汽车电控发动机构造与维修6第六章点火系统

汽车电控发动机构造与维修汽车电控发动机构造与维修第六章点火系统第六章点火系统第一节有分电器ECU控制点火系统测试、诊断与维修第一节有分电器ECU控制点火系统测试、诊断与维修第二节无分电器ECU控制点火系统测试、诊断与维修第二节无分电器ECU控制点火系统测试、诊断与维修第一节有分电器ECU控制点火系统测试、诊断与维修一任务引入二任务分析三相关知识四任务实施学习目标：1.了解发动机对点火正时的控制要求、ECU对点火正时的控制方法；2.掌握有分电器ECU控制点火系统的结构特点、工作原理及电路分析方法；3.掌握有分电器ECU控制点火系统控制电路及各元件的检测方法；4.掌握有分电器ECU控制点火系统的故障诊断与排除方法。学习目标：1.了解发动机对点火正时的控制要求、ECU对点火正时的控制方法；2.掌握有分电器ECU控制点火系统的结构特点、工作原理及电路分析方法；3.掌握有分电器ECU控制点火系统控制电路及各元件的检测方法；4.掌握有分电器ECU控制点火系统的故障诊断与排除方法。一任务引入有分电器ECU控制点火是现代汽车发动机上应用广泛的点火系统之一，其特点是：点火正时（或点火提前角）受ECU的控制，相对以前的有触点和无触点点火系统而言，其点火正时的控制精度大大提高，且适应工况变化的能力更强，从而使发动机的性能得到进一步的改善；各缸点火顺序仍然由机械式分电器控制。有分电器ECU控制点火系统常见的故障有点火正时不当、点火中断等，可见，对该点火系统进行检测与诊断也是电控发动机故障诊断与排除的重要内容之一。二任务分析有分电器ECU控制点火系统主要由各种传感器、发动机ECU、点火器、点火线圈、火花塞、高压线等组成，如图6-1所示，其中任何部件不良或故障，都有可能造成发动机运转不良或不能运转。三相关知识1.发动机对点火正时的控制要求2.发动机ECU对点火正时的控制方式3.有分电器ECU控制点火系统的工作原理4.点火系统有关部件的结构与工作原理5.发动机ECU的失效保护功能和备份功能1.发动机对点火正时的控制要求1)2)3)4)为了使发动机工作于最理想的状态，要求点火正时能够随工况的变化而变化，要求发动机ECU总是按照最佳点火正时的要求控制点火正时，为此，发动机ECU内都会有类似于图6-2所示的点火正时脉谱图。影响最佳点火正时的因素主要有如下4个方面：1)转速升高时，燃烧所占的曲轴转角增大，点火正时应随之提前；反之，转速降低时，点火正时应该随之推后，如图6-2所示。2)负荷增大时，进气量增大，新鲜混合气密度增加，燃烧加快，点火正时应该随之推后；反之，负荷减小时，点火正时应随之提前，如图6-2所示。但为了避免怠速不稳，怠速时的点火提前量必须减小甚至为零。3)爆震是由于燃烧过程中末端混合气的自燃造成的。轻微的爆震可以改善燃油经济性和动力性，但过度爆震会产生多方面的不利影响，比如燃油消耗增大、动力下降、发动机过热等。点火提前角增大时，产生爆震的倾向也增大，因此，当发动机产生持续爆震时，应逐步减小点火提前角，爆震消除后，再逐步恢复原有点火提前角。在一般情况下，发动机处于爆震与不爆震的临界状态时，动力性能最佳。4)发动机水温较低时，燃烧较慢，要求点火正时适当提前。2.发动机ECU对点火正时的控制方式1)2)1)起动发动机时，由于转速及进气流量极不稳定，ECU很难通过计算来确定最佳点火正时，因此，往往会以固定的点火正时（初始点火提前角）进行点火，此时的点火提前角一般不超过10°。2)即发动机起动后正常运转时的点火控制。此时的点火正时由三个部分组成：点火正时=初始点火正时+基本点火正时+校正点火正时基本点火正时：由ECU根据发动机负荷和转速参照图6-2所示的脉谱图计算而出，但怠速时，基本点火正时仅与转速有关。有些车型上，ECU的内部存有两套点火正时脉谱图，以适应不同燃油辛烷值的需要。校正点火正时：预热校正过热校正怠速稳定性校正爆震校正其他校正预热校正当发动机水温太低时，点火正时需要适当提前，如图6-3所示。在极冷的条件下，通过该校正功能可将点火提前大约15°。过热校正当发动机水温过高时，为了防止发生爆震或进一步过热，点火正时需要适当推后，如图所示。这种校正最多可使点火推后5°。怠速稳定性校正怠速时，如果发动机的转速偏离了目标值，ECU将会通过适当调节点火正时的方式稳定转速：如果转速低于目标值，ECU会使点火适当提前；如果转速高于目标值，ECU会将点火适当推后，如图6-5所示。通过这种校正，点火正时的变化值最大为±5°。6-5爆震校正发动机出现爆震时，ECU会根据爆震传感器信号的大小或频率来判断爆震的强度，并对点火正时进行适当延迟。爆震较强时，点火正时延迟较多；当爆震较弱时，点火时间延迟较少；爆震停止时，点火正时便停止延迟，有时还会将点火正时稍微提前，直到再次发生爆震，然后再重新开始延迟，如图6-6所示。通过这种修正，点火正时的延迟最大为10°。其他校正扭矩控制校正：配备电控自动变速器的汽车进行自动换挡时，由于发动机瞬时空载而使转速升高，因此会造成一定的换挡冲击。为了减小这种冲击，某些车型的发动机会在换挡时适当延迟点火，以降低发动机的扭矩。转换校正：当汽车从减速转换为加速时，点火时间需要提前，以便满足加速过程的需要。巡航控制校正：当汽车以巡航状态行驶时，如果遇到下坡，巡航控制ECU会发出一个信号给发动机ECU，发动机ECU则适当延迟点火，以减小发动机的扭矩，从而利于车速的稳定。驱动防滑控制校正：驱动防滑控制系统工作时，为了降低发动机的扭矩，点火时间适当延迟。最大和最小提前角控制：当ECU计算得出的点火正时超出正常范围时，实际点火正时则选为规定的最大或最小值，从而防止发生事故或影响发动机的工作性能。3.有分电器ECU控制点火系统的工作原理有分电器ECU控制点火系统的工作原理如图6-7所示，发动机ECU根据各种传感器的信号确定点火正时，并将点火控制信号（IGT信号）传送给点火器，再由点火器控制点火线圈初级电路的通、断，点火线圈次级线圈所产生的高压电经分电器及高压线送给火花塞进行点火。6-7ECU点火提前角的大小即取决于ECU所发出的点火控制信号（IGT信号）的迟早，该信号发出早，点火提前角就大；反之点火提前角就小。点火控制信号（IGT信号）的形态如图6-8所示。该信号为高电平时，初级电路导通；该信号为低电平时，初级电路被切断，点火线圈产生高压电点火。工作中，点火器还会根据点火线圈初级电路的感应电动势向ECU反馈点火确认信号（IGF信号），以表明点火系统工作正常。如果发动机ECU连续6次或8次接收不到该点火确认信号，就会判定点火系统存在故障，其内部会储存相应的故障代码，同时，为了避免燃油冲刷汽缸的润滑油膜，还会指令喷油器停止工作（失效保护功能）。点火确认信号（IGF信号）的产生方法：ECU向点火器发送一个5V左右的信号参考电压，每点一次火，点火器就将该信号参考电压接搭铁一次，使其电平变0V一次，ECU则根据该0V电平来判定点火状态。①在有些车型上，没有独立设置点火器，而是由ECU直接控制点火线圈的初级电路，相当于ECU与点火器合并为一体，例如部分奥迪汽车。②在有些车型上，没有设置点火确认信号，因此，发动机ECU无法判定点火系统的故障，在点火系统发生故障时，ECU不能自动停止喷油，也没有点火方面的故障代码，例如大众车系的多款汽车。③某些汽车上的点火器仅仅保留了功率三极管，其他部分的电路及控制功能合并于ECU的内部，如三菱汽车。4.点火系统有关部件的结构与工作原理1)2)1)点火线圈的初级和次级线圈都环绕在铁芯上，次级线圈的匝数大约是初级线圈的100倍。初级线圈的一端连接在点火器上，次级线圈的一端通过分电器、高压线等连接在火花塞上。两个线圈各自的另一端则连接在蓄电池上，如图6-9所示。点火器的功率三极管导通时，初级电路接通，有电流通过初级线圈，在线圈周围产生磁力线，该磁力线也穿过次级线圈，如图6-10所示。点火器的功率三极管截止时，初级电流被切断，线圈周围的磁力线消失，次级线圈因互感效应产生约30kV的高压电动势（次级电压），该高压电动势被送往火花塞，使火花塞因放电而产生电火花，如图6-11所示。点火器的辅助控制功能：过电压保护功能闭合角控制功能锁止保护功能（又称停转断电保护功能）恒流控制功能过电压保护功能电源电压过高时，点火器停止工作，使发动机停止运转，以保护汽车用电设备的安全。闭合角控制功能转速升高时，闭合角增大，以确保初级电流足够大；转速降低时，闭合角减小，以确保点火线圈不致过热。所谓闭合角（也称导通角），是指点火线圈初级电路导通期间曲轴转过的角度。锁止保护功能（又称停转断电保护功能）发动机熄火而点火开关仍接通时，点火器电路中的功率三极管缓慢截止，从而缓慢切断初级电路的电流，以防止点火线圈发热烧坏，并避免不必要的电能消耗。恒流控制功能在正常转速范围内，使点火线圈的初级电流能迅速达到并不超过规定值（一般为6～7A），以减小转速对次级电压的影响，同时，还可防止因初级电流过大而烧坏点火线圈。2)火花塞的结构如图6-12所示。影响火花塞的点火性能的因素包括以下几个方面：电极形状和放电性能火花塞间隙火花塞的热值与电极温度电极形状和放电性能电极间隙正常值一般为0.9～1.1mm。火花塞间隙过小时，可能发生熄弧效应；间隙过大时，火花不易跳过该间隙，发动机可能会因此而熄火，所以有时需要调整电极间隙（常规火花塞）。对于白金或铱金火花塞，电极间隙不允许调整，只能更换火花塞。火花塞间隙火花塞的散热量称为热值。能散出较多热量的火花塞，由于其自身保持较冷而被称之为“冷塞”。散热量较少的火花塞，由于其自身保持较多的热量而被称之为“热塞”。火花塞表面打印有数字和字母的组合代码，用来说明其构造和性能，如图6-13所示。代码因生产厂家的不同而稍有不同。通常情况下，数字代表了热值，热值越大，说明它散热越好，火花塞越冷；热值越小，说明它越不容易散热，火花塞越热。火花塞的热值会直接影响火花塞中心电极的温度，该温度在450℃（自洁温度）～950℃（自燃温度）之间时，火花塞的性能最佳。自洁温度：当火花塞电极达到一定温度以上时，能自动烧掉聚集在点火区域内的积炭，以保持点火区域的清洁，此温度称为自洁温度。最低自洁温度一般为450℃。低于该温度，点火区域就容易积炭，从而导致发动机缺火。自燃温度：如果火花塞电极温度过高，不用火花就可点燃混合气，此时的温度称为自燃温度。自燃温度一般为950℃左右。达到或高于该温度，则会发生异常点火，导致发动机严重运转不良。维修提示：应该根据维修手册的规定选用合适的火花塞。对于特殊车辆（例如赛车），通常需要采用特定类型的火花塞。使用冷火花塞时，如果发动机长期低速、低负荷运转，则会降低电极温度而使发动机运转不良。使用热火花塞时，如果发动机长期高速、高负荷运转，则会增加电极温度并使电极融化。四任务实施1.实训目的2.设备准备3.实训步骤4.实训要求1.实训目的①能够检查、调整点火正时；②会做跳火试验；③能够进行点火系统各元件及线路检查；④能够进行点火系统的故障检查，并制定故障诊断的流程。2.设备准备“”3.实训步骤1)2)3)4)“14”5)6)7)1)①起动发动机，并暖机；用短接线短接诊断连接器的TE1—E1端子（如果是OBDII型诊断连接器，则短接TC—CG端子），如图6-14所示。此时，发动机在怠速下将按照初始点火正时工作。②将正时灯的传感头连接在点火线圈的电源线上（正时灯的传感头有2种类型：探测初级电流通/断型和探测次级电压型，如是后者，则将传感头连接在中央高压线上），在怠速状态下，检查点火正时（用频闪灯照射曲轴皮带轮旁的正时刻度）；③测得的点火正时应为10°。如果不符合要求，则可通过转动分电器壳体或曲轴位置传感器的壳体进行调整。2)①检查火花塞是否存在裂纹、电极受污、电极损耗等情况，如有，则应予以清洁或更换。②检查火花塞间隙：正常间隙应为0.9～1.1mm。如间隙不当，则进行调整（常规型火花塞）或更换（白金或铱金火花塞）。