2016款丰田皇冠多个报警灯常亮

◆文/江苏 田锐

故障现象

一辆2016款丰田皇冠，搭载5GRFE型2.5L发动机及A760E型6AT变速器，行驶里程了350 000km。据车主反映，该车平日行驶于南京与上海的高速，近期发现该车尾气味较之前重，且行驶中感到加速发闷并时有排气管放炮的现象发生，直至最近一次在上海开往南京的高速途中，组合仪表内的多个故障灯一并点亮，遂开至我店进行检查。

故障诊断与排除

接车后，首先验证故障现象。经检查发现，该车仪表台上的发动机故障灯、主警告灯、VSC侧滑灯均点亮(图1)，尝试在P挡发动机空载的工况下瞬时急加油，发现发动机加速响应性差，并伴有喘振、排气管间歇性放炮、尾气味道明显过浓等异常情况。

图1 故障车仪表台上多个报警灯常亮

连接丰田专用诊断仪GTS进行全车健康检查，发现发动机控制单元中存有故障码(图2)P0174-系统太稀(组2)。其具体含义是：当发动机暖机且空燃比反馈稳定时，2列(2、4、6缸)的空燃比燃油修正出现误差，严重偏稀。图3为故障码P0174被ECM存储时第一时间记录的定格数据。另外，在车辆稳定性控制单元存有故障码C1201-发动机控制系统故障(图4)。其具体含义是：当防滑控制系统通过CAN多路通讯检测到发动机控制系统故障时，失效保护功能将禁止VSC(车辆稳定控制系统)和TRC(牵引力控制系统)的运行。由此可以判断该车防滑控制系统并没有故障，故障码C1201是由发动机控制系统故障触发的。

图2 故障车发动机控制单元中的故障信息

图3 故障码P0174生成时的定格数据

图4 故障车防滑控制单元中的故障信息

故障码P0174与燃油修正值和反馈补偿值有关，但与基本喷油时间无关。燃油修正包括短期燃油修正(Short FT)和长期燃油修正(Long FT)。

短期燃油修正是指用于将空燃比持续保持在理论值(14.7∶1)的燃油补偿，在空燃比偏浓时减少喷油量，在空燃比偏稀时增加喷油量。短期燃油修正值并不存储在ECM的存储器中，因为这种修改是暂时的。开环控制时，ECM控制喷油器脉冲宽度的变化而并不需要以空燃比传感器的信号作为反馈，并且短期自适应内存值是“1”，“1”代表无变化。暖机后直到发动机熄火前，ECM持续保持闭环控制，并开始接受空燃比传感器的信号。当然，也有例外，当节气门全开或发动机冷却液温度降低到规定值时，系统会重新进入开环控制，ECM根据排气中氧含量的变化来控制喷油器的喷油脉宽。开环控制时，喷油器有固定的基本喷油脉宽，同时根据进气量或歧管真空度对脉宽进行微调，但闭环控制时，没有固定的脉冲宽度，主要通过正、负调整以确保在各工况下都有合适的混合汽浓度。混合汽浓时，空燃比传感器的输出电压下降，短期燃油修正减少，喷油脉宽降低，反之亦然。短期燃油修正的减少意味着在诊断仪上读出的数值要小于1。例如，短期自适应值为0.75表示脉冲宽度减少了25%，在诊断仪上显示为-25%；短期自适应值为1.25则表示脉宽增加了25%，在诊断仪上显示为+25%。各发动机间的差别、随时间造成的磨损和工作环境的改变都会使短期燃油修正值偏离理论值。

长期燃油修正是对燃油修正值与理论值间的长期偏差进行补偿，长期偏差是由短期燃油修正引起的。长期燃油修正值被存储在存储器中，并供发动机再次在类似的环境和工况下工作时使用。触发长期修正是为了将所有的短期修正的数值都维持在特定的参数范围内。这些参数并不是基于空燃比传感器的反馈，而是在空燃比传感器获取持续正确读数的基础上得到的修正。一旦发动机达到了规定的温度(通常约为85℃)，ECM开始修正长期燃油修正。自适应的设置是以短期燃油修正为基础的。如果短期燃油修正改变了3%并保持了一段时间，ECM就会调节长期燃油修正。长期燃油修正便成为一个新值，但基础值不变。换句话说，长期燃油修正改变了正在被短期燃油修正改变着的喷油器脉冲宽度的长度。长期燃油修正努力使短期燃油修正接近于0。

在闭环控制中，实际喷射量与ECM估算的喷射量之间的偏差也会影响燃油修正平均学习值，该学习值是短期燃油修正平均值(燃油反馈补偿值)和长期燃油修正平均值(空燃比学习值)的综合值。如果短期燃油修正值和长期燃油修正值都比预定值偏稀或偏浓，且燃油修正平均学习值超出故障阈值，ECM认为燃油系统存在故障，将点亮故障灯并设置故障码(图5)。

图5 与燃油修正相关的故障码生成条件

充分了解故障码P0174的生成基理，并结合故障码生成时的定格数据进行分析发现，故障车在当时工况下行驶，2列1号空燃比传感器的电压值较1列1号空燃比传感器的电压值大，混合汽呈现过稀状态；2列2号氧传感器的电压值较1列2号的电压值大，混合汽呈现过浓状态。另外，2列总修正值(11.718%+35.937%=47.655%)远远高于1列总修正值(0.781%+7.812%=8.593%)。由此可以看出，经2列1号空燃比传感器探测发现，2列混合汽长期处于过稀状态，为了保证发动机的正常运转，ECM通过2列总修正(SFT+ LFT)使2、4、6缸的喷油脉宽在原有的基础上又增加了47.655%，以此作为对2列混合汽过稀的反馈补偿。2列总修正值超过了+35%，从而生成故障码P0174。

按照维修手册上要求的标准作业流程，进行以下检测与诊断：

1.检查曲轴箱强制通风PCV软管连接情况，确认无异常；

2.检查位于空气流量计后部的相关进气系统，未发现有真空泄露的情况；

3.使用GTS诊断仪读取冷机和暖机状态时的冷却液温度，冷机时，冷却液温度与环境温度相同，暖机时，冷却液温度在75～95℃之间，属于正常；

4.将换挡杆置于N挡、关闭空调、充分暖机后，分别读取怠速和2500r/min时的空气流量数据，怠速时在2.5～2.8g/s之间，转速2500r/min时在8.0～13g/s之间，正常，排除空气流量计因传感器特性向比实际值偏小的方向偏移所导致混合汽过稀的可能；

5.分别测量怠速和停机5min后的燃油压力，怠速时320kPa，停机5min后160kPa，均在正常范围内，由此排除燃油泵压力不足或燃油管路泄漏导致混合汽过稀的可能；

6.检查排气歧管与缸盖排气道的接口处及排气歧管后段与中段排气管的接口处，密封良好，未见异常；

7.通过GTS诊断仪，读取发动机暖机、怠速空燃比反馈工况下的1列、2列前后氧传感器数据流及长、短期修正数据流(图6)；

图6 故障车数据流

2列1号空燃比传感器较1列1号空燃比传感器的信号电压偏大(混合汽过稀)，2列2号氧传感器较1列2号氧传感器的信号电压过大(混合汽过浓)，且2列燃油修正、反馈补偿综合值高达46.093%，远超正常范围。此时过高的2列燃油修正、反馈补偿综合值是导致发动机控制系统报故障码P0174的直接原因。

究竟是何原因导致2列混合汽一直处于过稀的状态？通过之前的排查，排除了相应传感器及外部因素触发2列混合汽变稀的可能。前面提到过，因燃油修正、反馈补偿是ECM根据空燃比传感器信号控制喷油脉宽，因此，错误的空燃比信号也会导致ECM下达错误的燃油修正、反馈补偿指令。带着这个疑问，借助GTS诊断仪主动测试喷油脉宽的功能读取1列、2列空燃比传感器及氧传感器的信号电压。使用GTS诊断仪，对1列、2列的前后氧传感器进行加浓和减稀作动测试，结果如图7、图8所示。当增加+12.5%的喷油脉宽时，2列1号空燃比传感器的信号电压显示过高(3.566V，过稀状态)；当减少-12.5%的喷油脉宽时，2列2号氧传感器信号电压显示过高(0.895V，过浓状态)。由此说明，该2列前后氧传感器数据流存在问题。针对该问题，究竟是传感器本身的故障，还是发动机ECM的故障呢？首先应排除传感器至ECM之间线束及端子接触存在问题的可能性。

图7 加浓测试时的数据流

图8 减稀测试时的数据流

根据电路图(图9)，使用万用表对2列1号及2号空燃比传感器至发动机ECM的线束及其内部加热电阻进行测量，未见任何异常；再次使用万用表对2列前后氧传感器的电源进行测量，钥匙处于IG-ON状态时，电压为12.6V，正常。

图9 故障车型发动机控制单元电路图

重新连接发动机ECM侧的E6和A6插头，在断开2列1号空燃比传感器E38插头和2列2号氧传感器J40插头的前提下，将点火钥匙置于IG-ON位，通过GTS诊断仪读取ECM中2列前后氧传感器的数据流，AFS电压为3.29V，O2S电压为0,均正常。将1.5V干电池的正、负极分别接入2列2号氧传感器的J40-3(OX2B)端子和J40-4(E2)端子，此时的数据流显示为1.5V，也正常。

通过上述模拟操作，可以判定发动机ECM模块能够正常接收2列前后氧传感器的信号电压，可排除ECM模块自身故障。

至此，初步将故障点锁定在2列1号空燃比传感器和2列2号氧传感器上。由于2列1号空燃比传感器的信号电压长时间处于过高状态，发动机ECM误认为2列混合汽始终过稀，甚至当2列燃油修正、反馈补偿综合值高达+45%时，其2列1号空燃比传感器所认知的2列混合汽仍处于过稀状态，这是导致发动机控制单元生成P0174的根本原因。实际上，2列混合汽在经过ECM的燃油修正、反馈补偿后，反而变得更浓。正是这种长期过浓的混合汽，是导致2列2号氧传感器表面的氧化锆中毒且一直显示混合汽过浓的罪魁祸首，也是导致发动机排气管“放炮”的真正元凶。

更换2列1号空燃比传感器和2列2号氧传感器后，连接GTS诊断仪，在空燃比反馈工况下，检查前后氧传感器信号电压数据及2列燃油修正、反馈补偿综合值(±10%以内)，均处于正常范围(图10)。试车20km左右，发动机加速有力、运转良好，行驶中未发现其他异常，至此该车故障被彻底排除。

图10 故障排除后的发动机数据流

维修小结

通过本案例可以看出，在诊断此类故障时，切勿着急删除故障码。因为这类故障码中有的含有相应的定格数据，这对后期故障诊断具有很大的参考价值。另外，在诊断前一定要理解该故障码的深刻含义、故障码生成机理及相关系统的控制原理，这样才能在面对不同故障时做到成竹于胸，并举一反三。

专家点评

高惠民

本文作者就故障码P0174产生的条件，对发动机空燃比负反馈的控制机理作了较详细论述，为本案例故障诊断有了理论依据，从而保证了诊断过程和结果规范和准确。借此点评之机，针对本案例笔者再作以下几点补充：

1.丰田A/F传感器为极限电流型氧传感器，它安装在三元催化转换器前排气管上，能对较宽范围内的A/F进行检测，主要用于稀混合汽A/F燃烧的控制，所以也被称为宽域式空燃比传感器或称前氧传感器。而位于三元催化转换器后的排气管上的浓差电池型氧传感器，与传统氧传感器结构一样，也称为后氧传感器。丰田A/F传感器和氧传感器的特性比较如图11所示，图中显示在理论空燃比时A/FS标准数值为3.3V，O2S数值为0.45V。

图11 丰田A/F传感器和氧传感器的特性比较

2.为了能够使发动机废气中的有害成分排放最小化，混合汽的空燃比必须控制在14.7附近，这样才能保证三元催化转换器的转换效率。图12是A/F与发动机废气排放的关系图。

图12 A/F与发动机废气排放的关系

3.关于后氧传感器的作用，一是检测三元催化转换器的转换效果，能使发动机ECU对转换器是否失效有正确的评估。二是对宽域式空燃比传感器(前氧传感器)检测的混合汽氧浓度进行补充检测，并将检测结果反馈给发动机ECU，对混合汽的A/F进行修正。后氧传感器的A/F修正原理如图13所示。

图13 后氧传感器的A/F修正原理

在本案例中，故障现象是混合汽过浓，为什么故障码却显示混合汽过稀？其中的逻辑关系是：因为故障真因是A/F传感器失效，检测数据停留在混合汽稀的反馈状态，发动机ECU一直进行加浓混合汽正的长短效修正，结果没有被完全燃烧的HC和CO这些能与O2反应的化学物质在后氧传感器的检测介质(ZrO2)表面进行离子的氧化反应，消耗了大量氧原子，所以导致后氧传感器呈现高电压的混合汽过浓(贫氧)的状态。这也与文章开始所描述的“该车尾气味较之前重，且行驶中感到加速发闷并时有排气管放炮的现象发生”相吻合。而后氧传感器检测的氧浓度反馈，已经超过了发动机ECU混合汽A/F比的修正阈值，因此储存P0174-系统太稀(组2)的故障码。可见A/F传感器的失效是本案例故障的罪魁祸首。希望读者通过本案例，能对A/F的负反馈控制有进一步的认识。