东风悦达起亚K5车发动机故障灯异常点亮

余姚东江名车专修厂 叶正祥

叶正祥，Tech Gear汽车诊断学院汽车免拆诊断专家，现任余姚东江名车专修厂厂长兼技术总监，被聘为哈弗汽车区域技术专家；2015年获得首届中国汽车诊断师大赛总决赛三等奖；2016年取得中国汽车工程学会汽车诊断专业领域中级工程师资格证书。

故障现象一辆2011年产东风悦达起亚K5车，搭载G4KD发动机，累计行驶里程约为4.9万km。该车之前因发动机冷却液温度过高，导致发动机出现“拉缸”现象。该车是在其他维修厂进行维修的，维修人员更换发动机机械总成（更换的是拆车件，不包括进气歧管、排气支管、传感器及执行器等）后试车，发动机怠速和加速均正常，且路试也正常；但行驶400 km左右，发动机故障灯异常点亮；用故障检测仪检测，读得故障代码P2191，含义为“高负荷状态下系统过稀（乘法）（1排）”；记录并清除故障代码，故障代码可以清除，且清除故障代码后发动机故障灯熄灭，但行驶400 km左右，发动机故障灯会再次点亮。由于发动机运行没有明显故障，维修人员在排除进气系统漏气和喷油器堵塞的可能后没有了维修思路，于是向笔者请求支援。

故障诊断接车后试车，起动发动机，发动机故障灯异常点亮，但发动机运行正常。用故障检测仪检测，发现发动机控制单元中存储了故障代码P2191，与之前维修人员的描述一致。查看维修资料，得知故障代码P2191的设置条件及可能的故障原因见表1所列。

表1 故障代码P2191的设置条件及可能的故障原因

读取发动机数据流，怠速和部分负荷时的长期燃油修正值均约为25%（图1），说明氧传感器监测到混合气过稀，发动机控制单元在减少喷油量。用尾气分析仪检测尾气，如图2所示，尾气中的HC、CO及O2的含量均较低，说明经过燃油修正后，混合气浓度正常，且燃烧的比较充分，暂时排除氧传感器有故障和排气管漏气的可能。

图1 怠速和部分负荷时的长期燃油修正值（截屏）

图2 故障车尾气检测结果

读取发动机冷却液温度和进气歧管绝对压力，发动机冷却液温度为94.50 ℃，正常；进气歧管绝对压力为29.46 kPa（正常应为32 kPa左右），偏低。将发动机熄火，进气歧管绝对压力变为100 kPa，正常；起动发动机，连接真空表，测量进气歧管的真空度，与数据流显示的一致，说明进气歧管绝对压力传感器信号正常。如果进气系统存在泄漏，泄漏的气体是可以被进气歧管绝对压力传感器检测到的，这样会使进气歧管绝对压力偏高，而该车气歧管绝对压力偏低，所以可以排除进气系统存在泄漏（包括曲轴箱强制通风阀卡滞和活性炭罐电磁阀卡滞）的可能。用燃油压力表测量燃油压力，约为3.7 bar（1 bar=100 kPa），正常。由于之前维修人员检查过喷油器，排除喷油器堵塞的可能。

诊断至此，可知该车故障原因不在表1所列的范围内，那还会有什么原因呢？连接Pico示波器（图3），如图4所示，同时采集1缸的喷油器控制信号（红色线）、点火线圈初级信号（绿色线）和气缸压力（蓝色线）。分析测得的波形，得知发动机正时、喷油正时和点火正时均正常，且点火波形和喷油波形也正常。断开氧传感器，使发动机处于故障状态，将发动机转速提升至2 000 r/min，此时用尾气分析仪检测尾气，O2含量为4.71%（图5）。大气中的O2含量约为21%，一般情况下，对于4缸发动机，若某一缸不工作，尾气中的O2含量增加约5%（21%÷4=5.25%）。从该车尾气中多出的O2含量（4.71%）来看，相当于多了1个气缸消耗的O2量。考虑到该车故障是在更换发动机机械总成后出现的，且发动机机械总成是拆车件，怀疑更换的发动机型号可能与原车不匹配。

图3 信号采集位置

图4 同时采集1缸的喷油器控制信号、点火线圈初级信号和气缸压力（截屏）

图5 断开氧传感器后检测尾气

查看维修资料得知，该车型配置有2.0 L发动机和2.4 L发动机2种型号，且这2种型号发动机的外观无明显差别，主要区别在于气缸直径和气缸行程：2.0 L发动机的气缸直径为86 mm，气缸行程为86 mm；2.4 L发动机的气缸直径为88 mm，气缸行程为97 mm。由此可知，2.4 L发动机的气缸行程比2.0 L发动机的气缸行程小11 mm，于是决定通过测量气缸行程来判断更换的发动机型号是否正确。

转动曲轴，使1缸活塞处于上止点位置，将1根直铁丝从火花塞安装孔处插入气缸，并在直铁丝上标记深度位置（图6a）；继续转动曲轴，使1缸活塞处于下止点位置，再次在直铁丝上标记深度位置（图6b）；取出直铁丝，测量2个标记之间的距离（即气缸行程），约为97 mm（图7），由此确认更换的是2.4 L发动机，而原车为2.0 L发动机，不匹配。

图6 在直铁丝上标记深度位置

图7 测量气缸行程

为什么将2.0 L发动机换成2.4 L发动机，会导致混合气过稀呢？该车没有空气流量传感器，发动机控制单元利用进气歧管绝对压力、进气温度等参数，采用速度-密度法来确定发动机循环进气量。通过速度-密度法计算发动机循环进气量的公式为m=VPnη/120RT，其中m为发动机循环进气量，单位为kg；V为发动机排量，单位为m3；P为进气歧管绝对压力，单位为Pa；n为发动机转速，单位为r/min；η为发动机充气系数；R为气体常数；T为进气温度，单位为K。由上述公式可知，发动机排量会影响发动机循环进气量，发动机排量越大，发动机循环进气量也越大。若将2.0 L发动机换成2.4 L发动机（发动机控制单元不更换），实际发动机循环进气量是2.4 L发动机的循环进气量，但发动机控制单元是按2.0 L发动机计算的循环进气量，而喷油量主要是根据进气量计算的，因此会出现“气多油少”的现象，以致混合气过稀；相反，若将2.4 L发动机换成2.0 L发动机（发动机控制单元不更换），会出现混合气过浓的故障现象。

故障排除更换上2.0 L发动机机械总成后试车，故障现象未再出现，故障排除。