汽車故障診斷（一）

寧波市機動車維修行業(yè)協(xié)會 李 方

寧波市鄞州職業(yè)高級中學 孫航雨，孟華霞

汽車故障診斷是教學過程中技術(shù)含量較高、難度較大的一個項目，故障診斷能力由基礎(chǔ)知識、邏輯思維能力、操作技能構(gòu)成，是評價汽車維修人員水平高低的關(guān)鍵性指標。如何提高汽車故障診斷能力，對汽車維修人員或?qū)W習汽車維修的學員都至關(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)動機為例，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)動機功能、性能故障的終極目標，就是找出造成燃燒三要素的要素缺失或比例不當?shù)母驹蛩?。圖1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)生機理，運用知識和經(jīng)驗來確定應(yīng)該關(guān)注哪些參數(shù)和用什么手段獲取。對通過不同手段獲取的參數(shù)進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、電氣或功能檢測等。采用什么診斷手段，要依據(jù)體驗到的故障癥狀來確定。各種故障診斷手段可單獨使用，有時則需要幾種配合，才能事半功倍。如果能掌握足夠的專業(yè)知識，并具有正確的邏輯思維能力，就能熟練靈活運用不同的診斷方法，從而提高故障診斷的效率。

在故障診斷實踐中，有時也會出現(xiàn)實際故障癥狀與檢測到的數(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)。因為實際故障癥狀是客觀存在的，而檢測到的數(shù)據(jù)則有可能因為檢測方法的原因出現(xiàn)偏差，或者是我們對數(shù)據(jù)的理解出現(xiàn)錯誤。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）簡稱OBD。

（2）診斷故障代碼（Diagnostic Trouble Code）簡稱DTC。

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

（4）故障指示燈（Malfunction Indicator Lamp ）簡稱MIL。

（5）檢測到缺火（Misfire Detected）簡稱缺火。

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，也使得汽車的控制系統(tǒng)變得越來越復(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)運而生。

DTC的產(chǎn)生是基于控制單元的OBD功能，OBD對汽車控制系統(tǒng)各部分工作狀態(tài)進行自動檢查和監(jiān)測。當OBD檢測到故障時，將故障信息存入存儲器，當滿足一定的條件，儀表板上的MIL燈就點亮以警告車主。即使點火開關(guān)斷開，故障信息仍將保留在存儲器中。

3　DTC的類型

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

（1）A類。對排放的影響或?qū)ο到y(tǒng)的危害較大。在首次進行診斷監(jiān)測時，當與排放有關(guān)診斷運行未通過時，則點亮MIL燈。例如，當別克威朗車發(fā)動機控制模塊檢測到高壓燃油泵執(zhí)行器高電平控制電路開路并持續(xù)約4 s，設(shè)置DTC P00C8。P00C8就是A類DTC。A類DTC的設(shè)定使用單程檢測邏輯。

（2）B類。對排放的影響或?qū)ο到y(tǒng)的危害較小。在首次進行診斷監(jiān)測時，當與排放有關(guān)診斷運行未通過時，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個連續(xù)循環(huán)中還不能通過，OBD將更新凍結(jié)數(shù)據(jù)幀/故障記錄。B類DTC的設(shè)定使用雙程檢測邏輯。

如果控制模塊在連續(xù)2個循環(huán)過程中檢測到低水平或影響排放水平的缺火故障，則點亮MIL燈；如果控制模塊檢測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。與排放無關(guān)。當診斷首次運行與排放無關(guān)且未通過時，OBD在存儲器中儲存DTC信息，MIL燈不點亮。OBD將此信息存儲在故障記錄中（凍結(jié)數(shù)據(jù)幀）。別克威朗車發(fā)動機OBD檢測到爆震傳感器信號性能因發(fā)動機每個氣缸過度爆震而超出了正常標定范圍時，設(shè)定DTC P0324。P0324為C類DTC。

3.2　歷史DTC與當前DTC。

當前DTC是當前存在的故障所產(chǎn)生的DTC。歷史DTC是過去曾經(jīng)發(fā)生過的，但當前沒有發(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)定時的場景，要重現(xiàn)故障時，應(yīng)該根據(jù)凍結(jié)數(shù)據(jù)幀顯示的DTC設(shè)定時的場景運行車輛。有時可能需要很長時間來重現(xiàn)DTC，或需要人為地創(chuàng)造可重現(xiàn)故障的條件，如加熱、振動等。

4　DTC運行條件

DTC運行需要滿足一定條件，例如別克威朗車DTC P0171/P0172的運行DTC的條件要求為：發(fā)動機需要處于閉環(huán)狀態(tài)下、催化劑監(jiān)測器診斷干擾測試和后加熱型氧傳感器診斷干擾測試及設(shè)備控制系統(tǒng)和蒸發(fā)排放泄漏測試未激活、進氣溫度和發(fā)動機冷卻液溫度在-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)對故障的確認有以下4種方法。

5.1　值域判定法

值域判定法是指根據(jù)傳感器輸出信號的范圍是否超過規(guī)定的數(shù)值范圍來判斷是否有故障。別克威朗車冷卻液溫度傳感器的正常值在-39 ℃～149 ℃。當超出此值域范圍并持續(xù)5 s以上，發(fā)動機控制單元就會設(shè)定DTC P0117/P0118。通常DTC的設(shè)定方法中值域和時域是同時應(yīng)用的。

5.2　時域判定法

當控制單元檢測時發(fā)現(xiàn)某一輸入信號在一定的時間內(nèi)沒有發(fā)生變化或變化沒有達到預(yù)先規(guī)定的次數(shù)時，自診斷系統(tǒng)就確定該信號出現(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。進入閉環(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。當發(fā)動機控制模塊檢測到加熱型氧傳感器電壓低于40 mV并持續(xù)40 s以上，就會設(shè)定DTC P0131或P0137。發(fā)動機控制模塊檢測到加熱型氧傳感器電壓高于1 050 mV并持續(xù)10 s以上，就會設(shè)定DTC P0132或P0138。

5.3　功能判定法

當發(fā)動機控制單元給執(zhí)行器發(fā)出動作指令后，檢測相應(yīng)傳感器的輸出參數(shù)變化，若傳感器輸出信號沒有按照程序規(guī)定的參數(shù)變化，就確認出現(xiàn)故障。例如別克威朗車發(fā)動機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來確定發(fā)動機某缸缺火。發(fā)動機控制單元通過檢測各氣缸曲軸角速度的變化，可以檢測各氣缸的缺火事件。當發(fā)動機正常情況下，曲軸位置傳感器的角速度信號，是隨著各氣缸的做功有周期性的加速、減速變化。當發(fā)動機控制單元檢測到曲軸角速度的變化不正常時，就表明某氣缸不工作。當缺火率足以引起排放超出預(yù)定數(shù)值，就會產(chǎn)生DTC P030X。

5.4　邏輯判定法

發(fā)動機控制單元對兩個相關(guān)的傳感器進行數(shù)據(jù)比較，當發(fā)現(xiàn)兩個傳感器信號之間的邏輯關(guān)系違反設(shè)定條件時，就斷定其一定有故障。例如：發(fā)動機的曲軸位置信號與凸輪軸位置信號有一定的邏輯關(guān)系，當控制單元檢測到發(fā)動機的曲軸位置信號與凸輪軸位置信號不符合這一關(guān)系時，則判定曲軸位置信號或凸輪軸位置信號故障。別克威朗車的OBD如果檢測到凸輪軸相對于曲軸提前量大于8o或延遲量大于9o，就會設(shè)定DTC P0016或P0017。

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

6　DTC設(shè)定后ECU的應(yīng)對策略

（1）EURO-OBD規(guī)范要求車載計算機在檢測到排放系統(tǒng)零部件、傳動系統(tǒng)控制零部件（影響車輛排放）存在故障時，點亮儀表板上的MIL燈。此外ISO 15765-4中規(guī)定的相應(yīng)DTC記錄在計算機存儲器中。如果在3個連續(xù)點火循環(huán)中未重復(fù)出現(xiàn)故障，則MIL燈自動熄滅，但DTC還會記錄在存儲器中。

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

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DTC被存儲，電控單元都將進入失效保護模式。在失效保護模式下，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的開度位置（緊急停止位），然后電控單元根據(jù)加速踏板開度控制燃油噴射和點火正時以調(diào)整發(fā)動機輸出，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，發(fā)動機電控單元都將進入失效保護模式。在失效保護模式下，發(fā)動機電控單元會關(guān)閉發(fā)動機運行。起動機不能運轉(zhuǎn)，發(fā)動機無法起動，防止車輛行駛發(fā)生安全事故。

（3）啟動容錯模式（故障運行模式）。DTC設(shè)定后發(fā)動機控制單元將啟動故障運行模式。例如MAF已經(jīng)設(shè)定了DTC，發(fā)動機控制單元將用其他方式獲取原來由MAF提供的進氣量信息，如可用TPS或MAP信號替代MAF獲取進氣量信息。雖然替代MAF獲取的進氣量信息沒有MAF正常時提供的信息精確，但至少能維持發(fā)動機基本運行。

（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)定時的車輛運行狀態(tài)（如車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度等）。存儲DTC時，OBD將車輛運行狀態(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)幀記錄的車輛運行狀態(tài)下運行車輛。維修結(jié)束前也應(yīng)該在凍結(jié)數(shù)據(jù)幀記錄的車輛運行狀態(tài)下運行車輛以驗證維修效果。

豐田卡羅拉車發(fā)動機控制單元以凍結(jié)數(shù)據(jù)幀的形式每0.5 s記錄1次發(fā)動機狀況。使用故障檢測儀，可檢查5 組獨立的凍結(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)有助于識別故障原因，以及判斷故障是否屬于暫時故障。

7　清除DTC的條件

下文以別克威朗車清除DTC的條件為例，進行闡述。

（1）清除A類或B類DTC的條件。在4個連續(xù)點火循環(huán)中診斷運行并成功通過后，發(fā)動機控制單元將熄滅MIL燈；當診斷運行并通過時，則清除當前DTC（即上次測試未通過的DTC）；如果在連續(xù)40個預(yù)熱循環(huán)中，該診斷以及其他和排放有關(guān)的診斷都成功通過了測試，則清除歷史DTC（用故障檢測儀熄滅MIL燈并清除DTC）。

（2）清除C類DTC的條件。當診斷運行并且通過時，清除當前DTC（即上次測試失敗的DTC）；如果在連續(xù)40個預(yù)熱循環(huán)中，該診斷以及其他和非排放有關(guān)的診斷都成功通過了測試，則清除歷史DTC（用故障檢測儀清除DTC） 。

據(jù)DTC產(chǎn)生的機理，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運行及設(shè)定條件，以便通過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運行條件和設(shè)定機理。

汽車自診斷系統(tǒng)雖然功能日益強大，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）不是所有會導(dǎo)致發(fā)動機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間里都被監(jiān)控。

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

（4）自診斷系統(tǒng)的判斷原則有一定的局限性。

因此我們要認識到DTC對故障診斷的作用是有限的。發(fā)動機的故障不一定都會出現(xiàn)DTC，有DTC也不一定直接指向故障點。