汽车电器模块三课件

汽车电器与电子控制技术(三）SUCCESS1/17/20231模块三

点火系统电路原理与维修了解点火系统的基本概念及工作原理；了解点火系统电路的组成、功用与特点；了解点火正时机构，学会安装与调试的原理；掌握点火系统电路的常用故障诊断方法。1/17/20232华新现代职业学院汽油机点火系统的作用

在汽油发动机中，气缸内的混合气是由高压电火花点燃的，而产生电火花的功能是由点火系来完成的。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；并能适应发动机工况和使用条件的变化，自动调节点火时刻，实现可靠而准确的点火；还能在更换燃油或安装分电器时进行人工校准点火时刻。1/17/20233华新现代职业学院点火系工作原理示意

初级电流一般为7-8A，初级电压为12V，点火时，初级自感电动势为200-300V，次级电压一般为30KV。1/17/20235华新现代职业学院对汽油机点火系统的要求三个条件：1、能够产生足够高的电压；2、火花应具有足够的能量；3、点火时间应适应发动机的工况。1/17/20236华新现代职业学院对汽油机点火系统的要求小常识：若使电火花跳过0.6mm的间隙：在空气中（正常大气压下1*1000KPa），通常需要2~3kV的电压；在压缩比为8：1的发动机汽缸里，为使电火花能跳过间隙，则需要8kV电压；若压缩比更高，且混合气越稀薄，则可能需要20kV的高压。1/17/20237华新现代职业学院对汽油机点火系统的要求1、如何产生足够的高压：电火花的形成过程；影响击穿电压的因素：1）火花塞电极间隙与形状；2）气缸内混合气压力与温度；3）电极温度与极性；4）发动机的工作情况（发动机正常工况下，火花塞所需击穿电压一般为10~20kV，通常限制在30kV以内）。1/17/20239华新现代职业学院对汽油机点火系统的要求2、火花能量的要求正常工作（1mJ~5mJ）；一般保证（50mJ~80mJ）；起动时应≥100mJ.1/17/202310华新现代职业学院对汽油机点火系统的要求3、点火时间与发动机工况1）点火时刻与点火顺序2）最佳点火提前角（概念）3）影响最佳点火提前角的因素：发动机转速发动机负荷启动与怠速汽油品质1/17/202311华新现代职业学院对汽油机点火系统的要求发动机功率、油耗与提前角的关系1/17/202313华新现代职业学院对汽油机点火系统的要求通常把发动机发出功率最大和油耗最低时的点火提前角，称为最佳点火提前角。实际点火提前角即是初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角之和。2）最佳点火提前角（概念）1/17/202314华新现代职业学院对汽油机点火系统的要求3）影响最佳点火提前角的因素：发动机转速发动机负荷启动与怠速汽油品质其它因素：混合气成分、发动机压缩比、冷却液温度、进气压力和温度、火花塞参数等。1/17/202315华新现代职业学院对汽油机点火系统的要求点火脉谱图1/17/202317华新现代职业学院对汽油机点火系统的要求4）点火闭合角：闭合角是指在各缸点火之前

初级电路接通的时间长度。

1/17/202318华新现代职业学院汽油机点火系统的分类1.按点火系储存能量的方式分（1）电感储能式（点火能量以磁场能形式储存在点火线圈中）；（2）电容储能式（点火能量以电场能的形式储存在储能电容中）。2.按点火信号发生器的原理分（1）磁感应式（如日本丰田车系）；（2）霍尔效应式（如德国大众车系）；（3）光电式（如日本日产车系）。1/17/202319华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理传统点火系统的组成传统点火系统的工作原理传统点火系统的工作特性1/17/202321华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理传统点火系统的组成：电源点火线圈分电器（由断电器、配电器、电容器和点火提前调节机构组成）火花塞附加电阻配电部分1/17/202322华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理传统点火系组成小短片001（1分钟）1/17/202323华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理传统点火系统的工作原理三个阶段：1、触点闭合，初级电流增长；2、触点打开，次级绕组产生高压电；3、火花塞电极间火花放电过程。1/17/202325华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理传统点火系工作过程小短片002（3分钟）1/17/202326华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理传统点火系统的工作特性1、点火系统的工作特性及其影响因素2、影响次级电压最大值U2max的因素3、点火系统性能的改善1/17/202327华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理2、影响次级电压最大值U2max的因素

1）发动机转速与汽缸数对次级电压的影响；2）火花塞积碳对次级电压的影响；3）“白金”（触点）间隙对次级电压的影响；4）点火线圈温度对次级电压的影响；5）初、次级电容对次级电压的影响。1/17/202329华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理1）发动机转速与汽缸数对次级电压的影响；1/17/202330华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理2）火花塞积碳对次级电压的影响：积碳相当于在火花塞电极间并联了一个分流电阻；预留3mm~4mm的附加间隙，用来”调火“；1/17/202331华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理3）“白金”（触点）间隙对次级电压的影响；1/17/202332华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理4）点火线圈温度对次级电压的影响；点火线圈过热时，由于初级绕组的电阻增大，初级断开电流减小，次级电压降低；常见原因：环境温度过高；冷却系统故障致使发动机过热；发电机调节器故障，充电电压过高；ECU故障，导致点火脉宽过大，加大了初级电流等。1/17/202333华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理5）初、次级电容对次级电压的影响。1/17/202334华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理3、点火系统性能的改善增大初级断电电流1）机械方法2）电气方法1/17/202335华新现代职业学院传统式点火系统的组成和工作原理点火过程小短片003（8分钟）1/17/202336华新现代职业学院传统点火系统的构造点火线圈的构造分电器的构造火花塞的构造1/17/202337华新现代职业学院点火线圈的构造

点火线圈的构造分类1)按有无附加电阻分：带附加电阻型和不带附加电阻型2)按接线柱数量不同分：两柱式和三柱式3)按性能分：普通点火线圈和高能点火线圈4)按磁路结构分：开磁路和闭磁路点火线圈1/17/202338华新现代职业学院点火线圈的构造

1/17/202339华新现代职业学院点火线圈的构造附加电阻的作用

1)材料：用低碳钢制成(热敏电阻)2)特点：阻值随温度上升而增加。20℃时电阻为1.27-1.7Ω3)位置：点火开关与点火线圈之间4)作用：改善点火性能。①低速时通电时间长，阻值增大，限制电流，防止线圈过热②高速时通电时间短，阻值减小，保证电流，防止缺火5)两柱式点火线圈一般用附加电阻线，直接连接点火开关和点火线圈1/17/202340华新现代职业学院分电器的构造附加电阻与旁通电路小短片004（1分钟）1/17/202341华新现代职业学院点火线圈的构造

1.开磁路点火线圈（1）构造：初级绕组(0.5-1.0高强度漆包线200匝）、次级绕组（0.06-0.10mm漆包线2万匝）、铁芯接线柱、附加电阻、中央高压线插孔、导磁钢套、胶木盖等1/17/202342华新现代职业学院点火线圈的构造(2)作用：将电源电压变为15-20KV高电压(3)原理：与自耦变压器类似1/17/202343华新现代职业学院点火线圈的构造2.闭磁路点火线圈

(1)结构：用带气隙的“日”形或“口”形铁芯。初级绕组230-370匝，0.5-1.0mm漆包线绕制，次级绕组11000-26000匝，0.06-0.10mm漆包线绕制。(2)特点：漏磁小，转换效率高(从60%提到70%)，无外壳，无绝缘盖，故易散热、结构简单、体积小、质量轻。1/17/202344华新现代职业学院点火线圈的构造

闭磁路线圈1/17/202345华新现代职业学院点火线圈的构造1/17/202346华新现代职业学院点火线圈的构造点火线圈构造小短片005（2分钟）1/17/202347华新现代职业学院分电器的构造

1/17/202348华新现代职业学院分电器的构造

分电器是由配电器、信号发生器和机械式点火提前角调整机构组成。分电器盖分火头电容器真空提前角调节装置断电器1/17/202349华新现代职业学院分电器的构造

1.配电器（1）组成：配电器盖和分火头（2）作用：按发动机的点火顺序，将高压电分配到各缸火花塞上。（3）结构：1）分电器盖：由耐高温、高压的胶木制成，上有中央高压线插孔、分缸高压线插孔、炭柱、弹簧等。2）分火头：绝缘体和导电片。导电片距旁电极间有0.2-0.8mm间隙1/17/202350华新现代职业学院分电器的构造

2.信号发生器（1）类型：电磁感应式、霍尔式及光电式（2）作用：以电磁感应式为例。当分电器轴转动时，带动转子旋转，这样在信号发生器的感应线圈中便产生电磁脉冲信号，此信号传送给点火控制器。（3）说明：关于三种信号发生器结构、原理等内容将在后面的几节中详细介绍。1/17/202351华新现代职业学院分电器的构造

电磁感应式信号发生器1/17/202352华新现代职业学院分电器的构造

3.常见机械式点火提前角调节机构（1）真空式调节器1)作用：随发动机负荷变化改变点火提前角。负荷增大时，减小提前角；反之增加提前角。2)结构：外壳、膜片、弹簧、拉杆和真空管等。3)工作过程：发动机负荷小时，节气门开度也小，节气门下方及管道的真空度增大，真空吸力吸引膜片向右弯曲，通过拉杆拉动活动板(信号发生器的信号线圈位于活动板上)逆着分电器轴旋转的方向相对转子转动一个角度，实现提前点火，即点火提前角增大。反之，当负荷增大时，点火提前角减小。1/17/202353华新现代职业学院分电器的构造

真空式调节器1/17/202354华新现代职业学院分电器的构造3.常见机械式点火提前角调节机构（2）离心式调节器1)作用：随转速变化改变提前角大小。转速高，点火应早，但此时混合气压力和温度高，扰流能力增强，燃烧速度快。故低速时提前角增量应大，高速时增量应小。2)结构：两块离心块，两只弹簧，与凸轮相连的拨板，托板等。3)特点：低速时只细簧工作，调整量大，高速时粗簧也工作，刚度大，调整量小。1/17/202355华新现代职业学院分电器的构造真空式点火提前调节器小短片006（1分钟）1/17/202356华新现代职业学院分电器的构造离心式调节器1/17/202357华新现代职业学院分电器的构造分电器介绍小短片007（2分钟）1/17/202358华新现代职业学院火花塞的构造火花塞作用：将点火线圈产生的高压电引入燃烧室，并在其电极间产生电火花，点燃混合气。1/17/202359华新现代职业学院火花塞的构造1.火花塞的结构：(1)组成：壳体、金属杆、绝缘体、中央电极、侧电极和垫片。(2)电极间隙：指的是中心电极与侧电极之间的间隙。电极间隙过小：火花微弱，并且容易因产生积炭而漏电；电极间隙过大：所需的击穿电压增高，发动机不易起动，且在高速时易发生“缺火。一般的电极间隙为：0.6～0.8,现代的汽车甚至采用1.0～1.2，可以改善排气净化。1/17/202360华新现代职业学院火花塞的构造中心电极侧电极电极间隙1/17/202361华新现代职业学院火花塞的构造2.火花塞的热特性：(1)热特性概念：火花塞瓷绝缘体裙部的炽热端的热量向发动机冷却系散发的性能。(2)自洁温度：500-600℃过低—易产生积炭而造成火花塞漏电；过高—会引起可燃混合气自燃、爆震燃烧，甚至点燃进气冲程的可燃混合气而产生回火现象，造成发动机输出功率下降，甚至造成活塞顶烧熔。1/17/202362华新现代职业学院(3)分类：

A.热型火花塞—绝缘体裙部长(16-20mm)，适于低速、低压缩比的小功率发动机

B.标准型火花塞—绝缘体裙部长度为11-14mm

C.冷型火花塞—绝缘体裙部短(<8mm)，适于高速高压大功率发动机1/17/202363华新现代职业学院火花塞的构造热型和冷型火花塞1/17/202364华新现代职业学院火花塞的构造3.火花塞的类型(1)标准型火花塞其绝缘体裙部略缩人壳体端面，侧电极在壳体端面以外，使用最广泛的一种。(2)绝缘体突出型火花塞其绝缘体裙部较长，突出于壳体端面以外。它具有吸收热量大，抗污能力好的优点，且能直接受到进气的冷却而降低温度，因而也不易引起炽热点火，故热适应范围宽。(3)细电极型火花塞其电极很细，火花强烈，点火能力好，在严寒季节也能保证发动机迅速可靠地起动。热适应范围较宽，能满足多种用途。(4)锥座型火花塞其壳体和旋人螺纹制成锥形，因此不用垫圈也可保证良好密封，从而缩小了火花塞体积，对发动机的设计更为有利。1/17/202365华新现代职业学院火花塞的构造常见结构类型1/17/202366华新现代职业学院火花塞的构造3.火花塞的类型(5)多电极型火花塞侧电极一般为两个或两个以上，优点是点火可靠，间隙不需经常调整，故在电极容易烧蚀和火花间隙不能经常调整的一些汽油机上常常被利用到。(6)沿面跳火型火花塞即沿面间隙型火花塞，是一种最冷型火花塞，其中心电极与壳体端面之间的间隙是同心的。它必须与点火能量大、电压上升率快的电容储能式电子点火系统配合使用，可避免火花塞“炽热点火”和电极“跨连”现象，在油污情况下也能正常点火。缺点是可燃气体不易接近电极，故在稀混合气情况下，不能充分发挥汽油机的功能。另外由于点火能量增大，中心电极容易烧蚀。1/17/202367华新现代职业学院火花塞的构造3.火花塞的类型(7)电阻型火花塞电阻型火花塞是在火花塞内装有5—10kΩ的电阻，可抑制点火系的电磁干扰。(8)屏蔽型火花塞屏蔽型火花塞是利用金属壳体把整个火花塞屏蔽密封起来，不仅可抑制电磁干扰，还可用于防水、防爆的场合。1/17/202368华新现代职业学院火花塞的构造4.火花塞的规格型号：

1)汉语拼音字母表示结构类型和主要尺寸(见表)；2)阿拉伯数字表示热值，自热至冷：1，2，3，4……11表示；3)汉语拼音字母表示的火花塞派生产品、结构特性、发火端特性、材料特性、技术需求。无字母者为普通型火花塞。1/17/202369华新现代职业学院火花塞结构类型1/17/202370华新现代职业学院火花塞的构造火花塞介绍小短片008（1分20秒）1/17/202371华新现代职业学院火花塞的构造火花塞点火过程小短片009（1分钟）1/17/202372华新现代职业学院汽车电子点火系统1/17/202373华新现代职业学院汽车电子点火系统传统点火系统的几个缺陷：1、断电器机械方面的问题导致寿命短；2、初级线圈上的电流不能超过4A；3、不能满足法律法规对排放的严格要求；4、发动机高速时，对稀薄混合气不能完全点燃。1/17/202374华新现代职业学院汽车电子点火系统电子点火系统与传统点火系统比较1、点火线圈性能：传统点火系统电子点火系统R=3~4欧R=1欧U=14VU=14VL=10mHL=4mH1/17/202375华新现代职业学院汽车电子点火系统电子点火系统与传统点火系统比较2、两种不同情况下初级线圈瞬时电流值：3000r/min6000r/min传统点火系统3.2A2.4A电子点火系统10.9A7.3A1/17/202376华新现代职业学院汽车电子点火系统电子点火系统与传统点火系统比较3、储存于点火线圈磁场中的能量：6000r/min传统点火系统30mJ电子点火系统110mJ1/17/202377华新现代职业学院汽车电子点火系统点火信号发生器1、磁感应式点火信号发生器；2、霍尔效应式点火信号发生器；3、光电式点火信号发生器。1/17/202378华新现代职业学院汽车电子点火系统点火信号发生器三个小短片010（6分钟）1/17/202379华新现代职业学院汽车电子点火系统恒值闭合角（导通角）系统：在点火系统中，触点闭合角是用来衡量点火线圈充电时间长短的一个指标。换言之，也就是初级线圈的通电时间。1/17/202380华新现代职业学院汽车电子点火系统恒值能量系统：为了使电子点火系统点火能量恒定，闭合角必须随发动机转速的增加而增加，点火线圈能在一个非常短的时间内提供足够的点火能量。恒值能量意味着，在有限的时间内，所有提供给火花塞的能量必须在任何工况下保持不变。点火线圈做成低阻的：＜1欧（通常0.5欧）1/17/202381华新现代职业学院汽车电子点火系统恒值能量点火系统示意：脉冲信号发生器

脉冲整形器闭合角控制输出级

电流检测1/17/202382华新现代职业学院汽车电子点火系统1/17/202383华新现代职业学院汽车电子点火系统点火正时与闭合角脉谱图1/17/202384华新现代职业学院汽车电子点火系统磁电式点火系统电路1/17/202385华新现代职业学院汽车电子点火系统桑塔纳霍尔式点火控制器电路1/17/202386华新现代职业学院汽车电子点火系统光电式点火控制器电路1/17/202387华新现代职业学院汽车电子点火系统闭合角控制（开环）由电子线路实现，旨在发动机转速较高时，产生一个相对较长的闭合角时间。（图）1/17/202388华新现代职业学院汽车电子点火系统闭合角控制（闭环）闭环控制示意脉冲信号发生器脉冲信号整形

闭环闭合角控制静态发动机初级电流切断蓄电池点火线圈驱动级电流检测电流限制输出级1/17/202389华新现代职业学院汽车电子点火系统初级电流限制初级电流限制保证了系统在过电流时不受损坏，同时也是恒值能量系统的一部分。一般在电路中，由一个低电阻值、高功率、高精度的电阻串接在初级回路中来实现的。（图）1/17/202390华新现代职业学院计算机控制点火系统计算机控制点火系统的优点：1、在工作条件内，可以使点火正时与每个工况精确匹配；2、可以使用一些其它控制输入信息，如温度、爆震等；3、启动性能大大提高，油耗与污染减少，怠速控制得到优化；4、点火系统中磨损零部件数目大为减少。1/17/202391华新现代职业学院计算机控制点火系统

点火脉谱图1/17/202392华新现代职业学院计算机控制点火系统系统示意：1/17/202393华新现代职业学院计算机控制点火系统发动机的理想正时提前角：1/17/202394华新现代职业学院计算机控制点火系统点火提前角对发动机性能的影响点火提前角过大(点火过早)，则大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞所消耗的压缩功增加，且缸内最高压力升高，末端混合气自燃所需的时间缩短，爆燃倾向增大。点火提前角过小（点火过迟），则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，功率、热效率降低，但爆燃倾向减小，NOx排放量降低。A-不点火B-点火过早C-点火适当D-点火过迟

1/17/202395华新现代职业学院计算机控制点火系统爆震控制原理：1/17/202396华新现代职业学院计算机控制点火系统有分电器的系统：1/17/202397华新现代职业学院计算机控制点火系统无分电器的系统：1/17/202398华新现代职业学院计算机控制点火系统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不同，该火系统又可分为：

1.独立点火方式；2.同时点火方式；3.二极管配电点火方式。1/17/202399华新现代职业学院计算机控制点火系统1.独立点火★一种是点火线圈共用一个点火器的；★另一种是每个点火线圈都有一个单独的点火器，并且点火器和点火线圈集成一体。1/17/2023100华新现代职业学院计算机控制点火系统6个点火线圈共用一个点火器1/17/2023101华新现代职业学院计算机控制点火系统丰田1MZ-FE电控独立点火系统1/17/2023102华新现代职业学院计算机控制点火系统丰田1MZ-FE独立点火系统中点火器内部结构1/17/2023103华新现代职业学院计算机控制点火系统一个点火线圈一个点火器1/17/2023104华新现代职业学院计算机控制点火系统一个点火线圈一个点火器1/17/2023105华新现代职业学院计算机控制点火系统2、同时点火方式

丰田7M-GTE发动机同时点火系统

1/17/2023106华新现代职业学院计算机控制点火系统IGdA、IGdB信号是根据G1、G2和Ne信号向点火器输送的判缸信号。点火器根据IGdA、IGdB信号的状态决定接通哪条初级电路。IGdA为0、IGdB为1——VT1导通，1缸或6缸点火。IGdA为1、IGdB为0——VT2导通，2缸或5缸点火。IGdA为0、IGdB为0——VT3导通，3缸或4缸点火。1/17/2023107华新现代职业学院计算机控制点火系统同步点火高压线路中串接二极管的作用：防止次级绕组在初级电流接通时产生的电压（约为1000V）加到火花塞电极上而