一辆捷达轿车,经改装天燃气后使用一段时间,因更换CNG减压器,需重新标定,但出现了不能标定的故障,改装所用系统为AC300兼容系统。AC300是波兰一家CNG车用改装设备生产厂(当地质量技术监督局批准的改装单位)的产品,是目前国内CNG改装设备中比较先进的系统之一,国内有多家企业仿制生产与其兼容的系统。
燃气ECU标定的操作过程是发动机在正常工作温度、怠速工况且无其它额外负荷下,在燃气ECU的控制下,用燃气逐渐取代燃油。在这个过程中,燃气ECU根据氧传感器的信号,不断修正喷气脉宽,使发动机保持在正常怠速下,由于燃气是逐渐切入取代燃油的,对发动机转速的影响较小,也较容易确定合适的燃气喷嘴的控制脉宽,当第1缸燃气喷嘴脉宽确定后,其他几个缸的脉宽也就基本确定了,所以其他几个缸的燃气切入取代燃油的过程也会进展较快,当所有燃气喷嘴取代燃油喷嘴后,标定过程也就结束了。所以标定过程的主要目的是确定满足发动机正常怠速所需的燃气喷射脉宽,燃气ECU同时收集计算了燃油ECU提供的燃油喷射脉宽,这样就有了燃气脉宽与燃油脉宽的比率,称之为倍率(Multiplier)。更准确地说,标定就是获得怠速工况下燃气与燃油的倍率值,有了怠速工况下的倍率值作基础,其他工况下的燃气脉宽的确定就有了依据,燃气ECU根据不同工况下从燃油ECU收集到的喷油脉宽,用怠速倍率进行计算,就得到特定工况燃气脉宽。当然这个燃气脉冲宽度未必符合实际工况需要,我们知道即便是其他条件不变,仍然存在燃油与燃气两种流体在流动特性上的差异,不是一个简单的倍率能解决的问题,这时氧传感器提供的信号就作为最终修正燃气脉宽的因素,最终确定某一工况下的燃气喷射脉宽,这样在某一特定工况下,燃气脉宽与燃油脉宽的比率,又形成了这一工况的倍率值,最终燃气ECU中会形成一张由发动机转速、负荷、倍率组成的脉谱图(MultiplierMAP)。影响燃气脉宽还有以下关键因素:燃气温度,燃气压力,进气管绝对压力。
标定过程故障现象波兰原厂提供的AC300系统安装电路图如图1所示。用数据线连接燃气ECU与PC,起动发动机到正常温度,启动调试软件,进入标定界面(图2),当燃气温度达到设定值后,标定开始,在1缸燃气喷嘴切入瞬间,燃油脉宽是3.7 ms,燃气脉宽是5.3 ms,怠速较稳定,表现正常(此时的倍率是5.3 ms除以3.7 ms,约1.43)。紧接着燃油脉宽和燃气脉宽迅速增加,如图2右边栏显示,伴随发动机转速波动,进气管绝对压力值变大,图2右上真空(软件翻译有误,应为绝对压力)显示值0.76 kPa,发动机正常怠速工况绝对压力值应在0.35 kPa左右,之后发动机因怠速不稳熄火,标定失败。
故障原因初步分析燃气与燃油脉宽迅速增大,说明燃气ECU与燃油ECU因某种原因做出调整,且它们两个设备调整的方向是一致的,是否与氧传感器有关需要证实。氧传感器信号值在图2中部示波器部分有显示,但显示幅度小,不便于观察。为此用发动机故障解码仪协助分析,连接解码仪与发动机ECU,重新进入燃气标定调试。在再次出现燃气、燃油脉宽增加的同时,通过解码仪观察氧传感器输出电压,证实确实是混合气稀,但喷油脉宽增加了几倍,混合气却还稀,确实让人费解。
对改装电路图的分析国内AC300兼容改装套件线路与波兰原厂提供的改装电路图稍有不同,明显不同之处是国内改装增加了断油继电器,作用是在燃气工作时切断燃油泵供电电路,接线方法参考图3实线部分。其中红色实线是ECU的控制火线、,应连接点火开关,但连接在此处也可以,控制火线的输入电流约30 mA,不会对燃油泵供电电路有影响。阅读调试软件附带的说明了解到,燃气与燃油相互转换不是一个简单切换的过程,在对燃气ECU标定时以及燃气压力降低的时候,AC300系统提供了燃气与燃油组合工作的方式,所以断油继电器不能与燃气电磁阀同步控制,具体到标定过程燃气切换时,燃油泵供电电路不能被切断。
故障原因再分析标定过程中,当第1个燃气喷嘴切入时,燃油仍是维持怠速运转的主要燃料,如果燃油供应不足,氧传感器会反映混合气过稀,那么燃气ECU与燃油ECU做出同样的响应。故障原因是否为断油继电器有误动作?为证实这一点,短接断油继电器30与87a端子,结果重新标定顺利完成。为什么之前改装设备能正常工作,更换减压器后就出现这种故障?断油继电器受燃气ECU控制,难道是燃气ECU有故障?在检查断油继电器时,发现继电器接线有异常,如图3虚线部分。继电器附近多出了红(带熔断器)、黑两根线,经检查这两根线是燃气ECU的电源线,原本应接在蓄电池正负两端,但现在红线接燃油泵供电端,黑线就近在驾驶员侧工作台下搭铁,另外还发现,在改装时需剪断燃油泵供电线(如图3红/白线),为方便连接断油继电器,在剪断处连接引出两根电线,但这两根线太细,且接头处氧化严重。
故障排除及总结将两根细且氧化严重的线换掉,燃气ECU的电源线按要求接在蓄电池两端,故障彻底排除,本故障有两点需总结。
1)之所以将燃气ECU的电源线连接在燃油泵的供电线路上,可能是当初安装燃气ECU时出于保护ECU的目的,将ECU固定在驾驶室内,这样电源连线连在燃油泵电源端比较方便,但这恰好说明安装人员对燃气ECU电源线的作用理解不到位。一方面电源线提供ECU本身及其他传感器、执行器用电的需要,如果连接在燃油泵供电线路上,会增加燃油泵线路的负荷,也难以保证燃气ECU用电需要。另一方面电源线还有保持记忆的功能,连接在燃油泵继电器上,不能保证连续供电。
2)改装必然要剪断燃油泵供电线,但引出的接线选择太随意。当燃气ECU与燃油泵同时工作时,由于两根引线太细以及接头氧化,电阻较大,压降较大,造成燃油泵供电电压不足,供油量受到较大影响。通过与驾驶员交流,也证实用油行驶时,中小负荷就表现无力,只是很少用油行驶,也就没有在意。之所以最初安装时没有出现标定故障,也可能是引线接头处还未出现氧化,燃油泵的供油量还勉强能够维持需要,我们知道标定过程随着燃气喷嘴的逐个换入,燃油的需要量越来越少,所以故障容易出现在第1缸燃气换入过程。