发动机点火控制系统.ppt

1、实训项目六 发动机点火控制系统,学习目标 1理解电控发动机点火系统的基本控制原理； 2通过实训操作，理解点火提前角变化对发动机排放的影响； 3掌握传感器测试方法，验证电控发动机点火系统传感器的输入与输出特性关系； 4学习利用诊断仪器和波形分析检查传感器及其电路； 5学习掌握电控发动机点火系统故障的检测与判断方法。,【相关知识】 汽油机点火系统的主要功能是始终保证可靠的点火，其 中点火提前角、点火能量和发动机爆震对发动机的动力性、 经济性和排放产生重要影响。特别是对安装三元催化转换装 置的发动机更为重要，因为缺火会导致未燃HC在三元催化 转换器内氧化燃烧，过高的温度而使催化转换器失效。电控 发动

2、机利用计算机以发动机的转速和负荷为主要控制参数， 以发动机冷却水温、空气进气量、发动机爆震等为修正参 数，对发动机点火提前角进行最优化控制。由发动机燃烧理 论可知，只有当发动机汽缸产生最大燃烧压力的位置出现在 上止点后10O15OCA时，才可获得较高的输出功率和燃料 经济性，如图6-1所示。为获得理想的最大燃烧压力位置而 在上止点前点火的曲轴位置被称为最佳点火提前角。最佳点 火提前角受发动机转速、负荷、混合气浓度和燃料品质等多 种因素影响。,1影响点火提前角的因素 （1）发动机转速 设当混合气空燃比 一定时，燃烧过程所需要时间相对稳定， 随发动机转速提高，燃烧过程所需要的 曲轴转角增大。为在上

3、止点后1015 获得最高燃烧压力，必须适当提前点火 （即增大点火提前角）。反之，则要滞 后点火提前角（即减小点火提前角）。 （2）发动机负荷 发动机不同负荷下 的混合气浓度不同，燃烧速度随之变化。当负荷增大时，混 合气浓度增加，燃烧速度加快，燃烧过程所占曲轴转角减 小，只有适当滞后点火提前角，才能保证在上止点后 1015获得最高燃烧压力。反之，由于燃烧速度减慢， 而要增加点火提前角。,图6-1 不同点火时刻的燃烧室压力 before TDC-上止点前 after TDC-上止点后,2电子控制点火系统类型 电子控制点火系统指在传统的晶体 管点火系统基础上，发展为由计算机集 中控制一次电流的脉冲，

4、经过高压点火 线圈形成次级高压，在火花塞点燃燃烧 室内可燃混合气的点火系统。不同类型 的电子点火系统使用不同的高压点火线 圈。 （1）双火花塞点火线圈 双火花塞点火线圈由一个初级线圈 和一个次级线圈组成。初级线圈的一端接在电源的正端，另 一端接到点火控制器。次级线圈两端各接一个火花塞。电路 如图6-2所示。 次级线圈中串联二极管的作用是防止初级电路导通瞬 间，在次级电路产生反相二次高压（约10002000V），影 响正常点火燃烧。,图6-2 双火花塞点火电路,随曲轴旋转，点火线圈每产生一个高压，两个火花塞同 时产生火花。 对于点火顺序为1-3-4-2的发动机，在1缸火花 塞形成高压火花，点燃压

5、缩终了的混合气，同时在4缸火花 塞也形成维持火花，在排气终了中跳火。曲轴旋转3600后， 4缸为高压火花，1缸为维持火花。图6-3是在示波器上看到 的1、4缸的点火波形。,图6-4 四火花塞点火电路,图6-3 1、4缸点火波形,（2）四火花塞点火线圈 四火花塞点火线圈由两个初级线圈和一个次级线圈组成。如图6-4所示。两个初级线圈由点火控制器分别通、断电，次级线圈上会顺序产生正反点火高压，利用二极管的单向导通特性，正反高压分别作用在1、4缸和2、3缸火花塞上，其原理与双火花塞点火原理相同。 （3）单火花塞点火线圈（独立点火） 单火花塞点火线圈指每个汽缸配一 个点火线圈，点火线圈通常直接安 装在火

6、花塞上。线圈有四个接线端， 如图6-5所示，接线端1接点火开关， 接线端15接电源，线端4a接火花塞， 接线端4b用来检测失火。点火触发 信号由低压侧的点火模块按逻辑产生。,图6-5 独立点火电路,实训任务一 发动机点火提前角的检测,【实训目标】 掌握点火性能的测量和分析；观察点火提前角的变化，理解点火提前角与多种因素的关系；通过示波器观察初、次极点火波形；通过点火波形学习分析点火故障的方法；掌握各种测试仪器的使用方法。 【知识点】 汽油机燃烧对点火的最根本的要求是将压缩后的混合气在适当的时刻点燃，点火时刻不正确，会导致发动机动力性能下降、影响尾气排放中的有害物质的变化。当点火时刻推迟时，HC

7、与NO X均会降低。而对于装有三元催化转换器的发动机，因为缺火会导致未燃HC在三元催化器内氧化燃烧，并由于温度过高而使催化转换器失效。所以，正确的点火时刻与可靠的点火率成为ECU控制和点火性能检查的重要内容。,【实训活动】 初级点火波形与次级点火波形 1实训设备：汽油发动机或汽车、示波 器、车用万用表。 2实训步骤： 起动发动机，怠速至正常水温； 根据试验用发动机或汽车，查阅发动 机资料，确定点火系统的形式和基本 参数； 按示波器资料要求连接示波器测试线， 如图6-6所示。 观察示波器图形，分别观察单个点火 波形、并列波形、串列波形和三维波形； 比较波形的变化与不同，与如图6-7所 示的标准波

8、形比较；,图6-6 点火波形测试与接线 1-汽车或发动机搭铁线 2-同步信号探头 3-次极高压线探头 4-信号转换盒 5-示波器 6-蓄电池,根据点火波形分析判断点火失效原因； 用万用表电阻档检测高压点火线电阻， 并与标准值对照；如图6-8所示。 用火花塞工具卸下火花塞，如图6-9所 示。检查火花塞的型号、清理积碳、检 测电极间隙,如图6-10所示。如不合适， 进行调整。 安装好火花塞和高压线，再次连接示波 器进行检测，观察波形的变化。 【注意】试验时各种连接线必须可靠安 装，连接的测试线避开发动机旋转部分， 防止出现意外。 实训指导：学生可以更换不同损坏的火 花塞，通过测试，比较火花波形的变

9、化 和总结特点。,图 5-8测量点火高压线电阻,图6-9 用专用工具卸火花塞,图6-10 清除点火电极积碳和调节点火间隙,【提示】这个测试能提供关于每个气缸的燃烧质量非常有价值 的资料。如果有必要甚至可以在行驶下进行此顶测试。由于点 火次级波形明显受不同发动机、燃油系统和点火条件影响，它 对检测发动机机 械部分和燃油系 统部件及点火系 统部件的故障是 有用的。波形的 不同部分能指明 任一特定气缸的 某些部件和系统 的故障。参照波 形图的指示点看 波形特定段的相关部件运行状况。图6-11提供了部分点火波形 的变形与故障点分析参考。,导致点火电压过低的故障有： 点火线圈初级电路电压过低； 点火线圈

10、初级电路产生较大电阻； 点火线圈中存在短路； 点火线圈次级电路断路或电阻过大。 火花塞腐蚀或间隙过大； 混合气过稀； 燃烧室严重积碳。,【思考题】 1进行实训的发动机点火线圈是何种类型？ 2观察测试的次极点火波形，指出与标准点火波形的不同点之处。 3实训中出现的高压点火波形与图示点火波或不同时，分析是何原因。,实训任务二 点火正时测试与调整,【实训目标】 了解点火正式对发动机燃烧的影响；掌握正时灯的使用方法；掌握点火正时的调节方法；掌握用正时灯确定点火系的某些故障。 【知识点】 正时灯是由外加点 火信号触发而闪亮的照明装置， 用来对发动机的正时进行检查。 正时灯分为普通正时灯、可进 行正时调节

11、的正时灯，如图 6-12所示。还有的正时灯带有 发动机转速测量显示。,图6-12 带正时调节的正时灯,【实训活动】 点火正时测试与调整 1实训设备：发动机台架或汽车（分电器式和无分电器式）、正时灯、手动真空泵、尾气分析仪。 2实训步骤： 根据实训用发动机或汽车，查找点火正时的资料，了解基本正时角度和怠速转速，确定点火正时的检查位置。 启动发动机，至正常水温，检查发动机怠 速转速在规定范围。如怠速转速不正确，要先检查、调整怠速至要求转速。 将接正时灯的感应夹接至发动机一缸高压线，并接好电源线； 注意：安装的导线要避开发动机的旋转部分。,用正时灯对准发动机正时标记，观察即 刻的点火提前角并记录，如

12、图6-13所示； 松开分电器固定螺丝，缓慢转动分电器， 观察正时变化。如图6-14所示。 点火正时的检测位置随汽车而异， 有的在正时皮带轮上，如图6-15（a）所 示；也有的在曲轴飞轮附近，如图6-15 （b）所示。,图6-13 用正时灯检测点火正时,图6-14 松开固定螺钉调节点火提前角,（a）凸轮轴正时带轮 （b）离合器壳内的飞轮上 图6-15 可用于检查点火正式的其它位置, 提高发动机转速，观察即刻的点火提前角变化并记录； 对于有真空调节装置的分电器，在真空调节器上安装手动真空泵，如图6-16所示。提高真空度，观察即刻的点火提前角变化并记录； 将尾气仪测试头插到排气管内，松 开分电器固定

13、螺丝，转动分电器将 点火时间提前，观察发动机转速和 尾气中HC和NO的变化并记录。 转动分电器将点火时间滞后，观察 发动机转速和尾气中HC和NO的变 化并记录。 将分电器调回正确的点火时间位置，拧紧固定螺丝。 摘下正时灯感应夹和电源线，关闭发动机。,图6-16 在分电器真空调节器上接手动真空泵,【提示】 电子控制（计算机控制）点火正时分为有分电器和无分电器的系统。两种系统都不再用离心式与真空式点火提前调节装置。带分电器的电子点火系统仍需要有基本点火正时的检查与调整，在进行基本测试时需要做专门的连接，以便消除控制程序中自动正时调节的作用。无分电器的电子点火系统则没有正时调整的机构，但需要检查点火

14、正时，可以帮助判断计算机控制系统是否正常。 【思考题】 1发动机转速提高，点火提前角不随着变化，发动机能否正常工作？ 2指出点火闭合角的时间随发动机转速变化的关系。 3提前或滞后点火提前角，对尾气中的HC和NOX有何影响？ 4当降低真空度时，点火提前角怎样变化？,实训任务三 带分电器电子点火系统的正时检查,【实训目标】 理解丰田5A发动机转速信号与位置信号的作用、特点原理；掌握传感器的测试 方法；掌握点火正时的检测方法； 学习观察波形和识别角度辨别。 【知识点】 丰田5A和8A发动机的转 速信号和曲轴位置信号装于分电器内， 同时分电器还用来发动机点火顺序分 配。计算机根据这两个信号确定为喷 油

15、、点火、计算的基本参数。转速传感器与曲轴位置传感器装在分电器内。两个传感器均采用磁脉冲式信号发生 器。传感器由信号发生器和信号转子组成，两个信号转子在分电器内沿分电器轴轴向排列，结构如图6-17所示。,转速传感器与曲轴位置传感 器均为磁感应式脉冲发生装置。 磁感应传感器由感应线圈、永久 磁铁和低磁阻信号转子组成。 磁感应传感器工作原理如图6-18 所示。 当分电器轴带动转子旋转， 由于转子凸齿相对永久磁铁的位 置发生变化，引起感应线圈周围 的磁通变化，从而在线圈内产生 感生电动势。传感器与ECU的电 路如图6-19所示。,图6-18 磁感应式脉冲发生器工作原理,图 5-19 传感器与ECU的电

16、路图,【实训活动一】 带分电器电子点火系统的正时检查 1、实训设备：夏利轿车或丰田5A发动机，正时灯、短接线。 2、实训步骤： 断开分电器传感器接线端，用万用表 分别接到接线端，用电阻档检测传感 器感应线圈的电阻值，并与标准值比 较。如图6-20所示。 松开分电器固定螺栓，取下分电器， 参看电路图6-19，将万用表正、负笔 夹分别夹在1、2端和3、4端子上，并 将表调整至电压档。用手以不同转速 转动分电器轴，观察电压显示的变化。 换下万用表，接上示波器探头，调整 至适当的显示档。用手以不同转速转动分电器轴，如图6- 21所示，观察波形显示的变化。并在试验报告上画出电压 波形显示的图形。,图6-

17、20 传感器测量,图6-21 用手转动分电器轴验证磁感应信号,安装好分电器，用螺栓固定好。插接好分电器接线器。 启动发动机，预热至正常工作温度； 接转速表和正时灯；检查发动机转速，观察曲轴前皮带轮上的正时记号。 阅读发动机盖下的检测说明，用短 接线正确短接电脑故障检测口的A、 B或T、E端，如图6-22所示。ECU 故障诊断口在发动机舱内或驾驶室 仪表盘下。 运转发动机，用正时灯观察曲轴飞轮的正时记号位置变化。比较两种情况下的正时提前角有何不同。 松开分电器固定螺钉，缓慢转动分电器，观察曲轴飞轮的正时记号位置变化。同时注意发动机转速和声音的变化。 发动机熄火后，在传感器插接器后端插入探针，将两

18、个传感器分别接到双踪示波器的一个通道。启动发动机，观察两个波形的位置关系，并将两个图形画在同一个图表上。,（a） （b） 图6-22 故障诊断口与短接线,【思考题】 15A发动机进行点火正时检查时为何要先进行短接检测口的步骤？ 2很多计算机控制的点火系统已不用真空调节装置，是否意味不再进行发动机负荷调节？ 3磁感应信号的强弱随哪些因素变化？,实训任务三 电控点火系统传感器信号的检测,【实训目标】 传感器信号和执行器指令是计算机正常工作的前提条件，用示波器测试传感器信号和执行器指令，可以直观了解信号和指令是否正确，帮助逐个排除电子元件的故障。了解电控发动机点火系统传感器的作用与特性；理解传感器相

19、互关系与影响；掌握传感器的测试方法和仪器的使用。 【知识点】 发动机ECU要在确定的位置提供准确的喷油或点火指令，因此需要一个或几个基本参考点。基本参考点是指曲轴或凸轮轴上的一个固定的位置。采集这个信号的传感器称为位置传感器。这个位置传感器可以安置在曲轴、凸轮轴或分电器内。,曲轴位置传感器可以是磁感应式信号发生器，也可以是霍尔效应式信号发生器，用于检测曲轴的转角及位置，给ECU提供曲轴的转角位置信号，为喷油与点火控制提供主要参考点。很多发动机电控系统中，曲轴位置传感器同时作为发动机转速信号。不同发动机曲轴 位置传感器安装的位置不同，可 安装于发动机前端、曲轴飞轮附 近、分电器内或凸轮轴上，其工

20、 作原理相似。如图6-23所示为安 装于曲轴飞轮上的磁感应式曲轴转速与位置传感器，信号转子上的缺齿用来产生曲轴位置信号。,凸轮轴位置传感器既可为ECU提供转速信号，也可提供一缸压缩上止点信号，还可与曲轴位置传感器组成汽缸判别信号，用于点 火系统的爆震控制。主要使用霍 尔效应信号发生器，霍尔效应传 感器应用与分电器与凸轮轴的结 构如图6-24所示。 霍尔元件与永久磁铁对置， 其间允许遮磁叶片通过。当遮磁 叶轮转动，遮磁叶片不断通过霍 尔元件与永久磁铁之间的缝隙， 阻断或释放磁力线。当磁场强度 发生变化，在霍尔元件上产生连 续变化的霍尔电压。把遮磁盘装于凸轮轴上，则可用于确定凸轮轴位置。凸轮轴位置

21、传感器结构如图6-25所示。,图6-25 关于凸轮轴的霍尔传感器结构,图6-24 用于分电器的霍尔传感器结构,另一种霍尔效应传感器的 应用是将永久磁铁固装于旋转 结构上，当结构旋转时，永久 磁铁通过固定的霍尔元件，在 霍尔元件上产生霍尔电压。如 图所示为两种旋转磁铁式霍尔传感器结构。图6-26 （a）用来检测凸轮轴位置，图 5-26（b）结构用来 检测位置的同时还能够产生转速信号。,（a） （b） 图 5-26 旋转磁极式转速传感器,霍尔元件与永久磁铁一体型传感器结构如图6-27所示。传感器内置两个霍尔效应元件、永久磁铁和信号处理微电子电路。做为发生信号的转子可以装在曲轴或凸轮轴 等旋转结构上

22、。工作原理： 当转子旋转，隔磁片通过 磁场时，使作用于霍尔元 件的磁场强度分别发生变 化。两个霍尔信号送入电子电路经放大、整形处理后输出传感器信号。这种传感器即适合应用于测试转速，有可以用来测试位置。,图6-27 内置磁极式霍尔效应传感器结构工作原理,图6-28所示的曲轴 转速和凸轮位置传感器 是保证ECU工作的重要 控制信号，当曲轴位置 信号出现问题，电控系 统失去工作参照点，会 无法判断曲轴的位置而失去工作能力。当凸轮轴位置传感器出现故障时，ECU可以借助曲轴位置信号维持电控系统的工作，但其控制内容受到抑制，发动机的控制性能下降。,图6-28 曲轴位置信号与霍尔传感器信号关系,【实训活动一

23、】 观察曲轴和凸轮轴传感器的波形 1实训设备：大众AJR发动机台架或汽车、车辆维修手册、转速表、多通道示波器。 2实训步骤： 观察曲轴和凸轮轴位置传感器 的位置，区别结构不同之处。 断开曲轴和凸轮轴位置传 感器接线器，用万用表检测传 感器侧的电阻值，并与标准值 比较。 打开点火开关，按电路图6-29，用万用表检测传感器接线器ECU侧的电压，比较两种传感器供电特点。关闭点火开关，将传感器接线器插接牢固。,图6-29 转速传感器、凸轮轴位置传感器与控制器连接 G28-转速传感器 G40-凸轮轴位置传感器 J361-发动机控制器,将曲轴和凸轮轴位置传感器接线器后侧的防水胶套打开，将示波器探针从导线侧

24、插入接线端，如图6-30所示。注意：尽量不要刺破导线绝缘部分，防止造成导线间短接。 打开示波器电源，将示波器设为多通道示波器通道，调节到合适的电压和时间量程。 起动发动机，分别观察曲轴和凸轮 轴传感器的输出波形并画图； 确定各缸上止点位置信号与凸轮轴 位置信号的对应关系； 断开凸轮轴位置传感器，观察发动 机转速是否变化。 端开曲轴转速传感器，观察发动机运转的变化。,图6-30 示波器探针的应用,【思考题】 1曲轴位置传感器的信号为何有两种波形？ 2凸轮轴位置与曲轴位置传感器的输出信号有何不同？ 3凸轮轴位置传感器消失时发动机有何变化，是何原因？,【实训活动二】 曲轴或凸轮轴位置信号与一缸点火信

25、号的关系 【能力目标】 了解曲轴和凸轮轴信号与点火信号的关系，从示波器图形上观察点火提前角的变化，学习信号分析与故障判断的方法。 【知识点】 点火与喷油指令信号由ECU根据曲轴和凸轮轴信号确定，还要根据其它传感器信号进行修正。所以曲轴和凸轮轴位置信号成为 点火信号的参照点， ECU发出的点火信号 会相对参照点不断变化。 曲轴和凸轮轴位置信 号与点火信号示意如 图6-31所示。,图6-31 点火信号、曲轴信号和霍尔信号的关系 a）-点火信号 b）-曲轴位置与转速信号 c）-凸轮轴位置信号,3实训步骤： 将曲轴和凸轮轴位置传感器接线器后侧的防水胶套打开，将示波器探针从导线侧插入接线端。 如图6-3

26、2电路所示，将示波器探针插入ECU至点火线圈初级侧接线端。 打开示波器电源，将探针分别接到曲轴位置传感器和ECU一缸点火信号输出端； 起动发动机，将示波器转换多 通道显示模式，观察曲轴或凸 轮轴位置传感器和ECU一缸点 火信号输出波形并画图； 改变发动机转速，观察一缸点 火信号相对于曲轴或凸轮轴位 置信号之间转速脉冲个数变化并记录； 改变发动机冷却水温，观察一缸点火信号相对于曲轴凸轮轴位置位置传感器信号的位置变化并记录。,图6-32 点火线圈和点火电路图,【思考题】 1、观察曲轴和凸轮轴位置传感器相对点火信号的位置是否存在变化？ 2、曲轴位置信号与一缸点火信号的变化表明了什么关系？ 3、凸轮轴

27、位置信号对发动机点火正时有什么影响？,实训任务四 发动机点火的爆震控制,【实训目标】 了解爆震传感器的种类、结构、工作原理；理解点火系统反馈调节的实际意义；掌握爆震传感器的测量方法；了解爆震传感器的输入与输出特性；掌握爆震传感器的测试方法。 【知识点】 燃油品质，燃烧室温 度、不正确的点火提前角等许多 因素都会引起爆震燃烧，爆震燃 烧会导致缸内压力急剧升高，并 产生压力振荡。爆震传感器的作 用是在发动机爆震燃烧时向发动 机ECU反馈电信号，由ECU通过 减小点火提前角来抑止爆震。汽车上使用的爆震传感器一般装载汽缸体上，如图6-33所示。,图6-33 爆震传感器安装位置,按缸体振动频率的检测方式

28、不同，爆震传感器分为共振 型和非共振型。共振型爆震传感器只能用于特定的发动机， 不能与其他发动机互换使用，装车自由度小，美国汽车多采 用这种传感器。非共振传感器适用于所有发动机，装车自由 度大，中国、日本和欧洲汽车大部分采用这种发动机。 桑塔纳GLi、桑塔纳2000GLi、桑塔纳2000GSi型轿车均 采用非共振型压电式爆震传感器，其结构如图6-34所示，由 套筒、压电晶体、惯性配重、电极、 输出电极和接线插座等组成。当发 动机缸体产生振动时，传感器套筒 底座及惯性配重随之振动，套筒底 座和配重的振动作用在压电元件上， 压电元件的输出端就会输出与振动 频率和振动强度相关的交变电压信号。,图6-

29、34 非共振型爆震传感器结构与电路图,【实训活动一】 爆震传感器试验 1实训设备：桑塔纳2000GSi型轿车、示波器、万用表、非共振型压电式爆震传感器。 2实训步骤： 使用万用表电阻档检测传感器各端子之间的电阻，其阻值均应大于1M，否则表明传感器有问题。 将爆震传感器安装在废旧缸体上或安装在一块钢板或旧缸体上，以标准拧紧力矩拧紧。 使用万用表的电压档测量传感器1、2输出端子，使用榔头敲击钢板或旧缸体，观察是否存在电压变化并记录。 用示波器接到爆震传感器1、2输出端子，使用榔头敲击钢板或旧缸体，观察其波形形状，并画下爆震图形。 启动发动机，暖机至正常工作温度。,将四通道示波器测试探头分别与轿车或台架发动机的爆震传感器、点火线圈初级信号连接，观察示波器显示的波形并画图。突然改变发动机转速，观察波形发生的变化。锤击缸体，注意波形与发动机转速是否变化。 将四通道示波器测试探头同时接爆震传感器、点火线圈初级信号、曲轴位置、凸轮轴位置信号，观察示波器显示的爆震波形和点火信号位置的变化并画图。分别锤击爆震传感器附近缸体，观察变化。 根据图形分析传感器之间存在怎样关系。,【