微机控制点火系

时间：2023-11-04 百科知识版权反馈

【摘要】：需要停机时，断开点火开关，切断初级电路，使火花塞不能跳火。因此，无分电器点火系已经成为现代轿车点火系的主流。点火控制器根据电控单元ECU输出的点火控制信号，按照点火顺序轮流触发功率三极管导通与截止，从而控制每个点火线圈轮流产生高压电，再通过高压线直接输送到成对的两缸火花塞电极间隙上跳火点着可燃混合气。在点火控制器中，设置有与点火线圈相同数目

任务二　微机控制点火系

任务目标

1．有分电器微机控制点火系的组成和工作原理;

2．无分电器微机控制的点火系的组成和工作原理;

3．无分电器点火系的使用与维护;

4．微机控制点火系的故障诊断与排除。

必备知识

1．有分电器微机控制的点火系

1)有分电器微机控制点火系的组成

有分电器计算机控制点火系由低压电源、点火开关、计算机控制单元(ECU)、点火控制器、点火线圈、分电器、火花塞、高压线和各种传感器等组成。

(1)微机控制单元(ECU)依据各传感器输入的电信号，计算确定最佳点火提前角和初级电路导通角，并将点火控制信号输送给点火控制器，通过点火控制器快速、准确地控制点火线圈的工作。

(2)传感器是将电信号或非电信号整理或转变为电信号的装置，为计算机控制单元提供曲轴转速、曲轴位置、节气门开度、负荷、冷却水温度、进气温度和流量、启动开关状态、蓄电池电压、废气中氧的含量等有关发动机运行工况和使用条件的各种信息。

(3)点火控制器，根据计算机控制单元输出的点火控制信号控制点火线圈初级电路的通断。

除了分配高压电外，多数分电器还装有曲轴位置和转速传感器及判缸信号传感器。

2)有分电器微机控制点火系的工作原理

如图3－24所示为丰田公司的一种有分电器式微机控制点火系的原理图。曲轴位置传感器和转速传感器装于分电器壳内，与点火线圈、点火控制器组合为一体。

工作原理如下:接通点火开关，电源电压加到点火控制器上。启动发动机，各传感器开始将发动机的各种工况信息转换为电信号并传递给计算机控制单元，计算机控制单元将接收到的信号与只读存储器中储存的数据进行比较、计算后，输出点火信号至点火控制器，由点火控制器中的功率管接通和切断点火线圈的初级电路。当点火控制器中的大功率三极管导通时，初级电路接通，在点火线圈中形成磁场。当点火控制器大功率三极管截止时，初级电路被切断，初级电流迅速下降，次级绕组中感应出高压电进行点火。曲轴每转两圈，各缸火花塞按点火顺序轮流跳火一次，发动机工作时，上述过程周而复始。需要停机时，断开点火开关，切断初级电路，使火花塞不能跳火。

1—蓄电池　2—保险丝　3—点火开关　4—分电器　5—点火线圈　6—点火控制器　7—曲轴转速传感器　8—曲轴位传感器　9—配电器　10—火花塞　11—计算机控制单元(ECU)

图3－24　有分电器式计算机控制点火系统原理图

2．无分电器微机控制的点火系

无分电器点火系又称为直接点火系，它除了具有有分电器微机控制点火系的优点外取消了分电器总成，其高压配电由原来的机械式改为电子式，具有以下优点:在不增加电能消耗的情况下，进一步增大了点火能量，有利于采用稀混合气燃烧，降低排污含量和耗油量;避免了与分火头有关的一些机械故障，提高工作的可靠性;对无线电的干扰大幅度降低，几乎降至零水平;无需进行点火正时方面的调整，使用维护更加方便。因此，无分电器点火系已经成为现代轿车点火系的主流。

1)无分电器点火系的组成

无分电器点火系由低压电源、点火开关、微机控制单元(ECU)、点火控制器、点火线圈、火花塞、高压线和各种传感器等组成，如图3－25所示。有的无分电器点火系还将点火线圈直接安装在火花塞上方，取消了高压线，如图3－25所示。

1—火花塞　2—高压线　3—传感器　4—点火线圈　5—点火控制器　6—点火开关　7—计算机控制单元(ECU)　8—蓄电池

图3－25　无分电器点火系统组成

2)无分电器点火系的工作原理

无分电器点火系次级电压的产生过程和点火提前角的控制与有分电器计算机控制点火系基本相同。下面重点介绍无分电器点火系的高压配电类型和工作过程。

电子配电方式是指在点火控制器控制下，点火线圈的高压电按照一定的点火顺序，直接加到火花塞上的直接点火方式。

采用电子配电方式分配高压电的点火系统称为无分电器点火系统DIS，目前越来越多的汽车采用了电子配电方式控制点火。常用电子配电方式分为双缸同时点火和各缸单独点火两种配电方式，如图3－26所示。

图3－26　高压电子配电方式的类型

(1)双缸同时点火的控制

双缸同时点火是指点火线圈每产生一次高压电，使两个气缸的火花塞同时跳火。次级绕组产生的高压电将直接加在两个气缸(四缸发动机的1、4缸或2、3缸;六缸发动机的1、6缸、2、5缸或3、4缸)的火花塞电极上跳火。

双缸同时点火时，一个气缸处于压缩行程末期，是有效点火，另一个气缸处于排气行程末期，缸内温度较高而压力很低，火花塞电极间隙的击穿电压很低，对有效点火气缸火花塞的击穿电压和火花放电能量影响很小，是无效点火。曲轴旋转一转后，两缸所处行程恰好相反。双缸同时点火时，高压电的分配方式又分为二极管分配和点火线圈分配两种形式。

①二极管分配式双缸同时点火的控制

利用二极管分配高压电的双缸同时点火电路原理如图3－27所示。点火线圈由两个初级绕组和一个次级绕组构成，次级绕组的两端通过4只高压二极管与火花塞构成回路。4只二极管有内装式(安装在点火线圈内部)和外装式两种。对于点火顺序为1－3－4－2的发动机，1、4缸为一组，2、3缸为另一组。点火控制器中的两只功率三极管分别控制一个初级绕组，两只功率三极管由电控单元ECU按点火顺序交替控制其导通与截止。

图3－27　二极管分配高压同时点火电路原理图

当电控单元ECU将1、4缸的点火触发信号输入点火控制器时，功率三极管VT₁截止，初级绕组A中的电流切断，次级绕组中就会产生高压电动势，方向如图3－27中实线箭头方向所示。在该电动势的作用下，二极管D₁、D₄正向导通，1、4缸火花塞电极上的电压迅速升高直至跳火，高压放电电流经图中实线箭头所指方向构成回路;D₂、D₃反向截止，不能构成放电回路，因此2、3缸火花塞电极上无高压火花放电电流而不能跳火。

当ECU将2、3缸点火触发信号输入点火控制器时，三极管VT₂截止，初级绕组B中的电流切断，次级绕组产生高压电动势，方向如图3－27中虚线箭头方向所示。此时二极管D₁、D₄反向截止，D₂、D₃正向导通，因此2、3缸火花塞电极上的电压迅速升高直至跳火，高压放电电流经图中虚线箭头所指方向构成回路。

②点火线圈分配式双缸同时点火的控制

利用点火线圈直接分配高压的同时点火电路原理如图3－28所示。桑塔纳2000GSi、3000型、捷达AT、GTX和奥迪200型轿车点火系统采用了这种配电方式。

图3－28　桑塔纳2000GSi型轿车微机控制直接点火原理示意图

点火线圈组件由两个(4缸发动机)或三个(6缸发动机)独立的点火线圈组成，每个点火线圈供给成对的两个火花塞工作(4缸发动机的1、4缸和2、3缸分别公用一个点火线圈;6缸发动机1、6缸、2、5缸和3、4缸分别公用一个点火线圈)。点火控制组件中设置有与点火线圈数量相等的功率三极管，分别控制一个点火线圈工作。点火控制器根据电控单元ECU输出的点火控制信号，按照点火顺序轮流触发功率三极管导通与截止，从而控制每个点火线圈轮流产生高压电，再通过高压线直接输送到成对的两缸火花塞电极间隙上跳火点着可燃混合气。

(2)各缸单独点火的控制

点火系统采用单独点火方式时，每一个气缸都配有一个点火线圈，并安装在火花塞上方。在点火控制器中，设置有与点火线圈相同数目的大功率三极管，分别控制每个线圈次级绕组电流的接通与切断，其工作原理与同时点火方式相同。单独点火的优点是省去了高压线，点火能量损耗进一步减少;此外，所有高压部件都可以安装在发动机气缸盖上的金属屏蔽罩内，点火系对无线电的干扰可大幅度降低。

综上所述，微机控制无分电器点火系统(DIS)消除了分电器高压配电的不足。由于点火线圈(或初级绕组)数量增加，对每一个点火线圈来说，初级绕组允许通电时间可增加2～6倍。因此，即使发动机高速运转时，初级绕组也有足够充裕的通电时间。换句话说，无分电器点火系统具有足够大的点火能量和足够高的次级电压来保证发动机在任何工况都能可靠点火。

(3)桑塔纳2000GSi型轿车微机控制直接点火系统的工作原理

微机控制点火是指微型计算机根据反映发动机工况信息的传感器信号计算确定点火提前角并控制发动机点火时刻，因此又称为电子提前点火(ESA，ElectronicSparkAdvance)，桑塔纳2000GSi型轿车微机控制直接点火系统控制点火的原理如图3－28所示。

凸轮轴位置传感器向ECU提供发动机汽缸判别信号。曲轴位置传感器向ECU提供发动机曲轴转速与转角信号，转速信号用于计算确定点火提前角，转角信号用于控制点火提前角(即点火开始时刻)。空气流量传感器和节气门位置传感器向ECU提供发动机负荷信号，用于计算确定点火提前角。冷却液温度信号、进气温度信号、车速信号、空调开关信号以及爆震传感器信号等用于修正点火提前角。

发动机工作时，控制系统通过上述传感器把发动机工况信息采集到ECU的随机存储器RAM中，并不断检测凸轮轴位置传感器信号，判定是哪一缸活塞即将到达压缩上止点。当CPU接收到判缸信号后，开始对曲轴转角信号进行计数，判断点火时刻是否到来。与此同时，CPU根据转速信号、负荷信号以及与点火提前角有关的传感器信号，从只读存储器中查询相应工况下的最佳点火提前角。当曲轴转角等于最佳点火提前角时，CPU立即向点火控制器发出指令使控制初级电路的功率三极管截止，点火线圈初级电流切断，从而在次级绕组中产生高压电跳火点着可燃混合气。

在桑塔纳2000GSi型轿车直接点火系统中，高压电的分配由电子控制系统决定，如图3－28所示。当电控单元发出指令使点火控制组件N152的驱动三极管VT₁截止时，点火线圈N128初级电流切断，高压电直接加在发动机第1缸和第4缸火花塞电极上;当驱动三极管VT₂截止时，点火线圈N初级电流切断，高压电直接加在第3缸和第2缸火花塞电极上，使两个汽缸同时跳火，称为双缸同时点火。因为点火线圈产生的高压电直接加在火花塞电极上跳火，所以称为直接点火系统。

双缸同时点火时，一个汽缸处于压缩冲程末期，是有效点火;另一个汽缸处于排气冲程末期，是无效点火，其缸内温度较高而压力很低，击穿火花塞电极间隙需要的电压很低，对有效点火一缸的击穿电压和火花放电能量影响很小。曲轴旋转一转后，两缸所处冲程恰好相反。上述控制过程是指发动机在正常状态下点火时刻的控制过程。当发动机启动、怠速或汽车滑行工况时，设有专门的控制程序和控制方式进行点火控制。

3)无分电器点火系的使用与维护

在无分电器点火系使用和检修中，除了遵从有分电器微机控制点火系统使用与维护的规定外，还须注意:

(1)尽量少用或者不用将高压线断路的方法检查二极管配电方式的点火系故障，以免造成高压二极管损坏。

(2)同时点火方式点火系的各缸高压线要分别插入点火线圈相应插孔中，不能插乱。

(3)单独点火方式点火系的各缸点火线圈与点火控制器之间的接线不能错乱。

(4)初始点火提前角一般可以通过改变曲轴位置和转角传感器或判缸信号传感器的定子部分(传感部分)安装位置进行调整，如果使传感器的定子部分沿着传感器转子工作时的旋转方向转过一定角度，则初始点火提前角减小;如果使传感器的定子部分逆着传感器转子工作时的旋转方向转过一定角度，则初始点火提前角增大。

(5)在一个发动机工作循环中，同时点火方式的每个火花塞要跳两次火，电极损耗严重。为了保证火花塞可靠工作，一般要采用特制的火花塞，或加强对火花塞的定期检查。

任务实施

1．考核标准

汽车点火系基本技能考核评分表

(续表)

2．相关设备

整车(装有微机直接点火的)、发动机台架(装有微机直接点火的)、汽车专用解码器、汽车万用表、汽车专用示波器。

3．注意事项

(1)实训前认真预习必备知识，注意按操作程序工作;

(2)正确使用仪表和工具，注意操作安全，防止损坏设备;

(3)每个同学能在实习教师指导下，基本独立完成测试项目;

(4)能对测试的数据进行定性分析。

4．实施步骤

由于微机控制点火系组成、工作原理与传统点火系和半导体点火系有较大差异，因而发生故障的原因也不尽相同，诊断方法差异更大。

微机控制点火系的故障原因除了点火控制器、点火线圈、配电器、高压线、火花塞发生故障外，还包括各种传感器及其线路连接异常或计算机控制单元异常。

诊断微机控制点火系统故障时应注意，多数采用计算机控制点火系的发动机都设有故障自诊断系统，即发动机ECU具有自诊断功能。当发动机不能启动或工作异常，怀疑是点火系统故障时，应首先利用发动机ECU的自诊断功能进行诊断和检查，必要时再进行人工诊断，最后通过人工检查明确故障部位和原因。

(1)利用汽车专用解码仪进行诊断

所谓发动机ECU的自诊断功能，是指发动机ECU利用内部的专门电路和程序自诊断系统，在发动机工作过程中时刻监视各个电子控制系统的传感器、执行器的工作状态，一旦发现某些信号失常，自诊断系统会点亮仪表板上的“CHECK”或“CHECKENGINE”指示灯(又称为发动机故障指示灯或检查发动机报警灯)，通知驾驶员出现故障;同时发动机ECU将故障信息以代码的形式存储起来，维修时技术人员可以通过发动机故障指示灯或专用仪器调取。

用车上故障灯读取故障码比较麻烦，应急时使用较多。而用汽车解码仪读取故障码和数据流则十分方便，为人们所常用(专用解码仪的使用较简单，不再叙述)。维修人员读出故障代码后，查出故障的含义、类别以及故障范围，再进行人工检查，明确故障的具体原因和部位，将故障排除。一般情况下，故障代码只代表了故障类型及大致的范围，不能具体指明故障的全部原因和部位，因此，必须以此为依据进行具体、全面的人工分析和检查，确诊故障，予以排除。

(2)人工诊断

当怀疑计算机控制点火系有故障或自诊断系统显示点火系统故障，需要人工诊断时，对于有分电器计算机控制点火系一般从中央高压线的跳火试验开始。从分电器盖上取下中央高压线，使其端部距离气缸体6～10mm，转动曲轴，根据中央高压线和气缸体之间的跳火是否正常按图3－29所示步骤进行检查和维修，图中IG_f是点火控制器给ECU的点火反馈信号，IG是点火线圈的控制信号。

对于无分电器点火系由于高压配电方式和有分电器计算机控制点火系不同，个别气缸工作不良(或不工作)故障的原因和诊断方法也存在一些差异。如果只是为了判断个别气缸工作是否正常，可以人为停止该缸喷油，根据该缸停止喷油前后发动机的转速变化进行判断。要具体确定个别气缸不工作的故障原因，还需要用高压线对缸体试火的方法仔细检查。如果是火花塞缺火导致的个别气缸工作不良，主要原因除了火花塞、高压线的故障外，还可能是相应的点火信号控制电路连接不良或点火线圈、点火控制器、计算机控制单元的相应部分等发生故障。可以从分缸高压线的跳火情况开始，参照图3－29所示进行检查。

对于点火系统故障造成的发动机工作不正常的原因，可以用示波器检测点火系的初级和次级电压的波形变化进行诊断。初级电压波形反映的是点火线圈“一”接线柱和机体之间的电压(即断电器触点两端的电压)随分电器轴转角变化的规律，简称初级波形;次级电压波形反映的是中央高压线和机体之间的电压(包括火花塞、高压线、分火头等处的次级电压)随着分电器轴转角变化的规律，简称次级波形。点火系各部分工作都正常时，次级点火波形如图3－30所示。