豐田1ZR-FE發動機無法起動的故障分析與診斷

黃 鵬

（廣東省財政職業技術學校，廣東 廣州 510445）

豐田1ZR-FE發動機為1.6升直列4缸汽油發動機。該發動機采用了直接點火系統，為單缸獨立點火。燃油供給系采用無回流燃油系統，ECM根據各種傳感器發送的信號計算最佳點火正時以及噴油正時。電控系統可以實現發動機的動力性、燃油經濟性和低排放性。而發動機無法起動是發動機常見的故障之一，針對故障現象，首先進行故障原因分析，然后進行故障診斷。本文所闡述的不能起動原因不包含機械方面的，且起動系正常。重點詳細介紹發動機電控系統的故障分析與診斷，以原廠維修手冊為依據，但又不拘泥于維修手冊，這對實際工作中有一定的指導意義。發動機無法起動分為2種情況：①發動機無法起動且無任何著車征兆；②有著車征兆，但無法起動發動機。下面分別進行闡述。

1 發動機無法起動且無任何著車征兆

1）故障現象 接通起動開關時，起動機能夠有力帶動發動機轉動，但發動機無法起動，且無任何著車征兆。

2）故障分析與診斷 如果出現了發動機無法起動，且無任何著車征兆的故障，則故障診斷可分為2種情況：①ECM無法和故障診斷儀進行通信（通常冷卻風扇常轉），故障可能是ECM和VC電源電路故障導致電控系統癱瘓；②ECM能和故障診斷儀進行通信，故障可能是發動機的點火系統、燃油供給系統或控制系統三者之中的一個或一個以上的系統完全喪失了功能。

1.1 ECM無法和故障診斷儀進行通信

1）ECM電源電路故障 ECM是整個控制系統的核心，發動機的點火系統和燃油噴射系統都受其控制，若ECM電源電路故障將導致發動機不能點火、不能噴油，從而導致發動機無法起動。根據豐田1ZR-FE發動機ECM電路（圖1），當點火開關置于ON位置時，IG2繼電器閉合，蓄電池電壓被施加到ECM的IGSW端子上。ECM的MREL端子的輸出信號使EFI MAIN繼電器閉合，EFI MAIN繼電器向ECM的+B和+B2端子供電。這一系統故障中，ECM本身出現故障的概率較低，主要是其控制線路出現故障，而在排除故障的過程中要本著先簡后繁的原則。所以首先是檢查相關熔斷器及繼電器，再查相關線路及元件。

圖1 豐田1ZR-FE發動機ECM電路圖

2）VC電源電路故障 VC是ECM的輸出電源，ECM將端子+B、+B2和BATT上的12 V電壓轉換成5 V的VC電源，同時VC輸出到各傳感器，為各傳感器提供5 V電源，如圖2所示。VC輸出電路涉及到的傳感器主要有：節氣門位置傳感器、真空壓力傳感器、進氣側凸輪軸位置傳感器、排氣側凸輪軸位置傳感器、油門踏板位置傳感器等。如果這些傳感器自身或者線路中存在短路，ECM中的微處理器和通過VC電路獲得電源的傳感器由于沒有從VC電路獲得電源而不能激活，系統不能起動，而且故障指示燈也不會點亮。正常狀態下，點火開關置于ON位置時，故障指示燈會亮起，當發動機起動時，故障指示燈會熄滅。通常先考慮ECM外部短路，再考慮ECM內部短路。

圖2 VC電源電路

由此可以按照以下步驟進行檢測：對于傳感器本身短路，可以逐步斷開相關傳感器插頭，當斷開傳感器插頭后，故障燈亮，且風扇停轉，故障就是該傳感器，然后按照維修手冊進行傳感器檢查與排除。當然也會出現多個傳感器同時短路，這就需要更為復雜的檢查，同樣重復以上步驟直到排除故障；對于傳感器電線短路，可以逐步斷開相關傳感器插頭，分別測量這些傳感器的5 V電源線與搭鐵之間的電阻，應該為無窮大。如果阻值很小，可以斷定該傳感器5 V電源線已短路，按照電路圖進行短路排查。

1.2 ECM能和故障診斷儀進行通信

ECM能和故障診斷儀進行通信時，可以先用診斷儀讀取故障碼，按提示進行故障診斷。如果還未排除故障，可以多次起動發動機檢測排氣管的氣味，如果有汽油的味道，故障出在點火系的可能性較大。如沒有任何汽油的味道，故障在燃油供給系統或曲軸位置傳感器的可能性較大。

1.2.1 點火系統故障

導致發動機無法起動的最常見的原因就是點火系統不能點火，也就是無高壓火花。對于單缸不點火，通常不會造成發動機無法起動，往往是多缸不能工作。豐田1ZR-FE發動機點火系，主要由曲軸位置傳感器的信號傳給ECM來控制點火正時，但曲軸位置傳感器出現故障一般較少且不方便檢測，最好從點火系統的其他問題著手。此發動機點火線圈有4條電線，分別是：1號供電線（+B）、2號點火信號線（IGT）、3號點火成功確認線（IGF）和4號搭鐵線（GND），任何一條線有故障都可以導致該氣缸無法工作。

由此可以按照以下步驟進行：首先拔掉點火線圈連接器插頭（圖3），檢測連接器中1（+B）和4（GND）之間電壓應為11～14 V，如果沒有達到規定值，應檢查蓄電池正極到點火線圈連接器1之間的線路和蓄電池負極到點火線圈4之間的線路。其次，檢查連接器中2（IGF）與蓄電池負極的電壓應為5V，沒有則檢查連接器2到ECM的線路。最后，起動發動機，檢查連接器中3（IGT）與蓄電池負極的電壓應在0～5 V之間跳動，沒有電壓或者電壓沒跳動，可以先考慮連接器3（IGT）到ECM的線路故障，再考慮曲軸位置傳感器。當然也可以直接拔出火花塞接入高壓線，觀察是否有強烈的高壓火花來判斷該缸點火是否正常，對于IGT和IGF 2條信號線也可以用示波器測波形（圖4）來進行檢測，哪種方法更為便捷，以實際工具來選擇。以上線路都正常的情況下應考慮火花塞和點火線圈故障，用更換法來具體確定。

圖3 連接器

圖4 示波器測IGT和IGF信號線波形

1.2.2 燃油供給系統故障

豐田1ZR-FE發動機燃油供給系統采用的是無回油系統，ECM根據發動機的輸出功率來計算燃油泵轉速，再將轉速信號轉化成占空比信號，并發送至燃油泵ECU。燃油泵ECU根據ECM的信號來調節燃油泵工作速度。

油泵及油路檢查。在確保油箱燃油充足的情況下，起動發動機。在油箱處仔細聽，是否能聽到油泵工作的聲音。如果沒有聽到，可以在FP-和FP兩個端子之間施加蓄電池電壓。如果聽不到油泵工作聲音，則需要檢修油泵總成；如能聽到油泵工作的聲音，則說明可能在油泵控制電路有故障。按照電路圖進行線路檢查，首先是檢查相關熔斷絲及繼電器，再查相關線路及元件；如果發動機還是不能起動，可以進行燃油壓力檢測。燃油壓力應在300 kPa以上，燃油壓力沒有達到規定值就應該檢查燃油管路是否堵塞、燃油濾清器是否堵塞及燃油壓力調節器是否失效等。

噴油器檢查。在油泵工作和點火系正常的情況下，則需要對噴油器進行檢查。拔掉噴油器插頭，測量4個噴油器的1號端子與搭鐵之間電壓，應在11～14 V。如果電壓沒有達到規定值則按照電路圖進行線路檢查；如果電壓符合規定值，插回噴油器插頭，可以用一個大電阻串聯一個發光二極管，跨接在噴油器的2條線上，起動發動機時看到閃亮，則說明噴油器控制電路正常，噴油器有故障。如果不亮或者一直亮，則需要對噴油器和ECM之間的接線進行檢查。

1.2.3 曲軸位置傳感器

曲軸位置傳感器是電控燃油噴射系統和點火系統的重要傳感器，可以幫助ECM判斷曲軸的位置和轉速，為噴油和點火正時提供控制信號。該傳感器出現故障，不會產生故障碼，且ECM將無法判斷發動機曲軸所處的位置，導致發動機無法起動，豐田1EZ-FE發動機的曲軸位置傳感器采用的是拾波線圈型。檢測曲軸位置傳感器時，先檢測冷態（1.63～2.74 kΩ）和熱態（2.06～3.23 kΩ）2種狀態下曲軸位置傳感器線圈電阻值。再檢查NE和NE-之間的波形（圖5），波長隨發動機轉速的增加而變短。用電阻和波形來判斷曲軸位置傳感器是否出現了故障，同時傳感器的安裝和外觀清潔度也很重要，間隙過大和一些臟的鐵屑粘在傳感器外部，也會使其產生故障。

圖5 NE和NE-之間的波形檢查

除以上故障之外，導致發動機無法起動且無任何著車征兆的原因還有進氣供給系統及氣缸壓縮壓力等，主要涉及發動機的機械部分，本文不做闡述，按照維修手冊檢修即可。

2 有著車征兆，但無法起動發動機

1）故障現象 接通起動開關時，起動機能夠有力帶動發動機轉動，有著車征兆，但發動機無法起動。

2）故障分析與診斷 有著車征兆，但發動機無法起動。說明點火系和燃油供給系沒有完全失去功能，而是工作失常。這種不能起動故障的原因基本都是點火正時不正確和混合氣太稀或太濃等。一般先檢查點火系統，然后再檢查燃油系統、進氣系統和排氣系統等。

3）可以按以下步驟進行檢查 ①可以先用故障診斷儀進行故障診斷，有故障代碼，則按故障代碼找相應的故障原因，但需要注意的是所讀取的故障代碼不一定與發動機有關，有些可能是歷史故障碼。②點火系和燃油供給系故障可以按照之前對“無法起動動發動機且無任何著車征兆”里提到檢測方法進行。③進氣系統故障。先檢查空氣濾芯是否堵塞，如拆掉濾芯就能起動則應更換濾芯。再檢查進氣管及其接口處是否漏氣，因為漏氣會導致發動機混合氣變稀而無法起動發動機。④排氣再循環系統和燃油蒸發回收系統故障。在起動發動機時，這2個系統是不會工作的，如果工作就會影響發動機起動性能。可以將排氣再循環系統和燃油蒸發回收系統的管道進行堵塞，如發動機能起動，則需要檢修該系統。⑤冷卻液溫度傳感器故障。冷卻液溫度傳感器的信號是發動機起動時ECU對噴油量以及點火正時修正的重要信號，會造成混合氣過濃或過稀，以及點火過早或太遲，從而導致發動機無法起動。除了按照電路圖檢查冷卻液溫度傳感器的電路之外，主要就是檢測其電阻，查維修手冊可知，該傳感器20 ℃時電阻為2.32～ 2.59 kΩ，80 ℃時電阻為0.310 ～ 0.326 kΩ。如不在范圍內，則需要更換。

3 結束語

通過以上所述，造成發動機無法起動的故障原因有很多，且較復雜。在實際維修過程中，首先要結合實際對故障現象進行分析，按照維修手冊，但不能拘泥于維修手冊，快速判斷出故障部位，這對實際維修工作具有一定的指導意義。