汽车发动机汽油机的点火控制原理与检修课件.ppt
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1、 汽油机的点火控制原理与检修汽油机的点火控制原理与检修第一节 微机控制点火系统的组成 组成:CKP、CMP、AFS、TPS、THA、THW、VSS、KNK、各种控制开关、ECU、点火控制器、点火线圈及火花塞 AFS:确定进气量大小的传感器。在L型(流量型),在 D 型(压力型)采用的是进气歧管压力传感器通过检测节气门后进气歧管内的负压(真空度)来间接检测空气流量。空气流量信号输入ECU后,除了用于计算基本喷油时间之外,还用作负荷信号来计算和读取基本点火提前用作负荷信号来计算和读取基本点火提前。THA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对基本点火提前角
2、进行修正火提前角进行修正。冷却水温传感器信号反映发动机工作温度的高低。在微机控制点火系统中,ECU 除了利用该信号对基本点火提前角进行修正之外,还要利用该信号控制启动和发动机暖机信号控制启动和发动机暖机期间的点火提前角。期间的点火提前角。TPS: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对点火提前角进行修正。KNK:是点火提前角闭环控制(防爆震控制)系统必不可少的传感器。ECU 可据爆震传感器输出可据爆震传感器输出的信号来判断发动机是否发生爆震,从而对点火的信号来判断发动机是否发生爆
3、震,从而对点火提前角进行修正提前角进行修正。各种开关信号各种开关信号用于修正点火提前角修正点火提前角。启动开关信号用于启动时修正点火提前角;空调开关信号用于怠速工况下使用空调时修正点火提前角;空挡安全开关仅在采用自动变速器的汽车上使用,ECU利用该开关信号来判断发动机是处于空挡停车状态还是行驶状态,然后对点火提前角进行必要的修正。二、电子控制单元二、电子控制单元 采用集中控制系统,其中微机控制点火系统仅是电子控制器的一个子系统。电子控制器(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
4、该型发动机在各种工况下的最佳点火提前角。随机存储器(RAM)用来存储微机工作时暂时需要存储的数据,如输入输出数据、单片机运算得出的结果、故障代码、点火提前角修正数据等等,这些数据根据需要可随时调用或被新的数据改写。CPU不断接收上述各种传感器发送的信号,并按预先编制的程序进行计算和判断后,向点火控制器发出最佳点火提前角和点火线圈初级电路导通时间的控制信号。三、点火控制器三、点火控制器 点火控制器点火控制器(点火电子组件、点火器或功率放大器),是微机控制点火系统的功率输出级。作用作用:接受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、功能与结构依车而异,有的与E
5、CU制作在同一块电路板上,如北京切诺基4.0L发动机集中控制系统;有的为独立总成,并用线束和连接器与ECU相连接,如丰田轿车采用的TCCS系统;有的点火控制器与点火线圈安装在一起并配有较大面积的散热器散热,如桑塔纳2000GSi、3000型轿车的点火控制器。第二节第二节 电子控制点火系统的控制过程电子控制点火系统的控制过程一、电子控制点火原理一、电子控制点火原理CKP向 ECU 提供发动机转速、曲轴转角信号,转速信号转速信号用于计算确定点火提前角,转角转角信号信号用于控制点火时刻(点火提前角)。AFS和和TPS向ECU提供发动机负荷信号,用于计算确定点火提前角。THA、THW、VSS、A/C、
6、KNK用于修正点火提前角。点火提前角的确定过程点火提前角的确定过程:发动机工作时,CPU传感器把发动机的工况信息采集到随机存储器(RAM)中,并不断检测CMP信号(即标志位信号),判定是哪一缸即将到达压缩上止点。当接收到标志信号后,CPU 立即开始对曲轴转角信号进行计数,以便控制点火提前角。与此同时,CPU根据反映发动机工况的转速信号、负荷信号以及与点火提前角有关的传感器信号,从只读存储器中查询出相应工况下的最佳点火提前角。在此期间,CPU一直在对曲轴转角信号进行计数,判断点火时刻是否到来。当曲轴转角等于最佳点火提前角时,CPU立即向点火控制器发出控制指令,使功率三极管截止,点火线圈初级电流切
7、断,次级绕组产生高压,并按发动机点火顺序分配到各缸火花塞跳火点着可燃混合气。当发动机启动、怠速或汽车滑行工况启动、怠速或汽车滑行工况时,设有专门的控制程序和控制方式进行控制。二、电子控制点火系统点火提前角的确定二、电子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。最佳点火
8、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 怠速怠速时的最佳点火提前角是为了使怠速运转平稳、降低有害气体排放量和减少燃油消耗量;部分负荷部分负荷时的最佳点火提前角是为了减少燃油消耗量和有害气体排放量,提高经济性和排放性能;大负荷大负荷时的最佳点火提前角是为了增大输出转矩,提高动力性能。电子控制的点火提前角组成:初始点火提前角、基本点火提前角和修初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角正点火提前角三部分=i+b+c(一)初始点火提前角(一)初始点火提前角 (固定点火提前角),其值大小取决于发动机型式,并由
9、曲轴位置传感器的初始位置决定,一般为上止点前BTDC6 BTDC12,如桑塔纳 2000GLI 型轿车为 BTDC8 实际点火提前角等于初始点火提前角的情况:1、发动机启动时发动机启动时。因为启动时转速变化大,空气流量不稳定,进气量传感器输出的流量信号就不稳定,点火提前角不能准确控制,所以采用固定的初始点火提前角进行控制;2、发动机转速低于400r/min时;3、检查初始点火提前角时。此时有三个条件:一是诊断插座测试端子短路;二是怠速触点 IDL 闭合;三是车速低于 2km/h以下。(二)基本点火提前角(二)基本点火提前角 基本点火提前角是基本点火提前角是最主要的点火提前角,是设计电子控制点火
10、系统时确定的点火提前角。基本点火提前角的测定:基本点火提前角的测定:普遍采用台架试验方法,利用发动机最佳运行状态下的实验数据来确定基本点火提前角。发动机转速与最佳点火提前角的特性测试:发动机转速与最佳点火提前角的特性测试:试验时节气门全开(排除真空度的影响),在每一转速下,逐渐增加点火提前角,直至得到最大功率为止,此时对应的点火提前角即为该转速下的最佳提前角。用同样方法测出不同转速下的最佳点火提前角,即可绘出一族转速与最佳点火提前角的特性曲线。发动机负荷(真空度)与点火提前角的特性测试:发动机负荷(真空度)与点火提前角的特性测试:将发动机固定在某一转速,调节真空度大小,在每一真空度下将点火提前
11、角逐渐增加,直到测得最大功率为止。改变发动机转速,用同样方法测出不同真空度下的最佳点火提前角,即可绘一族发动机负荷与最佳点火提前角的特性曲线。三维点火特性脉谱图三维点火特性脉谱图综合考虑发动机油耗、转矩、排放和爆震等因素,对试验结果进行优化处理后,即可获得以转速和负荷为变量的三维点火特性脉谱图。将脉谱图以数据形式存储在 ECU 的只读存储器(ROM)中。汽车行驶时,微机根据发动机转速信号和负荷信号(由空气流量和节气门位置传感器确定),即可从 ROM 中查询出相应的基本点火提前角来控制点火。(三)修正点火提前角(三)修正点火提前角点火提前角修正意义:点火提前角修正意义:为使实际点火提前角适应发动
12、机的运转状况,以便得到良好的动力性、经济性和排放性能,必须根据相关因素(冷却液温度、进气温度、开关信号等等)适当增大或减小点火提前角,即对点火提前角进行必要的修正。1.暖机修正:暖机修正:指TPS的怠速触点IDL闭合、发动机冷却水温度变化时对点火提前角进行的修正。当冷却水温度低时,应当增大点火提前角,以促使发动机尽快暖机;当冷却水温度升高后,点火提前应相应减小。2.怠速修正怠速修正:为保证怠速运转稳定而对点火提前角进行的修正。发动机怠速运转时,由于负荷变化ECU会将怠速转速调整到设定的目标转速。如动力转向开关或空调开关接通,发动机实际转速低于规定的目标转速时,ECU将根据转速之差,相应地减小点
13、火提前角,使怠速运转平稳,防止发动机怠速熄火。发动机每转一转,ECU计算处理后就输出一个提前角信号。因此当传感器检测到发动机转速、负荷、水温发生变化时,ECU就会自动调整点火提前角。当ECU确定的点火提前角超过允许的最大提前角或小于允许的最小提前角时,发动机很难正常运转,此时ECU将以最大或最小点火提前角允许值进行控制。三、电子控制点火系统的控制过程三、电子控制点火系统的控制过程 点火提前角控制过程和点火导通角控制过程。桑塔纳2000GSi为例。设发动机判缸信号在第1缸上止点前BTDC88时产生、曲轴转速 2000r/min时最佳点火提前角为上止点前BTDC30 曲轴转角。1.点火提前角的控制
14、点火提前角的控制 由CMP和CKP结构原理可知,CMP产生的判缸信号下降沿输入ECU时,表明第1缸活塞处于压缩上止点前BTDC88位置。当ECU接收到判缸信号下降沿后,将对CKP输入的转速与转角信号进行计数。计数开始时的信号称为基准信号,由ECU内部电路控制,曲轴每旋转180产生一个基准信号。因为CMP第一个凸齿信号在判缸信号下降沿后约7时产生,所以基准信号对应于第1缸活塞压缩上止点前BTDC81位置。点火提前角的大小直接影响点火性能,提前角过大会导致发动机产生爆震,提前角过小又会导致发动机过热,所以必须精确控制,一般精确到1。桑2000GSi型轿车CKP凸齿和小齿缺信号均占3曲轴转角,因此需
15、要将CKP信号转换为 1信号。2.点火导通角的控制点火导通角的控制点火导通角点火导通角是指点火线圈初级电路的功率三极管导通期间,发动机曲轴转过的角度。导通角的控制方法:ECU 首先根据电源电压高低,在存储器预先试验存储的导通时间脉谱图中查询导通时间,然后根据发动机转速确定导通角的大小。即在上述发动机工作条件下,功率管VT从导通至截止,必须保证90曲轴转角。因为四缸发动机跳火间隔角度为180 曲轴转角,所以在功率管截止期间,需要曲轴转过的角度跳火间隔角度-导通角=180 -90 =90 实际控制时,ECU从发出功率管截止指令开始对 1 信号进行计数,计数90次1 信号后,在第 91 个1 信号上
16、升沿到来时向点火控制器发出指令,使三极管导通(ON),接通点火线圈初级电流,保证导通角具有90 。微机控制点火系统采用实时控制,其控制精度高、运算速度快。因此,目前一般都采用汇编语言和 C 语言进行编程。第三节第三节 电子控制点火系统的配电方式电子控制点火系统的配电方式 一、机械配电方式一、机械配电方式 机械配电方式: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。桑塔纳 2000GLI、红旗以7220E型轿车和切诺基(Cherokee)吉普车点火系统都采用了这种配电方式。机械配电方式缺点: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,
17、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;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、电子配电方式二、电子配电方式 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。采用电子配电方式分配高压电的点火系统称为无分电器点火系统(DlS,Direc
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