丰田卡罗拉轿车点火系统故障引起发动机抖动

2019-05-07蔡景胜

汽车电器 2019年4期

蔡景胜

（广州市交通运输职业学校，广东广州 510440）

1 丰田卡罗拉1.6L GL点火系统的组成和工作原理

汽油机气缸内的混合气由点火系统所产生的高压电火花（大约15000～30000 V）点燃，按照发动机的工作顺序和点火时间的要求，适时、准确地将高压电分配给各缸火花塞，使火花塞产生足够强的火花，点燃可燃混合气。丰田卡罗拉1.6L GL轿车是电控单缸独立点火方式，其每个气缸由单独的一个点火线圈点火，各个次级绕组末端与各缸的火花塞连接，次级绕组中产生的高压电通过火花塞的中央电极到达搭铁电极。强烈的火花使可燃混合气膨胀燃烧，从而推动活塞运动作功，发动机正常工作。丰田卡罗拉1.6L GL轿车电控点火系统主要由蓄电池、点火线圈、火花塞和ECM等组成，如图1所示。

图1 丰田卡罗拉1.6L GL轿车电控点火系统控制图

该车电控点火系统工作原理是：ECM首先接收到曲轴位置传感器的转速信号和凸轮轴位置传感器的一缸上止点位置信号，结合冷却液温度传感器、空气流量计、节气门位置传感器信号，再依据ECM系统内储存的点火脉谱图，按发动机的工作顺序在适当的时刻输出点火控制信号IGT。各缸点火控制器接收到IGT信号后，切断点火线圈初级绕组的电流，线圈产生高压电传送到火花塞，使火花塞跳火产生高压电火花，点火成功。同时，点火控制器将相应的点火反馈信号IGF传输到ECM，ECM根据接收到的IGF信号确认此气缸点火控制器工作正常。如果点火不成功，发动机缺火次数超过了阀值并有可能导致排放控制系统性能下降时，ECM将亮起故障灯MIL并设置故障代码DTC。

2 故障现象

一辆一汽丰田于2012年生产的卡罗拉1.6L GL轿车，行驶里程为98036 km，车主反映，车辆怠速时发动机抖动，车辆在加速时感觉动力不足，且发动机故障灯点亮。

3 故障分析

接车后，试车验证故障现象，正如车主描述的一样。用解码仪ITⅡ读取故障码，诊断仪显示故障为“P0301，检测到1号气缸缺火”，如图2所示。查看数据流，也显示发动机1号气缸缺火。本着由简到繁的诊断原则，对上述可疑故障点进行排查。拆卸火花塞检查发现火花塞电极很多积炭，电极表面潮湿并有较浓的汽油味道。初步怀疑该车使用的汽油品质不行，导致出现此现象，因此更换了4个火花塞，并清洗了节气门体，重新装复后起动车辆检查，发动机工作正常，交车。几天后，车辆又返厂维修，故障现象依然。凭着维修经验，怀疑点火线圈有故障，拆卸2缸的点火线圈与1缸的点火线圈调换，如图3所示。起动车辆后发现发动机发抖，故障灯点亮，使用解码仪读码，故障码依然是P0301。接着拆卸两个气缸的火花塞对调，故障依旧。

图2 读取到的故障码

图3 调换点火线圈

在调换部件排查无果的情况下，着手对相关电路进行检查。通过查阅维修手册和电路图进行了以下步骤的检查。线路的检测主要包括线路的导通性、断路与短路、插接器牢靠、各信号传递有无干扰等。

3.1 1缸点火线圈电源的检测

断开连接器，将点火开关打到ON位置，根据图4、图5和表1所示，测量电压。测量到的1缸点火线圈连接器B26电源电压为12.26 V，在9～14 V的标准范围内，正常。

图4 丰田卡罗拉1.6L GT电控点火系统电路图

图5 点火线圈连接器端子图

表1 标准电压

3.2 1缸点火线圈线路连接情况的检测

断开点火开关，拆卸蓄电池负极电缆，断开点火线圈总成连接器，断开ECM连接器。如图6、图7和表2所示，分别测量IGT信号线和IGF反馈线的断路及短路情况。经测量点火信号IGT线的断路电阻0.8 Ω，IGT线的短路电阻为“1”无穷大，测量值均在标准范围内；反馈信号IGF线的断路电阻0.7 Ω，IGT线的短路电阻为“1”无穷大，线路的断路与短路测量数值均在标准范围内。因此，判定该车的发动机抖动故障不是由线路问题引起的。

图6 点火线圈总成和ECM之间信号线

图7 点火线圈总成和ECM之间反馈线

表2 标准电阻

3.3 波形测试

使用丰田专用解码仪ITⅡ对1缸读取IGT1和IGF1波形。连接仪器，起动发动机，在怠速状况下读取IGT1和IGF1波形，如图8所示。波形信号读取的条件见表3。

图8 点火器信号波形图

表3 点火器信号波形读取条件

该故障出现P0301，1号气缸缺火外，其他气缸均工作正常，因此暂不考虑ECM内部的问题。再次查阅维修手册，怀疑该故障现象可能是由气缸压力不足引起的。重新连接好ECM和各连接器端子后，对气缸压力进行检查。拔开点火线圈连接器，拆下点火线圈和火花塞。使用气缸压力表测量各缸气压，发现1号气缸压力为6.5 bar，2号、3号和4号气缸压力都大于11 bar。测量气缸压力和测量气缸活塞上止点高度如图9、图10所示。于是怀疑发动机内部可能存在机械故障，导致气缸压力不足的机械故障可能是气门密封不严、活塞环密封不严等。只有6.5 bar的气缸压力是很低的，气缸内应该存在严重的密封不严现象。使用做好标记的尺子对发动机活塞上止点位置进行检查对比，经检测发现1号气缸活塞上止点位置比其它气缸活塞上止点位置降低了约7 mm。再次对车辆状况做详细检查，打开空气滤芯，发现空气滤芯的纸已弯曲变形。怀疑这辆车有涉水的痕迹，后来向车主沟通了解后，车主反馈，该车一个月前，在乡镇低洼有积水的路面有强行通过。可能是发动机吸入水到气缸内，活塞在往上运动时，导致1号活塞的连杆弯曲。

图9 测量气缸压力

图10 测量气缸活塞上止点高度

4 故障排除

在基本确定故障原因后，对发动机进行了解体，发现1号活塞连杆严重弯曲，活塞和气缸内壁拉伤严重，如图11所示。对发动机进行大修镗缸，镶缸套，更换新活塞，按照发动机大修工艺流程重新修复后，再次试车，故障排除。车辆交付使用后，跟踪咨询时也没有再次发生故障。为了解清楚故障是如何产生和避免类似故障再次发生。笔者分析是车辆在较深的涉水路面通过，丰田卡罗拉1.6L GL轿车的进气歧管结构特点是1缸进气口离空气滤芯的进气道最近，车辆在短时间涉水时，1缸刚好把水和可燃混合气一同吸入气缸内，由于水的不可压缩性，导致发动机连杆弯曲。连杆弯曲后，活塞与气缸壁不在同一轴心上，造成拉缸磨损。1缸活塞连杆总高度变短约7 mm，气缸壁磨损较严重，造成1号气缸密封性变差，气缸压力只有6.5 bar，比正常气缸压力11 bar下降了约4.5 bar。气缸压力不足导致燃烧效率下降，从而导致气缸缺火。发动机缺火时，高浓度碳氢化合物（HC）进入废气中，极高浓度的碳氢化合物会使三元催化器的温度升高，排放控制系统性能下降，ECM监测发动机缺火数超过阀值，点亮故障灯MIL进行提醒并储存P0301的故障码，发动机怠速抖动，加速无力。