【丰田卡罗拉1ZR发动机电控系统组成和常见故障分析6400字】

丰田卡罗拉1ZR发动机电控系统组成和常见故障分析目录TOC\o"1-3"\h\u20290丰田卡罗拉1ZR发动机电控系统组成和常见故障分析 1215691.1丰田卡罗拉发动机电控系统的组成 1270061.1.1电控系统传感器 3128121.1.2发动机电控单元 683821.1.3电控系统执行器 661491.2丰田卡罗拉发动机电控系统常见故障及原因 8211991.1.1发动机不能启动或启动困难 8165131.1.2发动机启动后立马熄火 12239091.1.3发动机动力不足或加速不良 14215651.1.4实验小结 161.1丰田卡罗拉发动机电控系统的组成本论文主要基于corolla1.6升（1ZRFE）引擎如图2-1所示。发动机有1.6L的排量，采用了内联4缸16阀的双开销凸轮轴的设计，配备了双VVT可变定时阀、直接点火系统和涡流式进气歧管。最大功率转速为6000rpm，最大扭矩转速为5200rpm。其主要的技术特点有：采用了专门受ECM控制的节气门执行器；采用了燃油蒸发排放控制系统净化控制阀进行控制来降低HC的排放；正时齿轮配用的不是正时皮带而是正时链条；它包括EURO-BD自我诊断系统、用于气流测量的热线空气流量计、2个VVT位置传感器、即吸气和排气凸轮轴位置传感器。图2-1卡罗拉1ZR发动机发动机的电子控制系统分为传感器、ECU和执行器三种。这三个部分由对电压和温度非常敏感的各种电子元件和电路构成。传感器是感知信息的部件，它将被测对象的物理量转化为电量。ECU通过接受传感器发送过来的输入信号并且按照需求进行算法处理，信息处理后，将对应的控制命令发送给执行器。执行器的功能是执行ECU的特殊命令，最终完成控制的目的。他们三部分之间的相互联系如图2-2所示。电子控制引擎的故障多是由于机械部件和电子控制部分造成的。这两个部分通过他们的合作和控制来控制发动机的正常操作，机械部分的故障应按照相应的常规检查来完成。图2-2传感器、ECU、传感器关系图1.1.1电控系统传感器①霍尔式凸轮轴位置传感器丰田卡罗拉1ZR发动机运用的此传感器是根据霍尔原理构成的。其位于右侧气缸盖内的凸轮轴末端。作用是配合曲轴位置传感器共同来检测活塞上止点的位置信号，进气凸轮轴位置传感器接收到信号后开始工作，他们经过信息处理后将齿轮的旋转数据变化成其他形式的信号输出，并且把这类信号输送给ECM，ECM依据此类数据来精确掌控燃料喷射时间和点火时刻。霍尔式凸轮轴传感器常常出现的故障有：没有输出信号、信号丢失。对发动机造成的影响则是运行不稳、性能下降、甚至出现突然熄火的现象。此时，有可能是霍尔元件遭受损坏、传感器的线路发生短路或者断路。（如图2-3所示）图2-3凸轮轴位置传感器安装位置图②质量空气流量计它将空气的吸入量换算成电信号，用于测量通过节气门的空气流动。ECM使用该信息来控制燃油喷射以及确定最终空燃比。除此之外，ECM还有保持经过电流稳定的功能，这是由改变各个分量上的承载电压而实现的。此电路的配置让热敏电阻和加热器形成一个闭合回路，功率晶体管也可以通过此电路被控制，从而A和B两端的电压也会一致。如果此传感器出现故障，则会导致发动机由于喷油量过多而导致的运转不稳、功率下降、油耗增多以及起动困难。这时首先应该检查其是否因为传感器信号不准或者信号中断而造成的故障。（如图2-4所示）图2-4质量空气流量计原理图③发动机冷却液温度传感器其安装位置是发动机封闭水封套或者位于冷却剂的管道上。ECU通过接受其发出来的相应的有关于温度的信号之后，对燃料喷射的准确时间和点火的时刻进行控制和校正。它的内部拥有负温度系数的热敏电阻。当发动机水温发生变化时，传感器的输出电压发生变化。在从冷却水温传感器接收到信号后，ECU修正引擎的喷射时间和点火时间。判断冷却液温度传感器工作是否正常，需要测量冷却液温度传感器的电阻值、信号电压值和电源电压值。（如图2-5所示）图2-5冷却液温度传感器安装位置图 ④非共振型压电式爆震传感器（KS）它功能是检查发动机有无爆炸以及其燃烧程度，并且反馈给ECU，作为反馈信号调整提前点火角，从而实行点火正时的控制。此传感器所运用的原理是压电效应，并且主要由引线、压电配置元件以及惯性配重等组成。他们的作用是点火正时的反馈控制，实现点火系统的闭环控制。爆震传感器最常见的故障就是不产生信号，造成发动机的运行失稳加速时产生爆震等情况。出现此故障现象的原因是传感器本身被损坏造成线路短路或者断路。（如图2-6所示）图2-6爆震传感器安装位置图 ⑤加热型氧化锆式氧传感器（S1、S2）它位于三元催化器的后边，主要的功能和作用是检测排放出的废气中氧的含量和浓度。在带有随车诊断系统（OBD）的车上，设置有上部氧传感器和下部氧传感器。若前氧传感器出现故障，在发动机会出现不稳定的怠速、加速不利、耗油量增加、过度排放等。破损的原因可能是氧气传感器的碳表面积，老化、脏污以及内部电阻上升。（如图2-7所示）ab图2-7氧传感器安装位置图 1.1.2发动机电控单元电子控制器（ECU）是引擎控制系统的核心部件。ECU主要包括输入电路、单芯片微计算机（SCM）和输出电路三个部分。基本构造及加工工序如图2-8所示：图2-8电控单元结构图ECU的构造和一般的计算机差不多，主要的功能是帮助汽车将其功能体现并且作为主要控制工具作用于整车。CPU是具有计算机控制功能的ECU的中心部分。在发动机正常工作的时候，CPU通过收集大量的各类传感器输出的电信号，通过数据处理后将此类信号输出位控制信号，进而实现对整车的控制。随着技术的发展，ECU逐渐成为整车中不可或缺的以及最重要的部件，根据其发挥的作用以及功能的差异，被分为诸多不同的系统。比较常见的种类有EMS（EngineManagementSystem）引擎管理系统、TCU（TransmisionControlUnit）自动变速箱控制系统、BCM（BodyControlModule）车身控制模块、ESP（ElectronicStabilityProgram）车身电子稳定控制系统、BMS（BatteryManagementSystem）电池管理系统、VCU（VehicleControlUnit）车辆控制装置。1.1.3电控系统执行器①燃油泵继电器继电器对于整车系统来说既可以算作是控制开关，也可以被当做控制对象，即执行器。因此，燃油泵是否开始工作由燃油泵继电器来控制。如果它发生故障，一般会导致起动机不正常运转、运转的时候速度低于标准或者空转。故障的原因通常是继电器本身发生损毁，例如由于电池亏电以及线路老化而引起的电源故障、点火开关的接触不良引起的故障、起动机或者起动线路发生断路等故障。特别注意的是，燃油泵继电器通常除了控制燃油泵以外，与喷油器、清污电磁阀以及空气流量传感器的关系也极为密切，因此，如果在检测故障码时有多个故障出现，不应立即更换器件，应该在逐步检测完所有可能故障的部位后再进行检修。②喷油控制器燃油喷射器位于吸气歧管，根据来自ECM的信号向汽缸内喷射燃料控制螺线管阀的开闭，以最精准的喷射时期、喷射量及喷射速度将高压燃料轨道内的燃料注入燃烧室。③点火控制器本辆车使用的是DIS系统。DIS是各汽缸通过点火线圈点火，点火插头与各二次绕组末端连接的单汽缸点火系统。二次绕组产生的高电压直接作用于各火花塞。ECM决定点火时刻，并将点火信号传输给各气缸。IGT信号的连接或切断使得ECM控制晶体管进而连接通过初级线圈的电流。切断初级线圈的电流时，二次线圈就会产生高电压，这种高压被添加到火花塞上，在汽缸内生成火花。当初级线圈的电流被ECM切断时，点火确认信号(IGF）就会被传送至ECM，实现对各气缸进行点火。④怠速控制阀它被设置在节气门侧的孔上，其根据点火信号启动转速控制阀来提高发动机转速。速度由节气门电子控制系统控制。怠速控制器在收到点火确认信号之后，在引擎的转速过低时用来提高转速，当转速恢复正常后控制阀便停止工作。如果怠速的时候打开空调并且转动方向盘，但转速却不变，这时候有可能是怠速开关有问题，应该检查节气门位置传感器；当控制阀工作的时候有细微的嗤嗤声，有可能是进气的管路密封性出现问题，这时候应该进行加密封处理或者更换相关零件；除此之外，对于控制阀的日常维护和定期清洗也是至关重要的，要确保其无堵塞、无积碳，这是其正常工作的基本保证。1.2丰田卡罗拉发动机电控系统常见故障及原因1.1.1发动机不能启动或启动困难发动机正常启动必须具备以下条件：恰当的点火时刻、适合比例浓度的燃料混合气以及正确合理的气缸压力。如果不符合上述当中任意一个要求，引擎就很难开始正常工作。因此当维修人员遇到此类故障，应进行以下故障检测：进行故障检测查看有无故障码、检查起动机是否能够转动（如果转动不了，应该检查电源电池以及导线；如果可以转动但引擎无法工作，便应该检查起动机和引擎之间的连接地方以及机械类的零件）、检测废气循环系统（EGR）的密封性以及连接、检查发动机冷却液温度传感器和空气质量流量计、检查曲轴位置传感器以及发动机机械部分是否出现故障。当车辆出现上述故障后，可通过诊断座将实训车辆的电控系统与ESI系统进行连接，运用汽车检测仪（如图2-9所示）对故障进行诊断。图2-9BoschFSA740汽车检测仪若判断出是传感器出现故障，可用如图2-10所示的ESI系统的故障查找说明来进一步诊断故障的具体部位。图2-10ESI系统中故障查找指引图通过经验以及故障的现象分析，初步判断故障的原因是由于传感器坏了而导致的现象，因此，首先用ESI系统中的通用示波器对波形进行检测如图2-11所示，与正常情况下的标准波形进行对比判断其故障原因。图2-11连接端子后通用示波器显示的电压示例图通过实训实验台及汽车检测仪进行故障检测过程：首先观察启动机和电源，如果启动机正常且电池正常且有转速输出，说明曲轴传感器没有故障，使用实训实验台测得曲轴传感器的波形如图2-12所示图2-12曲轴传感器试验波形图用通用示波器对凸轮轴进行检查正常情况下输出的信号应当为图2-13所示，若没有信号输出，四缸同时喷油且发动机发出很重的油味，则证明其凸轮轴传感器故障。图2-13凸轮轴传感器试验波形图如果电池正常，有转速（曲轴传感器正常），测得凸轮轴位置传感器信号正常，用通用示波器测水温传感器的信号，若波形显示如图2-14，并且信号值为0.7，则证明水温传感器正常；此时应检测IGF信号（点火确认信号：根据信号给出喷油脉冲控制信号），若显示的波形不是方波，则证明IGF信号缺失。图2-14水温传感器试验波形图除上述传感器的故障外，要使发动机能够正常启动要保证足够的点火能量以及点火压力、一定比例浓度的燃油混合气。只有保证发动机有初始燃烧并且不会发生间歇性的不完全燃烧，才能使发动机正常启动。1.1.2发动机启动后立马熄火此类故障主要包括怠速过高、怠速过低。引擎的电子控制系统在冷发动机上以更快的怠速工作，然后在发动机暖机时恢复到正常怠速。然而，若发动机继续加速并且在汽车预热后怠速运转，那么怠速运转是不利的。造成这种故障的原因主要是由于过量的空气吸入、喷射的燃油量太多或者接受的信号有误。在这种情况下，应该检查管路是否泄漏，阀门是否有碳纤维的积攒，节气门拉线是否固定，检查吸入气温度和温度传感器。怠速过低通常是因为进气量太少，导致怠速转速低于规定值，这时诊断过程如下：检查各管路密封性、检查怠速阀、EGR系统、油压、喷油器、火花塞、水温和进气温度传感器、气缸压力。根据发动机的故障现象判断出可能是进气压力传感器出现故障，进气压力传感器将真空管连接进气歧管，将其内部的电阻转换成脉冲电压信号来修正点火正时。一般情况下，进气压力传感器（如图2-15所示）接受到的信号电压是5V，怠速状态下是1-1.5V。图2-15进气压力温度传感器试验波形图接下来进行对气缸压力的检测：用如图2-16所示的气缸压力表来进行气缸压力的检测。气缸压力与活塞的配合情况、管路的密封性以及配气机构都有着密切的关系，在检测气缸压力的时候，应该要保持发动机的蓄电池有足够的电量、润滑条件良好、使发动的达到正常的工作温度（水温保持在85度左右，油温保持在75-90度左右）。图2-16气缸压力表达到以上条件后开始准备测量工作：首先将所有的高压线拆除下来，将火花塞放松2圈，启动引擎10秒左右，用高压气枪将其附近的杂物吹干净后取下来，注意妥善保管火花塞。不要将其他杂质粘在上边；随后把气缸压力表放到火花塞的入口位置并拧紧3-6kg/M；用起动机带动发动机运转，压缩4个冲程后读取测量数值。接着依次测量其他缸；为保证实验数据的准确性，每个气缸测量3次取平均值并与维修手册上的标准值进行比较。表2-1气缸压力测试表测量值(kg/cm2)标准值（kg/cm2）标准容差%/（10%）结论一缸14.3154.7%正常二缸13.7158.7%正常三缸11.41517.3%过低四缸11.61516%过低通过实验数据可以得出，由于3缸和4缸的气缸压力超过标准误差范围太大，得出了由于发动机使用时间太长而造成的气缸密封性变差，导致发动机启动后立马熄火的故障现象。对于此故障，维修人员可以及时更换3缸和4缸的气缸衬垫，以确保其密封性，使发动机能够正常工作。1.1.3发动机动力不足或加速不良发动机动力不足是指发动机在低速时或者有负载的时候加速慢、动力不够，尽管将踏板踩到底但还是感觉动力不足，或者发动机在加速的过程中有些许的抖动现象。此故障的原因可能是发动机燃烧压力不符合正常值、喷油器喷油不佳、点火时间错误和以及气缸的压力不符合实际值。如果发动机出现上述故障现象，首先要对空气滤清器进行检测，若果其被堵塞，便会引起发动机加速不良。其次应该检查燃油压力，判断其是否在正常的范围之内，燃油的压力如果过低，应该对滤清器和喷油嘴进行清洗或者更换。除此之外，火花塞、点火线圈若出现故障或损坏，也会造成以上所述故障现象。排除故障步骤：根据故障现象进入ESI系统将被测车型与其连接，进入故障自诊断系统，清除故障码一次后系统显示故障码为P2127，对应的故障类型为节气门/踏板位置传感器/开关“E”电路信号过低输出。试验所选车型的节气门位置传感器（如图2-17所示）采用的是双电位，这种设计在很大程度上保护了节气门的安全性。在传感器内部有VTA1和VTA2两条输出电路，一个用来监测节气门的开度，判断其是否符合标准，另一条电路VTA2用来监控节气门是否正常工作。随着节气门的开度变化，其内部的电压也会随之增大或减小图2-17节气门位置传感器安装位置在得知具体故障部位后，对节气门位置传感器进行检查;首先将DLC3和智能诊断仪相连接，使点火开关置于打开的状态，进入Powertrain来测量其电阻值。判断数值是否处于正常范围。图2-18为节气门位置传感器正常工作条件下的电压变化范围。图2-18节气门位置传感器正常工作电压值表2-2相关实验数据记录标准值实验值实验结论不踩油门时VTA1的电压0.93V0.34V过低踩下油门时VTA1的电压0.93-5V0.69V过低不踩油门时VTA2的电压1.56V1.81V失效保护踩下油门时VTA2的电压1.56-5V1.96V失效保护通过试验所得数据与标准值进行比较，可得知VTA1电路发生了由于电压过低而引起的短路，VTA2检测到了其电路故障，并开启了失效保护；因此当VTA1的电压跳动较多时，VTA2的电压基本保持在正常范围，这是VTA1