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文檔簡介
學(xué)習(xí)情境微機(jī)控制點(diǎn)火系故障的檢修第一頁,共三十頁,2022年,8月28日
隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展,超微計(jì)算機(jī)在汽車工業(yè)廣泛應(yīng)用。采用微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng),發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際點(diǎn)火提前角接近理想點(diǎn)火提前角。在各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件下,點(diǎn)火提前角可獲得復(fù)雜而精確的控制:怠速時(shí),最佳點(diǎn)火提前角使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)、排放污染最低、油耗最小;部分負(fù)荷時(shí),可降低油耗和提高行駛特性;大負(fù)荷時(shí),能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩輸出和避免工作中產(chǎn)生爆震的要求。第二頁,共三十頁,2022年,8月28日一、微機(jī)控制點(diǎn)火的組成及功能
1.微機(jī)控制點(diǎn)火系的組成
微機(jī)控制的點(diǎn)火系主要由傳感器、電子控制單元(ECU)、執(zhí)行器(點(diǎn)火器、點(diǎn)火線圈、火花塞等)組成,如圖所示。
傳感器(包括各種開關(guān))主要有曲軸位置傳感器、空氣流量計(jì)(或絕對(duì)壓力傳感器)、水溫傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、氧(O2)傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、車速傳感器、爆震傳感器、空調(diào)開關(guān)信號(hào)等。
電子控制單元(ECU)的作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)各傳感器輸入的信息及內(nèi)存的數(shù)據(jù),進(jìn)行運(yùn)算、處理、判斷,然后輸出指令(信號(hào))控制有關(guān)執(zhí)行器(如點(diǎn)火器)動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)火系的精確控制。
執(zhí)行器根據(jù)電子控制單元(ECU)或其它控制元件的指令(信號(hào)),執(zhí)行各自的功能。
第三頁,共三十頁,2022年,8月28日第四頁,共三十頁,2022年,8月28日2.微機(jī)控制點(diǎn)火系的作用與分類
微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的功能主要包括點(diǎn)火提前角、通電時(shí)間及爆燃控制三個(gè)方面。
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)和無分電器的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)兩大類。目前有分電器的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)正在被淘汰,而廣泛應(yīng)用無分電器的微機(jī)控制點(diǎn)火系;按微機(jī)控制的方式分,可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。
開環(huán)控制是指微機(jī)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)各種工作狀態(tài)信息,并根據(jù)這些信息從內(nèi)部存儲(chǔ)器中調(diào)出相應(yīng)的點(diǎn)火提前角(這一點(diǎn)火提前角是綜合考慮到經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、排放等要求,并經(jīng)過大量的試驗(yàn)優(yōu)化的結(jié)果),然后輸出控制信號(hào)對(duì)點(diǎn)火時(shí)刻進(jìn)行控制。這種控制方式對(duì)控制結(jié)果不予以反饋。
第五頁,共三十頁,2022年,8月28日
閉環(huán)控制是指微機(jī)以一定的點(diǎn)火提前角控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作的同時(shí),還不斷地檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)工作狀態(tài),然后將檢測(cè)到的有關(guān)信息反饋給控制單元(ECU),控制單元(ECU)根據(jù)需要對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行修正,如圖所示。閉環(huán)控制的反饋信號(hào)可以有多種,如爆震信號(hào)、轉(zhuǎn)速信號(hào)汽缸壓力信號(hào)等。目前廣泛采用的是通過檢測(cè)爆震傳感器的爆震信號(hào),來判斷點(diǎn)火時(shí)刻的早晚,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火提前角的最佳控制。第六頁,共三十頁,2022年,8月28日第七頁,共三十頁,2022年,8月28日二.微機(jī)控制點(diǎn)火系的工作原理
在了解微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的控制原理之前,首先讓我們來了解微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)是怎樣實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火提前角、通電時(shí)間及爆燃控制三個(gè)主要功能的。其中通電時(shí)間的控制(也就是閉合角的控制)在普通電子點(diǎn)火系統(tǒng)中已作描述,這里不再贅述。
1.點(diǎn)火提前角的控制
在微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的控制單元(ECU)內(nèi),首先存儲(chǔ)了通過實(shí)驗(yàn)得出的發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況及運(yùn)行條件下最理想的點(diǎn)火提前角。并按起動(dòng)時(shí)點(diǎn)火提前角控制、起動(dòng)后點(diǎn)火提前角控制兩種模式來實(shí)現(xiàn)控制。
發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),按ECU內(nèi)存儲(chǔ)的初始點(diǎn)火提前角(設(shè)定值)對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行控制。起動(dòng)時(shí)點(diǎn)火提前角的設(shè)定值隨發(fā)動(dòng)機(jī)而異,對(duì)某一發(fā)動(dòng)機(jī)而言,起動(dòng)時(shí)的點(diǎn)火提前角一般設(shè)定固定值10°左右。第八頁,共三十頁,2022年,8月28日
發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后為正常運(yùn)轉(zhuǎn)模式,此時(shí)ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號(hào),確定基本點(diǎn)火提前角,再根據(jù)其它有關(guān)信號(hào)進(jìn)行修正,最后確定實(shí)際的點(diǎn)火提前角,并向電子點(diǎn)火控制器輸出執(zhí)行點(diǎn)火信號(hào),以控制點(diǎn)火系的工作。
發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)模式下,實(shí)際點(diǎn)火提前角的確定(計(jì)算)方法各車型有所不同,主要有以下兩種類型:
豐田車系:實(shí)際的點(diǎn)火提前角=初始點(diǎn)火提前角+基本點(diǎn)火提前角+修正點(diǎn)火提前角
日產(chǎn)車系:實(shí)際的點(diǎn)火提前角=基本點(diǎn)火提前角×點(diǎn)火提前角修正系數(shù)
第九頁,共三十頁,2022年,8月28日1)起動(dòng)模式點(diǎn)火提前角的控制
在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化大,且由于轉(zhuǎn)速較低(一般低于500r/min),進(jìn)氣管絕對(duì)壓力傳感器信號(hào)或空氣流量計(jì)信號(hào)不穩(wěn)定,ECU無法正確計(jì)算點(diǎn)火提前角,故一般將點(diǎn)火提前角設(shè)定為某一初始值(10°左右)。此時(shí)的主控制信號(hào)是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)(Ne信號(hào))和起動(dòng)開關(guān)信號(hào)(STA信號(hào))。
第十頁,共三十頁,2022年,8月28日2)發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)模式點(diǎn)火提前角的控制
(1)基本點(diǎn)火提前角的確定
發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后正常運(yùn)轉(zhuǎn)模式時(shí),ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷(單位轉(zhuǎn)數(shù)的進(jìn)氣量或基本噴油量)確定基本點(diǎn)火提前角,不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷時(shí)的基本點(diǎn)火提前角數(shù)值存儲(chǔ)在ECU內(nèi)的存儲(chǔ)器中,當(dāng)ECU檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)某一轉(zhuǎn)速和某一負(fù)荷時(shí),即調(diào)取相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)值作為點(diǎn)火控制的基本點(diǎn)火提前角。
發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后正常運(yùn)轉(zhuǎn)模式主控信號(hào)有:進(jìn)氣管絕對(duì)壓力傳感器信號(hào)(PIM信號(hào))或空氣流量計(jì)信號(hào)(Vs信號(hào))、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)(Ne信號(hào))、節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)(IDL信號(hào))、燃油選擇開關(guān)或插頭信號(hào)(R—P)、爆燃信號(hào)(KNK)等。第十一頁,共三十頁,2022年,8月28日(2)點(diǎn)火提前角的修正
不同的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng),對(duì)點(diǎn)火提前角的修正項(xiàng)目和修正方法也有所不同。修正方法有修正系數(shù)、修正點(diǎn)火提前角兩種。修正系數(shù)(或修正點(diǎn)火提前角)與修正項(xiàng)目之間的關(guān)系曲線都是存儲(chǔ)在ECU中,ECU根據(jù)初始點(diǎn)火提前角、基本點(diǎn)火提前角和修正系數(shù)(或修正點(diǎn)火提前角)計(jì)算出實(shí)際點(diǎn)火提前角來作為輸出指令控制點(diǎn)火執(zhí)行器。
微機(jī)控制點(diǎn)火系的主要修正項(xiàng)目有:
①水溫修正。
②怠速穩(wěn)定修正。
③空燃比反饋修正。第十二頁,共三十頁,2022年,8月28日2.爆震控制
爆震是可燃混合氣不正常燃燒時(shí),高壓氣體的沖擊波反復(fù)撞擊缸壁時(shí)所發(fā)出尖銳的敲缸聲。
產(chǎn)生爆震的原因很多,如點(diǎn)火提前角過早,可燃混合氣的濃度與質(zhì)量、燃油辛烷值不符合要求等。其中點(diǎn)火提前角是最主要的原因,消除爆震最有效的途徑就是減小點(diǎn)火提前角。因此發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震控制也就是點(diǎn)火提前角的控制。
第十三頁,共三十頁,2022年,8月28日
在控制單元ECU中存儲(chǔ)某一設(shè)定時(shí)間T,如果ECU在t≥T的時(shí)間段沒有收到爆震信號(hào),則ECU將實(shí)際執(zhí)行的點(diǎn)火時(shí)間提前角在原提前角的基礎(chǔ)上提前某一角度,如下圖中的t1、t2時(shí)間段大于等于設(shè)定時(shí)間T,則點(diǎn)火提前角得到了提前;如果ECU在t<T的時(shí)間段內(nèi)收到了爆震信號(hào),則ECU將實(shí)際執(zhí)行的點(diǎn)火時(shí)間提前角在原提前角的基礎(chǔ)上減小某一角度,如下圖中的t3時(shí)間段小于設(shè)定時(shí)間T,則點(diǎn)火提前角被減小,再收到,再減小。這樣,微機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)總能將點(diǎn)火提前角控制在爆震的邊緣,從而等到最佳的點(diǎn)火提前角控制。第十四頁,共三十頁,2022年,8月28日第十五頁,共三十頁,2022年,8月28日3、微機(jī)控制點(diǎn)火系的工作過程
1)有分電器微機(jī)控制點(diǎn)火系的工作過程
有分電器微機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)如下圖所示,為豐田1S-E發(fā)動(dòng)機(jī)用微機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)。該系統(tǒng)將點(diǎn)火線圈、點(diǎn)火模塊、傳感器等部件設(shè)計(jì)在分電器內(nèi),減少了外部線路的連接,從而降低了故障率。其工作過程如下:
發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),ECU根據(jù)接收到的各傳感器信號(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(通電時(shí)間),并以此向點(diǎn)火器發(fā)出指令(IGt)。點(diǎn)火器則根據(jù)ECU的執(zhí)令,控制點(diǎn)火線圈初級(jí)電路的導(dǎo)通和截止。當(dāng)電路導(dǎo)通時(shí),有電流從點(diǎn)火線圈中的初級(jí)電路通過,點(diǎn)火線圈將點(diǎn)火能量以磁場(chǎng)的形式儲(chǔ)存起來。當(dāng)初級(jí)電路中的電流被切斷時(shí),在其次級(jí)線圈中將產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(15~20kV),經(jīng)分電器分配到工作氣缸的火花塞。
第十六頁,共三十頁,2022年,8月28日第十七頁,共三十頁,2022年,8月28日點(diǎn)火模塊在接受ECU指令工作的同時(shí),還反饋一個(gè)IGf信號(hào)給ECU,ECU根據(jù)IGf信號(hào)來確認(rèn)點(diǎn)火模塊的工作情況。如果ECU連續(xù)6次未收到IGf信號(hào),則ECU認(rèn)為點(diǎn)火模塊不工作或工作不正常,于是ECU將停止噴油。
需要說明的是:微機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火提前角的精確控制的呢?這是因?yàn)榭刂茊卧狤CU接收到兩個(gè)非常重要的信號(hào),即凸輪軸位置傳感器產(chǎn)生G信號(hào)和曲軸位置傳感器產(chǎn)生的Ne信號(hào)作為主控制信號(hào)。
①G信號(hào)。G信號(hào)指活塞運(yùn)行到壓縮上止點(diǎn)位置的判別信號(hào),它是根據(jù)凸輪軸位置傳感器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過整形和轉(zhuǎn)換而獲得的脈沖信號(hào)。G信號(hào)在微機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)中主要用來確定點(diǎn)火時(shí)刻控制基準(zhǔn)和氣缸的判別(第一缸或第一缸的對(duì)應(yīng)缸的壓縮上止點(diǎn)時(shí)刻)。G信號(hào)發(fā)生時(shí),一般不是活塞運(yùn)行到壓縮上止點(diǎn)的時(shí)刻,而是在各缸活塞的壓縮上止點(diǎn)前某一時(shí)刻相對(duì)于曲軸的轉(zhuǎn)角。這一轉(zhuǎn)角值因車型而異,一般為上止點(diǎn)前70°。
第十八頁,共三十頁,2022年,8月28日②Ne信號(hào)。Ne信號(hào)指發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào),它是根據(jù)曲軸位置傳感器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過整形和轉(zhuǎn)換而獲得的脈沖信號(hào)。在微機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)中,Ne信號(hào)主要用來計(jì)量點(diǎn)火提前角和通電時(shí)間。如果采用轉(zhuǎn)子有24個(gè)齒的電磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器時(shí),曲軸每轉(zhuǎn)720°只能向ECU輸送24°個(gè)Ne信號(hào),也就是說曲軸每轉(zhuǎn)30°,才能給ECU輸送1個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)。這一信號(hào)對(duì)精確控制點(diǎn)火提前角和通電時(shí)間微機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)而言,是不能滿足要求的。故這樣的Ne信號(hào)一般都經(jīng)過ECU進(jìn)行整形和轉(zhuǎn)換,形成周期為1°的Ne信號(hào)。
發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),ECU根據(jù)Ne信號(hào),可準(zhǔn)確地計(jì)算出曲軸每轉(zhuǎn)1°所用時(shí)間,根據(jù)G信號(hào),可以計(jì)算出各缸所處在工作循環(huán)的任一時(shí)刻(精確到1°)。從而實(shí)現(xiàn)最佳點(diǎn)火提前角的精確控制。
第十九頁,共三十頁,2022年,8月28日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)又稱直接點(diǎn)火系或全電子化點(diǎn)火系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是:用電子控制裝置取代了分電器,利用電子分火控制技術(shù)將點(diǎn)火線圈產(chǎn)生的高壓電直接送給火花塞進(jìn)行點(diǎn)火,點(diǎn)火線圈的數(shù)量比有分電器電控點(diǎn)火系統(tǒng)多。
根據(jù)點(diǎn)火線圈的數(shù)量和高壓電分配方式的不同,無分電器的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)又可分為獨(dú)立點(diǎn)火方式、分組點(diǎn)火方式和二極管配電點(diǎn)火方式三種類型。第二十頁,共三十頁,2022年,8月28日(1)獨(dú)立點(diǎn)火的微機(jī)控制點(diǎn)火獨(dú)立點(diǎn)火的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)如下圖所示。其特點(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。由于每缸都有各自獨(dú)立的點(diǎn)火線圈,所以即使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很高,點(diǎn)火線圈也有較長的通電時(shí)間(閉合角大),可提供足夠高的點(diǎn)火能量。與有分電器電控點(diǎn)火系統(tǒng)相比,在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和點(diǎn)火能量相同的情況下,單位時(shí)間內(nèi)通過點(diǎn)火線圈初級(jí)電路的電流要小得多,點(diǎn)火線圈不易發(fā)熱,且點(diǎn)火線圈的體積又可以非常小巧,一般直接將點(diǎn)火線圈壓裝在火花塞上。獨(dú)立點(diǎn)火的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)工作時(shí),電控單元ECU根據(jù)各種傳感器的信號(hào)綜合計(jì)算,最后確定各缸點(diǎn)火提前角的精確時(shí)刻,向點(diǎn)火模塊發(fā)出指令I(lǐng)Gt1、IGt2、…IGt6、由點(diǎn)火模塊直接控制各缸點(diǎn)火線圈初級(jí)電路的搭鐵,并產(chǎn)生次級(jí)高壓直接傳給火花塞。與此同時(shí),點(diǎn)火模塊向電控單元ECU反饋IGf信號(hào)。第二十一頁,共三十頁,2022年,8月28日第二十二頁,共三十頁,2022年,8月28日(2)分組點(diǎn)火的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)
分組點(diǎn)火的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)如下圖所示。在設(shè)計(jì)上將兩個(gè)活塞同時(shí)到達(dá)上止點(diǎn)位置的氣缸(一個(gè)為壓縮行程的上止點(diǎn),另一個(gè)為排氣行程的上止點(diǎn))分為一組,共用一個(gè)點(diǎn)火線圈。系統(tǒng)中點(diǎn)火線圈的總數(shù)量等于氣缸數(shù)的一半。
從圖中可以看出,與獨(dú)立點(diǎn)火的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)相比,電控單元ECU只給點(diǎn)火器提供了一種IGt信號(hào),但多了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,但到底該哪一組共用的點(diǎn)火線圈點(diǎn)火,還需IGdA和IGdB輔助判斷,其判斷真值表如下表所示。IGt、IGdA、IGdB三種信號(hào)共同控制點(diǎn)火器的工作過程如下圖所示。
第二十三頁,共三十頁,2022年,8月28日IGdA信號(hào)狀態(tài)IGdB信號(hào)狀態(tài)1、6缸點(diǎn)火012、5缸點(diǎn)火003、4缸點(diǎn)火10第二十四頁,共三十頁,2022年,8月28日第二十五頁,共三十頁,2022年,8月28日
當(dāng)IGt信號(hào)為高電位時(shí),根據(jù)上表控制情況,使相應(yīng)缸點(diǎn)火的初級(jí)電路接通,當(dāng)IGt信號(hào)為低電位時(shí),切斷被接通的初級(jí)電路,在相應(yīng)點(diǎn)火線圈的次級(jí)繞組產(chǎn)生高壓,點(diǎn)燃可燃混合氣使發(fā)動(dòng)機(jī)做功。例如,當(dāng)?shù)谝粋€(gè)IGt信號(hào)為高電位時(shí),此時(shí)的IGdA和IGdB均為“0”,根據(jù)上表的控制情況,此時(shí)2、5缸點(diǎn)火線圈的初級(jí)電路被接通,當(dāng)?shù)谝粋€(gè)IGt信號(hào)變?yōu)榈碗娢粫r(shí),2、5缸點(diǎn)火線圈的初級(jí)電路被切斷,在2、5缸的次級(jí)繞組產(chǎn)生高壓,經(jīng)火花塞跳火,使發(fā)動(dòng)機(jī)做功。與獨(dú)立點(diǎn)火方式相比,采用分組點(diǎn)火方式的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)和控制電路較簡單,所以應(yīng)用也比較多。但由于保留了點(diǎn)火線圈與火花塞之間的高壓線,能量損失略大。此外,串聯(lián)在高壓回路的二極管,可用來防止點(diǎn)火線圈初級(jí)電路導(dǎo)通的瞬間所產(chǎn)生的二次電壓(約1000~2000V)加在火花塞上后發(fā)生的誤點(diǎn)火。第二十六頁,共三十頁,2022年,8月28日?qǐng)D5-50分組點(diǎn)火的微機(jī)控制過程
第二十七頁,共三十頁,2022年,8月28日(3)二極管配電點(diǎn)火方式
二極管配電點(diǎn)火方式的微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)如下圖所示,主要是針對(duì)4缸或4的整數(shù)倍氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)而設(shè)計(jì)的點(diǎn)火系統(tǒng)。其特點(diǎn)是:四個(gè)氣缸共用一個(gè)點(diǎn)火線圈,點(diǎn)火線圈為內(nèi)裝兩個(gè)級(jí)繞組N1和N2、次級(jí)繞組N3兩端輸出的特制點(diǎn)火線圈,利用四個(gè)二極管的單向?qū)щ娦越惶嫱瓿蓪?duì)1、4缸和2、3缸配電過程。
二極管配電點(diǎn)火方式微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)的工作過程與分組點(diǎn)火的微機(jī)控制過程基本相似,工作時(shí),VT
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