第5章 点火系统

第5章点火系统,学习目标了解点火系统的发展状况；掌握点火系统的结构组成；掌握点火系统的工作原理及工作特性；掌握点火系统的元件性能及检测方法；掌握点火系统常见故障诊断与排除。,概述5.15.1.1点火系的发展汽油发动机的点火系统主要历经了四个阶段：1）磁电机点火系统：19世纪末出现了汽油机的磁电机点火系。2）传统点火系统：1908年，美国人首先在汽车上使用蓄电池点火装置。3）电子点火系统：20世纪60年代，出现了电子点火系统。20世纪70年代，无触点的电子点火系统开始应用并得到了迅速的发展。4）电控点火系统：20世纪70年代末期，以微机控制点火时刻的点火系统开始在汽油机上使用。,点火系统的分类采用的电源不同，可分为蓄电池点火系和磁电机点火系两大类。蓄电池点火系按是否采用电子元件控制可分为传统点火系和电子点火系。按储能方式可分为电感储能点火系统和电容储能点火系统两种按结构形式分触点点火系统、电子点火系统和微机控制点火系统,1.点火系统作用点火系将电源的低电压变成高电压，再按照发动机点火顺序轮流送至各气缸，点燃压缩混合气。,5.1.2点火系统的作用与要求,2.发动机对点火系统的基本要求（1）点火系应能够产生足以击穿火花塞间隙的高压电1.5-3万伏（2）火花应具有足够的能量一般需1-5mJ，为可靠需50-80mJ。（3）点火的时间应能够适应发动机的工况点火顺序1-2-4-3或1-3-4-21-5-3-6-2-4；1-8-4-3-6-5-7-2（4）点火时刻上止点前10-153.最佳点火提前角的影响因素（1）发动机转速转速越高，点火提前角越大（2）发动机负荷负荷越大，点火提前角越小（3）起动与怠速点火提前角小或不提前（4）汽油品质汽油牌号越高，点火提前角越大4.工作可靠,5.2传统点火系统,1.组成（动画）,2.传统点火系的工作原理1）当触点闭合时，接通点火线圈的初级电流，点火线圈储存磁场能量（磁场能）；2）当触点断开时，初级电流消失，在点火线圈的次级绕组感应出高压电；3）火花塞电极间产生电火花点燃混合气。下图所示点火系基本电路。,传统点火系的工作原理,双击画面观看动画,1.火花塞的击穿电压一般为多少？答：一般为1500030000V。2.火花塞放电产生在触点闭合时还是触点断开时？答：火花塞放电产生在触点断开瞬间。,3.点火系统的高、低压电路初级电路（低压电路）：下图所示，初级电路为：蓄电池正极点火开关点火线圈的初级绕组断电器触点搭铁回蓄电池负极。初级电流在铁心中产生磁场。次级电路（高压电路）：下图所示，次级电路为：次级绕组点火线圈“+”接线柱SW蓄电池搭铁火花塞分高压线配电器总高压线次级绕组。,传统点火系统在车上的布置,5.3电子点火系,5.3.1电子点火系的分类（一）按控制点火线圈初级电流的电子元件分类（）晶体管点火系统。（）可控硅点火系统。（）集成电路点火系统。（二）按点火系统有无触点分类（）触点式电子点火系统，又称半导体管或晶体管辅助点火系统。（）无触点电子点火系统，又称全晶体管点火系统。（三）按点火提前角的控制方式分类（）普通电子点火系统。（）微机控制电子点火系统。（四）按点火能量的储存方式分类（）电感储能式电子点火系统，其储能元件是点火线圈。（）电容储能式电子点火系统，其储能元件是专用的电容器。,5.3电子点火系,一、电子点火系的组成普通点电子点火系一般由低压电源、点火信号发生器、电子点火器、配电器、点火线圈、火花塞等主要部件组成，其中点火信号发生器、配电器一般和点火提前机构合在一起，称为分电器，如图5-4所示。,5.3.2电子点火系组成和工作原理,5.3电子点火系,5.3.2电子点火系组成和工作原理二、电子点火系的工作原理工作原理如右图所示：转动的分电器根据发动机作功的需要，使点火信号发生器产生某种形式的电压信号(有模拟信号和数字信号两种)，该电压信号经电子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，点火线圈初级通路，点火系统储能；大功率晶体管截止时，点火线圈初级断路，次级绕组便产生高压电。,动画2,2.霍尔效应式电子点火装置工作过程,霍尔效应是美国科学家霍尔在1879年发现的，其原理如图4-74所示。霍尔电压的大小可用下式来表示。式中：RH-霍尔系数；d-半导体基片厚度；I-电流；B-磁通密度。,双击画面观看动画,霍尔式电子点火器的基本工作过程,霍尔式点火器的其它辅助控制的工作过程如下：初级电流的恒流控制闭合角控制停车断路保护过电压保护,霍尔式电子点火系统工作过程打开点火开关，起动发动机，分电器开始转动，当霍尔信号发生器的触发叶轮的叶片进入空气间歇时，霍尔信号发生器输出高电位，通过信号线输入点火器，使大功率三极管导通，接通初级电路，当信号发生器的触发叶片离开空气间隙时，霍尔信号发生器输出低电位，点火器中的大功率三极管由导通转为截止，切断了初级电路，次级绕组感应出200000000V高压电，经配电器分配给各缸火花塞，产生电火花，点燃混合气。,3.磁脉冲式电子点火装置的工作过程磁感应式信号发生器主要包扎信号转子、永久磁铁、感应线圈和支座等，图中虚线表示永久磁铁所形成的磁路。,双击画面观看动画,磁感应式信号发生器,1）磁脉冲式电子点火器的工作原理,接通点火开关时，蓄电池的电压使VT1导通，当点火信号发生器产生正向脉冲时，VT5因R7的正向偏置而导通。初级电流接通；当点火信号发生器产生反向脉冲时，晶体管VT5没有正向偏置电压而截止。于是初级电流被切断，在次级绕组中产生高压，经配电器按点火次序分配到各缸火花塞点火，点燃可燃混合气使发动机做功。,5.3电子点火系,5.3.3电子点火系的主要元件1点火信号发生器1）霍尔式点火信号发生器,5.3电子点火系,5.3.3电子点火系的主要元件1.点火信号发生器2）磁感应式点火信号发生器,5.3电子点火系,5.3.3电子点火系的主要元件2.电子点火器（点火模块）1）霍尔效应是电子点火器,霍尔效应式电子点火系统,5.3电子点火系,5.3.3电子点火系的主要元件2.电子点火器2）电磁感应式电子点火器,5.3电子点火系,5.3.3电子点火系的主要元件3.配电器配电器安装在断电器的上方，它由胶木制的分电器盖和分火头组成。分电器盖的中央有一高压线插孔（中央电极，其内装有带弹簧的炭柱，压在分火头的导电片上）。分电器盖的四周均匀分布着与发动机气缸数相等的旁电极(各缸高压线插孔)，可通过分缸高压钱与各气缸火花塞相连。分火头装在断电器凸轮的顶端，随凸轮一起旋转。当断电器触点断开时，分火头上的导电片总是正对某一旁电极，此时来自点火线圈的高压电经中心高压线引入到分火头上，跳过分火头与旁电极之间较小的气隙到旁电极，再由分缸高压线引入到各缸火花塞上跳火，点燃气缸内的可然混合气而使发动机作功。,1）点火线圈的作用是将电源的低压电转变为高压电。2）点火线圈的分类按冷却方式不同分为沥青式、油浸式和气冷式。按有无附加电阻可分为带附加电阻型和不带附加电阻型。按接线柱的多少可分为两接柱式和三接柱式。按铁心形状不同可分为开磁路式和闭磁路式。按功能差异分为普通型和高能型。重点介绍开磁路式和闭磁路式。,4.点火线圈,3）开磁路点火线圈,开磁路点火线圈的基本结构如所示，主要由铁心、绕组、胶木盖、瓷杯等组成。,双击画面观看动画,图520点火线圈,其铁心用0.30.5mm厚的硅钢片叠成，铁心上绕有初级绕组和次级绕阻。次级绕阻居内，通常用直径为0.060.10mm的漆包线绕1100026000匝；初级绕阻居外，通常用0.51.0mm的漆包线绕230370匝。三接柱点火线圈壳体外部装有一附加电阻，其作用是改善点火性能。两接柱点火线圈无附加电阻，在点火开关与点火线圈“+”接柱间，连入一根附加电阻线。当点火线圈的初级绕组通过电流时，铁心磁化后所产生磁场的磁路如图所示。,4）闭磁路点火线圈,闭磁路点火线圈的结构图如图所示。传统的开磁路点火线圈中，次级绕组在铁心中的磁通通过导磁钢套构成回路，磁力线的上、下部分从空气中通过，磁路的磁阻大，磁通损失大，转换效率低（约60%）；闭磁路点火线圈的铁心是“曰”字形或“口”字形，铁心内绕有初级绕阻，在初级绕组外面绕有次级绕组，其铁心构成闭合磁路，磁路中只设有一个微小的气隙，其磁路如图所示。闭磁路点火线圈漏磁少，磁阻小，能量损失小，变换效率高，可使点火线圈小型化。,5）国产点火线圈的型号和参数,123451产品代号DQ表示点火线圈，DQG表示干式点火线圈，DQD表示电子点火系用点火线圈。2电压等级1-12V，2-24V，6-6V。3用途代号1-单、双缸发动机2-四、六缸发动机3-四、六缸发动机（带附加电阻）4-六、八缸发动机（带附加电阻）5-六、八缸发动机6-八缸以上的发动机7-无触点分电器8-高能9-其他（包括三、五、七缸）4设计序号5变形代号,5.3电子点火系,5.3.3电子点火系的主要元件5.点火提前机构1)离心提前机构,5.3电子点火系,5.3.3电子点火系的主要元件5.点火提前机构2)真空提前机构,图5-23真空提前机构工作原理a）节气门开度小b）节气门开度大,6.火花塞,火花塞的类型（1）标准型（2）突出型（3）矮型（4）白金尖型（5）多极型（6）细电极型（7）铜芯电阻型（8）沿面跳火型（9）电极缩入型（10）屏蔽型,（1）火花塞的构造在钢质的壳体内固定有高氧化铝陶瓷绝缘体，绝缘体中心孔的上部装有金属杆，杆的上端有接线螺母，可接高压线；中心孔的下部装有中心电极，金属杆与中心电极之间利用导电玻璃密封。铜制内垫圈起密封和导热作用。壳体的上部有便于拆装的六角平面，下部有螺纹以备安装，壳体的下端固定有弯曲的侧电极，垫圈以保证火花塞的密封。火花塞的间隙多为0.6mm一0.7mm，当采用无触点点火系统时，间隙可增至1.0mm一1.2mm。,（2）火花塞热特性影响火花塞热特性的主要因素是火花塞裙部的长度。裙部较长时，受热面积大，吸收热量多，而散热路径长，散热少，裙部温度较高，把这种火花塞成为“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，把这种火花塞成为“冷型”火花塞。如图所示。,5.3.4电子点火系的正确使用、检测与维修1.电子点火系的正确使用）接线必须正确、牢固，插接器要插接良好。2）清洗发动机时，应断开点火开关，并不得直接清洗电子组件。3）拆卸、连接点火系统导线（包括高压线）及用仪器检测时，应先断开点火开关。4）电子点火系统的分电器、点火控制装置、高能点火线圈一般都是专用产品，不得随意替代。5）无触点信号发生器的定时转子与定子或凸齿之间的间隙应调整到规定值。6）电子点火系中电子元件较多，精度要求高，一般不得随意拆卸焊接。,5.3电子点火系,5.3.4电子点火系的正确使用、检测与维修2.电子点火系的检修与维修（1）点火线圈的检修1)初级绕组的检修2)次级绕组的检修,5.3电子点火系,图5-29检测点火线圈阻值a)检查初级绕组；b)检查次级绕组,5.3.4电子点火系的正确使用、检测与维修2.电子点火系的检修与维修（2）分电器的检修1）分电器的分解2)分电器轴的检修3)配电器的检修,5.3电子点火系,图5-30分电器轴的检查a)检查轴的弯曲度；b)检查轴与衬套的配合间隙,图5-31分火头常见故障1-弹簧张力过弱；2-烧蚀；3-裂纹,图5-32分电器盖常见故障l破损；2-盖；3,6-碳迹；4-裂纹；5-烧蚀；7-碳精柱过度磨损,5.3.4电子点火系的正确使用、检测与维修4)离心提前装置的检修5)真空提前装置的检修,5.3电子点火系,图5-33检查点火提前机构a)检查离心提前机构b)检查真空提前机构,5.3.4电子点火系的正确使用、检测与维修3.火花塞的检修（1）火花塞技术状况的检查。就车检查法：a.触摸法。起动发动机，使其怠速运转，用手触摸火花塞绝缘陶瓷部位；b.短路法。起动发动机，使其怠速运转，然后用螺丝刀逐缸对火花塞短路，听发动机转速和响声变化；c.跳火法。旋下火花塞，放在气缸体上，用高压线试火；观色法。拆下火花塞观察，如为赤褐色或铁锈色，表明火花塞正常；如为渍油状，表明火花塞间隙失调或供油过多，高压线短路或断路；如为烟熏的黑色，表明火花塞冷热型选错或混合气浓，机油上窜。,5.3电子点火系,图5-34燃烧正常的火花塞,图5-35热值过小的火花塞,图5-36热值过大的火花塞,5.3.4电子点火系的正确使用、检测与维修2）检查火花塞的绝缘电阻值3)检查调整电极间隙现代汽车普遍采用电阻型火花塞，其绝缘电阻值为315k。检查方法是将万用表电阻档检查。实践证明,汽车每行驶1600km，火花塞电极烧蚀约为0.025mm，在一般情况下，汽车每行使1500020000km(长效火花塞30000km)或电极严重烧蚀时，应检查调整火花塞的电极间隙，方法如图5-37所示。,5.3电子点火系,5.3.4电子点火系的正确使用、检测与维修4.点火信号发生器的检修1)霍尔式信号发生器的检修(1)检测输入电压(2)检测输出电压2)磁感应式信号发生器的检修（1）用万用表检测信号线圈的电阻值进行判断。（2）信号发生器转子凸齿与定子磁头之间的气隙检查，可用塞尺进行检查，标准气隙应为0.2一0.4mm。否则，应予调整。,5.3电子点火系,5.3.5电子点火系的故障诊断与排除直观检查判断故障在低压电路还是在高压电路点火信号发生器点火控制器（开关放大器或信号放大器）点火线圈,5.3电子点火系,5.4微机控制电子点火系统,微机控制电子点火系主要包括与点火有关的各种传感器、电子控制器（ECU）、点火器、点火线圈、火花塞等，如图所示。,微机控制电子点火系的基本组成,1.传感器及其功能,1）曲轴转角和转速传感器2）曲轴基准位置传感器（点火基准传感器）3）进气压力传感器4）空气流量传感器5）进气温度传感器6）冷却水温传感器7）节气门位置传感器8）爆震传感器9）氧传感器10）各种开关输入信号（1）起动开关信号、（2）空调开关信号、（3）空档开关信号,2.电子控制（ECU）的组成及其作用,电子控制器本身就是一台微机，简称ECU。一般由中央处理器CPU、只读存储器ROM、随机存储器RAM、模拟/数字转换器（A/D)、输入/输出接口（I/O）等组成。作用：是接受各种传感器的信号，按特写程序进行判断、运算后，给点火器输出最佳点火提前角和点火初级电路导通时间的控制信号。,3.点火器的功能,点火器的功能是根据电子控制器输出的指令（信号），通过内部大功率管的导通与截止，控制初级电流的通断完成点火工作。有些还具有恒流控制、闭合角控制、气缸判别、点火监视等功能。,5.4.2微机控制电子点火系的工作原理.微机控制点火系统的分类（）非直接点火系统（）直接点火系系统（无分电器点火系统）同时点火方式：两个气缸合用一个点火线圈，对两个气缸同时点火。单独点火方式：每个气缸的火花塞配一个点火线圈，单独对本缸点火。二极管配电点火方式,单独点火方式,双缸同时点火方式,二极管配电点火方式,2.微机控制电子点火系的工作原理,无分电器点火系统常称为DLI系统(1)分电器的缺陷1）点火能量损失大2）点火提前角受分电器空间位置的限制3）点火正时误差较大4）可靠性低2.无分电器点火系统的配电方式1）单独点火方式2）双缸同时点火方式3）二极管点火方式,5.4.2微机控制电子点火系统的工作原理无分电器同时点火系统同时点火系统主要由传感器、电子控制器、点火器、点火线圈等组成，丰田皇冠车DLI系统组成如下图,5.4微机控制点火系,图5-43丰田皇冠车DLI系统组成（1）,图5-43丰田皇冠车DLI系统组成（2）,5.4.2微机控制电子点火系统的工作原理无分电器同时点火系统（）凸轮位置传感器（磁电式）凸轮位置传感器由G（G1、G2）和Ne两部分信号发生器组成，如下图。ECU根据G1、G2和Ne信号判别气缸、检测曲轴转角以及决定点火时刻的初始点火提前角。,5.4微机控制点火系,5.4.2微机控制点火系的工作原理,无分电器同时点火系统（）电子控制器（ECU）点火时刻（提前角）控制信号当G1、G2信号产生后，第一个Ne信号即为第六缸或第一缸的初始点火时刻信号。当G1、G2信号产生时，以此信号为基准，由Ne信号控制其后三次点火信号（每4个Ne信号产生一个点火信号），之后再由G信号重设其后的三次点火信号。气缸判别信号ECU根据G1、G2、Ne信号，经计算和分频电路，输出气缸信号IGdA、IGdB。点火器根据IGt、IGdA、IGdB信号确定需要点火的气缸。判缸信号IGdA、IGdB的时序波形如下图。,5.4.2微机控制点火系的工作原理,无分电器同时点火系统（）点火器点火器的工作电路如图5-48。点火器的最基本功能是接收ECU输出的IGdA、IGdB和IGt信号，依次驱动各点火线圈初级绕组的接通和截止，实现微机控制点火。,5.4.2微机控制点火系的工作原理,无分电器同时点火系统（）点火器当点火器从ECU接收到IGdA、IGdB和IGt信号后，点火器内的气缸判别电路判别出需要点火的缸，点火器通过驱动电路，控制相应的点火线圈的大功率管导通，初级绕组充磁，当点火信号IGt变为低电位时，切断初级绕组，次级绕组产生高压电。整个发动机的点火正时流程图如右图。,5.4.2微机控制点火系的工作原理,无分电器同时点火系统（）点火线圈DLI用点火线圈采用小型闭磁路点火线圈，如下图。它由初级线圈、次级线圈、铁心、高压二极管、外壳、低压接柱、高压引线等组成。,5.4.2微机控制点火系的工作原理,无分电器单独点火系统（）日产公司无分电器单独点火系统控制原理图如右图。该系统由各缸独立的点火线圈和点火器、电控单元（ECU）等组成。,5.4.3微机控制点火系统的故障诊断,按规定步骤读取故障码根据故障码，确定故障具体部位、原因，予以排除进行路试检查，确定故障彻底排除清除(消除)故障码5.4.4典型故障诊断与排除1AJR发动机不能起动故障的诊断与排除）检查电子控制系统）检查点火系统）检查燃油供给系统AJR发动机起动困难故障的诊断与排除,图5-43丰田皇冠车DLI系统组成（1）,1点火系经历了磁电机式点火系、传统点火系、普通电子点火系和微机控制的点火系四个阶段。2发动机对点火系有三大要求。3传统点火系主要有电源、点火线圈、分电器、火花塞、点火开关和附加电阻等组成，其中分电器包括断电器、配电器、电容器、离心式点火提前机构和真空提前机构。4真空提前机构随发动机负荷的增大使点火提前角减小，离心式点火提前机构随发动机转速的提高使点火提前角增大。5火花塞按期热值分为热型、中型和冷型，热型适用与低速、低压缩比、小功率发动机；冷型火花塞，适用于高速、高压缩比、大功率发动机。6电子点火系按信号发生器得不同，可分为电磁感应式、霍尔效应式和光电式三种。7普通电子点火系一般由点火信号发生器、电子点火器、配电器、点火线圈、火花塞等主要元件组成。8微机控制点火系主要有传感器、电子控制单元（ECU）、执行器（点火器、点火线圈、火花塞等）组成。9微机控制点火系的功能主要包括点火提前角、通电时间和爆燃控制等三个方面.。10微机控制点火系按有无分电器可分为有分电器式和无分电器式。11五分电器式又可分为独立点火式、分组点火式和二极管分配式。,本章小结,一、选择题对于“发动机对点火系的要求”来说，下列说法哪一个是错误的（）。A当发动机的工况发生变化时，点火提前角要随之变化。B火花塞跳火时，要有足够的能量。C按气缸工作顺序点火。D点火系产生的高压电要达到100200V。当发动机转速提高时，点火提前角应（）。A变大B变小C不变D不能确定当发动机负荷增大时，点火提前角应（）。A变大B变小C不变D不能确定当发动机起动不着火时，下列说法哪个是错错误的（）。A可能是蓄电池容量低B可能是无高压电C可能是不来油。D可能是发电机有故障对于电子点火系来说，拨下分电器上的中央高压线对发动机机体试火时，无火花，下列说法哪个是错误的（）。A可能是点火线圈有故障B可能是点火控制器有故障C可能是分火头有故障D可能是信号发生器有故障,习题与思考,一、选择题电子点火系与传统点火系相比，最大特点是（）。A一次侧电流小，二次侧电压高。B用信号发生器控制一次侧电路。C点火正时更精确。D用点火控制器代替断电器控制一次侧电路。对于电子点火系来说，下列说法哪个是错误的（）。A丰田车系所采用的信号发生器大都是磁脉式的。B日产车系所采用的信号发生器大都是光电式的。C大众车系所采用的信号发生器大都是霍尔式的。D解放车所采用的信号发生器大都是霍尔式的。当某个气缸不工作时，下列说法哪个是错误的（）。A个别气缸火花塞不跳火。B个别气缸高压线漏电。C点火正时不准。D分电器旁电极漏电。当汽车加速无力时，若是点火正时的问题，可能是（）。A点火过早B点火过晚C无法确定D与点火正时无关。电子点火系的二次侧电压较高，主要原因是（）。A火化塞间隙大B点火线圈性能好C高压线不易漏电D一次侧电流大。,习题与思考,二、判断题桑塔纳轿车转子与凸缘之间的间隙为0.20.4mm（）桑塔纳ARJ发动机采用1-3-4-2的顺序点火方式。（）触点式分电器容电器的电容值一般为020025pF。（）上海桑塔纳2000GSI型轿车采用装有叶片空气流量计的L型系统。（）桑塔纳2000GSI轿车AJR发动机采用线性节气门位置传感器。（）节气门位置传感器供给的电压较多的是9V。二氧化锆氧传感器输出特性在过量空气系数a=1.2附近有突变。（）点火提前角太小会引起发动机过热。（）点火提前角太大会引起发动机过热。（）当更换点火模块时，应首先断开蓄电池的正极电缆。（）,习题与思考,三、简答题传统点火装置由哪些部件组成，并叙述其工作原理？汽车点火系的作用是什么？为什么要在点火线圈设附加电阻？其作用是什么？怎样区分热型火花塞和冷型火花塞点火过早或过迟对发动机工作有何影响？如何进行点火正时的调整？汽油发动机汽缸中的可燃混合气为什么要提前点火？点火提前角过大或过小有何影响？如何判断低压电路和高压电路的故障？晶体管点火装置有哪几种类型？与传统点火装置相比较有何特点？介绍霍尔式点火信号发生器的工作原理。说明霍尔效应式点火系统的诊断方法。,习题与思考,一、实训目的与要求1熟悉并掌握点火系的线路连接电路图2熟悉并掌握点火系各元件的结构情况二、实训仪器和设备1桑塔纳电器实训台架一台2桑塔纳实车一台三、实训步骤1熟悉点火系电路2在桑塔纳电器台架上一一对应找到相关的连线和元件3在桑塔纳实车上一一对应找到相关的连线