2022年2022年汉兰达AR-FE发动机点火系统的结构与原理分析 .pdf

毕 业 论 文论文题目：汉兰达轿车1AR-FE发动机点火系统的结构与检修系部：汽车工程学院专业名称：汽车运用技术班级：121013学号：24 姓名：冒亚坤指导教师：郭兆松完成时间：2015 年 6 月 14 日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 19 页 -前言随着汽车行业的不断发展，现在汽车方面的技术有了不断地提升。尤其是现代汽车的电子控制技术，它将汽车技术和电子技术相结合反映出现在高科技产物的特点。汽车水平的高低程度主要靠汽车的电子技术方面来体现。目前，电子技术应用已经深入汽车的各个系统，使得汽车的整体性能得到了很大的提高。而对于现在这个能源紧缺、污染日益严重的社会前提下，汽车发动机的电子点火系统将成为我能研究的重点。电子点火系统的应用能更好的提高汽车的输出动力、降低油耗和排放，更符合目前世界的形势。本文主要为大家介绍一下，汉兰达发动机电子点火系统的工作原理与故障诊断。由于本人水平有限，加之实践经验不足，文中不当之处，还望老师指正，不胜感激！冒亚坤2015/6/8 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 19 页 -目录一、概述 1 1、汽车点火系统的分类 1 2、点火系统的作用 1 3、电子点火系统的点火要求 2 二、汉兰达 1AR-FE发动机点火系统的结构 3 三、汉兰达 1AR-FE发动机点火系统的工作原理 6 四、汉兰达 1AR-FE发动机点火系统的主要部件的检修 7 1、点火线圈的检修 7 2、火花塞的检修 9 3、曲轴位置传感器的检修 11 五、案例分析 13 结束语 15 参考文献 16 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 19 页 -1 汉兰达轿车 1AR-FE发动机点火系统的结构与检修摘要：本文首先阐述发动机点火系统的分类、点火要求以及作用，然后介绍了1AR-FE 发动机的结构组成，再阐述了该发动机点火系统的主要部件的检修，最后结合实例进行案例分析。关键词：1AR-FE发动机；点火系统；结构；检修在广汽丰田公司 2009 年后生产的轿车上，使用过这种 1AR-FE发动机点火方式，本文主要是根据这款发动机来研究其点火系统的结构与检修。一、概述1、汽车点火系统的分类汽车点火系统按初级电路通断的控制方式不同可分为传统点火系统、半导体点火系统、和计算机控制点火系统三种类型。（1）传统点火系统传统的点火系统是指初级线圈的通断是由断电器触点控制的点火系统。传统点火系统结构简单，价格便宜，但故障率高，高速性能差，已逐步淘汰。（2）半导体点火系统半导体点火系统是指初级线圈的通断由晶体管控制并且采用机械式提前角调节装置的点火系统，也称“晶体管点火系统”或“普通电子点火系统”。它具有高速性能好、点火时间精确、结构简单、质量轻、体积小等优点，已逐渐取代传统点火系统。（3）计算机控制点火系统计算机控制点火系统是指计算机根据各种传感器输入的信号，经过数学运算和逻辑判断控制初级电路通断的点火系统。计算机控制点火系统取消了机械式提前角调节装置，点火时间控制更精确，应用越来越广。按点火能量存储方式的不同，目前汽车上的蓄电池点火系统可分为电感放电式和电容放电式。电感放电式点火系统是将点火能量存储在点火线圈产生的磁场中，而电容式点火系统是将点火能量存储在储能电容器的电场中。2、点火系统的作用点火系的作用是将汽车电源供给的低压电转变为高压电，并按照发动机的作功顺序与点火时间的要求适时、准确地配送给各缸的火花塞，在其间隙处产生点名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 19 页 -2 火花，点燃气缸内的可燃混合气。3、电子点火系统的点火要求（1）能产生足以击穿火花塞间隙的电压火花塞电极击穿从而产生火花时所需要的电压被称为击穿电压。影响火花塞击穿电压的因素有很多，其中有一下几种：1）气缸内混合气体的压力和温度：混合气的压力越大，温度越低，击穿电压就越高。2）火花塞电极间隙和形状：火花塞电极的间隙越大，击穿电压就越高；电极的尖端棱角分明，所需的击穿电压低。3）电极的温度：火花塞电极的温度越高，造成电极周围空气密度变小，击穿电压就越低。（2）有足够的点火能量发动机正常工作时，由于混合气体的温度接近其自然温度，所以这种情况下，并不需要火系统提供过多的能力，然而当发动机处于怠速或者急加速的情况时，气缸内的混合气体会出现过稀或者过浓的情况，这种情况下就需要点火系统提供足够的点火能量。（3）点火时间要适当首先，点火系统应按发动机的工作顺序进行点火。其次，必须在最有利的时刻进行点火。最适当的点火时间应该在活塞压缩行程活塞未到上止点之前一段时间，因为燃烧也需要时间，提前点燃有利于气缸内气体充分燃烧，从而使活塞运行到上止点时，气缸内的压力达到最大，这样可以使做功行程得到充足动力，即能提高燃油效率也能提高输出动力。通常点火时刻一般用点火提前角来表示。如果点火过迟，例如当活塞运行到上止点时火花塞才点火，那么气缸内的可燃混合气主要就在做功行程时完成燃烧，做功时活塞下行会使燃烧容积增大，从而使得汽油的燃烧效率下降，功率也随之降低。当点火过早时，发动机还处于压缩行程时，气缸内的气体就开始燃烧，这样会使得活塞在压缩行程时受到一个反作用力，这就等于发动机在做负功，不仅降低了发动机的输出动率，而且还容易出现爆燃并对发动机运行轴承也有损伤。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 19 页 -3 二、汉兰达 1AR-FE发动机点火系统的结构图 1 1AR-FE 发动机点火系统结构示意图如图 1 所示，1AR-FE发动机点火系统的组成：曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、ECU、点火线圈、火花塞、点火器等。图 2 1AR-FE 发动机各个传感器位置图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 19 页 -4 1、曲轴位置传感器1AR-FE发动机曲轴位置传感器如图2 所示，曲轴位置传感器是发动机特别是集中控制系统中最重要的传感器，也是点火系统和燃油喷射系统共用的传感器。其功能是检测发动机曲轴转点，并将检测信号及时送至发动机电脑，用以控制点火时刻（点火提角）和喷油正时。同时，曲轴位置传感器亦是测量发动机转速的信号源。因此，曲轴位置传感器又称发动机转速与曲轴位置传感器。2、凸轮轴位置传感器1AR-FE发动机凸轮轴位置传感器如图2 所示，凸轮轴位置传感器又称为气缸识别传感器,其作用是采集凸轮轴位置信号,然后将信号传送至发动机控制单元,由发动机控制单元结合曲轴位置传感器信号识别1 缸压缩上止点,从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆震控制。在单缸独立点火系统中,凸轮轴位置传感器严重影响着发动机的起动性能,若该信号丢失,则发动机起动困难,甚至无法起动。3、点火线圈图 3 1AR-FE 发动机点火线圈和火花塞部件图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 19 页 -5 如图 3 所示，根据 1AR-FE发动机点火线圈部件图，1AR-FE发动机的点火线圈里面有两组线圈，初级线圈和次级线圈。次级线圈一端与初级线圈联接，另一端与高压线输出端联接输出高压电。4、火花塞图 4 1AR-FE 发动机点火系统的火花塞结构示意图1AR-FE发动机的火花塞外观如图4 所示，规格如表1 所示，其采用的是加长型铱金火花塞在保持了与铂金火花塞相同耐用性的同时提高了点火性能。它的作用是把高压导线送来的脉冲高压电放电，击穿火花塞两电极间空气，产生电火花以此引燃气缸内的混合气体。高性能发动机的基本条件：高能量稳定的火花、混合均匀的混合气、高压缩比。火花塞由以下几部分构成：接线螺母、中央电极、接地电极、金属壳体、绝缘体。火花塞上的接地电极与金属壳体连接，通过汽缸盖螺纹连接连接到发动机缸体上。绝缘体主要起到隔离金属壳体及中央电极的作用。接线螺母是火花塞上与高压线圈接触的部分，电流通过接线螺母和中央电极后，击穿中央电极与接地电极间的介质产生火花，从而点燃气缸中的混合气。表 1 火花塞规格制造商火花塞型号火花塞间隙DENSO SK16HR11 1.0mm 至 1.1 mm5、点火器点火器的结构如图5 所示，其作用是和传感器配合工作来确定火花塞的跳火时刻，即点火时，能在一瞬间提供足够的能量点燃混合气体并稳定火焰的装置。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 19 页 -6 1AR-FE 发动机采用的这种点火器是一体式的点火器，这种点火器是将点火线圈内置。图 5 1AR-FE 发动机点火系统的点火器结构示意图三、汉兰达 1AR-FE发动机点火系统的工作原理图 6 1AR-FE 发动机点火系统原理图如图 6 所示 1AR-FE发动机点火系统原理图，该单缸独立点火系统也需要利名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 19 页 -7 用曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器来感知曲轴和活塞位置，将信号传给电子控制单元（ECU），ECU 在结合发动机转速、空气流量传感器、水温、节气门位置传感器等信号，发出控制信号控制点火器，从而使点火线圈适时地产生高电压，其结构组成。汉兰达这款 1AR-FE 发动机采用了先进的无分电器独立点火系统。各个气缸采用了配置点火器内藏式的点火线圈，两者一体化，无需分电器和分缸高压线就能把高压电分配给各个火花塞。这种独立的点火系统有以下优点：每个缸都有各自独立的点火线圈，即使发动机转速很高，点火线圈也有较大的闭合角，可以保证足够的点火能量；每个气缸均有点火线圈，单位时间内通过点火线圈初级绕组的电流较小，点火线圈不易发热；点火线圈体积也可减小，能直接安装在火花塞上面；取消了分缸高压线，避免了对计算机信号的电磁干扰；在提高点火正时控制精准度的同时，还可以达到点火时间的全程调整。四、汉兰达 1AR-FE发动机点火系统的主要部件的检修1、点火线圈的检修(1)检查点火线圈总成并执行火花测试1)检查 DTC。小心：如果有DTC 输出，则执行该DTC 的故障排除程序。(2）如图 7所示，检查并确认有火花。1)拆下点火线圈和火花塞。2)断开4个喷油器连接器。3)将火花塞安装到点火线圈中，然后连接点火线圈连接器。4)将火花塞搭铁。5)检查并确认发动机起动时有火花。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 19 页 -8 图 7 1AR-FE 发动机的火花塞检测图检查时，确保检查时火花塞搭铁，如果点火线圈受到敲击或掉落，则将其更换，不要使发动机起动超过2 秒，如果没有火花，则执行以下程序。6)连接4个喷油器连接器。7)安装火花塞和点火线圈。8)清除 DTC。(3）执行以下火花测试程序。1)检查并确认带点火器的点火线圈的线束侧连接器连接牢固，根据测试结果数据表所示，进行下一步操作。表2 测试结果结果操作正常连接牢固异常转至下一步2)对各点火线圈执行火花测试，根据测试结果数据表所示，进行下一步操作。用已知良好的点火线圈更换。再次执行火花测试。表 3 测试结果结果操作异常转至下一步正常更换点火线圈3）对各火花塞执行火花测试。用已知良好的火花塞更换。再次执行火花测试。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 19 页 -9 表 4 测试结果结果操作异常转至下一步正常更换火花塞4）检查并确认电源向点火线圈供电。将点火开关置于ON 位置。根据下图 8 所示测量 B和 GND 端子电压。标准值见表 5 所示，根据测试结果结合表 6 进行下一步操作。图 8 线束连接器前视图表 5 标准电压检测仪连接条件规格状态1(+B)-4(GND)点火开关 ON11 至 14V 表 6 测试结果结果操作正常检查点火开关和带点火器的点火线圈之间的线束并检查搭铁电路异常更换 ECM2、火花塞的检修(1）火花塞常见的故障火花塞常见故障有因电极烧损、电极熔断、积碳、积油、积灰而漏电、绝缘磁体破裂而漏电、电极间隙不当等。这些故障会造成点火系断火、缺火，使发动机运转不平稳或不能工作。(2)故障检查方法小心：清洁时不要使用钢丝刷。不要试图调整旧火花塞的电极间隙。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 19 页 -10 图 9 欧姆表检测电极图1)用兆欧表检查电极，操作如图9所示：用兆欧表测量绝缘电阻，标准值见表7所示。表7 标准绝缘电阻检测仪连接条件规格状态火花塞（端子部位）-车身搭铁始终10 M 或更大提示：如果结果不符合规定，则用火花塞清洁器清洗火花塞并再次测量电阻。如果没有兆欧表，则可用下述简单检查代替。2）替代检查方法：将发动机迅速加速到 4,000 rpm，重复操作 5 次拆下火花塞。目视检查火花塞。如果电极干燥，则火花塞工作正常。如果电极潮湿，则转至下一步。3）检查火花塞的螺纹和绝缘垫是否损坏。如果有损坏，则更换火花塞。4）参考：检查火花塞电极间隙。旧火花塞的最大电极间隙：1.3 mm。如果间隙大于最大值，则更换火花塞。小心：切勿试图调整旧火花塞的间隙。新火花塞的电极间隙：1.0 至 1.1 mm。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 19 页 -11 图 10火花塞间隙图5）如图 11 所示操作，清洁火花塞。如果电极上有湿碳的痕迹，则用火花塞清洁器清洁电极，然后将其干燥。标准气压：588 kPa；标准时长：20 秒或更短提示：电极上没有机油时，仅使用火花塞清洁器。如果电极上有机油痕迹，则在使用火花塞清洁器之前用汽油洗掉机油。图 11火花塞清洗图3、曲轴位置传感器的检修名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 19 页 -12 图 12曲轴位置传感器位置图如图 12 所示，找出曲轴位置传感器并检查曲轴位置传感器。1AR-FE 发动机曲轴位置传感器采用的是电磁脉冲式的传感器，这种传感器的常见故障有：信号发生器线圈短路、断路；转轴磨损、偏摆或感应线圈与导磁铁芯组件移动，使转子与磁头之间的间隙不当；正时转子齿轮间有脏物填塞，造成信号失真等。这些将会严重影响发动机的性能，甚至使发动机无法运行。这种曲轴位置传感器的检修，一般采用检测线圈阻值与交流信号电压的方法来检测。根据测试的电阻结合表9 的标准值进行判断。表 9 标准传感器电阻检测仪连接条件规定状态1-2 冷态1.630 至 2.740热态2.065 至 3.225图 13 曲轴位置传感器线束零件图在上表中，术语“冷态”和“热态”指线圈的温度。“冷态”指约-10 至 50 C “热态”指约 50 至 100C。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 19 页 -13 如果检测的曲轴位置传感器的电阻值不符合该传感器的规定阻值，则该曲轴位置传感器需要更换。五、案例分析例：一辆 2009 年出厂的广汽丰田汉兰达轿车，配备 1AR-FE发动机，该车发动机启动后，怠速一切正常，但高速运行较长时间就会偶尔出现抖动现象。当此故障出现时，就会感觉动力不足，转速上不去，跟缺缸情形类似。待发动机冷却以后，再发动，开始一段时间一切正常，高速跑一段之后，又出现相同的现象。故障分析：从故障出现的现象来看，冷车启动和热车阶段发动机均能正常运行，只有高速运转一段时间之后，才出现故障。分析结论：由此可认为此类故障现象的出现与发动机的运行条件有很大关联。考虑到此车总是运行一段时间后出现了故障，特别是高速运转时更容易出现，而此时发动机已进入正常运行条件，根据以往经验，怀疑高速大负荷时混合气不足，过稀或存在失火现象。检测过程：首先检查进气系统。对进气管各接口处进行检查，没有异常；启动发动机怠速运转，此时发动机运转平顺，没有故障迹象，测量热线式空气流量计和节气门位置传感器信号，有信号输出，并且能随发动机工况变化，符合技术要求。接着进行油缸油压检查，缺压，接上压力表，测量汉兰达采各个状态下的油缸的压力，测试的各个数据一切正常，符合要求；把喷油器插头拔出，测量供电端电压为 14V正常；拔出各缸一体式点火器和点火线圈，插入火花塞并靠近缸体，能跳火，并且火花强度足够，火花塞正常。最后驾驶汽车在外边跑了一段，大概20 分钟后，故障现象又出现，此时无论是高速还是低速，发动机都抖动现象，动力明显不足，排气有黑烟出现，根据这一现象则认为有的气缸不工作而燃油还是继续喷射。所以又重新拔出各缸一体式点火器和火花塞，这时发现 1缸火花塞比较弱，而且明显断断续续的现象，这时候，可以断定是1 缸点火电路出现问题了。分析过程：从点火系统的结构与原理分析来看，初步确定是点火线圈有问题，而不是点火器。但由于这套点火系统采用一体式点火器的点火线圈，不能单独测名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 19 页 -14 试，试着把 2 缸的点火线圈整个换到1 缸控制线上后测试，发现此时火花塞能跳火，火花明显，没有停断。确认故障后，还上个同型号的点火线圈，装车复试，一切正常，故障排除。刚开始诊断分析的时候，一直以为是发动机在高速后才会出现故障，所以走了一些弯路。其实故障是发动机工作一段时间后就出现了的，与发动机转速高低无关，当然，高速运行后，该故障会更快显示出来而已。得出结论：由此检测结果为1 缸点火线圈损毁，需更换1 缸的点火线圈。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 19 页 -15 结束语首先，要衷心感谢我的指导老师郭兆松老师。在论文的写作过程中，郭老师在各个环节上进行了耐心的指导。郭老师严谨的治学态度，是我今后学习的榜样，并将一直激励着我。通过这次论文写作，使我了解很多关于1AR-FE发动机点火系统的知识。这次写作，锻炼了自己的写作水平，通过与同组论文同学的讨论学习，促进了互相的友谊。通过与老师的交流，对论文的修改使我了解到目前自己的不足，在今后的学习工作过程中要继续锻炼。再次感谢郭兆松老师对我的大力帮助和指导。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 18 页，共 19 页 -16 参考文献1 麻友良.汽车点火系统原理与故障检修实例M.北京:机械工业出版社,2010年版；2 林妙山.汽车电气设备与检修 M.北京:化学工业出版社,2009 年版；3 周建平.汽车电气设备构造与维修M.北京:人名出版社，2005年版；4 孙于凯.新编汽车技术 M.北京:中国电力出版社，2007年版;5 丰田汽车公司.丰田维修手册 ASU40，GSU45 系类，2009-4 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 19 页，共 19 页 -