汽车修理技师手册：微机控制点火系统的结构与检修

（一）组成

微机控制点火系统可分为有分电器微机控制点火系统和无分电器微机控制点火系统。

1.有分电器微机控制点火系统的组成

有分电器微机控制点火系统，主要由各种传感器、电控单元、分电器、点火线圈等组成，如图1-105所示。

（1）传感器 传感器的作用是检测发动机运行工况。主要传感器有：发动机转速传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、空气流量传感器（或进气压力传感器）、冷却液温度传感器、进气温度传感器、爆燃传感器、节气门位置传感器等。

（2）电控单元 电控单元又称ECU，其作用是根据发动机各传感器输入的信息及内存的控制程序，控制点火线圈电流通过时间，实现闭合角和点火提前角的控制。

电控单元由输入回路、输出回路、A/D转换器、微型计算机以及电源电路、备用电路等组成。

（3）点火器 点火器的作用是根据电控单元输出信号，通过内部的大功率晶体管的导通和截止，控制一次电流的通断。有些点火器只有大功率晶体管，单纯起开关作用；有些点火器除开关作用外，还有恒流控制、闭合角控制、气缸判别、点火监视等功能。大功率晶体管设置在电控单元内部时，点火系统中无点火器。

图1-105 有分电器微机控制点火系统的组成

1—点火线圈 2—分电器 3—火花塞 4—电控单元 5—冷却液温度传感器 6—节气门位置传感器 7—发动机转速传感器和上止点位置传感器 8—齿圈 9—蓄电池 10—点火开关

2.无分电器微机控制点火系统的组成

无分电器微机控制点火系统又称直接点火系统，它除采用电控单元控制闭合角、点火时刻和爆燃外，还取消了分电器，电控单元控制点火线圈模块实现点火高压的分配。无分电器微机控制点火系统的组成如图1-106所示。

根据点火线圈的数量和高压电分配方式的不同，无分电器微机控制点火系统又可分为独立点火方式、同时点火方式和二极管配电点火方式三种类型。

（1）独立点火方式 无分电器独立点火方式微机控制点火系统，如图1-107所示。其特点是每缸一个点火线圈，即点火线圈的数量与气缸数相等。

图1-106 无分电器微机控制点火系统的组成

1—火花塞 2—带输出级的点火线圈模块 3—节气门位置传感器 4—电控单元 5—氧传感器 6—冷却液温度传感器 7—发动机转速传感器和曲轴位置传感器 8—带缺齿齿圈 9—蓄电池 10—点火开关

图1-107 无分电器独立点火方式微机控制点火系统

1—点火线圈 2—火花塞 3—点火器 4—ECU 5—各种传感器

（2）同时点火方式 无分电器同时点火方式微机控制点火系统，如图1-108所示。其特点是两个活塞同时到达上止点位置的气缸（一个为压缩行程的上止点，另一个为排气行程的上止点）共用一个点火线圈，即点火线圈的数量等于气缸数的1/2。

图1-108 无分电器同时点火方式微机控制点火系统

（3）二极管配电点火方式 二极管配电点火方式，如图1-109所示。其特点是：四个气缸共用一个点火线圈，点火线圈为内装双一次绕组、双输出二次绕组的特制点火线圈，利用四个二极管的单向导电性交替完成对1、4缸和2、3缸配电过程。

图1-109 二极管配电点火方式

（二）传感器

1.磁感应式曲轴位置传感器

磁感应式曲轴位置传感器安装在分电器内，其结构如图1-110所示。该传感器分成上、下两部分，上部分产生的信号为G信号。下部分产生的信号为Ne信号。都是利用带有信号齿的转子旋转，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信号，将此信号放大后，送入ECU。

图1-110 磁感应式曲轴位置传感器

1—G₁感应线圈 2—2号正时转子 3—1号正时转子 4—G₂感应线圈 5—Ne感应线圈

Ne信号由固定在下半部等间隔的24个信号齿的转子（2号正时转子）及固定于其对面的感应线圈组合而成。就转子上的一个信号齿来说，当转子旋转时，信号齿与感应线圈的凸缘部（磁头）的空气间隙发生变化，导致通过感应线圈的磁场变化而产生感应电动势。因为信号齿靠近及远离磁头时，将产生一次增减磁通的变化，所以，每一个信号齿通过磁头时，都将在感应线圈中产生一个完整的交流电压信号。2号正时转子上有24个齿，故转子旋转一圈，即曲轴旋转720°时，感应线圈产生24个交流信号。其一个周期的脉冲相当于30°曲轴转角（720°÷24=30°）。更精细的转角检测，是利用30°曲轴转角的时间，由ECU再均分为30等份，即产生曲轴转角的1°信号。产生Ne信号的结构及波形见图1-111和图1-112所示。

图1-111 产生Ne信号的结构

1—正时转子 2—Ne感应线圈

图1-112 Ne信号的波形

G信号的作用是辨别气缸及检测活塞上止点位置。G信号是由位于Ne信号发生器上方的凸缘转轮（1号正时转子）及其对面对称的两个感应线圈产生的。产生G信号的结构如图1-113所示，其产生信号的原理与Ne信号相同。G信号也用来作为利用Ne信号计算曲轴转角的基准信号。G信号的波形如图1-114所示。

图1-113 产生G信号的结构

1—G₁感应线圈 2—G₂感应线圈 3—正时转子

图1-114 G信号的波形

G₁、G2信号分别检测第六缸及第一缸的上止点。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，而是在上止点前10°的位置。

2.光电式曲轴位置传感器

如图1-115所示，一般光电式曲轴位置传感器安装在分电器内，它由信号发生器和带光孔的遮光盘组成。遮光盘上的外缘有360个光孔，内缘有4个光孔，在遮光盘的上面和下面有相互对应的四个二极管。当分电器转动时，外缘的发光二极管照射光敏二极管360次，光敏二极管导通360次等于发出360个信号，称为1°信号。内缘的发光二极管照射光敏二极管4次，光敏二极管导通4次，等于发出4个信号，称为90°信号（相当于曲轴转180°）。

图1-115 光电式曲轴位置传感器

1—曲轴转角传感器 2—信号盘

对六缸发动机设有六个缺口，输出的信号称为60°信号，其中有一个缺口较大检测发动机的一缸上止点，如图1-116所示。光电式曲轴位置传感器信号发生器的结构，如图1-117所示，光电式曲轴位置传感器信号发生器的工作原理，如图1-118所示。

图1-116 光电式曲轴位置传感器信号盘结构

图1-117 光电式曲轴位置传感器信号发生器的结构

1—分火头 2—密封盖 3—转盘 4—波形电路 5、6—发光二极管

图1-118 光电式曲轴位置传感器信号发生器的工作原理

3.霍尔式传感器

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形式，如图1-119所示。在发动机曲轴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个缺口，每个触发叶片和缺口的宽度为10°弧长。内信号轮外缘上，设有三个触发叶片和三个缺口，三个触发叶片的宽度不同，分别为100°、90°和110°弧长，三个缺口的宽度也不相同，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一、四缸上止点前75°，90°弧长的触发叶片前沿在六、三缸上止点前75°，110°弧长的触发叶片前沿在五、二缸上止点前75°。

图1-119 霍尔式曲轴位置传感器

图1-120 霍尔式传感器工作原理

a）触发叶片进入空气隙中，霍尔元件中的磁场被旁路 b）触发叶片离开空气隙，霍尔元件被磁场饱和

1—信号轮的触发叶片 2—霍尔元件 3—永久磁铁 4—底板 5—导磁板

如图1-120所示，霍尔式传感器由永久磁铁、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中时，霍尔集成电路中的磁场即被触发叶片所旁路，如图1-120a所示，这时不产生霍尔电压。当触发叶片离开空气隙时，永久磁铁3的磁通便通过导磁板5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，即向微机控制装置输送电压脉冲信号，如图1-121所示。外信号轮每旋转一周产生18个脉冲信号，称为18X信号。一个脉冲周期相当于曲轴旋转20°转角的时间，ECU再将一个脉冲周期均分为20等份，即可求得曲轴旋转1°所对应的时间，根据这一信号，ECU用以控制点火时刻。18X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。内信号轮每旋转一周产生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°信号曲轴转角的时间，脉冲上升沿分别产生于1、4缸，3、6缸和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。此信号相当于前述曲轴位置传感器产生的120°信号。

图1-121 霍尔传感器信号

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图1-122 爆燃传感器安装在发动机缸体上

图1-123 爆燃传感器安装在火花塞上

4.爆燃传感器

爆燃传感器安装在气缸体上或火花塞孔上，如图1-122和图1-123所示。用以检测发动机爆燃。发动机发生爆燃时，发动机ECU利用KNK信号延迟点火正时，以消除爆燃。爆燃传感器有一个压电元件，如图1-124所示。由于爆燃使气缸体振动，导致压电元件变形，压电元件就产生一个电压，其波形如图1-125所示。由于发动机爆燃的频率约为7kHz，在这个频率左右，爆燃传感器输出的电压最高。通过测量爆燃传感器信号电压的峰值是否超过某一定值，发动机ECU判断发动机是否发生爆燃。若发动机ECU判断发动机发生爆燃，就延迟点火正时，若爆燃停止，过一段预定的时间后，点火正时再次提前。

图1-124 爆燃传感器的结构

图1-125 爆燃传感器的信号波形

（三）点火控制电路

各车型的点火控制电路基本相同，日本丰田皇冠3.0轿车点火控制电路如图1-126所示。

图1-126 日本丰田皇冠3.0轿车点火控制电路

点火开关接通后，蓄电池经30A熔丝和点火开关向点火器的“+B”端子和点火线圈的“+”端子供电，点火线圈的“-”端子和点火器的“C-”端子经点火器内的功率晶体管搭铁，从而形成回路。ECU根据各种传感器的信号，通过点火器“IGT”端子控制点火器内功率晶体管的导通与截止。点火后，点火器通过“IGF”端子向ECU反馈点火确认信号。

（四）检修

1.安装在分电器内的曲轴位置传感器的检测

（1）分电器的拆卸

1）拆下分电器盖。

2）转动曲轴带轮，直到带轮上的上止点记号与带轮罩壳上的刻度“0”对准为止，如图1-127所示。

图1-127 将第一缸活塞置于压缩行程上止点位置

3）检查分电器的分火头是否指向分电器盖上的第一缸高压线侧插线孔位置。

4）如果不对，应再转动曲轴带轮一圈，使第一缸活塞处于压缩行程上止点位置。

5）拆下分电器固定螺栓，从缸盖上拆下分电器。

（2）分电器的分解 电子点火提前控制系统的分电器结构十分简单，没有普通点火系统的分电器中的真空点火提前装置和离心点火提前装置，只有曲轴位置传感器线圈和转子等。分解时，只需拆下分电器盖、分火头等，露出曲轴位置传感器即可，如图1-128所示。

（3）分电器的检查

1）检查气隙：用塞尺测量曲轴位置传感器转子和感应线圈铁心之间的气隙，如图1-129所示。如不符合要求，应调整或更换分电器。

2）测量感应线圈电阻：用万用表在分电器接线插座上测量感应线圈的电阻，如图1-130所示。如阻值不在规定的范围内，应更换分电器或感应线圈。

图1-128 分电器的分解

1—分电器盖 2—分火头 3—密封圈 4—曲轴位置传感器 5—O形密封圈

图1-129 传感器气隙的检查

图1-130 感应线圈电阻的测量

3）转动分电器轴，检查其转动是否正常，有无松旷或卡滞。如有磨损松旷或卡滞，应更换分电器。

（4）分电器的装配 按分解相反的顺序装配分电器。

（5）曲轴位置传感器输出电脉冲的检测 电磁感应式曲轴位置传感器可以用手转动分电器轴，然后直接从分电器接线插座上测量输出电脉冲。

霍尔效应式和光电式曲轴位置传感器，则必须将分电器接在控制电路上进行检测。检测时还必须先将燃油系统卸压，以防止喷油器喷油，并在检测过程中将电动燃油泵继电器拆下，以防燃油泵工作。

1）接好分电器线束插头。

2）将点火开关置于“ON”位置。

3）用手转动分电器轴，同时用电压表从线束插头引出线上或电脑线束插头上，测量分电器中曲轴位置传感器输出的电脉冲，如图1-131所示。测量中不可将线束插头拆开。

图1-131 曲轴位置传感器输出电脉冲的测量

4）若曲轴位置传感器良好，则在分电器轴转动一圈的过程中，将输出和发动机气缸相同个数的各缸上止点信号脉冲及一个（或两个）第一缸（第六缸）上止点信号脉冲。

5）如果测不到信号脉冲，则说明传感器有故障，应更换分电器。

（6）分电器的安装

1）转动曲轴带轮，使第一缸活塞位于压缩行程上止点位置。

2）使分电器轴齿轮上的记号和分电器壳上的记号对齐，如图1-132所示。

3）将分电器装入缸盖，拧紧固定螺栓。

4）检查调整点火正时

①用一根导线将故障检测插座内的TE1和E1两插孔短接。

②关闭空调器、大灯等所有附属设备。

③将发动机怠速转速调整至700r/min。

④用正时灯照射曲轴带轮，查看点火提前角数值，如图1-133所示。此时的点火提前角即为发动机的初始点火提前角，标准值为上止点前10°。

图1-132 分电器的安装

图1-133 点火提前角的检测

⑤如果初始点火提前角不符合要求，可松开分电器固定螺栓，转动分电器，调整点火提前角，直至初始点火提前角符合标准值为止。

⑥拔掉故障检测插座内的跨接线，再次检查点火提前角数值。其值应为上止点前8°～12°。

2.爆燃传感器的检测

1）拆下爆燃传感器的导线接线器，接通发动机点火开关。

2）在拆下的两条导线之间用电压表测量，电压表应在4～6V之间。

3）如果电压值不在这个范围内，可测量ECU端的导线电压值，如果这端电压值符合要求，需换导线。

4）如果这端电压值也不符合要求，则ECU有故障。

5）在爆燃传感器与搭铁之间用电阻表测量，传感器应有3300～4500Ω的电阻。如果不符，需更换传感器。

6）如果对爆燃传感器进行快速检查，可用一个与发动机相连的正时信号灯。发动机转速设定在2000r/min，观察正时信号。

7）用一小锤子在靠近爆燃传感器的位置上轻敲，如果传感器工作正常，点火提前角将有所减小。