丰田1ZR-FE发动机无法起动的故障分析与诊断

2018-07-31黄鹏

汽车电器 2018年7期

黄鹏

（广东省财政职业技术学校，广东广州 510445）

丰田1ZR-FE发动机为1.6升直列4缸汽油发动机。该发动机采用了直接点火系统，为单缸独立点火。燃油供给系采用无回流燃油系统，ECM根据各种传感器发送的信号计算最佳点火正时以及喷油正时。电控系统可以实现发动机的动力性、燃油经济性和低排放性。而发动机无法起动是发动机常见的故障之一，针对故障现象，首先进行故障原因分析，然后进行故障诊断。本文所阐述的不能起动原因不包含机械方面的，且起动系正常。重点详细介绍发动机电控系统的故障分析与诊断，以原厂维修手册为依据，但又不拘泥于维修手册，这对实际工作中有一定的指导意义。发动机无法起动分为2种情况：①发动机无法起动且无任何着车征兆；②有着车征兆，但无法起动发动机。下面分别进行阐述。

1 发动机无法起动且无任何着车征兆

1）故障现象接通起动开关时，起动机能够有力带动发动机转动，但发动机无法起动，且无任何着车征兆。

2）故障分析与诊断如果出现了发动机无法起动，且无任何着车征兆的故障，则故障诊断可分为2种情况：①ECM无法和故障诊断仪进行通信（通常冷却风扇常转），故障可能是ECM和VC电源电路故障导致电控系统瘫痪；②ECM能和故障诊断仪进行通信，故障可能是发动机的点火系统、燃油供给系统或控制系统三者之中的一个或一个以上的系统完全丧失了功能。

1.1 ECM无法和故障诊断仪进行通信

1）ECM电源电路故障 ECM是整个控制系统的核心，发动机的点火系统和燃油喷射系统都受其控制，若ECM电源电路故障将导致发动机不能点火、不能喷油，从而导致发动机无法起动。根据丰田1ZR-FE发动机ECM电路（图1），当点火开关置于ON位置时，IG2继电器闭合，蓄电池电压被施加到ECM的IGSW端子上。ECM的MREL端子的输出信号使EFI MAIN继电器闭合，EFI MAIN继电器向ECM的+B和+B2端子供电。这一系统故障中，ECM本身出现故障的概率较低，主要是其控制线路出现故障，而在排除故障的过程中要本着先简后繁的原则。所以首先是检查相关熔断器及继电器，再查相关线路及元件。

图1 丰田1ZR-FE发动机ECM电路图

2）VC电源电路故障 VC是ECM的输出电源，ECM将端子+B、+B2和BATT上的12 V电压转换成5 V的VC电源，同时VC输出到各传感器，为各传感器提供5 V电源，如图2所示。VC输出电路涉及到的传感器主要有：节气门位置传感器、真空压力传感器、进气侧凸轮轴位置传感器、排气侧凸轮轴位置传感器、油门踏板位置传感器等。如果这些传感器自身或者线路中存在短路，ECM中的微处理器和通过VC电路获得电源的传感器由于没有从VC电路获得电源而不能激活，系统不能起动，而且故障指示灯也不会点亮。正常状态下，点火开关置于ON位置时，故障指示灯会亮起，当发动机起动时，故障指示灯会熄灭。通常先考虑ECM外部短路，再考虑ECM内部短路。

图2 VC电源电路

由此可以按照以下步骤进行检测：对于传感器本身短路，可以逐步断开相关传感器插头，当断开传感器插头后，故障灯亮，且风扇停转，故障就是该传感器，然后按照维修手册进行传感器检查与排除。当然也会出现多个传感器同时短路，这就需要更为复杂的检查，同样重复以上步骤直到排除故障；对于传感器电线短路，可以逐步断开相关传感器插头，分别测量这些传感器的5 V电源线与搭铁之间的电阻，应该为无穷大。如果阻值很小，可以断定该传感器5 V电源线已短路，按照电路图进行短路排查。

1.2 ECM能和故障诊断仪进行通信

ECM能和故障诊断仪进行通信时，可以先用诊断仪读取故障码，按提示进行故障诊断。如果还未排除故障，可以多次起动发动机检测排气管的气味，如果有汽油的味道，故障出在点火系的可能性较大。如没有任何汽油的味道，故障在燃油供给系统或曲轴位置传感器的可能性较大。

1.2.1 点火系统故障

导致发动机无法起动的最常见的原因就是点火系统不能点火，也就是无高压火花。对于单缸不点火，通常不会造成发动机无法起动，往往是多缸不能工作。丰田1ZR-FE发动机点火系，主要由曲轴位置传感器的信号传给ECM来控制点火正时，但曲轴位置传感器出现故障一般较少且不方便检测，最好从点火系统的其他问题着手。此发动机点火线圈有4条电线，分别是：1号供电线（+B）、2号点火信号线（IGT）、3号点火成功确认线（IGF）和4号搭铁线（GND），任何一条线有故障都可以导致该气缸无法工作。

由此可以按照以下步骤进行：首先拔掉点火线圈连接器插头（图3），检测连接器中1（+B）和4（GND）之间电压应为11～14 V，如果没有达到规定值，应检查蓄电池正极到点火线圈连接器1之间的线路和蓄电池负极到点火线圈4之间的线路。其次，检查连接器中2（IGF）与蓄电池负极的电压应为5V，没有则检查连接器2到ECM的线路。最后，起动发动机，检查连接器中3（IGT）与蓄电池负极的电压应在0～5 V之间跳动，没有电压或者电压没跳动，可以先考虑连接器3（IGT）到ECM的线路故障，再考虑曲轴位置传感器。当然也可以直接拔出火花塞接入高压线，观察是否有强烈的高压火花来判断该缸点火是否正常，对于IGT和IGF 2条信号线也可以用示波器测波形（图4）来进行检测，哪种方法更为便捷，以实际工具来选择。以上线路都正常的情况下应考虑火花塞和点火线圈故障，用更换法来具体确定。

图3 连接器

图4 示波器测IGT和IGF信号线波形

1.2.2 燃油供给系统故障

丰田1ZR-FE发动机燃油供给系统采用的是无回油系统，ECM根据发动机的输出功率来计算燃油泵转速，再将转速信号转化成占空比信号，并发送至燃油泵ECU。燃油泵ECU根据ECM的信号来调节燃油泵工作速度。

油泵及油路检查。在确保油箱燃油充足的情况下，起动发动机。在油箱处仔细听，是否能听到油泵工作的声音。如果没有听到，可以在FP-和FP两个端子之间施加蓄电池电压。如果听不到油泵工作声音，则需要检修油泵总成；如能听到油泵工作的声音，则说明可能在油泵控制电路有故障。按照电路图进行线路检查，首先是检查相关熔断丝及继电器，再查相关线路及元件；如果发动机还是不能起动，可以进行燃油压力检测。燃油压力应在300 kPa以上，燃油压力没有达到规定值就应该检查燃油管路是否堵塞、燃油滤清器是否堵塞及燃油压力调节器是否失效等。

喷油器检查。在油泵工作和点火系正常的情况下，则需要对喷油器进行检查。拔掉喷油器插头，测量4个喷油器的1号端子与搭铁之间电压，应在11～14 V。如果电压没有达到规定值则按照电路图进行线路检查；如果电压符合规定值，插回喷油器插头，可以用一个大电阻串联一个发光二极管，跨接在喷油器的2条线上，起动发动机时看到闪亮，则说明喷油器控制电路正常，喷油器有故障。如果不亮或者一直亮，则需要对喷油器和ECM之间的接线进行检查。

1.2.3 曲轴位置传感器

曲轴位置传感器是电控燃油喷射系统和点火系统的重要传感器，可以帮助ECM判断曲轴的位置和转速，为喷油和点火正时提供控制信号。该传感器出现故障，不会产生故障码，且ECM将无法判断发动机曲轴所处的位置，导致发动机无法起动，丰田1EZ-FE发动机的曲轴位置传感器采用的是拾波线圈型。检测曲轴位置传感器时，先检测冷态（1.63～2.74 kΩ）和热态（2.06～3.23 kΩ）2种状态下曲轴位置传感器线圈电阻值。再检查NE和NE-之间的波形（图5），波长随发动机转速的增加而变短。用电阻和波形来判断曲轴位置传感器是否出现了故障，同时传感器的安装和外观清洁度也很重要，间隙过大和一些脏的铁屑粘在传感器外部，也会使其产生故障。

图5 NE和NE-之间的波形检查

除以上故障之外，导致发动机无法起动且无任何着车征兆的原因还有进气供给系统及气缸压缩压力等，主要涉及发动机的机械部分，本文不做阐述，按照维修手册检修即可。

2 有着车征兆，但无法起动发动机

1）故障现象接通起动开关时，起动机能够有力带动发动机转动，有着车征兆，但发动机无法起动。

2）故障分析与诊断有着车征兆，但发动机无法起动。说明点火系和燃油供给系没有完全失去功能，而是工作失常。这种不能起动故障的原因基本都是点火正时不正确和混合气太稀或太浓等。一般先检查点火系统，然后再检查燃油系统、进气系统和排气系统等。

3）可以按以下步骤进行检查 ①可以先用故障诊断仪进行故障诊断，有故障代码，则按故障代码找相应的故障原因，但需要注意的是所读取的故障代码不一定与发动机有关，有些可能是历史故障码。②点火系和燃油供给系故障可以按照之前对“无法起动动发动机且无任何着车征兆”里提到检测方法进行。③进气系统故障。先检查空气滤芯是否堵塞，如拆掉滤芯就能起动则应更换滤芯。再检查进气管及其接口处是否漏气，因为漏气会导致发动机混合气变稀而无法起动发动机。④排气再循环系统和燃油蒸发回收系统故障。在起动发动机时，这2个系统是不会工作的，如果工作就会影响发动机起动性能。可以将排气再循环系统和燃油蒸发回收系统的管道进行堵塞，如发动机能起动，则需要检修该系统。⑤冷却液温度传感器故障。冷却液温度传感器的信号是发动机起动时ECU对喷油量以及点火正时修正的重要信号，会造成混合气过浓或过稀，以及点火过早或太迟，从而导致发动机无法起动。除了按照电路图检查冷却液温度传感器的电路之外，主要就是检测其电阻，查维修手册可知，该传感器20 ℃时电阻为2.32～ 2.59 kΩ，80 ℃时电阻为0.310 ～ 0.326 kΩ。如不在范围内，则需要更换。