微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)故障診斷與檢修

尹新權(quán),劉小斌,王珺(蘭州工業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院，甘肅蘭州 730050)

微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)故障診斷與檢修

尹新權(quán),劉小斌,王珺
(蘭州工業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院，甘肅蘭州 730050)

分析了微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)分類與工作原理，提出微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)故障診斷思路及主要元件故障檢修方法。

微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)；故障診斷；檢修

0 引言

現(xiàn)代汽車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)中,大多數(shù)采用了微機(jī)控制點(diǎn)火(ESA)系統(tǒng)。文中詳細(xì)分析了微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)分類與工作原理，并提出了微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)故障診斷思路及主要元件故障檢修方法。

1 微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)分類與工作原理

微機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)按有無分電器，可分為有分電器的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)和無電器的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)[1]。

1.1 有分電器的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)

有分電器的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)工作電路如圖1所示。該類型點(diǎn)火系統(tǒng)分電器一般由配電器和信號(hào)發(fā)生器組成，取消了機(jī)械式離心點(diǎn)火提前機(jī)構(gòu)和真空點(diǎn)火提前機(jī)構(gòu)。信號(hào)發(fā)生器按工作原理的不同可分為磁感應(yīng)式、霍爾式和光電式3種類型。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，ECU接收到信號(hào)發(fā)生器及其他各傳感器的信號(hào)，通過運(yùn)算確定該工況下最佳點(diǎn)火提前角和點(diǎn)火線圈初級(jí)電路閉合角，并以此向電子點(diǎn)火器發(fā)出點(diǎn)火正時(shí)指令(IGt)。電子點(diǎn)火器根據(jù)ECU的指令控制點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組的導(dǎo)通和截至。當(dāng)初級(jí)電路中的電流被截至?xí)r，次級(jí)繞組中感應(yīng)出高壓電，再由配電器送至相應(yīng)氣缸的火花塞產(chǎn)生電火花。

為實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火提前角的精確控制，由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生G信號(hào)(或由凸輪軸位置傳感器產(chǎn)生)和Ne信號(hào)作為主控信號(hào)來進(jìn)行控制。G信號(hào)是活塞運(yùn)行到壓縮行程上止點(diǎn)位置的判別信號(hào)，主要用來確定點(diǎn)火時(shí)刻控制基準(zhǔn)和氣缸的判別。Ne信號(hào)指發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)，ECU根據(jù)該信號(hào)，可準(zhǔn)確計(jì)算出曲軸每轉(zhuǎn)1°所用時(shí)間，結(jié)合G信號(hào)實(shí)現(xiàn)最佳點(diǎn)火提前角的精確控制。

為保證點(diǎn)火系統(tǒng)可靠工作，點(diǎn)火電子組件中設(shè)有點(diǎn)火確認(rèn)信號(hào)(IGf)發(fā)生電路，在點(diǎn)火線圈初級(jí)電流切斷、初級(jí)繞組產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)時(shí)，輸出點(diǎn)火確認(rèn)信號(hào)IGf給ECU，以監(jiān)視點(diǎn)火控制電路是否正常工作。

1.2 無分電器的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)

無分電器的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)簡(jiǎn)稱DIS(Direct Ignition System)。DIS取消了傳統(tǒng)的分電器，直接將點(diǎn)火線圈次級(jí)繞組兩端與火花塞相連，即把點(diǎn)火線圈產(chǎn)生的高壓電直接送給火花塞進(jìn)行點(diǎn)火。它可消除分火頭與分電器蓋邊電極的火花放電現(xiàn)象，縮短點(diǎn)火高壓輸送線路，減少電磁干擾和點(diǎn)火能量的損耗，因此采用DIS的車型越來越多。

無分電器的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)可分為二極管配電點(diǎn)火方式、分組點(diǎn)火方式和獨(dú)立點(diǎn)火方式3種類型。

1.2.1 二極管配電點(diǎn)火方式

二極管配電式無分電器微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)采用同時(shí)點(diǎn)火方式，工作原理如圖2所示。其特點(diǎn)是4個(gè)汽缸共用1個(gè)點(diǎn)火線圈(2個(gè)初級(jí)繞組N1、N2和1個(gè)次級(jí)繞組N3)，利用4個(gè)二極管的單向?qū)щ娞匦越惶嫱瓿蓪?duì)1號(hào)、4號(hào)缸和2號(hào)、3號(hào)缸配電過程。

當(dāng)ECU接收到各傳感器的相應(yīng)信號(hào)時(shí)，向點(diǎn)火電子組件發(fā)出1號(hào)、4號(hào)缸觸發(fā)信號(hào)，其控制回路使初級(jí)繞組N1中的電流被切斷，在次級(jí)繞組N3中感應(yīng)出下“+”上“-”的高壓電，使1號(hào)缸和4號(hào)缸兩火花塞同時(shí)跳火；當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)過180°后，ECU接收傳感器信號(hào)向點(diǎn)火電子組件發(fā)出2號(hào)、3號(hào)缸觸發(fā)信號(hào)，其控制回路使初級(jí)繞組N2中的電流被切斷，在次級(jí)繞組N3中感應(yīng)出下“-”上“+”的高壓電，使2號(hào)缸和3號(hào)缸兩火花塞同時(shí)跳火。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)2圈，各缸點(diǎn)火2次，有效點(diǎn)火2次，做功1次。

1.2.2 分組點(diǎn)火方式

分組點(diǎn)火方式無分電器微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)是將2個(gè)活塞同時(shí)到達(dá)上止點(diǎn)位置的氣缸(1個(gè)為壓縮行程的上止點(diǎn)，1個(gè)為排氣行程的上止點(diǎn))分為1組，共用1個(gè)點(diǎn)火線圈。以6缸發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其工作原理如圖3所示。

工作時(shí)，ECU接收各傳感器信號(hào)，選擇點(diǎn)火的氣缸，并將點(diǎn)火信號(hào)IGt送給點(diǎn)火電子組件，使負(fù)責(zé)相應(yīng)氣缸點(diǎn)火的點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組斷電，同時(shí)直接向2個(gè)缸的火花塞輸出高壓電。其中，一個(gè)氣缸接近壓縮行程的上止點(diǎn)，火花塞跳火可點(diǎn)燃該缸的混和氣，為有效點(diǎn)火；而另一個(gè)氣缸接近排氣行程的上止點(diǎn)，火花塞跳火不起作用，為無效點(diǎn)火。

從圖3可以看出，ECU給電子點(diǎn)火器提供IGt信號(hào)外，還有IGdA和IGdB輔助判缸信號(hào)。這是因?yàn)镮Gt信號(hào)只指令點(diǎn)火器執(zhí)行點(diǎn)火，但該哪一組共用點(diǎn)火線圈點(diǎn)火，還需通過IGdA和IGdB信號(hào)狀態(tài)來輔助判斷。其判別方式為：IGdA為“0”、IGdB為“1”時(shí)，1號(hào)、6號(hào)缸點(diǎn)火；IGdA為“0”、IGdB為“0”時(shí)，2號(hào)、5號(hào)缸點(diǎn)火；IGdA為“1”、IGdB為“0”時(shí)，3號(hào)、4號(hào)缸點(diǎn)火。

另外，在高壓回路中串聯(lián)有高壓二極管，主要用來防止點(diǎn)火線圈初級(jí)電路導(dǎo)通的瞬間所產(chǎn)生的二次電壓加在火花塞上產(chǎn)生誤點(diǎn)火。

1.2.3 獨(dú)立點(diǎn)火方式

獨(dú)立點(diǎn)火方式無分電器微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)特點(diǎn)是各缸均有一個(gè)點(diǎn)火線圈，即點(diǎn)火線圈的數(shù)量與氣缸數(shù)相等，如圖4所示。每個(gè)單獨(dú)的點(diǎn)火線圈直接安裝在火花塞上，可以省去高壓線，使點(diǎn)火能量的損失和點(diǎn)火系統(tǒng)的故障率進(jìn)一步降低，同時(shí)可以減少電磁干擾。另外，由于每缸均有一個(gè)點(diǎn)火線圈，即使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很高，點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組也有較長(zhǎng)的通電時(shí)間，可提供足夠的點(diǎn)火電壓和點(diǎn)火能量。

工作時(shí)，ECU根據(jù)各傳感器的信號(hào)確定各缸點(diǎn)火提前角的精確時(shí)刻，按序向電子點(diǎn)火器發(fā)出指令I(lǐng)Gt1，IGt2，IGt3，IGt4，由電子點(diǎn)火器按序直接控制各缸點(diǎn)火線圈初級(jí)電路由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截至，次級(jí)線圈感生高壓直接傳給火花塞產(chǎn)生電火花，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。同時(shí)，電子點(diǎn)火器向ECU反饋IGf信號(hào)。

2 微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)故障診斷與檢修

當(dāng)懷疑微機(jī)控制點(diǎn)火系有故障時(shí)，一般先利用自診斷系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。通過故障診斷儀調(diào)取故障代碼，針對(duì)故障碼所指示的故障部位和故障元件進(jìn)行檢測(cè)與維修，經(jīng)路試證明故障全部排除后，清除故障碼，之后再用故障診斷儀閱讀，如無故障碼顯示，自診斷結(jié)束。

但是，微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)有些故障并不以故障碼的形式體現(xiàn)出來，這時(shí)就需要人工診斷。具體診斷方法按有分電器點(diǎn)火系統(tǒng)和無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行。

2.1 有分電器微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)故障診斷

對(duì)于有分電器微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)，一般從中心高壓線的跳火試驗(yàn)開始，其常規(guī)方法故障診斷流程如圖5所示。

2.2 無分電器微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)故障診斷

對(duì)于無分電器微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)，由于高壓配電方式和有分電器微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)不同，由點(diǎn)火系統(tǒng)引起個(gè)別氣缸工作不良(或不工作)故障的原因和診斷方法也相應(yīng)存在一些差異，一般可用高壓線對(duì)缸體試火的方法仔細(xì)檢查。如果是火花塞缺火導(dǎo)致的個(gè)別缸工作不良，主要原因除了火花塞、高壓線的故障外，還可能是相應(yīng)的點(diǎn)火信號(hào)控制電路連接不良或點(diǎn)火線圈、點(diǎn)火控制器、計(jì)算機(jī)控制單元等相應(yīng)部分發(fā)生故障，可以從分缸高壓線的跳火情況進(jìn)行檢查。

2.3 微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的檢修

微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)故障現(xiàn)象一般為發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)、加速不良、熄火、油耗增加及排放超標(biāo)等。其故障的檢查與維修，依據(jù)點(diǎn)火系統(tǒng)的組成和工作原理，主要進(jìn)行主要元件及控制電路的檢修等。

2.3.1 點(diǎn)火線圈的檢修

點(diǎn)火線圈損壞或工作不良容易導(dǎo)致點(diǎn)火能量不足或失火，造成發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)、怠速不穩(wěn)、加速不良、排放超標(biāo)等故障[2]。

微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火線圈為高能點(diǎn)火線圈，可在萬(wàn)能試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，通過測(cè)量跳火間隙判斷點(diǎn)火線圈的性能。高能點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組的電阻一般較小，可通過測(cè)量其初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的電阻值，判斷點(diǎn)火線圈是否斷路、短路和搭鐵。桑塔納轎車點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組的電阻為0.52～0.76 Ω，次級(jí)繞組的電阻為2.4～3.5 Ω；紅旗、奧迪轎車點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組的電阻為0.6～0.7 Ω，次級(jí)繞組的電阻為2.5～3.5 Ω。

2.3.2 火花塞的檢修

火花塞常見故障是電極間隙過大或過小、積炭、電極燒蝕、火花塞漏氣，易引起發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)、熄火、加速不良、排放超標(biāo)等故障。

火花塞檢修可從如下幾個(gè)方面進(jìn)行。(1)火花塞電極間隙可用塞尺或?qū)Ｓ瞄g隙規(guī)測(cè)量，電極間隙不符合規(guī)定要求時(shí)，可輕輕扳動(dòng)側(cè)電極進(jìn)行調(diào)整或直接更換同型號(hào)火花塞；(2)火花塞積炭一般是由可燃混合氣過濃和火花塞溫度過低引起的，應(yīng)查清混合氣過濃的故障原因，予以排除，對(duì)于熱特性偏冷引起的火花塞溫度過低故障，可更換熱特性適應(yīng)的火花塞；(3)火花塞電極燒蝕一般是燃燒室溫度過高、火花塞過熱、火花塞散熱不良引起的，可更換熱特性適應(yīng)的火花塞，同時(shí)找出燃燒室溫度過高、火花塞散熱不良的故障原因并排除；(4)火花塞漏氣通常是在絕緣體外表面沿漏氣方向出現(xiàn)灰黑色條紋，造成絕緣體與殼體密封不良引起的，出現(xiàn)這種故障時(shí)，應(yīng)立即更換火花塞。

2.3.3 曲軸位置傳感器的檢修

曲軸位置傳感器工作不良可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)、怠速不穩(wěn)、加速不良、排氣管“放炮”、動(dòng)力不足等故障現(xiàn)象。

以磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器為例，其檢修可分為靜態(tài)檢修和在線檢修，檢修步驟如下：

靜態(tài)檢修：(1)斷開ECU與分電器(或曲軸軸位置傳感器)導(dǎo)線插接器，用萬(wàn)用表的電阻擋在分電器(或曲軸軸位置傳感器)的接線插座上，測(cè)量曲軸位置傳感器各感應(yīng)線圈的電阻阻值，電阻值應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)值，否則更換曲軸位置傳感器；(2)拆下分電器蓋、分火頭等，用厚薄規(guī)測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)子與傳感線圈凸出部分的空氣間隙，空氣間隙應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，不符合標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)調(diào)整。

在線檢修：(1)拔下點(diǎn)火線圈上的中心高壓線及各噴油嘴上的線束；(2)拔下曲軸位置傳感器的導(dǎo)線插接器，將示波器輸入接線與導(dǎo)線插接器G1-G-，G2-G-，Ne-G-端子連接，用起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)(保持30s)，示波器顯示波形應(yīng)與該傳感器標(biāo)準(zhǔn)波形一致，否則應(yīng)進(jìn)一步檢修。

2.3.4 電子點(diǎn)火器的檢修

電子點(diǎn)火器工作不良容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)、怠速不穩(wěn)、加速不良、排放超標(biāo)等故障。

微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的電子點(diǎn)火器基本電路如圖6所示。

當(dāng)檢測(cè)電子點(diǎn)火器是否存在故障時(shí)，可采用一試燈接于點(diǎn)火線圈的“-”端和電子點(diǎn)火器之間，如圖7所示，拔下電子點(diǎn)火器與ECU的連接線端，用1節(jié)或2節(jié)干電池去觸發(fā)電子點(diǎn)火器“A”端，將使試燈閃亮，如果試燈不閃亮，應(yīng)調(diào)換干電池的極性或重新檢查接線端子是否有誤。試燈如果仍然不亮或長(zhǎng)亮不閃，說明電子點(diǎn)火器有故障，應(yīng)予以更換。

也可以按圖6所示將點(diǎn)火線圈與電子點(diǎn)火器的導(dǎo)線連接器插接好，用電壓表或示波器檢查發(fā)動(dòng)機(jī)ECU端子間的電壓，其電壓值應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)值。如不符，則需更換點(diǎn)火器或ECU。

另外，電子點(diǎn)火器檢修還可以用替換法。即用同規(guī)格的電子點(diǎn)火器替換懷疑有故障的電子點(diǎn)火器，如故障排除，則證明電子點(diǎn)火器損壞。該方法是判斷電子點(diǎn)火器故障最簡(jiǎn)單、最有效的方法，但必須備有相同規(guī)格的新電子點(diǎn)火器。

2.3.5 電子控制單元(ECU)的檢修

電子控制單元故障容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)或起動(dòng)后怠速不穩(wěn)。

雖然電子控制單元在設(shè)計(jì)上有很高的可靠性，但由于生產(chǎn)質(zhì)量、使用環(huán)境、使用方法和檢修方法的差異，汽車ECU故障率呈不斷上升趨勢(shì)。確定ECU損壞的通常方法是在相關(guān)傳感器信號(hào)都能正常輸入ECU、所有執(zhí)行器工作正常的情況下，ECU卻不能正確輸出控制信號(hào)來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器。

ECU故障一般體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)ECU電源部分故障。一般是因?yàn)榫蛙嚦潆姇r(shí)，充電機(jī)電壓過高，或極性接反等原因。這種情況下一般會(huì)燒壞大功率穩(wěn)壓二極管等元件，更換后即可排除故障。(2)輸入/輸出電路故障。一般是放大電路元件燒壞，主要是由于環(huán)境溫度或工作時(shí)散熱不良造成。(3)存儲(chǔ)器部分故障。對(duì)于EPROM或EEPROM出現(xiàn)故障，可更換元件。(4)特殊故障。被水浸過的車輛，ECU會(huì)出現(xiàn)腐蝕，造成元件引腳斷路、粘連或元件損壞，可逐個(gè)檢查修復(fù)或更換元件。

目前，ECU應(yīng)用較多的多層線路技術(shù)，一般檢修人員無法了解線路的走向及各元件的連接情況，無從分析其電路結(jié)構(gòu)，維修困難較大。因此，非專業(yè)人員不要盲目對(duì)ECU進(jìn)行檢修，以免人為引起或擴(kuò)大ECU故障。

【1】 曹治琬.汽油機(jī)電控點(diǎn)火系統(tǒng)的高壓配電房時(shí)[J].汽車電器，2001(5)：57-59.

【2】 高照亮.大眾轎車無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)故障診斷與檢修[J].汽車電器，2006(8)：45-50.

【3】 吳文琳.汽車電腦原理與檢修[M].北京：人民郵電出版社，2008：51-60.

Falut Diagnosis and Inspection of PC Controlled Ignition System

YIN Xinquan，LIU Xiaobin，WANG Jun
(Department of Automobile Engineering，Lanzhou Institute of Technology，Lanzhou Gansu 730050,China)

The classification and basic principle of PC controlled ignition system were analyzed.Then its falut diagnosis and inspection methods for main components were proposed.

PC controlled ignition system；Falut diagnosis;Inspection

2013-11-25

尹新權(quán)(1979—)，男，碩士，講師，主要從事汽車先進(jìn)控制技術(shù)研究。E-mail:xinquan0829@163.com。