豐田卡羅拉轎車點火系統(tǒng)故障引起發(fā)動機抖動

蔡景勝

（廣州市交通運輸職業(yè)學(xué)校，廣東 廣州 510440）

1 豐田卡羅拉1.6L GL點火系統(tǒng)的組成和工作原理

汽油機氣缸內(nèi)的混合氣由點火系統(tǒng)所產(chǎn)生的高壓電火花 （大約15000～30000 V）點燃，按照發(fā)動機的工作順序和點火時間的要求，適時、準確地將高壓電分配給各缸火花塞，使火花塞產(chǎn)生足夠強的火花，點燃可燃混合氣。豐田卡羅拉1.6L GL轎車是電控單缸獨立點火方式，其每個氣缸由單獨的一個點火線圈點火，各個次級繞組末端與各缸的火花塞連接，次級繞組中產(chǎn)生的高壓電通過火花塞的中央電極到達搭鐵電極。強烈的火花使可燃混合氣膨脹燃燒，從而推動活塞運動作功，發(fā)動機正常工作。豐田卡羅拉1.6L GL轎車電控點火系統(tǒng)主要由蓄電池、點火線圈、火花塞和ECM等組成，如圖1所示。

圖1 豐田卡羅拉1.6L GL轎車電控點火系統(tǒng)控制圖

該車電控點火系統(tǒng)工作原理是：ECM首先接收到曲軸位置傳感器的轉(zhuǎn)速信號和凸輪軸位置傳感器的一缸上止點位置信號，結(jié)合冷卻液溫度傳感器、空氣流量計、節(jié)氣門位置傳感器信號，再依據(jù)ECM系統(tǒng)內(nèi)儲存的點火脈譜圖，按發(fā)動機的工作順序在適當(dāng)?shù)臅r刻輸出點火控制信號IGT。各缸點火控制器接收到IGT信號后，切斷點火線圈初級繞組的電流，線圈產(chǎn)生高壓電傳送到火花塞，使火花塞跳火產(chǎn)生高壓電火花，點火成功。同時，點火控制器將相應(yīng)的點火反饋信號IGF傳輸?shù)紼CM，ECM根據(jù)接收到的IGF信號確認此氣缸點火控制器工作正常。如果點火不成功，發(fā)動機缺火次數(shù)超過了閥值并有可能導(dǎo)致排放控制系統(tǒng)性能下降時，ECM將亮起故障燈MIL并設(shè)置故障代碼DTC。

2 故障現(xiàn)象

一輛一汽豐田于2012年生產(chǎn)的卡羅拉1.6L GL轎車，行駛里程為98036 km，車主反映，車輛怠速時發(fā)動機抖動，車輛在加速時感覺動力不足，且發(fā)動機故障燈點亮。

3 故障分析

接車后，試車驗證故障現(xiàn)象，正如車主描述的一樣。用解碼儀ITⅡ讀取故障碼，診斷儀顯示故障為“P0301，檢測到1號氣缸缺火”，如圖2所示。查看數(shù)據(jù)流，也顯示發(fā)動機1號氣缸缺火。本著由簡到繁的診斷原則，對上述可疑故障點進行排查。拆卸火花塞檢查發(fā)現(xiàn)火花塞電極很多積炭，電極表面潮濕并有較濃的汽油味道。初步懷疑該車使用的汽油品質(zhì)不行，導(dǎo)致出現(xiàn)此現(xiàn)象，因此更換了4個火花塞，并清洗了節(jié)氣門體，重新裝復(fù)后起動車輛檢查，發(fā)動機工作正常，交車。幾天后，車輛又返廠維修，故障現(xiàn)象依然。憑著維修經(jīng)驗，懷疑點火線圈有故障，拆卸2缸的點火線圈與1缸的點火線圈調(diào)換，如圖3所示。起動車輛后發(fā)現(xiàn)發(fā)動機發(fā)抖，故障燈點亮，使用解碼儀讀碼，故障碼依然是P0301。接著拆卸兩個氣缸的火花塞對調(diào)，故障依舊。

圖2 讀取到的故障碼

圖3 調(diào)換點火線圈

在調(diào)換部件排查無果的情況下，著手對相關(guān)電路進行檢查。通過查閱維修手冊和電路圖進行了以下步驟的檢查。線路的檢測主要包括線路的導(dǎo)通性、斷路與短路、插接器牢靠、各信號傳遞有無干擾等。

3.1 1缸點火線圈電源的檢測

斷開連接器，將點火開關(guān)打到ON位置，根據(jù)圖4、圖5和表1所示，測量電壓。測量到的1缸點火線圈連接器B26電源電壓為12.26 V，在9～14 V的標(biāo)準范圍內(nèi)，正常。

圖4 豐田卡羅拉1.6L GT電控點火系統(tǒng)電路圖

圖5 點火線圈連接器端子圖

表1 標(biāo)準電壓

3.2 1缸點火線圈線路連接情況的檢測

斷開點火開關(guān)，拆卸蓄電池負極電纜，斷開點火線圈總成連接器，斷開ECM連接器。如圖6、圖7和表2所示，分別測量IGT信號線和IGF反饋線的斷路及短路情況。經(jīng)測量點火信號IGT線的斷路電阻0.8 Ω，IGT線的短路電阻為“1”無窮大，測量值均在標(biāo)準范圍內(nèi)；反饋信號IGF線的斷路電阻0.7 Ω，IGT線的短路電阻為“1”無窮大，線路的斷路與短路測量數(shù)值均在標(biāo)準范圍內(nèi)。因此，判定該車的發(fā)動機抖動故障不是由線路問題引起的。

圖6 點火線圈總成和ECM之間信號線

圖7 點火線圈總成和ECM之間反饋線

表2 標(biāo)準電阻

3.3 波形測試

使用豐田專用解碼儀ITⅡ?qū)?缸讀取IGT1和IGF1波形。連接儀器，起動發(fā)動機，在怠速狀況下讀取IGT1和IGF1波形，如圖8所示。波形信號讀取的條件見表3。

圖8 點火器信號波形圖

表3 點火器信號波形讀取條件

該故障出現(xiàn)P0301，1號氣缸缺火外，其他氣缸均工作正常，因此暫不考慮ECM內(nèi)部的問題。再次查閱維修手冊，懷疑該故障現(xiàn)象可能是由氣缸壓力不足引起的。重新連接好ECM和各連接器端子后，對氣缸壓力進行檢查。拔開點火線圈連接器，拆下點火線圈和火花塞。使用氣缸壓力表測量各缸氣壓，發(fā)現(xiàn)1號氣缸壓力為6.5 bar，2號、3號和4號氣缸壓力都大于11 bar。測量氣缸壓力和測量氣缸活塞上止點高度如圖9、圖10所示。于是懷疑發(fā)動機內(nèi)部可能存在機械故障，導(dǎo)致氣缸壓力不足的機械故障可能是氣門密封不嚴、活塞環(huán)密封不嚴等。只有6.5 bar的氣缸壓力是很低的，氣缸內(nèi)應(yīng)該存在嚴重的密封不嚴現(xiàn)象。使用做好標(biāo)記的尺子對發(fā)動機活塞上止點位置進行檢查對比，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)1號氣缸活塞上止點位置比其它氣缸活塞上止點位置降低了約7 mm。再次對車輛狀況做詳細檢查，打開空氣濾芯，發(fā)現(xiàn)空氣濾芯的紙已彎曲變形。懷疑這輛車有涉水的痕跡，后來向車主溝通了解后，車主反饋，該車一個月前，在鄉(xiāng)鎮(zhèn)低洼有積水的路面有強行通過。可能是發(fā)動機吸入水到氣缸內(nèi)，活塞在往上運動時，導(dǎo)致1號活塞的連桿彎曲。

圖9 測量氣缸壓力

圖10 測量氣缸活塞上止點高度

4 故障排除

在基本確定故障原因后，對發(fā)動機進行了解體，發(fā)現(xiàn)1號活塞連桿嚴重彎曲，活塞和氣缸內(nèi)壁拉傷嚴重，如圖11所示。對發(fā)動機進行大修鏜缸，鑲缸套，更換新活塞，按照發(fā)動機大修工藝流程重新修復(fù)后，再次試車，故障排除。車輛交付使用后，跟蹤咨詢時也沒有再次發(fā)生故障。為了解清楚故障是如何產(chǎn)生和避免類似故障再次發(fā)生。筆者分析是車輛在較深的涉水路面通過，豐田卡羅拉1.6L GL轎車的進氣歧管結(jié)構(gòu)特點是1缸進氣口離空氣濾芯的進氣道最近，車輛在短時間涉水時，1缸剛好把水和可燃混合氣一同吸入氣缸內(nèi)，由于水的不可壓縮性，導(dǎo)致發(fā)動機連桿彎曲。連桿彎曲后，活塞與氣缸壁不在同一軸心上，造成拉缸磨損。1缸活塞連桿總高度變短約7 mm，氣缸壁磨損較嚴重，造成1號氣缸密封性變差，氣缸壓力只有6.5 bar，比正常氣缸壓力11 bar下降了約4.5 bar。氣缸壓力不足導(dǎo)致燃燒效率下降，從而導(dǎo)致氣缸缺火。發(fā)動機缺火時，高濃度碳氫化合物 （HC）進入廢氣中，極高濃度的碳氫化合物會使三元催化器的溫度升高，排放控制系統(tǒng)性能下降，ECM監(jiān)測發(fā)動機缺火數(shù)超過閥值，點亮故障燈MIL進行提醒并儲存P0301的故障碼，發(fā)動機怠速抖動，加速無力。

圖11 受損后的活塞與連桿

5 小結(jié)

在本案例中，故障分析的思路是正確的，但在故障排除的過程中對部分細節(jié)沒有充分留意，導(dǎo)致未能快速找到故障點。因此在排除故障時，要多與車主溝通，多注意導(dǎo)致故障產(chǎn)生的細節(jié)。結(jié)合車輛的實際情況進行合理分析并判斷，從而更好地診斷汽車故障。