教学实例—丰田 3AR 发动机 P0420 故障码分析

教学实例—丰田 3AR 发动机 P0420 故障码分析

陈正

云南省普洱市职业教育中心

【摘要】：本文讨论在中职汽修专业教学汽车《汽车故障分析与排除》课程教学过程中，通过丰田3AR发动机的一次P0420故障码分析过程实例，向学生讲授汽车故障分析与排除的思路及技巧。

【关键词】：教学实例 3AR发动机 P0420故障码 故障分析

笔者是一名中职汽修专业教师，在教授《汽车故障分析与排除》这门课程时，因教材所涉及的内容存在覆盖面较广、较为笼统、针对性不强等问题，在教学过程中的加入部分故障实例，来向学生教授本课程，本文是通过丰田3AR发动机P0420故障码分析过程实例，向学生讲授汽车故障分析与排除的思路及技巧的探讨。

1. 故障案例基本情况

笔者有一辆行驶里程约20万km的2013年丰田汉兰达，整车型号为GTM6481ADS，发动机型号为3AR，排量2.7L自然进气。该款发动机是为了适应国五的尾气排放标准从老款1AR发动机升级改造而来的国产丰田发动机。

在这辆汉兰达行驶过程中分别在15万km及19万km的里程中两次出现发动机和防侧滑故障灯同时亮的故障现象，故障代码都是P0420，（Catalyst System Efficiency Below Threshold (Bank 1) ），含义是“催化剂系统效率低于下限值B1”，这两次故障分别通过清洗三元催化器、自动消失得到解决，该故障现象比较常见，在解决故障的过程中，需要维修人员具备一些基础知识，再通过综合的分析判断来确定故障的原因和故障位置，从而有的放矢的解决故障，对于学生来说这种故障现象分析判断有比较强的指导性和综合性的教学意义，所以笔者把这个案例融入了《汽车故障分析与排除》课程的教学中。

2. 故障案例分析判断过程需要的知识点

该故障现象是发动机故障灯和防侧滑故障灯同时点亮，对于学生而言首先应该向他们说明为什么发动机故障灯和防侧滑故障灯会同时点亮，是发动机和防侧滑系统同时出现问题吗？P0420故障代码是什么意思？在分析这些问题的时候应该要让学生了解以下几个知识点：

1. 为什么发动机故障灯和防侧滑故障灯会同时点亮

关于发动机故障灯和防侧滑故障灯会同时点亮这个问题，我们要了解现代汽车使用的CAN总线技术，全称为“控制器局域网总线技术（Controller Area Network-BUS）”。总线技术最早被用于飞机、坦克等武器电子系统的通讯联络上。将这种技术用于民用汽车最早起源于欧洲，在汽车上这种总线网络用于车上各种传感器数据的传递。对于我们这个故障现象而言因为ECM在控制发动机及变速器等系统时共用CAN高速网络一起通讯的有相互控制的功能,所以发动机出现故障这2个故障灯都会同时点亮，初略分析了CAN数据总线构成，最核心的就两字：集成，集成后数据间关联更紧密，在以前的汽车系统A点故障不会影响B点，现在使用CAN总线技术可能A点故障也许不会影响B点，但没准影响C点，所以汉兰达车型曾经出现改装氙气大灯或导航出现影响AWD（四驱系统）这种看似风牛马不相及的故障现象，这也要让我们的学生学会发散性和创造性的思维方式来进行汽车故障的分析。

2. 氧传感器的作用及和三元催化器的关系

要解决这个故障现象我们还要搞清楚氧传感器的作用，以及氧传感器和三元催化器的工作关系。

现代电喷车为获得高排气净化率，降低排气中CO、HC和NOx成份，必须利用三元催化器。但为了能有效地使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接近理论空燃比。氧传感器具有一种特性，在理论空燃比（14.7：1）附近它输出的电压有突变。这种特性被用来检测排气中氧气的浓度并反馈给电脑，以控制空燃比。当实际空燃比变高，在排气中氧气的浓度增加而氧传感器把混合气稀的状态（低电动势：如OV）通知ECM。当实际空燃比比理论空燃比低时，在排气中氧气的浓度降低，而氧传感器的状态（高电动势：如1V）通知ECM。

ECM根据来自氧传感器的电动势差别判断空燃比的低或高，并相应地控制喷油持续的时间，所以氧传感器还能弥补由于机械及电喷系统其它件磨损而引起空燃比的误差。可以说是电喷系统中有“智能”的传感器。

现代汽车基本上使用两个氧传感器，分别是前氧传感器（空燃比传感器）和后氧传感器（加热型氧传感器），前氧传感器大多安装于排气歧管后方，它的作用是检测发动机废气中氧气浓度，并将信息以电信号形式提供给ECM，ECM再根据废气中氧气浓度信息，进行喷油量闭环控制。当检测到废气中氧气浓度过高，则说明发动机混合气过稀；而当检测到废气中氧气浓度过低，则说明发动机混合气过浓。ECU便会以此调整喷油量，已达到最佳空燃比。

而后氧传感器大多安装于三元催化器后方，作用主要为检测经三元催化器净化后的废气氧浓度，如果前氧传感器与后氧传感器所检测出数据相同，则说明三元催化器已经失效。

3. 故障案例分析判断思路及解决办法

前面我们说过该车的故障码是“P0420”，产生这个故障码的原因很多，包括排气管或排气歧管附近尾气泄漏、三元催化器失效、发动机冷却液温度（ECT）传感器故障、发动机失火或正时滞后、机油太脏、氧传感器故障，燃油系统压力太高等。有这么多的原因可以导致这个故障码的产生，对于我们的中职汽修专业学生而言，到底该怎样去进行故障原因的分析，如何做到剥茧抽丝般的去找到真正的故障点呢，就这个教学实例我们来分析一下，首先分析故障我们应本着由易到难和先从发生故障概率较高的地方开始着手，比如说我们可以先通过目测看看发动机工作的时候排气管或排气歧管附近是否出现尾气泄漏，如果有这个故障可以很直观的看出来，同样机油太脏这种问题也可以快速进行检查，那么我们接下来可以通过询问车子使用保养情况进一步分析故障原因，比如该故障是在对发动机进行免拆清洗后出现的，通过分析认为，三元催化器不太可能在这么短时间内出现老化，更大的可能是在上次维修中清洗下来的积炭，覆盖在三元催化器内部，使其效能降低。

接下来通过检测数据来逐步开展分析：

（一）要解决此故障，首先我们要了解P0420故障代码的含义是ECM用安装三元催化器前方和后方的传感器来监视其效率。前氧传感器，即空燃比传感器向ECM发送催化处理之前的信息。后氧传感器，即加热型氧传感器向ECM发送催化处理之后的信息。ECM对比计算经三元催化器处理的排气含氧量，从而检测三元催化器内的工作情况。如果发生工作情况异常，则ECM将亮起MIL并设置DTC.

（二）通过检查空燃比和氧传感器的数值变化，利用主动测试发现在增加减少（-12.5%-24.5%）燃油喷射量时O2SB1S2的数值在2秒钟内就从0.05V变到0.89V或从0.89V变到0.05V频率过快（正常应在10S内缓慢的变化）异常。氧传感器应当无异常，为了排除氧传感器的故障，更换正常的氧传感器，再次利用主动测试增加减少（-12.5%-24.5%）燃油喷射量时O2SB1S2的数值仍然在2秒钟内就从0.05V变到0.89V或从0.89V变到0.05V，数值无任何变化，排气系统无漏气现象，空燃比数值又正常，而氧传感器监测到的含氧量随燃油增减同时瞬间变化，说明氧传感器工作正常，而三元催化器工作异常，确认故障出在三元催化器。

（三）经过检查三元催化器外部，也无刮碰的痕迹，排除因底盘剐蹭导致三元催化器损坏的可能性。

（四）确认到故障部位，我们重新分析问题，由于此车是发动机免拆卸清洗后出现的故障，发动机免拆卸清洗实质上是通过专用清洗剂去清洗节气门、汽缸及喷油器中的积碳，这些经清洗排除的杂质将跟随发动机废气通过排气歧管、三元催化器排出，此故障是清洗节气门和喷油嘴后出现的，对于15万km里程的汉兰达车型而言，三元催化器老化的可能性较低，会不会是进气道和缸内积碳过多，清洗后积碳覆盖在三元净化器表面，造成三元净化器效率低，导致ECM误判，根据上述情况将三元催化器拆下清洗后故障排除。

（五）该车19万km再次出现发动机故障灯和防侧滑故障灯同时点亮的故障现象，在未采取维修措施的前提下，三天后该故障自己消失了，说明该车型3AR发动机ECM系统再次误判，误判的原因可能是因为当初为满足国五排放标准进行的升级改造，在催化剂系统效率检测方面设定比较敏感，当前后氧传感器和三元催化器因外部因素影响（如油品、积碳等）出现误判的可能性较高。

通过该案例的教学，可以让学生更进一步的了解现代汽车部分系统的工作原理，了解对汽车进行故障判断的一些思路及维修逻辑关系，提高学生解决实际问题的能力和技巧。

参考文献：佚名 《汽车与驾驶维修》2018年07期

汽车之家 百科—控制器局域网总线技术（Controller Area Network-BUS）