基于数据流的2ZR-FE发动机故障诊断与维修研究

王文娟

（江海职业技术学院，江苏 扬州 225000）

1 2ZR-FE 发动机介绍

1.1 2ZR-FE 发动机特点

丰田卡罗拉轿车一直是日本丰田经典车型，整车性价比以及发动机动力性、燃油经济性、排放等性能非常优越。主力的2ZR-FE 1.8L 发动机与改款前的卡罗拉相比，最大功率由100kW/6000r/min 变为103kW/6400r/min，最大扭矩由175N·m/4400r/min 变为173N·m/4000r/min，性能参数的细微调整都是因为经典配置应运而生。

1.1.1 先进的双VVT- i 技术

一汽丰田的高级轿车皇冠和中级轿车锐志的发动机采用的都是这一技术。双VVT-i 技术使发动机实现了从混合气的吸入、燃烧到排气的高效率，大大提升了发动机的工作效率。同时，发动机在2000～4400r/min 内都保持最大扭矩的90%，带来长久的强劲动力。双VVT-i 技术使发动机对燃油的利用率达到了非常高的水平，车辆的燃油经济性也大幅提高。

1.1.2 高科技航空技术的电子节气门智能控制系统

一般的节气门装置，节气门的开启角度主要根据喷油量不断变化而改变。卡罗拉采用高科技航空技术的电子节气门智能控制系统，节气门的开启角度控制，除了根据喷油量大小外，也会应各种不同的行车状况需求，运用发动机电脑计算最佳节气门开启角度，再通过节气门控制电机，以调节控制节气门开启，精确控制发动机动力输出。不但使发动机具有强悍的动力，还大大增强了燃油经济性。

1.1.3 先进材质的使用

卡罗拉的发动机采用铝合金材质，优越于其他品牌车型的材质，大大减轻了车身质量，更有利于节油。

1.2 发动机电子控制部分组成

传感器主要有转速传感器、凸轮轴位置传感器（进、排气侧各1只）、冷却液温度传感器、氧传感器（2只）、爆震传感器、节气门体执行器（内含节气门位置传感器）、油门踏板位置传感器、质量空气流量传感器等。

ECM 即发动机电子控制单元，是发动机电控系统的核心。执行器有喷油器（1、2、3、4缸）、点火线圈（1、2、3、4缸）、节气门体执行器、VSV 清污电磁阀（简称碳罐电磁阀）、凸轮轴正时机油控制电磁阀（进气侧、排气侧）、燃油泵继电器、主继电器、IG2继电器（点火继电器）、电动燃油泵等。

2 2ZR-FE 发动机点火系统

2.1 点火系统的组成

丰田卡罗拉1ZR 电控发动机点火系统主要由点火线圈、火花塞、发动机转速传感器、凸轮轴位置传感器、发动机电子控制单元ECM、点火系统相关控制电路、IG2熔断丝、IG2No.2熔断丝、IG2继电器、静噪滤波器、点火开关等组成。每只气缸均采用独立点火方式，即每只气缸均采用一只点火线圈，其点火线圈上自带点火高压线。

2.2 点火系统控制原理

电源是低电压的蓄电池，点火线圈产生的是高电压点燃油气混合气, 因此点火系统电路分低压初级回路和高压次极回路。初级电路被切断，初级电路电流迅速下降到零，铁芯中的磁通随之迅速衰减以至消失，而且匝数多，导线细的次极绕组中感应出高电压，使火花塞两极之间的间隙被击穿，产生火花。初级绕组中电流下降的速度愈大，铁芯中磁通的变化就愈大，次极绕组中的感应电压也就愈高。

火花塞是否能够正常工作与点火线圈本体的好坏、点火线圈供电线路、发动机ECM 密切相关，同时也与发动机转速传感器、凸轮轴位置传感器、发动机防盗控制系统有关。

3 点火系统故障检修

3.1 故障表现

在行驶过程中，发动机故障灯点亮，加速时排气管有突突异响声，并有黑色异物排出。

3.2 故障检修

3.2.1 验证和读取故障码

对该车的故障进行验证，故障与所述相同，接下来用诊断仪进行了系统故障读取，结果有进气温度传感器输入信号过高和4个点火线圈故障。接着清码，读取数据流，进气温度显示-40℃，如图1所示。结合故障表现该车尾气中有黑色异物排出，应是燃烧不充分导致。

3.2.2 拆检分析

拆检点火线圈和火花塞，4个点火线圈竟然长短不一，火花塞都有严重的烧蚀且间隙都偏大。根据电脑内的故障指示对进气温度传感器进行了检查，发现进气温度传感器出现了破损。为进一步确定又进行了电压检测，结果是进气温度不随温度变化而变化。

3.2.3 确定故障原因

主要包括两部分，其一为发动机进气温度传感器破损，导致发动机电控系统传感器数据不正常，进气温度偏低，发动机电子控制系统会给燃油控制系统发出指令，供给较浓混合气，导致发动机不能充分燃烧，排气管有黑色异物排出。其二为发动机点火系统高压部分的元器件点火线圈和火花塞损坏，导致点火电压和点火能量不正常，异常燃烧，引起放炮异响和排气管黑色异物。

3.2.4 维修和检查

更换点火线圈和火花塞及空气流量计后，故障得以排除。

4 空气供给系统故障检修

4.1 故障表现

行驶里程约3.7万km 的2015年丰田卡罗拉1.8L 自动挡轿车，无明显故障，但油耗偏高，加速性能稍微下降。

4.2 故障检修

4.2.1 验证和读取故障码

试车油耗确实偏高，暖机后仪表盘上显示实际油耗高达百公里11～12L，该车综合油耗为百公里8～9L。利用诊断仪读码，发现系统正常，无任何故障码。接着读取分析数据流，第1个异常的数据是进气空气流量数据为1.4g/s 左右，在1.37～1.42g/s 波动。正常发动机暖机后该数据应为1.7～1.8g/s，现该数据明显偏小。第2个异常的数据为燃油修正系数，长期油修正系数显示为10.937%，短期油修正系数显示为13.281%，这2组数据在正常状态下应在-5%～5%波动，在系统状态非常良好的情况之下也会出现为0%。经过数据流综合分析，第1组异常数据是进气空气流量偏小，第2组数据是燃油修正系数偏大。

4.2.2 分析和拆检

燃油修正是为了满足环保性和经济性要求而采取的调整混合气浓度的控制措施。燃油修正是通过发动机闭环控制系统来调整混合气的浓度，即通过氧传感器和其它输入的信号控制燃油喷射脉宽。燃油修正系数用百分比来表示，正常情况下，该值在正负5%以内。正值的燃油修正系数表示动力控制系统试图加浓混合气；负值的燃油修正系数表示动力控制系统要降低混合气浓度。动力控制系统通过调整长、短效燃油修正系数，将空燃比保持在14.7∶1左右。

该发动机空气流量偏小，燃油修正系数显示为系统正在加浓混合气，说明该车实际混合气较稀。无故障码，排除传感器和相关电子控制系统的故障原因，根据空气流量偏小，检查进气系统外观管路，发现进气系统管路上，与气缸盖罩相连的强制通风软管接头损坏，该处的损坏可以造成进气系统漏气。

4.2.3 确定故障原因，维修和检查

故障原因就是发动机进气管与气缸盖罩之间的强制通风橡胶管接头老化，进气系统漏气，导致空气流量偏小，燃烧混合气过稀，因此整车故障表现为无明显故障，但是油耗高、加速性能不良。更换强制通风软管接头，重新读取发动机运行数据流，空气流量恢复到正常值，进一步试车发现油耗偏高、加速性能不良的现象也消失。

5 结 语

基于对2ZR-FE 发动机的特点、参数、构造和两个故障检修实例的阐述，可以体会到现实中发动机故障诊断与分析的难处与繁琐程度。不仅要求有丰富的理论知识，还要有相关的实际动手操作的能力，这一点也正是限制了发动机诊断技术的应用。大多数实际修车的师傅理论懂得少，知识更新慢。而懂得理论的又缺乏实战经验。发动机的故障原因可能是多方面的，解决问题更需要掌握相关的基本知识，并在实践中不断总结、积累，才能够对发动机常见故障做出及时、正确的诊断，保证发动机良好的技术状况。