汽車三種車型點火系統故障診斷的教學探討

廣西電力職業技術學院 嚴景明

一、引言

隨著國內汽車保有量的不斷增多，尤其是近年來家庭轎車擁有量的快速增長，我國對汽車排放污染控制標準越來越嚴格。2010年7月后實施歐四排放標準，對汽車點火系統提出了越來越高的要求。如何在較短時間內能正確診斷點火系統的故障并進行修理，保證汽車的正常使用，這對汽車修理技術人員提高了更高的要求。現在出廠的汽油轎車都配備有OBD-II車上診斷系統，可以利用檢測儀進入診斷系統，讀取故障碼、數據流，分析故障相關原因，確定故障部位，排除故障。本文將介紹日、美、歐車系點火系統工作原理和常見故障的診斷，以用于實踐課程教學。

二、基礎知識

近年來，轎車廣泛采用微機控制，點火系統由傳感器、執行元件、控制模塊組成，按其高壓配電方式可分為雙缸同時點火和各缸獨立點火。

點火系統常見故障有：1）系統不工作，2）點火過早，3）點火過遲，4）發動機爆震，5）執行元件：火花塞、高壓線、高壓線圈故障。

針對上述故障需要利用不同的診斷方法，判斷故障部位，從而快速高效排除故障。

對系統不工作故障，可對低壓和高壓電路分別檢查——低壓電路故障現象表現為蓄電池電量不足或搭鐵不良，傳感器損壞，導線連接不良。排故方法有萬用表檢測電壓、電流和示波器檢測傳感器的輸出波型。高壓電路故障表現為高壓線漏電、脫落，火花塞間隙過大或過小，火花塞絕緣體損壞，點火線圈損壞。排故方法可用高壓試火法，即拔下某缸高壓線或獨立點火線圈，接上一火花塞，離缸體3-6mm處，啟動發動機試火，有強烈火花，可判明點火系統正常。

對點火過早或過遲故障，由于現在發動機點火系統不需進行外部調整，就要檢查發動機的正時皮帶或正時鏈條是否正確。

對執行元件的故障，一是進行外觀檢查，二是對執行元件由于工作性能不良導致發動機工作不穩定或發動機故障燈亮等情況，則需使用檢測儀進行檢測，以確定相應維修方案。

三、案例分析與診斷方法范例

目前，在高職院校的汽車專業基本配備有相關的汽車檢測儀或示波器等設備，利用檢測儀可以進入車上的診斷系統，讀取故障碼或數據流，用示波器檢測傳感器或執行元件的輸出信號波型，從而能快速確定故障部位，提高工作效率。由于日、美、歐等車系點火系統工作原理的差異，因而檢測方法也不同。以下詳述：使用金德KT600專家版（帶示波器功能）檢測儀對日、美、歐三種車系點火系統分別診斷。

（一）日本車系的診斷

日本豐田汽車的產量位居前列，在我國的保有量也最大，下面以豐田威馳1NZ-FE發動機的點火系統為例，介紹其診斷方法。

1、1NZ-FE發動機的點火系統工作原理

1NZ-FE發動機為直列4缸，排量1.5L，每個氣缸配有一個單獨的點火線圈，點火順序為1-3-4-2。

1）傳感器位置

曲軸位置傳感器一個，位于曲軸皮帶輪后方、正時鏈蓋板側面；凸輪軸位置傳感器也是一個，在氣缸蓋后方、進氣凸輪軸后面，兩個傳感器均為雙線磁電式。

2）控制原理

曲軸位置傳感器由感應線圈和信號板組成，位于曲軸前端的信號板有36個齒位，而實際有34個齒，其中有兩個為缺齒，曲軸轉動一圈為360°，因此，每個齒位角度為10°，發動機ECU把1個齒運動的時間等分10份，得出1°曲軸轉角的時間。凸輪軸信號輪有三個齒，與曲軸位置傳感器配合，能識別第一缸上止點的位置。

點火線圈的線連接器為四腳，1號腳是電源線，點火開關在ON位時的供給電源12伏；2號腳是反饋信號IGF，當斷開線圈的線連接器，點火開關在ON時，IGF電壓約為5伏；3號腳是點火觸發信號IGT，IGT電壓約為2.5伏，測量方法同2號腳；4號腳是地線。

發動機ECU從曲軸信號輪上接收到轉速NE信號，同時也接收到凸輪軸信號G2，通過輸出信號IGT觸發點火線圈的功率控制管導通和截止，使線圈內的次級繞組產生高壓電，輸給火花塞，另外點火線圈會有反饋信號IGF給ECU，起安全保護作用。若ECU通過IGT信號觸發點火線圈6次以上，而點火線圈連續6次沒有IGF信號返給ECU，表明點火線圈沒有高壓點火，則ECU會切斷有故障汽缸的噴油器工作，防止汽油噴入汽缸導致發動機過熱。如果沒有轉速NE信號輸入到ECU，則發動機是不能起動的，若沒有凸輪軸信號G2輸入到ECU，則導致發動機起動困難。

2、故障診斷

1）P0335故障碼診斷

該碼表示曲軸位置傳感器或線路有故障。檢測方法為打開點火開關至ON位，可以先用檢測儀讀取故障碼，然后清碼，再起動幾次，讀取故障碼，確認是否為真正存在的故障碼。若顯示有P0335，測量傳感器電阻，在冷態時0-50℃，阻值為980-1600Ω，為了更準確判斷傳感器輸出波形可用示波器檢測。正常波形如圖1，檢測條件：發動機怠速時，示波器單位量選擇為縱坐標5V/DIV，橫坐標20ms/DIV。其中通道CH1是G2信號，通道CH2是NE信號。

圖1 G2、NE信號波形圖

2）P0340故障碼診斷

該碼表示凸輪軸位置傳感器或線路有故障，讀碼方法同P0335。測量傳感器電阻，在冷態時0-50℃，阻值為1600-2700Ω，信號G2波形可參考圖1。

3）點火線圈電路故障診斷

當點火線圈1、2、3、4號電路有故障時，產生對應故障碼為P1300、P1305、P1310、P1315。點火線圈電壓檢測可參考工作原理，用示波器檢測的正常波形如圖2，檢測條件：發動機怠速時，示波器單位量選擇為縱坐標2V/DIV，橫坐標20ms/DIV。其中通道CH1是IGT信號，通道CH2是IGF信號。

圖2 IGT、IGF信號波形圖

（二）美系車型的診斷

在國內，美國車型保有量較大是上海通用汽車公司生產的別克君威、凱越、賽歐，其中君威2.5的點火系統稍為復雜，也代表了美國車型的特點。

1、君威2.5的點火系統工作原理

君威2.5采用V6發動機，前排（靠近水箱側）為2、4、6缸，后排為1、3、5缸，點火次序為1-2-3-4-5-6，每兩個氣缸1-4、2-5、3-6共用一個點火線圈，雙缸同時點火。

（1）傳感器位置

君威2.5曲軸位置傳感器有兩個，分別為曲軸位置傳感器（24X、7X），凸輪軸位置傳感器一個（CMP）。24X曲軸位置傳感器位于發動機曲軸前端部的緩振平衡器后面，傳感器為三線霍爾感應式；另一個7X曲軸位置傳感器位于發動機缸體后下方，排氣歧管下部，傳感器為雙線磁電式；凸輪軸位置傳感器位于缸體前部、助力泵下面，傳感器為三線霍爾感應式。

（2）控制原理

1）7X曲軸位置傳感器：信號齒為鑄在曲軸上的一個圓輪上，共有7個切槽，輪上6個槽以60°均布，第7個槽距離前一個槽為10°。發動機運轉時，7X信號送到點火控制模塊（ICM），ICM將7X信號除以2得到3X參考信號，3X信號被送到動力控制模塊（PCM）。

2）曲軸皮帶輪的齒環上均布有24個缺口。當曲軸轉動時，24X曲軸位置傳感器向PCM提供曲軸的位置，PCM將24X信號與7X信號以及3X信號進行比較后，由PCM確定正確的噴油時刻、噴油脈寬以及點火時刻。如果24X曲軸位置傳感器采集到錯誤的曲軸轉角信號，PCM就不能發出正確的控制信號，從而造成起動困難。此時PCM會利用3X參考信號電路控制噴油和點火，發動機將繼續起動并僅采用3X參考信號和凸輪軸信號運行。

3）在曲軸轉一圈時，24X曲軸位置傳感器能夠產生24個信號脈沖，因此被用于精確控制點火和噴油，在發動機起動的過程中以及轉速低于1200r／min的范圍內起作用，而在轉速高于1200r／min時則不再參與工作。

4）在發動機轉速高于1600r／min時，由7X曲軸位置傳感器產生的信號通過點火控制模塊ICM計算，得出的3X曲軸位置信號脈沖提供給PCM用于控制噴油和點火，3X曲軸傳感器脈沖信號在發動機轉速為1200～10000r／min的范圍內起作用。7x曲軸位置傳感器是點火系統的關鍵部件，如果該傳感器損壞，發動機將不能起動。

2、常見故障診斷方法

1）故障碼P1374的診斷。發動機轉速高于1600r／min時，PCM在接收到3X信號不正確時，PCM將3X參考信號與24X脈沖信號和凸輪軸位置傳感器信號脈沖作對比，如果24X脈沖信號和3X參考信號的比值不等于8，或24X脈沖信號和凸輪軸位置傳感器脈沖信號的比值等于48出現10秒以上，PCM便設置故障碼P1374。PCM利用24X脈沖信號和CMP脈沖信號進行點火和噴油控制，發動機仍可運轉，但會點亮儀表板上的故障指示燈（SERVICE ENGINE SOON），可以用檢測儀讀取故障碼。

2）故障碼P0336的診斷。發動機轉速低于1200r／min時，PCM利用24X脈沖信號計算發動機轉速和曲軸位置，并監視24X脈沖信號的脈沖數，將24X脈沖信號與3X參考信號和CMP脈沖信號作對比，如果PCM接收到的24X脈沖信號不正確，PCM便設置故障碼P0336，PCM利用3X參考信號和CMP脈沖信號進行點火和噴油控制，發動機仍可運轉，但會點亮儀表板上的故障指示燈，也可以用檢測儀讀取故障碼。

3）發動機斷火、缺火的診斷。當發動機出現斷火、缺火時，轉速會不穩定，并且負載增加更加明顯，可以用檢測儀進行檢測。起動發動機后，先讀取故障碼，會顯示碼P0300，其含義是發動機缺火，說明發動機在運行時，PCM檢測到個別氣缸有缺缸現象，為了準確判斷是哪個缸缺火，可進入到“專用性能”，選擇“缺火圖示”，觀察各缸累計缺火次數，依據某缸缺火次數越多則工作性能也差，需要對點火系統部件如火花塞、高壓線、點火線圈檢查或更換；同時對燃油供給系統檢查，包括測試燃油壓力，拆檢噴油器，對噴油器用超聲波清洗儀進行清洗，檢測噴油量，另外還要對發動機氣缸壓力、正時機構檢查。

（三）歐系車型的診斷

歐洲車系以德國最為出名，我國與德國合資生產的公司最早為上海大眾，其中波羅車款是家庭轎車中保有量較多的。下面以波羅為例，介紹其常見故障診斷方法。

1、波羅1.4 BMG發動機的點火系統工作原理

BMG發動機為直列4缸，每缸獨立的點火線圈，點火順序為1-3-4-2。

1）傳感器位置

曲軸位置傳感器G28，是三線磁電感應式，位于缸體的中后部、進氣岐管下方；凸輪軸位置傳感器G163，在氣缸蓋上方、進氣凸輪軸后面，傳感器均為三線霍爾式。

2）控制原理

曲軸位置傳感器G28由信號板和感應線圈組成，信號板安裝在曲軸上，有60個齒位，而實際有58個齒，其中有兩個為缺齒，曲軸每轉一圈為360°，因此，每個齒位代表6°，發動機控制單元J220把1個齒位運動的時間等分6份，得出1°曲軸轉角的時間。凸輪軸信號輪有三個齒，與曲軸位置傳感器配合，能識別第一缸上止點的位置。

點火線圈為四孔插頭，包含有初級線圈、次級線圈和功率放大器，1號腳是初級線圈地線；2號腳是次級線圈地線；3號腳是電源線，點火開關在ON位時的供給電源12伏；4號腳是控制信號線。

發動機控制單元J220接收G28的轉速信號，同時也接收到凸輪軸G163信號，通過輸出信號觸發點火線圈的功率控制管導通和截止，使次級繞組產生高壓電，傳給火花塞點火，也噴油器進行噴油。發動機運行時，G28信號中斷，則發動機馬上熄火；而G163信號中斷，發動機仍能運轉，但對噴油時刻控制和配氣相位有一定影響。

2、故障診斷

1）P16706故障碼。該故障碼顯示曲軸位置傳感器G28電路有故障，檢測方法可參考豐田車型。G28的2號、3號插孔是傳感器線圈繞組，測量其阻值應在450-1000Ω范圍內，1號插孔是屏蔽線，分別測量1-2，1-3的阻值應為無窮大，輸出波形與豐田的NE信號相似。

2）P00515故障碼。該故障碼含義是霍爾傳感器G163對地短路，故障范圍有：傳感器性能不良或安裝不當；正時不對；發動機控制單元工作不良。G163是三線霍爾式，1號插孔是供給電源5伏，2號插孔是輸出信號，3號插孔是地線；信號波形是12伏矩形方波，可用示波器測量。若波形正常，則要重點檢查配氣正時機構是否對正，對于凸輪可變正時機構，則要求：進氣凸輪軸和排氣凸輪軸傳動鏈條中，凸輪軸鏈輪頸部的凹槽標記和鏈條顏色標記之間的距離為16個鏈節，否則多一個或少一個鏈節均出現故障碼P00515。

3）P16684故障碼。該故障碼含義是某缸失火檢測，即點火系統中有缺火現象，一般還出現P16685、P16686、P16687、P16688等故障碼，對應為第1、2、3、4缸失火。可采取對換部件方法來確認，例如：第1缸有失火，可以將第2缸的火花塞或點火線圈與第1缸對換，后清除故障碼試車，再讀碼。如果故障碼出現在第2缸，可判明原來第1缸火花塞或點火線圈性能不良，需要更換。同時波羅等大眾車型容易出現：長時間用車后，噴油器堵塞或進氣門積炭導致冷車不易起動、加速不順、發動機抖動等現象。因此，建議：每四萬公里需清洗噴油器和保養燃油系統。

四、小結

綜上所述，在點火系統的教學中，首先要讓學生理解點火系統的工作原理，同時也要掌握有關汽車機械知識，能使用檢測儀進行常規的讀碼，再用萬用表測量電阻或電壓，配合示波器檢查傳感器或執行元件的波形，分析故障原因，查閱相關資料，逐步排除故障。學生通過對點火系統的學習，能熟練使用汽車檢測儀，并能學以致用，對汽車日新月異的其他電控系統也能主動學習、掌握維修方法；不斷探索，將自己鍛煉成為一個高技能的汽車專業人才。

[1]席金波.一汽奧迪A6轎車維修手冊[M].遼寧科學技術出版社,2001.

[2]李東江.大眾/奧迪車系故障診斷與排除技巧[M].機械工業出版社,2005.

[3]遲日.上海通用別克轎車維修手冊[M].機械工業出版社,2001.

[4]趙振寧.電控發動機原理與檢修[M].北京理工大學出版社,2008.