发动机电控点火系统原理与检修

课题四发动机电控点火系统原理与检修•任务一认识电控点火控制系统•任务二检修电控点火控制电路返回任务一认识电控点火控制系统•一、点火系统的功用•点火系统的作用是将汽车电源供给的低压电转变为高压电，并按照发动机的做功顺序与点火时刻的要求，适时准确地将高压电送至各缸的火花塞，使火花塞跳火，点燃气缸内的混合气。•二、发动机对点火系统的要求•（1）能产生足以击穿火花塞间隙的电压•正常工作时：10kV冷起动时：19kV次级电压设计能力:30kV•（2）电火花应具有足够的能量•正常工作时：1~5mJ冷起动时：100mJ•（3）点火时刻应适应发动机的工况•四缸点或顺序：1→3→4→2•六缸点火顺序：1→5→3→6→2→4下一页返回任务一认识电控点火控制系统•一、点火系统的分类下一页返回点火能量的储存方式信号发生器的原理初级电路的控制方式高压电的配电方式电感式电磁感应式电容式霍尔效应式传统点火系统光电式计算机配电点火系统机械配电点火系统电子点火系统计算机控制系统任务一认识电控点火控制系统•一、电控点火系统的组成与分类•（一）组成•电控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、对点火指令做出响应的点火器和点火线圈等组成，如图4-1-1所示。电子点火系统由电源、分电器、点火线圈、点火控制器、火花塞、高压线和点火开关等组成。如图4-1-10所示。•电控点火系统的功用：将汽车电源供给的低压电转变为高压电，并按照发动机做功顺序与点火时刻的要求，适时准确地将高压电送至各缸的火花塞，使火花塞跳火，从而点燃气缸内的混合气。下一页返回任务一认识电控点火控制系统•（1）电源•点火系统的电源为蓄电池或发电机，其作用是给点火系统提供低压直流电源，电压一般为12V。•（2）分电器•分电器由配电器、信号发生器和机械式点火提前角调节机构等组成。①配电器配电器由分电器盖和分火头组成。其作用是按发动机的点火顺序，将高压电分配到各缸火花塞。•②信号发生器有三种：电磁感应式、霍尔式及光电式。•③机械式点火提前角调节机构•保证发动机在任何工况下都能实现在最佳点火时刻点燃混合气。下一页返回任务一认识电控点火控制系统•（3）点火线圈•点火线圈的作用是将12V低压电转变成15~20KV的高压电。•由初级绕组、次级绕组和铁芯等组成。•①开磁路点火线圈下一页返回开磁路点火线圈闭磁路点火线圈任务一认识电控点火控制系统②闭磁路点火线圈下一页返回任务一认识电控点火控制系统③开磁路与闭磁路点火线圈的磁路下一页返回任务一认识电控点火控制系统（4）点火控制器点火控制器也称为点火模块，电子点火系统中点火控制器取代了传统点火系统中断电器的触点，将点火信号发生器输出的点火信号整形、放大，转变为点火控制信号，控制点火线圈初级绕组中电流的通、断，以便在次级线圈的绕组中产生高压电，供火花塞点火。点火控制器的基本电路包括整形电路、开关信号放大电路、功率输出电路等。下一页返回任务一认识电控点火控制系统（5）火花塞火花塞的作用是将高压电引入气缸燃烧室，产生电火花点燃混合气。下一页返回任务一认识电控点火控制系统•冷型火花塞：火花塞热值越高，代表散热能力越好，这类火花塞更适用于大马力的发动机上，反之它的弊端是由于散热较快，所以对于小排量发动机来说更容易产生积碳，而积碳多了之后最严重的后果就是点火失火，如果您驾驶的是大马力的车或者是经常高转速“飙车”，那么可以考虑这种火花塞。•热型火花塞：在相同的工作温度下，不容易产生积碳，但是散热能力相对比较差，适合于不追求动力性能的家用轿车使用。弊端是如果热性火花塞的热值过于高的话，可能会产生提前点火和爆震的情况。下一页返回任务一认识电控点火控制系统（6）高压线高压线的作用是连接点火线圈、分电器及各个火花塞。（7）点火开关的作用是控制点火系统的初级电路，同时也控制充电系统的励磁电路、起动电路及由点火开关控制的所有用电设配。•点火开关的四个状态与正确操作方法•汽车点火开关有LOCK、ACC、ON、START，共四个档位。•锁车后钥匙会处于LOCK状态，此时钥匙门不仅锁住方向，同时切断全车电源。•ACC状态是接通汽车部分电器设备的电源，如CD、空调等。•正常行车时钥匙处于ON状态，这时全车所有电路都处于工作状态。•START档是发动机启动档位，启动后会自动恢复正常状态也就是ON档。下一页返回任务一认识电控点火控制系统•按传感器的原理，可分为磁脉冲式（磁感应式）点火、霍尔式点火和光电式点火3种。•2.按点火系的结构分类•按点火系统的结构，可分为有分电器点火系统和无分电器点火(DCI)系统，其中无分电器点火系统又分为分组点火系统和独立点火系统。•二、电控点火系统的控制功能•（一）点火时间控制•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，并要求发动机ECU总是按照最佳点火正时的要求控制点火正时。上一页下一页返回任务一认识电控点火控制系统•为此，发动机ECU内都会有类似于图4-1-2所示的点火正时脉谱图。•影响最佳点火正时的因素主要有以下4个方面。•1.发动机转速•发动机转速升高时，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。•2.发动机负荷•发动机负荷增大时，进气量增大，新鲜混合气密度增大，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。但为了避免怠速不稳，怠速时的点火提前角必须减小甚至为零。上一页下一页返回任务一认识电控点火控制系统•3.爆燃•爆燃是由燃烧过程中末端混合气的自燃造成的。轻微的爆燃可以改善燃油经济性和动力性，但过度爆燃会产生多方面的不利影响，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，产生爆燃的倾向也增大，因此，当发动机产生持续爆燃时，应逐步减小点火提前角，爆燃消除后，再逐步恢复原有点火提前角。一般情况下，发动机处于爆燃与不爆燃的临界状态时，动力性能最佳。•4.发动机水温（冷却液温度）上一页下一页返回任务一认识电控点火控制系统•发动机水温较低时，燃烧较慢，要求点火正时适当提前。•（二）通电时间控制•1.通电时间控制方法•通电时间控制也称为闭合角控制，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。•2.点火线圈恒流控制功能上一页下一页返回任务一认识电控点火控制系统•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。•三、点火系统传感器•（一）点火系统传感器的组成•点火系统传感器由凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、爆震传感器等组成，如图4-1-3示。•1.凸轮轴位置传感器•凸轮轴位置传感器（见图4-1-4）也称为上止点位置传感器或上死点位置传感器，用“CMPS”表示。其信号线称为G信号线。上一页下一页返回任务一认识电控点火控制系统•作用：用于判别1缸或各缸的上止点，主要用于判缸。•2.曲轴位置传感器•曲轴位置传感器也称为同轴转角传感器和发动机转速传感器，用“CKPS”表示，其信号线称为Ne信号线。•作用：用于精确地计算曲轴的转角和发动机的转速。•3.爆震传感器•爆震传感器能反映发动机有无爆燃发生，当发动机产生爆燃时，会向发动机控制单元发送信号。当发动机发生爆燃时，会推迟点火提前角。爆震传感器安装在发动机缸体上。上一页下一页返回任务一认识电控点火控制系统•（1）磁致伸缩式爆震传感器。•磁致伸缩式爆震传感器如图4-1-5所示，它由高镍合金的铁芯、永久磁铁、感应线圈、壳体等构成。•（2）压电式爆震传感器。•①共振型压电式爆震传感器，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，其结构如图4-1-6所示。•②非共振型压电式爆震传感器，是以接收加速度信号的形式来判断是否产生爆燃的，其结构如图4-1-7所示。它由两个同极性相向对接的压电元件和配重构成。上一页下一页返回任务一认识电控点火控制系统•（二）点火系统传感器的工作原理•发动机工作时，ECU根据接收到的各传感器信号，按存储器中储存的有关程序和数据确定最佳点火提前角和通电时间，并以此向点火器发出指令，点火器根据指令控制点火线圈初级电路的导通和截止。当电路导通时，有电流从点火线圈中的初级电路通过，点火线圈将点火能量以磁场的形式储存起来。当初级电路被切断时，次级线圈中产生较高的感应电动势（15～20kV），经分电器或直接送至工作气缸的火花塞。上一页下一页返回任务一认识电控点火控制系统•在电控点火系统中，用凸轮轴位置传感器产生G信号和曲轴位置传感器产生的Ne信号作为主控制信号，以G信号为基准，按1°曲轴转角分频，用既定的曲轴角度产生点火控制信号（IGT信号），如图4-1-8所示。•传感器检测发动机运转状况，将检测的状况传给发动机ECU，发动机ECU将这些信号进行计算，发出点火指令给点火模块，由点火模块控制高压包产生高压火，最终使火花塞跳出高压火。上一页返回任务二检修电控点火控制电路•一、丰田公司点火控制电路•（一）丰田四缸发动机点火电路•丰田四缸发动机点火电路如图4-2-1所示。•1.结构特点•凸轮轴位置传感器（CMPS）为磁脉冲式，信号齿为4个，转一周产生4个脉冲信号，信号之间相差90°，其主要作用是用于判断各缸的上止点，位于分电器内。其电阻值在冷态时为185～275Ω，热态时阻值时为240～325Ω。下一页返回任务二检修电控点火控制电路•曲轴位置传感器（CKPS）位于分电器内，为磁脉冲式，转动一周产生24个信号，720°/24=30°，信号与信号之间为30°，然后再把30°平均分成30等份，即可求出1°信号，用于计算曲轴的转角。其冷态阻值为370～550Ω，热态阻值为475～650Ω。•2.工作原理•当KYE为ON时，从+B到KYE分别给喷油器和高压包供上电源，同时，EFI主继电器也吸合，给发动机ECU供上电源。•当启动着车时，ECU收到任何一个CMPS（G+）信号齿时，发动机ECU都会从IGT发出一次点火指令给点火模块，使高压包产生高压火，当点火成功后，点火模块从IGF发给发动机ECU一个点火成功反馈信号。上一页下一页返回任务二检修电控点火控制电路•发动机ECU收到点火成功信号后，就会控制喷油器继续工作，否则立刻将燃油喷射切断，避免燃油浪费，淹死火花塞和烧坏三元催化器。同时，发动机ECU根据CKPS的信号来精确控制点火时间。•（二）丰田独立式点火电路•丰田独立式点火电路如图4-2-2所示。•1.结构特点•每一个气缸上都有一个高压包，位于火花塞上方。CMPS位于前排缸后侧，CKPS位于曲轴带轮后侧。•2.工作原理上一页下一页返回任务二检修电控点火控制电路•当发动机起动时，ECU收到第一个G信号（1缸压缩上止点，4缸排气上止点），即可控制1缸开始点火，4缸开始喷油，然后根据CKPS计算，间隔120°按工作顺序1—2—3—4—5—6顺序点火和顺序喷射。•3.优点•（1）降低了电量流失，电磁干扰小。•（2）提高了单缸高速时的能量。•（3）节省了空间。•（三）丰田卡罗拉点火电路•丰田卡罗拉点火电路如图4-2-3所示。上一页下一页返回任务二检修电控点火控制电路•1.结构特点•（1）独立式点火。•（2）两个传感器，CMPS和CKPS。•2.工作原理•电源经过保险丝IG2（A）及继电器IG2给所有的点火线圈供电，4号端子（GND端）为各缸共用搭铁线发动机。ECM通过IGT1～IGT4给点火线圈提供点火信号。各缸点火信号反馈线连接在一起，通过IGF1端为ECM提供点火反馈信号，如果点火信号反馈线存在断路、短路故障，则ECM不会向点火线圈提供点火信号电压，发动机无法起动。上一页下一页返回任务二检修电控点火控制电路•二、大众公司点火控制电路•（一）桑塔纳2000GSI点火控制电路•桑塔纳2000GSI点火控制电路，如图4-2-4所示。•1.结构特点