汽车点火线圈波形故障诊断系统设计

1、 公 路 与 汽 运 总第 135期 H i g hw ays &A utomoti ve A p plications 汽车点火线圈波形故障诊断系统设计 3周美兰 , 张伟超 , 王旭东(哈尔滨理工大学 电气与电子工程学院 , 黑龙江 哈尔滨 150040摘 要 :通过研究马自达 6汽车点火线圈的结构 , 采用高压衰减探头对点火线圈初 、 次级线圈 正常电压波形和故障波形进行了多次采集 , 并分析了正常波形与故障波形的特点及区别 , 说明了 点火线圈故障的产生原因 ; 在分析点火线圈电压信号特点的基础上设计了高压采样电路 , 并以 TI 公司的 TMS320F2812为控制芯片 、

2、北京迪文公司的 DM T64480T056彩色液晶显示屏为输出终 端 , 实现了对汽车点火线圈故障自诊断系统的设计 。关键词 :汽车 ; 点火线圈 ; 故障诊断 ; TMS320F2812中图分类号 :U464.235 文献标识码 :A 文章编号 :1671-2668(2009 06-0023-03 3基金项目 :教育部科学技术研究重点项目 (208037 汽油机的点火系统一直是汽油机各结构系统中 最容易产生故障的部件之一 。 汽油机在不同工况下 工作时 , 不仅需要一定数量和浓度的可燃混合气 , 而 且需要按点火顺序准时地供给电火花 , 以点燃可燃 混合气使发动机产生动力 。 如果汽油机点火

3、系统出 现故障 , 不但严重影响发动机的动力性 和排气净化性 , , , 为故障诊断 提供依据 。1 点火线圈波形采集与分析点火线圈是给点火系统提供高压的部件 。 它实 际上是装有铁心和初 、 次级绕组的变压器 。点火线 圈的作用与一般变压器不同 , 它不连续起作用 , 而是 重复周期地进行存储和释放能量 。 点火线圈的控制 电路原理如图 1所示。图 1 点火线圈原理示意图初级线圈上接线端及正极的 +12V 电压是由 蓄电池提供的 。 当控制电路未进行点火时电路是断 开的 , 初级线圈的上端应是 +12V 的电压 。当控制 单元执行操作进行点火时 , 控制单元将其简单接地 ,这时初级线圈电压降

4、为零 。 当线圈处于通电状态时 电压一直为零 , 在此过程中线圈周围建立起磁场 。 , 这时 , , , 所 以初级线圈中的电压最后会经过一个震荡过程返回 到 +12V 。采用 RIGOL 公司的示波器进行点火线圈初级 线圈电压波形采集 。 将示波器一端接点火线圈的上 端 , 另一端接控制单元的地 。设置示波器上每一纵 格为 5V , 横格为 2ms , 通过示波器屏幕可得到点火 线圈正常工作时的电压波形 (如图 2所示 。图 2 初级线圈正常波形采集无故障的点火线圈波形后 , 对存在故障的 火花塞进行多次采集 , 选取其中一个较为典型的波形进行分析 (如图 3所示 。从图 3可看出该线圈的波

5、形显示出较高的电压32 公 路 与 汽 运 H i g hw ays &A utomoti ve A p plications第 6期 2009年 11月 图 3 初级点火线圈故障波形和较短的点火时间 。 这是由火花塞有故障或火花塞电极间隙过大引起的 。 原因是点火能量穿过有故障的火花塞或较大的电极间隙时 , 线圈需要建立较高的电压 , 而这种电压维持的时间会很短 , 所以在点火线圈的波形中显示出较高的电压而点火时间又很短的现象 。次级线圈的电压波形和初级线圈的波形基本相似 , 但次级线圈的最高电压能达到几十千伏 , 所以需要采用高压探头将高压衰减到低压后再进行次级线圈的波形测量 。

6、与此同时 , ,十几微秒 ,为此 ,如图 4所示 。图 4 次级线圈正常波形图 4所示波形不仅显示出点火电压 , 而且可以显示出电离电极间空气的电弧电压 , 这个电压的正常值为 1220kV 。采集次级线圈的正常波形后 , 对有故障的点火线圈进行波形采集 。 从采集到的众多波形中选取两个较为典型的波形 (如图 5、 图 6所示 进行分析 。图 5、 图 6所示的两个波形中蕴含了较为典型的故障信息 , 图 5中出现较高的电弧电压 , 该故障是由火花塞电极间隙较大 、 火花塞导线出现短路等原因造成的 ; 图 6中出现较低的电弧电压 , 这是由火花塞电极间隙较小 、 对地短路等原因造成的 。图 5

7、次级线圈故障波形一6 次级线圈故障波形二2 故障诊断系统硬件设计点火线圈故障诊断系统硬件原理如图 7所示 。 该系统的硬件主要由初 、 次级点火线圈电压信号采 集模块 、 DSP 控制模块及液晶显示模块组成 。对初 级线圈的电压采集使用 TMS320F2812自带的模数 转换模块 。图 7 点火线圈故障诊断系统硬件原理框图次级线圈的电压信号是一个高频高压信号 , 对 该信号的采集是检测系统的重要组成部分 。 次级线 圈的瞬时电压在 40kV 左右 , 而采集设备要求的输 入电压远远小于这个电压 , 为了完成对高压信号的 采集 , 设计如图 8所示的电压转换电路 。高压信号 经过两个 O P07

8、C 的衰减 (衰减比为 1:10000 后 , 原 来的千伏级电压变为 5V 以内的电压信号 。 点火线 圈的次级电压波形为单次非周期信号 , 电压上升时 间一般为 2040s , 幅值在 40kV 左右 , 为了能 较准确地采集次级电压信号及其他信号的波形 , 采 42 公 路 与 汽 运 总第 135期 H i g hw ays &A utomoti ve A p plications 图 8 次级线圈高压采集电路 样频率应达到 20M Hz 以上 , 这就决定了必须采用 高速数据采集系统进行采样才能精确地描述被采集 数据 。 针对此特点 , 选用 AD 公司的高速 A/D 转换

9、芯片 AD9432进行采样 。 由于 AD9432要求差分输 入 , 所以在其前端加入信号调理电路 。 选用的控制芯片是 TI 公司的 TMS320F2812。 该芯片是新一代 32位 、 定点高速数字处理器 , 最高 工作频率可达 150M Hz , 完全满足汽车点火线圈波 形实时高速数据采集和处理的要求 。在 DSP 样数据进行分析处理后 , DM T64480T0563 主要针对 TMS320F2812进行编程 , 实现对点 火线圈初 、 次级线圈电压信号采样的时序控制及对 采样数据的分析 , 判断是否有故障发生 , 最后输出检 测结果 。 软件程序在 CCS2000环境下开发 , 整个

10、程 序分为初级和次级线圈采样时序控制程序 、 A/D 时 序控制程序 、 数据分析处理程序和液晶显示程序四 个模块 , 主程序流程如图 9所示 。 初 、 次级线圈采样 时序控制程序主要是顺序控制初 、 次级线圈波形的 采集 ;A/D 时序控制程序是在 DSP 发出定时器中 断时被调用 , 数据从 A/D 的模拟输入端进入缓存区 再进入 I/O 端口 , 直到所需数据采集完毕 ; 液晶显 示程序主要是驱动彩色液晶显示屏及字库的装载调 用 , 根据 DSP 数据处理结果显示相应信息 ; 数据分 析处理程序是该系统的核心部分 , 主要对所采集数 据进行分析 , 得出是否有故障发生和有什么故障发 生

11、的结论 。初级线圈与次级线圈的处理过程类似 , 都是通 过对阈值电压或点火时间的比较判断出故障 。图 9中电压和时间的阈值选取 、 故障代码及故障内容如 表 1、 表 2所示。图 9 点火线圈故障诊断系统主程序流程表 1 阈值电压和时间 阈值电压数值 /kV阈值时间数值 /msu 10. 035t 12u 20. 017t 24u 320t 34u 435表 2 故障代码与故障原因 故障编号 故障代码故障原因 故障 1EN G _01_1线圈间隙过小 故障 2EN G _01_2电极间隙过大 故障 3EN G_01_03触点电容漏电 故障 4EN G_01_04接线柱断路 故障 5EN G_1

12、3混合气过浓或压力太低故障 6EN G_14混合气过稀 故障 7EN G_01_05火花塞间隙太小4 结 语汽车点火线圈的波形是汽车各部分波形中最为52 公 路 与 汽 运 H i g hw ays &A utomoti ve A p plications第 6期 2009年 11月 汽车电控发动机油泵控制电路改装研究彭高宏(广州工程技术职业学院 , 广东 广州 510075摘 要 :汽车电控燃油喷射系统 (EFI 是电控发动机的主要组成部分 , 其中油泵及其控制电路在 EFI 中起着基础作用 。 文中根据 EFI 油泵控制电路的结构和原理 , 分析了油泵控制电路发生故障后实施电路改装

13、的前提 、 基本要求和控制信号源 , 提出了 EFI 常用油泵控制电路改装方法 。关键词 :汽车 ; 电控发动机 ; 电控燃油喷射系统 (EFI ; 油泵 ; 控制电路 ; 改装中图分类号 :U472.4 文献标识码 :B 文章编号 :1671-2668(2009 06-0026-031 油泵的控制电路现代汽车电控发动机燃油喷射系统 (EFI 对油 泵控制都必须满足也都实现了如下要求 :只有当发 动机处于运转状态时 , 油泵才工作 ; 若发动机不运 转 , 即使点火开关 IG 档接通 , 油泵也不工作 , 以确 保汽车的使用安全 。目前 , EFI有三种形式 :控制电路 ; ; 带 。 1.

14、1 ECUECU 控制的油泵控制电路主要由 ECU 、 发动 机转速传感器和断路继电器 (即油泵继电器 等组 成 , 其电路如图 1所示 。点火开关 IG 档接通时 , 主继电器触点闭合 , 发 动机电控系统通电 。此时若发动机起动 , 点火开关 ST 档接通 , 则断路继电器线圈 L2通电而产生电磁 吸力 , 使断路继电器触点开关闭合 , 油泵得电工作 。图 1 ECU 控制型油泵控制电路发动机一旦运转 , 安装在分电器里或凸轮轴末 端的发动机转速传感器即向 ECU 输出触发信号 Ne ,ECU 中的转速检测电路使晶体管 Tr 导通 , 断 路继电器线圈 L1通电 ; 发动机起动结束时 ,

15、ST 档 断开 , 线圈 L2断电 , 但此时线圈 L1已通电 , 其触点 开关仍保持闭合 , 油泵继续工作 。发动机一旦停止 工作 , 发动机转速传感器不输出触发信号 , 晶体管 Tr 截止 , 断路继电器线圈 L1断电 , 其触点开关断 开 , 油泵停止工作 。复杂的波形之一 , 受篇幅限制 , 本文只对众多故障波 形中的几个典型波形经行了举例分析 。 在系统设计 后对有故障的情况进行了多次试验 , 均能准确地判 断出故障 。 另外 , 由于 DSP 内嵌 CAN 通信模块 , 在 本系统的基础上可以将故障信息进 一步 传输到 CAN 总线上 , 对于进一步建立整车的信息系统和进 行整车故障诊断具有重要意义 。参考文献 :1 周云山 , 于秀敏 . 汽车电控系统理论与设计 M .北京 :北京理工大学出版社 ,1999.2 姚思安 . 次级点火分析 J.汽车维修与保养 ,2001(9 . 3 宋仲康 , 李久芳 . 基于 DSP 的汽车点火线圈测试系统 J.武汉理工大学学报 (信息与管理工程版 ,200