首页 百科知识 微机控制点火系统检修

微机控制点火系统检修

时间:2023-11-04 百科知识 版权反馈
【摘要】:为了防止初级电流过大烧坏点火线圈,在部分电控点火系统的点火控制电路中增加了恒流控制电路。点火器根据指令,控制点火线圈初级电路的导通和截止。发动机点火系统的结构不尽相同,但其工作原理相似。奥迪200型轿车5缸涡轮增压发动机微机控制点火系统结构,其主要组成部分如图3-35所示。丰田微机控制点火系统的主要作用是控制点火提前角,称为ESA系统,该系统框图如图3-40所示。

任务2 微机控制点火系统检修

【任务导入】

20世纪70年代后期,随着计算机技术的飞速发展和发达国家对汽车排放的限制及对其他性能要求的提高,微机开始在汽车上获得应用——用微机控制点火正时,形成微机控制点火系统。由于微机具有响应速度快、运算和控制精度高、抗干扰能力强等优点,通过微机控制点火提前角要比机械离心点火提前角调节装置和真空点火提前角调节装置的精度高得多。微机控制点火系统可以通过各种传感器和多种因素对点火提前角的影响,使发动机在各种工况和使用条件下的点火提前角都与相应的最佳点火提前角比较接近,并且不会存在机械磨损等问题,克服了离心点火提前角调节装置和真空点火提前角调节装置的缺陷,使点火系统的发展更趋完善,发动机的性能得到进一步改善和更加充分的发挥。

【任务分析】

掌握发动机微机点火系统的基本组成,了解发动机微机点火系统的控制功能和工作原理,以及传感器的类型和功用。

【相关知识】

一、电控点火系统的功能

1.点火提前角的控制

1)点火提前角对发动机性能的影响

如点火提前角过大,大部分混合气在压缩过程中燃烧,活塞所消耗的压缩功增加,缸内最高压力升高,末端混合气自燃所需的时间缩短,爆燃倾向增大;点火提前角过小(点火过迟),燃烧延伸到膨胀过程,燃烧最高压力和温度降低,传热损失增多,排气温度升高,功率降低,爆燃倾向减小,NOx排放降低。

2)最佳点火提前角确定依据

(1)发动机转速 随着转速的升高,点火提前角增大。采用ESA控制系统,更接近理想的点火提前角。

(2)发动机负荷 歧管压力高(真空度小、负荷大),点火提前角小,反之,点火提前角大。

(3)燃油辛烷值 辛烷值越高,抗爆性越好,点火提前角可增大,反之应减小。

(4)其他因素 燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃比、大气压力、冷却水温度等。

3)控制点火提前角的基本方法

启动时的点火提前角是固定的,一般为10°左右,与发动机工况无关。

启动后的点火提前角控制方式有如下两种。

(1)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

(2)实际点火提前角=初始点火提前角×点火提前角修正系数

点火时间由进气歧管压力信号(或进气量信号)和发动机转速确定的点火提前角和修正量决定。

4)点火提前角的修正

(1)水温修正 暖机修正:冷车启动后,冷却水温度过低,增大点火提前角。随温度升高点火提前角的变化如图3-32所示。

img102

图3-32 点火提前角的暖机修正曲线

img103

图3-33 点火提前角的过热修正曲线

控制信号有冷却水温度信号、进气歧管压力(或进气量)信号、节气门位置信号。

过热修正:发动机处于正常的工况(IDL触点断开),当冷却水温度过高时,为避免爆震,应推迟点火提前角。发动机处于怠速工况(IDL触点闭合),冷却水温度过高时应增大点火提前角。其过热修正曲线如图3-33所示。

控制信号有冷却水温度信号、节气门位置信号。

(2)怠速稳定性的修正 ECU根据实际转速与目标转速的差来修正点火提前角,低于目标转速,应增大点火提前角;反之,应减小点火提前角。

控制信号有发动机转速信号、节气门开度信号、车速、空调信号等。

(3)空燃比反馈修正 根据氧传感器的反馈信号调整喷油量来控制空燃比,喷油量大则点火提前角小。

2.通电时间的控制

1)通电时间对发动机性能的影响

初级电路被断开的瞬间,初始电流能达到的值与初级电路接通的时间长短有关,只有通电时间一定时,初级电流才可能达到饱和。由于断开电流影响次级电压的最大值,次级电压的高低又直接影响点火系统工作的可靠性。所以,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。

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;而现代点火线圈初级电路的通电时间由ECU控制,根据发动机的转速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。

3)点火线圈的恒流控制

由于现代车采用了高能点火线圈,改善点火性能。为了防止初级电流过大烧坏点火线圈,在部分电控点火系统的点火控制电路中增加了恒流控制电路。

恒流的基本方法是:在点火器功率晶体管的输出回路中增设一个电流检测电阻,用电流在该电阻上形成的电压降反馈控制晶体管的基极电流,只要这种反馈为负反馈,晶体管的集电极电流就能稳定,从而实现恒流控制。

3.爆燃的控制

(1)爆燃的危害 爆燃会导致冷却水过热,功率下降,油耗上升。

(2)控制方法 推迟点火提前角,利用爆震传感器中的压电晶体的压力效应进行控制。

二、微机控制点火系统的组成与工作原理

微机控制的点火系统中微机根据各传感器信号对点火提前角进行控制。

微机控制点火系统可分为有分电器式和无分电器式两种。

1.基本组成与工作原理

1)微机控制点火系统的基本组成

一般由电源、传感器、ECU、点火器、点火线圈、分电器和火花塞组成。

2)微机控制点火系统的工作原理

发动机工作时,ECU根据接收到的传感器信号,按存储器中的相关程序和数据,确定出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,次级线圈中产生很高的感应电动势,经分电器或直接送至工作汽缸的火花塞。

2.有分电器微机控制点火系统

(1)特点 1个点火线圈。

(2)组成 有分电器微机控制点火系统一般由传感器、微机控制器、点火执行器等组成,如图3-34所示。

img104

图3-34 有分电器微机控制点火系统框图

发动机点火系统的结构不尽相同,但其工作原理相似。奥迪200型轿车5缸涡轮增压发动机微机控制点火系统结构,其主要组成部分如图3-35所示。

img105

图3-35 奥迪200型微机控制点火系统结构示意图

3.无分电器微机控制点火控制系统

特点:用电子控制装置取代分电器,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。其组成如图3-36所示。

img106

图3-36 无分电器微机控制点火系统组成

1—终端能量输出极;2—控制单元;3—传感器信号;4—火花塞

(1)独立点火方式的特点:点火线圈的数量和汽缸数相等;分火性能较好,但其结构和控制电路复杂。

(2)同时点火方式的特点:点火线圈的数等于汽缸数的一半。

(3)二极管配电点火方式的特点:四个汽缸共用一个点火线圈。

4.爆燃控制系统

(1)爆燃控制系统的组成 其组成如图3-37所示。

img107

图3-37 爆燃控制系统的组成

传感器;2—ECU;3—其他传感器;4—点火器和点火线圈;5—分电器;6—火花塞

(2)爆燃控制系统的识别 根据安装在缸体上的爆震传感器检测发动机不同频率范围内的机械振动,发生爆燃时传感器电压信号有较大的振幅,其识别电路如图3-38所示。

img108

图3-38 爆燃识别电路

(3)爆燃强度的确定 ECU根据爆燃信号超过基准值的次数来判定爆燃强度,次数越多,爆燃强度越大,反之越小。

三、丰田汽车微机控制点火系统

丰田汽车发动机微机控制系统常称为TCCS系统,如图3-39所示,该系统除控制点火外,还对燃油喷射、怠速、自动变速等进行控制,此外还具有故障保险、设备功能及自诊断功能等。

丰田微机控制点火系统的主要作用是控制点火提前角,称为ESA系统,该系统框图如图3-40所示。系统工作时,电子控制器根据传感器输入的发动机工作信息,经过计算、处理、判断,输出控制信号到点火器,适时地控制点火器中功率三极管导通和截止,进而控制初级电流的通断,达到点火的目的。该系统为非直接点火系统,保留了分电器中的配电器,点火线圈产生的高压电,经配电器送至各缸火花塞。

img109

图3-39 丰田TCCS系统

img110

图3-40 ESA系统方框图

1.曲轴转角传感器

曲轴转角传感器的作用是向电子控制器输入活塞位置(上止点)、曲轴转角、曲轴转速等信息。它按照工作原理可分为磁电式(TCCS)、霍尔式和光电式等三类;其安装位置可在曲轴前端、飞轮壳上、分电器内(TCCS)或分设在曲轴、凸轮轴前端等。

曲轴转角传感器基本结构如图3-41所示。曲轴位置传感器由上部的G信号发生器和下部的Ne信号发生器组成。

img111

图3-41 TCCS曲轴转角传感器的基本构造

Ne信号是曲轴转角及发动机转速信号。Ne信号装置主要由信号转子、传感线圈组成,如图3-42所示。当信号转子(固定在分电器轴上)随曲轴转动时,轮齿与传感线圈凸缘部的空气隙交替变化,导致传感线圈内磁通变化而产生交变电动势信号Ne,因有24个轮齿,每个交变信号相当于30°曲轴转角,由此计算出发动机转速。

img112

图3-42 Ne信号发生器的结构与输出波形

G信号是测试曲轴转角的基准信号,用来判别汽缸及检测活塞上止点的位置。G信号发生器由带有凸缘的信号转子和G1、G2两个传感线圈组成,如图3-43所示。当G信号转子上的凸缘通过G1传感线圈凸缘时,产生G1信号,检测6缸上止点位置;当G信号转子上的凸缘通过G2传感线圈凸缘时,产生G2信号,检测1缸上止点位置。G1、G2相差180°,分电器转一圈,它们分别出现一次。

img113

图3-43 G信号发生器的机构与输出信号波形

Ne信号与G信号的关系如图3-44所示。

img114

图3-44 G信号与Ne信号的关系

2.电子控制器

电子控制器如图3-40中间框图所示。工作时,电子控制器根据各传感器输入的发动机信息,经过处理,从存储器中选择最佳点火提前角,根据G1、G2、Ne信号,判断发动机曲轴到达规定位置时,发送控制信号IGT至点火器,当IGT为低电位时,大功率三极管截止,初级绕组电路切断,次级绕组产生高压电。启动时,点火时刻直接由传感器信号控制一个固定的点火提前角,当转速超过一定值时,自动转换成由微机输出的IGT控制。ESA系统与传统离心、真空点火提前角调节装置时刻控制比较如图3-45所示。

3.点火器

ESA系统点火器的控制电路如图3-46中间框图所示。该点火器可以根据电子控制器输出的IGT信号,控制点火时刻,还具有闭合角控制、恒流控制、点火监视、加速检出、锁止保护和过电压保护等功能。

img115

图3-45 ESA系统与传统离心、真空点火提前角调节装置时刻控制比较

(a)ESA点火时刻控制特性;(b)传统离心、真空点火提前时刻特性

img116

图3-46 ESA系统点火器电路框图

4.点火时刻(点火提前角)控制

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

1)初始点火提前角

初始点火提前角也称为固定点火提前角,对于丰田IG-GEU发动机,其值为上止点前(BTDC)10°,当发动机启动、发动机转速在400r/min以下、检查点火初始角和发动机电子控制器的后备系统工作时,实际点火提前角为固定点火提前角。

2)基本点火提前角

基本点火提前角数据存储在微机的ROM中,可分为怠速时的基本点火提前角和正常行驶时的基本点火提前角两种,如表3-2和图3-47所示。

表3-2 怠速时的基本点火提前角

img117

img118

图3-47 正常行驶时的基本点火提前角

3)修正点火提前角

为使实际点火提前角更符合发动机实际运转状况,可在“初始提前角+基本点火提前角”基础上,根据相关因素加以修正。丰田ESA系统有暖机修正(指节气门位置传感器触点闭合、发动机水温变化时的修正)和怠速稳定性修正(为了保持怠速稳定运转而对点火提前角的修正),如图3-48、图3-49所示。

img119

图3-48 暖机时点火提前角特性

img120

图3-49 怠速稳定性点火提前角特性

现代发动机的点火提前角还有一些其他修正。

过热修正:发动机水温过高时的修正。过热修正曲线如图3-50所示。

空燃比反馈修正:装有氧传感器的发动机,微机通过氧传感器反馈的信号对空燃比进行修正。空燃比反馈修正如图3-51所示。

img121

图3-50 过热修正曲线

img122

图3-51 空燃比反馈修正点火提前角

爆震修正:产生爆震时,微机根据爆震传感器输入的信号,将爆震程度分为强、中、弱三个级别,根据爆震程度的强弱,自动减小点火提前角。它是一种闭环控制系统,微机工作时,可根据发动机各传感器信号,从存储器中查出相应的点火提前角来控制点火,同时对控制结果通过特设的爆震传感器进行反馈,通过反馈信号再对点火提前角进行控制,如图3-52所示。

img123

图3-52 点火反馈闭环控制框图

【任务实施】

一、实施环境

(1)汽车电控发动机实训室或汽车整车实训室。

(2)装有典型微机控制点火系统的轿车(如丰田皇冠、LS400)、举升机、工具车(配有拆装工具)、工作台、万用表等。

(3)相应的汽车维修手册或电路图资料。

二、实施步骤

1.点火器

(1)功能 根据ECU的指令,控制点火线圈初级电路的通电或断电,并在完成点火后向ECU输送点火确认信号。

(2)检测 用万用表或示波器检查发动机ECU相应端子间电压,应符合要求。

2.点火线圈

点火线圈的检测:万用表检测点火线圈的电阻,应符合规定,其标准如表3-3所示。

表3-3 点火线圈检查标准

img124

三、爆燃传感器

(1)功能 检测发动机有无爆燃发生及爆燃强度。

(2)类型 电感式和压电式两种,压电式又分为共振型、非共振型和火花塞座金属垫型等三种。

1.电感式爆燃传感器

(1)构造 主要由铁芯、永久磁铁、线圈及外壳等组成。

(2)原理 利用电磁感应原理检测发动机爆燃。

2.压电式爆燃传感器

压电式爆燃传感器是利用压电效应原理检测发动机爆燃的。

1)压电式共振型爆燃传感器

由压电元件、振子、基座、外壳等组成。当发生爆燃时,振子与发动机共振,压电元件输出的信号电压也有明显增大,易于测量。

2)压电式非共振型爆燃传感器

与压电式共振型爆燃传感器相比,压电式非共振型爆燃传感器内部无震荡片,但设一个配重块,以一定的预紧压力压紧在压电元件上。当发动机发生爆燃时,配重块以正比于振动加速度的交变力施加在压电元件上,压电元件则将此压力信号转变成电信号输送给ECU。

3)压电式火花塞座金属垫型爆燃传感器

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。

3.检测

用万用表检查传感器端子与传感器壳体之间的电阻,应不导通。

四、点火控制电路

以丰田皇冠3.0轿车点火控制电路为例(见图3-53)。

维修时用万用表检测“+B”端子和点火线圈的“+”端子与搭铁之间的电压,应为蓄电池电压。怠速时检查点火器“IGT”端子与搭铁之间应有脉冲信号,检查ECU的“IGF”端子与搭铁之间应有脉冲信号。

img125

图3-53 丰田皇冠3.0轿车点火控制

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈