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2点火系统的故障诊断与修理 虽然有多种形式的点火系统设计，但所有系统都可分为两个电路：初级电路和次级电路。初级电路利用蓄电池供给的电压控制事件的顺序，在适当时刻向次级电路供给高电压 。次级电路将初级电路供给的电压放大并分配给各个气缸。初级电路将蓄电池连至点火线圈的正极接头，电路中还可能有一个控制电流用的镇流电阻。 当电路闭合时，电流流过线圈绕组。线圈的负极接头连接在开关装置上，这个开关装置用以控制点火电路接地从而控制电路的闭合。一般情况下，这个开关装置根据它收到的系统触发装置发来的信号来打开和关闭。 电流流过初级线圈时，在线圈周围形成一个磁场，初级电路断开可使电流中断并使磁场衰减 。由于次级线圈缠绕于初级线圈之内，所以当初级线圈磁场衰减时就在次级线圈中感应出一个高电压。 多数发动机配备有将次级电压分配给各气缸的分电器，有的分电器装有初级电路的触发或开 关装置。与分电器轴顶部相连的是分火头，它在旋转过程中将次级线圈电路与各个火花塞电路相连通。 许多新型发动机不使用分电器，而使用一组线圈。在这种叫作无分电器点火(DIS)的系统中，一个点火线圈负责向两个火花塞供电，初级电路的开关装置根据发动机点火顺序使线圈的磁场衰减。在四冲程循环中线圈向气缸供给两次电压，一次是在压缩冲程，另一次在排气冲程。当在压缩冲程供给电压时，气缸内发生燃烧。当在排气冲程供给电压时(无用点火)，则不起作用。 点火线圈是初级电路和次级电路的共同部分。初级电路绕组中流过的电流大小和流动时间决 定了次级电路的最大输出，只有当初级绕组饱和时，点火线圈才可能达到最大输出，磁性饱和是一种线圈流过最大电流时才存在的状态。 电压在火花塞间隙间产生火花时，次级电路中就已形成了电流。使次级电路闭合的总电压取 决于电路中的总电阻，电阻值的大小是由线圈、分火头、分电器盖和火花塞共同决定的，火花塞间隙的电阻取决于间隙大小和燃烧室中的一些因素，稀混合气和高温相对于浓混合气和低温来说需要更高的电压。如果线圈输出电压不能达到发动机的要求，燃烧就不会发生。 发动机无法起动时，最明显的问题就是点火系统出现故障，导致火花塞不点火。如果有的火 花塞点火，发动机可能起动，但运转粗暴，这也说明点火系有故障。 发动机不起动可能是由于初级电路故障，如导线破损或松脱、点火开关或起动机继电器损坏 等原因造成。开关或触发装置故障是导致发动机不能起动的最常见的初级电路故障。 次级电路的故障，如分电器盖或分火头损坏、次级线圈断路等，也会造成发动机不能起动。 因为次级电路与各个气缸相连，所以次级电路故障一般能允许发动机起动，但会造成运转状况不良。 为了判断发动机不起动是初级电路还是由次级电路故障引起，应从分电器盖拆下次级线圈引 线，在用起动机起动发动机时检查火花是否正常。如果有火花产生，那么故障发生在次级电路分电器盖和火花塞之间。如果火花很弱或不产生，则故障可能出在线圈接线、点火线圈或初级电路中的部件或连线。 为了确定故障位置，应对每个部件进行外观检查并进行测试，通过检查初级电路不同位置的 电压可以初步辩认出需详细检测的部位。 还应检查蓄电池是否能供给点火初级电路足够的电压。多数计算机系统需要至少10V电压才 能正常工作。如果蓄电池电压低，则可能是蓄电池接头发生了污染或腐蚀。如果怀疑蓄电池有问题，则应清洁蓄电池电极和电缆接头。 在继续进行驾驶性能问题的诊断之前，必须彻底解决电池电压过低的问题，必须对发动机起 动转速和起动机起动电流进行检查，并与维修手册中的技术指标相比较。检查交流发电机功率输出并与技术指标比较，在检测中应按照检测仪器厂家所规定的过程进行。 点火系统检测包括检测初级、次级点火电路和点火正时控制。可利用万用表或发动机分析仪 检查点火系统的单个部件，在检测之前应先进行全面的外观检查。 发动机总效率取决于点火线圈的工作。如果怀疑点火线圈有故障，可以用电阻表、测试火花 塞或发动机分析仪进行检测。测试火花塞是一种经专门改进过的火花塞，这种火花塞去掉了接地极，而使用一个连在其上的接地夹接地，将测试火花塞插入次级引线中，使其夹子良好接地(见图68)。在起动发动机时，就可以观察到次级电路产生的火花。图68 检查次级点火系统 多数发动机分析仪配备有测量最大线圈输出电压的线圈输出检测器，电压输出在检测器屏幕上以数字或波形显示。 可用电阻表检查线圈电阻。维修手册中列出了初级电路和次级电路的正常电阻读数，在测量 初级线圈的电阻时，将电阻表的一条引线连至线圈正极，另一条连至负极(见图69)。测量次级绕组的电阻时则是将电阻表一条引线连至正极而另一条引线连至中心支柱，所测出的电阻值应与维修手册中的技术参数进行比较。 断电器触点点火系依靠断电器触点的机械开关来闭合和切断初级电路，触点随安装在分电器 轴上凸轮的旋转而打开和闭合。凸轮对应发动机每个气缸有一个凸起，这使得触点可以为每个气缸打开和闭合一次。图69 用电阻表检测次级线圈电阻线路图 触点并联有一个电容器，它是为了防止在触点打开时触点间产生电弧，以保证初级电路电流的迅速切断。触点闭合角或初级电路通过电流的时间是由触点打开时两个触点间的距离控制 的(见图70)。一般触点打开时距离越大，闭合角就越小。因为断电器顶块与分电器轴凸轮摩擦导致磨损，所以应定期地调整触点闭合角，调整闭合角一般使用触点闭合角测试表或塞规，无论使用哪种工具都是通过设定触点间距来调节闭合角。对于带有这种点火系的汽车，车辆调整的常见工作之一就是更换触点和电容器。 图70 闭合角 半导体元件的应用使初级电路得以实现精确控制，许多电子点火系使用这些电子元件代替断电器触点作为触发和开关装置。光电点火系统使用光源和光电管作为触发装置，分电器轴上 安装有一个带槽圆盘，圆盘在光电管和光源间转动。当圆盘上的某条槽与光源处于一条线时，光电管就产生一股电流，电流被送至开关装置使初级电路产生电流。如果此类系统发生故障，应首先检查光源。 电容放电式点火系用固态元件对电容器充电至大约350V，当触发装置闭合初级电路时，电容 器经初级电路放出高压电，这种迅速的大容量放电使得线圈在多数发动机转速下都能达到磁饱和状态。 另一种经常应用的点火系是磁脉冲信号发生器或感应线圈点火系，这种系统使用的是静态磁 感应线圈组件和位于分电器内的旋转转子，感应线圈中心叫作极片，转子固定在分电器轴上，一般对应每个气缸有一个齿。转子旋转时，其上的齿掠过感应线圈，就会产生交流电流，电流被送至控制单元，控制模块根据电流信号控制初级电路电流。 控制单元位于分电器内部或外部，一般叫作放大器模块、电控单元或点火器，它内含控制系 统开关功能的功率晶体管。 图71 调节感应线圈与转子间的空气间隙 虽然在转子和感应线圈间有空气间隙，但这段间隙是固定的，通常不需调整。而克莱斯勒系统是个例外，这种系统中的空气间隙是可调的，而且非常关键(见图71)。调节空气间隙时， 将一个非磁性塞规插进转子的一个凸齿和感应线圈之间，通过改变感应线圈的位置对空气间隙进行调整。 最经常使用的触发装置是霍尔效应开关，霍尔效应开关使用一个固定传感元件和一个旋转触 发轮。触发轮的挡板或叶片随转子转动从传感元件和永久磁铁间穿过。当叶片穿过磁铁的霍尔元件之间时，霍尔元件的磁场强度发生变化，导致其输出电压改变(见图72)，点火模块就是利用这一电压信号控制初级电路的电流。 图72 霍尔效应触发装置电压输出 很多无分电器点火系统利用霍尔效应或脉冲发生器开关来监测凸轮轴和(或)曲轴的位置。霍 尔效应开关还被用于为点火模块收集关于发动机的其它信息，其中最重要的信息就是发动机转速。 有些系统为每个气缸配备两个火花塞。这类系统中，燃烧室的两边各安装一个火花塞，其中 一组火花塞一直工作，由一个独立线圈点火；另一个线圈与第二组火花塞相连，由点火控制模块控制。第二个线圈的工作方式与其它线圈一样，但是只有在控制模块转换至双火花塞模式时，它才开始工作。 初始或基本点火正时，通常设置为压缩冲程时活塞到达上止点(TDC)前或上止点时点火。发 动机转速上升时，活塞运行速度加快，点火必须更早开始，以提供及时燃烧所需的点火时间 。 初始点火正时是发动机限制怠速所需的点火正时，旋转分电器体时，触发装置与分电器轴的 相对位置会发生变化。将分电器体与轴的旋向反向转动，就会使点火正时提前。 检查和设定初始点火正时，需使用正时灯和发动机转速表。正时技术条件包括正时角度、怠 速转速以及设定正时前必须满足的一些条件，其中可能包括断开一根真空管和(或)一个电路接头。 设置点火正时要用到曲轴带轮或飞轮上的正时标记和正时指示装置。在连接好正时灯和发动机转速表后，按规定的速度运行发动机。1号气缸每点火一次，正时灯都将闪烁。将闪烁的正时灯对着正时标记和指针(见图73)，如果正时标记和指针对齐，则点火正时正确；如果点火正时不正确，则应旋转分电器直至标记对齐为止。 图73 正时灯接线图 许多新型发动机配备有磁性正时检测孔，必须用磁性探头正时表来检测这类发动机。具体方法是当发动机起动后，把正时表的感应端插入孔中，点火正时就会在表上显示出来。如果点 火时间不符合技术要求，必须对其进行调整。 初始正时是一个基础设定，并不提供发动机高负荷、高转速下所需的点火提前量。一般使用 离心式(机械)点火提前装置响应发动机转速的变化，真空膜片组件则根据发动机负荷需求控制点火提前。多数新型点火系统应用电控装置代替了机械和真空点火提前控制。 一般在维修手册中列出了发动机特定转速下预期的机械点火提前量。可用正时灯检查点火提 前量，具体做法是：使发动机按规定速度运转，检测点火正时并把读数值与技术参数相比较。如果提前量不符合规定参数范围，则应对点火提前装置进行清洁和检查，确保其自由运转，不受约束。具体方法是：紧握转子旋转一个角度，转子应不受阻碍并且在松开时迅速回复原位。如果转子运动不自由，则应对其清洁和润滑。 真空提前组件独立于离心式提前系统单独工作，真空源可以是进气道真空或进气歧管真空。 如果是进气歧管真空，则在低负荷节气门部分打开条件下提前角最大，而在最大负荷下提前角最小。如果是进气道真空，则在节气门刚打开时真空提前角最大，随节气门开度增加而逐渐减小。 真空提前组件对负荷是敏感的，在部分节气门开度低负荷条件下，点火提前将为最大。随负 荷增大，真空度降低使点火提前角变小。有些真空提前组件在必要时也能延迟点火正时(见图74)。 图74 真空提前工作图 真空点火提前组件可以用一个正时灯和一个手持式真空泵来检测。在分电器技术参数中，给出了在规定提前角下真空度的增加量，检测时使发动机在设定转速下运转，对真空提前组件施以不同的真空并记录正时的变化。如果正时改变量不在技术参数范围之内，说明组件应更换或调节。有些型号的组件允许使用内六方扳手进行调节，而有些则不能进行调节。 有些发动机配备有延缓真空信号施加到真空提前组件的真空延迟阀。这种延迟作用使得在低 速和中速时提前量减少，从而降低了NOx和HC的排放。 真空延迟阀可以用手持式真空泵检测，当对阀进口端提供真空时，真空度应保持不变直至阀将其释放。阀保持真空度的时间长短取决于它的设计结构，多数延迟阀上都以彩色代码标明了其真空延迟量。 真空提前系统的另一项改进是，当车辆工作于某些特定速度或处于特定传动档位时，关闭对 真空组件的真空度供给。这样可以防止在低、中速时真空点火提前，从而降低NOx和HC排放。有些发动机利用一种热力真空阀防止在某些温度下的真空点火提前。 这种系统依靠传感器来起动和关闭真空阀，由电磁控制的真空阀是用来切断到达真空提前组 件的真空信号。系统中的一组传感器监测着车辆速度、传动系齿轮、发动机温度和(或)环境空气温度。维修这种系统时，最重要的是参考维修手册中的真空线路图或机罩下的图示。线路中任何部位的真空度泄漏都将导致系统工作不正常。 电控正时系统利用温度、转速和真空度传感器来收集和发送信息至发动机控制组件或计算机 。计算机计算出对于控制排放、发动机总体性能、燃油经济性和驾驶性能最合适的点火正时。点火正时控制通常与发动机其它控制集成为一体。 在某些驾驶条件下点火正时提前过多会造成爆震，爆震是由于空气燃油混合物二次点火造 成的不正常燃烧。许多计算机控制系统都有一个爆震传感器，当传感器监测到爆震时，它把信号传至计算机，计算机则延迟点火正时直至爆震消失，这种传感器可以用锤子和正时灯检测。使发动机以基本速度运转，用锤子敲击发动机边缘并观察正时灯的反应。如果点火正时延迟，则说明爆震传感器工作正常。 仔细观察分电器内部，检查是否有裂纹或电弧划伤的痕迹(见图75)。检查电极是否被腐蚀 或燃烧，仔细检查分火头是否破裂，分火头及其端部是否烧毁，分火头上的针孔有可能造成发动机熄火。不正常或不连续的火花塞点火可能是由分电器盖或分火头故障造成的，如果发现分电器盖或分火头有缺陷，应立即更换。 图75 分电器盖故障 连接火花塞和分电器的高压次级电路导线也可能造成运行性能问题，可以用发动机分析仪和 示波器来判断次级电路是否泄漏。通过仔细观察波形，就能找到泄漏的迹象。如果导线的接头端被腐蚀，就会造成电阻过大，高电阻也可能是由安装或拆卸导线时的误操作造成的。拉伸导线可能会造成导线内的导电材料断裂，在导线绝缘层内形成一不可见空气隙。 导线电阻过高也可以由波形图观察出来，高电阻会造成相应气缸的点火线异常增高。还可以 用电阻表测量导线电阻，一般在维修手册中列出了理想的电阻值，如果电阻表测出导线电阻不正常，则应及时更换导线。 应检查所有次级电路导线是否有破损、绝缘层破裂和腐蚀的迹象。检查中应注意仔细观察火 花塞和分电器盖处的导线接头。 如果火花塞间隙太小会造成点火电压过低，这会导致燃烧达不到最高压力和温度。而如果间 隙过大，则线圈没有足够剩余电压使在所需时间内保持住电火花。这两种情况都将造成驾驶性能恶化、排放增加和热效率降低。 可将火花塞拆下来检查(见图76)。一般从火花塞电极的颜色就可以判断出发动机的整体状况 ，如果电极非常白，说明空气燃料混合气很稀或者发动机工作温度过高。如果电极是黑色的，则可能是混合气浓造成的，正常情况下的电极应是淡褐色。除此之外，还应检查电极是否有物理损伤。 在替换火花塞时，应注意使用正确型号的火花塞。一个M14火花塞(用