项目4 点火系统故障诊断与检修(1).pptx

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1、项目4,点火系统故障诊断与检修,汽车电气设备构造与维修（第2版）主编：徐昭、程章,目录CONTENTS,知识目标,1,2,点火系统的组成、作用和类型。,典型点火系统的工作原理、各部件的结构及其正确拆装方法。,3,电子点火信号发生器的常见故障及其检修方法；微机控制点火系统的常见故障及其检修方法。,了解,熟悉,掌握,点火系统的组成与结构原理,任务4.1,任务4.1点火系统的组成与结构原理,任,务,导,入,2016年7月15日，车主刘先生把他的世嘉轿车拖到汽车4S店，说是发动机启动时，无着火迹象。经初步诊断为点火系统故障，作为维修人员我们应该掌握点火系统检修的哪些知识呢？,在汽油发动机中，气缸中的混

2、合气是由点火系统产生的高压电火花点燃的，点火系统能正常工作是汽油发动机能正常燃烧必备条件之一，点火系统性能的好坏直接影响发动机的工作性能。点火系统的作用是将蓄电池或发电机提供的低压电转变为高压电，按照发动机的工作顺序和点火时刻的要求，适时、准确地击穿各缸火花塞间隙，产生电火花，点燃混合气。,1.点火系统的类型目前汽车上使用的点火系按其组成和产生高压电方式的不同可分为传统蓄电池点火系统、电子点火系统和微机控制点火系统。,4.1.1点火系统概述,任务4.1点火系统的组成与结构原理,2.对点火系统的基本要求（1）能产生足以击穿火花塞间隙的电压。火花塞电极击穿而产生火花时所需要的电压称为击穿电压。点火

3、系产生的次级电压必须高于击穿电压，才能使火花塞跳火。,（2）火花应具有足够的能量。为了保证可靠点火，电子点火系统一般应保证5080mJ的火花能量，启动时应产生高于100mJ的火花能量。而且电火花还应有一定的火花持续时间，通常不少于500s。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,（3）点火时刻应与发动机的工作状况相适应。发动机在不同的转速和负荷下工作时，所需点火提前角的大小是不同，点火系统必须能自动调节点火提前角到最佳值。同时，点火系统应按发动机的工作顺序正确点火。一般直列六缸发动机的点火顺序为153624，四缸发动机的点火顺序为1342或1243。,1.传统点火系统组成与工作原理（1）传统点火

4、系统的组成传统点火系统主要由电源（蓄电池和发电机）、点火开关、点火线圈、分电器、火花塞、附加电阻和高低压导线等组成。如图4.1所示。,4.1.2传统点火系统,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.1点火系统组成,1点火线圈；2附加电阻；3点火开关；4电流表；5蓄电池；6启动机；7高压导线；8附加电阻；9配电器；10火花塞；11断电器；12电容器,任务4.1点火系统的组成与结构原理,电源。提供点火系统工作时所需的能量，由蓄电池和发电机构成。点火开关。用来控制点火系统初级电路、仪表电路以及启动机继电器电路的开与闭。点火线圈。相当于自耦变压器，用来将电源供给的12V、24V或6V的低压直流电转变

5、为1520kV的高压直流电。分电器。由断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置等组成。它用来在发动机工作时接通与切断点火系统的初级电路，使点火线圈的次级绕组中产生高压电，并按发动机要求的点火时刻与点火顺序，将点火线圈产生的高压电分配到相应气缸的火花塞上。火花塞。由中心电极和侧电极组成，安装在发动机的燃烧室中，用来将点火线圈产生的高压电引入燃烧室，点燃燃烧室内的可燃混合气。附加电阻。改善点火性能和启动性能。,（2）传统点火系统的工作原理,任务4.1点火系统的组成与结构原理,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.2传统点火系统的工作原理,任务4.1点火系统的组成与结构原理,断电器触点闭合、初级

6、电流增长的过程。点火系统的初级电路包括蓄电池、点火开关、点火线圈初级绕组、附加电阻、分电器的断电触点及电容器。当触点闭合时，点火线圈初级绕组中有电流通过，流过初级绕组的电流称为初级电流。如果触点不分开，经过一段时间（约20ms），初级电流将达到最大稳定值。其电路是低压电路，电流从蓄电池正极电流表点火开关S附加电阻点火线圈初级绕组N1断电器触点K搭铁蓄电池负极。初级电流增长时，不仅在初级绕组N1中产生自感电动势，而且同时在次级绕组N2中也会产生互感电动势，为1.52kV，不能击穿火花塞间隙。断电器触点断开、次级绕组产生高压电的过程。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,当断电器凸轮顶开触点K时，

7、初级电路被切断，初级电流迅速下降到零，铁芯中磁通随之迅速衰减以至消失，因而在匝数多（1500023000匝）导线细的次级绕组N2中感应很高的电压，使火花塞电极之间的间隙被击穿，产生火花。初级绕组中电流下降的速率越大，铁芯中磁通的变化越大，从而次级绕组中的感应电压也越高。发动机工作时，在断电器触点分开瞬间，次级电路中分火头恰好与侧电极对准。高压电路在触点打开瞬间以点火线圈次级绕组为高压电源，以火花塞电极间隙为负载，其电流回路为：点火线圈次级绕组“+”接线柱附加电阻点火开关电流表蓄电池搭铁火花塞旁电极、中心电极配电器旁电极分火头点火线圈次级绕组“-”接线柱。发动机工作期间，断电器凸轮每转一周（曲轴

8、转两周），各缸按点火顺序轮流点火一次。提示：如果要停止发动机的工作，只要断开点火开关，切断初级电路即可。,2.传统点火系统主要元件的结构（1）点火线圈点火线圈的作用是将电源提供的低压电转换成点火所需的高压电，使火花塞电极能击穿跳火。按其磁路结构形式的不同，分为开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,开磁路点火线圈。,开磁路点火线圈主要由铁芯、初级绕组、次级绕组、胶木盖、绝缘座等组成。胶木盖中央突出部分为高压插孔，其余的接线柱为低压接线柱。为了减少涡流和磁滞损失，点火线圈的铁芯用0.30.5mm厚的硅钢片叠成，外面套有绝缘套管。铁芯上绕有初级绕组和次级绕组。初级绕组

9、通常用直径为0.51.0mm的漆包线绕240370匝；次级绕组通常用直径为0.060.10mm的漆包线绕1100030000匝。由于初级绕组中流过的电流较,任务4.1点火系统的组成与结构原理,大，发热量大，所以绕在次级绕组绝缘层的外面，有利于散热。当低压电流过初级绕组时，铁芯被磁化，其磁路如图4.3所示。由于磁路上下都暴露在空气中并未构成闭合磁路，所以称为开磁路点火线圈。为了增强绝缘性能，绕组绕好后要在真空中浸以石蜡和松香的混合物，并填满沥青或变压器油，以减少漏磁和加强绝缘性，同时防止潮气侵入。,根据低压接线柱的数目不同，点火线圈有两接线柱式和三接线柱式之分，开磁路点火线圈的基本结构如图4.4

10、所示。图4.4（a）所示的三接线柱的点火线圈的胶木盖上，有低压接线柱7、10和11，它们分别接断电器、启动机附加电阻短路接线柱和点火开关。点火线圈附加电阻是具有正温度系数的热敏电阻，它与点火线圈的初级绕组串联，当其温度升高时电阻值迅速增大、温度降低时电阻值迅速减小。发动机工作时，利用附加电阻这一特点自动调节初级电流的大小，可以改善高速时的点火性能。当发动机低速工作时，初级电流大，附加电阻受热量大，其阻值增大，避免了初级电流过大，防止了初级绕组过热；反之，当发动机高速工作时，初级电流小，附加电阻受热量小，阻值减小，使初级电,任务4.1点火系统的组成与结构原理,流增大，保证能产生足够的次级电压。当

11、发动机启动时，由于蓄电池的端电压会急剧下降，致使初级电流减小，点火线圈不能供给足够的高电压和点火能量。为了克服这一影响，在启动时将附加电阻短路，使初级电流最大，提高次级电压和点火能量，改善发动机的启动性能。如图4.4（b）所示，两接线柱式点火线圈无附加电阻，而用一根导线接至点火开关。这根导线是一根热敏电阻线，被称为附加电阻线，阻值为1.7，起到三接线柱点火线圈中的附加电阻的作用。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.4开磁路点火线圈的基本结构,1绝缘座；2铁芯；3初级绕组；4次级绕组；5导磁钢套；6外壳；7“-”接线柱；8胶木盖；9高压线接头；10接启

12、动机接线柱；11“+”接线柱；12附加电阻,任务4.1点火系统的组成与结构原理,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.5闭磁路点火线圈,1“日”字形铁芯；2初级绕组接线柱；3高压接线柱；4初级绕组；5次级绕组,（2）分电器,任务4.1点火系统的组成与结构原理,断电器由活动触点、固定触点及凸轮等组成，如图4.6所示。其作用是周期性地接通和切断点火线圈低压电路。断电器触点由钨合金制成，固定触点经底板直接搭铁。活动触点与壳体之间是绝缘的，它通过触点臂，经触点弹簧片与分电器低压接线柱相通。活动触点臂有孔一端松套在活动底板的销轴上，通过触点臂弹簧片的弹力紧压在凸轮上。凸轮具有与发动机气缸数相同的凸角

13、，凸轮与拨板制成一体，装在分电器轴上，经离心重块由分电器轴驱动。旋动偏心螺钉即可改变固定触点的位置，从而可以调整断电器触点的间隙。触点之间的间隙一般为0.350.45mm。提示：断电器在汽车上已被淘汰，被电子控制模块所取代。,断电器。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,配电器安装在断电器上方，由胶木质的分电器盖和分火头组成，如图4.7所示。配电器的作用是按发动机点火顺序，将高压电分配到各缸火花塞上。分火头插装在凸轮的顶端，和凸轮一起旋转，其上有金属导电片。分电器盖的中央有高压线插孔，其内装有带弹簧的炭柱，压在分火头导电片上。分电器盖的外围有与发动机气缸数相同的旁电极插孔，以安装分缸高压线。分

14、火头上的导电片离旁电极有0.20.8mm的间隙，当分火头旋转时，断电器触点打开，而此时分火头正好对准某一旁电极，于是高压电自导电片跳至与其相对的旁电极，再按点火顺序将高压电经高压线送至各缸相应的火花塞。,配电器。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.6断电器,1固定盘；2片簧；3销钉；4活动触点臂；5托板；6固定触点；7固定螺钉；8调节螺钉；9凸轮,图4.7配电器的组成,1高压旁电极；2导电片；3高压中心插孔；4中心高压炭精触头；5分火头；6分电器盖,高压线有中央高压线和分缸高压线两种。一般为耐压绝缘包层的铜芯线或全塑高压阻尼线。常为竖直排列，也有水平

15、布置，可避免折损、缩短长度，抗高电压，延长寿命。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,只有当发动机处于最佳的点火时刻，才能保证发动机拥有良好的动力性和经济性，同时改善燃烧性能，降低排放，准确的点火提前角对发动机的性能起着至关重要的作用。提前角主要受发动机转速、负荷、燃油品质等因素影响。为了保证发动机在任何工况下都能实现最佳点火时刻，在分电器中设置点火提前调整装置。断电器触点打开，从开始点火到活塞到达上至点的时间越长，其对应曲轴转角越大，点火提前角越大，因此，通过调节触点与断电器凸轮或断电器凸轮与分电器轴之间的相对位置，便可实现点火提前角的调节，由于此类装置也被淘汰，在此只作简要介绍。,点火提前

16、角调节机构的结构。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,a.离心点火提前机构。离心点火提前机构的功能是在发动机转速发生变化时自动调节点火提前角，它通常装在断电器固定底板的下部，随着发动机转速升高，重块的离心力增大，克服弹簧拉力绕柱销转动一个角度，销钉推动拨板，使凸轮沿旋转方向相对于分电器轴转过一个角度，点火提前角增大。转速下降时，弹簧将重块拉回，使提前角自动减小。b.真空点火提前机构。真空点火提前机构的功能是在发动机负荷变化时，自动调节点火提前角。它安装在分电器壳体的外侧，真空提前机构壳内装有膜片，膜片中心固装着拉杆，通过销钉和断电器活动底板连接在一起，拉杆运动可带动断电器活动底板随之转动。当

17、发动机处于小负荷时，节气门开度小，小孔处真空度较大，吸动膜片向右拱曲，拉杆推动活动板带着断电,任务4.1点火系统的组成与结构原理,器触点副逆分电器轴旋转方向转动一定角度，使点火提前角增大。节气门开度大时（负荷增大），小孔处真空度降低，膜片在弹簧力作用下，使点火提前角自动减小。怠速时，节气门接近全闭，小孔处于节气门上方，真空度几乎为零，使点火提前角很小或基本不提前，以保证怠速稳定运转。c.辛烷值选择器。点火提前角的手动调节装置也称辛烷值校正器。在换用不同品质的汽油时，为适应不同汽油的抗爆性能，常需调整点火时间。不同形式的分电器，其辛烷值校正器的结构也不同，但基本原理相同。通过转动分电器的壳体来带

18、动触点，使触点与分电器轴做相对移动，从而改变点火提前角。逆凸轮旋转方向转动分电器外壳时，点火提前角增大；反之，则点火提前角减小。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,（3）火花塞,任务4.1点火系统的组成与结构原理,火花塞的工作条件及其要求。a.火花塞下部承受气体高压的冲击，要求火花塞必须有足够的机械强度。b.火花塞承受着交变的高电压，要求它应有足够的绝缘强度，能承受30kV的高压。c.混合气燃烧时，燃烧室内温度很高，可达15002200，进气时又突然冷却至5060，因此要求火花塞不但耐高温，而且能承受温度剧变。d.混合气的燃烧产物很复杂，易使电极腐蚀，因此要求火花塞要耐腐蚀。e.火花塞的电极

19、间隙影响击穿电压，所以要有合适的电极间隙。火花塞安装位置要合适，以保证有合理的着火点。火花塞气密性应当好，以保证燃烧室不漏气。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,火花塞的构造和类型。a.火花塞的结构。火花塞主要由接线帽、瓷绝缘体、中心电极、侧电极和壳体等部分组成。其结构如图4.8所示。在钢质壳体5的内部固定有高氧化铝陶瓷绝缘体2，金属杆3位于绝缘体中心孔的上部，金属杆3的上端有接线螺母1，用来接高压导线，下端装有中心电极9。中心电极9与金属杆3之间用导电玻璃密封，铜质内垫圈4、8起密封和导热作用。钢质壳体5的上部有便于拆装的六角平面，下部有螺纹以便旋装在发动机气缸盖内，壳体5下端固定有弯曲的

20、侧电极10，电极一般采用耐高温、耐腐蚀的镍锰合金钢或铬锰氮、钨、镍锰硅等合金制成，以提高散热性能。火花塞电极间隙为0.60.7mm，电子点火间隙可增大为1.01.2mm。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.8火花塞结构图,1接线螺母；2绝缘体；3金属杆；4内垫圈；5壳体；6导体玻璃；7密封垫圈；8内垫圈；9中心电极；10侧电极；11绝缘体裙部,火花塞中心电极和侧电极之间是绝缘的。当在火花塞两电极间加上直流电压并且电压升高到一定值时，火花塞两电极之间的间隙就会被击穿而产生电火花，为了使发动机在各种工况下均能可靠地点火，作用在火花塞间隙的电压应达到152

21、0kV。击穿电压的数值与电极间的距离、气缸内的压力和温度有关。电极间隙越大、气缸内压力越高、温度越低，则击穿电压越高。发动机工作时，火花塞发火部位吸收热量并向冷却系散发的性能，称之为火花塞的热特性。火花塞要能正常工作，其下部绝缘体裙部的温度应保持在500700，这样才能使落在绝缘体上的油滴烧干净，不致形成积炭，通常把这个温度称为火花塞的“自净温度”。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,b.火花塞的类型。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，散热速度慢，裙部温度容易上升，把这种火花塞称为“热型”火花塞。反之，当裙部较短时，吸热少，散热路

22、径短，散热速度快，裙部温度较低，把这种火花塞称为“冷型”火花塞。常用火花塞的结构形式如图4.9所示。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.9常用火花塞的结构形式,注：热型火花塞适用于低速、低压缩比的小功率发动机；冷型火花塞适用于高速、高压缩比的大功率发动机。火花塞的热特性常用热值或炙热数来标定。我国是以火花塞绝缘体的裙部长度来标定，并以111以内的阿拉伯数值作为热值代号。见表4.1。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,表4.1火花塞热值代号,现在还有多极型火花塞，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。,根据国家专业标准道路车辆火花塞产品型号编制方法（QC/T43

23、02014）的规定，火花塞型号由三部分组成：第一部分为汉语拼音，表示火花塞结构类型及主要形式尺寸。第二部分为阿拉伯数字，表示火花塞热值。第三部分为汉语拼音，表示火花塞派生产品结构、结构特征、材料特性及特殊技术要求。相关数据可查相应的技术手册。例如：F5RTC型火花塞，表示螺纹规格为M141.25、旋合长度为19mm、壳体六角对边为20.8mm、热值为5的带电阻、镍铜复合电极、绝缘体突出型平座火花塞。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,1.电子点火系统概述,（1）汽车电子点火系统的发展由于传统点火系统存在触点易氧化烧蚀、次级电压低、可靠性不高等缺点，已不适应现代汽油机向高转速、高压缩比及多缸方

24、向发展的需要。因此，近几十年来世界各国都在探索改进的途径，并生产了各种新型的电子点火系统。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,4.1.3电子点火系统,（2）汽车电子点火系统的种类与结构形式目前汽油机电子点火系统种类繁多：从控制点火线圈初级电流的主要电子元件来看，可分为晶体管点火系统、可控硅点火系统及集成电路点火系统三种；按点火系统有无触点，可分为有触点电子点火系统和无触点电子点火系统；按点火能量的储存方式来分，又可分为电子电感放电式点火系统和电容放电式点火系统，前者的储能元件是点火线圈本身，而后者的储能元件则是附加的电容器；按汽油机点火信号发生器的不同类型来分，无触点电子点火系统又可分为：磁

25、感应式（即磁脉冲式、感应式、发电式）电子点火系统、霍尔式电子点火系统、光电式电子点火系统和电磁式电子点火装置。无触点式电子点火系统利用大功率的晶体管代替断电器触点，作为开关来接通或断开点火系统的初级电路，通过点火线圈来产生高压电，自20世纪80年代以来，汽车上广泛应用无触点式电子点火系统。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,2.无触点电子点火系统,（1）无触点电子点火系统的组成和特点无触点电子点火系统的基本组成如图4.10所示，主要由点火信号发生器（传感器）3、点火控制器7、点火线圈4、分电器2、火花塞1等组成。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.10电子点火系统的基本组成图,1火花

26、塞；2分电器；3点火信号发生器；4点火线圈；5点火开关；6蓄电池；7点火控制器,任务4.1点火系统的组成与结构原理,分电器主要包括配电器和离心提前装置、真空提前装置，它们的作用、结构和工作原理与传统点火系统对应部分完全相同。点火线圈、火花塞、点火开关和电源等部分的结构和作用与传统点火系统相同。无触点点火系统从根本上消除了由触点所引起的缺点，使发动机具有准确而稳定的点火正时。闭合角和恒流控制功能，使发动机在所有转速下都有可靠的点火。但由于它仍采用真空和机械的方法来调节点火提前角，因而还存在以下缺点：点火提前角的控制不够精确，考虑影响点火提前角的因素不全面。为避免大负荷时的爆燃，必须采用妥协方式减

27、小点火提前角。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,（2）磁感应式电子点火系统磁感应式无触点电子点火系统也称磁脉冲式无触点电子点火系统，是用磁脉冲信号发生器代替传统的断电器，当分电器旋转时，磁脉冲信号发生器产生信号电压，经脉冲信号放大器放大后，推动大功率管工作，控制点火线圈初级绕组电路的通断，使次级绕组产生高压电，通过火花塞跳火点燃混合气。该点火系统由磁感应式点火信号发生器、点火控制器、高能点火线圈、蓄电池、点火开关、火花塞、高压线等组成，如图4.11所示。磁感应式点火信号发生器。磁感应式点火信号发生器的作用是产生与发动机曲轴位置相应的磁感应电压脉冲信号，并输入点火控制器作为点火控制信号。,任

28、务4.1点火系统的组成与结构原理,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.11磁感应式电子点火系统原理图,磁脉冲式点火信号发生器的理论依据是电磁感应原理。当通过电磁线圈的磁通量增加时，在线圈内将产生感生电动势，以阻碍磁通量的增加；反之，通过电磁线圈的磁通量减少时，在线圈内将产生一个阻碍磁通量减少的感生电动势，感生电动势大小与磁通变化率成正比。,磁脉冲式点火信号发生器的基本结构如图4.12所示，包括信号转子1、永久磁铁2、铁芯3、传感线圈5等部件。信号转子安装在分电器轴上，并随分电器轴一起转动。信号转子的凸齿数和发动机的气缸数目相同。信号转子转动时，其凸齿与铁芯之间的空气隙发生变化，使通过传感

29、线圈的磁通量发生变化，因而在传感线圈内会产生感生电动势。发动机不转动时，信号转子不动，无信号输出；发动机转动，信号转子由分电器轴带动旋转。具体工作过程如下：a.当凸齿与铁芯中心线对正时，凸齿与铁芯间的气隙最小，通过传感线圈的磁通量最大，但磁通变化量为零。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,b.当凸齿逐渐离开铁芯时，凸齿与铁芯间气隙越来越大，通过传感线圈的磁通量减少，因而在传感线圈内产生一感生电动势以阻碍磁通量的减少。c.当铁芯与导磁转子相邻两凸齿的中间位置相对时，感生电动势最大。d.当凸齿逐渐靠近铁芯时，凸齿与铁芯间气隙越来越小，通过传感线圈的磁通量增加，在线圈内产生一感生电动势以阻碍磁通量

30、的增加。导磁转子运转过程中，凸齿与铁芯的相对位置不断发生变化，感应线圈感应不同方向电动势，输出交变电压信号。分电器轴带动信号转子转动一圈，信号发生器就输出和信号转子凸齿数一样数目的交变脉冲信号。该交变脉冲信号最终传输给电子点火器去控制点火线圈初级电路的接通与切断。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,日本丰田MS75系列汽车用的磁脉冲式点火信号发生器如图4.13所示。它主要由感应线圈1、永磁磁铁2、信号转子3等组成。信号转子上有与发动机气缸数相同的凸齿数。信号转子随分电器轴一同旋转。磁脉冲式点火信号发生器输出的点火信号电压幅值和电压波形与发动机转速关系很大。在现代汽车发动机的工作范围内，点火信

31、号电压可在0.5100V之间变化，使低速时信号较弱，不利于发动机的启动。在转速变化时，由于点火信号发生器输出的信号波形的变化，点火提前机构和闭合角也会发生一定程度变化，不易精确控制。点火控制器。点火控制器的作用是根据信号发生器的磁感应脉冲信号控制点火线圈初级绕组的接通和关断。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.12磁脉冲式点火信号发生器的结构示意图,1信号转子；2永久磁铁；3铁芯；4磁通；5传感线圈；6空气隙,图4.13磁脉冲式点火信号发生器结构示意图,1感应线圈；2永久磁铁；3信号转子,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.14磁感应式无触点电

32、子点火系统原理电路图,1点火信号发生器；2点火器；3分电器；4火花塞；5点火线圈,日本丰田MS75系列汽车上采用的磁感应式无触点电子点火控制器的原理电路如图4.14所示。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,电路中三极管VT1的基极和发射极相连，相当于发射极为正、集电极为负的二极管，起温度补偿作用。其原理如下：当温度升高时，VT2的导通电压会降低，使VT2导通提前而截止滞后，从而导致点火推迟。VT1与VT2的型号相同，具有同样的温度特性系数，故在温度升高时，VT1的正向导通电压也会降低，使点电位UP下降，正好补偿了温度升高对VT2工作电位的影响，而使VT2的导通和截止时间与常温时相同。,任务4

33、.1点火系统的组成与结构原理,（3）霍尔效应式电子点火系统霍尔效应。霍尔效应式电子点火系统的信号发生器是利用霍尔效应（HallEffect）原理制成的，它是目前国内外广泛使用的一种点火装置，例如，桑塔纳、奥迪、捷达、红旗等轿车就采用了该点火系统。1879年美国约翰霍普金斯大学物理学家爱德华霍尔博士发现在矩形金属薄板两端通以电流，并在垂直金属平面方向上加以磁场，则在金属的另外两侧之间会产生一个电位差，即霍尔效应，如图4.15所示。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.15霍尔效应原理图,为了增强这一效应，霍尔元件由半导体材料薄片制成，常用的材料有硅、锗、砷化镓等。当电流I通过放在磁场中的半

34、导体基片（即霍尔元件），且电流方向与磁场方向垂直时，在垂直于电流与磁场的半导体基片的横向侧面上，即产生一个与电流和磁场强度成正比的霍尔电压，这一现象称为霍尔效应。霍尔电压与磁感应强度B成正比，与磁通的变化速率无关。利用这一效应即可制成霍尔发生器，能准确地控制发动机气缸的点火时间。霍尔式点火信号发生器的结构。霍尔式点火信号发生器的结构如图4.16所示，它由触发叶轮和信号触发开关组成，触发叶轮与分火头制成一体，由分电器带动，又能相对分电器轴做少量转动，以保证离心调节装置正常工作。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,触发叶轮的叶片数与气缸数相同。触发开关由霍尔集成电路和带导板的永久磁铁组成。霍尔集

35、成电路的外层为霍尔元件，同一基板的其他部分制成放大回路。触发叶轮的叶片则在霍尔集成电路和永久磁铁之间转动。触发叶轮转动时，每当叶轮进入永久磁铁与霍尔集成块之间的空气隙时，霍尔集成块中的磁场即被触发叶轮的叶片所旁路（或称隔磁），如图4.17（a）所示，这时，霍尔元件不产生霍尔电压，集成电路输出级的晶体管处于截止状态，信号发生器输出高电位。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.16霍尔式点火信号发生器的结构示意图,1触发叶轮；2霍尔集成电路；3永久磁铁；4触发开关；5插接器,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.17霍尔式点火信号发生器的工作原理图,1触发叶轮的叶片；2霍尔集成块；3永久

36、磁铁；4霍尔传感器底板；5导板,任务4.1点火系统的组成与结构原理,桑塔纳轿车装用集成电路电子点火器，点火系统电路图如图4.18所示。点火器的基本电路如图4.19所示。该点火器除具有一般点火器的开关作用外，还增加了点火限流控制、闭合角控制、停车断电控制和过压保护控制等功能。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,霍尔电子系统中点火电子组件的功能。,桑塔纳轿车霍尔式电子点火系统电路如图4.20所示。根据霍尔信号发生器的方波信号，控制点火线圈的初级电路连接或切断实现点火。,点火控制。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.18桑塔纳轿车电子点火系统部件组成和线路连接图,1蓄电池；2点火开关；3点

37、火线圈；4电子点火器；5霍尔式分电器（包括点火信号发生器）；6火花塞,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.19桑塔纳轿车霍尔式电子点火系统线路,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.20桑塔纳轿车霍尔式电子点火系统电路图,当点火开关SW接通，发动机转动，霍尔式传感器触发叶轮的叶片进入传感器的气隙时，传感器输出高电平（9.8V），通过连接器加到点火控制器集成电路，点火控制器内部电路根据发动机转速、电源电压和点火线圈的特性参数工作，输出高电平使三极管VT导通，接通点火线圈初级绕组电流。当传感器触发叶轮的叶片离开气隙时，传感器输出的信号电压由高电平（9.8V）转变为低电平（0.1V）并输入

38、点火控制器，控制器接收到该信号电压后，输出低电平使三极管VT截止，切断点火线圈初级电流，次级绕组中便感应产生出高压电，供各缸火花塞跳火点燃可燃混合气。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,a.工作可靠性高，霍尔信号发生器无磨损部件，不受灰尘、油污的影响，无调整部件，小型坚固，寿命长。b.发动机启动性能好，霍尔信号发生器的输出电压信号与叶轮叶片的位置有关，但与叶轮叶片的运动速度无关，也就是说它与磁通变化的速率无关。与磁感应信号发生器不同，它不受发动机转速的影响，明显地增强了发动机的启动性能，有利于低温或其他恶劣条件下启动。霍尔信号发生器目前己经得到广泛的应用。,任务4.1点火系统的组成与结构原理

39、,霍尔效应式电子点火系统特点。,（4）光电效应式电子点火信号发生器光电效应点火信号发生器的结构。光电效应式点火信号发生器是利用光电效应原理，以红外线或可见光光束进行触发点火信号。它主要由遮光盘（信号转子）、遮光盘轴、光源、光接收器（光敏元件）等组成。光源绝大多数采用发光二极管。发光二极管发出的红外线光束一般还要用一只近似半球形的透镜聚焦，以便缩小光束宽度，增大光束强度，有利于光接收器接收、提高点火信号发生器的工作可靠性。光接收器为光敏二极管或光敏三极管。光接收器与光源相对，并相隔一定的距离，以便使光源发出的红外线光束聚焦后照射到光接收器上。其工作原理如图4.21所示，遮光盘安装在分电器轴上，位

40、于分火头下面。遮光盘的外缘介于光源与光接收器之间，遮光盘的外缘上开有缺口，缺口数等于发动机气缸数。当遮光盘随分电器轴转动时，光源发出的射向光接收器的光束被遮光盘交替挡住，因而光接收,任务4.1点火系统的组成与结构原理,器交替导通与截止，形成电脉冲信号。该电信号引入点火控制器即可控制初级电流的通断，从而控制点火系统的工作。遮光盘每转一圈，光接收器输出的电信号的个数等于发动机气缸数，正好供每缸各点火一次。光电式点火信号发生器结构简单，成本低，其触发信号仅取决于遮光盘的位置，与转速无关。但缺点是对灰尘敏感，脏污后灵敏度会降低。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.21光电式点火信号发生器的工作

41、原理图,1光源；2光接收器；3遮光盘；4分电器轴,光电式电子点火系统用电子点火器。光电式电子点火器的作用是把光接收器的信号电流放大，通过功率晶体管的导通与截止来控制点火线圈初级电流的通断，其控制电路如图4.22所示。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.22光电式电子点火装置电路图,镓砷红外线二极管GA为红外线光源，硅光敏晶体管VT为接收器。发动机工作时，遮光盘随分电器轴转动，当遮光盘上的缺口通过光源时，则红外线通过缺口照到硅光敏晶体管VT上，使其导通，VT1随之导通。VT1导通后，给VT2提供基极电流，使VT2导通。VT2导通时，VT3由于发射结被短路而截止。VT3截止时，VT4由于R

42、8、R6的分压获得基极电流而导通，于是接通了点火线圈的初级电路。当遮光盘的实体部分遮住红外线时，VT1、VT2截止，VT3导通，VT4截止，切断了点火线圈的初级电路。稳压管VS使镓砷红外线二极管工作电压维持在3V左右。R7的作用是当VT4截止时，给初级绕组中的自感电动势提供回路以保护VT4。启动时，通过S2可将附加电阻R9短路，使启动容易。Cl对VT2构成正反馈，使VT2、VT3加速翻转。虚线左边的元件和线路做在一块混合厚膜集成电路上，装在分电器内；VT4和C2、R6、R7装在放大器的铝质散热器外壳中。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,1.概述发动机的最佳点火提前角与转速、负荷、水温、进气

43、温度、空燃比、燃油的辛烷值等运行参数和使用因素有关。传统点火系统和无触点点火系统只考虑转速和负荷两种因素，用真空和机械离心的方法对点火提前角进行调节。由于机械调节的滞后、磨损等自身局限性，而与发动机所要求的理想点火特性相差甚远。20世纪70年代后期得到广泛应用的微机控制点火系统，实现了点火提前角的自动控制，即可根据发动机的工况对点火提前角进行适时控制。微机控制点火系统具有响应速度快、运算和控制精度高、抗干扰能力强等优点，使发动机在各种工况和使用条件下的点火提前角都与相应的最佳点火提前角比较接近，并且不存在机械磨损等问题，使发动机的性能得到进一步改善和更加充分的发挥。因此，微机控制点火系统是继无

44、触点的普通电子点火系统之后，点火系统发展的又一次飞跃。,4.1.4微机控制点火系统,任务4.1点火系统的组成与结构原理,2.微机控制的点火系统的组成与工作原理（1）微机控制点火系统的组成微机控制点火系统是点火系统发展的重大突破，其最大成功在于取消了机械点火提前调节装置，实现了点火提前角的电脑自动控制。目前，微机控制点火系统在设计和结构上，随着汽车生产厂家、生产年代不同都有所不同，但基本结构是大同小异，一般由各类传感器、电子控制器ECU（ElectronicControlUnit）、和点火执行器三部分组成。系统的组成如图4.23所示。有分电器的微机控制点火系统中点火执行器是由电子点火器、点火线圈

45、、分电器及火花塞组成。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.23微机控制点火系统组成示意图,传感器主要用于检测反馈发动机工况信息，为ECU提供点火提前角的控制依据。其中，最主要的传感器是转速传感器、曲轴位置传感器和空气进气量传感器。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,传感器。,点火器为电子控制单元的执行机构，它根据电子控制单元输出的指令（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。有些点火器还具有恒流控制、闭合角控制、气缸判别、点火监视等功能。,点火器。,电子控制单元（ECU）是点火系统的控制中枢，其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

46、理、判断，然后输出指令（信号），控制执行器（点火器）的动作，达到快速、准确控制发动机工作的目的。,电子控制单元（ECU）。,（2）微机控制点火系统的工作原理发动机运行时，ECU不断采集发动机的转速、负荷、冷却水温度、进气温度等信号，并与微机内存储器中预先存储的最佳控制参数进行比较，确定出该工况下最佳点火提前角和初级线路的最佳导通时间，并以此向点火控制模块发出指令。点火控制模块根据ECU的点火指令，控制点火线圈初级回路的导通和截止。当电路导通时，有电流从点火线中的初级线圈流过，点火线圈此时将点火能量以磁场的形式储存起来。当初级线圈中的电流被切断时，次级线圈中将产生很高的感应电动势（1530kV）

47、，送到工作气缸的火花塞，点火能量被瞬间释放，并迅速点燃气缸内的混合气，发动机完成做功过程。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,（3）微机控制点火系统的控制功能点火提前角控制。在ECU的ROM中，存储有点火提前脉谱图，如图4.24所示。该图包含每一个发动机工况点的点火提前角，这个点火提前角是在设计发动机时，按照预定的准则要求，对燃油消耗、转矩、排放污染、距爆燃极限的安全余量、发动机温度以及车辆的行驶性能等优化处理后得到的。根据实际需要，完整的点火脉谱图包含10004000个独立的可重复使用的点火提前角数值。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,图4.24点火提前脉谱图,发动机工作时，ECU综合

48、各传感器的输入信息，从ROM中选出最适当的点火提前角，再根据曲轴转速与位置传感器和凸轮轴位置传感器（同步信号传感器、判缸传感器）的信号，控制大功率三极管的导通与截止，即控制点火线圈初级电流的通与断。下面以NISSAN公司的ECCS点火系统为例加以叙述。例如在某种运转工况下，ECU选出的最佳点火提前角是30。因曲轴转速与位置传感器的120信号是在上止点前70时发出的，因此，ECU在接收到120信号时，即可知道某缸活塞处于压缩上止点前70的位置。又因为ECU在120信号输入以后，再经过4的曲轴转角才开始计数1信号。因此，当ECU计数到36个1信号后，在第37个1信号输入的同时，截止大功率管切断初级电路。,任务4.1点火系统的组成与结构原理,又如，在电源电压为14V时，导通时间为5ms。若此时曲轴转速为2000r/min，那么导通时间相当于60的曲轴转角。因为六缸发动机的发火间隔角为120，所以在大功率管截止期间，曲轴转过角度为（1206060）。因此，ECU从大功率管截止时开始计数1信号，当数到第61个1信号时，大功率管开始导通，如图4.25所示。在微机控制点火系统中，点火