11电控发动机点火系统教案.docx

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11电控发动机点火系统教案

课次：

课题：

电控发动机点火系统

教学目标：

了解和掌握点火系统的组成和原理

教学步骤

一、学习目标及技能要求

掌握点火系统元件检测方法

二、教学重点

掌握点火系统工作原理，检测

三、课前准备

1.桑塔纳2000整车

2.万用表或诊断仪

3.实习报告或维修手册

四、教学方法

（1）理论辅导

（2）示范操作（3）巡回指导

五、教学过程

1．电控点火系统的作用

为了提高发动机的动力性、经济性，减少排气污染，要求点火系统不仅能提供较高的点火能量，而且对点火时刻的控制要求有较高的精度，对发动机各种工况变化有较强的适应能力。

因此，现代汽车在对发动机燃油供给系统实现电控单元控制的同时，对点火系统也广泛采用了电控单元控制。

发动机运转时，曲轴位置传感器和上止点位置传感器判断出曲轴位置和汽缸冲程，ECU根据发动机的转速和负荷信号确定基本点火提前角，并根据其它传感器信号进行实时修正，最后确定最佳点炎提前角并向电子点火控制装置发出精确的点火控制指令；电子点火控制装置依据点火控制指令切断或接通点火线圈一次电路，由于电流的变化，点火线圈二次电路在互感电动势的作用下产生很强的高压电；这个电输送到火花塞后，在电极间产生电火花点燃可燃混合气。

同时，ECU利用爆震传感器对点火提前角实施反馈控制。

2．微机控制电子点火系统的基本组成

1.电子控制单元

电子控制单元根据各传感器输入的信号，ECU确定最佳点火提前角和一次电路导通角，实现对点火提前角和闭合角的控制，并将点火控制信号输送给点火控制器。

2.点火模块

根据EUC输出的点火控制信号来控制点火线圈一次电路的通与断。

3.传感器

传感器是将电信号或非电信号经整理后转变为电信号的装置。

传感器检测发动机运转工况我，为ECU提供曲轴转速、曲轴位置、节气门开度、负荷、冷却液温度、进气温度和流量、启动开关状态、蓄电池电压、废气中氧的含量等有关发动机运行工况和使用条件的各种信息。

（1）曲轴转角与转速传感器。

（2）曲轴基准位置传感器

3.电控点火系统的控制

1.点火提前角的确定

（1）基本点火提前角

根据发动机负荷和发动机转速信号来确定。

（2）点火提前角修正角

是ECU根据发动机进气温度、冷却液温度、节气门位置、混合粉气空燃比、启动开关等传感器信号和有关开关信号，对基本提前点火角按一定的修正特性所做的进一步优化性较正，

暖机修正

稳定怠速时的修正

空燃比反馈修正

④爆震修正

2.点火提前角的控制

点火提前角的控制通常有开环控制和闭环控制二种方式。

（1）开环控制方式

即电子控制器根据有关传感器提供的发动机工况信息，从ECU肉部存储中读取相应的基本提前角。

（2）闭环控制方式

可以在控制点火提前角的同时，不断地检测发现动机的有关工况，如是否发生爆震，怠速是否稳定等

点火系统的闭环控制主要是爆震控制，它最主要的是传感器爆震传感器，它用于检测发动机是否发生爆震，一般，每台发动机安装1或2只。

三缸发动机安装中间，四缸安装在2、3缸体之间。

（3）通电时间控制

点火线圈一次绕组的通电时间被称为闭合角，它主要影响点火线圈储存能量的大小，而点火线圈通电时间和储存能量取决于发动机转速和蓄电池的供电电压。

课次：

课题：

电控发动机点火系统

教学目标：

了解和掌握曲轴位置传感器原理及检测

教学步骤

一、学习目标及技能要求

掌握曲轴位置传感器故障排除

二、教学重点

掌握曲轴位置传感器原理、检测

三、课前准备

1.桑塔纳2000整车

2.万用表

3.实习报告或维修手册

四、教学方法

（1）理论辅导

（2）示范操作（3）巡回指导

五、教学过程

（汽油机）点火提前角：

从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度称为点火提前角。

混合气从点燃、燃烧到烧完有一个时间过程，最佳点火提前角的作用就是在各种不同工况下使气体膨胀趋势最大段处于活塞做功下降行程。

这样效率最高，振动最小，温升最低。

影响点火提前量最大的因素是转速。

随着转速的上升，转过同样角度的时间变短，只有更大的提前角才能得到相应的提前时间。

理论上最小点火提前角为0度，但为了防止在做功行程才点燃混合气（这样会造成动力的损失）往往设为5度以上，这也是启动转速所需要的角度。

实际上曲轴结构的转速是受限的。

曲轴位置传感器的作用就是确定曲轴的位置，也就是曲轴的转角。

它通常要配合凸轮轴位置传感器一起来工作——确定基本点火时刻。

我们都知道，发动机是在压缩冲程末开始点火的，那么发动机电脑是怎么知道哪缸该点火了呢？

就是通过曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器的信号来计算的，通过曲位置传感器，可以知道哪缸活塞处于上止点，通过凸轮轴位置传感器，可以知道哪缸活塞是在压缩冲程中。

这样，发动机电脑知道了该什么时候给哪缸点火了。

曲轴位置传感器通常安装在分电器内，是控制系统中最重要的传感器之一。

其作用有：

检测发动机转速，因此又称为转速传感器；检测活塞上止点位置，故也称为上止点传感器，包括检测用于控制点火的各缸上止点信号、用于控制顺序喷油的第一缸上止点信号。

曲轴传感器主要有三种类型：

磁电感应式、霍尔效应式和光电式。

　1、磁电感应式：

磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器分上、下两层安装在分电器内。

传感器由永磁感应检测线圈和转子（正时转子和转速转子）组成，转子随分电器轴一起旋转。

正时转子有一、二或四个齿等多种形式，转速转子为24个齿。

永磁感应检测线圈固定在分电器体上。

若已知转速传感器信号和曲轴位置传感器信号，以及各缸的工作顺序，就可知道各缸的曲轴位置。

磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器的转子信号盘也可安装在曲轴或凸轮轴上。

2、霍尔效应式：

霍尔效应式转速传感器和曲轴位置传感器是一种利用霍尔效应的信号发生器。

霍尔信号发生器安装在分电器内，与分火头同轴，由封装的霍尔芯片和永久磁铁作成整体固定在分电器盘上。

触发叶轮上的缺口数和发动机气缸数相同。

当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间，霍尔触发器的磁场被叶片旁路，这时不产生霍尔电压，传感器无输出信号；当触发叶轮上的缺口部分进入永久磁铁和霍尔元件之间时，磁力线进入霍尔元件，霍尔电压升高，传感器输出电压信号。

3、光电式：

光电式曲轴位置传感器一般装在分电器内，由信号发生器和带光孔的信号盘组成。

其信号盘与分电器轴一起转动，信号盘外圈有360条光刻缝隙，产生曲轴转角1°的信号；稍靠内有间隔60°均布的6个光孔，产生曲轴转角120°的信号，其中1个光孔较宽，用以产生相对于1缸上止点的信号。

信号发生器安装在分电器壳体上，由二只发光二极管、二只光敏二极管和电路组成。

发光二极管正对着光敏二极管。

信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，由于信号盘上有光孔，则产生透光和遮光交替变化现象。

当发光二极管的光束照到光敏二极管时，光敏二极管产生电压；当发光二极管光束被档住时，光敏二极管电压为0。

这些电压信号经电路部分整形放大后，即向电子控制单元输送曲轴转角为1°和120°时的信号，电子控制单元根据这些信号计算发动机转速和曲轴位置。

电磁感应式传感器工作原理

丰田汽车六缸TCCS电磁感应式传感器

丰田公司TCCS系统用磁脉冲式曲轴位置传感器安装在分电器内。

该传感器分成上、下两部分，上部分产生G信号，下部分产生Ne信号，都是利用带有轮齿的转子旋转时，使信号发生器感应线圈内的磁通变化，从而在感应线圈里产生交变的感应电动势，再将它放大后，送入ECU。

Ne信号是检测曲轴转角及发动机转速的信号，相当于日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器的1°信号。

该信号由固定在下半部具有等间隔24个轮齿的转子（N0.2正时转子）及固定于其对面的感应线圈产生。

当转子旋转时，轮齿与感应线圈凸缘部（磁头）的空气间隙发生变化，导致通过感应线圈的磁场发生变化而产生感应电动势。

轮齿靠近及远离磁头时，将产生一次增减磁通的变化，所以，每一个轮齿通过磁头时，都将在感应线圈中产生一个完整的交流电压信号。

N0.2正时转子上有24个齿，故转子旋转1圈，即曲轴旋转720°时，感应线圈产生24个交流电压信号。

Ne信号如图5.81b）所示，其一个周期的脉冲相当于30°曲轴转角（720°÷24=30°）。

更精确的转角检测，是利用30°转角的时间由ECU再均分30等份，即产生1°曲轴转角的信号。

同理，发动机的转速由ECU依照Ne信号的两个脉冲（60°曲轴转角）所经过的时间为基准进行计测。

图5.82G信号发生器的结构及波形

G信号用于判别气缸及检测活塞上止点位置，相当于日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器120°信号。

G信号是由位于Ne发生器上方的凸缘转轮（No.1正时转子）及其对面对称的两个感应线圈（G1感应线圈和G2感应线圈）产生的。

其构造如图5.82所示。

其产生信号的原理与Ne信号相同。

G信号也用作计算曲轴转角时的基准信号。

G1、G2信号分别检测第6缸及第1缸的上止点。

由于G1、G2信号发生器设置位置的关系，当产生G1、G2信号时，实际上活塞并不是正好达到上止点（BTDC），而是在上止点前10°的位置。

图5.83所示为曲轴位置传感器G1、G2、Ne信号与曲轴转角的关系。

霍尔式曲轴位置传感器

①触发叶片霍尔式曲轴位置传感器

美国GM公司的霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端，采用触发叶片的结构型式。

在发动机的曲轴V带轮前端固装着内外两个带触发叶片的信号轮，与曲轴一起旋转。

外信号轮外缘上均匀分布着18个触发叶片和18个窗口，每个触发叶片和窗口的宽度为10°弧长；内信号轮外缘上设有3个触发叶片和3个窗口，3个触发叶片的宽度不同，分别为100°、90°和110°弧长，3个窗口的宽度亦不相同，分别为20°、30°和10°弧长。

由于内信号轮的安装位置关系，宽度为100°弧长的触发叶片前沿位于第1缸和第4缸上止点（TDC）前75°，90°弧长的触发叶片前沿在第6缸和第3缸上止点前75°，110°弧长的触发叶片前沿在第5缸和第2缸上止点前75°。

霍尔信号发生器由永久磁铁、导磁板和霍尔集成电路等组成。

内外信号轮侧面各设置一个霍尔信号发生器。

信号轮转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，霍尔集成电路中的磁场即被触发叶片所旁路（或称隔磁），这时不产生霍尔电压；当触发叶片离开空气隙时，永久磁铁2的磁通便通过导磁板3穿过霍尔元件，这时产生霍尔电压。

将霍尔元件间歇产生的霍尔电压信号经霍尔集成电路放大整形后，即向ECU输送电压脉冲信号。

外信号轮每旋转1周产生18个脉冲信号（称为18X信号），1个脉冲周期相当于曲轴旋转20°转角的时间，ECU再将1个脉冲周期均分为20等份，即可求得曲轴旋转1°所对应的时间，并根据这一信号，控制点火时刻。

该信号的功用相当于光电式曲轴位置传感器产生1°信号的功能。

内信号轮每旋转1周产生3个不同宽度的电压脉冲信号（称为3X信号），脉冲周期均为120°曲轴转角的时间，脉冲上升沿分别产生于第1、4缸、第3、6缸和第2、5缸上止点前75°作为ECU判别气缸和计算点火时刻的基准信号，此信号相当于前述光电式曲轴位置传感器产生的120°信号。

②触发轮齿霍尔式曲轴位置传感器

克莱斯勒公司的霍尔式曲轴位置传感器安装在飞轮壳上，采用触发轮齿的结构。

同时在分电器内设置同步信号发生器，用以协助曲轴位置传感器判别缸号。

北京切诺基车的霍尔式曲轴位置传感器。

在2.5L四缸发动机的飞轮上有8个槽，分成两组，每4个槽为一组，两组相隔180°，每组中的相邻两槽相隔20°。

在4.OL六缸发动机的飞轮上有12个槽，4个槽为一组，分成三组，每组相隔120°，相邻两槽也间隔20°。

当飞轮齿槽通过传感器的信号发生器时，霍尔传感器输出高电位（5V）；当飞轮齿槽间的金属与传感器成一直线时，传感器输出低电位（0.3V）。

因此，每当1个飞轮齿槽通过传感器时，传感器便产生1个高、低电位脉冲信号。

当飞轮上的每一组槽通过传感器时，传感器将产生4个脉冲信号。

其中四缸发动机每1转产生2组脉冲信号，六缸发动机每1转产生3组脉冲信号。

传感器提供的每组信号，可被发动机ECU用来确定两缸活塞的位置，如在四缸发动机上，利用一组信号，可知活塞1和活塞4接近上止点；利用另一组信号，可知活塞2和活塞3接近上止点。

故利用曲轴位置传感器，ECU可知道有两个气缸的活塞在接近上止点。

由于第4个槽的脉冲下降沿对应活塞上止点（TDC）前4°，故ECU根据脉冲情况很容易确定活塞上止点前的运行位置。

另外，ECU还可以根据各脉冲间通过的时间，计算出发动机的转速。

3.光电式曲轴位置传感器

信号发生器结构

它固定在分电器壳上，由发光二极管、光电二极管、转盘和对输出信号进行整形处理的电子电路组成。

发光地二极管，光电二极管和控制电路都装备在固定底板座上，发光二极管与光电二极管位置相对，分别位于转盘的二侧。

转盘固定在凸轮轴上，与凸轮轴一起转动。

（2）光电式曲轴位置传感器工作过程

由于工作时信号转盘随分电器轴一起旋转，并且上面开有360条透光槽，所以，信号转子每天转一圈，曲轴每转二圈，1度信号发生器便输出360个高电平信号和360个低电平信号，共720个信号。

于是，1度信号发生器就会出现表示有电压输出的高电平和表示无电压输出的低电平信号，分别对应于曲轴的1度转角。

如下图所示：

课次：

课题：

电控发动机点火系统

教学目标：

了解和掌握爆震传感器组成及原理

教学步骤

一、学习目标及技能要求

掌握爆震传感器组成及原理

二、教学重点

掌握爆震传感器检测及原理

三、课前准备

1.桑塔纳2000整车

2.万用表或诊断仪

3.电路图或维修手册

四、教学方法

（1）理论辅导

（2）示范操作（3）巡回指导

五、教学过程

（一）爆震传感器

它就装在发动机缸体中间以四缸机为例就装在2缸和3缸之间，或者1，2缸中间一个，3，4缸中间一个。

是用来测定发动机抖动度的，当发动机产生爆震时用来调整点火提前角的。

（2）爆震传感器类型

类型

共振型

共振型磁致伸缩式

共振型压电式

非共振型

非共振型压电式

（三）爆震传感器结构及工作原理

爆震传感器有很多种，其中应用最早的当属磁致伸缩式爆震传感器，它主要由磁芯、永久磁铁和感应线圈等组成。

当机体振动时，磁心受振偏移，使感应线圈内的磁通量发生变化，而在感应线圈内产生感应电动势。

其他种类如压电陶瓷式的，当发动机有抖动时里面的陶瓷受到挤压产生一个电信号，因为这个电信号很弱所以一般的爆震传感器的连接线上都用屏蔽线包裹的。

爆震传感器是交流信号发生器，但它们与其他大多数汽车交流信号发生器大不相同，除了像磁电式曲轴和凸轮轴位置传感器一样探测转轴的速度和位置，它们也探测振动或机械压力。

与定子和磁阻器不同，它们通常是压电装置。

它们能感知机械压力或振动（例如发动机起爆震时能产生交流电压）的特殊材料构成。

点火过早，排气再循环不良，低标号燃油等原因引起的发动机爆震会造成发动机损坏。

爆震传感器向电脑（有的通过点控制模诀）提供爆震信号，使得电脑能重新调整点火正时以阻止进一步爆震。

它们实际上是充当点火正时反馈控制循环的“氧传感器”角色。

爆震传感器安放在发动机体或汽缸的不同位置。

当振动或敲缸发生时，它产生一个小电压峰值，敲缸或振动越大。

爆震传感器产主峰值就越大。

一定高的频率表明是爆震或敲缸，爆震传感器通常设计成测量5至15千赫范围的频率。

当控制单元接收到这些频率时，电脑重修正点火正时，以阻止继续爆震，爆震传感器通常十分耐用。

所以传感器只会因本身失效而损坏。

发动机爆震时产生压力波,其频率为1-10KHZ.压力波传给缸体,使其金属质点产生振动加速度.加速度计爆震传感器就是通过测量缸体表面的震动加速度来检测爆震压力的强弱.点火时间过早是产生爆震的一个主要原因.由于要求发动机能发出最大功率,为了不损失发动机功率而有不产生爆震,安装爆震传感器,使电子控制装置自动调节点火时间.