背景
车型:一汽丰田皇冠 GRS182 行驶里程:120000km
现象
车辆入厂时发动机故障灯点亮,在发动机运转时冷却风扇工作正常,冷却风扇根据水温进行转速自动调节,当关闭点火开关且发动机熄火后,冷却风扇立刻高速运转出现异常,而正常情况是该车型的冷却风扇不会工作。关闭点火开关后冷却风扇高速运转的持续时间没有固定规律,有时会自动停止高速运转。反复试验,偶尔几次在关闭点火开关后冷却风扇没有高速运转,再次启动发动机熄火后故障又会发生。行驶中车辆没有其他明显的异常故障现象发生。 车辆的使用情况是发生故障的前一天下雨量较大,车辆雨中行驶的时间较长,车辆使用至晚上停车时均是正常的,次日早上启动车辆后发动机故障灯就报警,随后车辆在使用中也出现了冷却风扇工作异常。
分析
使用IT-Ⅱ读取只有1个故障码P0328,故障码内容是爆震传感器1电路高输入。故障涉及的部位是: 1号爆震传感器线路断路、1号爆震传感器、发动机控制单元。爆震控制出现问题会影响到冷却风扇的控制吗?这里有些难以理解。换个思路去想,现代汽车的控制电脑的运算速度和集成度提高很快,原来独立于发动机电控的冷却风扇控制现在可以由发动机控制单元进行精密控制。爆震控制出现故障,发动机控制单元会进入安全保护操作,此时爆震控制是最大点火正时延时。理论上点火正时延时发动机的动力输出是会有影响的,同时发动机的水温也会有所升高。假设一下,这时发动机控制单元是可以控制冷却风扇提高转速来降低水温,但在点火开关关闭后冷却风扇也还是不会工作。
方案
主修人员首先检查爆震传感器,发现发动机舱有老鼠活动的痕迹,爆震传感器线路被老鼠咬断,如图1所示。
修复好爆震传感器的线路后发动机故障灯熄灭,使用IT-Ⅱ可以清除P0328故障码,再次读取车辆电控系统无任何故障信息。但是冷却风扇的故障依然没有改变,车辆的故障只是排除了一部分。下一步主修人员对冷却风扇部分进行了详细的检查,老鼠并没有损伤到冷却风扇的相关线路,虽然车辆故障解决了一部分但是却变得复杂起来。
得到主修人员的请求对其进行协助检查,首先可以确认的是发动机运转时冷却风扇的工作是正常的,说明风扇电机和相关线路是没有问题的,冷却风扇控制部分是检查的重点。以前曾经遇到过一例相同的故障,故障点是车辆左后门内的线路出现问题。这说明单一的只对发动机系统检查是不能解决问题了,作为故障体现的部位冷却风扇控制这部分首先要进行分析。
GRS188冷却风扇控制的原理分析。图2是冷却风扇控制的电路图,发动机ECU输出冷却风扇控制信号至
冷却风扇ECU,冷却风扇ECU控制两个风扇电机的转速进行线性调节。
10A的LH-IG保险丝是点火开关ON位供电,40A的FAN1保险丝是蓄电池的常电源,风扇主继电器在点火开关ON位给冷却风扇ECU供电,点火开关不是ON挡位时风扇主继电器就不会工作,冷却风扇也不会运转。
图3是冷却风扇不同转速的发动机ECU控制信号波形对比。
发动机ECU输出占空比信号至冷却风扇ECU,从信号波形中可以看出,信号占空比的周期是40ms的固定值,信号电压是5V。信号占空比为25%以上冷却风扇就开始低速运转,占空比为50%时风扇接近于中等转速,占空比为80%以上时风扇转速接近于最高值。冷却风扇转速呈线性变化来调节发动机的水温在理想的范围,发动机冷启动后马上开启空调冷却风扇一般会以中速运转。打开点火开关在ON挡位时无论发动机是否运转,这时断开冷却风扇控制线连接器(图2中红色标出的EA1连接器),发动机ECU和冷却风扇ECU的通信中断冷却风扇立刻会高速运转。单从图3中风扇停止控制波形来看,控制信号电压接近于0,风扇没有运转,但是信号线路断路风扇会高速运转,此时看波形,两种状态的波形是相同的。
也就是说,即使没有风扇转速控制信号,只要冷却风扇ECU有工作电源,风扇就会高速转,这时冷却风扇控制线路发生断路其系统会进入安全保护模式。使用万用表测量正常运转的发动机在冷却风扇停止时控制线路的电压是200~220mV,在示波器上这个电压较难看出,断开EA1连接器使信号线呈断路状态,测量EA1端子插头绿色线处电压是5.2V,测量EA1端子插座从发动机ECU过来的针脚是20mV左右。冷却风扇ECU在信号线路上输出5V的电压通过发动机ECU构成回路来检测控制线路的连接状态,如线路断路,冷却风扇ECU侧就会是5V的高电平,也就相当于控制占空比为100%了。明白了冷却风扇的控制原理,就可以确定故障点是出在了冷却风扇ECU的电源上。在点火开关关闭后冷却风扇ECU的电源端仍有异常电压,虽然发动机ECU没有工作但冷却风扇相当于工作在安全保护模式。
在故障发生时将风扇主继电器拔下,风扇马上会停止运转,这说明风扇主继电器到冷却风扇ECU之间的线路正常。检查继电器是正常的,关闭点火开关后测量风扇主继电器座1号脚线圈电源端的电压为6~8.5V,打开点火开关后变为12V,这个异常的电压说明10A的LH-IG保险丝线路有问题。
曾经发生的相同故障案例经过反复检修,历时数月,最后在左后门内找到故障点。数月内做了大量的检修作业,发动机舱内的主要线束均都剥开检修,后来通过仔细查看分析维修手册才将检修作业延伸至左后门。如图4所示,LH-IG 继电器1给LH-IG保险丝供电,同时还为7.5A的前照灯方向控制系统和30A的前雨刮器供电,在LH-IG 继电器1没有工作时,如果前照灯方向控制系统或前雨刮器出现故障就会导致LH-IG保险丝有异常电压存在。
依次拔下这3个保险丝观察故障现象没有变化,冷却风扇依然在点火开关关闭后运转,这说明故障点与前照灯方向控制系统或前雨刮器没有关联,问题是出在LH-IG保险丝后所有的系统。查看维修手册电源
部分,如图5所示,LH-IG保险丝后有左前门ECU和左后门ECU两路分支,由DJ编号插头输出,LH-IG保险丝位置是在仪表台左下方的左车身ECU下端面,左车身ECU由LH-IG提供点火电源,但该线路没有连接器。
关闭点火开关拔下DJ连接器,测量风扇主继电器1号脚还有异常电压存在,可以确定左前后门部分与故障没有关联。查看维修手册电源部分的电路图,没有找到故障相关的系统电路,故障点隐藏在某个使用LH-IG电源的系统现在不容易找出,排除了几个部分故障,查找的范围就缩小了。根据图2的风扇控制电路图找到J6蓝色连接器(如图6所示)。
测量黄色线有异常电压,在拔下J6连接器后异常电压就没有了,这里给人的感觉是J6连接器到LH-IG这段线路会有异常电压存在,但是跟着测量J6连接器的插座相应针脚却没有异常电压。现在可以确定J6连接器的插头是故障的关键所在。测量拔下的J6插头21号和22号黄色线,没有异常电压。根据图2的风扇系统电路图,21号和22号脚黄色线都在J6的插头侧,才注意到J6是集线短接器,而不是线路连接器,J6插座的22号至19号脚是互通的,J6上下都是插头,不仔细看误以为是线路连接器。测量黄色线旁
的20号脚绿黄色线有异常电压,下一步的检查将围绕这条绿黄色线展开。
丰田维修手册对于需要确定某个线束连接器内其中某条线的用途,找到这条线所在的系统电路是没有有效的引导方法,反之,先从系统电路图去查找某条线的位置是很容易的,不能确定黄绿色线的用途,那么查找该线异常电压的源头就比较茫然了。采用最笨的方法,查看维修手册电路图每一页有绿黄色线的页面,找到了该线归属于前大灯清洁器系统。 如果电路图不是彩色的话,那么找出这条绿黄色的线会需要一些时间。查看前照灯清洁器电路图,30A的H-LPCLN保险是常电源,从J6连接器20号脚出来的绿黄色线在到达前照灯清洁器控制器的途中,必定同H6大灯喷水电机的白色常电源线或者白绿色的电机控制线发生短路。在左前大灯下方拆出前照灯喷水控制器,如图7所示。
检查线束外观(如图7中2所示)没有看出问题,剥开这段线束后发现里面每条线都维修过,并使用电工胶布简单包扎,包扎处存有很多积水,如图7中3所示。除掉所有电工胶布,重新焊接断开的线路,最后使用热缩管绝缘每条线(如图7中4所示),包扎好线束后车辆一切正常,故障排除。
备注
故障总结:前照灯清洁器线路损伤是由于该车曾经做过前部事故维修,当时的线路修复作业不规范,由于损伤部位的所在位置容易进水的问题没有重视,简单包扎后线束内部积存的水分不易散失,结果产生线路短路故障。这例综合故障的产生既有偶然性也有必然性,车辆故障发生之前天气阴凉、雨势较大,短路部位积水达到一定程度才会发生短路;天气阴凉又使老鼠进入发动机舱破坏导致故障进一步复杂。车辆停放一晚后才有故障征兆是因为短路部位的水经过一个晚上后渗透到胶布的里面,增长到6~8V的电压不能使风扇主继电器吸合工作,所以在早上使用车辆之前故障不会发生。但是车辆一经使用发动机故障灯就会报警,在车辆使用时这个异常电压不会影响到冷却风扇运转,当关闭点火开关时风扇主继电器1号脚异常的电压使继电器线圈继续通电,这个电压不足以使继电器吸合,但可以让继电器保持在吸合状态,类似于启动机保持线圈的工作原理。 使用热缩管杜绝了本次故障以后再次发生。早年曾从事某欧系车工作,厂家提供有专用不同口径的接线套管修复线路,接线套管外层是绝缘塑料且里层是管型金属,通过使用厂家标配的多用接线钳来压实夹紧,进行电路修复后可以达到原厂效果,而看不出修复痕迹。采用合理的维修方法和器材才能保证维修质量,同时也是技能实力的展现,不合理的使用电工胶布会产生故障隐患,给自己和他人带来麻烦。 本例故障的特点是故障点并不在故障系统内,两个看似不相干的系统却存在着某种隐性的联系。由于有过维修经历才使故障得以较快的解决。汽车技术发展很快,电子控制系统种类繁多,在工作中开阔思路、突破局限思维就显得尤为重要。