虹科案例 | 日产X-Trail压电式喷油器故障

故障现象

故障诊断

维修总结

一辆日产X-Trail，在检测时出现了两个故障代码，“P2146：喷油器1和2电源对地短路”和“P2146：喷油器3和4电源对地短路”，指向了四个喷油器。那么如何在不用拆卸压电式喷油器就能测试和诊断它的信号呢？这个问题经常会有人问。不过即使你把它们拆下来，也不能直接检测它。许多柴油公司说他们真正检测的只能是喷射模式，因为他们不能以安装在车辆上的方式去装载喷油器。

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确定故障

我们需要先确定故障。客户在工作卡上是这样描述的：“在负载下，想要熄火”。车辆可以在冷态下启动和运行，它运行得非常好，直到需要超车或将发动机置于负荷之下时，产生了怠速。这个问题会逐渐恶化，直到无法启动发动机，必须等到发动机再次冷却后才能重新启动它。清除代码并进行路试也证实了这一点，我可以说，经历切断车辆一切的这个过程肯定是不尽人意的！

在确定了故障之后，我们现在可以开始研究是什么原因造成的。经常被忽略的一个步骤是检查可能的软件更新和已知问题。技术人员在进行诊断工作时总会要注意时间，所以最好先检查一下，因为这很可能会节省未来的时间。我想我们都可以说，在某些时候，我们追踪一个故障时，发现只是由于一个软件更新所导致时，可以为我们节省很多时间和痛苦。

目前，我们有两个故障代码指向了四个喷油器，但你会选择仅仅根据故障代码来更换它们，还是应该竭力去找到故障原因呢？

在寻找故障代码描述的故障时，我们发现了另一个来源，同样的故障代码意味着不同的故障来源。这是我们经常要处理的问题，而找到准确的故障代码描述的问题的唯一方法是参考制造商的技术信息网站。在这里，我们发现P2146是“1号和4号汽缸喷油器电路打开”，P2149是“2号和3号汽缸喷油器打开”，DTC检测描述ID为通过汽缸1和2以及汽缸3和4发送到ECM的电压信号不正确。这就是使用"经销商"级别的工具，可以使你的问题更容易解决。但我知道，对于多品牌车间来说，这是一个相当大的承诺和费用，可能在经济上不现实。

喷油器电源电路开路或短路的维修程序也没有让我感到高兴。检查接线的连续性正在成为过去式，因为我们更希望看到电路在负载下的表现。这通常是用灯泡来完成的，或者我们可以使用4425 Pico示波器的浮动输入功能，看一下电线两端的压降。

首先，我想确保喷油器从ECU获得的是正确的信号。日产与许多其他制造商一样，在其柴油发动机中使用的是压电式喷油器。关于压电式喷油器要记住的一点是，电压水平比电磁阀类型高得多，它们在一些系统上可以达到250V。如果你觉得你不确定，一定要使用衰减器，并注意高电压涉及的风险。如果可能的话，在喷油器测试过程中要始终使用合适的断开导线。对喷射的无限和更精确的控制意味着可以达到更严格的排放标准，而且更容易控制，但这些好处并不是没有问题的。压电堆是非常敏感和脆弱的。不需要太多的冲击就能损坏烟囱，甚至让它们在工作台上放上几天就足以使它们变干，当改装和使用时，会对烟囱造成不必要的压力。

由于我有四个通道可供使用，因此我使用三个通道来观察喷油器两侧的电压以及电流。

1.喷油器电压2.喷油器电压3.喷油器电流4.标尺概述

在上图中，你可以看到喷油器的电压为160V。我使用衰减器来检查电压，以确保电压范围可以安全地单独使用示波器。你可以看到为什么使用衰减器是如此重要，因为没有多少其他示波器有足够高的输入速率来处理这种电压。你还可以看到，喷油器的两边都暴露在160伏的电压下，但只有当ECM为电源电压提供接地路径时，电流才开始流动。重要的是要记住，只有在有电压差的时候，电流才会流动。一些制造商可能有一个基础电压设置，例如5V，用于开路检测，但只有当有电压差时，电流才会开始流动。

通过利用Pico示波器6软件中的峰值测量，可以看到其他气缸之间是否存在任何过大的差异。在冷态下，它们在怠速时电流都在15A和17A之间。从中获得的收益不大，所以现在是时候看看发动机熄火时会发生什么。

由于我不知道该故障是否与接线问题、单个喷油器或与四个喷油器都有关，我决定从相对简单的方面入手。由于可访问性，我决定查看第三缸上的喷油器，并捕获凸轮轴信号以指示发动机运行。我们去进行了路试，这样我们可以看到发动机熄火时发生了什么。

1. 喷油器信号2.喷油器信号3.凸轮轴信号

4.喷油器没有输出，但发动机仍在转动

该故障发生在道路测试期间，我们设法用Pico示波器来捕获它。当发动机熄火时，不再有信号被发送到喷油器，但发动机仍在旋转，这已被凸轮轴传感器的输出所证实。我利用这个机会查看了曲轴传感器的输出，以确认ECM仍然可以看到发动机在旋转。证明问题不是什么有时与证明问题是什么同样重要。我这里还有一个备用通道，所以为了尽可能地排除故障，我也查看了一下ECU的电源。

1.主曲轴传感器信号2.副曲轴传感器信号

3.气缸 3 喷油器电压4.曲轴数学通道

5.点火引擎熄火6.标尺概述

没有曲轴传感器，发动机就会熄火。由于没有指向故障传感器的代码，重要的是要确定当发动机断电时它在做什么。

正如你从图中看到的那样，在发动机怠速之前，它并没有断电或发生其他不正常现象。因此，我们可以放心地排除它的故障。你会注意到，我创建的发动机速度数学通道在发动机熄火后，显示出转速的增加。其原因是离合器被压住了。就在发动机熄火之前，车辆正在加速，当它熄火时，发动机速度迅速下降。然而，压低的离合器减少了发动机的负荷，所以速度暂时增加。

你也可以看到ECM的电源仍然存在，这意味着切断的喷油器电源也没有减少或下降。另一个项目可以从清单上打勾。当测试继续进行时，发动机越热，故障确实逐渐恶化，直到它达到一个点，发动机不再启动。

简要回顾一下我们迄今为止所知道的情况：

我们有一辆车在负载时断电，并随着发动机温度的升高而逐渐恶化。

当故障发生时，曲轴位置或凸轮轴位置正常。

我们可以看到，当故障发生时，喷油器的电压供应被切断。

这使我重新把关注点放回了喷油器。

由于知道电流可以表明喷油器的工作情况，而且现在发动机持续熄火，我连接了1、2和3缸。第4缸被埋在进气歧管下。我想到的另一种情况是查看发动机的接地连接。其中一个代码是对地短路，所以示波器可能显示一些你永远不知道的东西。

1.气缸1喷油器2.气缸2喷油器3.第3缸喷油器

连接的所有三个喷油器在运行时都在吸收电流，但有些东西在这里很突出，这是我在车辆冷态下没有注意到的。缸3的喷油器在其他喷油期间有很长的向下的电流尖峰，而在其他的喷油器上，即使有，也几乎看不出来。仔细观察这些尖峰，我测量到3.3A，诚然，时间不是很长，但这能为我指出正确的方向吗？

在花一些时间拆除更多的部件后，我能够对所有四个喷油器进行电阻测试。缸1、2和4都在179kΩ~182kΩ之间，缸3被测量为0.8kΩ。记住要经常参考技术资料，看看什么是正常范围，因为这在不同的制造商之间可能有所不同。然而，我确信这看起来像是一个喷油器故障。如果我在喷油器冷却的时候进行电阻读数，就可以看到发生了什么，但像往常一样，时间不允许，我没有选择等待发动机冷却下来。我想知道冷却下的结果是否会有任何不同，以及电阻测量对这些喷油器是否已经足够。

有一种方法可以进一步测试它们，但我从来没有尝试过，就是用绝缘电阻测试仪。通常情况下，我们会在混合动力和电动汽车上使用这种工具。然而，当你联想到压电式喷油器是如何运作的，一个高电压被施加到一堆晶体上，当电流流动时，它使它们改变形状。这一切都发生在一个金属外壳中，该外壳用螺栓固定在发动机上，最终与电池负极相连。为了保持喷油器内的电压，必须有某种形式的绝缘，因为我们不希望这个高电压能够进入金属外壳，并找到一个更容易的路径来接地。

当对电动汽车进行绝缘测试时，我们对一个部件施加电压或“压力”，并对其进行测试，以确保没有任何东西“逃脱”。根据这一原则，我们应该能够确定一个喷油器的绝缘性。我们知道，喷油器的电源为160V，在进行绝缘测试时，我们应始终在规定的电压或以上进行测试。在这种情况下，范围应在250V以内。通过使用分岔导线，我能够向喷油器提供电压，同时用测试仪的负极监测喷油器的主体。

在测试仪记录故障之前，施加到喷油器上的最大电压只有1V，如上图所示，测量值仅为0.01mΩ。其他三个喷油器都能达到250V，电阻读数超过5GΩ。我很高兴这确实只是一个单一的喷油器的出了故障，而不是四个，所以我订购了一个新的。

为了进一步证明这是故障，我重新连接了喷油器，并使车辆恢复到可以启动的状态，然后立即切断。在关闭点火装置的情况下，我断开了喷油器3，并试图启动发动机。它第一次能启动，即使只有三个缸连接。我重新连接了第3缸，发现它再次断电。

随着新的喷油器的安装和编码，客户现在可以取回他们的车辆，而无需支付更换所有四个喷油器的零件和劳动力的报酬。

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思考讨论

稍微跳出框架思维：有了4425示波器，我们可以选择使用浮动输入。如果喷油器允许电压通过喷油器的主体并最终回到地面，我们能否看到电压水平的变化？如果是这样，如果我们将测试导线的信号部分连接到喷油器主体，接地部分连接到发动机缸体，Pico示波器会检测到什么吗？

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1.喷油器体到发动机组2.气缸1喷油器电流

3.气缸2喷油器电流4.气缸3喷油器电流

这只是为了试验，看看信号中是否有任何东西可以指向这种类型的故障。旋转标尺有助于指出重复的模式。我们可以清楚地看到，就在第二缸的喷油器点火之前发生了一些事情。我发现这有点奇怪，除非这是由于来自发动机的其他东西的影响。所以，我决定将其与我重新连接第3缸喷油器时的捕捉结果进行比较。

1.喷油器体到发动机组2.气缸1喷油器电流

3.气缸2喷油器电流 4.气缸3喷油器电流

随着喷油器的重新连接和同样的500Hz滤波器的应用，我们可以看到通道A上的信号看起来非常不同。没有之前的明显模式，我测量了之前捕获的汽缸2的喷油器的结果，并在捕获的同一位置使用我的旋转标尺，所有三个汽缸都连接在一起。可惜的是，我们知道第3缸是有问题的喷油器，而将我们的测试导线连接到喷油器体上的波动，我看不出有任何东西将喷油器故障与第3缸联系起来。也许在未来会有更好的技术，保持连接更紧密和交流耦合将有助于揭示更多。所有这些都值得思考，如果有时间进行试验，绝对值得一试。

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