《汽车发动机电控技术》第四章汽油机电子控制点火系统课件

汽车发动机电控技术第4章汽油机电子控制点火系统

7/15/2023第4章汽油机电子控制点火系统

教学目标了解汽车电子控制点火系统的组成与工作原理；掌握点火控制系统中的曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、爆燃传感器的类型、工作原理及其检测；掌握无分电器式点火系统的组成；掌握点火提前角和点火线圈初级线圈通电时间的控制原理；掌握典型点火电路的分析。7/15/2023教学内容教学重点

系统的组成与工作原理；重要传感器的工作原理及控制；分电器式点火系统的组成及控制；点火提前角和点火线圈初级线圈通电时间控制原理。

电控点火系统的组成与工作原理；点火系统中的重要传感器；点火系统的火花；典型点火电路分析；点火提前角的控制；点火线圈初级通电时间控制；电控点火系统的故障案例。7/15/2023教学难点曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、爆燃传感器的检测方法；相关电路分析。教学方法讲授、课件教学时数14学时7/15/20234.1电控点火系统的组成与工作原理4.1.1电子控制点火系统的类型有分电器式的电子控制点火系统

特点：由于仍然有机械装置，因此发动机在一些工况下仍存在缺陷，无法保证在各种工况下点火提前角均处于最佳。此外，由于分电器在工作运转过程中有磨损的情况，所以也无法保证点火提前角的稳定与准确性。无分电器式的电子控制点火系统特点：不存在机械磨损，因此不存在各间隙间跳火的能量损失及由于机械的不确定性对点火的干扰；无分电器也使得发动机上的构件在布置上更方便与合理，方便检测与维修；外界的人为因素不能改变点火时刻，取消了在维修作业中的失误情况，比如在安装的时候，由于装配不到位而使点火时刻不正确的现象等。7/15/20234.1.2电子控制点火系统的组成1-传感器2-电子控制单元ECU3-执行器7/15/20234.1.3电子控制点火系统的工作原理7/15/20234.2点火系统中的重要传感器4.2.1曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器磁感应式曲轴位置传感器结构

a)安装在飞轮附近的曲轮位置传感器b)安装在曲轴前端的曲轴位置传感器1-曲轴信号轮2-曲轴位置传感器3-信号轮上的检测孔7/15/2023磁感应式曲轴位置传感器工作原理1-转速轮2-传感器线圈3-永久磁铁7/15/2023霍尔式曲轴位置传感器

霍尔效应

通有电流导体垂直于磁感线放入磁场中时，在导体横向侧面上就会产生一个垂直于电流方向和磁场的电压UH，UH与通过导体的电流和磁感应强度B成正比，当取消磁场时电压UH立即消失。这种现象被称为霍尔效应，UH被称为霍尔电压。7/15/2023霍尔式传感器的基本结构与工作原理

7/15/2023采用触发叶片的霍尔式曲轴位置传感器7/15/2023霍尔曲轴位置传感器的检测电源电压检测输出信号检测其它检测

7/15/2023霍尔曲轴位置传感器的检测电源电压检测

拔下传感器插头，打开点火开关，检查插头上电源端子与接地之间的电压，应为8V或12V(视车型而异)。若无电压，则应检查传感器与ECU之间的线路及ECU上相应端子的电压；若ECU相应端子有电压，则为传感器到ECU之间线路断路，否则为ECU故障。如北京切诺基就采用过这种类型的曲轴位置传感器,其电源输入传感器的电压在1996年前车型为8V，1996年以后的车型变为5V。

7/15/2023输出信号检测

将传感器插头插回，起动发动机，测量传感器输出端子信号的输出电压值，其值应在3～6V之间。如果不符，则为传感器故障。如北京切诺基输出信号是矩形脉冲信号，高电位为5V，低电位为0.3V。其它检测

A、B两端子间传感器电阻应为∞，传感器空气隙应符合要求。

7/15/2023光电式曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器日产公司光电式曲轴位置传感器

7/15/2023电式信号发生器的作用原理7/15/2023现代索娜塔汽车用光电式曲轴位置传感器

7/15/2023索娜塔光电式曲轴位置传感器的检测线束检查输出信号检测

7/15/2023线束检查检查时，脱开曲轴位置传感器的导线连接器，把点火开关置于“ON”，用万用表的电压档测量线束侧4号端子与接地间的电压应为12V，线束侧2号端子和3号端子与接地间电压应为4.8～5.2V，用万用表的电阻档测量线束侧1号端子与接地间应为导通0Ω。输出信号检测

用万用表电压档接在传感器侧3号端子和l号端子上，在起动发动机时，电压应为0.2～1.2V。在起动发动机后的怠速运转期间，用万用表电压档检测2号端子和l号端子电压应为1.8～2.5V。否则应更换曲轴位置传感器。

7/15/20234.2.2爆燃与爆燃传感器爆燃爆燃是汽油机运行过程中产生的一种最有害的故障现象，是在火花塞点燃汽缸内的可燃混合气之前的自燃。产生的原因积碳聚集过多；发动机过热；燃油使用不当。

7/15/2023控制

从最佳点火提前角控制原理中可知，为了最大限度地发挥汽油机的功率，应把点火提前角控制在接近临界爆燃点，同时又不能使发动机发生爆燃的边缘。7/15/2023爆燃控制系统1－爆燃传感器2－ECU3－其它传感器4－点火控制器5－分电器6－火花塞7/15/2023爆燃传感器

压电式爆燃传感器

磁致伸缩式爆燃传感器

7/15/2023爆燃传感器的检测电阻检测电压检测示波器检测

桑塔纳2000GLiAFE与2000GSiAJR发动机爆燃传感器端子及其与ECU的连接电路。7/15/2023电阻检测（1）检测传感器电阻断开点火开关，拔下传感器线束插头，传感器端子1与2、1与3、2与3之间电阻均应大于1MΩ。（2）检测线束电阻断开点火开关，拔下传感器线束插头和ECU线束插头，两插头各端子间导线电阻均应小于0.5Ω。7/15/2023电压检测当人为敲击传感器表面时，在端子1和2之间将有信号产生，直接反映在万用表上是有电压出现，时高时低，可使用万用表的2V档进行单体的检测。示波器检测

当振动或敲缸发生时，有图中的波形产生。敲缸或振动越大，波形峰值就越大。当高过一定值时，表明发动机出现了爆燃。爆燃传感器通常设计成测量5～15kHz范围的频率。7/15/20234.3无分电器式点火系统组成7/15/2023无分电器式点火系统的同时点火

7/15/2023无分电器式点火系统的独立点火

1-ECU2-点火控制器3-点火线圈

4-火花塞7/15/2023双火花塞点火方式

1－曲轴位置传感器2－左侧火花塞3－右点火线圈4－点火模块5－左点火线圈7/15/2023双火花塞点火系统电流方向同一汽缸内两火花塞的极性7/15/2023功率晶体管导通时的电动势与高压二极管的作用

7/15/20234.4典型点火电路分析分电器式

ECU根据传感器输入来的各个信号，确定点火时间（点火提前角），同时将点火正时信号送至点火控制器，当点火正时信号变为低电平时，点火线圈初级电流被切断，次级线圈中感应出高压电，由分电器送至相应要工作的汽缸火花塞产生电火花。7/15/2023皇冠3.0L2JZ－GE发动机点火电路

7/15/2023无分电器式

IGdA与IGdB信号关系

IGdA与IGdB信号关系确定的各缸点火情况同时点火方式电子控制点火系统7/15/2023无分电器独立点火控制点火系统

7/15/2023电路元件的检测点火线圈的检测点火器的检测高压线检测火花塞检测

7/15/2023点火线圈的检测拔下点火线圈线束连接器，用万用表欧姆档检测点火线圈各线圈的电阻值，其冷热态的数值应符合维修手册中的规定，如不符合，必须更换点火线圈。点火器的检测

(皇冠3.0L2JZ－GE发动机点火电路)起动发动机，用万用表电压档或示波器检查点火器端子间的电压，其电压值应符合：①在+B与接地间为9～14V，②IGt、IGf与接地之间有电压脉冲。如不符合，则必须检查相关线路或更换点火控制器直至检查ECU。高压线检测

通过测量高压线的电阻值来判断高压线是否良好，其最大电阻值一般为25kΩ，注意，有些发动机上，不同缸的高压线电阻值是不相等的，具体数值要查阅相关的维修手册。不符合规定时，应更换高压线。火花塞检测用万用表欧姆档测量火花塞绝缘体电阻，其绝缘体电阻值应大于10MΩ，否则不能继续使用，同时也要监测汽车的行驶里程。7/15/20234.5点火提前角的控制影响点火提前角的主要因素发动机转速发动机负荷辛烷值点火提前角的控制初始点火提前角基本点火提前角修正点火提前角

最佳点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角7/15/2023影响点火提前角的主要因素发动机转速

发动机转速提高后，在给定的时间内曲轴转过的角度会更大，而燃烧速度在相对低的转速下是不会跟随变化的，如果想使燃烧在上止点后(ATDC)10°～15°左右完成，那么必须使点火时刻提前。如发动机在850r／min的怠速时，点火提前角为6°～12°，而转速增加到4000r／min时，点火提前角增大到28°。但当转速继续增加时，由于混合气压力与温度的提高及进气扰流的增强，会使燃烧速度加快，为避免发生爆燃，最佳点火提前角的增加速度就要适当减慢。7/15/2023发动机负荷在轻载和节气门部分开度时，进气管内的真空度较高，吸进进气管和汽缸内的空燃混合气的数量少。这些稀薄的混合气在压缩终了的压力较低，燃烧速度较慢，为了在上止点后(ATDC)10°～15°左右完成燃烧，点火时刻必须提前。在大负荷时，节气门全开，大量的空燃混合气被吸入汽缸，并且进气管的真空度低，这就会导致燃烧压力增高，燃烧速度加快。在这样的情况下，必须推迟点火提前角，以防止气体在上止点后(ATDC)10°～15°以前全部燃烧完毕。7/15/2023辛烷值汽油的辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可适当增大；辛烷值越低，抗爆性越差，点火提前角则应相应减小，否则容易产生爆燃。

7/15/2023点火提前角的控制初始点火提前角点火提前角的确定是很复杂的，需要通过大量的反复实验，不同的发动机，初始点火提前角大小是不同的。一般来讲，为了控制点火正时，电子控制单元（ECU）根据上止点位置来确定点火提前角。在一些电子控制点火系统中，有些发动机电控单元把G1或G2信号后第一个Ne信号过零点定为压缩行程上止点前10°，并以这个角度作为点火正时计算的基准点，称之为初始点火提前角。7/15/2023基本点火提前角发动机处于怠速工况时，电控单元根据节气门位置信号(怠速触点闭合信号)、发动机转速信号Ne及空调开关信号共同来确定基本点火提前角。发动机处于非怠速工况时，电控单元根据发动机转速和节气门位置及空气流量传感器信号，从ECU储存器中的点火特性三维脉谱图中查出相应的基本点火提前角，见图4－52所示,去控制点火的时刻。7/15/2023修正点火提前角暖机修正怠速稳定性修正空燃比反馈修正过热修正爆燃修正

注意发动机的修正点火提前角不是没有限制的，最大和最小点火提前角的一般范围是：最大点火提前角35°～45°，最小点火提前角-10°～0°。7/15/2023修正点火提前角暖机修正

发动机冷机起动后，冷却液温度较低且汽油雾化不良，此时应增大点火提前角。在暖机过程中，随冷却液温度的升高，点火提前角修正值逐渐减小。修正值的变化规律及大小随发动机暖机修正的主要控制信号如：冷却液温度信号、空气流量信号、节气门位置信号等有关。7/15/2023怠速稳定性修正

发动机在怠速工况运行时，由于负荷变化使发动机转速发生变化，电控单元要调整点火提前角，使发动机在规定的怠速转速内稳定运转。发动机处于怠速工况时，电控单元不断地计算发动机的平均转速，当发动机的转速低于规定的怠速转速时，电控单元根据实际转速与目标转速差值的大小相应地增大点火提前角；当发动机转速高于目标转速时，则减小点火提前角。调节范围一般在±20r/min。怠速稳定性修正的控制信号主要有：发动机转速信号、节气门位置信号、车速信号和空调信号等。

7/15/2023空燃比反馈修正

现在的发动机都装有氧传感器，ECU根据氧传感器的反馈出来的电信号对空燃比进行修正。随着修正喷油量的增加或减少，发动机转速在一定范围内波动。为了提高怠速的稳定性，在反馈修正油量减少时，点火提前角会适当地增加。空燃比反馈修正的控制信号主要有：氧传感器信号、节气门位置信号、冷却液温度信号、车速信号等。

7/15/2023过热修正

发动机处于正常运行工况时(怠速触点断开)，如果冷却液温度过高，很可能造成发动机爆燃，此时应将点火提前角适当推迟。而在发动机处于怠速工况时(怠速触点闭合)，若冷却液温度过高，为了避免发动机长时间过热，应将点火提前角增大（提高发动机的转速）。过热时修正的主要控制信号有：冷却液温度信号、节气门位置信号等。

7/15/20234.6点火线圈初级线圈通电时间控制点火线圈初级线圈通电时间控制

也就通常所说的闭合角控制或简称为通电时间控制。闭合角在点火线圈的初级线圈通电时，对应曲轴所转过的角度。一般在传统点火系统中将此处的控制称为闭合角控制，而在微机控制点火系统中多以初级线圈通电时间的控制来称谓。

7/15/20234.7电控点火系统的故障案例4.7.1高压无火不能起动的故障皇冠3.0轿车不能起动且无高压火4.7.2无法起动的点火系统的故障广州本田雅阁轿车无法起动上海桑塔纳GLi轿车无法起动丰田ES300轿车不能正常起动

7/15/2023本章小结电子控制点火系统是当前比较先进的点火系统，能够对点火进行全过程控制，包括初级线圈的通电时间控制、最佳点火提前角控制和爆燃控制，完全满足汽油机对点火系统的基本要求，使发动机在动力性、经济性达到较高的水平同时，排放与噪声的污染也降到了相当低的水平。在介绍的传感器当中，曲轴位置传感器产生和凸轮轴位置传感器产生的信号是保证ECU控制电子点火系统正常工作最基本的信号。曲轴位置传感器向ECU提供发动机转速、曲轴转角信号，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正时(点火提前角)。凸轮轴位置传感器采集凸轮轴的位置信号输入ECU，使ECU识别出1缸压缩上止点，从而进行点火时刻控制以及产生爆燃时的控制。电子控制点火系统中的执行器主要包括点火控制器、点火线圈、分电器及火花塞等。点火控制器是微机控制点火系统的功率输出级，它接受ECU输出的点火控制信号并进行功率放大，以便驱动点火线圈工作。7/15/2023复习思考题

1．叙述电子控制点火系统的组成及各部分的作用。2．叙述电子控制点火系统的工作原理。3.叙述霍尔式传感器的基本结构与工作原理。4．以美国通用车系为例，说明如何进行霍尔式曲轴位置传感器的检修?5．如何进行磁感应式曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器的检测与分析?6．爆燃传感器的类型？各有什么特点?7．桑塔纳2000GLi为例，说明如何进行爆燃传感器的万用表检测。8．无分电器点火控制系统有哪两种点火方式?各是怎样工作的?9．简要分析皇冠3.0L2JZ-GE发动机点火电路的工作情况。10．E