具有确认功能的点火系统控制原理及失效策略

汽油发动机及燃气发动机需采用点火系统。目前，常见的点 火系统有双缸同时点火与单缸独立点火两种类型，其中，后者得 到更广泛的应用。采用单缸独立点火系统时，一般将点火控制器 集成在点火线圈上，图1 为迈腾车CEAA 发动机点火系统中第 一缸点火线圈(N70) 与ECU 的电路连接示意图。点火线圈插头 有四个接线端子：1 号端子接电源、2 号端子为控制器搭铁、3 号端子连接ECU(ECU 向N70 输出点火控制信号)、4 号端子为 次级线圈搭铁。与上述常见的单缸独立点火系统不同，丰田卡罗 拉车1ZR-FE 发动机( 国内装机数量巨大) 点火系统具有点火确 认功能，下文详细分析这种具有点火确认功能的点火系统控制原 理及失效策略。

一、具有点火确认功能的点火系统控制原理分析

1ZR-FE 发动机点火系统原理示意图如图2 所示，点火系 统电路图如图3 所示。

1ZR-FE 发动机每个点火线圈的插头上共有四个接线端子： 1 号端子为供电(+B，ON 电源)、4 号端子为搭铁(GND)、3 号 端子为点火控制信号(IGT)、2 号端子给ECM 提供点火确认信号 (IGF)。每个点火线圈的点火确认线通过一个公共点连接后通过一 根导线再与发动机控制模块ECM 的B31 插头81 号端子(IGF1) 连接( 公共连接点处共有5 根黄色导线，其中四根分别连接四个 点火线圈，剩余一根与ECM 的B31 插头的81 号端子IGF1 连接)。

ECM 根据曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器提供的基准 信号以及其它传感器( 冷却液温度传感器、空气流量计、节气门 位置传感器等) 提供的信号，依据点火脉谱图确定点火正时并向 每个点火线圈发送点火控制信号(IGT1 至IGT4),IGT 信号控制点 火线圈内功率晶体管的导通与截止，功率晶体管用于控制接通或 切断初级线圈的电流。

当ECM 输出点火控制IGT 信号，控制点火线圈内的功率晶 体管使点火线圈内的初级线圈通电(IGT 信号为高电位) 然后在 切断电流的瞬间，点火线圈内的控制器会产生一个点火确认信号 IGF( 方波信号) 并反馈至ECM。图4 是用双通道示波器同时测量 第三缸点火线圈的点火控制信号IGT3 以及ECM 接收到的点火确 认信号IGF1 的波形图。对应第三缸点火线圈的一个点火控制信号 IGT3 周期内，ECM 依次接收到了第三缸、第四缸、第二缸以及第 一缸点火线圈输入的点火确认信号波形。

说明：关闭点火开关，拔下点火线圈的插头，点火开关在ON 位置时，在线束侧插头上测量1 号端子( 电源) 的电压值应为电源 电压、4 号端子( 搭铁) 的电压值应为0、3 号端子( 点火控制信号) 电压值应为0、2 号端子( 点火确认信号) 电压值应为5V 左右。

二、具有点火确认功能的点火系统失效策略分析

与常见的单缸独立点火系统不同，1ZR-FE 发动机点火系 统由于具有点火确认功能，因此，当点火线圈及其线路发生故障时， 会具有不同的失效控制策略。

1.点火线圈的初级线圈故障

若某个点火线圈( 如第一缸) 的初级线圈出现故障时，第一缸点火线圈不能正常工作，更不可能向ECM 输入点火确认信号， 因此，第一缸的火花塞不可能跳火。启动发动机，发动机能打着火 但由于第一缸不工作，会出现怠速不稳、加速不良及故障灯常亮的 故障现象。同时，发动机工作时，ECM 由于接受不到第一缸点火 线圈输入的点火确认信号，基于减少HC 化合物排放以及防止三 元催化器因温度过高而损坏的考虑，ECM 会控制第一缸喷油器 先喷油2 ～ 3s 后立即停止喷油，用诊断仪会读取到P0351- 点 火线圈“A”初级或次级电路( 注：A 表示第1 缸) 的故障码。

2. 点火线圈的供电、搭铁或点火控制信号线路故障

若某个点火线圈( 如第一缸) 的供电、搭铁或点火控制信号 线路出现故障时，该点火线圈不能正常工作，也不可能向ECM 输入点火确认信号，会引起第一缸的火花塞不跳火。因此，会出 现与上述“点火线圈的初级线圈故障”的相同故障现象与失效控 制策略。

3. 单个点火线圈的点火确认线线路故障

若某个点火线圈(如第一缸)只有点火确认线线路故障( 断路、 与搭铁短路或与电源短路) 而其它正常时，该点火线圈可以正常 工作，第一缸的火花塞也可以始终正常跳火，但是ECM 会接收 不到第一缸点火线圈输入的点火确认信号。拆下第一缸点火线圈， 插入火花塞并将火花塞搭铁，启动发动机，发动机能正常启动着 火，同时会观察到火花塞始终能正常跳火；关闭点火开关，拔下 第一缸喷油器插头，将试灯的两端分别与喷油器线束侧插头的两 个端子连接，启动发动机并怠速运转，会发现试灯先闪烁2 ～ 3s 左右然后始终不亮。这说明第一缸喷油器在发动机工作时，先喷 油2 ～ 3s 左右，然后停止了喷油。

因此，若某个点火线圈( 如第一缸) 只有点火确认线线路故障， 发动机工作时，该点火线圈能正常工作，但是无法向ECM 提供 点火确认信号，ECM 会控制第一缸喷油器先喷油2 ～ 3s 左右后 立即停止喷油，由此会造成第一缸不工作，发动机工作时，会出 现怠速不稳、加速不良及故障灯常亮的故障现象，同时ECM 会 存储P0351 的故障码。

4. 所有点火线圈的总点火确认线线路故障

若四个点火线圈的总点火确认线线路( 图2，公共连接点至 ECM 的B31 插头81 号端子IGF1 之间的线路) 出现故障( 断 路、与搭铁短路或与电源短路) 时，ECM 的B31 插头81 号端 子IGF1 将接受不到任何点火线圈输入的点火确认信号。启动发 动机时，ECM 将控制所有喷油器均是先喷油2 ～ 3s 后即停止喷 油。因此，会出现启动发动机时发动机能着火，但约2 ～ 3s 后 自动熄火的故障现象，同时ECM 会同时存储P0351- 点火线圈 “A”初级或次级电路、P0352- 点火线圈“B”初级或次级电路、 P0353- 点火线圈“C”初级或次级电路、P0354- 点火线圈“D” 初级或次级电路等4 个故障码( 注：A、B、C、D 分别表示第一 缸至第四缸)。