发动机电控技术教案：第三章

第十讲

第三章计算机控制点火系统的组成及工作原理(1/4)

【课题】§3-1计算机控制点火系统的组成及工作原理(1/3)

【课程性质】理论课

【授课对象】汽车检测与维修专业

【巩固上讲内容】其他传感器的结构与工作原理

【教学目的与要求】了解点火提前角控制的基本原理

掌握点火提前控制的方式

【教学重点】点火提前控制的方式

【教学难点】点火提前角控制的基本工作原理

【授课方法】讲授法、多媒体教学法、现场教学法

【课时分布】巩固上讲内容 5分钟

点火提前角控制的基本工作原理 40分钟

点火提前角的控制方式 40分钟

小结与答疑 5分钟

【作业】影响点火提前角的因素有哪些？

【教学内容】

§3-1计算机控制点火系统的组成及工作原理(1/3)

一、影响点火提前角的因素

（1）发动机转速发动机转速的升高点火提前角均应增大。采用ESA控制系统相对于机械离心式点火提前系统，更接近理想的点火提前角。

（2）发动机负荷歧管压力高（真空度小、负荷大），点火提前角小，反之点火提前角大。

（3）燃油辛烷值辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可增大，反之应减小。

（4）其他因素燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃比、大气压力、冷却水温度。

二、电子点火提前控制系统的组成和工作原理

（一）点火提前角控制系统的组成

电子点火提前控制系统的组成主要由监测发动机运行状态的传感器、处理信号、发出指令的ECU、响应指令的点火器以及点火线圈等组成。

（二）点火提前角控制系统的基本工作原理

以丰田皇冠3.0轿车点火控制电路为例，维修时用万用表检测“＋B”端子和点火线圈的“＋”端子与搭铁之间的电压，应为蓄电池电压。怠速时检查点火器“IGT”端子与搭铁之间应有脉冲信号，检查ECU的“IGF”端子与搭铁之间应有脉冲信号。

丰田皇冠3.0轿车点火控制电路

（三）点火提前角的控制方式

1、点火提前角的计算

对丰田汽车计算机控制系统（TCCS）而言，其实际点火提前=初始点火提前+基本点火提前+修正点火提前（或延迟角）。ECT根据进气歧管压力或进气量和发动机转速，从存储器存储的数据中找到相应的基本点火提前角，再根据有关传感器信号值加以修正，得出实际点火提前角。

（1）初始点火提前角：初始点火提前角也称固定点火提前角。如：丰田汽车的IC—GEL发动机，其值为上止点前10°，在下列情况下，IG—GEL发动机的实际点火提前角为固定点火提前角。

①当发动机起动时，以动机的转速变化大，无法正确计算点火提前角；

②当发动机的转速低于400r/min；

③当车速在2km/h时，或节气门位置传感器怠速（IDL）触点闭合时；

④当ECU由后备系统控制工作时。

（2）基本点火提前角：ECU根据发动机转速信号和进气歧压力信号(或进气量信号)等，从存储器中获得。

（3）修正点火提前角：初始点火提前角和基本点火相加得到的点火提前必须根据相关因素加以修正。修正项目因发动机而异,且应根据发动机各自的特性曲线进行修正。

2.点火提前角的控制

点火提前的控制包括起动期间的点火时间控制和起动后以动机正常运行期间的点火时间控制。

（1）起动期间的点火时间控制在起动期间，其实际点火提前角等于初始点火提前（因发动

机而异）。此时的控制信号主要是发动机转速信号（Ne）和起动开关信号(STA).

（2）起动后点火时间控制

①基本点火提前角的控制：怠速时的基本点火提前角是指节气门位置传感器怠速触点闭

合时，ECU根据发动机转速和空调开关是否接通而确定的基本点火提前角。

在空调工作时,其基本点火提前角要大一些,以防因空调负荷使发动机工作不稳。

在怠速工况下运转时，节气门位置传感器的怠速(IDL)触点断开,ECU根据存储器的数据确定基本点火提前角。

在正常运行工况下运转时，节气门位置传感器的怠速（IDL）触点断开，ECU根据存储器的数据确定基本点火提前角。

在正常运行工况运行时，控制信号主要有：进气歧管压力或进气量信号、发动机转速信号（Ne）、节气门位置信号（IDL）、燃油选择开关或插头（R—P）、爆震信号（KNK）等。

在某些发动机中，按燃油辛烷值不同，在存储器中存放着两张基本点火提前角的数据表格。驾驶员可根据使用燃油的辛烷值，通过燃油选择开关或插头进行选择

②点火提前角的修正

a)暖机修正：暖机点火提前角是指节气门位置传感器怠速触点闭合时，ECU根据水温

传感器进行修正的点火提前角。当发动机冷却水温度较低时，应增大点火提前角，以促

使发动机尽快暖机，当水温较高时，超过90℃，为避免发动机过热，其点火提前角必须

减小。

暖机过程中，控制信号主要有，冷却水温度信号（THW）进气歧管压力或进气量信号。节气门位置信号（IDL）等。

b)怠速稳定性的修正：稳定怠速点火提前控制是指为了使怠速稳定运转而对点火提前

角进行修正。由于发动机负荷变化等原因引起发动机转速变化时，ECU根据转速信号和

规定的怠速转速进行比较，相应地增加或减小点火提前角，以保证发动机怠速时稳定运

转，防止发动机怠速熄火。

3.点火提前角的控制方法

发动机工作中，点火时刻的控制要求用1°曲轴角的指令精度进行控制。当发动机转速为6000r/min时，若将1°曲轴转角换算成时间为36ms。为了进行这样精确的计时控制，需要具有能够准确检测曲轴转角位置的曲轴位置传感器和高速运算的微机，另外还需要有能够巧妙运用它们的控制方式。

第十一讲

第三章计算机控制点火系统的组成及工作原理(2/4)

【课题】§3-1计算机控制点火系统的组成及工作原理(2/3)

【课程性质】理论课

【授课对象】汽车检测与维修专业

【巩固上讲内容】计算机控制点火系统的组成及工作原理

【教学目的与要求】掌握无分电器点火的基本原理

掌握无分电器点火系统的检修

【教学重点】无分电器点火系统的检修

【教学难点】无分电器点火的基本原理

【授课方法】讲授法、多媒体教学法、现场教学法

【课时分布】巩固上讲内容 5分钟

无分电器点火系统的工作原理 40分钟

无分电器点火系统的检修 40分钟

小结与答疑 5分钟

【作业】影响点火提前角的因素有哪些？

【教学内容】

§3-1计算机控制点火系统的组成及工作原理(2/3)

三、无分电器点火系统的工作原理

1．无分电器点火系统的方式：

（1）同时点火方式。指两个气缸合用一个点火线圈，即一个点火线圈有两个高压输出端，分别与一个火花塞相连，负责对两个气缸点火。

（2）单独点火方式。指导每个气缸的火花塞上配用一个点火线圈，单独对本缸进行点火。

丰田皇冠汽车所采用的无分电器点火系统：如下图所示

（1）来自曲轴位置传感器的信号：曲轴位置传感器由G1、G2及Ne三个线圈组成，其功能是判别气缸，检测曲轴的转角，以决定点火时期的原始设定位置。

①G1信号：利用G1信号可判别出第6缸在压缩上止点的附近。G1传感线圈产生电压波形，

是设定在第6缸压缩上止点附近时产生的，因此只要G1线圈产生指导，就表示第6缸处于压缩上止点附近，其点火提前角和闭合角由ECU根据Ne信号决定。

②G2信号：G2信号与G1信号波形相同，G1信号与G2信号相隔180°(曲轴转角360°)。

当G2信号产生时，即表示第1缸活塞处于压缩上止点的附近。应完成其点火准备，点火正时也由Ne信号决定。

③Ne信号正时转子有24个齿，它每转一转，产生24个信号波形，其波形与G1、G2信号

波形相似，每个波形表示Ne正时转子角度为15°或发动机曲轴转角30°。这个数值在点火控制中会引起较大误差，为了保持一定的精度，需将这些脉冲电压信号整形，再通过转角脉冲发生器，把24个脉冲转变为曲轴一转产生720个脉冲，即转变为每0.5°曲轴转角发生1个脉冲。

注意：当发动机起动的瞬间，已超过了产生G1信号时期，而G2信号又未产生，此时无法判别气缸，因此必须等到产生G信号判别气缸后才能执行实际点火控制。

当G1或G2信号产生时，可用来判别第6缸或第1缸处于压缩上止点前，因此必须对该缸

完成点火准备，G1或G2信号产生后所产生的Ne信号即成为第6缸第1缸的点火正进的基准

信号，如图3-11所示。

（2）ECU的输出信号：ECU通过曲轴位置传感器接收到G1、G2、Ne信号，向点火器输出IGT、IGdA、IGdB三个信号。

1）IGT信号：IGT信号就是点火正时信号。

当G1或G2信号产生时，ECU以此信号为基准，根据Ne信号控制其后的三次点火信号，即每4个Ne信号产生一次点火信号（4个Ne信号为60°，相当于曲轴转角为120°），而每产生三次点火信号后，再经G信号重新设定其后的三次点火信号。

点火提前角的控制仍然由ECU利用各传感器检测到的发动机转速、进气压力（真空度）、节气门位置、水温等信号进行控制。闭合角由点火器中的闭合角控制电路进行控制。

2）IGdA、IGdB信号：IGdA、IGdB信号是ECU输送给点火器的判缸信号，它存于ECU的存储器中，ECU根据G1、G2及Ne信号查表选择IGdA、IGdB信号状态，以确定各缸的点火顺序。

3）点火器：点火器内有气缸判别、闭合角控制、恒流控制、安全信号等电路，其主要功能是接收ECU发出的IGT、IGdA、IGdB信号，并依次驱动各个点火线圈工作。另外它还向ECU 输入安全信号（IGF）。其具体工作过程如下：

点火器中的气缸判别电路根据判别信号IGdA、IGdB的信号状态，决定哪条驱动电路接通，并将IGT点火正时信号送往与此驱动电路相连接的点火线圈，完成对某缸的点火。例如，如果IGdA、IGdB信号状态分别为0和1时，气缸判别电路使VT1导通，将点火正时信号送给1缸和6缸的点火线圈，使基工作、完成对1缸和6缸的点火。

4）安全信号IGF：将点火器继续点火线圈的初级电流的信号反馈给ECU的信号，使点火器具有安全功能。

在电控燃油喷射发动机中，喷油器的驱动信号来自曲轴位置传感器。如果点火系统出现故障使火花塞不点火，而曲轴位置传感器工作正常时，喷油器会照常喷油，造成气缸内喷油过多，结果会出现再起动困难或行车时三元催化转化器过热。为避免这种现象发生，当IGF信号连续3~5次无反馈信号送入ECU时，则ECU判断点火系统有故障、并强制停止喷油器工作。

5）点火线圈：一般传统点火线圈的二次线圈的一端通过配电器接火花塞，一端与一次线圈相接。无分电器点火系统采用小型闭磁路的点火线圈，二次线圈的两端分别与两个气缸上的火花塞相联接。

气缸的组合原则为，一缸处于压缩行程的末期，另一缸处于排气行程的末期，曲轴旋转360°后两缸所处的行程正好相反。对于6缸发动机来讲，其气缸的组合为第1缸与第6缸、第2缸与第5缸、第3缸与第4缸，即每两缸一个点火线圈，火花塞串联同时点火。

由于压缩缸的气缸压力较高，放电较为困难，因此所需击穿电压较高，而排气缸的压力接近大气压力，放电容易，所需的击穿电压较低。因此当两缸火花塞同时跳火时，阻抗几乎都在压缩缸。即在串联点火电路中，压缩缸承受大部分电压降，与普通只有一个火花塞跳火的点火系统比较，击穿电压相差不大，而排气缸损失的电能也不大。

点火线圈由一次线圈、二次线圈、铁心、高压二极管、外壳等组成。

第十二讲

第三章计算机控制点火系统的组成及工作原理(3/4)

【课题】§3-1计算机控制点火系统的组成及工作原理(3/3)

【课程性质】理论课与实验课相结合

【授课对象】汽车检测与维修专业

【巩固上讲内容】电子点火系统的组成及工作原理

【教学目的与要求】掌握电子点火系统的主要元件的检修

了解电子点火系统的故障诊断

【教学重点】爆震控制的检修

【教学难点】通电时间控制与爆震控制的原理

【授课方法】讲授法、多媒体教学法、现场教学法

【课时分布】巩固上讲内容 5分钟

电子点火系统的主要元件的检修 40钟

电子点火系统的故障诊断 40分钟

小结与答疑 5分钟

【作业】如何检查和调整怠速转速及点火正时间？

【教学内容】

§3-1计算机控制点火系统的组成及工作原理(3/3)

四、通电时间的控制

1．通电时间对发动机性能的影响

初级电路被断开的瞬间，初始电流能达到的值与初级电路接通的时间长短有关，只有通电时间一定值时，初级电流才可能达到饱和。由于断开电流影响次级电压的最大值，次级电压的高低又直接影响点火系工作的可靠性。所以，发动机工作时，必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间。

2．通电时间的控制方法

现代电控点火系统和传统的分电器不同，传统的点火线圈初级电路的通电时间取决于断电器触点的闭合角和发动机转速；而现代点火线圈初级电路的通电时间由ECU控制，根据发动机的转速信号和电源电压信号确定最佳的闭合角（通电时间），并控制点火器输出指令信号（IGt信号），以控制点火器中晶体管的导通时间。

3．点火线圈的恒流控制

由于现代车采用了高能点火线圈，改善点火性能。为了防止初级电流过大烧坏点火线圈，在部分电控点火系统的点火控制电路中增加了恒流控制电路。

恒流的基本方法是：在点火器功率晶体管的输出回路中增设一个电流检测电阻，用电流在该电阻上形成的电压降反馈控制晶体管的基极电流，只要这种反馈为负反馈，就可使晶体管的集电极电流稳定，从而实现恒流控制。

四、爆震控制

1．爆震与点火时刻的关系

爆震与点火时刻有密切的关系，点火提前角越大，燃烧的最大压力就越高，越容易产生爆震。

2．爆震控制原理

1）组成（如图）

2）原理：爆震传感器安装在缸体上，利用压电晶体的压电效应，把爆震传到气缸体上的机械振动转换成电信号输入ECU，ECU通过爆震传感器输入信号判别发动机有无爆震，并依据爆震强度推迟点火时间。爆震越强，推迟点火角越大，知道爆震消失为止。

爆燃控制系统的组成

1—爆燃传感器 2—ECU 3—其他传感器4—点火器和点火线圈5—分电器6—火花塞

爆燃控制的输入处理回路

3．爆燃强度的确定

ECU根据爆燃信号超过基准值的次数来判定爆燃强度，次数越多，爆燃强度越大，反之越小。而后又以一固定的角度增加点火提前角，当发动机再次出现爆震时，ECU又使点火提前角推迟，调整过程反复进行。

五、爆震传感器

功能：检测发动机有无爆燃发生及爆燃强度。

类型：电感式和压电式两种，压电式又分为共振式、非共振式和火花塞座金属垫型。

1．电感式爆燃传感器

构造：主要由铁心、永久磁铁、线圈及外壳等组成。

原理：利用电磁感应原理检测发动机爆燃。

2．压电式爆燃传感器

原理：利用压电效应原理检测发动机爆燃。

（1）压电式共振型爆燃传感器

由压电元件、振子、基座、外壳等组成。当发生爆燃时，振子与发动机共振，压电元件输出的信号电压也有明显增大，易于测量。

（2）压电式非共振型爆燃传感器

与共振式相比，非共振式内部无震荡片，但设一个配重块，以一定的预紧压力压紧在压电元件上。当发动机发生爆燃时，配重块以正比于振动加速度的交变力施加在压电元件上，压电元件则将此压力信号转变成电信号输送给ECU。

（3）压电式火花塞座金属垫型爆燃传感器

安装在火花塞的垫圈处，每缸一个，根据各缸的燃烧压力直接检测各缸的爆燃信息，并转换成电信号输送给ECU。

3．爆震传感器控制电路如图所示：

第十三讲

第三章计算机控制点火系统的组成及工作原理(4/4)

【课题】§3-2点火系统有关元件的故障诊断及维修

【课程性质】理论课与实验课相结合

【授课对象】汽车检测与维修专业

【巩固上讲内容】电子点火系统的组成及工作原理

【教学目的与要求】掌握电子点火系统的主要元件的检修

了解电子点火系统的故障诊断

【教学重点】电子点火系统的主要元件的检修

【教学难点】电子点火系统的故障诊断

【授课方法】讲授法、多媒体教学法、现场教学法

【课时分布】巩固上讲内容 5分钟

电子点火系统的主要元件的检修 40钟

电子点火系统的故障诊断 40分钟

小结与答疑 5分钟

【作业】如何检查和调整怠速转速及点火正时间？

【教学内容】

§3-2点火系统有关元件的故障诊断及维修

一、电控点火系统的类型

1．汽油机点火系统的类型：

传统点火系统分为：磁电机点火系统和蓄电池点火系统。

缺点：（1）高速易断火，不适合高速发动机。

（2）断电器触点易烧蚀，工作可靠性差。

（3）点火能量低，点火可靠性差。

2．电控点火系统的类型：有分电器和无分电器式。采用计算机根据各传感器信号对点火提前角进行控制。

二、电控点火系统的基本组成与工作原理

1．基本组成

一般由电源、传感器、ECU、点火器、点火线圈、分电器和火花塞组成。

2．工作原理

发动机工作时，ECU根据接收到的传感器信号，按存储器中的相关程序和数据，确定出最佳点火提前角和通电时间，并以此向点火器发出指令。点火器根据指令，控制点火线圈初级电路的导通和截止。当电路导通时，有电流从点火线圈中的初级电路通过，点火线圈将点火能量以磁场的形式储存起来。当初级电路被切断时，次级线圈中产生很高的感应电动势，经分电器或直接送至工作气缸的火花塞。

三、有分电器电控点火系统

特点：1个点火线圈。

组成：由凸轮轴/曲轴位置传感器、空气流量计、冷却液温度传感器、节气门位置传感器、起动开关、空调开关、车速传感器。

四、无分电器电控点火控制系统

特点：用电子控制装置取代分电器，利用电子分火控制技术将点火线圈产生的高压电直接送给火花塞进行点火。

1．独立点火方式

特点：点火线圈的数量和气缸数相等。

优缺点：分火性能较好，但其结构和控制电路复杂。

2．同时点火方式

特点：点火线圈的数等于气缸数的一半。

3．点火器

功能：根据ECU的指令，控制点火线圈初级电路的通电或断电，并在完成点火后向ECU输送点火确认信号。

4．点火线圈及分电器

点火线圈采用一次线圈电阻值很小的高能点火线圈。在有分电器的系统中，各气缸共用一个点火线圈；在无分电器的系统中，将气缸分组，每组共用一个点火线圈，或者是每个气缸独立用一个线圈。

五、点火系电器元件的诊断与维修

1．曲轴位置传感器的诊断与维修

1）曲轴位置传感器电阻的检查：如表所示

2）曲轴位置传感器输出信号的检查

3）传感器线圈与信号转子的间隙检查

曲轴位置传感器电阻值：

拔下点火线圈的连线，用万用表的电阻挡测量点火线圈的电阻。

3.点火器诊断与维修

将点火线圈与点火器的导线连接好，用万用表电压挡或示波器检查发动机ECU端子间的电压。

4.点火系统其他部件的诊断与维修

1）高压线

2）火花塞

5. 爆震传感器的检修

1）爆震传感器电阻的检查

用万用表的电阻挡检查传感器端子与传感器壳体之间的电阻，应不通。

2）爆震传感器输出信号的检查

拔下爆震传感器连接插头，当发动机怠速时，用示波器检查爆震传感器的接线端子与搭铁间应有脉冲波形输出。

六、怠速转速及点火正时的调整

1 怠速的调整

对于安装自动变速器的汽车，其发动机的怠速转速一般为（800±50）r/min；对于安装手动变速器的汽车，其发动机的怠速转速一般为（700±50）r/min。调整怠速时，发动机温度应正常，且不带任何负荷；拔下怠速电控插头，起动发动机，并转动怠速调整螺钉，直到怠速符合为止。

2 点火正时调整

当发动机怠速转动时，其点火提前角应为20±1度。若不符合要求，可转动分电器进行调整。点火提前角的大小可用正时灯进行检测。