1、 公 路 與 汽 運 總第 135期 H i g hw ays &A utomoti ve A p plications 汽車點火線圈波形故障診斷系統設計 3周美蘭 , 張偉超 , 王旭東(哈爾濱理工大學 電氣與電子工程學院 , 黑龍江 哈爾濱 150040摘 要 :通過研究馬自達 6汽車點火線圈的結構 , 采用高壓衰減探頭對點火線圈初 、 次級線圈 正常電壓波形和故障波形進行了多次采集 , 并分析了正常波形與故障波形的特點及區別 , 說明了 點火線圈故障的產生原因 ; 在分析點火線圈電壓信號特點的基礎上設計了高壓采樣電路 , 并以 TI 公司的 TMS320F2812為控制芯片 、

2、北京迪文公司的 DM T64480T056彩色液晶顯示屏為輸出終 端 , 實現了對汽車點火線圈故障自診斷系統的設計 。關鍵詞 :汽車 ; 點火線圈 ; 故障診斷 ; TMS320F2812中圖分類號 :U464.235 文獻標識碼 :A 文章編號 :1671-2668(2009 06-0023-03 3基金項目 :教育部科學技術研究重點項目 (208037 汽油機的點火系統一直是汽油機各結構系統中 最容易產生故障的部件之一 。 汽油機在不同工況下 工作時 , 不僅需要一定數量和濃度的可燃混合氣 , 而 且需要按點火順序準時地供給電火花 , 以點燃可燃 混合氣使發動機產生動力 。 如果汽油機點火

3、系統出 現故障 , 不但嚴重影響發動機的動力性 和排氣凈化性 , , , 為故障診斷 提供依據 。1 點火線圈波形采集與分析點火線圈是給點火系統提供高壓的部件 。 它實 際上是裝有鐵心和初 、 次級繞組的變壓器 。點火線 圈的作用與一般變壓器不同 , 它不連續起作用 , 而是 重復周期地進行存儲和釋放能量 。 點火線圈的控制 電路原理如圖 1所示。圖 1 點火線圈原理示意圖初級線圈上接線端及正極的 +12V 電壓是由 蓄電池提供的 。 當控制電路未進行點火時電路是斷 開的 , 初級線圈的上端應是 +12V 的電壓 。當控制 單元執行操作進行點火時 , 控制單元將其簡單接地 ,這時初級線圈電壓降

4、為零 。 當線圈處于通電狀態時 電壓一直為零 , 在此過程中線圈周圍建立起磁場 。 , 這時 , , , 所 以初級線圈中的電壓最后會經過一個震蕩過程返回 到 +12V 。采用 RIGOL 公司的示波器進行點火線圈初級 線圈電壓波形采集 。 將示波器一端接點火線圈的上 端 , 另一端接控制單元的地 。設置示波器上每一縱 格為 5V , 橫格為 2ms , 通過示波器屏幕可得到點火 線圈正常工作時的電壓波形 (如圖 2所示 。圖 2 初級線圈正常波形采集無故障的點火線圈波形后 , 對存在故障的 火花塞進行多次采集 , 選取其中一個較為典型的波形進行分析 (如圖 3所示 。從圖 3可看出該線圈的波

5、形顯示出較高的電壓32 公 路 與 汽 運 H i g hw ays &A utomoti ve A p plications第 6期 2009年 11月 圖 3 初級點火線圈故障波形和較短的點火時間 。 這是由火花塞有故障或火花塞電極間隙過大引起的 。 原因是點火能量穿過有故障的火花塞或較大的電極間隙時 , 線圈需要建立較高的電壓 , 而這種電壓維持的時間會很短 , 所以在點火線圈的波形中顯示出較高的電壓而點火時間又很短的現象 。次級線圈的電壓波形和初級線圈的波形基本相似 , 但次級線圈的最高電壓能達到幾十千伏 , 所以需要采用高壓探頭將高壓衰減到低壓后再進行次級線圈的波形測量 。

6、與此同時 , ,十幾微秒 ,為此 ,如圖 4所示 。圖 4 次級線圈正常波形圖 4所示波形不僅顯示出點火電壓 , 而且可以顯示出電離電極間空氣的電弧電壓 , 這個電壓的正常值為 1220kV 。采集次級線圈的正常波形后 , 對有故障的點火線圈進行波形采集 。 從采集到的眾多波形中選取兩個較為典型的波形 (如圖 5、 圖 6所示 進行分析 。圖 5、 圖 6所示的兩個波形中蘊含了較為典型的故障信息 , 圖 5中出現較高的電弧電壓 , 該故障是由火花塞電極間隙較大 、 火花塞導線出現短路等原因造成的 ; 圖 6中出現較低的電弧電壓 , 這是由火花塞電極間隙較小 、 對地短路等原因造成的 。圖 5

7、次級線圈故障波形一6 次級線圈故障波形二2 故障診斷系統硬件設計點火線圈故障診斷系統硬件原理如圖 7所示 。 該系統的硬件主要由初 、 次級點火線圈電壓信號采 集模塊 、 DSP 控制模塊及液晶顯示模塊組成 。對初 級線圈的電壓采集使用 TMS320F2812自帶的模數 轉換模塊 。圖 7 點火線圈故障診斷系統硬件原理框圖次級線圈的電壓信號是一個高頻高壓信號 , 對 該信號的采集是檢測系統的重要組成部分 。 次級線 圈的瞬時電壓在 40kV 左右 , 而采集設備要求的輸 入電壓遠遠小于這個電壓 , 為了完成對高壓信號的 采集 , 設計如圖 8所示的電壓轉換電路 。高壓信號 經過兩個 O P07

8、C 的衰減 (衰減比為 1:10000 后 , 原 來的千伏級電壓變為 5V 以內的電壓信號 。 點火線 圈的次級電壓波形為單次非周期信號 , 電壓上升時 間一般為 2040s , 幅值在 40kV 左右 , 為了能 較準確地采集次級電壓信號及其他信號的波形 , 采 42 公 路 與 汽 運 總第 135期 H i g hw ays &A utomoti ve A p plications 圖 8 次級線圈高壓采集電路 樣頻率應達到 20M Hz 以上 , 這就決定了必須采用 高速數據采集系統進行采樣才能精確地描述被采集 數據 。 針對此特點 , 選用 AD 公司的高速 A/D 轉換

9、芯片 AD9432進行采樣 。 由于 AD9432要求差分輸 入 , 所以在其前端加入信號調理電路 。 選用的控制芯片是 TI 公司的 TMS320F2812。 該芯片是新一代 32位 、 定點高速數字處理器 , 最高 工作頻率可達 150M Hz , 完全滿足汽車點火線圈波 形實時高速數據采集和處理的要求 。在 DSP 樣數據進行分析處理后 , DM T64480T0563 主要針對 TMS320F2812進行編程 , 實現對點 火線圈初 、 次級線圈電壓信號采樣的時序控制及對 采樣數據的分析 , 判斷是否有故障發生 , 最后輸出檢 測結果 。 軟件程序在 CCS2000環境下開發 , 整個

10、程 序分為初級和次級線圈采樣時序控制程序 、 A/D 時 序控制程序 、 數據分析處理程序和液晶顯示程序四 個模塊 , 主程序流程如圖 9所示 。 初 、 次級線圈采樣 時序控制程序主要是順序控制初 、 次級線圈波形的 采集 ;A/D 時序控制程序是在 DSP 發出定時器中 斷時被調用 , 數據從 A/D 的模擬輸入端進入緩存區 再進入 I/O 端口 , 直到所需數據采集完畢 ; 液晶顯 示程序主要是驅動彩色液晶顯示屏及字庫的裝載調 用 , 根據 DSP 數據處理結果顯示相應信息 ; 數據分 析處理程序是該系統的核心部分 , 主要對所采集數 據進行分析 , 得出是否有故障發生和有什么故障發 生

11、的結論 。初級線圈與次級線圈的處理過程類似 , 都是通 過對閾值電壓或點火時間的比較判斷出故障 。圖 9中電壓和時間的閾值選取 、 故障代碼及故障內容如 表 1、 表 2所示。圖 9 點火線圈故障診斷系統主程序流程表 1 閾值電壓和時間 閾值電壓數值 /kV閾值時間數值 /msu 10. 035t 12u 20. 017t 24u 320t 34u 435表 2 故障代碼與故障原因 故障編號 故障代碼故障原因 故障 1EN G _01_1線圈間隙過小 故障 2EN G _01_2電極間隙過大 故障 3EN G_01_03觸點電容漏電 故障 4EN G_01_04接線柱斷路 故障 5EN G_1

12、3混合氣過濃或壓力太低故障 6EN G_14混合氣過稀 故障 7EN G_01_05火花塞間隙太小4 結 語汽車點火線圈的波形是汽車各部分波形中最為52 公 路 與 汽 運 H i g hw ays &A utomoti ve A p plications第 6期 2009年 11月 汽車電控發動機油泵控制電路改裝研究彭高宏(廣州工程技術職業學院 , 廣東 廣州 510075摘 要 :汽車電控燃油噴射系統 (EFI 是電控發動機的主要組成部分 , 其中油泵及其控制電路在 EFI 中起著基礎作用 。 文中根據 EFI 油泵控制電路的結構和原理 , 分析了油泵控制電路發生故障后實施電路改裝

13、的前提 、 基本要求和控制信號源 , 提出了 EFI 常用油泵控制電路改裝方法 。關鍵詞 :汽車 ; 電控發動機 ; 電控燃油噴射系統 (EFI ; 油泵 ; 控制電路 ; 改裝中圖分類號 :U472.4 文獻標識碼 :B 文章編號 :1671-2668(2009 06-0026-031 油泵的控制電路現代汽車電控發動機燃油噴射系統 (EFI 對油 泵控制都必須滿足也都實現了如下要求 :只有當發 動機處于運轉狀態時 , 油泵才工作 ; 若發動機不運 轉 , 即使點火開關 IG 檔接通 , 油泵也不工作 , 以確 保汽車的使用安全 。目前 , EFI有三種形式 :控制電路 ; ; 帶 。 1.

14、1 ECUECU 控制的油泵控制電路主要由 ECU 、 發動 機轉速傳感器和斷路繼電器 (即油泵繼電器 等組 成 , 其電路如圖 1所示 。點火開關 IG 檔接通時 , 主繼電器觸點閉合 , 發 動機電控系統通電 。此時若發動機起動 , 點火開關 ST 檔接通 , 則斷路繼電器線圈 L2通電而產生電磁 吸力 , 使斷路繼電器觸點開關閉合 , 油泵得電工作 。圖 1 ECU 控制型油泵控制電路發動機一旦運轉 , 安裝在分電器里或凸輪軸末 端的發動機轉速傳感器即向 ECU 輸出觸發信號 Ne ,ECU 中的轉速檢測電路使晶體管 Tr 導通 , 斷 路繼電器線圈 L1通電 ; 發動機起動結束時 ,

15、ST 檔 斷開 , 線圈 L2斷電 , 但此時線圈 L1已通電 , 其觸點 開關仍保持閉合 , 油泵繼續工作 。發動機一旦停止 工作 , 發動機轉速傳感器不輸出觸發信號 , 晶體管 Tr 截止 , 斷路繼電器線圈 L1斷電 , 其觸點開關斷 開 , 油泵停止工作 。復雜的波形之一 , 受篇幅限制 , 本文只對眾多故障波 形中的幾個典型波形經行了舉例分析 。 在系統設計 后對有故障的情況進行了多次試驗 , 均能準確地判 斷出故障 。 另外 , 由于 DSP 內嵌 CAN 通信模塊 , 在 本系統的基礎上可以將故障信息進 一步 傳輸到 CAN 總線上 , 對于進一步建立整車的信息系統和進 行整車故障診斷具有重要意義 。參考文獻 :1 周云山 , 于秀敏 . 汽車電控系統理論與設計 M .北京 :北京理工大學出版社 ,1999.2 姚思安 . 次級點火分析 J.汽車維修與保養 ,2001(9 . 3 宋仲康 , 李久芳 . 基于 DSP 的汽車點火線圈測試系統 J.武漢理工大學學報 (信息與管理工程版 ,200