汽车故障诊断（一）

宁波市机动车维修行业协会 李 方

宁波市鄞州职业高级中学 孙航雨，孟华霞

汽车故障诊断是教学过程中技术含量较高、难度较大的一个项目，故障诊断能力由基础知识、逻辑思维能力、操作技能构成，是评价汽车维修人员水平高低的关键性指标。如何提高汽车故障诊断能力，对汽车维修人员或学习汽车维修的学员都至关重要。

汽车故障诊断就是根据汽车的故障症状，在尽可能不解体的前提下确定其故障原因。以发动机为例，故障可分为异响故障、功能故障和性能故障。功能和性能故障的根本原因都与燃烧有关，所以诊断发动机功能、性能故障的终极目标，就是找出造成燃烧三要素的要素缺失或比例不当的根本原因所在。图1为一般汽车故障诊断的流程图。

汽车故障诊断的方法有很多，应该根据故障症状的产生机理，运用知识和经验来确定应该关注哪些参数和用什么手段获取。对通过不同手段获取的参数进行分析是故障诊断的方法之一，现常用的手段有故障代码分析、数据流分析、波形分析、压力分析、尾气分析、温度分析、电气或功能检测等。采用什么诊断手段，要依据体验到的故障症状来确定。各种故障诊断手段可单独使用，有时则需要几种配合，才能事半功倍。如果能掌握足够的专业知识，并具有正确的逻辑思维能力，就能熟练灵活运用不同的诊断方法，从而提高故障诊断的效率。

在故障诊断实践中，有时也会出现实际故障症状与检测到的数据相悖的情况，我们应该以客观存在的故障症状作为判断的依据。因为实际故障症状是客观存在的，而检测到的数据则有可能因为检测方法的原因出现偏差，或者是我们对数据的理解出现错误。本文以别克威朗车为例介绍汽车故障诊断中常用的方法。

1　故障代码分析

1.1　名词定义

（1）车载诊断系统（On Board Diagnosis）简称OBD。

（2）诊断故障代码（Diagnostic Trouble Code）简称DTC。

（3）冻结数据帧（Freeze Frame）简称冻结数据帧。

（4）故障指示灯（Malfunction Indicator Lamp ）简称MIL。

（5）检测到缺火（Misfire Detected）简称缺火。

2　DTC概述

汽车电子化程度的提高，在优化汽车技术性能的同时，也使得汽车的控制系统变得越来越复杂，这些复杂的电子装置一旦出现故障，将给诊断带来很大的困难。为了迅速诊断故障，提高维修效率，汽车故障自诊断系统（OBD）应运而生。

DTC的产生是基于控制单元的OBD功能，OBD对汽车控制系统各部分工作状态进行自动检查和监测。当OBD检测到故障时，将故障信息存入存储器，当满足一定的条件，仪表板上的MIL灯就点亮以警告车主。即使点火开关断开，故障信息仍将保留在存储器中。

3　DTC的类型

3.1　DTC根据对排放的影响或对系统的危害严重程度分类

（1）A类。对排放的影响或对系统的危害较大。在首次进行诊断监测时，当与排放有关诊断运行未通过时，则点亮MIL灯。例如，当别克威朗车发动机控制模块检测到高压燃油泵执行器高电平控制电路开路并持续约4 s，设置DTC P00C8。P00C8就是A类DTC。A类DTC的设定使用单程检测逻辑。

（2）B类。对排放的影响或对系统的危害较小。在首次进行诊断监测时，当与排放有关诊断运行未通过时，OBD记录与排放有关的冻结数据帧/故障记录。如果在第2个连续循环中还不能通过，OBD将更新冻结数据帧/故障记录。B类DTC的设定使用双程检测逻辑。

如果控制模块在连续2个循环过程中检测到低水平或影响排放水平的缺火故障，则点亮MIL灯；如果控制模块检测到高水平或可损坏催化器的缺火故障，则故障指示灯以1次/s的速率闪烁。

（3）C类。与排放无关。当诊断首次运行与排放无关且未通过时，OBD在存储器中储存DTC信息，MIL灯不点亮。OBD将此信息存储在故障记录中（冻结数据帧）。别克威朗车发动机OBD检测到爆震传感器信号性能因发动机每个气缸过度爆震而超出了正常标定范围时，设定DTC P0324。P0324为C类DTC。

3.2　历史DTC与当前DTC。

当前DTC是当前存在的故障所产生的DTC。历史DTC是过去曾经发生过的，但当前没有发生的故障所产生的还未被清除的DTC。冻结数据帧记录了DTC设定时的场景，要重现故障时，应该根据冻结数据帧显示的DTC设定时的场景运行车辆。有时可能需要很长时间来重现DTC，或需要人为地创造可重现故障的条件，如加热、振动等。

4　DTC运行条件

DTC运行需要满足一定条件，例如别克威朗车DTC P0171/P0172的运行DTC的条件要求为：发动机需要处于闭环状态下、催化剂监测器诊断干扰测试和后加热型氧传感器诊断干扰测试及设备控制系统和蒸发排放泄漏测试未激活、进气温度和发动机冷却液温度在-20 ℃～+150 ℃、燃油油位高于10%且不存在油位传感器故障等。

5　DTC设定条件的判断方法

目前自诊断系统对故障的确认有以下4种方法。

5.1　值域判定法

值域判定法是指根据传感器输出信号的范围是否超过规定的数值范围来判断是否有故障。别克威朗车冷却液温度传感器的正常值在-39 ℃～149 ℃。当超出此值域范围并持续5 s以上，发动机控制单元就会设定DTC P0117/P0118。通常DTC的设定方法中值域和时域是同时应用的。

5.2　时域判定法

当控制单元检测时发现某一输入信号在一定的时间内没有发生变化或变化没有达到预先规定的次数时，自诊断系统就确定该信号出现故障。例如别克威朗车加热型氧传感器用于燃油控制和后催化剂监测。进入闭环模式后，前加热型氧传感器电压应该在40 mV～1 000 mV变化，且每10 s变化8次以上。当发动机控制模块检测到加热型氧传感器电压低于40 mV并持续40 s以上，就会设定DTC P0131或P0137。发动机控制模块检测到加热型氧传感器电压高于1 050 mV并持续10 s以上，就会设定DTC P0132或P0138。

5.3　功能判定法

当发动机控制单元给执行器发出动作指令后，检测相应传感器的输出参数变化，若传感器输出信号没有按照程序规定的参数变化，就确认出现故障。例如别克威朗车发动机控制单元利用曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的信号来确定发动机某缸缺火。发动机控制单元通过检测各气缸曲轴角速度的变化，可以检测各气缸的缺火事件。当发动机正常情况下，曲轴位置传感器的角速度信号，是随着各气缸的做功有周期性的加速、减速变化。当发动机控制单元检测到曲轴角速度的变化不正常时，就表明某气缸不工作。当缺火率足以引起排放超出预定数值，就会产生DTC P030X。

5.4　逻辑判定法

发动机控制单元对两个相关的传感器进行数据比较，当发现两个传感器信号之间的逻辑关系违反设定条件时，就断定其一定有故障。例如：发动机的曲轴位置信号与凸轮轴位置信号有一定的逻辑关系，当控制单元检测到发动机的曲轴位置信号与凸轮轴位置信号不符合这一关系时，则判定曲轴位置信号或凸轮轴位置信号故障。别克威朗车的OBD如果检测到凸轮轴相对于曲轴提前量大于8º或延迟量大于9º，就会设定DTC P0016或P0017。

从实际故障发生到DTC设定后的流程：实际故障发生→符合DTC运行条件→满足DTC设置条件→记录DTC及冻结数据帧→启用失效保护功能及故障运行模式。

6　DTC设定后ECU的应对策略

（1）EURO-OBD规范要求车载计算机在检测到排放系统零部件、传动系统控制零部件（影响车辆排放）存在故障时，点亮仪表板上的MIL灯。此外ISO 15765-4中规定的相应DTC记录在计算机存储器中。如果在3个连续点火循环中未重复出现故障，则MIL灯自动熄灭，但DTC还会记录在存储器中。

（2）启动失效保护功能。失效保护模式是指电控单元在检测到故障并记录故障代码后，为保护系统及行驶安全，系统进入的一种安全保护模式，以使车辆能够暂时行驶。但不同车系的控制系统，失效保护操作不同。下文以别克威朗车和丰田卡罗拉车发动机节气门电控系统故障进入失效保护模式后的失效保护操作。

1）丰田卡罗拉车节气门电控系统故障。节气门电控系统出现故障后，可产生故障代码P0120、故障代码P0122、故障代码P0123、故障代码P0220、故障代码P0222、故障代码P0223、故障代码P2135、故障代码P0121、故障代码P2102、故障代码P2103、故障代码P2111、故障代码P2112、故障代码P2118、故障代码P2119等，这其中的任意一个DTC被存储，电控单元都将进入失效保护模式。在失效保护模式下，电控单元切断通往节气门执行器的电流，并且节气门被复位弹簧拉回到6º的开度位置（紧急停止位），然后电控单元根据加速踏板开度控制燃油喷射和点火正时以调整发动机输出，以确保车辆维持最低车速，如果加速踏板被轻轻踩下，汽车能缓慢行驶。

2）别克威朗车节气门电控系统故障。别克威朗车节气门电控系统出现DTC P0121时，发动机电控单元都将进入失效保护模式。在失效保护模式下，发动机电控单元会关闭发动机运行。起动机不能运转，发动机无法起动，防止车辆行驶发生安全事故。

（3）启动容错模式（故障运行模式）。DTC设定后发动机控制单元将启动故障运行模式。例如MAF已经设定了DTC，发动机控制单元将用其他方式获取原来由MAF提供的进气量信息，如可用TPS或MAP信号替代MAF获取进气量信息。虽然替代MAF获取的进气量信息没有MAF正常时提供的信息精确，但至少能维持发动机基本运行。

（4）记录冻结数据帧。冻结数据帧记录了DTC设定时的车辆运行状态（如车速、发动机转速、冷却液温度等）。存储DTC时，OBD将车辆运行状态信息记录为冻结数据帧。冻结数据帧对故障诊断有很大的帮助，要故障再现，应该在冻结数据帧记录的车辆运行状态下运行车辆。维修结束前也应该在冻结数据帧记录的车辆运行状态下运行车辆以验证维修效果。

丰田卡罗拉车发动机控制单元以冻结数据帧的形式每0.5 s记录1次发动机状况。使用故障检测仪，可检查5 组独立的冻结数据帧，即DTC设置前的3组数据、DTC设置时的1组数据、DTC设置后的1组数据。这些组数据可以用于模拟故障出现前后的车辆状况。这些数据有助于识别故障原因，以及判断故障是否属于暂时故障。

7　清除DTC的条件

下文以别克威朗车清除DTC的条件为例，进行阐述。

（1）清除A类或B类DTC的条件。在4个连续点火循环中诊断运行并成功通过后，发动机控制单元将熄灭MIL灯；当诊断运行并通过时，则清除当前DTC（即上次测试未通过的DTC）；如果在连续40个预热循环中，该诊断以及其他和排放有关的诊断都成功通过了测试，则清除历史DTC（用故障检测仪熄灭MIL灯并清除DTC）。

（2）清除C类DTC的条件。当诊断运行并且通过时，清除当前DTC（即上次测试失败的DTC）；如果在连续40个预热循环中，该诊断以及其他和非排放有关的诊断都成功通过了测试，则清除历史DTC（用故障检测仪清除DTC） 。

据DTC产生的机理，有些DTC指向明确，有些DTC指向是性能范围，还有些DTC指向某种状态。了解DTC运行及设定条件，以便通过DTC做出正确的判断显得至关重要。因此必须熟悉掌握DTC的含义以及DTC运行条件和设定机理。

汽车自诊断系统虽然功能日益强大，但是由于以下原因，故障诊断不能完全依赖汽车的自诊断系统。

（1）不是所有会导致发动机故障的元件都被自诊断系统监控。

（2）被自诊断系统监控的元件不是在所有的时间里都被监控。

（3）自诊断系统不能识别被监控元件的所有故障形态（如传感器信号失真）。

（4）自诊断系统的判断原则有一定的局限性。

因此我们要认识到DTC对故障诊断的作用是有限的。发动机的故障不一定都会出现DTC，有DTC也不一定直接指向故障点。