实验五--微机控制点火系统结构及工作原理.doc

实验五 微机控制点火系统的结构和工作原理
一、实验目的
1．了解微机控制点火系统的结构和工作原理；
2. 掌握电控发动机专用解码仪的使用方法；
3. 掌握微机控制点火系统性能测试方法。
二、主要实验设备
1．时代超人发动机台架一套；
2．DBS－6A电控燃油喷射系统传感器、执行器综合实验台一台；
3．V.A.G1552解码仪一套
4．数字万用表一个
5．常用工具一套
三、实验原理
1．时代超人AJR型发动机点火系统的工作原理
桑塔纳200DGSI型轿车配装AJR型发动机：AJR型发动机在AFE型电喷式发动机的基础上，作了许多改进，与点火系统有关的主要有：取消了分电器．改换了曲轴位置传感器．增加了1个爆燃传感器。这就减少了电磁辐射的干扰，消除了因机械运动而产生的磨损，点火更可靠，转角信号更准确，控制爆燃的能力进一步加强。
(1)磁感应式曲轴位置传感器CPS：
①磁感应式曲轴位置传感器CPS的结构。
桑塔纳2000GSI型轿车是采用磁感应式曲轴位置传感器，它是用螺钉固定曲轴箱内靠近离合器一侧的左侧发动机缸体上，其结构如图14—23所示。它主要出磁感应式传感器3和信号转子4组成。磁感应式传感器由永久磁铁、传感线圈和线束插头组成。传感线圈又称信号线圈，永久磁铁上带有—个磁头，磁头正对安装在曲轴上的齿盘式信号转子，磁头与磁扼(导磁板)连接而构成导磁回路在齿盘式信号转子的圆周上间隔均匀地制有58个凸齿、57个小齿缺和一个大齿缺，大齿缺为基准信号标记，对应于1缸或4缸上止点前一定角度。大齿缺所占的弧度相当于两个凸齿和三个小齿缺所占的弧度。每个凸齿和小齿缺所占的曲轴转角均3°，大齿缺所占的曲抽转角为15°。

图1 曲轴位置传感器CPS的结构
1．缸体 2．齿缺(基准标记) 3．磁感应式传感器 4．信号转子
②磁感应式传感器的工作原理：
当信号转子的凸齿接近磁头时，凸齿与磁头间的气隙减小，磁路磁阻减小，磁通量Φ增多，磁通变化率增大，感应电动势E为正(E＞0)。
当信号转子凸齿的中心线与磁头中心线对齐时，虽然转子凸齿与磁头间的气隙最小．磁路的磁阻最小，磁通量Φ最多，但由于磁通量不可能继续增加，因此磁通变化率为零，感应电动势E为0。
当信号转子的凸齿离开磁头时，凸齿与磁头间的气隙增大，磁路磁阻增大，磁通量Φ减少，所以感应电动势E为负值。
由此可见，信号转子每转过一个凸齿，传感线圈中就会产生一个周期的交变电动势(即电动势出现一次最大值和一次最小值)，传感线圈相应地输出一个交变电压信号。因为转子上有一个大齿缺，所以当大齿缺转过磁头时，信号电压所占的时间较长，如图14—24所示。大齿缺对应的输出信号为基准信号，该信号对应于1缸或4缸上止点前一定角度。控制单元ECU接收到此信号时，便可确定1缸或4缸上止点位置即将到来，至于即将到来的是1缸还是4缸还要根据凸轮轴位置传感器(即霍尔式传感器)才能确定。

图2 曲轴位置传感器输出信号
(2)凸轮轴位置传感器(CIS)。
凸轮铀位置传感器的功用是采集进气凸轮轴的位置信号，输送给按制单元ECU，以便ECU识别出1缸压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆燃选择控制。另外，凸轮轴位置传感器还用于发动机起动时识别出第一次点火时刻。因为凸轮抽位置传感器能够识别出是哪一缸活塞即将到达上止点，所以称为判缸传感器。 桑塔纳2000GSI轿车采用的是霍尔式凸轮轴位置传感器。
①霍尔式凸轮轴位置传感器的结构。
桑塔纳2000GSI型轿车的霍尔式凸轮轴位置传感器的结构，如图14—25所示。主要由霍尔式传感器2和信号转子5组成。

图3 霍尔式凸轮釉位置传感器的结构
1．进气凸轮铀 2．凸轮轴位置传感器 3．传感器固定螺钉 4．定位螺栓与座圈
5．信号转子 6．发动机缸盖
信号转子又称为触发叶轮，安装在进气凸轮轴上，用定位螺钉和座圈定位。信号转子的隔板又称为叶片，在隔板上制有一个窗口，窗口对应产生的信号为低电平信号，叶片对应产生的信号为高电平信号。霍尔式传感器主要由霍尔集成电路IC、永久磁铁和导磁钢片等组成。霍尔集成电路由霍尔元件、放大电路、稳压电路、温度补偿电路、信号变换电路和输出电路等组成。霍尔元件目前用硅半导体材料制成，霍尔元件与永久磁铁之间留有1mm左有的间隙，当信号转子随进气凸轮轴一同转动时，隔板和窗口便从霍尔元件与永久磁铁之间的气隙中转过。
②霍尔式凸轮轴位置传感器的工作原理。
进气凸轮轴转动时，信号转子的叶片便在霍尔元件与永久磁铁之间转动。当信号转子的叶片进入气隙时，霍尔集成电路中的磁场便被叶片旁路，霍尔元件上没有磁力线穿过，霍尔电压UH为零，集成电路输出级的三极管截止，传感器输出的信号电压Ug为高电平(约为4.0v)。当信号转子的叶片离开气隙(即窗口进入气隙)时，永久磁铁的磁通便经导磁钢片和霍尔集成电路构成回路，此时霍尔元件产生霍尔电压(约为2.0v)，集成电路输出级的三极管导遁，传感器输出的信号电压Ug为低电平(约为0.1v)。凸轮轴位置传感器的输出波形如图14—26所尔：

图4 霍尔式凸轮轴位置传感器输出波形
发动机曲轴每转两转，信号转子就转一转，对应产生一个低电平信号和一个高电平信号。窗口转过气隙时产生的低电平信号对应于l缸压缩上止点前一定角度。控制单元ECU根据霍尔传感器输入的1缸上止点位置信号(判缸信号)和曲轴位置传感器输入的发动机转速信号，便可识别出1缸压缩上止点位置，并控制点火提前角。
由图14—26可知，发动机曲铀每转动720°，霍尔传感器信号转子窗口对应的低电平信号和曲轴位置传感器信号转子大齿缺对应的低电平信号就会同时出现，控制单元识别出1缸压缩上止点后，便可进行顺序喷油控制和各缸点火时刻控制。如果发生爆燃，控制单元还能根据爆燃传感器输入的信号判别出是哪一缸产个了爆燃，从而减小点火提前角，防止爆燃。
(3)AJR型发动机的点火线圈。
桑塔纳2000GSI型轿车的AJR型发动机，取消了分电器，采用无分电器直接点火系统(DLI)。这种点火系统，每2个气缸共用1个点火线因，4个缸就共用2个点火线圈。2个点火线圈与点火控制器组装成一体，构成一个组件，如图14—27所示。点火线圈组件安装在发动机缸体上。
在点火线圈壳体土，标有各缸高压插孔标记A、B、C、D分别对应于1、2、3、4缸高压插孔。l、4缸共用一个点火线圈，2、3缸共用一个点火线圈。当初级绕组电流切断时，次级绕组中产生的高压电同时分配到两个气缸的火花塞，负责对两个气缸点火，其中一个缸在压缩末期，另一缸在排气末期。具体工作过程如下：电脑通过曲轴位置传感器接收信号，向点火控制器(J122)发出点火控制信号及气缸缸序判别信号，点火器根据此信号状态，决定哪条驱动电路接通，并特点火正时信号送往与此驱动电路相连接的点火线圈，完成对某缸的点火。点火线圈与电脑(J220)的连接电路如图14－28所示。

图5 点火线圈组件
1.3缸高压线 2．线束插头 A．1缸高压插孔 B 2缸高压插孔 C．3缸高压插孔
D．4缸高压插孔

图6 点火线圈组件连接电路
71．2、3缸点火电流控制端 78．1、4缸点火电流控制端 N．2、3缸点火线圈
J122点火控制器 N128．1、4缸点火线圈
2．解码器的工作原理
V.A.G1552是大众公司专用的解码仪，其由解码仪主体，测试总线，16针测试线、电源线及其他连接线组成。工作原理是利用采集卡通过专门程序采集发动机的动态数据、静态数据以及储存在RAM数据，与标准数据相比较，判断发动机点火系统的工作情况。
四、实验步骤
1．从专用工具箱中拿出解码仪及线束；
2．把测试总线装在解码仪主体上；
3．把16针测试线与测试总线相连，并固定好。
4．关闭点火开关，把16针测试线与时代超人发动机测试插头相连；
5．打开点火开关，解码仪由发动机测试插头提供电源，进入解码仪欢迎菜单，选择测试卡。
6． 进入测试程序，选择发动机程序进行检测；
7． 读取数据流，参考标准数据进行对比，判断各种传感器的工作状态好坏；
8． 观察点火提前角随发动机转速和负荷变化的情况。
五、使用注意事项
1．使用发动机之前，应检查发动机具体情况。
2．使用解码仪应尽量减少接头插拔次数。
3．发动机运转时，小心碰伤、烫伤，注意安全。
六、实验数据、现象记录
项目
变化情况
怠速点火提前角

转速升高时点火提前角

负荷增大时点火提前角

七、思考题或讨论题
1．曲轴位置传感器的结构和工作原理，在点火系统上的作用？
2．凸轮轴位置传感器的结构和工作原理，在点火系统上的作用？
3．如何使用V.A.G1552解码器进行点火系统参数的测量？