点火系统的组成与工作原理

0项目五：点火系统的构造与维修学校名称：呼伦贝尔高级技工学校《汽车发动机构造与维修》1目录点火系统的拆检任务二十三2主要内容及重点难点主要任务1.认知点火系统的功能与结构。2.描述点火系统的工作原理。3.正确使用工具，根据标准工艺流程对点火线圈和火花塞进行检修。传动系统重点难点火花塞的结构及工作原理3布置任务：课题引入：有一辆卡罗拉轿车，发动机怠速时经常出现抖动现象。送至4S店维修，经维修人员检测可能是发动机点火线圈或火花塞出现故障。请你根据维修手册检查与更换点火线圈或火花塞。4任务二十三：点火系统的拆检一点火系统功用点火系统的主要功用是保证发动机在各种工况和使用条件下，气缸内都能适时、准确、可靠地产生电火花，点燃可燃混合气使发动机运转并对外输出动力。5二、点火系统类型点火系统主要分为传统点火系统、电子点火系统和微机控制点火系统三种，现代汽车大都采用电子点火系统。23-1图点火系统类型任务二十三：点火系统的拆检6“任务一任务一任务一任务一任务一”三、点火系统的组成与工作原理任务二十三：点火系统的拆检3.1组成点火系统主要由电源、传感器、ECU、点火器、点火线圈、分电器和火花塞等组成。微机控制点火系统主要由传感器、ECU、点火模块、点火线圈以及火花塞等组成。3.1.1点火线圈组成点火线圈是点火系统的重要组成部分，其主要由初级线圈、次级线圈、铁芯、点火模块等组成。图23-2点火线圈组成7*“任务一任务一任务一任务一任务一”3.1.2火花塞任务二十三：点火系统的拆检火花塞的主要功用是将点火线圈产生的脉冲高电压引入发动机气缸，并在火花塞两电极之间产生电火花，以点燃可燃混合气。结构：火花塞连接在点火线圈次级绕组末端，它主要由中心电极、侧电极、陶瓷绝缘体、接线螺杆、接线螺母等组成。钢质的火花塞壳体内部固定有陶瓷绝缘体，绝缘体中心孔上有接线螺杆，接线螺杆上端有接线螺母，用来连接高压导线；绝缘体下部有中心电极。图23-3火花塞结构示意图8*“任务一任务一任务一任务一任务一”3.2点火系统工作原理发动机工作时，ECU根据传感器信号（G、Ne等信号），确定出最佳点火提前角和通电时间，并以此向点火器发出指令（IGt、IGd信号）。点火器根据指令，控制点火线圈初级电路的导通和截止。当电路导通时，点火线圈初级电路导通。当初级电路被切断时，次级线圈中感应出高压，经分电器或直接送至工作气缸的火花塞。（IGt：点火正时信号IGd：判缸信号）任务二十三：点火系统的拆检图23-4基本点火电路9*“”任务二十三：点火系统的拆检3.3有分电器电控点火系统主要特点：只有1个点火线圈。组成：凸轮轴/曲轴位置传感器、空气流量计、冷却液温度传感器、节气门位置传感器、起动开关、空调开关、车速传感器。图23-5有分电器点火系统10*任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检3.4无分电器电控点火系统特点：用电子控制装置取代了分电器，利用电子分火控制技术将点火线圈产生的高压电直接送给火花塞进行点火，点火线圈的数量比有分电器电控点火系统多。优缺点：分火性能较好，但其结构和控制电路复杂。分类：根据点火线圈的数量和高压电分配方式的分为，独立点火方式、同时点火方式和二极管配电点火方式三种。11*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检3.4.1独立点火方式单独点火方式点火系统中每个气缸独立使用一个点火组件。点火模块接收ECU的点火控制信号，当点火模块接收到点火指令时，点火控制器三极管导通，初级电流流过初级绕组产生磁场。三极管截止，磁场迅速消失，次级绕组产生感应电动势，高压电送至火花塞跳火。图23-6单独点火方式工作原理12*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检3.4.2同时点火方式特点：点火线圈的个数等于气缸数的一半。当两同步缸同时到达上止点时，火花塞跳火，其中一缸接近压缩行程上止点，为有效点火；另一缸接近排气行程上止点，为无效点火。图23-7同时点火方式工作原理13*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检4.1点火提前角的控制4.1.1点火提前角对发动机性能的影响点火提前角是从火花塞发出电火花，到该缸活塞运行至压缩上止点时曲轴转过的角度。当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率和耗油率随点火提前角的改变而变化。适当点火提前角，可使发动机每循环所做的机械功最多（曲线阴影部分）。点火提前角过大，易爆燃；点火提前角过小，排气温度升高，功率降低。A：不点火B：点火过早C：点火适当D：点火过迟14*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检4.1.2最佳点火提前角确定依据最佳点火提前角与下述因素有关：1.发动机转速：转速升高，点火提前角增大。采用电控点火系统，更接近理想的点火提前角。2.发动机负荷：歧管压力高（真空度小、负荷大），点火提前角小，反之点火提前角大。采用电控点火系统时，可以使发动机的实际点火提前角接近于理想的点火提前角。3.燃料性质：汽油辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可增大。4.其他因素：燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃比、大气压力、冷却水温度。15*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检4.1.3控制点火提前角的基本方法1.起动：按ECU内存储的初始点火提前角对点火提前角进行控制。起动时的点火提前角一般是固定的，为10°左右。2.正常运转：ECU根据发动机的转速和负荷信号，确定基本点火提前角，并根据其他信号修正，以确定实际的点火提前角，并向电子点火控制器输出点火信号。图23-8电控点火数据图16*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检4.1.4点火提前角常用的计算方法：实际点火提前角＝初始点火提前角＋基本点火提前角＋修正点火提前角实际点火提前角＝基本点火提前角×点火提前角修正系数17*任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检4.1.5起动时点火提前角的控制1.发动机起动过程中，进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号不稳定，ECU无法正确计算点火提前角，一般将点火时刻固定在设定的初始点火提前角。2.控制信号：发动机转速信号（Ne信号）和起动开关信号（STA信号18*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检4.1.6起动后基本点火提前角的确定怠速运转：ECU根据节气门位置传感器信号（IDL信号）、发动机转速传感器信号（Ne信号）和空调开关信号（A/C信号）确定基本点火提前角。怠速以外工况：ECU根据发动机的转速和负荷（单位转数的进气量或基本喷油量）确定基本点火提前角。图23-9电控点火数据图19*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检4.1.7点火提前角的修正不同的发动机控制系统中，对点火提前角的修正项目和修正方法也不同。修正方法有修正系数法和修正点火提前角法两种。要修正项目：水温修正、怠速稳定修正和空燃比反馈修正。20*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检（1）水温修正水温修正又可分为暖机修正和过热修正。暖机修正：暖机过程中，随冷却水温的提高，点火提前角应适当减小。暖机修正控制信号：冷却液温度传感器信号、进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号、节气门位置传感器信号（IDL信号）过热修正：怠速冷却液温度过高时，点火提前角应适当增大。（为什么？）过热修正控制信号：冷却液温度传感器信号、节气门位置传感器信号（IDL信号）21实例发动机水温过高时需要减小点火提前角，而怠速时为什么要增大点火提前角啊？混合气烧的慢，要是减小点火提前角的话，燃烧会在排气时进行的多，高温燃气与气缸壁接触面积大，水温就会升高，反之亦然。即增大点火提前角是让混合气燃烧的能量主要用在推动活塞运动，使在排气时的能量相对减少，降低的怠速过热。任务二十三：点火系统的拆检22*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检（2）怠速稳定修正ECU根据实际转速与目标转速的差来修正点火提前角，低于目标转速，应增大点火提前角，反之，推迟点火提前角。怠速稳定修正控制信号：发动机转速信号（Ne信号）、节气门位置传感器信号（IDL信号）、车速传感器信号（SPD信号）、空调开关信号（A/C信号）横坐标是目标转速与实际转速的差，越往右表示实际转速越小于目标转速空调接通，转速不变的情况下，负荷会增大，因此，点火提前角会减小。23*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检（3）空燃比反馈修正由于空燃比反馈控制系统，是根据氧传感器的反馈信号调整喷油量的多少来达到最佳空燃比控制的，所以这种喷油量的变化必然带来发动机转速的变化。为了稳定发动机转速，点火提前角需根据喷油量的变化进行修正。24*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检4.2通电时间控制4.2.1通电时间对发动机工作的影响1.在发动机工作时，必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间。2.但如果通电时间过长，点火线圈又会发热并增大电能消耗。3.要兼顾上述两方面的要求，就必须对点火线圈初级电路的通电时间进行控制。4.另外还需根据蓄电池电压对通电时间进行修正。254.2.2通电时间的控制方法现代点火线圈初级电路的通电时间由ECU控制，根据发动机的转速信号和电源电压信号确定最佳的闭合角（通电时间），并控制点火器输出指令信号（IGt信号），以控制点火器中晶体管的导通时间。任务二十三：点火系统的拆检26*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检4.2.3点火线圈的恒流控制为了防止初级电流过大烧坏点火线圈，在部分电控点火系统的点火控制电路中增加了恒流控制电路。恒流的基本方法：在点火器功率晶体管的输出回路中增设一个电流检测电阻，用电流在该电阻上形成的电压降反馈控制晶体管的基极电流，只要这种反馈为负反馈，就可使晶体管的集电极电流稳定，从而实现恒流控制。27*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检4.3爆燃的控制控制方法：推迟点火提前角。在电控点火系统中，通过增加爆燃传感器检测是否发生爆燃及爆燃程度，并根据判定结果对点火提前角进行反馈控制。28*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检五、点火系统的主要元件检修1.火花塞常见故障发动机运转过程中，火花塞除了承受大的电负荷外，还与高温、高压燃气直接接触，且受到燃烧产物的强烈腐蚀。因此，火花塞是较易损坏的部件。它常见的故障主要有以下几种：29*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检（1）积碳现象：火花塞上有松软、乌黑的沉积物，表明有积碳。原因：1.可燃混合气比例不正确、空气滤清器堵塞等造成的混合气过浓。2.发动机温度过低，燃烧不完全。3.燃油质量太低或变质，燃烧不正常。4.火花塞太冷、热值太低。后果：碳的沉积物是可以导电的，可能造成火花塞失火。积碳实例图30*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检（2）机油油污现象：火花塞电极和内部出现油性沉积物。原因：个别火花塞上有油性沉积物，可能是气门杆油封损坏造成的。各个缸体的火花塞都粘有这种沉积物，则说明气缸蹿油。空气滤清器和通风装置堵塞气缸极易出现蹿油。后果：机油沉积物覆盖火花塞会使火花塞无法通过间隙跳火，而是通过机油从更短的路径跳火到侧电极。机油油污实例图31*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检（3）积灰现象：火花塞中心电极及侧电极表面覆盖浅褐色沉积物。原因：积灰是由于过多的机油添加剂引起的。积灰若出现在火花塞半边，说明发动机上部磨损严重。积灰若包围电极，说明发动机下部磨损严重。后果：积灰可引起自点火，造成功率损失或损坏发动机。积灰实例图32*“任务一任务一任务一任务一任务一”任务二十三：点火系统的拆检（4）绝缘体顶端破裂现象：绝缘体顶端破裂。原因：爆震燃烧是绝缘体破裂的主要原因。点火时刻过早、燃烧室内温度过高都可能导致发动机爆震燃烧。后果：相同的振动也会损坏其它发动机零