◆文/李明權(quán)勞模創(chuàng)新工作室 林德強

故障現(xiàn)象

一輛2014年的東風本田CRV，搭載的是2.4L發(fā)動機，行駛了約40 000km，因為停放了很長一段時間后啟動發(fā)動機時發(fā)現(xiàn)發(fā)動機故障指示燈常亮，送到修理廠檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)動機艙線束被老鼠咬破，維修人員對被咬線束進行修復(fù)和包扎后，發(fā)動機故障指示燈仍然常亮，于是車主將故障車送到我店進行維修。

故障診斷與排除

接車后，首先檢查之前的維修部位—空燃比(A/F)傳感器線束。因為線束并沒有被徹底咬斷，只是外面的絕緣層出現(xiàn)了破損，從修復(fù)的效果來看，此前的維修人員采取的維修措施沒有任何問題，修復(fù)后的線束如圖1所示。

圖1 故障車上被老鼠咬破的線束

發(fā)動機故障指示燈點亮，說明發(fā)動機控制單元內(nèi)存儲了故障碼。連接本田專用診斷儀，在發(fā)動機控制單元內(nèi)發(fā)現(xiàn)故障碼P0135-空燃比(A/F)傳感器(傳感器1)加熱器電路故障，而且是永久性故障碼。

為了降低發(fā)動機尾氣對環(huán)境的影響，汽車排氣系統(tǒng)安裝了尾氣凈化裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。加熱三元催化轉(zhuǎn)換器(WUTWC)與三元催化轉(zhuǎn)換器(TWC)的作用是通過氧化-還原反應(yīng)，將廢氣中的碳氫化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化合物(NOx)轉(zhuǎn)換成二氧化碳(CO2)、氮氣(N2)和水蒸氣。

圖2 發(fā)動機尾氣處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

A/F空燃比傳感器(圖3)安裝在加熱三元催化轉(zhuǎn)換器(WU-TWC)的上游，將信號傳送至改變噴油持續(xù)時間的發(fā)動機控制單元ECM。安裝在WU-TWC下游的氧傳感器監(jiān)測加熱三元催化轉(zhuǎn)換器(WU-TWC)下游廢氣中的氧含量，并將氧含量信號發(fā)送至ECM，發(fā)動機控制單元ECM根據(jù)接收的信號改變?nèi)加蛧娚鋾r間。為穩(wěn)定傳感器的輸出，傳感器內(nèi)裝有一個加熱器。發(fā)動機控制單元ECM對氧傳感器的輸出信號和A/F空燃比傳感器的輸出信號進行比較，從而確定催化效率。

圖3 空燃比傳感器結(jié)構(gòu)

無論是空燃比傳感器還是氧傳感器，它們要正常的工作，就必須要達到正常的工作溫度(200～400℃)。要達到這個溫度，僅僅依靠排氣系統(tǒng)的熱量顯然是不夠的，尤其是冷車狀態(tài)下，而需要發(fā)動機電腦對加熱器下達對這兩個傳感器進行加熱的指令。

由此可以看出，導(dǎo)致空燃比傳感器和氧傳感器無法加熱的可能原因有：加熱器自身故障、加熱器電源故障、傳感器到發(fā)動機控制單元之間的線路故障、發(fā)動機電腦內(nèi)部故障。

本著“先易后難”的診斷原則，首先測量空燃比傳感器加熱器的電阻，為4.8Ω，正常。在打開點火鑰匙的情況下，測量空燃比傳感器的4號腳，有12V的電源電壓，說明傳感器加熱線圈的供電部分沒有問題。進一步檢測發(fā)現(xiàn)，空燃比A/F傳感器的3號腳和發(fā)動機電腦的C9號腳之間的線束電阻小于1Ω，正常。因此，可能的故障原因只剩下發(fā)動機電腦內(nèi)部故障。

通過上述檢查和分析，再結(jié)合故障車的實際情況，初步判斷是因為老鼠咬破空燃比傳感器的線束，導(dǎo)致空燃比傳感器的加熱器線路之間出現(xiàn)了短路，進而損壞發(fā)動機電腦。由于缺少發(fā)動機電腦內(nèi)部的資料，所以只能根據(jù)實物簡單繪出發(fā)動機電腦對加熱線路的控制圖(圖4)。圖中，電容C主要起濾波作用；電阻R1的作用是輸出反饋；電阻R2的作用是加熱器電流檢測；電阻R3的作用是下拉電阻，因為場效應(yīng)管的G極不能懸空，否則G、S容易過壓擊穿；D/A是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；CPU是電腦板的核心部件，接收信號進行計算后輸出控制信號；場效應(yīng)管的型號220N06，N溝道型，接收CPU的控制，對空燃比傳感器進行加熱。

圖4 發(fā)動機電腦內(nèi)部簡圖

場效應(yīng)管有三個極，分別是：控制極G、漏極D、源極S。對于N溝通的場效應(yīng)管而言，導(dǎo)通條件是高電平導(dǎo)通，也就是G極電壓VG大于源極電壓VS時，D極和S極之間導(dǎo)通。場效應(yīng)管和三極管有很大的不同，它不像三極管那樣電流只能從一個方向流向另一個方向，場效應(yīng)管導(dǎo)通以后，電流可以從D極流向S極，也可以從S極流向D極。它有三種工作狀態(tài)：截止、放大和飽和。在電路中的主要作用是開關(guān)和降壓。

場效應(yīng)管分為結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)和絕緣柵場效晶體管(MOSFET)兩大類。絕緣柵場效晶體管又分為增強型(E-FET)和耗盡型(D-FET)，常見的基本上都是增強型，俗稱MOS管或者場效應(yīng)管，簡稱“場管”。場效應(yīng)管屬于電壓型控制原件，它對電壓敏感，G極與S極之間電壓差的大小，決定著D極和S極之間的導(dǎo)通程度，場管導(dǎo)通以后，其內(nèi)阻非常小，有些甚至可以達到mΩ級別，所以常用于大電流電路中。

場效應(yīng)管G極電流的大小，決定著D極和S極的導(dǎo)通速度，而D極和S極的導(dǎo)通程度則與電壓有關(guān)。三極管的b極前面需要加一個比較大的電阻進行限流，而場效應(yīng)管的G極不需要限流。因為G極不能懸空，常常需要一個小電阻，否則場效應(yīng)管容易被擊穿。

VGS小于開啟電壓時，D極與S極完全截止，即截止狀態(tài)；VGS大于開啟電壓但小于飽和電壓時，D極與S極之間導(dǎo)通，且導(dǎo)通程度隨著VGS的變大而增強，即放大狀態(tài)；VGS大到一定程度時，D極與S極導(dǎo)通程度無法再增強，即飽和狀態(tài)。此時D極與S極之間的電阻用RDSON來表示，例如：RDSON1.8-2.2表示場效應(yīng)管導(dǎo)通以后的電阻為1.8～2.2Ω，當然，不同型號的場效應(yīng)管，D極與S極之間的電阻也是不一樣的。

如果不給場效應(yīng)管的G極增加下拉電阻，在G極的輸入信號斷開時，G極將處于懸空狀態(tài)，在D、G極和G、S之間因為存在電容效應(yīng)，場管有可能不受控制，VDS電壓過高時，容易損壞。增加下拉電阻可以避免這種情況的發(fā)生。場管G極前的電阻要求比較小，不能換大電阻也不能直連。因為G、S極之間是一個等效電容，電阻過大容易導(dǎo)致充電導(dǎo)通的時間變慢，如果沒有電阻，則G、S極直連，容易被擊穿。

通過上述分析可以看出，發(fā)動機電腦輸出控制信號經(jīng)過電阻R3以后到達G極，使得D極和S極之間導(dǎo)通，電流流過空燃比A/F傳感器的加熱器以后，到達場效應(yīng)管的D極、S極，再經(jīng)過電阻R2后接地，完成空燃比傳感器的加熱。也是采用占空比的形式對加熱器進行控制。在發(fā)動機處于冷車狀態(tài)時，加熱頻率較高，甚至是持續(xù)加熱，在熱車以后，則根據(jù)信號的輸入和計算，降低加熱頻率。

查閱電路圖發(fā)現(xiàn)，空燃比傳感器輸出腳是由場效應(yīng)管(220N06)控制的，用萬用表測量場效應(yīng)管，發(fā)現(xiàn)源極S及輸出極D之間已經(jīng)開路，說明該場效應(yīng)管已經(jīng)損壞。由于找不到同型號的場效應(yīng)管進行更換，但通過查找此管的功率發(fā)現(xiàn)其與3055型場效應(yīng)管型號可通用。換上3055場效應(yīng)管后試車，故障依舊，發(fā)動機電腦的負極依舊沒有輸出。重新拆檢發(fā)動機電腦發(fā)現(xiàn)，場效應(yīng)管源極S上的電流檢測電阻也損壞了，該電阻值為無窮大，正常應(yīng)為0.056Ω。由于沒有找到相同型號的電阻，但手上剛好有R100(0.1Ω)的電阻，用2個R100電阻并聯(lián)在一起，剛好是0.05Ω。更換后裝車，發(fā)動機故障燈熄滅，再次用診斷儀檢測，發(fā)動機控制單元內(nèi)的故障碼消失，該車故障被徹底排除。

專家點評

李明權(quán)

在本案例中，故障原因是由于老鼠咬破線束，導(dǎo)致空燃比傳感器的3號腳和4號腳之間出現(xiàn)短路。發(fā)動機電腦在控制空燃比傳感器時，電路上原本有4Ω的電阻，電流大約為3A，短路后加熱器的電阻幾乎為0，電流隨之變得非常大，導(dǎo)致場效應(yīng)管和電阻R2直接燒毀。

在本案例中，作者用場效應(yīng)管和電阻，就為車主節(jié)省了4000多元的修車費用。目前，在維修汽車電腦板的過程中，也面臨著很多的困難，如：資料匱乏、電子元器件難以替換等，這些都是大家需要面對和克服的問題。唯一的辦法就是像本文作者一樣，努力學習，積極想辦法，一定要堅信辦法總比困難多。