具有確認功能的點火系統控制原理及失效策略

◆文/山東 劉華

劉華 (本刊編委會委員)

畢業于山東工業大學內燃機專業，現為威海職業學院汽車專業教授、高級工程師，哈爾濱工業大學車輛工程專業工學碩士；山東省教學名師，全國機械行指委汽車專指委委員；《汽車柴油機電控系統檢修》國家級精品課、共享課負責人；“《柴油機電控高壓共軌系統檢修》新課程的構建與教學實踐”省級教學成果二等獎第一完成人。

汽油發動機及燃氣發動機需采用點火系統。目前，常見的點火系統有雙缸同時點火與單缸獨立點火兩種類型，其中，后者得到更廣泛的應用。采用單缸獨立點火系統時，一般將點火控制器集成在點火線圈上，圖1為邁騰車CEAA發動機點火系統中第一缸點火線圈(N70)與ECU的電路連接示意圖。點火線圈插頭有四個接線端子：1號端子接電源、2號端子為控制器搭鐵、3號端子連接ECU(ECU向N70輸出點火控制信號)、4號端子為次級線圈搭鐵。與上述常見的單缸獨立點火系統不同，豐田卡羅拉車1ZR-FE發動機(國內裝機數量巨大)點火系統具有點火確認功能，下文詳細分析這種具有點火確認功能的點火系統控制原理及失效策略。

一、具有點火確認功能的點火系統控制原理分析

1ZR-FE發動機點火系統原理示意圖如圖2所示，點火系統電路圖如圖3所示。

圖3 1ZF-RE發動機點火系統電路圖

1ZR-FE發動機每個點火線圈的插頭上共有四個接線端子：1號端子為供電(+B，ON電源)、4號端子為搭鐵(GND)、3號端子為點火控制信號(IGT)、2號端子給ECM提供點火確認信號(IGF)。每個點火線圈的點火確認線通過一個公共點連接后通過一根導線再與發動機控制模塊ECM的B31插頭81號端子(IGF1)連接(公共連接點處共有5根黃色導線，其中四根分別連接四個點火線圈，剩余一根與ECM的B31插頭的81號端子IGF1連接)。

ECM根據曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器提供的基準信號以及其它傳感器(冷卻液溫度傳感器、空氣流量計、節氣門位置傳感器等)提供的信號，依據點火脈譜圖確定點火正時并向每個點火線圈發送點火控制信號(IGT1至IGT4),IGT信號控制點火線圈內功率晶體管的導通與截止，功率晶體管用于控制接通或切斷初級線圈的電流。

當ECM輸出點火控制IGT信號，控制點火線圈內的功率晶體管使點火線圈內的初級線圈通電(IGT信號為高電位)然后在切斷電流的瞬間，點火線圈內的控制器會產生一個點火確認信號IGF(方波信號)并反饋至ECM。圖4是用雙通道示波器同時測量第三缸點火線圈的點火控制信號IGT3以及ECM接收到的點火確認信號IGF1的波形圖。對應第三缸點火線圈的一個點火控制信號IGT3周期內，ECM依次接收到了第三缸、第四缸、第二缸以及第一缸點火線圈輸入的點火確認信號波形。

圖4 IGT3與IGF1的波形圖

說明：關閉點火開關，拔下點火線圈的插頭，點火開關在ON位置時，在線束側插頭上測量1號端子(電源)的電壓值應為電源電壓、4號端子(搭鐵)的電壓值應為0、3號端子(點火控制信號)電壓值應為0、2號端子(點火確認信號)電壓值應為5V左右。

二、具有點火確認功能的點火系統失效策略分析

與常見的單缸獨立點火系統不同，1ZR-FE發動機點火系統由于具有點火確認功能，因此，當點火線圈及其線路發生故障時，會具有不同的失效控制策略。

1.點火線圈的初級線圈故障

若某個點火線圈(如第一缸)的初級線圈出現故障時，第一缸點火線圈不能正常工作，更不可能向ECM輸入點火確認信號，因此，第一缸的火花塞不可能跳火。啟動發動機，發動機能打著火但由于第一缸不工作，會出現怠速不穩、加速不良及故障燈常亮的故障現象。同時，發動機工作時，ECM由于接受不到第一缸點火線圈輸入的點火確認信號，基于減少HC化合物排放以及防止三元催化器因溫度過高而損壞的考慮，ECM會控制第一缸噴油器先噴油2～3s后立即停止噴油，用診斷儀會讀取到P0351-點火線圈“A”初級或次級電路(注：A表示第1缸)的故障碼。

2.點火線圈的供電、搭鐵或點火控制信號線路故障

若某個點火線圈(如第一缸)的供電、搭鐵或點火控制信號線路出現故障時，該點火線圈不能正常工作，也不可能向ECM輸入點火確認信號，會引起第一缸的火花塞不跳火。因此，會出現與上述“點火線圈的初級線圈故障”的相同故障現象與失效控制策略。

3.單個點火線圈的點火確認線線路故障

若某個點火線圈(如第一缸)只有點火確認線線路故障(斷路、與搭鐵短路或與電源短路)而其它正常時，該點火線圈可以正常工作，第一缸的火花塞也可以始終正常跳火，但是ECM會接收不到第一缸點火線圈輸入的點火確認信號。拆下第一缸點火線圈，插入火花塞并將火花塞搭鐵，啟動發動機，發動機能正常啟動著火，同時會觀察到火花塞始終能正常跳火；關閉點火開關，拔下第一缸噴油器插頭，將試燈的兩端分別與噴油器線束側插頭的兩個端子連接，啟動發動機并怠速運轉，會發現試燈先閃爍2～3s左右然后始終不亮。這說明第一缸噴油器在發動機工作時，先噴油2～3s左右，然后停止了噴油。

因此，若某個點火線圈(如第一缸)只有點火確認線線路故障，發動機工作時，該點火線圈能正常工作，但是無法向ECM提供點火確認信號，ECM會控制第一缸噴油器先噴油2～3s左右后立即停止噴油，由此會造成第一缸不工作，發動機工作時，會出現怠速不穩、加速不良及故障燈常亮的故障現象，同時ECM會存儲P0351的故障碼。

4.所有點火線圈的總點火確認線線路故障

若四個點火線圈的總點火確認線線路(圖2，公共連接點至ECM的B31插頭81號端子IGF1之間的線路)出現故障(斷路、與搭鐵短路或與電源短路)時，ECM的B31插頭81號端子IGF1將接受不到任何點火線圈輸入的點火確認信號。啟動發動機時，ECM將控制所有噴油器均是先噴油2～3s后即停止噴油。因此，會出現啟動發動機時發動機能著火，但約2～3s后自動熄火的故障現象，同時ECM會同時存儲P0351-點火線圈“A”初級或次級電路、P0352-點火線圈“B”初級或次級電路、P0353-點火線圈“C”初級或次級電路、P0354-點火線圈“D”初級或次級電路等4個故障碼(注：A、B、C、D分別表示第一缸至第四缸)。