汽车电器设备与维修第5章汽车点火系统

第5章汽车点火系统目录5.1电子点火系统5.2电子点火系统常见故障诊断与排除5.3计算机控制点火系统5.4计算机控制点火系统常见故障诊断与排除5.1电子点火系统1.按点火能量的储存方式分类1）电感储能式电子点火系所谓电感储能式，就是点火系电火花的能量以磁场的形式储存在点火线圈中。2）电容储能式电子点火系所谓电容储能式，就是点火系电火花的能量以电场的形式储存在专门的电容器中。2.按信号发生器的原理分类电子点火系统按信号发生器原理的不同可分为电磁感应式（如丰田车系）、霍尔效应式（如大众车系）、光电式（如日产车系）及电磁振荡式等类型。5.1.1电子点火系统的类型3.按高压电的配电方式分类电子点火系统按高压电配电方式的不同可分为机械配电式（有分电器点火系）及计算机配电式（无分电器点火系）等类型。4.按控制点火线圈初级电流的电子元件分类电子点火系统按控制点火线圈初级电流电子元件的不同可分为晶体管式、晶闸管式及集成电路式等类型。5.按点火系统有无触点分类电子点火系统按其有无触点可分为有触点式及无触点式等类型。电子点火系统一般由低压电源（蓄电池）、点火信号发生器转子、电子点火控制器、配电器、点火线圈及火花塞等部件组成，如图5-1所示。图5-1电子点火系统的组成1—蓄电池；2—点火线圈；3—配电器；4—火花塞；5—点火信号发生器转子；6—电子点火控制器5.1.2电子点火系统的基本结构1.分电器一般将配电器、点火信号发生器和点火提前角调节机构合在一起，称为分电器。1）配电器如图5-2所示，配电器由分电器盖和分火头组成，其作用是按发动机点火顺序，将高压电分配到各缸火花塞上。图5-2配电器结构2）点火信号发生器点火信号发生器其实就是传感器。常用的点火信号发生器有电磁感应式、霍尔式和光电式等。3）点火提前角调节机构点火时刻对发动机的性能影响很大。从火花塞跳火开始到混合气燃烧完毕，是需要一定时间的，虽然这段时间很短，但若在活塞到达上止点时开始点火，则混合气燃烧时活塞下移，这将导致汽缸燃烧压力降低、发动机功率减小。因此，混合气应当在活塞到达上止点前进行点火。最佳点火时刻是在活塞到达上止点前的某一刻。在压缩行程后期，从开始点火到活塞到达上止点这段时间用曲轴转角来表示，这个曲轴转角称为点火提前角。为了保证发动机在任何工况下都能实现在最佳点火时刻点燃混合气，故在分电器内设置了点火提前角调节机构。点火提前角调节机构包括离心式调节器和真空式调节器。（1）离心式调节器。离心式调节器的作用是在发动机转速升高时，自动增大点火提前角，其结构如图5-3所示。图5-3离心式调节器的结构1—凸轮固定螺钉；2—断电器凸轮；3—拨板；4—分电器轴；5—重块；6—弹簧；7—托板；8—销钉（2）真空式调节器。真空式调节器的作用是在发动机负荷变化时，自动调节点火提前角。其装于分电器壳体一侧，结构如图5-4所示。在分电器壳体内固定有弹性金属片制成的膜片，膜片中心一侧与拉杆固连，另一侧压有弹簧。拉杆由壳底座孔中伸出，与底板相连，拉动底板带着信号发生器的定子相对于轴产生角位移。图5-4真空式调节器的结构1—分电器壳体；2—底板；3—点火信号发生器转子；4—拉杆；5—膜片；6—弹簧；7—真空连接管；8—节气门；9—永久磁体2.电子点火控制器电子点火控制器的作用是控制点火系统初级电路的导通与截止，它的内部为集成电路。3.点火线圈1）开磁路式点火线圈传统的开磁路式点火线圈的基本结构如图5-5所示，主要由铁芯、线圈、胶木盖及瓷杯等组成。图5-5开磁路式点火线圈的结构1—瓷杯；2—铁芯；3—初级线圈；4—次级线圈；5—铜片；6—外壳；7—负接线柱；8—胶木盖；9—高压线插座；10—正接线柱；11—开关接线柱；12—附加电阻2）闭磁路式点火线圈图5-6闭磁路式点火线圈的结构1—铁芯；2—初级线圈接线柱；3—次级线圈接线柱；4—初级线圈；5—次级线圈传统的开磁路式点火线圈中，次级线圈在铁芯中的磁通通过导磁钢片构成回路，磁力线的上、下部分从空气中通过，如图5-7（a）所示，其磁路的磁阻大，磁通损失大，转换效率低（约60%）。图5-7点火线圈磁路1—磁力线；2—铁芯；3—初级线圈；4—次级线圈；5—导磁钢片；6—空气隙闭磁路式点火线圈的铁芯是“曰”字形或“口”字形，铁芯内绕有初级线圈，在初级线圈外面绕有次级线圈，其铁芯构成闭合磁路，磁路中只设有一个微小的空气隙，如图5-7（b）所示。闭磁路式点火线圈漏磁少，磁阻小，能量损失小，变换效率高，可使点火线圈小型化。4.火花塞火花塞的作用是将高压电引进发动机燃烧室，在电极间形成火花，以点燃可燃混合气。火花塞拧装于汽缸盖的火花塞孔内，下端电极伸入燃烧室，上端连接分缸高压线。火花塞的工作条件十分恶劣，它承受高压、高温及燃烧产物的强烈腐蚀。因此，火花塞必须具有足够的强度，能承受温度的剧烈变化，有良好的热特性。1）火花塞的构造火花塞主要由绝缘体、中心电极、侧电极和壳体等组成，如图5-8所示。图5-8火花塞的构造1—接线螺母；2—绝缘体；3—接线螺杆；4—内垫圈；5—火花塞壳体；6—密封剂；7—密封垫圈；8—侧电极；9—中心电极；10—绝缘体裙部螺纹2）火花塞的热特性火花塞热特性就是指火花塞发火部位的热量向发动机冷却系统散发的性能。影响火花塞热特性的主要因素是火花塞裙部的长度。裙部较长，受热面积大，吸收热量多，散热少，裙部温度较高，把这种火花塞称为热型火花塞；反之，当裙部较短时，吸热少，散热多，裙部温度较低，把这种火花塞称为冷型火花塞，如图5-9所示。图5-9热型和冷型火花塞第一部分为汉语拼音字母，表示火花塞结构类型及主要尺寸。第一部分第二部分第二部分为阿拉伯数字，表示火花塞热值。第三部分第三部分为汉语拼音字母或通用符号字母，表示火花塞产品结构特征、发火端特征、材料特性及特殊技术要求，无字母者为普通型火花塞。型号示例A5型火花塞：螺纹规格为M10×1；安装螺纹旋合长度为12.7mm；壳体六角对边为16mm；热值为5；普通型点位置3mm以下平座火花塞。3）火花塞的型号电子点火系统的工作原理如图5-10所示。转动的分电器根据发动机做功的需要，使信号发生器（传感器）产生某种形式的电压信号（有模拟信号和数字信号两种），该电压信号经点火器大功率晶体管前置电路的放大、整形等处理后，控制串联于点火线圈初级回路的大功率晶体管的导通和截止。大功率晶体管导通时，点火线圈初级回路通路，点火系统储能；大功率晶体管截止时，点火线圈初级回路断路，次级线圈便产生高压电。图5-10电子点火系统工作原理图5.1.3电子点火系统的工作原理1.磁脉冲式电子点火系统如图5-11所示为用于日本丰田面包车的无触点磁脉冲式点火系统电路原理图。它由安置在分电器内的传感器、点火控制器及点火线圈等组成。图5-11磁脉冲式电子点火系统电路原理图1—传感器；2—点火控制器；3—点火线圈；4—点火开关；5—蓄电池1）传感器传感器是一个磁脉冲式点火信号发生器，用来在发动机工作时产生点火信号。它由安装在分电器轴上的点火信号发生器转子、安装在分电器底板上的永久磁体和绕在铁芯上的传感器线圈等组成，如图5-12所示。图5-12传感器的结构1—点火信号发生器转子；2—传感器线圈；3—铁芯；4—永久磁体2）点火控制器点火控制器用来将传感器输入的脉冲信号整形、放大，转变为点火控制信号，经开关型大功率晶体管，控制点火线圈初级回路的通、断和点火系的工作。2.霍尔效应式电子点火系统霍尔效应式无触点电子点火系统是利用霍尔元件的霍尔效应制成传感器产生点火信号，以控制点火系的工作的。它主要由霍尔传感器、点火控制器及霍尔分电器等组成。图5-14霍尔效应式无触点电子点火系统的组成示意图1—点火开关；2—蓄电池；3—点火线圈；4—高压线；5—火花塞；6—霍尔分电器；7—霍尔传感器；8—达林顿管；9—点火控制器1）霍尔传感器霍尔传感器安装在霍尔分电器内，用来在发动机工作时产生点火信号。霍尔传感器由霍尔触发器、永久磁体和带缺口的转子组成，如图5-15所示。图5-15霍尔传感器工作示意图1—永久磁体；2—带缺口的转子；3—霍尔触发器霍尔触发器也称霍尔元件，是一个带集成电路的电子基片。当外加电压作用在触发器两端时，便有电流在其中通过。如果在与电流垂直的方向上加磁场，则会产生电压UH，UH称为霍尔电压。这种现象称为霍尔效应，如图5-16所示为霍尔效应示意图。图5-16霍尔效应示意图1—永久磁体；2—外加电流；3—霍尔电压；4—霍尔触发器；5—基片；6—磁力线；7—剩余电子2）点火控制器点火控制器由专用的点火集成电路IC、达林顿管及其他辅助电路组成，它用来将霍尔传感器输入的点火信号整形、放大，并转变为点火控制信号，通过达林顿管控制点火线圈初级回路的接通或断开，在点火线圈次级绕组中产生高压电。有些汽车的点火系，将点火控制器功率输出级的达林顿管安装在点火线圈上，以利于散热。3）霍尔分电器装有霍尔传感器的分电器称为霍尔分电器，其结构如图5-17所示。图5-17霍尔分电器的结构1—抗干扰屏蔽罩；2—分电器盖；3—分火头；4—防尘罩；5—分电器盖弹簧夹；6—分电器轴；7—缺口转子；8—真空点火提前调节装置；9—霍尔传感器及托架总成；10—离心点火提前调节装置；11—分电器外壳；12—密封圈；13—斜齿轮1.注意事项拆卸电子点火系统的导线时，应先断开点火开关。当需要转动发动机而又不想使其发动时，应拔下高压线并将其搭铁，不能使其处于开路状态。其各连接线应安装正确、牢固。点火系统的搭铁应可靠、良好。在车上进行电焊作业时，应先拆去蓄电池搭铁线。洗车时，应防止水溅到电子元件上。5.2电子点火系统常见故障诊断与排除2.电子点火系统故障诊断思路（1）对于发动机不能发动的电子点火系统故障，首先要区分故障发生在低压电路还是在高压电路。从分电器中央插孔拔下高压线，使其端头距缸体5~7mm，然后用起动机带动发动机转动。若中央高压线端无火花，应先检查电源、低压线路、初级线圈、点火模块是否良好；若低压线路正常，则应检查高压线路中的点火次级线圈、中央高压线是否良好等；若中央高压线端部跳火良好，而发动机仍不能起动，应检查配电器、分缸高压线和火花塞。（2）对于发动机起动不正常的电子点火系统故障诊断，应仔细观察其故障现象，根据现象来进行故障诊断，具体内容见教材表5-2。5.3计算机控制点火系统5.3.1计算机控制点火系统组成及分类1.计算机控制点火系统的组成计算机控制点火系统一般由传感器、电子控制器、点火器及点火线圈等组成，如图5-18所示。图5-18计算机控制点火系统的组成1）传感器传感器是监测发动机各种运行工况信息的装置。传感器的主要类型有以下几种：（1）曲轴位置传感器。（2）空气流量计。（3）水温传感器。（4）氧传感器。（5）节气门位置传感器。（6）车速传感器。（7）空挡开关。（8）点火开关。（9）空调开关。（10）进气温度传感器。（11）爆震传感器。2）电子控制器电子控制器（ECU）的作用是根据发动机各传感器的输入信息及内存数据进行运算、处理、判断，然后输出指令（信号），控制执行器的动作，达到快速、准确控制发动机工作的目的。如图5-19所示为电子控制器的基本结构。图5-19电子控制器（ECU）的基本结构3）点火器点火器的作用是根据电子控制器输出的指令（信号），通过内部大功率晶体管的导通与截止来控制初级电流的通断，以完成点火工作。有些点火器还具有恒流控制、闭合角控制、汽缸判别及点火监视等功能。2.计算机控制点火系统的分类计算机控制点火系统按是否保留分电器可分为非直接点火系统及直接点火系统两种类型。5.3.2计算机控制点火系统主要部件及点火时刻控制1.曲轴位置传感器曲轴位置传感器的作用是向电子控制器输入活塞位置、曲轴转角、曲轴转速等信息。其按照工作原理的不同可分为磁电式、霍尔式、光电式。曲轴位置传感器可安装在曲轴前端、飞轮壳上、分电器内或分设在曲轴、凸轮轴前端。TCCS曲轴位置传感器的基本结构如图5-20所示。曲轴位置传感器由G信号发生器和Ne信号发生器组成。图5-20TCCS曲轴位置传感器的基本结构N