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汽车发动机电子控制技术
项目四 电子点火系统检修项目四 电子点火系统检修
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一、 电控点火系统的功能一、 电控点火系统的功能
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11 ）点火提前角对发动机性能的影响）点火提前角对发动机性能的影响点火提前角是从火花塞发出点火提前角是从火花塞发出
电火花，到该缸活塞运行至压电火花，到该缸活塞运行至压缩上止点时曲轴转过的角度。 缩上止点时曲轴转过的角度。
当汽油机保持节气门开度、当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时，转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率和耗油率随点火提汽油机功率和耗油率随点火提前角的改变而变化。对应于发前角的改变而变化。对应于发动机每一工况都存在一个“最动机每一工况都存在一个“最佳”点火提前角 佳”点火提前角
适当点火提前角，可使发动适当点火提前角，可使发动机每循环所做的机械功最多（ 机每循环所做的机械功最多（ 曲线阴影部分）曲线阴影部分）
1. 1. 点火提前角的控制点火提前角的控制
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A- 不点火 B- 点火过早 C- 点火适当 D- 点火过迟
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发动机转速发动机转速 随着转速的升高点火提前角增大。 采用电控点火系统，更接近理想的点火提前角。
发动机负荷发动机负荷 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。采用电控点 火（ ESA ）系统时，可以使发动机的实际点火提 前角接近于理想的点火提前角。
燃料性质燃料性质 汽油辛烷值越高，抗爆性越好，点火 提前角可增大，反之应减小。
其他因素其他因素 燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃 比、大气压力、冷却水温度。
22 ）最佳点火提前角确定依据）最佳点火提前角确定依据
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发动机起动时，按 ECU 内存储的初始点火提前角（设定值）对点火提前角进行控制。起动时点火提前角的设定值随发动机而异，对一定的发动机而言，起动时的点火提前角是固定的，一般为 10° 左右。
发动机正常运转时（起动后），主 ECU 根据发动机的转速和负荷信号，确定基本点火提前角，并根据其他有关信号进行修正，最后确定实际的点火提前角，并向电子点火控制器输出点火执今信号，以控制点火系的工作。
33 ）控制点火提前角的基本方法）控制点火提前角的基本方法
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发动机起动过程中，进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号不稳定， ECU 无法正确计算点火提前角，一般将点火时刻固定在设定的初始点火提前角。此时的控制信号主要是发动机转速信号（ Ne 信号）和起动开关信号（ STA 信号）。
44 ）起动时点火提前角的控制）起动时点火提前角的控制
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55 ）起动后基本点火提前角的确定）起动后基本点火提前角的确定 发动机起动后怠速运转时，发动机起动后怠速运转时， ECUECU 根据节气门根据节气门
位置传感器信号（位置传感器信号（ IDLIDL 信号）、发动机转速传信号）、发动机转速传感器信号（感器信号（ NeNe 信号）和空调开关信号（信号）和空调开关信号（ AA ／／CC 信号）确定基本点火提前角。 信号）确定基本点火提前角。
发动机起动后在除怠速以外的工况下运转时， 发动机起动后在除怠速以外的工况下运转时， ECUECU 根据发动机的转速和负荷（单位转数的根据发动机的转速和负荷（单位转数的进气量或基本喷油量）确定基本点火提前角。 进气量或基本喷油量）确定基本点火提前角。
起动后点火提前角的确定
PIM VS/KS/VG THW
VTA A /
VTA
NE
进气量进气岐管压力
起动时点火控制：初始点火正时角： G、NE、STA
怠速运转： VTA或I DL、NE、A/ C基本点火提前角：
非怠速：PI M 或VS、KS、VG、 、VTA、THW
暖机时修正： 或 、超温校正: THW
点火正时控制 稳定怠速运转修正： 或I DL、NE、 SPD、 C起动后点火控制：
空燃比反馈修正: 或修正的点火提前角：
0 0
0 0
PIM VS/KS/VG VTA NE
NE VTA IDL THW +B
max 35 ~ 45
min 10 ~ 0
I DL、THW、OX、 SPD
EGR修正： 或 、 或I DL或PSW或VTA、爆震修正：KNK
调整传动比修正: 、 或 、 、
最大和最小提前角控制:
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不同的发动机控制系统中，对点火提前角的修正项目和修正方法也不同。修正方法有修正系数法和修正点火提前角法两种 。
主要修正项目有：
（ 1 ）水温修正；
（ 2 ）怠速稳定修正；
（ 3 ）空燃比反馈修正。
66 ）点火提前角的修正）点火提前角的修正
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（（ 11 ）水温修正）水温修正
水温修正又可分为暖机修正和过热修正。
发动机冷车起动后的暖机过程中，随冷却水温的提高，混合气的燃烧速度加快，燃烧过程所占的曲轴转角减小，点火提前角也应适当减小，如右图所示。
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ECU 根据实际转速与目标转速的差来修正点火提前角，低于目标转速，应增大点火提前角，反之，推迟点火提前角。
控制信号有：发动机转速信号（ Ne 信号）、节气门位置传感器信号（ IDL 信号）、车速传感器信号（ SPD 信号）、空调开关信号（ A ／ C 信号）
（（ 22 ）怠速稳定修正）怠速稳定修正
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由于空燃比反馈控制系统，是根据氧传感器的反馈信号调整喷油量的多少来达到最佳空燃比控制的，所以这种喷油量的变化必然带来发动机转速的变化。为了稳定发动机转速，点火提前角需根据喷油量的变化进行修正，如右图所示。
（（ 33 ）空燃比反馈修正）空燃比反馈修正
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11 ）通电时间对发动机工作的影响）通电时间对发动机工作的影响
在发动机工作时，必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间。但如果通电时间过长，点火线圈又会发热并增大电能消耗。要兼顾上述两方面的要求，就必须对点火线圈初级电路的通电时间进行控制。
2.2.通电时间控制通电时间控制
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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，根据发动机的转度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。
22 ）通电时间的控制方法）通电时间的控制方法
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33 ）点火线圈的恒流控制）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。 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。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 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，从而实现恒流反馈，就可使晶体管的集电极电流稳定，从而实现恒流控制。控制。
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爆燃的危害 会导致冷却液过热，功率下降油耗上升。
控制方法 推迟点火提前角，利用爆震传感器中的压电晶体的压力效应。
3. 3. 爆燃的控制爆燃的控制
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1. 汽油机点火系统的类型：（ 1 ）传统点火系统分为： 1 ）磁电机点火系统； 2 ）蓄电池点火系统。 缺点：高速易断火，不适合高速
发动机；断电器触点易烧蚀，工作可靠性差；点火能量低，点火可靠性差。
（ 2 ）微机控制的点火系统 采用计算机根据各传感器信号对点火提前角进行控制。
2. 电控点火系统的类型：有分电器和无分电器式
（一）电控点火系统的类型（一）电控点火系统的类型
二 点火系统的组成与工作原理二 点火系统的组成与工作原理
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如右图，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
（二）基本组成与工作原理（二）基本组成与工作原理 1.1. 基本组成基本组成
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发动机工作时， ECU 根据接受到的传感器信号，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。
2.2. 工作原理工作原理
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（三）有分电器电控点火系统 （三）有分电器电控点火系统
主要特点：只有 主要特点：只有 11 个点火线圈。个点火线圈。
组成：由凸轮轴 组成：由凸轮轴 // 曲轴位置传感器、空气流量曲轴位置传感器、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。如图开关、空调开关、车速传感器。如图
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有分电器电控点火系统的组成1 、 2—凸轮轴／曲轴位置传感器 3— 空气流量计或过气管绝对压力传感器 4— 冷
却液温度传感器 5— 节气门位置传感器 6— 起动开关 7— 空调开关 8— 车速传感器9 、 10— 输入回路 11—A ／ D 转换器 12— 输出回路 13— 存储器 14—恒定电压电
源 15— 点火器 16— 点火线圈 17— 分电器
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特点：用电子控制装置取代了分电器，利用电子分火特点：用电子控制装置取代了分电器，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，点火线圈的数量比有分电器电控点火系统多。火，点火线圈的数量比有分电器电控点火系统多。
优缺点：分火性能较好，但其结构和控制电路复杂。 优缺点：分火性能较好，但其结构和控制电路复杂。 根据点火线圈的数量和高压电分配方式的不同，该火 根据点火线圈的数量和高压电分配方式的不同，该火
系统又可分为：系统又可分为： 1.1. 独立点火方式；独立点火方式； 2.2. 同时点火方式；同时点火方式； 3.3. 二极管配电点火方式。二极管配电点火方式。
（四）无分电器电控点火系统（四）无分电器电控点火系统
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1. 1. 独立点火独立点火
★★ 一种是点火线圈共用一个点火器的；一种是点火线圈共用一个点火器的； ★★ 另一种是每个点火线圈都有一个单独的点火另一种是每个点火线圈都有一个单独的点火器，并且点火器和点火线圈集成一体器，并且点火器和点火线圈集成一体。。
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66 个点火线圈共用一个点火个点火线圈共用一个点火器器
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丰田 1MZ-FE 电控独立点火系统
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丰田 1MZ-FE 独立点火系统中点火器内部结构
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一个点火线圈一个点火器一个点火线圈一个点火器
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22、同时点火方式、同时点火方式
丰田 7M-GTE发动机同时点火系统
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IGdA、 IGdB信号是根据 G1 、 G2 和 Ne信号向点火器输送的判缸信号。
点火器根据 IGdA、 IGdB信号的状态决定接通哪条初级电路。
IGdA为 0、 IGdB为 1——VT1导通， 1缸或 6缸点火。
IGdA为 1、 IGdB为 0——VT2导通， 2缸或 5缸点火。
IGdA为 0、 IGdB为 0——VT3导通， 3缸或 4缸点火。
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同步点火高压线路中串接二极管的作用
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3.3. 二极管配电点火方式二极管配电点火方式
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（五）爆燃控制系统（五）爆燃控制系统 组成 如左图组成 如左图识别根据安装在缸体上的识别根据安装在缸体上的爆燃传感器检测发动机不同爆燃传感器检测发动机不同频率范围内的机械振动，发频率范围内的机械振动，发生爆燃时传感器电压信号有生爆燃时传感器电压信号有叫大的振幅。叫大的振幅。爆燃强度的确定爆燃强度的确定
ECUECU 根据爆燃信号超过根据爆燃信号超过基准值的次数来判定爆燃强基准值的次数来判定爆燃强度，次数越多，爆燃强度越度，次数越多，爆燃强度越大，反之越小。 大，反之越小。
1 、爆燃传感器 2 、 ECU3 、其他传感器4 、点火器和点火线圈5 、分电器 6 、火花塞
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凸轮轴位置（凸轮轴位置（ CMPCMP）传感器给）传感器给 ECUECU提供第一缸压缩提供第一缸压缩上止点信号，作为喷油和点火控制的主要信号，该传上止点信号，作为喷油和点火控制的主要信号，该传感器信号也称为感器信号也称为 GG信号、判缸信号。信号、判缸信号。曲轴位置（曲轴位置（ CKPCKP ）传感器，用于检测曲轴转角位移，）传感器，用于检测曲轴转角位移，给给 ECUECU 提供发动机转速和曲轴转角信号，也是喷油和提供发动机转速和曲轴转角信号，也是喷油和点火控制的主要信号，该传感器有时称为转速传感器，点火控制的主要信号，该传感器有时称为转速传感器，其信号也被称为其信号也被称为 NENE 信号。信号。
（一）凸轮轴 /曲轴位置传感器
三、电子点火系统的主要元件原理及检修三、电子点火系统的主要元件原理及检修
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1. 凸轮轴 / 曲轴位置传感器的安装位置
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2. 凸轮轴 /曲轴位置传感器的类型
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1 ）磁感应式
磁通变化率
线圈的匝数
/e nd dt
n/d dt
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实例 1：
装在分电器内的磁感应凸轮轴 /曲轴位置传感器电路连接及信号特征
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实例 2：
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端子端子 条件条件 电阻值电阻值（（ ΩΩ ））
GG11-G-G--
冷态冷态 125-200125-200
热态热态 160-235160-235
GG22-G-G--
冷态冷态 125-200125-200
热态热态 160-235160-235
Ne-GNe-G--
冷态冷态 155-250155-250
热态热态 190-290190-290
曲轴 /凸轮轴位置传感器的电阻值感应线圈与正时转子的间隙
间隙应为 0.2-0.4mm
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— 电流
— 磁场强度
2 ）霍尔效应式
— 霍尔系数
— 基片厚度
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实例 1：
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实例 2：
3C
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测量霍尔效应式传感器的输出电压。关闭点火开关，将分高压线搭铁，用数字万用表的两表笔接在传感器信号输出端子和接地端子上，然后按发动机转动方向转动发动机，电压表置于直流量程，观察电压表上的读数，其值一般在 0-5V之间变化。当遮蔽板转到磁铁和霍尔元件之间时，其值为 2-5V；当遮蔽板转离磁铁和霍尔元件时，其电压值为 0.3-0.4V。若电压值不在 0-5V之间变化，则应更换霍尔效应传感器。以上所述电压表显示的数值，由于生产年代不同，内部电路参数不同，其电压值有所同。测试值应与同期生产的汽车进行对比判定。
信号电压的检测：
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信号波形检测：
连接波形测试设备，起动发动机，怠速运转，而后加速或按照行驶性能发生故障的需要驾驶等，获得波形
波形分析： ①波形频率应与发动机转速相对应； ②由于传感器供电电压不变，因此所有波峰的高度
（幅值）均应相等；
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3）光电式曲轴位置传感器
光电式与霍尔效应式曲轴 / 凸轮轴位置传感器虽然原理不同，但一般都是包括一根电源线、一根新号线和一根搭铁线，信号都是数字方波信号，所以检测方法基本相同，但由于光电式传感器的遮光转盘缝隙很密，发动机转速又很快，只有用示波器才能准确地检测有用信息。另外光电式传感器如污染、有灰尘，就不能正常工作了。应彻底观察光电式传感器是否漏油，确保遮光转盘安装完好、密封盖不漏光。
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4）磁控电阻式
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一种方式是将嵌齿轮装在凸轮轴或曲轴上，由其驱动旋转，将永久磁铁和磁控电阻安装在嵌齿轮附近。
另一种方式是将永久磁铁做成磁环装在转轴上，将磁控电阻偏置在磁环附近，如图所示。两种结构都满足磁阻效应，都能产生转速信号。
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实例 1：
通用 L35 发动机磁控电阻式凸轮轴 / 曲轴位置传感器
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磁控电阻式凸轮轴 /曲轴位置传感器的检测：
磁控电阻式与霍尔效应式、光电式传感器一样都是包括一根电源线、一根新号线和一根搭铁线，信号都是数字方波信号，只是幅值比光电式和霍尔效应式高。检测方法也基本相同，既可采用电压检测法又可采用波形检测法。
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（二）车速传感器 安装位置：安装在组合仪表内、变速箱输出轴上
。 类型：磁控电阻式、光电式、磁感应式。磁
控电阻式车速传感器
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磁控电阻式车速传感器
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光电式车速传感器
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（三）爆震传感器ECU会根据爆震（ KNK）传感器的信号对点火提前角实行反馈控制，以避免爆震。爆震传感器一般安装在发动机缸体上。爆震传感器的类型：一般采用检测发动机振动的方法来判断有无爆震及爆震的强度。有电感式和压电式。压电式又有共振型、非共振型和火花塞型三种。
汽车发动机电子控制技术 1. 爆震传感器的结构和工作原理
共振型：传感器固有振动频率与发动机爆震频率相同，爆震时，发生谐振，输出电压信号最大，无需使用滤波器即可识别爆震。
非共振型：爆震时，传感器输出电压不大，具有平缓的输出特性，需将信号送到滤波器中识别是否发生爆震。适用范围广。
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磁滞伸缩式爆震传感器：发动机振动时，铁心振动偏移，线圈内产生感应电动势，输出电压信号，其大小与振动频率有关，爆震时发生谐振，输出最大信号。
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发动机振动发动机振动
压电式：当晶体受到外力作用时，晶体两表面产生电压，电压大小与外力大小成正比；外力撤去，晶体不带电。
传感器振动传感器振动
压电元件输 压电元件输 出信号电压出信号电压
压电晶体
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2.压电共振式爆震传感器
由于共振型爆震传感器振子的固有频率与发动机爆震时的振动品率一致，所以必须与发动机配套使用，通用性差。但当爆震发生时，振子与发动机共振，压电元件输出的信号电压有明显增大，易于测量。
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3. 非共振型压电式爆燃传感器
当发动机产生爆燃时，配重块就以一正比于加速度的交变力施加在压电片上，从而产生输出信号。 这种爆燃传感器在爆燃时输出的电压较无爆燃时无明显增加，爆燃是否发生是靠滤波器检出传感器输出信号中有无爆燃频率来判别的。
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ECU根据爆震信号超过基准值的次数来判定爆震强度，其次数越多，爆震强度越大；次数越少，则爆震强度越小。
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4. 磁致伸缩式爆燃传感器
当传感器的固有振荡频率与发动机爆燃时的振动频率相同时，传感器输出最大信号。
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（四）点火器（四）点火器1.1.点火器功能结构点火器功能结构
功能：根据功能：根据 ECUECU的的指令，控制点火线圈初指令，控制点火线圈初级电路的通电或断电，级电路的通电或断电，并在完成点火后向并在完成点火后向 ECECUU输送点火确认信号。输送点火确认信号。结构：如左图结构：如左图检测：用万用表或示检测：用万用表或示波器检查发动机波器检查发动机 ECUECU相应端子间电压。 相应端子间电压。
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2.2. 点火控制电路点火控制电路 如左图为丰田皇冠如左图为丰田皇冠 3.03.0轿车点火控制电路。轿车点火控制电路。 维修时用万用表检测维修时用万用表检测“＋“＋ B”B”端子和点火线圈端子和点火线圈的“＋”端子与搭铁之间的“＋”端子与搭铁之间的电压，应为蓄电池电压。的电压，应为蓄电池电压。怠速时检查点火器“怠速时检查点火器“ IGIGT”T”端子与搭铁之间应有端子与搭铁之间应有脉冲信号，检查脉冲信号，检查 ECUECU 的的““ IGF”IGF”端子与搭铁之间端子与搭铁之间应有脉冲信号。 应有脉冲信号。