豐田卡羅拉轎車點火系統故障引起發動機抖動

蔡景勝

（廣州市交通運輸職業學校，廣東 廣州 510440）

1 豐田卡羅拉1.6L GL點火系統的組成和工作原理

汽油機氣缸內的混合氣由點火系統所產生的高壓電火花 （大約15000～30000 V）點燃，按照發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，發動機正常工作。豐田卡羅拉1.6L GL轎車電控點火系統主要由蓄電池、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轎車電控點火系統控制圖

該車電控點火系統工作原理是：ECM首先接收到曲軸位置傳感器的轉速信號和凸輪軸位置傳感器的一缸上止點位置信號，結合冷卻液溫度傳感器、空氣流量計、節氣門位置傳感器信號，再依據ECM系統內儲存的點火脈譜圖，按發動機的工作順序在適當的時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，線圈產生高壓電傳送到火花塞，使火花塞跳火產生高壓電火花，點火成功。同時，點火控制器將相應的點火反饋信號IGF傳輸到ECM，ECM根據接收到的IGF信號確認此氣缸點火控制器工作正常。如果點火不成功，發動機缺火次數超過了閥值并有可能導致排放控制系統性能下降時，ECM將亮起故障燈MIL并設置故障代碼DTC。

2 故障現象

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

3 故障分析

接車后，試車驗證故障現象，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。查看數據流，也顯示發動機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。拆卸火花塞檢查發現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不行，導致出現此現象，因此更換了4個火花塞，并清洗了節氣門體，重新裝復后起動車輛檢查，發動機工作正常，交車。幾天后，車輛又返廠維修，故障現象依然。憑著維修經驗，懷疑點火線圈有故障，拆卸2缸的點火線圈與1缸的點火線圈調換，如圖3所示。起動車輛后發現發動機發抖，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，故障依舊。

圖2 讀取到的故障碼

圖3 調換點火線圈

在調換部件排查無果的情況下，著手對相關電路進行檢查。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，將點火開關打到ON位置，根據圖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的標準范圍內，正常。

圖4 豐田卡羅拉1.6L GT電控點火系統電路圖

圖5 點火線圈連接器端子圖

表1 標準電壓

3.2 1缸點火線圈線路連接情況的檢測

斷開點火開關，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，測量值均在標準范圍內；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值均在標準范圍內。因此，判定該車的發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 標準電阻

3.3 波形測試

使用豐田專用解碼儀ITⅡ對1缸讀取IGT1和IGF1波形。連接儀器，起動發動機，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內部的問題。再次查閱維修手冊，懷疑該故障現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，發現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。于是懷疑發動機內部可能存在機械故障，導致氣缸壓力不足的機械故障可能是氣門密封不嚴、活塞環密封不嚴等。只有6.5 bar的氣缸壓力是很低的，氣缸內應該存在嚴重的密封不嚴現象。使用做好標記的尺子對發動機活塞上止點位置進行檢查對比，經檢測發現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，發現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，在鄉鎮低洼有積水的路面有強行通過。可能是發動機吸入水到氣缸內，活塞在往上運動時，導致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，對發動機進行了解體，發現1號活塞連桿嚴重彎曲，活塞和氣缸內壁拉傷嚴重，如圖11所示。對發動機進行大修鏜缸，鑲缸套，更換新活塞，按照發動機大修工藝流程重新修復后，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生故障。為了解清楚故障是如何產生和避免類似故障再次發生。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轎車的進氣歧管結構特點是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，由于水的不可壓縮性，導致發動機連桿彎曲。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。氣缸壓力不足導致燃燒效率下降，從而導致氣缸缺火。發動機缺火時，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，排放控制系統性能下降，ECM監測發動機缺火數超過閥值，點亮故障燈MIL進行提醒并儲存P0301的故障碼，發動機怠速抖動，加速無力。

圖11 受損后的活塞與連桿

5 小結

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沒有充分留意，導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，多注意導致故障產生的細節。結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。