學(xué)習(xí)情境微機控制點火系故障的檢修

學(xué)習(xí)情境微機控制點火系故障的檢修第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五

隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，超微計算機在汽車工業(yè)廣泛應(yīng)用。采用微機控制點火系統(tǒng)，發(fā)動機實際點火提前角接近理想點火提前角。在各種運轉(zhuǎn)條件下，點火提前角可獲得復(fù)雜而精確的控制：怠速時，最佳點火提前角使發(fā)動機運轉(zhuǎn)更平穩(wěn)、排放污染最低、油耗最小；部分負(fù)荷時，可降低油耗和提高行駛特性；大負(fù)荷時，能滿足發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩輸出和避免工作中產(chǎn)生爆震的要求。第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五一、微機控制點火的組成及功能

1.微機控制點火系的組成

微機控制的點火系主要由傳感器、電子控制單元(ECU)、執(zhí)行器(點火器、點火線圈、火花塞等)組成，如圖所示。

傳感器（包括各種開關(guān)）主要有曲軸位置傳感器、空氣流量計（或絕對壓力傳感器）、水溫傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、氧（O2）傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、車速傳感器、爆震傳感器、空調(diào)開關(guān)信號等。

電子控制單元(ECU)的作用是根據(jù)發(fā)動機各傳感器輸入的信息及內(nèi)存的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運算、處理、判斷，然后輸出指令（信號）控制有關(guān)執(zhí)行器（如點火器）動作，實現(xiàn)對點火系的精確控制。

執(zhí)行器根據(jù)電子控制單元(ECU)或其它控制元件的指令(信號)，執(zhí)行各自的功能。

第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五2.微機控制點火系的作用與分類

微機控制點火系統(tǒng)的功能主要包括點火提前角、通電時間及爆燃控制三個方面。

微機控制的點火系統(tǒng)按有無分電器，可分為有分電器的微機控制點火系統(tǒng)和無分電器的微機控制點火系統(tǒng)兩大類。目前有分電器的微機控制點火系統(tǒng)正在被淘汰，而廣泛應(yīng)用無分電器的微機控制點火系；按微機控制的方式分，可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。

開環(huán)控制是指微機檢測發(fā)動機各種工作狀態(tài)信息，并根據(jù)這些信息從內(nèi)部存儲器中調(diào)出相應(yīng)的點火提前角(這一點火提前角是綜合考慮到經(jīng)濟(jì)性、動力性、排放等要求，并經(jīng)過大量的試驗優(yōu)化的結(jié)果)，然后輸出控制信號對點火時刻進(jìn)行控制。這種控制方式對控制結(jié)果不予以反饋。

第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五

閉環(huán)控制是指微機以一定的點火提前角控制發(fā)動機工作的同時，還不斷地檢測發(fā)動機的有關(guān)工作狀態(tài)，然后將檢測到的有關(guān)信息反饋給控制單元(ECU)，控制單元(ECU)根據(jù)需要對點火提前角進(jìn)行修正，如圖所示。閉環(huán)控制的反饋信號可以有多種，如爆震信號、轉(zhuǎn)速信號汽缸壓力信號等。目前廣泛采用的是通過檢測爆震傳感器的爆震信號，來判斷點火時刻的早晚，進(jìn)而實現(xiàn)點火提前角的最佳控制。第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五二.微機控制點火系的工作原理

在了解微機控制點火系統(tǒng)的控制原理之前，首先讓我們來了解微機控制點火系統(tǒng)是怎樣實現(xiàn)點火提前角、通電時間及爆燃控制三個主要功能的。其中通電時間的控制（也就是閉合角的控制）在普通電子點火系統(tǒng)中已作描述，這里不再贅述。

1.點火提前角的控制

在微機控制點火系統(tǒng)的控制單元(ECU)內(nèi)，首先存儲了通過實驗得出的發(fā)動機在各種工況及運行條件下最理想的點火提前角。并按起動時點火提前角控制、起動后點火提前角控制兩種模式來實現(xiàn)控制。

發(fā)動機起動時，按ECU內(nèi)存儲的初始點火提前角(設(shè)定值)對點火提前角進(jìn)行控制。起動時點火提前角的設(shè)定值隨發(fā)動機而異，對某一發(fā)動機而言，起動時的點火提前角一般設(shè)定固定值10°左右。第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五

發(fā)動機起動后為正常運轉(zhuǎn)模式，此時ECU根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號，確定基本點火提前角，再根據(jù)其它有關(guān)信號進(jìn)行修正，最后確定實際的點火提前角，并向電子點火控制器輸出執(zhí)行點火信號，以控制點火系的工作。

發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)模式下，實際點火提前角的確定(計算)方法各車型有所不同，主要有以下兩種類型：

豐田車系：實際的點火提前角＝初始點火提前角＋基本點火提前角＋修正點火提前角

日產(chǎn)車系：實際的點火提前角＝基本點火提前角×點火提前角修正系數(shù)

第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五1）起動模式點火提前角的控制

在發(fā)動機起動過程中，發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化大，且由于轉(zhuǎn)速較低(一般低于500r／min)，進(jìn)氣管絕對壓力傳感器信號或空氣流量計信號不穩(wěn)定，ECU無法正確計算點火提前角，故一般將點火提前角設(shè)定為某一初始值(10°左右)。此時的主控制信號是發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號(Ne信號)和起動開關(guān)信號(STA信號)。

第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五2）發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)模式點火提前角的控制

（1）基本點火提前角的確定

發(fā)動機起動后正常運轉(zhuǎn)模式時，ECU根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷(單位轉(zhuǎn)數(shù)的進(jìn)氣量或基本噴油量)確定基本點火提前角，不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷時的基本點火提前角數(shù)值存儲在ECU內(nèi)的存儲器中，當(dāng)ECU檢測到發(fā)動機某一轉(zhuǎn)速和某一負(fù)荷時，即調(diào)取相對應(yīng)的存儲值作為點火控制的基本點火提前角。

發(fā)動機起動后正常運轉(zhuǎn)模式主控信號有：進(jìn)氣管絕對壓力傳感器信號(PIM信號)或空氣流量計信號(Vs信號)、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號(Ne信號)、節(jié)氣門位置傳感器信號(IDL信號)、燃油選擇開關(guān)或插頭信號(R—P)、爆燃信號(KNK)等。第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五（2）點火提前角的修正

不同的微機控制點火系統(tǒng)，對點火提前角的修正項目和修正方法也有所不同。修正方法有修正系數(shù)、修正點火提前角兩種。修正系數(shù)(或修正點火提前角)與修正項目之間的關(guān)系曲線都是存儲在ECU中，ECU根據(jù)初始點火提前角、基本點火提前角和修正系數(shù)(或修正點火提前角)計算出實際點火提前角來作為輸出指令控制點火執(zhí)行器。

微機控制點火系的主要修正項目有：

①水溫修正。

②怠速穩(wěn)定修正。

③空燃比反饋修正。第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五2.爆震控制

爆震是可燃混合氣不正常燃燒時，高壓氣體的沖擊波反復(fù)撞擊缸壁時所發(fā)出尖銳的敲缸聲。

產(chǎn)生爆震的原因很多，如點火提前角過早,可燃混合氣的濃度與質(zhì)量、燃油辛烷值不符合要求等。其中點火提前角是最主要的原因，消除爆震最有效的途徑就是減小點火提前角。因此發(fā)動機的爆震控制也就是點火提前角的控制。

第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五

在控制單元ECU中存儲某一設(shè)定時間T，如果ECU在t≥T的時間段沒有收到爆震信號，則ECU將實際執(zhí)行的點火時間提前角在原提前角的基礎(chǔ)上提前某一角度，如下圖中的t1、t2時間段大于等于設(shè)定時間T，則點火提前角得到了提前；如果ECU在t＜T的時間段內(nèi)收到了爆震信號，則ECU將實際執(zhí)行的點火時間提前角在原提前角的基礎(chǔ)上減小某一角度，如下圖中的t3時間段小于設(shè)定時間T，則點火提前角被減小，再收到，再減小。這樣，微機控制的點火系統(tǒng)總能將點火提前角控制在爆震的邊緣，從而等到最佳的點火提前角控制。第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五3、微機控制點火系的工作過程

1）有分電器微機控制點火系的工作過程

有分電器微機控制的點火系統(tǒng)如下圖所示，為豐田1S-E發(fā)動機用微機控制的點火系統(tǒng)。該系統(tǒng)將點火線圈、點火模塊、傳感器等部件設(shè)計在分電器內(nèi)，減少了外部線路的連接，從而降低了故障率。其工作過程如下：

發(fā)動機工作時，ECU根據(jù)接收到的各傳感器信號，通過運算確定該工況下最佳點火提前角和點火線圈初級電路閉合角(通電時間)，并以此向點火器發(fā)出指令(IGt)。點火器則根據(jù)ECU的執(zhí)令，控制點火線圈初級電路的導(dǎo)通和截止。當(dāng)電路導(dǎo)通時，有電流從點火線圈中的初級電路通過，點火線圈將點火能量以磁場的形式儲存起來。當(dāng)初級電路中的電流被切斷時，在其次級線圈中將產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動勢(15～20kV)，經(jīng)分電器分配到工作氣缸的火花塞。

第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五點火模塊在接受ECU指令工作的同時，還反饋一個IGf信號給ECU，ECU根據(jù)IGf信號來確認(rèn)點火模塊的工作情況。如果ECU連續(xù)6次未收到IGf信號，則ECU認(rèn)為點火模塊不工作或工作不正常，于是ECU將停止噴油。

需要說明的是：微機控制的點火系統(tǒng)是如何實現(xiàn)點火提前角的精確控制的呢？這是因為控制單元ECU接收到兩個非常重要的信號，即凸輪軸位置傳感器產(chǎn)生G信號和曲軸位置傳感器產(chǎn)生的Ne信號作為主控制信號。

①G信號。G信號指活塞運行到壓縮上止點位置的判別信號，它是根據(jù)凸輪軸位置傳感器產(chǎn)生的信號經(jīng)過整形和轉(zhuǎn)換而獲得的脈沖信號。G信號在微機控制的點火系統(tǒng)中主要用來確定點火時刻控制基準(zhǔn)和氣缸的判別(第一缸或第一缸的對應(yīng)缸的壓縮上止點時刻)。G信號發(fā)生時，一般不是活塞運行到壓縮上止點的時刻，而是在各缸活塞的壓縮上止點前某一時刻相對于曲軸的轉(zhuǎn)角。這一轉(zhuǎn)角值因車型而異，一般為上止點前70°。

第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五②Ne信號。Ne信號指發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)角信號，它是根據(jù)曲軸位置傳感器產(chǎn)生的信號經(jīng)過整形和轉(zhuǎn)換而獲得的脈沖信號。在微機控制的點火系統(tǒng)中，Ne信號主要用來計量點火提前角和通電時間。如果采用轉(zhuǎn)子有24個齒的電磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器時，曲軸每轉(zhuǎn)720°只能向ECU輸送24°個Ne信號，也就是說曲軸每轉(zhuǎn)30°，才能給ECU輸送1個轉(zhuǎn)速信號。這一信號對精確控制點火提前角和通電時間微機控制的點火系統(tǒng)而言，是不能滿足要求的。故這樣的Ne信號一般都經(jīng)過ECU進(jìn)行整形和轉(zhuǎn)換，形成周期為1°的Ne信號。

發(fā)動機工作時，ECU根據(jù)Ne信號，可準(zhǔn)確地計算出曲軸每轉(zhuǎn)1°所用時間，根據(jù)G信號，可以計算出各缸所處在工作循環(huán)的任一時刻(精確到1°)。從而實現(xiàn)最佳點火提前角的精確控制。

第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五2）無分電器的微機控制點火系統(tǒng)

無分電器的微機控制點火系統(tǒng)又稱直接點火系或全電子化點火系統(tǒng)。其主要特點是：用電子控制裝置取代了分電器，利用電子分火控制技術(shù)將點火線圈產(chǎn)生的高壓電直接送給火花塞進(jìn)行點火，點火線圈的數(shù)量比有分電器電控點火系統(tǒng)多。

根據(jù)點火線圈的數(shù)量和高壓電分配方式的不同，無分電器的微機控制點火系統(tǒng)又可分為獨立點火方式、分組點火方式和二極管配電點火方式三種類型。第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五（1）獨立點火的微機控制點火獨立點火的微機控制點火系統(tǒng)如下圖所示。其特點是各缸均有一個點火線圈，即點火線圈的數(shù)量與氣缸數(shù)相等。由于每缸都有各自獨立的點火線圈，所以即使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速很高，點火線圈也有較長的通電時間(閉合角大)，可提供足夠高的點火能量。與有分電器電控點火系統(tǒng)相比，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速和點火能量相同的情況下，單位時間內(nèi)通過點火線圈初級電路的電流要小得多，點火線圈不易發(fā)熱，且點火線圈的體積又可以非常小巧，一般直接將點火線圈壓裝在火花塞上。獨立點火的微機控制點火系統(tǒng)工作時，電控單元ECU根據(jù)各種傳感器的信號綜合計算，最后確定各缸點火提前角的精確時刻，向點火模塊發(fā)出指令I(lǐng)Gt1、IGt2、…IGt6、由點火模塊直接控制各缸點火線圈初級電路的搭鐵，并產(chǎn)生次級高壓直接傳給火花塞。與此同時，點火模塊向電控單元ECU反饋IGf信號。第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五（2）分組點火的微機控制點火系統(tǒng)

分組點火的微機控制點火系統(tǒng)如下圖所示。在設(shè)計上將兩個活塞同時到達(dá)上止點位置的氣缸(一個為壓縮行程的上止點，另一個為排氣行程的上止點)分為一組，共用一個點火線圈。系統(tǒng)中點火線圈的總數(shù)量等于氣缸數(shù)的一半。

從圖中可以看出，與獨立點火的微機控制點火系統(tǒng)相比，電控單元ECU只給點火器提供了一種IGt信號，但多了IGdA和IGdB輔助判缸信號。這是因為IGt信號只指令點火器執(zhí)行點火，但到底該哪一組共用的點火線圈點火，還需IGdA和IGdB輔助判斷，其判斷真值表如下表所示。IGt、IGdA、IGdB三種信號共同控制點火器的工作過程如下圖所示。

第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五IGdA信號狀態(tài)IGdB信號狀態(tài)1、6缸點火012、5缸點火003、4缸點火10第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五

當(dāng)IGt信號為高電位時，根據(jù)上表控制情況，使相應(yīng)缸點火的初級電路接通，當(dāng)IGt信號為低電位時，切斷被接通的初級電路，在相應(yīng)點火線圈的次級繞組產(chǎn)生高壓，點燃可燃混合氣使發(fā)動機做功。例如，當(dāng)?shù)谝粋€IGt信號為高電位時，此時的IGdA和IGdB均為“0”，根據(jù)上表的控制情況，此時2、5缸點火線圈的初級電路被接通，當(dāng)?shù)谝粋€IGt信號變?yōu)榈碗娢粫r，2、5缸點火線圈的初級電路被切斷，在2、5缸的次級繞組產(chǎn)生高壓，經(jīng)火花塞跳火，使發(fā)動機做功。與獨立點火方式相比，采用分組點火方式的微機控制點火系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)和控制電路較簡單，所以應(yīng)用也比較多。但由于保留了點火線圈與火花塞之間的高壓線，能量損失略大。此外，串聯(lián)在高壓回路的二極管，可用來防止點火線圈初級電路導(dǎo)通的瞬間所產(chǎn)生的二次電壓(約1000～2000V)加在火花塞上后發(fā)生的誤點火。第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五圖5-50分組點火的微機控制過程

第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五（3）二極管配電點火方式

二極管配電點火方式的微機控制點火系統(tǒng)如下圖所示，主要是針對4缸或4的整數(shù)倍氣缸發(fā)動機而設(shè)計的點火系統(tǒng)。其特點是：四個氣缸共用一個點火線圈，點火線圈為內(nèi)裝兩個級繞組N1和N2、次級繞組N3兩端輸出的特制點火線圈，利用四個二極管的單向?qū)щ娦越惶嫱瓿蓪?、4缸和2、3缸配電過程。

二極管配電點火方式微機控制點火系統(tǒng)的工作過程與分組點火的微機控制過程基本相似，工作時，VT