丰田花冠EX手动档车辆低速行驶过程中,车身前后闯动的故障。具体症状是在2档或3档行驶时,微踩加速踏板或松开加速踏板,车速在20~35 km/h时,车辆会连续闯动,此时,发动机转速表显示转速从1600r/min到1300r/min之间上下波动。
故障分析:连接丰田专用检测仪IT- II,多次进行路试检测,得到实际检测数据,如表1所示。
从表1得知,车辆在行驶过程中产生闯动的原因与发动机燃油切断有关系。第1组数据到第3组数据,加速踏板松开,车辆处于滑行过程中。此时,节气门处于全闭位置,由于发动机转速高于1500r/min,所以,从怠速燃油切断以及燃油切断两项内容可以观察到车辆均处于燃油切断功能开启执行状态。车速从开始的38km/h逐渐降低到27 km/h,而从第4组数据开始,发动机转速为1261 r/min,车速为26km/h。由于发动机转速低于1300r/min,此时,发动机ECU发出了恢复燃油供给的指令,怠速燃油切断以及燃油切断均处于OFF状态。但此处有一点让人不解,那就是节气门怠速开关信号为OFF状态(此时的节气门开度为20.0%)。继续看发动机转速以及各传感器信号的变化,我们从第5组数据到第6组数据看到,节气门开度信号分别为20.0%和20.3%,节气门怠速开关信号均处于ON(闭合状态),此时,发动机转速逐步上升,到达第6组数据时的1487r/min,此时对应的车速是28km/h。而从第7组数据看,此时的发动机转速为1547r/min,车速为28km/h,而此时的节气门开度为19.6%,节气门怠速开关状态为ON(闭合),由于发动机转速超出了1500r/min的燃油切断转速,所以,从怠速燃油切断以及燃油切断的执行情况来看,ECU又开始了燃油切断的功能。第8组数据中节气门开度仍为19.6%,但此时发动机转速为1328r/min,已经接近了燃油恢复供给的转速,、所以,在接下来的第9组数据中,我们可以看到节气门打开角度到了20.3%,节气门怠速开关状态为OFF(断开),怠速燃油切断和燃油切断的状态均为OFF,此时发动机转速回升到1364r/min。
综上所述,我们可以得出的结论是,在发动机减速过程中,造成车辆闯动的原因是发动机控制系统的燃油切断功能起作用,导致发动机转速上下波动引起的。
但是我们在这里需要搞清楚的一点是,为什么燃油切断会起作用。常规来讲,车辆正常行驶过程中,松开加速踏板时,属于发动机倒拖的状态,这是由于输出轴的转速会高于输入轴的转速,造成车辆在惯性作用下,通过传动系统带动发动机以高于怠速的转速运转。一般情况下,发动机ECU可以根据车速信号和离合器开关信号,判断发动机处于倒拖工况。为了维持车辆行驶的平顺性,ECU要提高发动机转速,使其以高于怠速的转速维持运转一段时间,直到接收到的车速信号为0km/h时才终止该控制,这其实就是车速补偿作用。在大部分车辆上都具备该项功能,我们可以通过车辆行驶过程中,将变速杆换入空档来验证该功能是否正常。如果发动机转速高于怠速200~300r/min,就说明该功能正常,否则车辆会由于发动机转速的突然降低而导致车辆行驶沉重的现象出现,这就要对进入发动机ECU的车速信号进行检测,因为无车速补偿极有可能是车速信号未进入ECU所致。
在花冠EX上,我们通过减速过程中,节气门开度值维持在稍高于正常怠速位置的数值上,可以判断,ECU已经起动了车速补偿作用。否则,发动机ECU为了降低较高的转速,可能会做出使节气门完全关闭的指令,例如,使节气门开度低于14%(大部分丰田车怠速时节气门开度位置),甚至达到0开度(全闭状态)。
既然有车速补偿作用,在部分车辆行驶过程中,就可能存在驾驶人反映高速行驶并以空档状态滑行时,发动机转速较高的情况出现,这是因为车速补偿的作用和车辆行驶速度存在一定的关系。通常车速越高,发动机ECU的转速补偿量越多。
我们还是继续以花冠EX为例探讨其中的原因。首先,我们来看花冠EX的一些具体车型数据,这对我们对其进行全面分析起着重要的作用。
1 ZR-FE发动机,排量:1598cm3,最大功率:91 kW (6000r/min ),最大转矩:151N·m(5200r/min )。
变速器型号为C50,其各档位齿轮比及减速器齿轮比如表2所示。
发动机与驱动轮之间的传动比分别为16.055(1档)、8.623(2档)、5.932(3档)、4.388(4档)、3.691(5档)和14.719(倒档)。
轮胎规格:195/65R/15,轮胎动力半径r =0. 195×65%+15× 0. 0254÷2 = 0. 31725 m
这样,我们就可以根据下式计算出各档位发动机转速与车速之间的关系。
式中n—发动机转速(r/min );
ν—车速(km/h);
i—发动机与驱动轮之间的传动比;
r—轮胎动力半径(m)。
表3所示为发动机转速与各档对应车速对照表。
从表3可知,车辆在2档或3档企常行驶时,如果松开加速踏板,车辆即处于减速状态。由于节气门全闭,此时发动机转速应恢复到怠速状态,但是由于车速较高,造成驱动轮将车辆行驶的惯性力通过传动系统反输送给发动机,这就形成了发动机倒拖的现象。我们可以从表3中3档时的工作情况来分析,发动机转速1800r/min,对应的车速是36km/h,此时发动机输出动力带动车轮;反过来讲,当车速较高时,如松开加速踏板,此时发动机处于节气门全闭(对应的发动机应处于怠速状态),车轮通过传动系统反输入的转速较高时,就会使发动机转速要远远高于怠速转速(倒拖工况)。这一状况,我们可以从表1实测的数值中找到对应。例如车速32km/h时,对应的发动机转速为1567r/min,此时节气门全闭(怠速开关信号ON),系统处于怠速燃油切断状态,直到车速降低到26km/h,对应的发动机转速在1261 r/min(还是倒拖工况)。
值得引起注意的是,在这一点,不知道究竟问题出在设计人员的哪个环节,也许是出于进行车速补偿作用的出发点,设计人员在这个临界点上,使电子节气门的打开角度再次加大,此时怠速开关信号OFF,燃油喷射恢复。由于节气门打开角度增大,进气量增加,发动机转速开始上升,直到发动机转速上升到1547r/min表1中第7组数据),此时的车速已经回升到了28km/h,接着电脑再次又进行燃油切断控制,发动机转速与车速又再次下降。由于发动机连续执行燃油切断和燃油恢复的控制,使发动机转速忽高忽低,导致车辆连续发生闯动。我认为这是由于设计人员对于这种工况下的“标定”考虑不周全所致。虽然没有进行验证,但我担心在燃油切断状态时,踩下离合器踏板,可能会导致发动机熄火故障产生。
减速过程中各参数曲线详细地情况如图1所示。
从图1各参数曲线的变化,结合表1-3发动机转速与各档位车速之间的对应关系,我们可以确认一个临界转速控制点,即发动机转速1339r/min(对应的车速是27 km/h )。为什么说这是个临界点呢?从图1看到,随着燃油切断,车速(蓝色曲线)呈逐渐下降的趋势,车速从38km/h最后降至26km/h,发动机转速降低到1305 r/min,达到了燃油喷射恢复的转速,所以我们看到代表燃油切断的曲线,此时开始恢复供油。从节气门开度曲线得到的是节气门进一步开大,达到了20%,怠速开关信号转到OFF状态,也就是说,发动机ECU认为现在不是怠速状态(在此之前,是车轮输入的驱动力大于发动机输出的驱动力,发动机处于倒拖状态)。