汽车底盘电控系统课件：学习情境三认识和维护电控点火系统 144页

学习情境三 认识和维护电控点火系统 学习目标 · 通过本情境的学习，读者能够认识和维护电控发动机点火系统。 · 具体学习目标如下。 ① 认识电控发动机点火系统组成和工作过程。 ② 维护电控发动机点火系统。 ③ 认识电子控制点火提前系统。 学习任务 · 为了帮助读者获得维护电控发动机点火系统的能力，本情境安排的学习任务如下。 任务一 认识和维护点火系统。 任务二 认识电子控制点火提前系统。 任务一 认识和维护点火系统 任务二 认识电子控制点火提前系统 任务一 认识和维护点火系统 一、学习目的 · 在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，如果点火系统出现故障，往往发动机无法起动。 · 点火系统在汽车上是最先使用电控技术的系统，随着发动机点火系统技术不断发展，许多机械部件不再使用，点火系统的维护变得越来越简单。 二、相关知识 （一）点火系统的作用和分类 · 点火系统的功能有：产生高压电使火花塞跳火，点燃混合气；控制点火提前角；按点火顺序将火花分配到各气缸。 · 电控点火系统可以控制发动机各工况时的点火提前角，使发动机在功率、经济性、加速性和排放等方面达到最优。 · 电控点火系统可分为有分电器和无分电器两种类型。 （二）点火系统的主要部件 · 电控点火系统主要部件包括点火线圈、高压导线、火花塞、分电器、点火控制器等，点火系统部件在车上的布置如图 3-1 所示。 1 ．点火线圈 · 点火线圈的作用是将汽车蓄电池或发电机输出的低压电升高至 15 ～ 30kV ，以供火花塞产生高压电火花。 · 点火线圈由匝数较少的初级线圈和匝数较多的次级线圈构成，线圈缠绕在磁性铁芯上。 · 常用的点火线圈如图 3-2 所示。 2 ．高压导线 · 高压导线又称火花塞导线，它将点火线圈产生的高压电传输到分电器盖，再由分电器盖到各缸火花塞，如图 3-3 所示。 3 ．火花塞 · 点火系统用火花塞点燃气缸内的可燃混合气。 · 火花塞由 3 个主要部分组成 — 钢壳、陶瓷绝缘体和一对电极（见图 3-4 ），带有螺纹和密封座的钢壳包裹着陶瓷芯和电极。 4 ．分电器 · 电控点火系统中分电器的作用是将高压电按点火顺序分配至火花塞，主要由分电器盖、分火头等组成。 · 丰田轿车的分电器结构如图 3-5 所示，有些车辆的曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器也安装在分电器内。 5 ．点火控制器 · 点火控制器（ ICM ）也又称为点火器、点火控制单元，作用是接收传感器的信号，在适当的时刻断开和接通初级点火电路，使点火线圈产生高压电。 · 桑塔纳轿车的点火控制器如图 3-6 所示。 （三）有分电器的电控点火系统 1 ．有分电器电控点火系统的组成 · 有分电器电控点火系统如图 3-7 所示。 · 丰田轿车 4A-FE 发动机分电器点火系统如图 3-8 所示。 2 ．点火系统工作原理 ① 点火开关接通 IG2 ，向点火器、点火线圈和 ECU 通电。 ② 发动机工作时， ECU 根据传感器输入的信号，确定发动机点火时刻，向点火器发出触发点火信号“ IGT” ，切断初级电路，使次级绕组感应出高压电，高压电经分电器送到各缸火花塞。 · IGT 信号如图 3-9 所示。 ③ 发动机每点 1 次火，点火器向 ECU 反馈 1 个点火确认信号“ IGF” ，作为自诊断系统监控信号。 · 若 ECU 连续 4 次未收到“ IGF” 信号，即判定点火系统出现故障，停止燃油喷射。 · IGF 信号如图 3-10 所示。 （四）维护 8A-FE 发动机有分电器点火系统 1 ．维护点火系统的注意事项 ① 防止高压电火花电击。 · 尤其要注意由于高压电击所做出的意外反应。 ② 注意在发动机工作时的旋转部件。 ③ 如果不起动发动机，请不要长时间将点火开关打开。 2 ．认识 8A-FE 发动机有分电器点火系统 · 8A-FE 发动机有分电器的点火系统部件主要由火花塞、高压导线、分电器、点火线圈、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、点火控制器等组成，其中点火线圈和凸轮轴位置传感器安装在分电器内。 · 点火系统各部件在车上的布置如图 3-11 所示，电路如图 3-12 所示。 3 ．检查电火花的产生 ① 断开喷油器连接器（避免多余的燃油进入气缸）。 ② 把高压导线从火花塞上取下，拆下火花塞。 ③ 把火花塞安装到高压导线上，搭铁端接地。 ④ 起动发动机，检查是否有火花产生。 4 ．维护火花塞 （ 1 ）清洁火花塞（见图 3-13 ） · 清洁使用的压缩空气压力应低于 588 kPa ，持续时间不大于 20s 。 （ 2 ）检查火花塞螺纹和绝缘体是否损坏（见图 3-14 ） · 如果不正常，则更换火花塞。 · 8A-FE 发动机推荐使用 DENSO 制造 K16R-U 型号的火花塞。 （ 3 ）检查火花塞电极间隙 · 使用火花塞间隙规，检测 8A-FE 发动机火花塞电极间隙应为 0.7 ～ 0.8 mm ，如图 3-15 所示。 5 ．检测高压导线的电阻 · 用欧姆表测量带阻抗的高压导线的电阻，如图 3-16 所示。 · 每根高压导线的最大的电阻为 25kΩ 。 · 如果电阻值比最大值大得多，则检查接线柱，必要时更换高压导线。 6 ．检测分电器总成 （ 1 ）检测点火线圈的电源 · 把点火开关转到“ ON” ，测量正极（ + ）与车身接地之间的电压，应为 10 ～ 14V ，如图 3-17 所示。 （ 2 ）检测初级线圈电阻 · 拆下分电器盖、转子和点火线圈防尘罩，用欧姆表测量初级线圈正极（ + ）和负极（  ）端子之间的电阻，如图 3-18 所示。 · 初级线圈电阻冷态为 0.36 ～ 0.55 Ω ，热态为 0.45 ～ 0.65 Ω 。 · 如果电阻值与额定值不符，则更换点火线圈。 （ 3 ）检测次级线圈电阻 · 用欧姆表测量次级线圈正极（ + ）和高压接线柱之间的电阻，如图 3-19 所示。 · 次级线圈电阻冷态为 9.0 ～ 15.4 k  ，热态为 11.4 ～ 18.1 k  。 · 如果电阻值与额定值不符，则更换点火线圈。 （ 4 ）检测凸轮轴位置传感器气隙 · 用厚薄规测量信号转子和感应线圈之间的垂直间隙。 · 气隙应为 0.2 ～ 0.4mm ，如图 3-20 所示。 · 如果气隙与额定值不符，则更换分电器盖总成。 7 ．安装分电器总成 ① 确定 1 缸压缩上止点的位置。 · 顺时针转动曲轴，把进气凸轮轴缺口的位置对准如图 3-21 所示的位置。 ② 在分电器外壳上安装新的 O 形圈，并在 O 形圈上涂一层薄薄的发动机机油，如图 3-22 所示。 ③ 调整联轴节上缺口的位置与外壳上突起的位置对准（见图 3-23 ）。 ④ 用螺栓把分电器固定，扭矩为 20  N·m 。 8 ．检查点火正时 · 检查点火正时有使用检测仪和不使用检测仪两种方法。 （ 1 ）使用检测仪检查点火正时 ① 预热并停止发动机。 ② 将检测仪连接到诊断接口 DLC3 （见图 3-24 ），将点火开关转至“ ON” 。 ③ 怠速时检查点火正时。 · 此时应关闭所有电气系统，变速器换挡杆应位于空挡。 · 点火正时应为 5° ～ 15°BTDC 。 ④ 将点火开关转至“ OFF” ，从 DLC3 断开检测仪。 （ 2 ）不使用检测仪检查点火正时 ① 将发动机暖机。 ② 使用 SST （跨接线）短接 DLC3 的 13 （ TC ）端子和 4 （ CG ）端子，如图 3-25 所示。 ③ 连接点火正时检查灯（见图 3-26 ），让发动机转速在 1 000 ～ 1 300r/mim 保持 5s 后，在怠速时检查，点火正时应为 8° ～ 12°BTDC 。 · 如果点火正时不符合标准，松动分电器固定螺栓，轻轻旋转分电器的位置进行调整，直至符合要求。 ④ 取下 DLC3 上的 SST 。 ⑤ 在怠速时检查点火正时，点火正时应为 5° ～ 15°BTDC 。 ⑥ 发动机转速升高时，点火正时提前角增大。 ⑦ 拆下正时灯。 （五）无分电器的电控点火系统 1 ．无分电器电控点火系统的组成 · 无分电器电控点火系统又称直接点火系统（ DIS ），采用多个点火线圈，点火线圈的高压电按照一定的点火顺序，由高压导线直接送到火花塞，如图 3-27 所示。 · 无分电器电控点火系统的点火线圈的数量比有分电器电控点火系统的多。 · 点火线圈总成包括一组点火线圈（见图 3-28 ），每个线圈中，次级绕组控制一个或者两个火花塞点火。 · 无分电器点火系统可分为双缸同时点火系统和单独点火系统。 2 ．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，有两个气缸的火花塞同时跳火，即双缸同时点火，如图 3-29 所示。 · 线圈的次级绕组与两个气缸的火花塞相连（见图 3-30 ）。 · 这两个气缸的活塞一起上升和下降，当一个气缸在压缩冲程终了时，另一个气缸在排气冲程，如四缸发动机的 1 、 4 缸或 2 、 3 缸；六缸发动机的 1 、 6 缸， 2 、 5 缸或 3 、 4 缸。 3 ．单独点火的控制 · 单独点火系统如图 3-31 所示。 · 采用单独点火方式的点火系统每一个气缸都配有一个点火线圈。 · 图 3-32 所示为福特福克斯单独点火系统的点火线圈。 （六）维护 3SZ-FE 发动机直接点火系统 1 ．认识 3SZ-FE 发动机直接点火系统 · 3SZ-FE 发动机直接点火系统（ DIS ）部件主要有火花塞、点火线圈、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、电控单元等，其中火花塞直接安装在点火线圈上。 · 各部件在车上的布置如图 3-33 所示，点火系统电路如图 3-34 所示。 图 3-34 3SZ-FE 发动机点火系统电路图 2 ．检查点火线圈总成和火花测试 ① 拆下 4 个点火线圈。 ② 用 16 mm 规格的火花塞扳手拆下 4 个火花塞。 ③ 将火花塞安装到点火线圈上，并连接点火线圈连接器，将火花塞负极搭铁。 ④ 断开 4 个喷油器连接器。 ⑤ 发动机运转时，检查各火花塞是否出现火花。 3 ．检测火花塞 （ 1 ）检测火花塞的绝缘电阻 · 用兆欧表测量绝缘电阻（见图 3-35 ），应为 10MΩ 或更大。 · 如果结果不符合规定，则用火花塞清洁器清洁火花塞并再次测量电阻。 （ 2 ）检查火花塞的电极和工作情况 · 将发动机迅速加速到 4 000r/min ，重复操作 5 次；拆下火花塞，目视检查火花塞的电极，如图 3-36 所示。 · 如果电极干燥，则火花塞工作正常，如果电极潮湿，则进行下一步检查。 （ 3 ）检查火花塞螺纹和绝缘件 · 火花塞螺纹和绝缘件如有任何损坏，则更换火花塞。 · 3SZ-FE 发动机推荐使用 DENSO 制造 SXU22PR9 型号的火花塞。 （ 4 ）检测火花塞电极间隙（见图 3-37 ） · 旧火花塞的最大电极间隙为 1.1 mm ，如果间隙大于最大值，则更换火花塞。 · 新火花塞的电极间隙为 0.8 ～ 0.9 mm 。 （ 5 ）清洁火花塞 · 如果电极湿润或有积碳，则用火花塞清洁器清洁电极并使其干燥。 · 清洁火花塞使用的压缩气的气压不超过 588kPa ，持续时间为 20s 或更短时间。 4 ．检查点火正时 · 检查点火正时有使用检测仪和不使用检测仪两种方法。 （ 1 ）使用检测仪检查点火正时 ① 预热并停止发动机。 ② 将检测仪连接到诊断接口 DLC35 ，将点火开关转至“ ON” 。 ③ 怠速时检查点火正时。 · 此时应关闭所有电气系统，变速器换挡杆应位于空挡。 · 点火正时应为 4° ～ 8°BTDC （上止点前）。 ④ 将点火开关转至“ OFF” ，从 DLC3 断开检测仪。 （ 2 ）不使用检测仪检查点火正时 ① 拆下发动机盖。 ② 拉出测试线束（见图 3-38 ）。 ③ 预热并停止发动机。 ④ 使用检测初级信号的正时灯，将正时灯的卡子连接到线束上。 ⑤ 将点火开关转至“ ON” ，用 SST （跨接线）连接 DLC3 的端子 12 （ TC ）和端子 4 （ CG ），如图 3-25 所示。 ⑥ 怠速时检查点火正时。 · 此时应关闭所有电气系统，变速器换挡杆应位于空挡。 · 点火正时应为 4° ～ 8°BTDC （上止点前）。 ⑦ 断开 DLC3 的端子 12 （ TC ）和端子 4 （ CG ）。 ⑧ 将点火开关转至“ OFF” ，拆下正时灯。 （七）利用示波器检查点火系统工作情况 · 利用示波器观察点火系统次级电压的波形变化，可以判定点火系统的工作情况。 · 为了便于对各缸的次级点火电压变化进行比较，常用的波形显示有单缸标准波形、平列波和并列波 3 种。 1 ．单缸标准波形 · 当点火系统工作时，使用示波器显示某一缸次级电路中电压随时间的变化，就得到单缸次级电压波形（见图 3-39 ）。 2 ．平列波 · 在平列波模式，示波器从左至右显示所有气缸的点火波形（见图 3-40 ），便于观察每个缸的点火状态。 3 ．并列波 · 在并列波模式中，各缸的电压波形上下对齐为一列放置，这样易于比较各电压波形随时间的变化，如图 3-41 所示。 任务二　 认识电子控制点火提前系统 一、学习目的 · 本任务学习电子控制点火提前（ ESA ）系统的组成及点火正时控制、确定基本点火提前角和校正点火提前控制的影响因素。 二、相关知识 · 电子控制点火提前（ ESA ）系统根据各种传感器传来的信号，把发动机工况和存储的最佳点火正时相对应，计算出点火正时，并将点火信号传送给点火器。 · 电子控制点火提前（ ESA ）系统由各种传感器、发动机 ECU 、点火器、点火线圈和火花塞等组成，如图 3-42 所示。 （一）点火正时控制 · 点火正时控制包括起动点火控制和起动后点火控制两个基本控制，如图 3-43 所示。 1 ．起动点火控制 · 当发动机起动时，点火时间设置在初始点火正时角。 · 初始点火正时角由以下因素决定：当发动机 ECU 接受了 G 信号（图形左边 A 点）后，再接受 NE 信号（图形左边 B 点），这就决定了当曲轴转角达到上止点前 5° 、 7° 或 10° 时（不同的机型角度也不同），此时的角度即为最初点火正时角度，如图 3-44 所示。 2 ．起动后点火控制 · 起动后点火控制就是当发动机起动后正常运转时的有效控制。 · 这种控制是通过对初始点火正时角和基本点火提前角进行各种校正来完成的，基本点火提前角根据发动机负荷和转速而计算出。 点火正时  =  初始点火正时角  +  基本点火提前角  +  校正点火提前角 （二）基本点火提前角 · 基本点火提前角主要由发动机转速和进气量（进气歧管压力）信号决定，基本点火提前角和转速信号、进气量信号的对应关系储存在发动机 ECU 的内存中，如图 3-45 所示。 （三）校正点火提前控制 1 ．预热校正 · 当冷却液温度太低而要改善发动机的行车性时，为了适合进入的空气质量而进行提前角的校正，通过该校正功能可将点火时间角度提前最大 15° 。 · 预热校正如图 3-46 所示。 2 ．过热校正 · 当冷却液温度过高时，点火时间将被延迟以防止爆震或过热，这种校正使点火时间角度延迟最大 5° 。 · 过热校正如图 3-47 所示。 3 ．稳定怠速校正 · 如果发动机怠速偏离目标怠速，发动机 ECU 将会调节点火时间以使发动机转速稳定。 · 稳定怠速校正如图 3-48 所示。 4 ．爆震校正 · 如果发动机出现爆震，爆震传感器产生电压信号，发动机 ECU 根据爆震信号的强度来判断爆震的强弱，然后通过延迟点火时间进行校正。 · 爆震校正如图 3-49 所示，爆震控制过程如图 3-50 所示。 5 ．其他校正 · 还有一些发动机型为 ESA 系统增加了下列几种校正，以便更准确有效地控制点火时间。 （ 1 ）空燃比例反馈校正 · 为了保持怠速稳定，在空燃比例反馈中，要使点火时间提前以和进入的空气量相匹配。 （ 2 ）废气再循环（ EGR ）校正 · 当废气再循环系统工作并且节气门处于关闭状态时，要提前点火时间，以便与进入的空气质量和发动机转速相一致。 （ 3 ）扭矩控制校正 · 由于车辆配备了自动变速器，在换挡过程中将会产生震动。 · 可通过延迟点火正时以降低发动机扭矩，来减小这种震动。 （ 4 ）加速校正 · 当从减速转换为加速时，点火时间需要提前或者延迟以便满足加速过程的需要。 （ 5 ）巡航控制校正 · 当以巡航控制行驶时，在下坡行驶中，巡航控制 ECU 发出一个信号给发动机 ECU 以延迟点火正时，使得在制动过程中产生的发动机扭矩变化最小，以执行平稳巡航控制。 （ 6 ）牵引力控制校正 · 牵引力控制运作时，为了降低发动机扭矩，将会延迟点火正时。