花冠1ZZ发动机的电控燃油喷射系统结构与检修

花冠1ZZ发动机的电控燃油喷射系统结构与检修摘要：本文主要介绍花冠1ZZ发动机的电控燃油喷射系统组成与原理、主要部件的检测及常见故障排除方法。以此来介绍现代的电控燃油喷射系统组成原理及相 关的常见故障、排除方法。关键词：花冠1ZZ发动机组成与原理主要部件检测故障与排除方法一、丰田花冠1ZZ发动机的概述花冠发动机部分的技术特点：1.8升1ZZ- FE发动机的个性化配置有：智能型可变配气相位系统（VVT i ）、直接点火系统（DIS）、无回油管供油系统、双氧传感器等。在所有发动机特性中，其中智能型可变配气相位系统（VVT- i ）最引人关注。VVT i系统的功能就是控制进气门凸轮轴在50度的范围内调整凸轮轴转角。发动机电脑根据 VVT-i传感器获得进气门配气正时的反馈信号，通过VVT- i执行器稳定地控制进气门配气正时达到目标值，使配气正时满足优化发动机工作状况的要求。从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、燃油经济性、以及降低尾气排放。另外VVT-i可以最大程度地满足驾驶员对发动机的性能要求。根据发动机转速、加速 踏板开度及其他驾驶工况，控制进气门的开启、关闭时间，从而更方便进、排气，显著改善 了发动机中低速时的扭矩特性。因此配有VVT- i的发动机真正实现了在所有转速范围内增加扭矩，使驾驶员可以体验到当踩下加速踏板时，那种平顺稳健的加速感受。DIS是 直接点火系统”的英文缩写，直接点火系统有两个最大的优点是：（1）可以减少点火能量损失。（2）可以提高点火时刻的精确度。另外直接点火系统由于省略了分电器和高 压线，从而减少了点火系统的故障率。通过给每个汽缸单独配备点火线圈和点火器，直接提高了整个点火系统的可靠性。双氧传感器，既同时配备主氧传感器和副氧传感器，这种设计一般只有在较高档次的发动机上才能看到。主氧传感器安装在三元催化器之前，用于电子燃油喷射的闭环控制，副氧传感器安装在三元催化器之后，用于监测三元催化器和主氧传感器的性能是否超出标准。这样设计非常科学合理，提高了发动机电脑控制的可靠性。总体来讲，花冠1 ZZ- FE发动机高输出、低消耗、经济、环保，它将丰田花冠的整车 性能提升到一个令人满意的水平。二、花冠1ZZ发动机电控燃油喷射系统的组成、原理及检测其组成为空气供给系统、燃油供给系统和电子控制系统。其组成部件及安装位置如图125所示。帮酬球等（献阳I-1- hUi (11吓KU体通急UE” .l h UJ：6 .0 V。点火开美 1仪表板接线盒发动机ECU|黑省仪表板接线金黑17和整线盒(*2)9同11SB(黑/白)SB 伯/黑力 (*2)1LG 旧/黑) 3 dauSBS幻(黑&)黑i主熔黑唐T蓄电舱黑虫()伯/黑)LG(白/黑)(2)JM中间接线器ml112中阿1-1转线器图17起动信号的相关电路8、空档起动开关(1)作用空档起动开关信号(NSW)主要用于怠速控制系统的控制，在装有自动变速器的汽车 中。ECU用空档起动开关信号判定变速器的档位。识别变速器处于空档或停车状态还是处 于行驶状态。ECU通过对NSW信号的识别，对怠速系统进行控制，在发动机过渡工况修 正喷油量。(2).检测空档起动开关电压的检测换档杆置于表1中各档位时，测量发动机 ECU每个端子NSW、R、2、L与发动机 ECU E8连接器端子E1之间的电压，正常情况如表 1所示。表1 起动开关各端子与 E1之间的电压档位测量端子电压值P、NNSW E1蓄电池电压RR E1蓄电池电压22E1蓄电池电压LL E1蓄电池电压空档起动开关导通性的检测拆下空档起动开关连接器换档杆置于表2中各档位时，检查空档起动开关各端子之间的导通性，正常情况如表 2所示。表2起动开关各端子之间的导通性档位端子号端子号P1 369R23一N3 569D37一23 4一L38一空档起动开关与点火开关之间的线束和连接器的检测，见图18所示。检查发动机ECUE7连接器端子NSW与空档起动开关端子 6之间的导通情况，标准电阻为W 1.0 ?；检查E7连接器端子 NSW E8连接器端子E1之间的断路情况，标准电阻为1.0 M ?。L5S&（揄黑）便衰盘挂常AH （J3申海塞线塞H打座.科/黑）日口电SB （晶/幻红/白（备值表叔控3自箱挂软事匚Z3匚口吊网赛辐nci31? UT_mm14%SB 厂（黑西）U友用机ECU0 12SB （班血）LC （白/器）图18空档起动开关电路9、氧传感器(1)组成及原理氧传感器又称入传感器，它装在排气管的接头处。氧传感器是发动机燃油喷射闭环控制 的重要检测元件，它探测排气中氧浓度，并转化为电信号输入ECU其外形与火花塞相似，旋入排气管中。丰田花冠1ZZ发动机采用的是氧化错式氧传感器，如图19所示。这种氧传感器内有一个由氧化错陶瓷制成的一端封闭不透气的管状体称错管。错管的内外表面各自覆盖一层透气的多孔性薄钳层，作为电极。错管内表面电极与大气相通，外表面与废气接触。错管外部套 有一个带有缝槽的耐热金属，对错管起保护作用。氧化错温度超过300c后，才能进行工作。因此该种氧传感器内有一个加热元件，可在 发动机起动后2030秒内迅速将氧传感器加热至工作温度。加热器由ECU$制，当进气量小时，电流流到加热器，保证精确测量氧浓度。这种氧传感器有四根线：一根接ECU 一根接加热元件，另外两根分别接地。发动机运行时，排出废气从氧传感器错管外表面流过，在高温状态下氧分子发生电离。由于错管内外表面上氧分子浓度不同，因而氧离子从浓度大的错管内表面向浓都度小的错管外表面移动，从而在错管内外表面的两个电极之间产生一个微小的电压。当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即发动机以较浓的混合气运行时，排气中缺氧，错管中氧离子移动较快，并产生0.9V的电压；当混合气的实际空燃比大于理论空燃比，即发动机以较稀的混合 气运转，废气中有一定的氧分子，使错管中氧离子的移动变弱，故产生约0.1V的电压，因此这种氧传感器输出的电压信号是随着混合气中氧分子不同而变化。并以理论空燃比(约 0.5V)为界产生突变。氧传感器相当于一个混合气的浓度开关，是电喷发动机实行闭环控制不可缺少的重要部件。在使用中，若发动机有故障，氧传感器的输出信号一定会出现异常反应。例如燃油压力 过高、喷油器损坏、发动机电脑和传感器损坏以及操作不当等，都可能导致氧传感器信号异常而提前失效。因此，适时对氧传感器进行检测，对保证汽车发动机的正常运行大有益处。图19氧传感器原理图（2）氧传感器检测氧传感器线束与连接器的检查a、检查发动机ECWI氧传感器的连接断开氧传感器连接器和发动机ECUE12连接器（见图20）,检查氧传感器连接器端子HT和发动机ECU E12连接器端子HT之间是否开路，电阻值为1 ?或以下为正常；检查发动机ECU E12连接器端子HT与E2之间是否短路，电阻值为1M ?或以上为正常。否则，应修理或更换线束和连接器。（8）发动机ECU连接器（b）乳传感需连接器图20氧传感器连接器和发动机 ECU1接器b、检查发动机EFI继电器与氧传感器的连接断开蓄电池负极端子，检查氧传感器连接器。检测EFI继电器端子5（见图21）和氧传感器端子+B之间是否开路，所测阻值为1?或 以下为正常。否则需修理或更换线束和连接器。传感器构件的检测a、氧传感器加热器电阻的检测点火开关置于“ OFF ,拔下氧传感器的导线连接器，用万用表欧姆档测量氧传感器端子+B（见图22）和HT之间的电阻，应为1116 ? （20C）。如不符合标准，应更换氧传感器。测量后，接好氧传感器线束连接器，以便作进一步的检测。b、氧传感器加热器加热电压的检测氧传感器加热元件的电压为整车电源电压。当点火开关接通，EFI继电器触点闭合时，加热元件的电源即被接通。检测加热元件的电压时，拔下氧传感器插头，起动发动机，检测连接器插座上端子1、2之间的电压，应不低于 11 V。如果电压为零，说明熔断丝 （15 A）断 路或EFI继电器触点接触不良，分别检修即可。（2）氧传感器信号测试信号电压的检查图21 EFI继电器连接端子示意图图22氧传感器连接器测量氧传感器信号电压时，应先拔下氧传感器线束连接器插头，从氧传感器反馈信号电压输出端引出一条细导线，然后插好连接器，在发动机运转时用电压表从引出线上测量反馈电压，同时记下10S内电压表指针摆动的次数。也可直接从故障诊断插座内的OXl或OX2插孔内直接测量氧传感器反馈信号电压。在正常情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的反馈电压将在0.450.55 V不断变化；当供给发动机浓混合气（节气门踩到底或拔下油压调节器真空管）时，信号电压应为 0.70.9 V ;当供给发动机稀混合气（拔下空气流量传感器 至发动机之间的真空管或拔下PCVt ）时，信号电压应为 0.10.3 V。检测时，如果氧传感器在10S内反馈电压的变化次数少于8次，则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常，其原因可能是氧传感器表面有积碳而使灵敏度降低。对此，应让发动机以2500r/min的速度运转约2 min,以清除氧传感器表面的积碳，然后再检查反馈电压。如果在清除积碳后电压 表指针变化依旧缓慢，则说明氧传感器损坏或电脑反馈控制电路有故障。检测氧传感器反馈电压时，最好选用低量程（通常为2 V）和高阻抗（阻抗太低会损坏氧传感器）的电压表。氧传感器信号变化频率的检查检测氧传感器的信号变化频率时，可采用丰田手持式测试仪或示波器进行波形测量。先起动发动机，在 2500 r /min转速下加热氧传感器约 2 min ,使电喷系统进入闭环控制状态 后开始测试。图24所示为用手持式测试仪读取的氧传感器怠速时的输出电压波形，信号电 压在0.40.55 V变换，在10S内摆动次数不低于 8次时为正常，否则说明氧传感器有故障。 具体检测程序见图 23。图23氧传感器信号检测程序图24氧传感器波形示意图2、电子控制单元(1)作用与组成电控单元(ECU的作用是按照预置程序对各个传感器输入的信息进行运算、处理、判 断，然后发出指令，控制有关执行元件动作，以达到快速、准确、自动控制发动机工作的目 的。25电控单元主要由输入通路、A/D转换器、微型计算机和输出通路四部分组成。见图(2)ECU电源电路的检测当点火开关转至“ON位时，蓄电池的电压加到线圈上，从而使EFI主继电器的触点闭 合，并向发动机 ECU子+B供电。ECU电源电路如图26所示。EFI熔断丝的检测拔下 EFI熔断丝。观察是否烧断。EFI继电器的检测检查下列端子的导通性， 正常情况为：端子1与端子2导通；端 子3与端子5不导通：当蓄电池电压加到端子 1与2之间 时，连接器端子3与5之间应 导 通。供电电压的检测将点火开关转至“ ON位，测量发动机ECU E6连接器端子+ B与发动机ECU E8连接 器端子E1之间的电压，标准值为 9.O14.O V。线束和连接器的检测断开蓄电池负极电缆 ，拆下EFI的ECU继电器。检查发动机舱继电器盒内EFI的ECUB电器1与发动机ECUE6连接器端子+B之间的导通情况，标准电阻w1.0?；检查发动机舱继电器盒内 EFI的ECU继电器1与发动机ECUE6连接器端子E1之间的断路情况。标 准电阻1.0M?;检查发动机舱继电器盒内EFI熔断丝支座端子1与蓄电池负极端子之间的导通情况；检查点火开关连接器端子IG2与继电器盒内EFI开路继电器端子5之间的导通情况，标准电阻为w 1?；检查点火开关端子IG2与车身接地之间的断路情况，标准电阻 1.0M?。红/白黑/白白/黑中向接线等发动机邑CU21MREL!蓄电池图26 ECU电源电路三、花冠1ZZ发动机电控燃油喷射系统的典型故障与排除方法（一）怠速不稳故障现象：发动机怠速运转时，发动机转速忽高忽低。检修：经验法：丰田花冠 1ZZ发动机的配备电子节气门且发动机ECU没有优化的发动机，大约每两万公里就会出现怠速不稳而且原因基本相同。由于发动机ECU没有优化自主学习能力较差，节气门体稍微脏一点，就会出现怠速不稳。故清洗节气门体，断电 10s故障 即被排除，且恢复到标准怠速 650-700rpm.（二）发动机起动困难故障现象：发动机停机几分钟后，再次起动困难，有时需要3、4次才能起动。检修：推断法：根据故障现象推断有可能是由于燃油总管无残余油压，出现气阻现象。用油压表测量燃油总管的油压，起动后再熄火，观察油压表， 燃油压力迅速下降， 降至0.1MPa以下（正常的残余油压应该在 0.2MPa以上）。于是检查汽油滤器的燃油压力调节器， 检查燃油压力调节器正常。从燃油压力调节器往上查。发现出口处的密封圈有可能密封不严， 但密封圈检查无损坏。仔细观察原来客户上次更换的汽油滤清器是副厂配件。更换新的正厂汽油滤器后故障排除。（三）发动机无法起动故障现象：起动机正常运转，发动机不能起动。检修：故障树法：检查各缸有无高压火 有1r枪杳各缸火花塞 正常上枪杳燃油压力 正落 检查喷油器的控制信号 正常检查喷油器的喷油状况 正常检查水温传感器有无断路 无 检查点火正时 正常检查气缸的压缩压力 正常检查进气系统有无漏气 无漏气 最后打开 A燃油箱时，发现燃油发黄，燃油中含水份太多。更换新的汽油后故障排除。（四）发动机怠速故障故障现象：一辆花冠事故车在汽修厂修理的期间，在对损坏的部件修复之后，试车发现 该车发动机怠速不稳，排气管有微量的冒黑烟现象，并且燃油消耗量增加， 但发动机在中高速行驶中一切正常。检彳：为了解决此故障，该汽修厂曾经更换过怠速控制阀、 空气流量计和两个氧传感器， 对油路进行了多次清洗，并多次检查相关的线路和插头，但是均未解决该故障。拆检4个火花塞，发现火花塞的头部都呈黑色。根据该车尾气冒黑烟和火花塞头部有黑 色积炭这一现象，初步分析认为该车混合气过浓。而造成混合气过浓的原因有燃油压力过高、 喷油器卡滞或漏油、进气压力过大、高压火花过弱或缺火、电控系统问题或发动机机械故障经了解，该车在未发生事故以前并无此故障，并且在钺金修复过程中根本没有拆修发动机，原车线路电控部分没有任何损伤。接下来检查进气系统， 对节气门体、怠速控制阀及相关真空管路进行仔细检查，看是否有堵塞或脏污的地方，影响混合气过浓而导致故障，但是均没有发现异常。随后又测量了气 缸压力、燃油压力以及 4个点火线圈的高压火花，这些均正常。4个喷油器没有漏油及发卡现象，并且雾化良好，活性炭罐电磁阀工作正常。用示波器测试前氧传感器信号， 发现其信号电压偏低并且杂波过多， 而当时发动机混合 气实际上过浓。假如氧传感器工作正常， 应产生偏高的电压信号。 该车氧传感器为新件，传 感器自身不会有问题。 如果氧传感器自身性能良好， 又出现这一矛盾现象。 因此只能考虑一 种情况，那就是氧传感器检测到错误的废气信息 即伪稀”现象，而物稀”信号的发生通 常有以下两种情况。(1)由于火花塞或个别点火线圈缺火造成的伪稀。当个别火花塞不能正常点火时，气缸 内没有燃烧的汽油和空气被排到排气管，被氧传感器检测到混合气太稀。因为氧传感器只是一个监测氧气含量的传感器，所测氧气是否经过燃烧， 传感器对此不加区分， 未参与燃烧的氧气进入排气管会产生 伪稀”现象。(2)排气歧管漏气。如果在排气门至氧传感器之间出现泄漏现象，会造成物稀”。因为当一个排气脉冲经过漏气区域时，在该脉冲的后面会形成一个低压区，而这一低压区会吸入外面的空气，进入排气管的排气气流中，并经过氧传感器。此时进入到废气中的氧使氧传感 器电压下降，从而被控制单元认为混合气过稀需要加大供油量。根据以上的测试与分析，第2种情况的可能性较大。起动发动机仔细倾听，发动机排气 管接口处有较为轻微的漏气声， 经拆检排气管，发现排气管接口垫在事故中有移位痕迹， 接 口垫已经损坏。更换排气管接口垫及 4个火花塞，考虑到由于控制单元的长效燃油修正功能， 已经使控 制单元不能准确地进行合理修正， 因此需对发动机控制单元进行重新学习。 随后将车辆行驶 几个工作循环，让发动机在各种情况下运行良好。 再次试车，车辆症状已经消失。测试氧传 感器信号，波形显示完全恢复正常 。参考文献1 汤定国.汽车发动机构造与维修M.北京：人民交通出版社，2005.9.2 解富全.汽车典型电控系统构造与维修M.北京：人民交通出社，2005.8.3 尹力会.一汽花冠轿车维修手册M .沈阳：辽宁科技出版社，2005.4 邹长庚.现代汽车电子控制系统M .北京：北京理工大学出版社，2002.5 贺建波，贺展开.汽车传感器的检测M .北京：机械工业出版社，2005.6 丰田COROLL.A NZ-FE/ZZ-FE维修手册M. 一汽丰田汽车销售有限公司编 译，2000.