電控內(nèi)燃機(jī)原理chap3

1、湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系1湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系第三章第三章計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理組成及工作原理（1）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高點(diǎn)火提前角均應(yīng)增大。采用ESA控制系統(tǒng)相對于機(jī)械離心式點(diǎn)火提前系統(tǒng)，更接近理想的點(diǎn)火提前角。（2）發(fā)動機(jī)負(fù)荷 歧管壓力高（真空度小、負(fù)荷大），點(diǎn)火提前角小，反之點(diǎn)火提前角大。（3）燃油辛烷值 辛烷值越高，抗爆性越好，點(diǎn)火提前角可增大，反之應(yīng)減小。 （4）其他因素 燃燒室形狀、燃燒室內(nèi)溫度、空燃比、大氣壓力、冷卻水溫度。 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.1 影響點(diǎn)火提前角

2、的因素 （一）點(diǎn)火提前角控制系統(tǒng)的組成 電子點(diǎn)火提前控制系統(tǒng)的組成主要由監(jiān)測發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的傳感器、處理信號、發(fā)出指令的ECU、響應(yīng)指令的點(diǎn)火器以及點(diǎn)火線圈等組成。（二）點(diǎn)火提前角控制系統(tǒng)的基本工作原理 以豐田皇冠3.0轎車點(diǎn)火控制電路為例，維修時用萬用表檢測“B”端子和點(diǎn)火線圈的“”端子與搭鐵之間的電壓，應(yīng)為蓄電池電壓。怠速時檢查點(diǎn)火器“IGT”端子與搭鐵之間應(yīng)有脈沖信號，檢查ECU的“IGF”端子與搭鐵之間應(yīng)有脈沖信號。 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.2 電子點(diǎn)火提前控制系統(tǒng)的組成和工作原理（三）點(diǎn)火提前角的控制方式1、點(diǎn)火提前角的

3、計算 對豐田汽車計算機(jī)控制系統(tǒng)（TCCS）而言，其實(shí)際點(diǎn)火提前=初始點(diǎn)火提前+基本點(diǎn)火提前+修正點(diǎn)火提前（或延遲角）。ECT根據(jù)進(jìn)氣歧管壓力或進(jìn)氣量和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，從存儲器存儲的數(shù)據(jù)中找到相應(yīng)的基本點(diǎn)火提前角，再根據(jù)有關(guān)傳感器信號值加以修正，得出實(shí)際點(diǎn)火提前角。（1）初始點(diǎn)火提前角：初始點(diǎn)火提前角也稱固定點(diǎn)火提前角。如：豐田汽車的ICGEL發(fā)動機(jī)，其值為上止點(diǎn)前10，在下列情況下，IGGEL發(fā)動機(jī)的實(shí)際點(diǎn)火提前角為固定點(diǎn)火提前角。當(dāng)發(fā)動機(jī)起動時，以動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化大，無法正確計算點(diǎn)火提前角；當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速低于400r/min；當(dāng)車速在2km/h時，或節(jié)氣門位置傳感器怠速（IDL）觸點(diǎn)閉合時；當(dāng)EC

4、U由后備系統(tǒng)控制工作時。（2）基本點(diǎn)火提前角：ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號和進(jìn)氣歧壓力信號(或進(jìn)氣量信號)等，從存儲器中獲得。（3）修正點(diǎn)火提前角：初始點(diǎn)火提前角和基本點(diǎn)火相加得到的點(diǎn)火提前必須根據(jù)相關(guān)因素加以修正。修正項目因發(fā)動機(jī)而異,且應(yīng)根據(jù)發(fā)動機(jī)各自的特性曲線進(jìn)行修正。 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.2 電子點(diǎn)火提前控制系統(tǒng)的組成和工作原理（三）點(diǎn)火提前角的控制方式2.點(diǎn)火提前角的控制點(diǎn)火提前的控制包括起動期間的點(diǎn)火時間控制和起動后以動機(jī)正常運(yùn)行期間的點(diǎn)火時間控制。 （1）起動期間的點(diǎn)火時間控制 在起動期間，其實(shí)際點(diǎn)火提前角等于初始點(diǎn)

5、火提前（因發(fā)動機(jī)而異）。此時的控制信號主要是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號（Ne）和起動開關(guān)信號(STA). （2）起動后點(diǎn)火時間控制 基本點(diǎn)火提前角的控制：怠速時的基本點(diǎn)火提前角是指節(jié)氣門位置傳感器怠速觸點(diǎn)閉合時，ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和空調(diào)開關(guān)是否接通而確定的基本點(diǎn)火提前角。 在空調(diào)工作時,其基本點(diǎn)火提前角要大一些,以防因空調(diào)負(fù)荷使發(fā)動機(jī)工作不穩(wěn)。 在怠速工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時，節(jié)氣門位置傳感器的怠速(IDL)觸點(diǎn)斷開,ECU根據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)確定基本點(diǎn)火提前角。 在正常運(yùn)行工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時，節(jié)氣門位置傳感器的怠速（IDL）觸點(diǎn)斷開，ECU根據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)確定基本點(diǎn)火提前角。 在正常運(yùn)行工況運(yùn)行時，控制信號主要有：進(jìn)氣歧管

6、壓力或進(jìn)氣量信號、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號（Ne）、節(jié)氣門位置信號（IDL）、燃油選擇開關(guān)或插頭（RP）、爆震信號（KNK）等。 在某些發(fā)動機(jī)中，按燃油辛烷值不同，在存儲器中存放著兩張基本點(diǎn)火提前角的數(shù)據(jù)表格。駕駛員可根據(jù)使用燃油的辛烷值，通過燃油選擇開關(guān)或插頭進(jìn)行選擇3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.2 電子點(diǎn)火提前控制系統(tǒng)的組成和工作原理（三）點(diǎn)火提前角的控制方式2.點(diǎn)火提前角的控制點(diǎn)火提前的控制包括起動期間的點(diǎn)火時間控制和起動后以動機(jī)正常運(yùn)行期間的點(diǎn)火時間控制。（1）起動期間的點(diǎn)火時間控制 在起動期間，其實(shí)際點(diǎn)火提前角等于初始點(diǎn)火提前（因發(fā)動機(jī)

7、而異）。此時的控制信號主要是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號（Ne）和起動開關(guān)信號(STA).（2）起動后點(diǎn)火時間控制 點(diǎn)火提前角的修正 a)暖機(jī)修正：暖機(jī)點(diǎn)火提前角是指節(jié)氣門位置傳感器怠速觸點(diǎn)閉合時，ECU根據(jù)水溫傳感器進(jìn)行修正的點(diǎn)火提前角。當(dāng)發(fā)動機(jī)冷卻水溫度較低時，應(yīng)增大點(diǎn)火提前角，以促使發(fā)動機(jī)盡快暖機(jī)，當(dāng)水溫較高時，超過90，為避免發(fā)動機(jī)過熱，其點(diǎn)火提前角必須減小。暖機(jī)過程中，控制信號主要有，冷卻水溫度信號（THW）進(jìn)氣歧管壓力或進(jìn)氣量信號。節(jié)氣門位置信號（IDL）等。 b)怠速穩(wěn)定性的修正：穩(wěn)定怠速點(diǎn)火提前控制是指為了使怠速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)而對點(diǎn)火提前角進(jìn)行修正。由于發(fā)動機(jī)負(fù)荷變化等原因引起發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化時，E

8、CU根據(jù)轉(zhuǎn)速信號和規(guī)定的怠速轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，相應(yīng)地增加或減小點(diǎn)火提前角，以保證發(fā)動機(jī)怠速時穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，防止發(fā)動機(jī)怠速熄火。 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.2 電子點(diǎn)火提前控制系統(tǒng)的組成和工作原理（三）點(diǎn)火提前角的控制方式 3.點(diǎn)火提前角的控制方法 發(fā)動機(jī)工作中，點(diǎn)火時刻的控制要求用1曲軸角的指令精度進(jìn)行控制。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為6000r/min時，若將1曲軸轉(zhuǎn)角換算成時間為36ms。為了進(jìn)行這樣精確的計時控制，需要具有能夠準(zhǔn)確檢測曲軸轉(zhuǎn)角位置的曲軸位置傳感器和高速運(yùn)算的微機(jī)，另外還需要有能夠巧妙運(yùn)用它們的控制方式。 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)

9、的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.2 電子點(diǎn)火提前控制系統(tǒng)的組成和工作原理1無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)的方式： （1）同時點(diǎn)火方式。指兩個氣缸合用一個點(diǎn)火線圈，即一個點(diǎn)火線圈有兩個高壓輸出端，分別與一個火花塞相連，負(fù)責(zé)對兩個氣缸點(diǎn)火。 （2）單獨(dú)點(diǎn)火方式。指導(dǎo)每個氣缸的火花塞上配用一個點(diǎn)火線圈，單獨(dú)對本缸進(jìn)行點(diǎn)火。 豐田皇冠汽車所采用的無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)：如下圖所示 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.3 無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.3 無分電

10、器點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理（1）來自曲軸位置傳感器的信號：曲軸位置傳感器由G1、G2及Ne三個線圈組成，其功能是判別氣缸，檢測曲軸的轉(zhuǎn)角，以決定點(diǎn)火時期的原始設(shè)定位置。 G1信號：利用G1信號可判別出第6缸在壓縮上止點(diǎn)的附近。G1傳感線圈產(chǎn)生電壓波形，是設(shè)定在第6缸壓縮上止點(diǎn)附近時產(chǎn)生的，因此只要G1線圈產(chǎn)生指導(dǎo)，就表示第6缸處于壓縮上止點(diǎn)附近，其點(diǎn)火提前角和閉合角由ECU根據(jù)Ne信號決定。 G2信號：G2信號與G1信號波形相同，G1信號與G2信號相隔180(曲軸轉(zhuǎn)角360)。當(dāng)G2信號產(chǎn)生時，即表示第1缸活塞處于壓縮上止點(diǎn)的附近。應(yīng)完成其點(diǎn)火準(zhǔn)備，點(diǎn)火正時也由Ne信號決定。 Ne信號正時轉(zhuǎn)子有24

11、個齒，它每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，產(chǎn)生24個信號波形，其波形與G1、G2信號波形相似，每個波形表示Ne正時轉(zhuǎn)子角度為15或發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角30。這個數(shù)值在點(diǎn)火控制中會引起較大誤差，為了保持一定的精度，需將這些脈沖電壓信號整形，再通過轉(zhuǎn)角脈沖發(fā)生器，把24個脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)榍S一轉(zhuǎn)產(chǎn)生720個脈沖，即轉(zhuǎn)變?yōu)槊?.5曲軸轉(zhuǎn)角發(fā)生1個脈沖。 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.3 無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理（2）ECU的輸出信號：ECU通過曲軸位置傳感器接收到G1、G2、Ne信號，向點(diǎn)火器輸出IGT、IGdA、IGdB三個信號。 1）IGT信號：IGT信號就是點(diǎn)火正時信號

12、。當(dāng)G1或G2信號產(chǎn)生時，ECU以此信號為基準(zhǔn)，根據(jù)Ne信號控制其后的三次點(diǎn)火信號，即每4個Ne信號產(chǎn)生一次點(diǎn)火信號（4個Ne信號為60，相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角為120），而每產(chǎn)生三次點(diǎn)火信號后，再經(jīng)G信號重新設(shè)定其后的三次點(diǎn)火信號。點(diǎn)火提前角的控制仍然由ECU利用各傳感器檢測到的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣壓力（真空度）、節(jié)氣門位置、水溫等信號進(jìn)行控制。閉合角由點(diǎn)火器中的閉合角控制電路進(jìn)行控制。 2）IGdA、IGdB信號：IGdA、IGdB信號是ECU輸送給點(diǎn)火器的判缸信號，它存于ECU的存儲器中，ECU根據(jù)G1、G2及Ne信號查表選擇IGdA、IGdB信號狀態(tài)，以確定各缸的點(diǎn)火順序。 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)

13、火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.3 無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理（2）ECU的輸出信號：ECU通過曲軸位置傳感器接收到G1、G2、Ne信號，向點(diǎn)火器輸出IGT、IGdA、IGdB三個信號。 3）點(diǎn)火器：點(diǎn)火器內(nèi)有氣缸判別、閉合角控制、恒流控制、安全信號等電路，其主要功能是接收ECU發(fā)出的IGT、IGdA、IGdB信號，并依次驅(qū)動各個點(diǎn)火線圈工作。另外它還向ECU輸入安全信號（IGF）。其具體工作過程如下： 4）安全信號IGF：將點(diǎn)火器繼續(xù)點(diǎn)火線圈的初級電流的信號反饋給ECU的信號，使點(diǎn)火器具有安全功能。 5）點(diǎn)火線圈：一般傳統(tǒng)點(diǎn)火線圈的二次線圈的一端通過配電器接

14、火花塞，一端與一次線圈相接。無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)采用小型閉磁路的點(diǎn)火線圈，二次線圈的兩端分別與兩個氣缸上的火花塞相聯(lián)接。 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.3 無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理1通電時間對發(fā)動機(jī)性能的影響 初級電路被斷開的瞬間，初始電流能達(dá)到的值與初級電路接通的時間長短有關(guān)，只有通電時間一定值時，初級電流才可能達(dá)到飽和。由于斷開電流影響次級電壓的最大值，次級電壓的高低又直接影響點(diǎn)火系工作的可靠性。所以，發(fā)動機(jī)工作時，必須保證點(diǎn)火線圈的初級電路有足夠的通電時間。2通電時間的控制方法 現(xiàn)代電控點(diǎn)火系統(tǒng)和傳統(tǒng)的分電器不同，傳統(tǒng)的點(diǎn)火線圈初級

15、電路的通電時間取決于斷電器觸點(diǎn)的閉合角和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速；而現(xiàn)代點(diǎn)火線圈初級電路的通電時間由ECU控制，根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速信號和電源電壓信號確定最佳的閉合角（通電時間），并控制點(diǎn)火器輸出指令信號（IGt信號），以控制點(diǎn)火器中晶體管的導(dǎo)通時間。 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.4 通電時間的控制3點(diǎn)火線圈的恒流控制 由于現(xiàn)代車采用了高能點(diǎn)火線圈，改善點(diǎn)火性能。為了防止初級電流過大燒壞點(diǎn)火線圈，在部分電控點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火控制電路中增加了恒流控制電路。恒流的基本方法是：在點(diǎn)火器功率晶體管的輸出回路中增設(shè)一個電流檢測電阻，用電流在該電阻上形成的電壓降反饋控

16、制晶體管的基極電流，只要這種反饋為負(fù)反饋，就可使晶體管的集電極電流穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)恒流控制。 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.4 通電時間的控制1爆震與點(diǎn)火時刻的關(guān)系 爆震與點(diǎn)火時刻有密切的關(guān)系，點(diǎn)火提前角越大，燃燒的最大壓力就越高，越容易產(chǎn)生爆震。2爆震控制原理 1）組成（如圖） 2）原理：爆震傳感器安裝在缸體上，利用壓電晶體的壓電效應(yīng)，把爆震傳到氣缸體上的機(jī)械振動轉(zhuǎn)換成電信號輸入ECU，ECU通過爆震傳感器輸入信號判別發(fā)動機(jī)有無爆震，并依據(jù)爆震強(qiáng)度推遲點(diǎn)火時間。爆震越強(qiáng)，推遲點(diǎn)火角越大，知道爆震消失為止。 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的

17、組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.5 爆震控制 3爆燃強(qiáng)度的確定 ECU根據(jù)爆燃信號超過基準(zhǔn)值的次數(shù)來判定爆燃強(qiáng)度，次數(shù)越多，爆燃強(qiáng)度越大，反之越小。而后又以一固定的角度增加點(diǎn)火提前角，當(dāng)發(fā)動機(jī)再次出現(xiàn)爆震時，ECU又使點(diǎn)火提前角推遲，調(diào)整過程反復(fù)進(jìn)行。 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.5 爆震控制 功能：檢測發(fā)動機(jī)有無爆燃發(fā)生及爆燃強(qiáng)度。 類型：電感式和壓電式兩種，壓電式又分為共振式、非共振式和火花塞座金屬墊型。1電感式爆燃傳感器構(gòu)造：主要由鐵心、永久磁鐵、線圈及外殼等組成。原理：利用電磁感應(yīng)原理檢測發(fā)動機(jī)爆燃。

18、2壓電式爆燃傳感器原理：利用壓電效應(yīng)原理檢測發(fā)動機(jī)爆燃。（1）壓電式共振型爆燃傳感器 由壓電元件、振子、基座、外殼等組成。當(dāng)發(fā)生爆燃時，振子與發(fā)動機(jī)共振，壓電元件輸出的信號電壓也有明顯增大，易于測量。（2）壓電式非共振型爆燃傳感器 與共振式相比，非共振式內(nèi)部無震蕩片，但設(shè)一個配重塊，以一定的預(yù)緊壓力壓緊在壓電元件上。當(dāng)發(fā)動機(jī)發(fā)生爆燃時，配重塊以正比于振動加速度的交變力施加在壓電元件上，壓電元件則將此壓力信號轉(zhuǎn)變成電信號輸送給ECU。（3）壓電式火花塞座金屬墊型爆燃傳感器安裝在火花塞的墊圈處，每缸一個，根據(jù)各缸的燃燒壓力直接檢測各缸的爆燃信息，并轉(zhuǎn)換成電信號輸送給ECU。 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)

19、火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.5 爆震傳感器 3爆震傳感器控制電路如圖所示： 3. 1 計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.5 爆震傳感器 1）曲軸位置傳感器電阻的檢查：如表所示2）曲軸位置傳感器輸出信號的檢查3）傳感器線圈與信號轉(zhuǎn)子的間隙檢查 曲軸位置傳感器電阻值： 3. 2 點(diǎn)火系統(tǒng)有關(guān)元件的故障診斷及維修點(diǎn)火系統(tǒng)有關(guān)元件的故障診斷及維修 3.2.1 曲軸位置傳感器的診斷與維修 線 圈初級線圈次級線圈檢查條件冷態(tài)（-1050）熱態(tài)（50100）冷態(tài)（-1050）熱態(tài)（50100）檢查標(biāo)準(zhǔn)1.111.751.412.059.015.7k11.418.8k 拔下點(diǎn)火線圈的連線，用萬用表的電阻擋測量點(diǎn)火線圈的電阻。 3. 2 點(diǎn)火系統(tǒng)有關(guān)元件的故障