汽车电控系统结构与维修第2版3汽车微机控制点火系统.ppt
第三章 汽车微机控制点火系统,第一节 微机控制点火系统的结构组成第二节 微机控制点火系统的控制过程第三节 微机控制点火系统高压电的分配方式第四节 发动机爆震的控制过程第五节 微机控制点火系统的使用与检修,第一节 微机控制点火系统的结构组成,一、传感器与开关信号传感器用来检测与点火有关的发动机工作和状况信息，并将检测结果输入ECU，作为计算和控制点火时刻的依据。空气流量传感器是确定进气量大小的传感器。进气温度传感器信号反映发动机吸入空气的温度。在微机控制电子点火系统中，ECU利用该信号对基本点火提前角进行修正。冷却水温传感器信号反映发动机工作温度的高低。节气门位置传感器将节气门开启角度转换为电信号输入ECU，ECU利用该信号和车速传感器信号来综合判断发动机所处的工况(怠速、中等负荷、大负荷、减速)，并对点火提前角进行修正。各种开关信号用于修正点火提前角。,下一页,(一)爆震传感器的功用 将发动机爆震信号转换为电信号输入发动机ECU，以便ECU通过修正点火提前角来消除爆震。因此，爆震传感器是点火提前角闭环控制系统必不可少的传感器。(二)发动机爆震的检测方法发动机爆震的检测方法有三种：一是检测发动机缸体的振动频率；二是检测发动机燃烧室压力的变化；三是检测混合气燃烧的噪声。(三)爆震传感器的分类爆震传感器按检测方式不同，可分为共振型与非共振型两种；按结构不同，可分为磁致伸缩式和压电式两种。通用和日产汽车采用了磁致伸缩式爆震传感器。,下一页,上一页,第一节 微机控制点火系统的结构组成,(四)压电式爆震传感器1 压电式爆震传感器的结构特点 压电元件是爆震传感器的主要部件，由压电材料制成，制作成垫圈形状，在其两个侧面上安放有金属垫圈作为电极，并用导线引到接线插座上。惯性配重与压电元件以及压电元件与传感器套筒之间安放有绝缘垫圈，套筒中心制作有螺孔，传感器用螺栓安装固定在发动机缸体上，调整螺栓的拧紧力矩便可调整传感器输出的信号电压(注意：传感器的输出特性出厂时已经调好，使用中拧紧力矩不得随意调整),下一页,上一页,第一节 微机控制点火系统的结构组成,2 压电式爆震传感器的工作原理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产生振动，套筒底座和配重的振动作用在压电元件上，由压电效应可知，压电元件的信号输出端就会输出与振动频率和振动强度有关的交变电压信号，如图3-3所示。试验证明：发动机爆震产生的压力冲击波频率在69 kHz之间时振动强度较大，所以信号电压较高。发动机转速越高，信号电压幅值越大。(五)磁致伸缩式爆震传感器1 磁致伸缩式爆震传感器的结构特点磁致伸缩式爆震传感器为共振型爆震传感器，结构如图3-5所示.,下一页,上一页,第一节 微机控制点火系统的结构组成,图3-3 转速不同时压电式非共振型爆震传感器的输出波形,返回,图3-5 磁致伸缩式爆震传感器的结构,返回,2 磁致伸缩式爆震传感器的工作原理当发动机缸体产生振动时，传感器的伸缩杆就会随之振动，感应线圈中的磁通量就会发生变化。由电磁感应原理可知，线圈中就会感应产生交变电动势，即传感器就有信号电压输出，输出电压高低取决于发动机的振动强度和振动频率。(六)压力检测式爆震传感器直接检测燃烧压力来检测发动机爆震是测量精度最高的测量方法，但传感器安装困难且耐久 性较差。汽车实用的是一种间接检测燃烧压力的方法，检测燃烧压力的传感器安装在火花塞垫圈下面，如图3-7所示。,下一页,上一页,第一节 微机控制点火系统的结构组成,图3-7 垫圈式爆震传感器安装位置,返回,二、电控单元ECU现代汽车发动机大多数都采用集中控制系统，微机控制点火系统是其子系统。ECU既是燃油喷射控制系统的控制核心，也是点火控制系统的控制核心。在ECU的只读存储器ROM中，除存储有监控和自检等程序之外，还存储有由台架试验测定的该型发动机在各种工况下的最佳点火提前角。三、点火控制器点火控制器又称为点火电子组件或点火器，是微机控制点火系统的功率输出级，它接收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。点火控制器的电路、功能与结构依车型而异.,返回,上一页,第一节 微机控制点火系统的结构组成,第二节 微机控制点火系统的控制过程,一、微机控制点火原理微机控制点火系统的控制原理如图3-8所示。二、微机控制点火系统点火提前角的确定汽油发动机的可燃混合气在气缸内燃烧不是瞬时完成的，需要先经诱导期，然后才能进入猛烈的明显燃烧期。因此，要使发动机发出最大的功率，混合气不应在压缩冲程上止点处点火而应适当地提早一些。通常把发动机发出功率最大和油耗最少的点火提前角称为最佳点火提前角。点火提前角大小直接影响发动机的输出功率、油耗、排放等等。发动机工况不同，需要的最佳点火提前角也不相同。,下一页,图3-8 微机控制点火系统控制原理,返回,三、微机控制点火系统的控制过程微机控制点火过程可分为点火提前角控制和点火导通角控制两种过程。为了说明微机控制点火系统的工作过程，下面以桑塔纳2000GSi、3000型轿车四缸发动机点火控制过程为例说明。设发动机判缸信号在第1缸压缩上止点前BTDC88 时产生、曲轴转速2 000 r/min时最佳点火提前角为上止点前BTDC30曲轴转角，控制过程如图3-10所示。1 点火提前角的控制 2 点火导通角的控制,返回,上一页,第二节 微机控制点火系统的控制过程,图3-10 点火提前角与导通角控制过程,返回,第三节 微机控制点火系统高压电的分配方式,一、机械配电方式机械配电方式是指由分火头将高压电分配至分电器盖旁电极，再通过高压线输送到各缸火花塞上的传统配电方式。机械配电方式存在以下缺点：(1)分火头与分电器盖旁电极之间必须保留一定间隙才能进行高压电分配，因此，必然损失一部分火花能量，同时也是一个主要的无线电干扰源；(2)为了抑制无线电的干扰信号，高压线采用了高阻抗电缆，也要消耗一部分能量；(3)分火头、分电器盖或高压导线漏电时，会导致高压电火花减弱、缺火或断火；,下一页,(4)曲轴位置传感器转子由分电器轴驱动，旋转机构的机械磨损会影响点火时刻的控制精度；(5)分电器安装的位置和占据的空间，会给发动机的结构布置和汽车的外形设计造成一定的困难。二、电子配电方式电子配电方式是指在点火控制器控制下，点火线圈的高压电按照一定的点火顺序，直接加到火花塞上的直接点火方式。常用电子配电方式分为双缸同时点火和各缸单独点火两种配电方式，如图3-12所示。,下一页,上一页,第三节 微机控制点火系统高压电的分配方式,图3-12 高压电子配电方式的类型,返回,第三节 微机控制点火系统高压电的分配方式,(一)双缸同时点火的控制双缸同时点火是指点火线圈每产生一次高压电，都使两个气缸的火花塞同时跳火。1 二极管分配式双缸同时点火的控制2 点火线圈分配式双缸同时点火的控制3 高压二极管的作用(二)各缸单独点火的控制点火系统采用单独点火方式时，每一个气缸都配有一个点火线圈，并安装在火花塞上方。在点火控制器中，设置有与点火线圈相同数目的大功率三极管，分别控制每个线圈次级绕组电流的接通与切断，其工作原理与同时点火方式相同。,返回,上一页,第四节 发动机爆震的控制过程,一、发动机爆震控制系统的组成 带有发动机爆震控制EDC(Engine Detonation Control)的点火提前角闭环控制系统如图3-16所示，由传感器、带通滤波电路、信号放大电路、整形滤波电路、比较基准电压形成电路、积分电路、提前角控制电路和点火控制器等组成。二、发动机爆震的判别与控制过程 1 基准电压的确定判定爆震的基准电压通常利用发动机即将爆震时的传感器输出信号电压来确定。最简单的方法如图3-17所示。,下一页,图3-16 爆震控制系统组成与爆震控制过程,返回,图3-17 基准电压的确定方法,返回,第四节 发动机爆震的控制过程,2 爆震强度的判别发动机爆震的强度取决于爆震传感器输出信号电压的振幅和持续时间。爆震信号电压值超过基准电压值的次数越多，爆震强度越大；反之，超过基准电压值的次数越少，说明爆震强度越小。3 发动机爆震的控制过程发动机工作时，缸体振动频繁剧烈，为使监测得到的爆震信号准确无误，在监测爆震过程中，并非随时都在进行，而是在发出点火信号后的一定范围内进行，这是因为发动机产生爆震的最大可能性是在点火后的一段时间内。,返回,上一页,第五节 微机控制点火系统的使用与检修,一、爆震传感器的正确使用与检修爆震传感器是发动机爆震控制系统必不可少的传感器，一旦爆震传感器信号异常，电控单元ECU就不能正确判定发动机是否发生爆震，爆震控制系统随之失效。因此，在使用中应当注意以下几点：(1)不同发动机使用的共振型爆震传感器不能互换使用。(2)非共振型爆震传感器的拧紧力矩不得随意调整，必要时必须按使用说明书规定的数值进行调整。,下一页,二、爆震传感器的检修 1桑塔纳GLi、桑塔纳2000GLi型轿车爆震传感器的检修桑塔纳GLi、桑塔纳2000GLi型轿车采用了一只压电式爆震传感器EDS，安装在缸体右侧(车前视)2、3缸之间，传感器外形及其电路连接如图3-20所示。当爆震传感器发生故障时，发动机ECU能够检测到有关信息，并使发动机进入故障应急状态下运行。利用专用的VAG1551或VAG1552故障阅读仪，通过诊断插座可以读取此故障的有关信息。检修爆震传感器时，可用万用表电阻OHM100 k挡检测传感器电阻。,下一页,上一页,第五节 微机控制点火系统的使用与检修,图3-20 桑塔纳GLi、2000GLi型轿车爆震传感器外形及电路连接,返回,2 桑塔纳2000GSi、3000型轿车爆震传感器的检修爆震极限提前角取决于燃油品质、发动机工况和运行条件。由于桑塔纳2000GSi、3000型轿车采用了两只爆震传感器，因此，电控单元能够将每一缸的点火提前角调节到爆震极限提前角，从而提高动力性、降低油耗。桑塔纳2000GSi、3000型轿车爆震传感器电路连接及插头与插座上端子位置如图3-21所示，检修时用万用表电阻OHM100 k挡检测传感器电阻。检测时，断开点火开关，拔下传感器线束插头。,下一页,上一页,第五节 微机控制点火系统的使用与检修,图3-21 爆震传感器插接器端子排列与电路连接,返回,三、点火执行元件的检修(一)桑塔纳2000GSi、3000型轿车点火控制组件的检修桑塔纳2000GSi、3000型轿车采用了直接点火系统，每两个气缸公用一只闭磁路式点火线圈，4个气缸共用两只点火线圈。两只点火线圈与点火控制器组装成一体，称为点火控制组件或点火动力组件，固定在发动机缸体上，整体结构如图3-22所示。在使用过程中，当任何一只点火线圈或点火控制器发生故障时，只能更换点火控制组件总成。,下一页,上一页,第五节 微机控制点火系统的使用与检修,图3-22 点火控制组件的结构,返回,1 检查点火控制组件N152的电源电压点火控制组件的检测方法与其他点火系统不同，检测条件是：蓄电池电压必须高于11.5 V，发动机转速传感器和凸轮轴位置传感器工作正常。2 检查电控单元J220对点火控制组件的控制功能检测电控单元J220对点火控制组件N152的控制功能就是检查J220是否向N152发送控制脉冲信号。控制功能可用桑塔纳2000GSi型轿车专用检测仪器和工具检测，也可用发光二极管LED与串联510/025 W电阻组成的LED调码器检测，下面以简易的LED调码器检测为例说明检测方法。在检测过程中，不要触摸点火控制组件及检测导线。,下一页,上一页,第五节 微机控制点火系统的使用与检修,3 检查点火线圈次级绕组电阻检测次级绕组阻值时可参考图3-22进行，为了防止损坏点火控制器，检测必须使用高阻抗万用表(万用表内阻不小于10 k/V)。(二)桑塔纳GLi、2000GLi型轿车点火线圈的检修1 桑塔纳GLi、2000GLi型轿车点火线圈的结构特点桑塔纳GLi、2000GLi型轿车微机控制点火系统用闭磁路式点火线圈的结构如图3-25(a)所示，点火线圈与电控单元J220的电路连接如图3-25(c)所示。,下一页,上一页,第五节 微机控制点火系统的使用与检修,图3-22 点火控制组件的结构,返回,图3-25 桑塔纳GLi、2000GLi点火线圈结构与电路连接,返回,第五节 微机控制点火系统的使用与检修,2 桑塔纳GLi、2000GLi型轿车点火线圈的检修当桑塔纳GLi、2000GLi型轿车点火线圈发生故障时，电控单元J220检测不到故障信息，用故障阅读仪也调取不到此故障的有关信息。点火线圈有无故障，可用万用表检测各端子之间的电阻进行判断。,返回,上一页,
