EFI/TCCS点火系统 - X431 · 2013-01-30 · 汽车维修技师基本知识系列讲座...

汽车维修技师基本知识系列讲座 TCCS 点火系统

译自 www.autoshop101.com

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EFI/TCCS 点火系统

译者：周真玲

丰田 EFI/TCCS 点火控制概述

运用在丰田 EFI/TCCS 发动机上的点火系统和最初 4M-E EFI 发动机上的没有太大区分别。根

据置于分电器磁拾起线圈（拾磁线圈）产生的信号，初级电路电流的流通通过点火器控制。

点火系统起着双重作用，分一个高电压点火到合适的汽缸和在恰当的时间传送。怠速点火正

时导致最大的燃烧压力在 10' ATDC 左右。

TCCS与传统的EFI点火系统的显著区别就在于控制点火提前角的方式。传统EFI系统利

用机械提前重量和真空横膈膜来完成。始于1983年的5M-GE发动机上的TCCS系统, 则通

过电子控制点火正时和增加类似自动防障碍装置的点火确认信号.

配置了 TCCS 的发动机有两种电子点火类型：电子点火提前系统（ESA）和可变点火提前正时

系统（VAST）。



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传统 EFI 点火系统点火提前角控制

传统 EFI 系统是由分电器（初时），拾磁线圈变磁阻转子齿轮，以及断路器和拾磁线圈（真

空提前）的位置来控制点火提前角。点火提前曲线则是由离心刻度和真空提前弹簧控制。

除了机械磨损和校准失真外，因为冷却液温度变化和考虑到发动机特有的爆裂性，这种点火

提前校准类型非常具有局限性和不灵活性。机械控制点火曲线只是一种最佳的妥协方式。在

某些情况下，正时是最佳的，但大多数情况下不是。

发动机 RPM 信号

为显示发动机转速到 EFI 电脑上，传统的 EFI 系统会使用线圈负极端子（IG-）产生的信号。

因为这类系统不能利用ECU控制正时，到ECU的转速信号对不管任何的点火正时都没有影响。

IG 信号仅为燃油喷射输出。



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传统的 EFI 点火系统运作

当发动机发动的时候，拾磁线圈处会产生一类交流电流信号。这类信号受到点火器的影响，

通过控制电路传递到初级电路功率晶体管底部。

当晶体管底部的电压往高走向时，电流开始流经初级线圈。当电压低走向时，线圈初级电流

停止流动，初级线圈会感应到一股高电压。处于启动速度时，火化塞在初始时间点火，这是

发动机位置的分电器作用之一。

当发动机转动的时候，由拾磁变磁阻转子（信号转子）的相对位置和拾磁线圈来决定点火时

间。相对位置由离心提前重量和真空提前横膜位置来决定。

随着发动机速度的加快，变磁阻转子象分电器曲轴转动一样朝同一方向加速。这是离心提前

运作的结果。

随着越来越多的歧管真空运用到真空控制器上，拾磁线圈就移动到了分电器曲轴旋转的对

面。

这两种情况瞬间产生拾磁线圈信号，使得点火正时提前。



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TCCS 点火管理，电子点火提前（ESA）和可变提前点火正时（VAST）

ECU 点火管理系统提供了更精确的点火正时控制。这类系统取消了离心和真空提前，在他们

的位置上为发动机传感器，用来监控发动机负载（Vs 或 PIM）和速度（Ne）。另外，监控冷

却液温度，敲缸和节气门位置以便随着条件的改变提供更精确的点火时机。

为了能在复杂的发动机运作条件下提供最适宜的点火提前时机, 会建立一个点火提前脉谱

图，而且储存到 ECU 中的查找图中。这个脉谱图可以在任何发动机速度，负荷，冷却液温

度和节气门位置情况下，通过利用从爆震传感器传回的反馈来调整燃油辛烷值的变化，从而

提供精确的点火时机。

TCCS 发动机运用两种类型的 ECU 来控制点火管理，电控点火提前（ESA）和可变点火正时

（VAST）。



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为了监控发动机转速， TCCS 系统利用拾磁线圈的信号，同样也叫做 Ne 拾磁。 Ne 拾磁与传

统 EFI 上的拾磁线圈非常类似。它有 4 齿或者 24 齿变磁阻转子，这取决于发动机的运用。

配有 ESA 系统的发动机（或者配有 VAST4A-GE 发动机）在分电器中会使用一种叫 G 传感器的

二次拾磁线圈。G 传感器为 ECU 提供曲轴位置信息，为点火和燃油喷射正时提供参考。一

些发动机会使用两个 G传感器，为 G1 和 G2。

ESA 点火系统运作

在上述例子中，当发动机启动的时候，24 齿 Ne 拾磁线圈和一个 4 齿 G 拾磁线圈会产生一

种交流电流信号。这些信号有条件地传送到 ECU，然后传到微处理器。

微处理器就会推动触发电路，参考 IGt（TR1）。IGt 信号送到点火器来转换初级电路功率晶

体管开和关。

在发动机启动地时候， IGt 会固定点火时机在一个预定值。当发动机转动地时候，这个点

火时机会在发动机速度，负荷，温度，节气门位置和爆震传感器信号的基础上计算出来。

IGt 信号是提前还是延后，这取决于最后的计算时间。ESA 计算时间在所有给出的发动机条

件下考虑了理想点火时机。

如果发动机在启动的时候没有接收到 Ne 或者 G 传感器的信号，那么它不会产生一个 IGt

信号，这样就会阻止点火器工作。



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VAST 系统运作

当发动机启动的时候， 4 齿拾磁线圈就会在分电器处产生一种交流电流信号。在波形形状

电路达到方波形状条件后，此信号直接传送到点火器。

当发动机启动的时候，方波信号通过 Ne 导线传送到 ECU 和点火功率晶体管。点火系统在

初始时间在此条件下传送点火。

当发动机启动超出预定值时， ECU 开始传送 IGt 信号到点火器。这类点火器可以转换计算

正时模式和利用 IGt 信号运作功率晶体管。IGt 正时取决于各类发动机传感器信息。

在发动机启动的时候，VAST 系统直接从拾磁线圈触发点火器，因此即使 IDt 电路到点火器

开路，发动机也会启动。如果一旦发动机已经启动，但点火器却没有收到 IDt 信号，发动机

也会利用拾磁线圈的信号按照默认的初始正时继续运作。

VAST系统只运用在2S-E,22R-E, 22R-TE, 4Y-E, 和 4A-GE 发动机上。



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点火器运作

当IGt信号高走向时，初级电路功率晶体管TR2就打开，允许电流流向初级线圈。当IDt

信号低走向时，点火器干扰初级电路电流，引起电阻感应到次级线圈。

有了ESA系统，点火器中的功率晶体管打开的时间进一步受到点火器里闭合控制电路的影

响。随着发动机转速的提升，不久通过打开晶体管来增加线圈闭合时间。因此，晶体管打开

的时间决定闭合角，晶体管关闭的时间决定点火正时。点火正时是由ECU控制，点火器控制

闭合角。

象在传统的EFI点火系统中的镇流电阻一样，在点火器允许的对线圈饱和时间的相同控制内

控制闭合。在限制线圈和点火器电流，减少加热，在低速度情况下，它允许在发动机高速

度下的最大线圈饱和。

点火确认IGf

一旦点火发生，点火器就会产生一种叫IGf的点火证实信号，发送到ECU。这类IDf信号告诉

ECU点火真正的发生了。在点火故障中，在大约8－11个IGf信号送到点火器而没有收到IGf

信息的情况下，这时ECU会进入一种故障保险模式，关闭喷油嘴预防潜在的催化剂过热。

曲轴角度ECU检测 ESA系统

为得到正确的正时点火和正确喷射, ECU监视Ne和G信号之间的关系. 对大多数发动机, 当

在一个G1(或G2)后接收到第一个Ne信号时, ECU决定曲轴到达压缩冲程的10’BTDC. 因为

ECU正时计算假定初始10’BTDC作为一个整个点火提前曲线的参考点,初始时间调节为临界.



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VAST系统

所有使用这个系统的发动机都有同时喷射模式(4A-GE除外), 因此G信号显得不是很有必要.

曲轴每转动180’,四齿拾磁线圈就会产生脉冲, 信号正时取决于发动机的分电器位置.分电

器位置决定Ne信号正时和参考的初始正时.有着VAST系统的4A-GE发动机,使用组喷射, 利用

G传感器信号得到曲轴位置, 因此ECU可以得到每组喷射组的正确的正时时间.

点火正时

ECU通过比较发动机运作参数和存储的点火提前值来决定点火正时.

点火正时一般公式如下:

初始时间+基本提前角+矫正提前角=总点火提前

基本提前角是通过曲轴角度(G1)信号,曲轴速度信号(Ne)信号一级发动机负载(Vs或PIM)传

感器信号计算出来的.矫正正时参数包括冷却液温度(THW)调节和爆震次数(KNK).

无分电器点火系统(DLI)

DLI, 顾名思义, 是一种电子点火分电系统,在未使用传统分电器的情况下从点火线圈到火

花塞直接提供次级电流. 此类系统只运用在7M-GTE发动机上. DLI系统包括以下主要部件:

1. 凸轮轴位置传感器

2. 点火器

3. 点火线圈(3)



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凸轮轴位置传感器

与无次级分电系统7M-GE分电器非常相似, 凸轮轴位置传感器覆盖Ne,G1和G2拾磁端子. Ne

拾磁转子有24个齿,它的信号表示曲轴速度.G1和G2拾磁端子分别产生6号汽缸和1号汽缸接

近TDC压缩冲程的信号.这些信号表示标准的曲轴角度和汽缸识别.

点火器

点火器和运用在分电类型点火系统很相似，但点火器结合了三个独立的初级电路。点火器通

过ECU发出的IGdA和IGdB信号决定三个初级电路的正时.IGt信号由点火器传输给恰当的功率

晶体管电路在恰当的线圈触发点火. 每次发生点火事件,点火器同样也传送标准的IGf确认

信号到ECU.



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点火线圈

线圈串联在相邻汽缸的火花塞中, 发动机周期(曲轴旋转720’), 每转一圈, 点火两次, 同

时火花塞点火. 在TDC压缩冲程前,其中一火花塞点火,这时另外一个火花塞在TDC排气冲程

前同样的位置也点火.这类次级分电可参考空点火.

三个点火线圈安装在靠近头盖上部的发动机顶部.正面观察发动机,1-6汽缸的线圈在左

边,3-4汽缸的线圈在中间,2-5汽缸的线圈在右边。

DLI系统操作

启动发动机的时候,24齿Ne传感器和两个G传感器(G1和G2)之间产生交流电信号. G传感器是

360’不同步的.

G传感器代表在压缩冲程中1号和6号活塞靠近TDC.ECU收到这些信号,并用ESA微处理器进行

分析处理.

ESA微处理器有两种功能. 它产生IGt信号和汽缸识别信号,IGdA和IGdB. 这样使DLI点火器

在启动发动机的时候触发恰当的线圈.

这些信号被送到DLI点火器.DLI点火器在结合IGdA和IGdB信号的基础上,可以电子控制正确

的初级信号分配.点火器在结合线圈初级电流的基础上,分配IGt信号给适合的线圈驱动电路

和决定闭合期. ESA计算点火提前角.

下列表显示了点火器计算曲轴位置及适合的分配IGt信号给连接相关点火线圈的晶体管驱动

电路.



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点火系统保养

点火系统故障诊断

无火花输出

下列步骤假设当发动机发动的时候,火花测试器在两个不同的汽缸之间探测到显示无火花.

下列指数仅供参考,在维修过程中请查阅维修手册.

初步检查

1. 在分析点火系统前确定电瓶的状况.

2. 检查分电器, 点火器以及线圈是否连接正常.

3. 检查线圈以及线圈线是否有泄露现象.

初级电路检查

1. 确保点火器和线圈正极端子通电.检查线圈正负极是否连接好.

2. 当启动发动机的时候,用测试灯或者逻辑探针检查线圈(-)端子处的初级交换.如果闪灯,

就说明初级交换发生,检查线圈线,线圈次级电阻或者分电器盖是否有次级泄漏.

3. 点火器中的功率晶体管通过点火器盖到汽车底盘接地, 通常在排除故障之前要检查是

否接地良好.

4. 确定线圈初级和次级线圈电阻,以及初级线圈是否接地.

5. 用示波器或者逻辑探针确定Ne和G拾磁线圈到达ECU或点火器(VAST系统)的信号.

如果诊断出故障, 检查拾磁线圈电阻是否合适,是否短路.检查电气连接的地方.如果信

号振幅过低, 检查信号发生器间歇.

6. 用示波器或者探针检查从ECUIGt电路到点火器的信号状态.

7. 在7M-GTE中, 检查点火器中的功率晶体管. 偏晶体管使用远程3伏的电压作为电源. 用

欧姆表检查初级电路到地的持续性(细节请参考维修手册).

8. 依照规格说明检查拾磁间隙和线圈电阻.如果间歇和/或者电阻不在范围之内, 那么请

更换有故障的部件.



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正时提前不正确(VAST 系统)

在发动机可以运转但是正时提前不准的情况下做下列检查.

如果IGt信号并未到达点火器,VAST系统允许点火系统在初始正时运作.如果这种情况发生,

不管发动机速度或者负载,点火系统都会在初始正时时锁住.ECU 监测不到这种故障,因此不

同于发动机性能的故障, 这类故障一般是没有任何提示的.

检查方法:

1. 用示波器或者逻辑探针监测点火器的 IGt 电路.

2. 如果在 IGt 发出良好信号, 检查点火器的接线问题.

3. 一旦确定连接良好以后, 唯一可能引起这种情况的就只剩下点火器.

正时超出范围(VAST 或 ESA)



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一些情况下, 可驾驶性症状或者检查正时泄露提前,对输入的条件来讲相对是超出了范围.

这类情况通常是由于不正确的传感器信息到达 ECU 导致的.用此例可以解释歧管压力传感器

低于最低范围事例. 传感器低于最低的电压说明连接 ECU 的小负荷情况. ECU 用正时提前回

应小负荷的运转. 如果负荷由适中到大，伴随着过度点火提前，车辆在这种情况下运行，会

导致爆炸.

当怀疑有这类情况发生时, 建议用标准电压检查所有主要的传感器输入到 ECU. 如果任何

一个传感器超出标准范围, 那么很有可能就是这个传感器引起问题.传感器信号值主题被记

录在 “电子发动机控制”.

初始点火正时调节

所有配备 TCCS 的发动机利用在发动机盖下某处的测试端子(T 或者 TE1). 早期 TCCS 利用一

种两端子监测接线处的接头. 黄色车身接头包含电路T和E1, 在跨线时, 默认TCCS系统到

初始正时. 这类测试端子的位置根据应用不同而不同. 请参考相关的接头位置维修手册.

另一新的多功能检查接头逐步始于 1985 的车型. 自 1860 年,所有的汽车都装备了这类新型

接头. 从平面看来,接头通常置于每边的挡泥板地方或者靠近隔水板. 随着测试 ECT, TEMS,

SRS 等的测试端子的出现, 为了更好地和其他区分开来,TCCS 测试端子已经更名为 TE1.



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监测任何配备了 TCCS 的发动机的正时:

1. 发动机在正常运作下的温度

2. 使用 SST 09843-18020(或类似东西)使T(TE1)跨线到E1.

3. 等待发动机转速到平稳时(速度可能在5秒内从1K到1.3K).

4. 按照维修手册上每一步骤使用正时光来确定初始正时

A. 确定转速在规定范围内.

B. 在必要时通过转动分电器调节正时(凸轴位置传感器在 7M-GTE).

5. 移开 SST 跳线.

6. 重新检查正时,从移开 SST 开始,正时应该提前至少 3″到 18″.

概要

在本章中, 我们学习了 ECU 是如何电子控制点火正时,在发动机速度,负载, 温度和油量的

基础上,如何在最恰当的时间点火. 点火提前曲线存储在 ECU 中.

配备了丰田TCCS的发动机有两种类型ECU控制点火提前系统, 可变提前点火正时系统(VAST)

和电子控制点火提前系统(ESA). 这两类主要的区别在于 VAST 系统中分电器中的磁拾起线



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圈连接点火器, 而在 ESA 系统中, 是直接连接 ECU.

点火器产生点火确认信号, 每类点火事件点火器也向ECU发出信号.如果点火信号丢失, IGf

信号会提供 ECU 自动防障碍燃油切断信号.

无分电器点火系统(DLI)通过三线圈废点火系统提供次级分电. 其中两个火花塞和点火线圈

次级线圈的每一端连接起来. 每次汽缸双双靠近 TDC 时,三个火花塞同时点火, 一个火花塞

点燃混合物, 其他的消耗在排气冲程上.

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