差异或机件上的不良因素（漏气、油压不当），都可以导致短期燃油修正。

但是，氧传感器的反馈修正是有限的，也就是说，短期燃油修正工作在一个相对小的工作范围之内。例如，当短期燃油修正值小于10%时，发动机的燃油控制就很容易地将混合气控制在λ＝1的状态。当这个修正值达到将近20%时，对发动机的燃油控制就非常困难了。所以，为了完成准确的空燃比控制，ECU首先通过增加或缩短基本喷油持续时间，也就是通过对长期燃油修正值的学习，并且记忆在ECU中，使得ECU能够将氧传感器的修正维持在一个可以接受的范围内。若发动机长期有混合气过浓的趋势，则短期燃油修正的上下面必定为负值。所以，长期的学习记忆值也应为负值（长期燃油修正值随短期燃油修正值变动），因此，在下次启动时，发动机会以长期燃油修正学习值对发动机状况进行修正（减油）。

4.长期燃油修正系数

长期燃油修正系数是基本喷油持续时间计算的一部分，它根据燃油系统的实际工作状况与理论空燃比的比较来决定。长期燃油修正是一个学习值，是发动机ECU通过逐渐变化来适应控制系统的设定要素。系统的变化主要是指发动机的磨损、空气的泄漏、汽油压力的变化，燃油的质量、电子元器件的参数漂移等。由于它是一个基本喷油持续时间计算的参数，所以它也是一个对喷油持续时间进行持久修正的值，它的变化很慢，正常的变化范围是±20%。

二、发动机冒黑烟故障原因分析

发动机冒黑烟现象产生的机理是：混合气过浓，导致混合气在气缸内无法完全燃烧而造成排气管冒黑烟。也就是说，凡是直接或间接引起混合气过浓的故障都有可能导致发动机抖动，这是分析发动机冒黑烟现象产生原因的依据。

1.温度传感器

温度传感器包括冷却液温度传感器和进气温度传感器。冷却液温度传感器安装在发动机的出水口，用于检测冷却液的温度；进气温度传感器装在进气道中（或是与空气流量传感器装在一起），用于检测发动机的进气温度。大多数温度传感器都采用负温度系数的半导体材料硅制成，其电阻值随着温度的升高而降低。发动机在冷机工况下运行时，需要较浓的混合气。温度低时空气密度大，喷油量也要相应增加，如此才能保证适当的空燃比。如果由于传感器的损坏、插头接触不良或是积垢过多等原因而造成传感器的电阻值增加甚至开路，都会使ECU误认为发动机温度低而增大供油量，造成排气冒黑烟。

2.空气流量传感器/进气压力传感器

空气流量传感器是用来检测发动机进气道空气流量的装置，一般装在节气门与空气滤清器之间的进气道中。ECU根据空气流量器传递的信号变化适时地改变喷油量大小，使空燃比符合发动机当前的工况。如果由于元件寿命的原因，或是使用维修不当造成传感器的损坏、接线错误、线头松动以及锈蚀严重等，都将导致接触电阻过大。此时，ECU会误认为空气流量很大，从而增大喷油量，造成混合气过浓而冒黑烟；进气压力传感器是用来测量进气管的压力来确定发动机负荷的。为防止受发动机机体振动的影响，这种传感器通常装在车身上，用软管与进气管连接。当进气管压力随负荷增大而增加时，传感器内的硅膜片弯曲，引起应变仪电阻值的变化，从而输出正比导管压力的电信号。ECU根据这个信号的变化，适时地改变喷油量大小，使空燃比满足发动机负荷的要求。如果由于元件的寿命或使用维修不当造成传感器损坏等原因，使得ECU误认为发动机负荷很大，同样也会导致发动机冒黑烟。

3.氧传感器

氧传感器相当于一个原电池，在正常工作温度时，发动机电控系统处于闭环状态。氧传感器通过比较废气中氧的含量与大气中氧的含量，产生0.1～0.9V的电压反馈给ECU。当废气中氧含量高时，传感器输出的电压高；当废气中的氧含量低时，传感器输出的电压低；ECU根据氧传感器的反馈电压，适时调节可燃混合气的浓度。汽车在使用过程中，如果由于使用寿命、脏污堵塞、或是其他原因造成氧传感器失效而输出电压过低，ECU就会做出误判，将导致混合气过浓而冒黑烟。

4.喷油器及其他元件

喷油器是执行器。它的作用是根据ECU发出的脉冲指令，适时地将燃油喷至进气道内，喷油量大小是由脉冲的工作宽度决定的。喷油器经过长期使用，尤其是使用品质较差的汽油时，胶质会逐渐沉积在喷油器的针阀柱上，严重时甚至会造成针阀卡死。如果针阀卡死在开启的位置，或是ECU控制线路搭铁时，喷油器就不再受ECU的控制而连续地喷油，从而造成混合气过浓而冒黑烟。喷油器关闭时要求密封性能良好，每分钟滴漏量不应超过1滴。如果由于长期使用、积碳、磨损等原因。导致喷油器锥面的密封性受到破坏、燃油滴漏严重，也会引起冒黑烟。此外，喷油器的喷孔孔径有着严格的要求，喷孔过大也将导致排气冒黑烟。除此之外，电控单元ECU故障、电子控制线路故障、预热温度定时开关失效、油压调节器故障，以及怠速控制阀调整不当等也都可能导致排气管冒黑烟。

三、发动机冒黑烟故障检测步骤

1.检测思路

1）检测供油量是否过大。停止冷启动喷油器的工作，并观察发动机排气管冒黑烟的情况是否改善；检查油压调节器的性能是否正常；检查喷油器工作是否正常；拆下氧传感器的线束连接插头。观察排气管冒黑烟的情况是否改变；检查氧传感器、冷却液温度传感器的性能是否正常。

2）检测进气量是否太少。检查空气滤清器是否脏污堵塞；检查空气流量计（进气压力传感器）、进气温度传感器性能是否良好；检查怠速控制阀和节气门位置传感器是否正常。

2.检测步骤

电控发动机冒黑烟故障检测程序如图1-5-3所示。

图1-5-3　发动机冒黑烟故障检测程序

1）检测冷却液温度传感器，其在不同温度下的电阻值应符合标准。电阻太大，会使ECU误认为发动机处于低温状态，从而进行冷车加浓控制，使喷油量加大，造成发动机冒黑烟。可以使用故障诊断仪读取冷却液温度传感器传给ECU的冷却液温度信号值，将这一数值与发动机冷却液实际温度相比较，就能直观地反映出冷却液温度传感器是否工作正常。

2）检测空气流量传感器或进气压力传感器，其数据值应符合标准。空气流量传感器或进气压力传感器的误差会直接影响喷油量。检测结果如有异常，应更换空气流量传感器或进气压力传感器。

3）检测节气门位置传感器。在节气门处于中小开度时，全负荷开关触点应断开。若全负荷开关触点始终闭合或闭合时间过早，会使ECU始终或过早地进行全负荷加浓，从而增大喷油量，造成发动机冒黑烟。

4）测量汽油压力。怠速时的汽油压力应符合标准值，随着节气门的开启，汽油压力应逐渐上升，节气门全开时的汽油压力约比怠速时高50kPa。若汽油压力能随节气门开度变化而改变，但压力始终偏高，则说明汽油压力调节器有故障，应更换。若汽油压力不能随节气门开度变化而改变，则说明汽油压力调节器的真空软管破裂或脱落。若汽油压力调节控制电磁阀有故障，使进气管真空度没有作用在汽油压力调节器的真空膜片室，导致油压过高，此时应更换软管或电磁阀。

5）检查冷启动喷油器控制是否正常。使用万用表电压挡或试灯连接在冷启动喷油器导线连接器上，检查发动机启动时冷启动喷油器工作的持续时间是否符合标准值。若工作时间过长或启动后一直工作，则说明冷启动喷油器控制失常，应检查冷启动温度时间开关及控制电路。

6）拆卸喷油器，检查各喷油器有无漏油。如有异常，应清洗或更换喷油器。

【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1-5-2。

表1-5-2　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、诊断与排除雪佛兰科鲁兹汽车进气温度传感器故障

1.雪佛兰科鲁兹进气温度传感器电路分析

如图1-5-4所示，进气温度传感器电路由低电平参考电压电路、信号电路和进气温度传感器元件（B75B）组成，低电平参考电压电路包括ECM和线路7379，信号电路包括ECM和线路7380。空气进入发动机时，进气温度传感器根据进气温度而改变其电阻值，ECM通过电压值测量进入发动机的空气温度。ECM通过在启动时与冷却液温度传感器对比和电压值范围判断进气温度传感器电路是否存在故障。

图1-5-4　雪佛兰科鲁兹汽车进气温度传感器电路

2.雪佛兰科鲁兹汽车进气温度传感器故障原因分析

雪佛兰科鲁兹汽车进气温度传感器电路故障原因如图1-5-5所示。

图1-5-5　雪佛兰科鲁兹汽车进气温度传感器电路故障原因分析

3.雪佛兰科鲁兹汽车进气温度传感器电路故障检测

（1）一级故障诊断流程。

雪佛兰科鲁兹汽车进气温度器电路一级故障诊断流程如图1-5-6所示。

图1-5-6　雪佛兰科鲁兹汽车进气温度传感器电路一级故障诊断流程

（2）低电平参考电压电路故障诊断流程。

雪佛兰科鲁兹汽车进气温度传感器低电平参考电压电路故障诊断流程如图1-5-7所示。

图1-5-7　雪佛兰科鲁兹汽车进气温度传感器低电平参考电压电路故障诊断流程

（3）信号电路故障诊断流程。

雪佛兰科鲁兹汽车进气温度传感器信号电路故障诊断流程如图1-5-8所示。

图1-5-8　雪佛兰科鲁兹汽车进气温度传感器电路故障原因分析

（4）进气温度传感器元件检测方法。

点火开关置于“OFF”位置，断开B75B线束接头，测量B75B端子3和端子1的电阻值，同时测量B75B附近温度，将两个值与ECT温度与电阻对照表（见表1-5-3）的值进行对比，基本一致为元件正常，偏差很大为元件损坏。

表1-5-3　雪佛兰科鲁兹进气温度传感器元件温度与电阻对照表

续　表

【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1-5-4。

表1-5-4　配分与评分标准

续　表