丰田霸道4000发动机怠速抖动故障
分析
丰田霸道4000发动机怠速抖动故障分析
车型：2004年丰田霸道4000 GRJ120，发动机1GR-FE(V型)。
故障症状：发动机怠速抖动严重，尾气排放差。
故障检修：该车是事故车，已更换了发动机线束、带空气流量传感器的进
气歧管总成、3个喷油器。客户反映，事故修复后，发动机严重抖动、尾气呛人，同时出现了副驾驶侧排气管烧红的现象，为此已将该侧三元催化物质取出。
1.读取数据流并分析
使用ITⅡ检测仪，读取发动机控制系统无故障记忆。坐在车内，感觉整个
系数及短期燃油修正系数非常可疑，而且又出现了驾驶员侧排气管烧红的现象。
其中第1组数据是发动机冷机时测得的数据，第2组数据是发动机热车后
测得的数据。其中，冷车时1缸侧空燃比传感器显示为混合汽极稀，2缸侧空
燃比传感器显示为极浓；热车时1缸侧空燃比传感器显示为混合汽极浓，2缸
广州汽车团购侧空燃比传感器显示为极稀。相应地，冷车与热车时的短期燃油修正值与长期
燃油修正值截然不同，分别处于增加燃油喷射量的极端与减少燃油喷射量的极
端状况。bmw130
图1是热车时的数据流变化趋势图，中间是空燃比修正零点位置，可以看
出1缸侧混合汽与2缸侧混合汽处于两个完全相反的极端状态。
2.对尾气、空气流量传感器进行检测并分析
如表1中热车时数据，1缸侧空燃比传感器(AFS B1S1)的电压是0.69V，2
缸侧空燃比传感器(AFS B2S1)的电压是4.99V，分别处于空燃比传感器的测量
极端位置。1缸侧的短期及长期燃油修正系数为负值，处于减少喷油量的状态；2缸侧的短期及长期燃油修正系数为正值，处于增加喷油量的状态。同时测得
的尾气如表2所示。其中氧的含量达到了8.78%，远高于正常值时的1%~2%的范围，λ值为1.65，显示混合汽极稀。
由于热车时的进气量信号达到了7g/s，而正常车怠速时一般在4g/s左右。用原车的旧流量传感器时，进气量值能降到6g/s左右，并且在将空气流量传感器的插头断开时，发动机转速能基本稳定。所以，上一家维修站的人员认为可
能是新的配件质量不良，对于这种说法，笔者进行模拟测试，得到如表3所示
的数据流。
表3中，第1组数据是笔者在人为用胶带将空气流量传感器部分堵塞时(如图2)测得的数据，第2组是笔者在拔下空气流量传感器后发动机处于失效保护
状态时的数据。
从表3第1组数据中，得到进气量信号减小到了正常值的范围，但是空燃
比传感器呢?仍然呈现1缸侧和2缸侧有较大偏差的现象，1缸侧的短期燃油修
正系数也是与其传感器的状态相对应的处于减少喷油量的状态，2缸侧则与其
相反。这和前面进气量大时的情况相仿，不同点是增加和减少的量均有所减少。此时的尾气数值如表4中第1组所示，氧的含量降到了3.43%，但仍高于正常
范围。
拔下空气流量传感器插头后，从表3中第2组数据可以看出，进气量信号
为0.54g/s，且不再随发动机转速变化，发动机ECU启动失效保护功能，利用
厦门路虎节气门位置传感器信号来取代空气流量传感器的信号。此时，电脑计算出的喷
油量通过空燃比传感器来观察是处于稍浓的状态，但发动机ECU并不会进行燃
油修正的调整，燃油监控处于禁止状态。这从表4中第2组数据的尾气数值可
以看出，此时混合汽处于浓的状态。
在进行完上述检查后，我们可以得出这样一个结论：在燃油系统监控器处化油器车
于关闭状态时(空气流量传感器插头断开，燃油修正暂停)，1缸侧与2缸侧空
燃比传感器的值接近，1缸侧是2.84V，2缸侧是2.82V。在进气量信号大时，1缸侧与2缸侧空燃比传感器的值相差较大(一个是0.69V，另一个是4.99V)，处于两个检测的极端位置。而在进气量信号小时，其值相差要小一点(一个是
2.38V，另一个是4.42V)，但仍有较大偏差。正常燃烧时理论空燃比的电压应
在3.29V。
3.故障排除
造成发动机两侧空燃比传感器信号偏差较大的原因应该还是电脑控制的原因。这从中断燃油系统修正时的电压基本变化一致，而电脑闭环控制时反而出
现失控的情况得到验证。但是好好的发动机，电脑为什么会出现这么大的控制
偏差呢?
在经过一段时间的考虑，结合发动机电脑对燃油修正的控制原理、该车是
事故车并更换了发动机线束的事实，笔者认为最大可能性是左右两侧空燃比传
感器插头连接错误所致。
但当时有技术人员提出，空燃比传感器一个在左侧排气歧管上，一个在右
侧排气歧管上，线束长度不够，插头不会插错。笔者建议验证一下，由一位技
术人员将位于副驾驶侧的1缸侧空燃比传感器插头拔下，如图3所示。然后启
动发动机观察数据流，不出所料，数据流中代表2缸侧的空燃比传感器AFS
B2S1数值稳定在3.29V不再变化。这说明确实是传感器位置不正确所致。
将发动机熄火，把左右两侧空燃比传感器插头都拆下，发现插头可以互换，而且线束长度也足够。互换两传感器插头位置，连接好，启动发动机，发动机
工作趋于平稳。观察数据流，如表5所示，空燃比传感器的数值左右侧汽缸变
化一致，随时间变化，短期燃油修正系数、长期燃油修正系数均在逐渐减小。
第2组数据已经恢复到了正常值范围。尾气数据：HC：102ppm(1缸侧三元催化
已不在)，CO：0.25%，CO2：14.8%，O2：1.39%，NO：63ppm，λ：1.05。至此，故障彻底解决。
4.小结
综观整个故障维修过程，其实就是围绕燃油修正系数这一中心来发现问题，并解决问题的。
在正常情况下，发动机E CU利用空燃比传感器的信号对喷油量的多少作出判断，和普通氧传感器的特性不同，空燃比传感器的电压变化范围是从0~5V之
间，检测的空燃比在11：1到19：1的较宽广的范围。在14.7：1这一理论空
燃比上，作为氧传感器的数值在0.45V，而空燃比传感器此时的数值是在3.29V。如图4所示。
正常情况下，当电脑根据空燃比传感器(AFS)检测到电压值低于3.29V时，
就认为混合汽浓，会作出减少燃油喷射量的指令，短期燃油修正系数就会处于
负值；反之，当电压高于3.29V时，ECU就认为混合汽稀，从而作出增加燃油
喷射量的指令，短期燃油修正系数就会处于正值。这样发动机ECU就可以分别
对1缸侧及2缸侧的混合汽浓度进行有效控制。
但是，本车由于维修技术人员错误地将左右两侧空燃比传感器插头装错，
导致发动机ECU不能正确地识别混合汽的状态。这就造成当1缸空燃比传感器
报告混合汽浓的信息(AFS B1S1电压低于3.29V)时，实际检测的是2缸侧的混
合汽浓度，这样电脑就会向1缸侧发出减少燃油喷射量的指令，这就导致了1
缸侧的喷油量减少。实际情况是1缸侧出现了混合汽稀的情况，但这种混合汽
稀的情况是由2缸侧空燃比传感器检测到的，电脑就会指令向2缸侧增加燃油
喷射量，这样就会使1缸侧混合汽进一步变稀，2缸侧混合汽进一步变浓，直
右肽车到燃油修正系数分别达到上下极限，空燃比传感器呈现电压极低与电压极高两
种情况出现，混合汽过浓的一侧由于二次燃烧使排气管烧红。空燃比控制原理
如图5所示。
此故障就如同笔者曾经提到过的ABS控制系统左右前轮油管连接位置错误
的案例原理相似，都是由于电脑检测的传感器信号与实际控制的执行器不是同
一部件，以致出现控制偏差，导致信号偏差更大。本例中电脑得到的是混合汽
更浓或更稀的信号，因此电脑认为应加大对喷油量的控制，这就导致燃油修正
乾瑞二手车系数控制达到极限方停止。
通过该故障案例，我们可以得到如下结论：一是利用空燃比传感器对混合
汽浓度的监测，尤其是其对电脑根据进气量所做出的喷油量控制的精确度的检查、调整，可以获得发动机前端的传感器工作状态是否正常的判断；二是有效
地利用短期燃油修正系数及长期燃油修正系数，可以帮助我们对发动机的故障
作出基本的判断。
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