电控发动机点火系统

第五章电控发动机点火系统第一节电控点火系统的组成和工作原理一、组成电子控制点火系统也称微机控制的点火系统，是现代轿车广泛应用的一种新型点火系统。电子控制的点火系统主要由监测发动机运行状况的传感器，处理信号和发出点火指令的电控单元，对点火指令作出响应的点火器和点火线圈等组成，如下图所示。1.传感器传感器用来检测与点火有关的发动机工作的状况信息，并将检测结果输入ECU，作为计算和控制点火时刻的依据。这些传感器大多与燃油喷射系统、怠速控制系统等电子控制系统共用。2.控制单元（ECU）目前汽车发动机大多数都采用集中控制系统，其中微机控制点火系统仅是电子控制器的一个子系统。电子控制器（ECU）既是燃油喷射控制系统的控制核心，也是点火控制系统的控制核心。在ECU的只读存贮器（ROM）中，除存储有监控和自检等程序之外，还存储有由台架试验测定的该型发动机在各种工况下的最佳点火提前角。随机存储器（RAM）用来存储微机工作时暂时需要存储的数据，如输入/输出数据、单片机运算得出的结果、故障代码、点火提前角修正数据等等，这些数据根据需要可随时调用或被新的数据改写。CPU不断接收上述各种传感器发送的信号，并按预先编制的程序进行计算和判断后，向点火控制器发出最佳点火提前角和点火线圈初级电路导通时间的控制信号。3.点火执行器◆点火器是电控点火系统的执行元件，它可将电子控制系统输出的点火信号进行功率放大，驱动点火线圈工作。◆点火线圈可将火花塞跳火所需的能量存储在线圈的磁场中，并将电源提供的低压电转变为足以在电极间产生击穿点火的15~20kV高压电。在有分电器的电控点火系统中，只有一个点火线圈，而无分电器点火系统中则有多个点火线圈。◆分电器在有分电器的电控点火系统中，分电器根据发动机的点火顺序，将点火线圈产生的高压电依次输送给各缸火花塞。◆火花塞主要是利用点火线圈产生的高电压产生电火花，点燃气缸内的混合气。二、类型1.有分电器式工作原理：如下图。点火开关接通IG2，点火器、点火线圈和ECU通电，ECU根据各种传感器输入的信号，确定出发动机最佳点火时刻，向点火器发出触发点火信号“IGT”，切断初级电路，使次级绕组感应出高压电经分电器送到各缸火花塞。发动机每点1次火，点火器向ECU反馈1个点火确认信号“IGF”，作为自诊断系统监控信号。若ECU连续4次未收到“IGF”信号，即判定点火系出现故障。2.无分电器式（1）同时点火①二极管分配式二极管分配高压电的双缸同时点火电路原理如下图所示。②线圈分配式点火线圈直接分配高压的双缸同时点火电路原理如下图所示。桑塔纳2000GSi、捷达AT、GTX和奥迪200型轿车点火系统采用了这种配电方式。③检修电压检测无分电器电压的检测如图7-5所示。a.关闭点火开关，拔下点火线圈插头。b.用万用表红表笔接2脚，黑表笔表4脚，打开点火开关，测电压值12V左右。信号检测无分电器信号的检测如下图所示。a.用发光二极管连接点火模块插头1、4脚测量点火信号。b.用同样的方法连接3、4脚，发光二极管也应闪亮。电阻检测无分电器电阻的检测如下图所示。分别测量点火线圈的初、次级电阻。初级电阻为几欧到十几欧姆；次级电阻为几千欧至于十几千欧姆。（2）单独点火无分电器单独点火方式的控制电路基本相同，但随车型不同也存在一些差异，下图所示为日产公司无分电器点火系的电路控制原理图。第二节电控点火系的控制内容本节主要介绍的内容有：一、点火提前角控制二、通电时间控制三、爆燃控制一、点火提前角控制1.起动时点火提前角的控制发动机起动时，按ECU内存储的初始点火提前角（设定值）对点火提前角进行控制。起动时点火提前角的设定值随发动机而异，对一定的发动机而言，起动时的点火提前角是固定的，一般为10°左右。在发动机起动过程中，发动机转速变化大，且由于转速较低（一般低于500r/min），进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号不稳定，ECU无法正确计算点火提前角，一般将点火时刻固定在设定的初始点火提前角。此时的控制信号主要是发动机转速信号（Ne信号）和起动开关信号（STA信号）。2.起动后点火提前角的控制发动机正常运转时（起动后），发动机ECU根据发动机的转速和负荷信号，确定基本点火提前角，并根据其他有关信号进行修正，最后确定实际的点火提前角，并向电子点火控制器输出点火指令信号，以控制点火系的工作。最佳点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角（或点火延迟角）（1）初始点火提前角为了控制点火正时，电控单元根据上止点位置来确定点火提前角。在一些微电子控制点火系统中，有些发动机电控单元把G1或G2信号出现后第一个Ne信号过零点定为压缩行程上止点前10°，并以这个角度作为点火正时计算的基准点，称之为初始点火提前角，其大小随发动机而异。（2）基本点火提前角发动机正常运转时，电控单元按怠速工况和非怠速工况两种情况，确定基本点火提前角。发动机处于怠速工况时，电控单元根据节气门位置信号（怠速触点闭合）、发动机转速信号及空调开关信号，确定基本点火提前角，如下图所示。发动机处于非怠速工况时，电控单元根据发动机转速和节气门位置信号，从预置在储存器中的数据表中查出相应的基本点火提前角，如下图所示。（3）修正点火提前角（或点火延迟角）①暖机修正发动机冷车起动后，冷却水温度较低时，应增大点火提前角。在暖机过程中，随冷却水温度的升高，点火提前角修正值逐渐减小，如下图所示。修正值的变化规律及大小随发动机暖机修正的主要控制信号包括冷却水温度信号（THW）、空气流量信号、节气门位置信号（IDL）等。②过热修正发动机处于正常运行工况时（怠速触点断开），若冷却水温度过高，为了避免产生爆震，应将点火提前角推迟。发动机处于怠速工况时（怠速触点闭合），若冷却水温度过高，为了避免发动机长时间过热，应将点火提前角增大。过热修正值的变化规律如下图所示。过热修正的主要控制信号包括冷却水温度信号（THW）、节气门位置信号（IDL）等。③空燃比反馈修正装有氧传感器的电控汽油喷射系统，其电控单元根据氧传感器的反馈信号空燃比进行修正。髓着修正喷油的增加或减少，发动机转速在一定范围内波动。为了高怠速的稳定性，在反馈修正油量减少时，点火提前角相应地增加，如下图所示。空燃比反馈修正的控制信号主要有氧传感器信号（OX）、节气门位置信号（IDL）、冷却水温度信号（THW）、车速信号等。④怠速稳定性修正发动机处于怠速工况时，电控单元不断地计算发动机的平均转速，当发动机的转速低于规定的怠速转速时，电控单元根据实际转速与目标转速差值的大小相应地增大点火提前角；当发动机转速高于目标转速时，则减小点火提前角，如下图所示。⑤爆燃修正爆燃修正见本节第三点爆燃控制。二、通电时间控制影响初级线圈通过电流的主要因素有发动机转速和蓄电池电压。为了保证在不同的蓄电弛供电电压和不同的转速下都具有相同的初级断开电流，电控单元根据蓄电池电压和发动机转速信号，从预置的闭合角数据表中查出相应的数值，对闭合角进行控制。当发动机转速高时，适当增大闭合角，以防止初级线圈通过电流值下降，造成次级高压下降，点火困难。蓄电池电压下降时，基于相同的理由，也应适当增大闭合角，如下图所示。三、爆燃控制1.爆燃传感器（1）磁致伸缩式爆燃传感器磁致伸缩式爆燃传感器的外形和结构如下图所示。它由高镍合金的磁芯、永久磁铁、感应线圈、壳体等构成。（2）压电式爆燃传感器①共振型压电式爆燃传感器共振型压电式爆燃传感器，是利用产生爆燃时的发动机振动频率与传感器本身的固定频率“合拍”时产生共振现象，来检测爆燃是否发生的，其结构如下图所示。当发动机爆燃时的振动频率与振荡片的固有频率“合拍”时，振动荡片产生共振，此时压电元件将产生最大的电压信号，如下图所示。这种传感器在爆燃发生时的输出电压比非共振（即无爆燃）时的输出电压高得多，因此不需要滤波器，ECU即可判别是否发生爆燃。②非共振型压电式爆燃传感器非共振型压电式爆燃传感器是以接收加速度信号的形式来判断是否产生爆燃，其结构如下图所示。它由两个同极性相向对接的压电元件和配重构成。③火花塞座金属垫型压电式火花塞座金属垫型爆燃传感器是将压电元件安装在火花塞的垫圈处，每缸安装一个，根据各缸的燃烧压力直接检测各缸的爆燃信息，并转换成电信号输送给ECU。（3）检修（以桑塔纳为例）①在使用中，拆开爆燃传感器线束连接器，用万用表在传感器侧检查传感器端子与传感器壳体之间电阻，应不导通（电阻为无穷大），否则说明内部短路，应更换传感器。如图（a）所示。②爆燃传感器工作情况的检查，可在怠速运转时进行。拆开爆燃传感器线束连接器，用示波器检查传感器端子与搭铁之间的信号电压，应有脉冲信号输出，否则说明传感器不良，应更换新件。如图（b）所示。2.爆燃的控制过程带有爆燃控制的点火提前角闭环控制系统由传感器、带通滤波电路、信号放大电路、整形滤波电路、比较基准电压形成电路、积分电路、提前角控制电路和点火控制器等组成，如下图。EUC对点火提前角的闭环控制过程，如下图所示。