项目二 发动机电控点火控制系统认识及检测

1、汽车发动机电控点火系统认识和检修项目要求 电控点火系统主要控制发动机的点火时刻（点火提前角）、点火持续时间和爆燃。 项目通过对点火系统故障的诊断、拆卸、检修、安装调整过程的介绍，使读者掌握点火系统的组成和工作原理等方面理论知识的同时，具备对发动机的点火系统常见故障进行分析与排除的能力。 学习要求 知识方面：点火系统的组成和工作原理、电子点火系统的各元器件的结构及工作过程。 动手能力：能检测并判断点火提前角的大小，并能进行调整；能正确检查点火的高低压电路，并能对常见故障进行检修二、相关知识 （一）汽油发动机电控点火系统组成和功能 汽油发动机电控点火系统功能是对三方面的控制： 点火提前角控制（点火

2、时刻） 通电时间控制 爆震控制1 1、点火提前角控制、点火提前角控制 什么是点火提前角？ 为什么要控制点火提前角？ 怎样控制点火提前角？1）点火提前角对发动机性能的影响 点火提前角：点火提前角： 火花塞发出电火花，到该缸活塞运行至压缩上止点时曲轴转过的角度（火花塞电极间开始跳火时距上止点间的曲轴转角）称为点火提前角。曲轴压缩行程的运动曲轴压缩行程的运动状态状态点火提前角的概念 点火 开始燃烧（火焰开始传播） 最大燃烧压力 燃烧结束 对应于发动机每一工况都存对应于发动机每一工况都存在一个在一个“最佳最佳”点火提前角；点火提前角；最佳点火提前角不仅保证发最佳点火提前角不仅保证发动机的动力性和燃油经

3、济性动机的动力性和燃油经济性都达到最佳值，还必须保证都达到最佳值，还必须保证排放污染最小；排放污染最小；点火提前角对发动机性能的影响：点火提前角对发动机性能的影响： 点火过早，功率下降，易爆震； 点火过迟，功率、热效率降低；2）最佳点火提前角确定的依据 最佳点火提前角应随发动机转速、负荷、燃料性质、温度、空燃比、大气压力等因素的影响。 发动机转速 负 荷 燃料的性质 其 他因 素 发动机转速 随着转速的升高点火提前角增大。 负 荷 定义：发动机在某一转速之下的负荷就是当时发动机发出的功率与同一转速下所可能发出的最大功率之比，以百分数表示； 随着负荷的减小，最佳点火提前角增大；负荷增大，最佳点火

4、提前角减小； 燃料的性质 辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可适当增大，以提高发动机性能。反之应减小。 其他因素 除了上面几项外，还应考虑发动机燃烧室形状，燃烧室内温度、空燃比、大气压力、冷却水温度等方面的影响。3）控制点火提前角的基本方法实际点火提前角的控制模式因厂而异多数汽车点火提前角的控制模式如下实际点火提前角=初始点火提前角+ 基本点火提前角+修正点火提前角实际点火提前角=基本点火提前角 修正点火提前角点火提前角控制可分为起动时点火提前角控制和起动后点火提前角控制（1 1）初始点火提前角：）初始点火提前角： 又称为固定点火提前角，其值大小取决于发动机型式，并由凸轮轴位置传感器的初始位置

5、决定，一般为上止点前60120。在下列工况下，发动机的实际点火提前角就是初始点火提前角： 发动机启动时。 发动机转速在400r/min以下时。 检查初始点火提前角时。 此时有三个条件：T端子（诊断插座测试端子）短路、节气门位置传感器怠速触点闭合、车速低于2km/h时。 当发动机ECU内后备系统开始工作时。4）起动时点火提前角的控制起动时各种信号不稳定，不能准确的反映这时发动机的工作状况，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）5）起动后基本点火提前角的确定（2 2）基本点火提前角：）基本点

6、火提前角： 是设计微机控制点火系统时确定的。 国内外普遍采用台架试验方法，利用发动机最佳运行状态下的实验数据，描绘出以转速和负荷为变量的三维点火特性脉谱图。 将脉谱图以数据形式存储在ECU的只读存储器ROM中，汽车行驶时，微机根据发动机转速和负荷信号，从ROM中查询出相应的基本点火提前角来控制点火。三维点火特性脉谱图基本点火提前角按两种情况确定基本点火提前角按两种情况确定 怠速时的基本点火提前角： ECU根据发动机转速和空调开关是否接通确定基本点火提前角。空调工作时的基本点火提前角比不工作时大，例：(丰田)在空调工作时为80，在空调不工作时为40。控制信号：节气门位置传感器信号（IDL信号负荷

7、信号）、发动机转速信号和空调开关信号正常行驶时的基本点火提前角： 该基本点火提前角由微电脑根据发动机的转速和负荷信号从内部存储器中选出控制信号： 进气管绝对压力信号或空气流量计信号（空气量信号）、发动机转速信号、节气门传感器信号（负荷信号）、燃油选择开关、爆燃信号；6）点火提前角的修正（3 3）修正点火提前角）修正点火提前角为使实际点火提前角适应发动机的运转状况，以便得到良好的动力性、经济性和排放性，必须根据相关因素（冷却液温度、进气温度、开关信号等）适当增大或减小点火提前角，即对点火提前角进行必要的修正。不同的发动机控制系统中，对点火提前角的修正项目和修正方法也不同。修正方法有修正系数法和修

8、正点火提前角法两种 。修正的项目有多有少，各个厂家各有不同；主要有暖机修正、过热修正、怠速稳定性修正、空燃比反馈修正； 暖机修正：暖机修正： 是指节气门位置传感器怠速触点闭合时，微电脑根据冷却水温度对点火提前角进行修正 水温较低时，为缩短暖机时间，增大了点火提前角，随水温升高，点火提前角变小 控制信号：冷却液温度、进气压力或空气流量计、IDL 过热修正 发动机处于正常运行工况（怠速触点断开），水温过高时，为避免爆震，应减小点火提前角。 发动机处于怠速运行工况（怠速触点闭合），水温过高时，为避免长时间过热，应增大点火提前角。 控制信号：冷却液温度、IDL 怠速稳定性修正发动机怠速运行期间，由于发

9、动机负荷变化使发动机转速变化，ECU要根据实际转速与目标转速的差值调整点火提前角，使发动机在规定的怠速转速下稳定运转。发动机转速低于目标转速时，增大点火提前角；反之，则减小。 空燃比反馈修正 进行空燃比反馈控制时，根据氧传感器的反馈信号调整喷油量来达到理论空燃比，这种喷油量的变化必然引起发动机转速变化。为了稳定发动机转速，点火提前角需根据喷油量的变化进行修正。总 结发动机实际点火提前角是上述（发动机实际点火提前角是上述（1 1） （2 2） （3 3）三个点火提前角之和。）三个点火提前角之和。 发动机每转一圈，ECU计算处理后就输出一个提前角信号。因此，当传感器检测到发动机转速、负荷、水温发生

10、变化时，ECU就自动调整点火提前角。 当ECU确定的点火提前角超过允许的最大或最小时，发动机很难正常运转，此时ECU将以最大或最小点火提前角允许值进行控制。 最大：3545；最小：-100IDL怠速A/C空调PIM压力传感器Vs空气流量计KS爆燃传感器VG空气流量计R_P燃油开关信号KNK爆燃信号THW冷却液温度传感器SPD车速传感器OX氧传感器PSW节气门全开VTA节气门开度信号作 业1、什么是点火提前角？2、为什么要控制点火提前角？3、怎样控制点火提前角？2 2、通电时间控制、通电时间控制1）通电时间对发动机工作的影响）通电时间对发动机工作的影响2）通电时间的控制方法）通电时间的控制方法3

11、）点火线圈的恒流控制）点火线圈的恒流控制1）通电时间对发动机工作的影响 由理论可知：当点火线圈结构一定时，点火线圈次级电压的最大值与初级断开电流成正比。 而在初级电路结构一定时，初级断开电流与蓄电池电压成正比，且随初级电路导通时间按指数规律增长，并逐渐趋于极限值。 通电时间初级断开电流次级电压点火能量点火系工作的可靠性。 发动机工作时，必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间，保证点火能量。但如果通电时间过长，点火线圈又会发热并增大电能消耗。要兼顾上述两方面的要求，就必须对点火线圈初级电路的通电时间进行控制。 当次级电压（即火花塞击穿电压）一定时，应根据蓄电池电压来调整初级电路的导通时间。蓄

12、电池电压高时，所需的通电时间较短；蓄电池电压低时，所需的通电时间就长。初级断开电流还受蓄电池电压的影响。2）通电时间的控制方法 现代电控点火系统和传统的分电器不同 传统的点火线圈初级电路的通电时间取决于断电器触点的闭合角和发动机转速 现代点火线圈初级电路的通电时间由ECU控制，根据发动机的转度信号和电源电压信号确定最佳的闭合角（通电时间），并控制点火器输出指令信号（IGt信号），以控制点火器中晶体管的导通时间 传统点火系统高压是怎么产生(1)自感原理 (2)互感原理 传统断电器点火系的工作原理断电器结构点火提前角的调整 现代电控点火系统ECU首先根据电源电压的高低，在存储器存储的导通时间脉谱图

13、中查询选择导通时间，然后根据发动机转速确定导通时间（闭合角）的大小。控制信号：Ne信号、电源电压 信号3）点火线圈的恒流控制 在电控点火系统中，采用了初级线圈电阻很小的高能点火线圈，其初级电流可达30A以上。为防止初级电流过大烧坏点火线圈，以点火控制电路中增加了恒流控制电路，保证在任何转速下初级电流均为规定值（7A）。作 业1、负荷的定义？2、为什么要对通电时间进行控制？3、恒流控制电路的作用是什么？3 3、爆燃控制、爆燃控制 爆燃的定义 发动机的爆震燃烧是指在正常火焰传播过程中，处于最后燃烧位置的那部分未燃混合气（末端混合气），进一步受到压缩和热辐射的作用，如果在火焰前锋尚未到达之前，末端混

14、合气已经自燃的现象1）爆燃的危害 理论与实践证明：剧烈的爆震会使发动机的动力性和经济性严重恶化，会导致冷却液过热，功率下降油耗上升发出尖锐的敲缸声等等 当发动机工作在爆震的临界点或有轻微爆震时，发动机热效率最高，动力性和经济性最好。2、对爆燃的控制方法： 点火提前角是影响爆燃的主要因素之一，推迟点火是消除爆燃的最有效措施。爆燃控制实际是点火提前角控制的附加功能。控制： 将发动机控制在爆燃的临界状态下工作；以一个固定角度变化，在临界点左右摆动点火提前角； 发动机负荷较小时，发生爆燃的倾向几乎为零（点火提前角很小，不会引起爆燃），采用开环控制模式（爆燃信号对控制没有影响）。 负荷超过一定值时，转入

15、闭环控制模式，取得爆燃信号。作 业1、爆燃的定义？2、爆燃控制的方法？如何控制？（二） 电控点火系统的组成与工作原理 1、电控点火系统的类型 2、基本组成与工作原理 3、有分电器电控点火系统 4、无分电器电控点火系统 5、爆燃控制系统1、电控点火系统的类型1）汽油机点火系统的类型：（1）传统点火系统分为：磁电机点火系统；（摩托）蓄电池点火系统。缺点：高速易断火，不适合高速发动机；断电器触点易烧蚀，工作可靠性差；点火能量低，点火可靠性差。 （2）微机控制的点火系统 采用计算机根据各传感器信号对点火提前角进行控制。 2）电控点火系统的类型：有分电器和无分电器式无分电器的优点 无分电器的电控点火系统

16、是一种全电子化的点火系统 由于无机械传动，减少了分火头和旁电极的中间跳火间隙的能量损耗及由此产生的射频干扰，无机构磨损、不需调整、工作可靠 无分电器，也使发动机各个部件的布置更容易、更合理2、基本组成与工作原理 1.基本组成 电源 传感器 ECU 点火器 点火线圈 分电器 火花塞工 作 原 理各处传感器信号ECU确定最佳点火提前角和通电时间发指令初级导通和截止次级线圈产生电压爆燃控制信号火花塞放电点火燃烧电控系统中的五信号 1）G信号 2）Ne信号 3）IGt信号 4）IGd信号 5）IGf信号1）G信号 是指活塞运行到上止点位置的判别信号； 由于点火控制和喷油控制中都需要准确的知道活塞运动的

17、具体位置，要准确的测量到曲轴1转角 凸轮轴位置传感器产生； 传输中产生的滞后现象 G1,G2信号：G1判别第六缸上止点位置G2判别第一缸上止点位置2）Ne信号 Ne信号发动机曲轴转角信号（转速信号） 确定一定角度转过的时间，从而确定点火时刻和通电时间。3）IGt信号 是ECU向点火器发出的通断控制信号 给初级线圈通、断电信号， 有分电器的电控点火系统中，点火顺序由分电器利用机械的方式控制； 无分电器的电控点火系统中，需要有点火顺序信号，确定该时刻是那个缸需要点火；4）IGd信号 点火顺序信号 在无分电器的电控点火系统中才会存在此信号5）IGf信号 发动机完成点火后，点火器向ECU输送的点火确认

18、信号。 若有35次均收不到返回的点火确认信号，ECU认为点火西有故障，且强行停止电控燃油喷射系统继续喷油，致使发动机熄火。3、有分电器电控点火系统 主要特点：只有一个点火线圈 分电器的作用：按照发动机的点火顺序，将点火线圈产生的高压电依次输送给各缸火花塞；丰田4A-GE发动机TCCS点火系统 4、无分电器电控点火系统 特点：用电子控制装置取代了分电器，利用电子分火控制技术将点火线圈产生的高压电直接送给火花塞进行点火，点火线圈的数量比有分电器电控点火系统多。 优缺点：分火性能较好，但其结构和控制电路复杂。 根据点火线圈的数量和高压电分配方式的不同，该点火系统又可分为：1）独立点火方式；2）同时点

19、火方式；3）二极管配电点火方式。1）独立点火方式一种是点火线圈共用一个点火器的；另一种是每个点火线圈都有一个单独的点火器，并且点火器和点火线圈集成一体6个点火线圈共用一个点火器丰田1MZ-FE电控独立点火系统 丰田1MZ-FE独立点火系统中点火器内部结构 一个点火线圈一个点火器2）同时点火方式丰田7M-GTE发动机同时点火系统 IGdA、IGdB信号是根据G1、G2和Ne信号向点火器输送的判缸信号。 点火器根据IGdA、IGdB信号的状态决定接通哪条初级电路。IGdA为为0、IGdB为为1VT1导通，导通，1缸或缸或6缸点火。缸点火。IGdA为为1、IGdB为为0VT2导通，导通，2缸或缸或5

20、缸点火。缸点火。IGdA为为0、IGdB为为0VT3导通，导通，3缸或缸或4缸点火。缸点火。 同步点火高压线路中串接二极管的作用 防止点火线圈初级电路导通的瞬间所产生的二次电压加在火花塞上后发生误点火3）二极管配电点火方式5、爆燃控制系统 1）爆燃控制系统的组成（反馈控制）1、爆燃传感器、爆燃传感器 2、ECU 3、其他传感器、其他传感器 4、点火器和点火线圈、点火器和点火线圈5、分电器、分电器 6、火花塞、火花塞2）爆燃的识别l检测发动机爆震的方法有三种： 检测发动机燃烧室压力； 检测发动机缸体振动； 检测燃烧噪声。l目前，大多数汽车采用检测发动机缸体振动的方法来检测爆震。3）爆燃强度的确定

21、l在发生爆燃曲轴转角的范围内，检测到信号才是真正的爆燃信号l根据次数判断强度，次数多，爆燃强度大，次数少爆燃强度小作 业电控点火系统种的五信号都有什么？他们的意义和作用是什么？（三）电控点火系统的主要元件的构造与检修1、点火器2、点火线圈3、分电器4、爆燃传感器5、火花塞6、点火控制电路1、点火器1 1）功用：）功用： 根据ECU输入的指令，按点火顺序控制各个点火线圈工作，同时向ECU输送点火确认信号IGf。2 2）构造：）构造： 各种发动机的点火器内部结构不一样。 有的只有大功率三极管，单纯起开关作用（奥迪200、日产公司ECCS系统）； 有的除起开关作用外，还有气缸判别、闭合角控制、恒流控

22、制、安全信号等电路（丰田TCCS系统）； 有的发动机不单设点火器，将大功率三极管组合在电子控制器中，由电子控制器直接控制点火线圈中的初级电流通断（北京切诺基4.0L发动机）。 3）检 查（1）将点火线圈与点火器的导线连接器插接好，用电压表或示波器检查发动机ECU端子间的电压，应符合要求：端子标准电压条件+B接地914V点火开关“ON”IGt接地脉冲发生发动机工作IGf接地脉冲发生发动机工作 (2)(2)检查检查IGIGf f的接地电压。的接地电压。 拔下点火器的导线连接器，当点火开关位于“ON”位置时，用电压表检查发动机ECU的IGF端子与接地之间的电压，标准电压值为4.55V。 (3)(3)

23、检查检查IGIGt t的接地电压。的接地电压。 拔下点火器的导线连接器，当用起动机带动发动机时，用电压表检查发动机ECU的IGT端子与接地间的电压，其标准电压为0.51.0V。 2、点火线圈l1 1）功用：）功用： 将火花塞跳火所需的能量存储在线圈的磁场中，并将电源提供的低电压转变为足以在电极间产生击穿点火的高电压。2 2）构）构 造造 高压二极管的作用：防止功率三极管导通时，因点火线圈磁通量变化而产生感生电动势造成火花塞误跳火的现象。3 3）检）检 查查u拔下点火线圈的连接线，用万用表检测点火线圈的电阻，其值应符合规定。 线 圈 初级线圈 次级线圈检查条件 冷态（-1050） 热态（5010

24、0） 冷态（-1050） 热态（50100）检查标准1.111.751.412.059.015.7k11.418.8k3、分电器1 1）功用：）功用： 根据发动机点火顺序，将点火线圈产生的高电压依次输送给各缸火花塞。2 2）结构：）结构： 如左图所示。4、爆燃传感器l功用：功用：是用来检测发动机有无爆燃发生及爆燃强度； 把发动机缸内发生爆震时引起的缸体振动转换为电信号。该信号输入ECU后用于控制点火提前角。l信号取得方式：信号取得方式：发动机振动、气缸压力或燃烧噪声（多采用振动的方式）分 类1）电感式2）压电式（1）压电式共振型爆燃传感器 （2）压电式非共振型爆燃传感器 （3）压电式火花塞座金

25、属垫型爆燃传感器电 感 式（1 1）结构：）结构：（2 2）工作原理）工作原理发动机振动时，通过外壳带动其内部的铁心振动，铁心产生位移，使通过感应线圈的磁路发生变化，通过线圈的磁通量也随之发生变化，线圈产生感生电动势，这就是传感器输出的电压信号。该信号与发动机的振动频率有关。当发动机发生爆震时，发动机缸体的振动频率与传感器固有的振动频率（7kHz左右）匹配，发生谐振现象，振动强度最大，铁心的位移最大，线圈内的磁通变化率最大，传感器输出最大信号。压 电 式 （1 1）压电式共振型爆燃传感器）压电式共振型爆燃传感器结构：结构：工工 作作 原原 理理 压电元件紧贴在振荡片上，振荡片紧固在传感器基座上

26、。 当固定在缸体上的爆震传感器随发动机振动时，通过基座带动振荡片振荡。振荡片压迫压电元件，使压电元件产生电压信号。 当发动机爆震时产生的频率与振荡片的固有频率相同时，振荡片就发生共振。压电元件受到的力最大，此时压电元件产生的电压信号也达到最大值。（2 2）压电式非共振型爆燃传感器）压电式非共振型爆燃传感器 结构：结构：工工 作作 原原 理理 当发动机振动时，惯性配重会因振动而产生加速度。 加速度产生的惯性力作用在压电陶瓷元件上，使压电陶瓷元件产生电压信号。 发动机发生爆震时，振动幅度大，产生的加速度也大，因此压电陶瓷元件受到的作用力也大，压电陶瓷元件输出的电压信号就大。爆燃传感器视频非共振型压

27、电式爆震传感器的特点非共振型压电式爆震传感器的特点 输出的信号电压小、平缓，必须将输出信号输送至带通滤波器中，判断爆震是否发生。 带通滤波器一般由线圈和电容器组成，它只允许特定频带的信号通过，对其它频带的信号进行衰减。 这种传感器适应范围广，当用在不同类型的发动机上时，只需对带通滤波器的过滤频率进行调整即可，无需更换传感器。共振型与非共振型输出电压波形比较共振型与非共振型输出电压波形比较比比 较较 两种传感器的输出信号都是随发动机的振动频率而变化的电压信号，信号的频率都与发动机振动频率一致，其电压幅值与振动频率有关。 共振型：其输出的信号电压在发动机发生爆震时最大； 非共振型：其输出的信号电压

28、在发动机爆震时无显著增加，只能依靠带通滤波器检查传感器输出信号中有无爆震频率段来判断是否发生了爆震。（3 3）压电式火花塞座金属垫型爆燃）压电式火花塞座金属垫型爆燃传感器传感器 安装在火花塞的垫圈处，每缸一个，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。1、火花塞、火花塞 2、爆燃传感器、爆燃传感器5、火花塞 功用：是将点火线圈或磁电机产生的脉冲高压电引入燃烧室，并在其两个电极之间产生电火花，以点燃可燃混合气。 火花塞间隙：火花塞中心电极与侧电极之间的间隙。 火花塞间隙的影响：间隙过小，火花微弱，并容易产生积炭而漏电。间隙过大，火花塞击穿电压增高，发动机不易起动，且在

29、高速时容易发生“缺火”现象。 传统点火系统中，火花塞间隙一般为0.60.7mm。但若采用电子点火时，则间隙增大到1.01.2mm。 火花塞间隙的调整：扳动侧电极。 发动机工作时火花塞绝缘体裙部的温度若保持在500600，落在绝缘体裙部的油粒能立即被烧掉，不容易产生积炭。这个温度称为火花塞的自净温度。 若裙部温度低于自净温度，落在绝缘体裙部的油粒不能立即烧掉，形成积炭而漏电，将使火花塞间隙不能跳火或火花微弱。 若裙部温度过高超过800900时，当混合气与炽热的绝缘体接触时，可能在火花塞间隙跳火之前自行着火，称为炽热点火。炽热点火将使发动机出现早燃、爆燃、化油器回火等不正常现象。 因此，无论哪一种类型的发动机，在发动机工作时，火花塞裙部的温度都应该保持在自净温度的范围内。火花塞冷热之分 火花塞的热特性主要取决于绝缘体群部的长度 绝缘体裙部长的火花塞，受热面积大，传热距离长，散热困难，裙部温度高，称为热型火花塞 绝缘体裙部短