电控柴油机功率不足故障诊断与排除

【学习目标】

1.能描述汽车功率不足的影响因素

2.能描述发动机功率不足的影响因素

3.能描述发动机功率不足故障诊断思路

4.能诊断与排除冷却液温度传感器电路故障

【工作任务】

一辆装备长城GW2.8TC电控柴油机的汽车在使用中出现功率不足的故障现象，使用故障诊断仪初步检测后发现冷却液温度传感器电路存在故障。维修人员需要在充分分析长城GW2.8TC型柴油机电控系统控制电路的基础上，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）认识汽车功率不足的影响因素；

（2）了解柴油发动机功率不足的影响因素；

（3）了解发动机功率不足的故障诊断思路；

（4）诊断与排除冷却液温度传感器电路故障。

【相关理论】

一、汽车功率不足的影响因素

动力不足是系统性问题。如图4-2-1所示，从喷油器喷出燃油开始，到最终转化为驾驶员能感知的车轮输出扭矩，中间经历了很多环节，是多个系统共同作用的环节，源头以及中间任何一个环节出问题都会导致整车动力不足。影响汽车动力不足的因素如下。

图4-2-1　汽车功率不足的影响因素　（a）汽车功率转换与输出路径；（b）汽车功率转换与输出环节功率损耗相关因素

1.用户使用因素

用户使用因素是诊断汽车功率不足的首要检查项目，主要原因有：不做保养、不正确的使用多态开关、严重超载、选择挡位不当、随意改装（改变后桥比或轮胎、胎压异常、轮胎磨损）、使用不合格的燃油等。在日常维修工作中，重点考虑这两个因素：

（1）多态开关使用不当。

多态开关也叫加油开关、多功率省油开关等，可实现重载、中载、空载。以配备WP10.336发动机的重卡为例（见图4-2-2），司机可根据不同路况、不同载货量，选择重载、中载、空载三种不同功率输出模式，达到省油目的。如果选配不当，驾驶员就会感觉动力不足。

图4-2-2　WP多功率省油开关

（2）使用不合格燃油。

燃油品质对发动机燃油系统以及后处理系统影响很大，会导致燃油系统、油泵、喷油器损坏，而且还会导致后处理SCR反应箱“中毒”，造成催化效率下降等。尤其注意的是，满足国四排放标准的燃油和满足国三排放标准的燃油油品是不一样的，如果满足国四排放标准的汽车长期使用仅满足国三排放甚至标准更低的燃油，会造成催化器中毒，反应效率下降，排放超标，发动机限扭等问题。合格的燃油应当透明，没有悬浮和沉降的水分及机械杂质，颜色为浅绿到淡黄；而劣质柴油颜色较深，呈棕褐色或黑色。

2.匹配原因

汽车整车匹配涉及发动机、变速箱、车桥等，整车匹配是汽车研发中的工作，很多车主为了多拉货，私自改装变速箱、车桥、轮胎等，排查汽车功率不足故障时一定要询问客户。私自改装会导致匹配不当，匹配不当经常出现爬坡无力，平路速度快。

3.轮胎异常

在日常维修实践中，轮胎方面最常见的是车主私自改装轮胎，加大轮胎规格。加大轮胎规格不仅会造成油耗上升，还会造成动力异常等。同样胎压异常，以及轮胎长期使用磨损，都会造成油耗上升，动力异常。排查的时候，注意一将实车的轮胎型号和出厂的标准型号对比，查看胎压以及磨损程度。

4.底盘制动系统

制动系统异常，制动时有拖滞感觉，紧急制动快速抱死，平常行车可能会加速无力，通常是因为制动间隙过小，排查时比照标注制动间隙进行排查。如果整车的ASR（防滑系统）报警灯亮，说明ASR存在故障，进入车辆降扭保护状态，需要排查相应的故障。

5.发动机功率不足

发动机功率不足是导致汽车功率不足的主要原因，常见故障原因有气路故障、油路故障、后处理故障、电路故障和发动机机械故障。

二、发动机功率不足的影响因素

1.气路

气路排查主要从进气压力小及排气背压过大两个方面入手，排查时从源头开始，一段一段排查。气路系统常见故障如图4-2-3所示。

图4-2-3　引起发动机功率不足的气路故障点

2.油路故障

油路系统常见故障如图4-2-4所示。

图4-2-4　引起发动机功率不足的油路故障点

3.尾气后处理系统故障

满足国四排放标准的后处理故障有一部分是限制扭矩的，后处理的故障一定要引起重视。有些后处理的故障，即使已经修复，发动机动力也不会立刻恢复，需要经过一定工作循环，或者执行一系列的测试。

4.电路故障

对于有故障码的，故障码优先。对于没故障码的，传感器拔下来观察是否有腐蚀锈蚀退针等现象，接头是否松动，ECU供电搭铁是否正常。引起发动机功率不足的电路常见故障是传感器信号偏移，导致喷油量异常。常见的导致动力不足的传感器有一轨压传感器、进气温度压力传感器、机油温度压力传感器、车速传感器、冷却液温度传感器、曲轴/凸轮轴位置传感器等，排查的时候可以拔掉相关传感器试车。

5.发动机机械系统故障

发动机机械系统是发动机的动力源，其可能故障点非常多，常见的故障点如图4-2-5所示。

图4-2-5　引起发动机功率不足的机械系统故障点

三、发动机功率不足故障诊断思路

发动机功率不足表现为动力不足、加速不良或爬坡费劲，导致该故障的原因多种多样。但是，发动机的动力大小取决于发动机最终的喷油量的大小，而发动机的最终喷油量由发动机的基本运行策略控制。柴油机一般是基于扭拒来进行喷油器的设定，扭拒来源于加速踏板的开度，即油门踏板的信号决定了柴油机需求的喷油量，但为了保证车辆的运行，该喷油量还需要很多保护措施进行限制，如烟度限制、最大扭拒限制、最高转速限制、过热保护等。如图4-2-6所示。

图4-2-6　柴油发动机燃油控制策略

在实际维修过程中如果无故障代码显示，需要维修人员根据发动机运行时的基本数据流来分析根本原因。根据发动机的运行策略，在分析发动机功率不足时需要从以下几个发动机运行数据进行考虑：

1.加速踏板开度

喷油量的初始值来源于加速踏板开度对应的扭拒需求，所以当加速踏板的实际开度不准确或者无法到达最大位置时，车辆的表现为动力不足。发动机ECU根据加速踏板位置传感器检测加速踏板开度，加速踏板位置传感器内部电路如图4-2-7所示，其检测方法如下：

图4-2-7　加速踏板位置传感器内部简易电路

1）检测加速踏板位置传感器端子4/6对搭铁电压。加速踏板未踩下时，电压参考值为0.95V/0.47V；加速踏板踩到最大时，电压参考值为3.49V/1.75V。

2）通过故障诊断仪读取加速踏板的开度。加速踏板未踩下时，数据值正常为0%；加速踏板踩到底时，数据值正常为100%。

3）如果信号出现异常应重点检测加速踏板是否失效，加速踏板安装位置是否被异物堵塞；加速踏板线束是否存在信号干扰。

2.温度信号

为了保护发动机不过热，发动机ECU通过监测发动机冷却液温度、进气温度、机油温度、燃油温度来对最终喷油量进行限制。

（1）冷却液温度信号。

冷却液温度信号由冷却液温度传感器检测，当冷却液温度超过100℃时，发动机的喷油量将逐步减少，此时发动机表现为动力不足。当冷却液温度超过120℃时，发动机将停机。

1）检测方法：正常车辆热机后使用故障诊断仪读取冷却液温度数据，数据值小于90℃时说明冷却液温度传感器正常。

2）冷却液温度传感器信号异常应重点检测冷却液温度传感器是否失效、发动机冷却系故障导致发动机冷却液温度过高、冷却液温度传感器线束导致信号干扰。

（2）进气温度信号。

发动机ECU通过进气温度传感器信号检测进气温度。当进气温度超过80℃时，发动机ECU将控制喷油量逐步减少，此时发动机表现为动力不足。当进气温度超过120℃时，发动机将停机。

1）检测方法：正常热机时使用故障诊断仪检测进气温度数值，正常时数据值应小于80℃。

2）进气温度传感器信号异常应重点检测增压压力传感器是否失效、进气温度是否过高、是否存在信号干扰等。

（3）机油温度信号。

发动机ECU通过机油温度传感器检测机油温度。当机油温度超过110℃时，ECU将控制发动机喷油量逐步减少，此时发动机表现为动力不足。当机油温度超过125℃时，发动机将停机。

1）检测方法：正常热机时使用故障诊断仪检测机油温度数值，正常时数据值应小于110℃。

2）机油温度传感器信号异常应重点检测机油温度传感器是否失效、发动机机油温度是否超高、机油温度传感器是否存在信号干扰。

3.增压压力信号

发动机ECU通过监测进气压力来限制最终喷油量，以保证燃油的充分燃烧，不冒黑烟。当进气压力不足时，喷油量受到限制，车辆表现为动力不足。

1）检测方法：使用故障诊断仪读取增压压力数值，并与正常车辆增压压力数据流进行对比，正常车辆增压压力数据流见表4-2-1。

表4-2-1　正常车辆增压压力数据流对应表

2）增压压力信号异常应重点检测压力传感器是否被污染或失效，增压器前端管路是否堵塞，增压器前端管路是否堵塞，排气管路是否堵塞，中冷器是否堵塞，涡轮增压器是否失效。

4.发动机转速信号

发动机ECU通过曲轴位置传感器监测发动机转速。发动机在运行过程中不能超过最高转速，ECU检测到发动机转速超过最高转速时，将对喷油量进行限制，此时车辆表现为动力不足。

1）检测方法：使用故障诊断仪读取发动机转速数据流，正常时应小于2800rpm。

2）发动机转速信号异常应重点检测飞轮信号齿是否异常，曲轴位置传感器信号是否存在干扰。

5.多功能状态开关信号

多功能状态开关是为了使汽车在不同载荷下更经济地进行喷油，主要是通过标定不同的油门踏板开度对应的扭矩MAP来实现的，即ECU通过多功能状态开关的输入信号确定采用哪种MAP，在不同的MAP中，油门踏板开度对应的扭矩有区别，如在空载时对应的扭矩小，满载时对应的扭矩大。多功能状态开关内部电路如图4-2-8所示，开关打到不同挡位，对应的电阻值不同，传送给ECU的信号电压也就不同，ECU通过监控多功能状态开关输出的电压信号来判断当前使用对应的MAP进行供油，如果多功能状态开关输出的信号电压与驾驶员需求不符，车辆表现可能为动力不足。

图4-2-8　多功能状态开关内部电路图

1）检测方法：测量多功能状态开关两端电阻值，与正常多挡位开关挡位阻值进行对比。

2）多功能状态开关信号异常应重点检测多功能状态开关是否失效，多功能状态开关线束是否存在信号干扰。

6.喷油量

上述五项信号均正常，而发动机功率仍然不足时，应分析喷油量是否已经达到最大喷油量。

1）检测方法：使用故障诊断仪读取喷油量数据流，并与正常车辆最大喷油量数据流进行对比，正常车辆最大喷油器参考值见表4-2-2。

表4-2-2　正常车辆最大喷油量数据流一览表

2）当喷油量与最大喷油量相等时，发动机依然动力不足，应重点检查喷油器是否失效；喷油器线束电阻是否过大；气门间隙是否过大；喷射角度是否正确。

【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4-2-3。

表4-2-3　实训设备及工具材料

续　表

【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、诊断与排除冷却液温度传感器电路故障

1.冷却液温度传感器电路分析

如图4-2-9所示，冷却液温度传感器电路由发动机控制模块、冷却液温度传感器和连接线路组成。发动机控制模块（ECU）通过线路460提供低电平参考电压，通过线路459检测冷却液温度信号。发动机冷却液温度（ECT）传感器是一个测量发动机冷却液温度的可变电阻，当冷却液温度发生变化时，冷却液温度传感器电阻变化，发动机控制模块ECU根据通过检测线路427的电压来判断冷却液温度。

2.冷却液温度传感器电路故障诊断与排除

1）将点火开关置于“OFF（关闭）”位置并且关闭所有车辆系统，断开冷却液温度传感器处的线束连接器。

图4-2-9　冷却液温度传感器电路

2）测试线路460（冷却液温度传感器端）和搭铁之间的电阻是否小于10Ω。

注意：如果电阻等于或高于10Ω，则将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，断开发动机控制模块的线束连接器，测试线路460端对端的电阻是否小于2Ω。如果为2Ω或更大，则修理线路460开路/电阻过大；如果小于2Ω，则更换发动机控制模块。

3）将点火开关置于“ON（打开）”位置，确认故障诊断仪的“冷却液温度传感器”参数低于－39℃。

注意：如果等于或高于－39℃，则将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，断开发动机控制模块的线束连接器，测试线路459（冷却液温度传感器端）和搭铁之间的电阻是否为无穷大。如果电阻不为无穷大，则修理线路459对搭铁短路故障；如果电阻为无穷大，则更换发动机控制模块。

4）在线路459（冷却液温度传感器端）和搭铁之间安装一条带3A保险丝的跨接线，确认故障诊断仪上的“冷却液温度传感器”参数高于140℃。

注意：①如果跨接线中的保险丝熔断，则信号电路可能对电压短路或对搭铁短路且传感器可能损坏。②如果为140℃或更低，则将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，断开发动机控制模块的线束连接器，再将点火开关置于“ON（打开）”位置，测量线路427（冷却液温度传感器端）和搭铁之间的电压是否低于1V。如果是1V或更高，则修理线路427对电压短路故障。如果低于1V，则将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，进一步测量信号电路端对端的电阻是否小于2Ω。如果为2Ω或更大，则修理线路427开路/电阻过大故障；如果小于2Ω，则更换发动机控制模块。

5）测试或更换冷却液温度传感器。

【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）能准确分析总线系统的故障原因。

4）能正确使用工具、量具。

5）排除总线系统故障过程合理。

2.配分与评分标准

配分与评分标准见表4-2-4。

表4-2-4　配分与评分标准