電控內(nèi)燃機原理chap3

1、湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系1湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系第三章第三章計算機控制點火系統(tǒng)的計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理組成及工作原理（1）發(fā)動機轉(zhuǎn)速 發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高點火提前角均應(yīng)增大。采用ESA控制系統(tǒng)相對于機械離心式點火提前系統(tǒng)，更接近理想的點火提前角。（2）發(fā)動機負荷 歧管壓力高（真空度小、負荷大），點火提前角小，反之點火提前角大。（3）燃油辛烷值 辛烷值越高，抗爆性越好，點火提前角可增大，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 計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.1 影響點火提前角

2、的因素 （一）點火提前角控制系統(tǒng)的組成 電子點火提前控制系統(tǒng)的組成主要由監(jiān)測發(fā)動機運行狀態(tài)的傳感器、處理信號、發(fā)出指令的ECU、響應(yīng)指令的點火器以及點火線圈等組成。（二）點火提前角控制系統(tǒng)的基本工作原理 以豐田皇冠3.0轎車點火控制電路為例，維修時用萬用表檢測“B”端子和點火線圈的“”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 計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.2 電子點火提前控制系統(tǒng)的組成和工作原理（三）點火提前角的控制方式1、點火提前角的

3、計算 對豐田汽車計算機控制系統(tǒng)（TCCS）而言，其實際點火提前=初始點火提前+基本點火提前+修正點火提前（或延遲角）。ECT根據(jù)進氣歧管壓力或進氣量和發(fā)動機轉(zhuǎn)速，從存儲器存儲的數(shù)據(jù)中找到相應(yīng)的基本點火提前角，再根據(jù)有關(guān)傳感器信號值加以修正，得出實際點火提前角。（1）初始點火提前角：初始點火提前角也稱固定點火提前角。如：豐田汽車的ICGEL發(fā)動機，其值為上止點前10，在下列情況下，IGGEL發(fā)動機的實際點火提前角為固定點火提前角。當(dāng)發(fā)動機起動時，以動機的轉(zhuǎn)速變化大，無法正確計算點火提前角；當(dāng)發(fā)動機的轉(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）觸點閉合時；當(dāng)EC

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

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

6、壓力或進氣量信號、發(fā)動機轉(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)動機中，按燃油辛烷值不同，在存儲器中存放著兩張基本點火提前角的數(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)或插頭進行選擇3. 1 計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.2 電子點火提前控制系統(tǒng)的組成和工作原理（三）點火提前角的控制方式2.點火提前角的控制點火提前的控制包括起動期間的點火時間控制和起動后以動機正常運行期間的點火時間控制。（1）起動期間的點火時間控制 在起動期間，其實際點火提前角等于初始點火提前（因發(fā)動機

7、而異）。此時的控制信號主要是發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號（Ne）和起動開關(guān)信號(STA).（2）起動后點火時間控制 點火提前角的修正 a)暖機修正：暖機點火提前角是指節(jié)氣門位置傳感器怠速觸點閉合時，ECU根據(jù)水溫傳感器進行修正的點火提前角。當(dāng)發(fā)動機冷卻水溫度較低時，應(yīng)增大點火提前角，以促使發(fā)動機盡快暖機，當(dāng)水溫較高時，超過90，為避免發(fā)動機過熱，其點火提前角必須減小。暖機過程中，控制信號主要有，冷卻水溫度信號（THW）進氣歧管壓力或進氣量信號。節(jié)氣門位置信號（IDL）等。 b)怠速穩(wěn)定性的修正：穩(wěn)定怠速點火提前控制是指為了使怠速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)而對點火提前角進行修正。由于發(fā)動機負荷變化等原因引起發(fā)動機轉(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)速進行比較，相應(yīng)地增加或減小點火提前角，以保證發(fā)動機怠速時穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，防止發(fā)動機怠速熄火。 3. 1 計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.2 電子點火提前控制系統(tǒng)的組成和工作原理（三）點火提前角的控制方式 3.點火提前角的控制方法 發(fā)動機工作中，點火時刻的控制要求用1曲軸角的指令精度進行控制。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速為6000r/min時，若將1曲軸轉(zhuǎn)角換算成時間為36ms。為了進行這樣精確的計時控制，需要具有能夠準確檢測曲軸轉(zhuǎn)角位置的曲軸位置傳感器和高速運算的微機，另外還需要有能夠巧妙運用它們的控制方式。 3. 1 計算機控制點火系統(tǒng)

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

10、器點火系統(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缸處于壓縮上止點附近，其點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的附近。應(yīng)完成其點火準備，點火正時也由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)動機曲軸轉(zhuǎn)角30。這個數(shù)值在點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 計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.3 無分電器點火系統(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，向點火器輸出IGT、IGdA、IGdB三個信號。 1）IGT信號：IGT信號就是點火正時信號

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

13、火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.3 無分電器點火系統(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，向點火器輸出IGT、IGdA、IGdB三個信號。 3）點火器：點火器內(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：將點火器繼續(xù)點火線圈的初級電流的信號反饋給ECU的信號，使點火器具有安全功能。 5）點火線圈：一般傳統(tǒng)點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。無分電器點火系統(tǒng)采用小型閉磁路的點火線圈，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 計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.3 無分電器點火系統(tǒng)的工作原理1通電時間對發(fā)動機性能的影響 初級電路被斷開的瞬間，初始電流能達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火系工作的可靠性。所以，發(fā)動機工作時，必須保證點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)代電控點火系統(tǒng)和傳統(tǒng)的分電器不同，傳統(tǒng)的點火線圈初級

15、電路的通電時間取決于斷電器觸點的閉合角和發(fā)動機轉(zhuǎn)速；而現(xiàn)代點火線圈初級電路的通電時間由ECU控制，根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號和電源電壓信號確定最佳的閉合角（通電時間），并控制點火器輸出指令信號（IGt信號），以控制點火器中晶體管的導(dǎo)通時間。 3. 1 計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.4 通電時間的控制3點火線圈的恒流控制 由于現(xiàn)代車采用了高能點火線圈，改善點火性能。為了防止初級電流過大燒壞點火線圈，在部分電控點火系統(tǒng)的點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，只要這種反饋為負反饋，就可使晶體管的集電極電流穩(wěn)定，從而實現(xiàn)恒流控制。 3. 1 計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.4 通電時間的控制1爆震與點火時刻的關(guān)系 爆震與點火時刻有密切的關(guān)系，點火提前角越大，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)動機有無爆震，并依據(jù)爆震強度推遲點火時間。爆震越強，推遲點火角越大，知道爆震消失為止。 3. 1 計算機控制點火系統(tǒng)的

17、組成及工作原理計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.5 爆震控制 3爆燃強度的確定 ECU根據(jù)爆燃信號超過基準值的次數(shù)來判定爆燃強度，次數(shù)越多，爆燃強度越大，反之越小。而后又以一固定的角度增加點火提前角，當(dāng)發(fā)動機再次出現(xiàn)爆震時，ECU又使點火提前角推遲，調(diào)整過程反復(fù)進行。 3. 1 計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理 3.1.5 爆震控制 功能：檢測發(fā)動機有無爆燃發(fā)生及爆燃強度。 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 計算機控制點

19、火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機控制點火系統(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 計算機控制點火系統(tǒng)的組成及工作原理計算機控制點火系統(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 點火系統(tǒng)有關(guān)元件的故障診斷及維修點火系統(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）檢查標準1.111.751.412.059.015.7k11.418.8k 拔下點火線圈的連線，用萬用表的電阻擋測量點火線圈的電阻。 3. 2 點火系統(tǒng)有關(guān)元件的故障