家用汽车维修3：基于OBDII的故障分析
基于OBDII的故障分析 (2017-03-17 21:53:45)
1. 引言
1.1 DTC & OBD
这是一篇用OBD软硬件做汽车故障分析的文章，其中有一些是较高级的燃油分析内容。笔者转载的文章都会说明，不加说明的都是原创。我主要用的是蓝牙OBD和Android手机上的Torque Pro app.
DTC(Diagnotic Trouble Code，这里不是dynamic traction control），也就是OBD(ob-board diagnostics)接口的错码定义，如下
MFG（厂家）码和SAE码都可由此查出：https://www.innova.com/en-US/Dtc
OBD主要检测电气故障如气压油压混合比例misfire等，机械故障如悬挂系的tie rod磨损或轴承问题是没有传感器的，即便报错也非源头，但仍有帮助。
http://www.underhoodservice.com/toyota-tech-feature-diagnosing-today-s-complex-electronics-systems/
http://www.rndsport.com/thread-339-1-1.html http://pan.baidu.com /s/1o6tPtLC /s/1sjziUfF http://soft.shouji.com.cn/down/22309z.html
1.2 相关硬件与软件
1.2.1 OBDII与Torque
OBDII如ELM327 bluetooth加上Torque app on Android，是犀利的诊断手段。Lite版本免费，Pro仅5刀：http://blog.wenxuecity.com/myblog/36867/201310/24853.html 启动Torque lite连上ECU后，左下角齿轮按钮是菜单，第一行是Fault Codes用于读取清除错码，第二行是Display即仪表，有三种：Dial圆型指针表（适合rpm）、Graph是二维平移图形（适合O2），Diaplay是方形数字表（适合电压）。除内置的错码，Torque可以根据DTC的定义增加：http://torquebhp.wikia.com/wiki/How_to_add_extended_PIDs
也可手指按住屏幕一会会弹出菜单，选Add display来自定义显示和多个屏幕。例如，第一屏是基本状况如MPG/MPG(avg)/Volts(OBD),coolant temp/fuel pres/intake pres/MAF/Boost，第二屏是fuel trim1/O2 1x1/O2 2x1/Throttle/O2 1x2/O2 2x2。这里 O2 AxB的A是bank或序号，B=1/2=upstream和downstream，6缸车有2个upstream，1-2个 downstream O2。
目前用的O2有两类：电压输出或窄带、电流输出或宽带，后者又称AFR（有关缩写见下节），在气油比(air:fuel)附近的变化比较缓慢。电压型的中线各车不同，例如Toyota在3V3左右；电流型的是转换为电压值便于诊断，由此有O2或AFR的归一化参数“equivalence ratio”，其值1为理想即14.7：1，高于1是lean，低于1是rich。Torque lite里有这个PID，有STFT但没有LTFT，不支持电流式或宽带O2。Torque用后要及时退出，不然关闭手机或离开OBDII后软件可能死锁或反应慢，需要关手机重启动。
TorquePro增加的重要参数：Air Fuel Ratio，Fuel flow， LTFT1，以及自增加PID功能（这需要PID计算公式，google OBD-II PIDs.pdf）。PC上建议Scanmaster（****)。开机后是围绕油门表的多个小图纽，可旋转显示其它的图纽，点击右上的实时数据，即可如lite一样自定多页面显示，例如显示SFT1/LFT1/SFT2/LFT2/进气门/油压/气油比等。注意1.8之前的版本有问题，至少LTFT和电池电压都不对。
有关Misfire、耗油异常、漏真空、油路不畅、油气传感器、不启动等的问题都可以据此分析诊断。
OBD ELM327：https://interfusellc.com/elm327/#Features
1.2.2 PC上的Scanmaster软件（V2.1.771）
用的同一款OBDII，测试时间相差半小时，引擎水温正常。LTFT1/2结果与TorquePro（+-4%）相差很大。wide band O2变化还是很慢但EQ值0.99接近理想值1，因此LTFTx数据（+15~20%）似乎不对。
注意用第二个OBD程序时，因上一个还在pair原应用，需拔掉OBDII重插。
1.3 Fuel trim： http://motorchina.com/ezine/admin/upload/pdf/2014-11/技术论坛2.pdf
AFR:air fuel ratio sensor. Current output wide band oxygen sensor.
ASI: air-shrouded injectors
EGR: exhaust gas recirculation
EVAP:evaporative emissions (EVAP) purge valve
IAC:idle air control, it is throttle gate control
MAF:mass air flow, a sensor to output votlage corresponding to air flow;
MAP：manifold absolute pressure，air pressure measured in manifold
MIL:malfunction indicator light, similar as CEL:check engine light
OCV: Oil control valve (Denso coil 6.9-7.9ohm,Delphi 0.2ohm lower)
PAC:positive crankcase ventilation valve, on valve cap.
PCM: Powertrain Control Module
VIM: Denso Vehicle Interface Module, plug into OBDII port?
人们通常说engine runs too rich or too lean，是指喷油过多或过少（相应O2电压高或低，废气里含氧少或多）。这基于fuel trim，即ECU根据空气和氧气传感器喷油比例接近理想值（空气：喷油为14.7：1）的调节量和方向。Fuel trim包括短期和长期两个值称为STFT(short term fuel trim)x和LTFTx，这里x是bank号，V6有两个bank。这两个值都是调节百分比有正负，正表示增加喷油。当空气流量改变（例如油门变化）时，STFT首先改变，LTFT相当于STFT的积分随之改变，作为ECU调节喷油的决策取代STFT，后者将恢复0%。
Running too rich – High negative fuel trim corrections can becaused by MAF sensor problems, high fuel pressure, leaking fuel pressure regulator diaphragm, faulty evaporative emissions components, leaking injectors, defective O2 sensors, exhaust leaks/pinholes before the O2 sensor, coolant temp sensor problems, and base engine issues such as low compression and incorrect camshaft timing.
Running too lean – High positive fuel corrections can be traced to MAF and O2 sensor faults, vacuum leaks from intake gaskets/hoses, unmetered air (intake snorkel leak), clogged or dirty fuel injectors, fuel delivery issues, and exhaust restrictions such as a clogged catalytic converter.
Engine runs rich就是喷油超过理想比例，例如重载、天冷或加速态下，这时O2输出高，fuel trim需往低调即为负值。注意测量必须在引擎热稳定后，通常由怠速加之至2500rpm并保持稳定，观察这个过程中的变化。Fuel trim在+-10%以内忽略；LTFT超过+-25%就会报以下错误：
- P0170: fuel trim bank 1
- P0171: system too lean (bank 1)
- P0172: system too rich (bank 1)
- P0173: fuel trim bank 2
- P0174: system too lean (bank 2)
- P0175: system too rich (bank 2)
无论是否报错，Fuel trim可以帮助诊断故障或调整引擎。相关因素有MAF，rpm，fuel pressure，真空度，O2，CAT及相应管道泄露等。
发动机只有在闭环控制下才用O2来调整气油比AFR以达到理想值14.7：1。因此O2必须达到工作温度约315度C，这就要求引擎预热足够，且长期怠速或强加速也会退出闭环。预热后，由怠速增加到2500rpm并保持这个过程中，STFT在调高后因迅速降低为0%，LTFT应缓慢升高再降低到0%。
如果LTFT在上述情况下变化相反，即加油门时降低，idle时升高且保持正值，说明有漏气，包括引擎磨损。漏气使得进气比测得的多。随着油门的增加，漏气的比例减小故LTFT的调节量也减小；idle时则需维持一个比例来增加喷油补偿漏气。但是用MAP sensor的车子，漏气能被测量因此fuel trim不受影响。P0171的另一个可能是manifold gasket leak，可在发动引擎后在附近喷Carbrator cleaner/propane，被漏气段的引擎吸入后，引擎声变粗大(或STFT下降)，也可确认故障。
除了漏气，MAF灵敏度降低(例如粘灰)导致进气比测得的多，或油路不畅(例如滤器堵塞)导致实际喷油减少，都会使得引擎runs lean，但是需要加以区分，例如测试油压或针对正常的MAF先取样保存；或者在throttle口喷propane，如果LTFT或等效AFR下降则多半是油路问题，否则可能是O2的问题。注意油路问题在idle时不显。
此时若车子有LTFT1和LTFT2，两者读数明显不同，则可肯定fuel pump无虞，因为是同一油泵供油。如果idle时两个LTFT其一是平滑另一变化超出10%，则可进一步检查有变化的bank gasket。
顺便一说，MAF是通过调节加热丝电压维持恒温来测量的，流量越大电压越高。此外，诊断时注意PAC、EVAP、ASI等的影响。
小结：STFT短时燃油修正表示引擎正在根据O2调整燃油比例，正负表示再增减；LTFT长时燃油修正表示PCM根据STFT制定的补偿决策，正/负表示混合气过稀/浓，需额外增/减的燃油比例，常与引擎的性能和油路相关。STFT是不断调整的，趋于0表明工作正常；LTFT将存储并作为下次点火后的基值。有的车还有additive fuel trim为idle用。
2. 实例分析
2.1 Torque lite on Android
我们知道电压O2的幅值约0~1V，在理想气油比附近变化快，downsteam是CAT后的波形应当是前者的低通滤波或更平缓。观察Throttle和O2随油门或rpm的变化有助于故障分析。无波形或幅度不足偏离中线是O2坏了，upstream O2波形在油门变化时没有切换多半是O2坏（不能调节到理想值），前后O2波形一致就是CAT坏了。顺便说一句，O2可以用ferric chloride加适量hydrochloric acid清洗。Fry's腐蚀电路板的溶剂加马桶清洗液？
下述实验中的boost是“Turbo boost & Vacuum gauge”的显示即mannifold里的压力。
在06 Sienna上，Throttle和fuel pressure无数据，idle时O2只有1x2和2x2有数据(两前级确认是AFR电流型89467-48050Drv/08040Pas，Torque lite不支持)，怠速处于中线，加油门2500rpm时变化有延迟，振荡两次便降为0，回怠速后O2 1x2延迟几秒后复原，O2 2x2稍迟。怠速时STFT1在-9附近，加到2500rpm时，MAF先增加到14左右，Boost稍迟变为+7，然后很快复原为-20左右；未观察到STFT1大幅增加并回零，只少有增加，然后回复到-7左右，几秒内平均处于-9，即废气中氧气稍多，因量有限不能说明真空有漏，但至少MAF有反应。
在05 GS300上，Throttle总是接近于0变化很小，未测fuel pressure。O2的1x1/1x2/2x1/2x2都有数据，前级1x1和2x1有数据变化但比原想的慢很多，比2x1和2x2快，后两者振荡多次后虽然会接近0，回怠速后两者很快复原。加速时STFT1在-5~-10变化，怠速时-9。
改用Torque Pro 1.6后重测了Sienna。增加了两个wideband O2和LTFT1/2。特别是LTFT1/2，读数都在+-4%之间。但是wideband O2显示的是软件仿真的数据，变化很慢。Throttle和油泵压力无数据。更新为1.8后，LTFT1/2与ScanMaster相差不大，电池电压过夜在12.7驾驶一段后13.3V。注意LTFT1/2在idle和2500rpm时分别为9-6，11-4，表明bank2漏气较bank1大。
2.2 ScanMaster ELM on Windows
GS300-05的STFT/LTFT和传感器，2500rpm占时段中部，两侧为idle。FT似乎时长不足STFT还未转为LTFT？同样用TorquePro 1.62时LTFT为-5和-8.
Sienna-06的STFT/LTFT和传感器，2500rpm占时段中部，两侧为idle。2500rpm时，TorquePro 1.62的LTFT为-4和0，1.85的为11和13%，相应Scanmaster为7.6和16%，说明旧版TorquePro不准。对于O2图，前段idle约15%，前级O2为宽带总近似0，后级idle约50%，表明O2在idle后延时一段才恢复。加油门时宽带O2的小尖峰是短时runs lean，后级富氧在恢复idle后仍持续一定时间，原因不明。注意TorquePro1.85版的后级有类似GS300的变化较为正常。
2.3 不能点火的诊断
常规方法：没挂空档或Neutral start switch坏，导致starter无电因此点火无声；开大灯后点火大灯变很暗，或空载电池低于12.3V是电池缺电；starter转动有连续的咔咔声（crank），如果无声或嘎达--嘎达断续声可能starter坏，也有接触不良的敲击外壳可能暂时解决；ON至打火前一刻通过拧开的加油盖该听到油泵的嘶嘶声；手摸油泵的继电器，点火时有格达声；测量汽油压力在20psi以上（见下：汽油泵及其压力检查），为0是油泵坏；10万迈以上应当清洗throttle body和IAC (Idle Air Control) valve，否则可能转速不稳或不启动。顺便说一下，发动后电池电压在14.2V以下或或电池告警最后没电，或断开电池后引擎熄火，是发电机坏。
基于OBD： 据OBD端电压检查电池和发电机，发动后电池电压应在13V以上说明发电机正常。踩油门时throttle（manifold）、MAF、Fuel Flow（gph）应随之变化，据此检查节气门、MAF valve、油路。踩放油门时真空应变化，据此间接检查真空。比传统手段要方便。
2.4 O2/CAT用OBD的检修
如果前后级都是电压型O2的话，参考上述GS300波形。后级应为前级的低通或变化缓慢。如果某O2幅度小或无，是O2坏；如果前后级波形很相似，是CAT坏。
对于前级为电流型或宽带O2，参考上述Sienna波形。这时前级O2的电压值是转换而来，中线可能在3.3V左右；也可能显示为EQ即等价值，这时中值1为理想气油比14.7：1，大于1为lean，小于1为rich。Sienna在加速时后级O2近0值即富氧的原因待查。
如果是10万迈以上的车有O2/CAT错，可以先换所有O2，因为加州换CAT要求严，丰田车没有非原装CAT能用。
2.5 MAF和fuel pump诊断
把油门踩到底即throttle开到最大，如果前级O2是lean，说明MAF输出不当(例如有灰灵敏度下降)或油路不畅。正常是rich增加（省油的车增加缓慢），但在油门释放时迅速达到强lean态。
2.6 清洗后的喘震问题 http://blog.sina.com.cn/s/blog_d73a3c430102v2mt.html
对发动机维护如清洗了喷油器、节气门后，由于长期燃油修正值未变，可能使发动机在短时间内工作异常如喘振、怠速过高等。通过一段时间的短期修正并转化，长期燃油修正值就会被更新，发动机运转性能回到正常（约需10 km行程）。反之，如果断开电瓶，记录的长期燃油修正值可能丢失，也需要一定时间更新。
2.7 胎压监测
通过轮胎气门处的称为直接胎压监测，又分内置外置两种均有第三方产品，前者电池寿命约5年不能更换，后者是个盖帽打气时要取下。用ABS数据的称为间接胎压监测，国内产品带OBD接口和配车型的显示板直接作为车上扩展模块足够美观。例如某些ABS码(http://www.aa1car.com/library/abscodes.htm) 中C0040/46/51分别为右前、左后、左前ABS范围错，应当可以视作这三胎泄气，若三者全错为右后泄气。国内是OBD插口读取车胎速度，求各胎速度差绝对值与预设或原学习的值比较。查05 GS300手册C1271-74/75-78分别为RF/LF/RR/LR输出低或变化异常，但网上说国产OBD不能读取ABS信息。
3. 其它
http://www.easterncatalytic.com/education/tech-tips/fuel-trim-can-be-a-valuable-diagnostic-tool/
用primary google账号买Torque，然后装在多台手机上：https://www.cnet.com/how-to/how-to-install-paid-apps-on-multiple-android-devices/
备份为.apk：http://droidlessons.com/how-to-backup-android-apps-and-save-them-to-apk-file/
在PC上运行Torque要靠仿真器：http://www.bluestacks.com/download.html?utm_campaign=cok-ap-de 但我的DELL上不行说不支持Intel的显示驱动