1.2 ZR-FE系列发动机
1.2.1 系统概述
丰田1.6L 1ZR-FE发动机装备于2007～2014款卡罗拉、花冠EX，2011～2014款逸致，2008～2012款新威驰、雅力士；1.8L 2ZR-FE与2.0L 3ZR-FE发动机装备于2011～2014款卡罗拉、逸致；1.6L 4ZR-FE发动机装备于2008～2012款雅力士；2.0L 6ZR-FE发动机装备于2013款起新RAV4。本节以6ZR-FE发动机为例，讲解其电控系统的维修。
6ZR-FE发动机控制系统对以下各系统进行高度精确的集成控制，以实现高性能、大功率、高燃油效率和低排放量：顺序多点燃油喷射（SFI）、电子点火提前（ESA）、智能电子节气门控制系统（ETCS-i）、双智能可变气门正时（双VVT-i）、声控进气系统（ACIS）、燃油泵控制、空调切断控制、冷却风扇控制、起动机控制（启动保持功能-带智能上车和启动系统的车型）、空燃比传感器和氧传感器加热器控制、发动机停机系统、制动超控系统、诊断、失效保护。
6ZR-FE发动机主要零件功能如表1-6所述。
表1-6 6ZR-FE发动机控制系统部件功能
6ZR-FE发动机控制系统具有的特征见表1-7。
表1-7 6ZR-FE发动机控制系统特征
①带智能上车和启动系统的车型。
（1）智能可变气门正时系统（VVT-i）
双VVT-i系统用于将进气凸轮轴和排气凸轮轴分别控制在43°和40°（曲轴转角）的范围内，以提供最适合发动机工作状况的气门正时。这提高了所有转速范围内的转矩，改善了燃油经济性，并减少了废气排放。系统组成如图1-8所示。
图1-8 双VVT-i系统组成
1—凸轮轴正时机油控制阀总成（排气）；2—凸轮轴正时机油控制阀总成（进气）；3—凸轮轴位置传感器（排气）； 4—凸轮轴位置传感器（进气）；5—发动机冷却液温度传感器；6—曲轴位置传感器；7—ECM； a—自进气质量空气流量计分总成；b—自节气门位置传感器
根据发动机转速、进气质量、节气门位置和发动机冷却液温度，ECM可计算出各种驾驶条件下的最佳气门正时（目标气门正时）。ECM利用计算出的正时控制凸轮轴正时机油控制阀总成。此外，ECM还利用凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器发出的信号检测实际气门正时，从而提供反馈控制以达到目标气门正时。原理如图1-9所示。
图1-9 气门正时控制原理
根据ECM发出的提前信号，将凸轮轴正时机油控制阀总成置于图1-10所示的位置时，合成机油压力将施加到正时提前侧叶片室，使凸轮轴沿着正时提前方向旋转。
图1-10 正时机油控制阀提前动作
1—叶片；2—ECM；c—旋转方向；d—机油压力；e—进入；f—排出
根据ECM发出的延迟信号，将凸轮轴正时机油控制阀总成置于图1-11所示的位置时，合成机油压力将施加到正时延迟侧叶片室，使凸轮轴沿着正时延迟方向旋转。
图1-11 正时机油控制阀延迟动作
1—叶片；2—ECM；c—旋转方向；d—机油压力；e—排出；f—进入
达到目标正时后，将凸轮轴正时机油控制阀总成保持在中立位置以保持气门正时，除非工作状态发生变化。这样就可以将气门正时调节到所需目标位置并可防止发动机机油流出。
（2）智能电子节气门控制系统（ETCS-i）
①智能电子节气门控制系统组成如图1-12所示，其具有以下功能。
图1-12 智能电子节气门控制
a.采用ETCS-i，以便在所有工作范围内提供出色的节气门控制性能。
b.ETCS-i利用ECM计算出适合各种驾驶条件的最佳节气门开度，并利用节气门控制电动机控制开度。
c.ETCS-i控制怠速转速、牵引力控制（TRC）①、车辆稳定性控制（VSC）①系统和巡航控制系统②。
①带TRC的车型。
②带巡航控制系统的车型。
d.如果发生异常情况，该系统切换至应急模式。
②控制系统具有以下特性。
a.ECM根据相应的工作情况确定目标节气门开度，然后驱动节气门控制电动机。
b.ECM将节气门控制到适合驾驶条件（如加速踏板作用力和发动机转速）的最佳节气门开度，以便在所有工作范围内实现出色的节气门控制和舒适性。控制特性曲线如图1-13所示。
图1-13 加减速控制节气门开度
c.ECM控制节气门以持续保持理想的怠速转速。
d.作为TRC系统的一部分，如果驱动轮打滑过于严重，则防滑控制ECU发出请求信号以关闭节气门，从而确保车辆稳定性和驱动力①。
e.为充分发挥VSC系统控制的有效性，与防滑控制ECU执行协同控制以控制节气门开度。
f.ECM的集成巡航控制ECU直接驱动节气门以进行巡航控制操作②。
①带TRC的车型
②带巡航控制系统的车型。
（3）声控进气系统（ACIS）控制
ACIS用横隔板将进气歧管分为2段，并根据发动机转速和节气门开度打开和关闭横隔板内的进气控制阀以改变进气歧管的有效长度。这样可以提高发动机转速由低至高范围内的功率输出。控制部件与气流走向如图1-14所示。
图1-14 声控进气系统
1—执行器；2—VSV；3—进气控制阀；4—节气门位置传感器；5—ECM；6—曲轴位置传感器；7—进气歧管
①进气控制阀关闭时（VSV打开）。
由于脉动周期变长，ECM相应地激活VSV，以将负压作用在执行器的膜片室，这样就会关闭进气控制阀。于是，由于进气的动态效果，进气歧管的有效长度增加，发动机中低转速范围内的进气效率得以提高，从而提高了输出功率。VSV打开状态如图1-15所示。
图1-15 VSV打开状态
—进气歧管有效长度
②进气控制阀打开时（VSV关闭）。
由于脉动周期变短，ECM相应地禁用VSV，以使大气进入执行器的膜片室并打开进气控制阀。进气控制阀打开后，进气室的有效长度缩短，在由低至高发动机转速范围内出现峰值进气效率，从而提高了在该转速范围内的输出功率。VSV关闭状态如图1-16所示。
图1-16 VSV关闭状态
—进气歧管有效长度
（4）燃油泵控制系统
燃油泵系统组成如图1-17所示。
图1-17 燃油泵控制原理
如果SRS空气囊在正面碰撞过程中展开，则利用燃油切断控制停止燃油泵。在该系统中，ECM检测空气囊传感器发出的空气囊展开信号，以断开电路断路继电器。
燃油切断控制激活后，将点火开关（发动机开关①）从OFF切换至ON位置，即可取消燃油切断控制，且可重新启动发动机。
①带智能上车和启动系统的车型。
（5）冷却风扇控制
风扇控制系统原理如图1-18所示。
图1-18 风扇控制系统电路原理
根据发动机冷却液温度、空调状态、发动机转速和车速，ECM激活冷却风扇继电器以控制冷却风扇。
将冷却风扇转速控制在2个阶段：低速（串联）和高速（并联）。
（6）起动机控制（启动保持功能）
启动系统控制原理如图1-19所示。
图1-19 起动机控制系统原理
驾驶员按下发动机开关一次且认证ECU（智能钥匙ECU总成）检测到启动信号时，认证ECU（智能钥匙ECU总成）输出ACCD和STAR信号并开始启动。此外，驾驶员还可通过按住发动机开关继续启动达30s。
如果发动机转速达到500r/min，则ECM将判定发动机已启动，并通过CAN通信向认证ECU（智能钥匙ECU总成）发送信号。然后，认证ECU（智能钥匙ECU总成）将使起动机停止运行。
如果认证ECU（智能钥匙ECU总成）和ECM之间的CAN通信切断，则认证ECU（智能钥匙ECU总成）将直接从ECM接收发动机转速信号（NE）并使起动机停止运行。
发动机启动的同时，该系统切断激活附件的电流。这样可防止发动机启动过程中由于电压不稳定导致的附件灯间歇性闪烁。
该系统具有以下保护作用。
①发动机正常工作时，起动机不工作。
②如果按住发动机开关，一旦发动机转速达到预定水平，启动将停止，这样可防止起动机转速过高。
③如果起动机运行约6s后发动机仍未启动，则认证ECU（智能钥匙ECU总成）将取消起动机继电器输出。此外，如果按住发动机开关且曲轴转动已持续30s后发动机未启动，则启动将取消以保护起动机。
④发动机启动失败且启动取消后，2s内将无法运行起动机，这有助于保护起动机。
1.2.2 发动机电控系统维修数据
（1）发动机电控系统部件位置
6ZR-FE发动机电控系统部件位置如图1-20所示。
图1-20 6ZR-FE发动机电控系统部件位置（2013款起RAV4）
1—进气质量空气流量计分总成-进气温度传感器；2—ECM；3—加速踏板传感器总成；4—氧传感器（B1S2）； 5—DLC3；6—带泵的燃油吸油管总成-燃油泵；7—凸轮轴正时机油控制阀总成（排气）；8—凸轮轴正时机油控制阀总成（进气）；9—喷油器总成；10—VSV（ACIS）；11—爆震控制传感器；12—曲轴位置传感器； 13—节气门体总成-节气门位置传感器-节气门控制电动机；14—发动机冷却液温度传感器；15—空燃比传感器（B1S1）；16—凸轮轴位置传感器（排气）；17—凸轮轴位置传感器（进气）；18—点火线圈总成
（2）发动机电脑针脚信息
6ZR-FE发动机电脑针脚信息见表1-8。
表1-8 发动机电脑针脚信息（6ZR-FE）
①ECM端子电压恒定，与传感器的输出电压无关。
②带智能上车和启动系统。
③CVT车型。
（3）巡航控制系统ECM检测
6ZR-FE发动机巡航控制系统ECM检测见表1-9。
表1-9 巡航控制系统ECM检测（6ZR-FE）
1.2.3 发动机电控系统故障诊断
6ZR-FE发动机电控系统故障诊断代码见表1-10。
表1-10 发动机电控系统故障诊断代码（6ZR-FE）
①检测到催化剂损坏缺火时，MIL闪烁。