寧波市機(jī)動(dòng)車維修行業(yè)協(xié)會(huì) 李 方

寧波市鄞州職業(yè)高級(jí)中學(xué) 孫航雨，孟華霞

汽車故障診斷（一）

寧波市機(jī)動(dòng)車維修行業(yè)協(xié)會(huì) 李 方

寧波市鄞州職業(yè)高級(jí)中學(xué) 孫航雨，孟華霞

汽車故障診斷是教學(xué)過(guò)程中技術(shù)含量較高、難度較大的一個(gè)項(xiàng)目，故障診斷能力由基礎(chǔ)知識(shí)、邏輯思維能力、操作技能構(gòu)成，是評(píng)價(jià)汽車維修人員水平高低的關(guān)鍵性指標(biāo)。如何提高汽車故障診斷能力，對(duì)汽車維修人員或?qū)W習(xí)汽車維修的學(xué)員都至關(guān)重要。

汽車故障診斷就是根據(jù)汽車的故障癥狀，在盡可能不解體的前提下確定其故障原因。以發(fā)動(dòng)機(jī)為例，故障可分為異響故障、功能故障和性能故障。功能和性能故障的根本原因都與燃燒有關(guān)，所以診斷發(fā)動(dòng)機(jī)功能、性能故障的終極目標(biāo)，就是找出造成燃燒三要素的要素缺失或比例不當(dāng)?shù)母驹蛩凇D1為一般汽車故障診斷的流程圖。

汽車故障診斷的方法有很多，應(yīng)該根據(jù)故障癥狀的產(chǎn)生機(jī)理，運(yùn)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定應(yīng)該關(guān)注哪些參數(shù)和用什么手段獲取。對(duì)通過(guò)不同手段獲取的參數(shù)進(jìn)行分析是故障診斷的方法之一，現(xiàn)常用的手段有故障代碼分析、數(shù)據(jù)流分析、波形分析、壓力分析、尾氣分析、溫度分析、電氣或功能檢測(cè)等。采用什么診斷手段，要依據(jù)體驗(yàn)到的故障癥狀來(lái)確定。各種故障診斷手段可單獨(dú)使用，有時(shí)則需要幾種配合，才能事半功倍。如果能掌握足夠的專業(yè)知識(shí)，并具有正確的邏輯思維能力，就能熟練靈活運(yùn)用不同的診斷方法，從而提高故障診斷的效率。

在故障診斷實(shí)踐中，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)實(shí)際故障癥狀與檢測(cè)到的數(shù)據(jù)相悖的情況，我們應(yīng)該以客觀存在的故障癥狀作為判斷的依據(jù)。因?yàn)閷?shí)際故障癥狀是客觀存在的，而檢測(cè)到的數(shù)據(jù)則有可能因?yàn)闄z測(cè)方法的原因出現(xiàn)偏差，或者是我們對(duì)數(shù)據(jù)的理解出現(xiàn)錯(cuò)誤。本文以別克威朗車為例介紹汽車故障診斷中常用的方法。

1 故障代碼分析

1.1 名詞定義

（1）車載診斷系統(tǒng)（On Board Diagnosis）簡(jiǎn)稱OBD。

（2）診斷故障代碼（Diagnostic Trouble Code）簡(jiǎn)稱DTC。

（3）凍結(jié)數(shù)據(jù)幀（Freeze Frame）簡(jiǎn)稱凍結(jié)數(shù)據(jù)幀。

（4）故障指示燈（Malfunction Indicator Lamp ）簡(jiǎn)稱MIL。

（5）檢測(cè)到缺火（Misfire Detected）簡(jiǎn)稱缺火。

圖1 一般汽車故障診斷的流程圖

2 DTC概述

汽車電子化程度的提高，在優(yōu)化汽車技術(shù)性能的同時(shí)，也使得汽車的控制系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，這些復(fù)雜的電子裝置一旦出現(xiàn)故障，將給診斷帶來(lái)很大的困難。為了迅速診斷故障，提高維修效率，汽車故障自診斷系統(tǒng)（OBD）應(yīng)運(yùn)而生。

DTC的產(chǎn)生是基于控制單元的OBD功能，OBD對(duì)汽車控制系統(tǒng)各部分工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)檢查和監(jiān)測(cè)。當(dāng)OBD檢測(cè)到故障時(shí)，將故障信息存入存儲(chǔ)器，當(dāng)滿足一定的條件，儀表板上的MIL燈就點(diǎn)亮以警告車主。即使點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，故障信息仍將保留在存儲(chǔ)器中。

3 DTC的類型

3.1 DTC根據(jù)對(duì)排放的影響或?qū)ο到y(tǒng)的危害嚴(yán)重程度分類

（1）A類。對(duì)排放的影響或?qū)ο到y(tǒng)的危害較大。在首次進(jìn)行診斷監(jiān)測(cè)時(shí)，當(dāng)與排放有關(guān)診斷運(yùn)行未通過(guò)時(shí)，則點(diǎn)亮MIL燈。例如，當(dāng)別克威朗車發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊檢測(cè)到高壓燃油泵執(zhí)行器高電平控制電路開(kāi)路并持續(xù)約4 s，設(shè)置DTC P00C8。P00C8就是A類DTC。A類DTC的設(shè)定使用單程檢測(cè)邏輯。

（2）B類。對(duì)排放的影響或?qū)ο到y(tǒng)的危害較小。在首次進(jìn)行診斷監(jiān)測(cè)時(shí)，當(dāng)與排放有關(guān)診斷運(yùn)行未通過(guò)時(shí)，OBD記錄與排放有關(guān)的凍結(jié)數(shù)據(jù)幀/故障記錄。如果在第2個(gè)連續(xù)循環(huán)中還不能通過(guò)，OBD將更新凍結(jié)數(shù)據(jù)幀/故障記錄。B類DTC的設(shè)定使用雙程檢測(cè)邏輯。

如果控制模塊在連續(xù)2個(gè)循環(huán)過(guò)程中檢測(cè)到低水平或影響排放水平的缺火故障，則點(diǎn)亮MIL燈；如果控制模塊檢測(cè)到高水平或可損壞催化器的缺火故障，則故障指示燈以1次/s的速率閃爍。

（3）C類。與排放無(wú)關(guān)。當(dāng)診斷首次運(yùn)行與排放無(wú)關(guān)且未通過(guò)時(shí)，OBD在存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存DTC信息，MIL燈不點(diǎn)亮。OBD將此信息存儲(chǔ)在故障記錄中（凍結(jié)數(shù)據(jù)幀）。別克威朗車發(fā)動(dòng)機(jī)OBD檢測(cè)到爆震傳感器信號(hào)性能因發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)氣缸過(guò)度爆震而超出了正常標(biāo)定范圍時(shí)，設(shè)定DTC P0324。P0324為C類DTC。

3.2 歷史DTC與當(dāng)前DTC。

當(dāng)前DTC是當(dāng)前存在的故障所產(chǎn)生的DTC。歷史DTC是過(guò)去曾經(jīng)發(fā)生過(guò)的，但當(dāng)前沒(méi)有發(fā)生的故障所產(chǎn)生的還未被清除的DTC。凍結(jié)數(shù)據(jù)幀記錄了DTC設(shè)定時(shí)的場(chǎng)景，要重現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)該根據(jù)凍結(jié)數(shù)據(jù)幀顯示的DTC設(shè)定時(shí)的場(chǎng)景運(yùn)行車輛。有時(shí)可能需要很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)重現(xiàn)DTC，或需要人為地創(chuàng)造可重現(xiàn)故障的條件，如加熱、振動(dòng)等。

4 DTC運(yùn)行條件

DTC運(yùn)行需要滿足一定條件，例如別克威朗車DTC P0171/P0172的運(yùn)行DTC的條件要求為：發(fā)動(dòng)機(jī)需要處于閉環(huán)狀態(tài)下、催化劑監(jiān)測(cè)器診斷干擾測(cè)試和后加熱型氧傳感器診斷干擾測(cè)試及設(shè)備控制系統(tǒng)和蒸發(fā)排放泄漏測(cè)試未激活、進(jìn)氣溫度和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度在-20 ℃～+150 ℃、燃油油位高于10%且不存在油位傳感器故障等。

5 DTC設(shè)定條件的判斷方法

目前自診斷系統(tǒng)對(duì)故障的確認(rèn)有以下4種方法。

5.1 值域判定法

值域判定法是指根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的范圍是否超過(guò)規(guī)定的數(shù)值范圍來(lái)判斷是否有故障。別克威朗車?yán)鋮s液溫度傳感器的正常值在-39 ℃～149 ℃。當(dāng)超出此值域范圍并持續(xù)5 s以上，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元就會(huì)設(shè)定DTC P0117/P0118。通常DTC的設(shè)定方法中值域和時(shí)域是同時(shí)應(yīng)用的。

5.2 時(shí)域判定法

當(dāng)控制單元檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)某一輸入信號(hào)在一定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有發(fā)生變化或變化沒(méi)有達(dá)到預(yù)先規(guī)定的次數(shù)時(shí)，自診斷系統(tǒng)就確定該信號(hào)出現(xiàn)故障。例如別克威朗車加熱型氧傳感器用于燃油控制和后催化劑監(jiān)測(cè)。進(jìn)入閉環(huán)模式后，前加熱型氧傳感器電壓應(yīng)該在40 mV～1 000 mV變化，且每10 s變化8次以上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊檢測(cè)到加熱型氧傳感器電壓低于40 mV并持續(xù)40 s以上，就會(huì)設(shè)定DTC P0131或P0137。發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊檢測(cè)到加熱型氧傳感器電壓高于1 050 mV并持續(xù)10 s以上，就會(huì)設(shè)定DTC P0132或P0138。

5.3 功能判定法

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元給執(zhí)行器發(fā)出動(dòng)作指令后，檢測(cè)相應(yīng)傳感器的輸出參數(shù)變化，若傳感器輸出信號(hào)沒(méi)有按照程序規(guī)定的參數(shù)變化，就確認(rèn)出現(xiàn)故障。例如別克威朗車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元利用曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器的信號(hào)來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)某缸缺火。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元通過(guò)檢測(cè)各氣缸曲軸角速度的變化，可以檢測(cè)各氣缸的缺火事件。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常情況下，曲軸位置傳感器的角速度信號(hào)，是隨著各氣缸的做功有周期性的加速、減速變化。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元檢測(cè)到曲軸角速度的變化不正常時(shí)，就表明某氣缸不工作。當(dāng)缺火率足以引起排放超出預(yù)定數(shù)值，就會(huì)產(chǎn)生DTC P030X。

5.4 邏輯判定法

發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元對(duì)兩個(gè)相關(guān)的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)傳感器信號(hào)之間的邏輯關(guān)系違反設(shè)定條件時(shí)，就斷定其一定有故障。例如：發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸位置信號(hào)與凸輪軸位置信號(hào)有一定的邏輯關(guān)系，當(dāng)控制單元檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸位置信號(hào)與凸輪軸位置信號(hào)不符合這一關(guān)系時(shí)，則判定曲軸位置信號(hào)或凸輪軸位置信號(hào)故障。別克威朗車的OBD如果檢測(cè)到凸輪軸相對(duì)于曲軸提前量大于8o或延遲量大于9o，就會(huì)設(shè)定DTC P0016或P0017。

從實(shí)際故障發(fā)生到DTC設(shè)定后的流程：實(shí)際故障發(fā)生→符合DTC運(yùn)行條件→滿足DTC設(shè)置條件→記錄DTC及凍結(jié)數(shù)據(jù)幀→啟用失效保護(hù)功能及故障運(yùn)行模式。

6 DTC設(shè)定后ECU的應(yīng)對(duì)策略

（1）EURO-OBD規(guī)范要求車載計(jì)算機(jī)在檢測(cè)到排放系統(tǒng)零部件、傳動(dòng)系統(tǒng)控制零部件（影響車輛排放）存在故障時(shí)，點(diǎn)亮儀表板上的MIL燈。此外ISO 15765－4中規(guī)定的相應(yīng)DTC記錄在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中。如果在3個(gè)連續(xù)點(diǎn)火循環(huán)中未重復(fù)出現(xiàn)故障，則MIL燈自動(dòng)熄滅，但DTC還會(huì)記錄在存儲(chǔ)器中。

（2）啟動(dòng)失效保護(hù)功能。失效保護(hù)模式是指電控單元在檢測(cè)到故障并記錄故障代碼后，為保護(hù)系統(tǒng)及行駛安全，系統(tǒng)進(jìn)入的一種安全保護(hù)模式，以使車輛能夠暫時(shí)行駛。但不同車系的控制系統(tǒng)，失效保護(hù)操作不同。下文以別克威朗車和豐田卡羅拉車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門電控系統(tǒng)故障進(jìn)入失效保護(hù)模式后的失效保護(hù)操作。

1）豐田卡羅拉車節(jié)氣門電控系統(tǒng)故障。節(jié)氣門電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，可產(chǎn)生故障代碼P0120、故障代碼P0122、故障代碼P0123、故障代碼P0220、故障代碼P0222、故障代碼P0223、故障代碼P2135、故障代碼P0121、故障代碼P2102、故障代碼P2103、故障代碼P2111、故障代碼P2112、故障代碼P2118、故障代碼P2119等，這其中的任意一個(gè)DTC被存儲(chǔ)，電控單元都將進(jìn)入失效保護(hù)模式。在失效保護(hù)模式下，電控單元切斷通往節(jié)氣門執(zhí)行器的電流，并且節(jié)氣門被復(fù)位彈簧拉回到6o的開(kāi)度位置（緊急停止位），然后電控單元根據(jù)加速踏板開(kāi)度控制燃油噴射和點(diǎn)火正時(shí)以調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)輸出，以確保車輛維持最低車速，如果加速踏板被輕輕踩下，汽車能緩慢行駛。

2）別克威朗車節(jié)氣門電控系統(tǒng)故障。別克威朗車節(jié)氣門電控系統(tǒng)出現(xiàn)DTC P0121時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元都將進(jìn)入失效保護(hù)模式。在失效保護(hù)模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元會(huì)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。起動(dòng)機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)，防止車輛行駛發(fā)生安全事故。

（3）啟動(dòng)容錯(cuò)模式（故障運(yùn)行模式）。DTC設(shè)定后發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元將啟動(dòng)故障運(yùn)行模式。例如MAF已經(jīng)設(shè)定了DTC，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元將用其他方式獲取原來(lái)由MAF提供的進(jìn)氣量信息，如可用TPS或MAP信號(hào)替代MAF獲取進(jìn)氣量信息。雖然替代MAF獲取的進(jìn)氣量信息沒(méi)有MAF正常時(shí)提供的信息精確，但至少能維持發(fā)動(dòng)機(jī)基本運(yùn)行。

（4）記錄凍結(jié)數(shù)據(jù)幀。凍結(jié)數(shù)據(jù)幀記錄了DTC設(shè)定時(shí)的車輛運(yùn)行狀態(tài)（如車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度等）。存儲(chǔ)DTC時(shí)，OBD將車輛運(yùn)行狀態(tài)信息記錄為凍結(jié)數(shù)據(jù)幀。凍結(jié)數(shù)據(jù)幀對(duì)故障診斷有很大的幫助，要故障再現(xiàn)，應(yīng)該在凍結(jié)數(shù)據(jù)幀記錄的車輛運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行車輛。維修結(jié)束前也應(yīng)該在凍結(jié)數(shù)據(jù)幀記錄的車輛運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行車輛以驗(yàn)證維修效果。

豐田卡羅拉車發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元以凍結(jié)數(shù)據(jù)幀的形式每0.5 s記錄1次發(fā)動(dòng)機(jī)狀況。使用故障檢測(cè)儀，可檢查5 組獨(dú)立的凍結(jié)數(shù)據(jù)幀，即DTC設(shè)置前的3組數(shù)據(jù)、DTC設(shè)置時(shí)的1組數(shù)據(jù)、DTC設(shè)置后的1組數(shù)據(jù)。這些組數(shù)據(jù)可以用于模擬故障出現(xiàn)前后的車輛狀況。這些數(shù)據(jù)有助于識(shí)別故障原因，以及判斷故障是否屬于暫時(shí)故障。

7 清除DTC的條件

下文以別克威朗車清除DTC的條件為例，進(jìn)行闡述。

（1）清除A類或B類DTC的條件。在4個(gè)連續(xù)點(diǎn)火循環(huán)中診斷運(yùn)行并成功通過(guò)后，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元將熄滅MIL燈；當(dāng)診斷運(yùn)行并通過(guò)時(shí)，則清除當(dāng)前DTC（即上次測(cè)試未通過(guò)的DTC）；如果在連續(xù)40個(gè)預(yù)熱循環(huán)中，該診斷以及其他和排放有關(guān)的診斷都成功通過(guò)了測(cè)試，則清除歷史DTC（用故障檢測(cè)儀熄滅MIL燈并清除DTC）。

（2）清除C類DTC的條件。當(dāng)診斷運(yùn)行并且通過(guò)時(shí)，清除當(dāng)前DTC（即上次測(cè)試失敗的DTC）；如果在連續(xù)40個(gè)預(yù)熱循環(huán)中，該診斷以及其他和非排放有關(guān)的診斷都成功通過(guò)了測(cè)試，則清除歷史DTC（用故障檢測(cè)儀清除DTC） 。

據(jù)DTC產(chǎn)生的機(jī)理，有些DTC指向明確，有些DTC指向是性能范圍，還有些DTC指向某種狀態(tài)。了解DTC運(yùn)行及設(shè)定條件，以便通過(guò)DTC做出正確的判斷顯得至關(guān)重要。因此必須熟悉掌握DTC的含義以及DTC運(yùn)行條件和設(shè)定機(jī)理。

汽車自診斷系統(tǒng)雖然功能日益強(qiáng)大，但是由于以下原因，故障診斷不能完全依賴汽車的自診斷系統(tǒng)。

（1）不是所有會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)故障的元件都被自診斷系統(tǒng)監(jiān)控。

（2）被自診斷系統(tǒng)監(jiān)控的元件不是在所有的時(shí)間里都被監(jiān)控。

（3）自診斷系統(tǒng)不能識(shí)別被監(jiān)控元件的所有故障形態(tài)（如傳感器信號(hào)失真）。

（4）自診斷系統(tǒng)的判斷原則有一定的局限性。

因此我們要認(rèn)識(shí)到DTC對(duì)故障診斷的作用是有限的。發(fā)動(dòng)機(jī)的故障不一定都會(huì)出現(xiàn)DTC，有DTC也不一定直接指向故障點(diǎn)。

（未完待續(xù)）

2017-06-10）