《汽车发动机点火系统研究7200字（论文）》

汽车发动机点火系统的现状及发展趋势摘要汽车点火系统是汽油发动机的重要组成部分，是确保发动机正常点火和燃烧的关键。点火系统故障对车辆动力学，燃油消耗，废气排放，振动和噪声有重大影响，同时严重影响驾驶体验和车辆安全，因此，点火系统故障研究对汽车行业具有重要的实际意义。本文从汽油发动机点火系统的故障入手，评估了点火系统故障的研究现状，重点研究了电控点火系统的工作原理，并对重要部件的结构，功能及相关性能进行了系统的分析。鉴于火花塞陶瓷体断裂引起的点火系统故障，通过测试对应于火花塞不同火花位置的发动机功率，消除了火花塞的火花位置与系统故障之间的相关性；检查不同工作条件下的火花塞温度，发现火花塞温度；此外，通过对发动机提前点火趋势的研究，可以排除发动机热量的主要来源导致点火系统故障的可能性。关键词：发动机，点火系统，点火线圈，火花塞一、引言（一）研究背景汽油发动机点火系统故障关联因素较多，特别是在引入发动机电控点火系统之后结构复杂，故障类型增多。例如，零部件损坏引起的故障，一般在点火线圈的主要系统内零部件上出现短路、断路引起的故障，一般在连接线束上体现；火花塞这最为突出的部件性能指标未互相匹配引起的故障，由于性能指标之间互相影响，情况复杂，使其成为了点火系统故障分析的难点和重点。最常见的故障表现为发动机单缸或者多缸失火，导致车辆启动困难，怠速不稳或者不能保持高车速等现象。点火故障对车辆的动力性、燃油经济性、废气排放和振动噪声等均产生影响，同时严重影响车辆的驾驶感受和安全性。此外，点火系统还是故障的高频系统，在车辆常见故障中，点火系统的故障占据了发动机所有故障的45%以上。（二）研究意义对汽油发动机点火系统故障的关联因素以及各因素之间相互关系的研究，首先可以全面地研究发动机点火系统的工作过程，充分发挥涡轮增压汽油发动机功效，具有现实意义与实用价值；其次可以在发动机的研发阶段就对故障进行有效对策，防止搭载该发动机的车辆销售后面临的重大品质不良和维修问题，避免企业声誉受损；最后本文分析问题的方法、对策方案以及试验数据，对行业内指导涡轮增压汽油发动机的点火系统研发提供了一定的参考。二、点火系统原理与构成（一）点火系统的类型发动机点火系统，按照产生电火花的方式分类，可分为有分电器式电控点火系统和无分电器式电控点火系统电子控制的点火系统使用发动机控制模块（ECM）来控制点火正时。由于采用了电子控制技术，因此可以代替机械点火角调节装置，在各种工况下精确调节点火正时，发动机功率，燃油消耗和废气排放得到了改善。无分电器式电控点火系统的优点是：消除了分配器，大大减少了无线电干扰，延长了使用寿命。每个气缸的单独和灵活的点火控制提高了可靠性，并增加了发动机设计的自由度。此点火系统自诞生以来就已被广泛使用，因此下面研究的电子控制点火系统为无分器式。（二）电控点火系统工作原理与构成电控点火系统由如下部分构成：检测发动机运行工况信息的转速、负荷、爆震、相位等传感器；计算传感器信息并控制点火的ECM；执行点火指令的点火线圈和火花塞。结构示意图如图2-1所示。图2-1电控点火系统因发动机转速、负荷、爆震、相位等传感器与电控燃油等系统共用，非点火系统专用。故下文主要对点火系统的主要构成件：ECM、执行点火指令的点火线圈和火花塞进行阐述。1.发动机控制模块(ECM）ECM是点火系统的控制元件，ECM内部集成了点火控制模块和点火驱动模块。（1）点火控制模块点火控制模块最重要的两个控制参数为点火正时与点火能量。点火正时控制的目的是优化汽车的动力、燃油经济与排放，同时减少爆震发生。基本点火正时取决于发动机转速和负荷，各个工况的数据形成脉谱图，存储于ECM的存储器中。（2）点火驱动模块从点火控制模块输出的点火控制信号的电流是毫安级，而用于驱动点火线圈的电流必须达到安培级。故点火驱动模块主要功用为放大电流信号。而且，因驱动点火线圈的电流较大，功率较大，发热量也大，故点火驱动模块还需具备过载、高温保护功能。2.点火线圈点火线圈为电感应原理，它由两个磁藕合的初级线圈与次级线圈组成。能量储存在初级线圈的磁场中，然后传递给次级线圈。点火线圈内部结构如图2-2所示,为了增加磁场，采用了增加铁芯的技术。铁芯是由厚度为0.3mm-0.5mm的硅钢片叠加在一起组成，分为内铁芯和外铁芯。内铁芯置于初级线圈中心，外铁芯形成环形置于次级线圈外围，这样可形成闭合的磁场，即闭磁点火线圈。部分点火线圈只有内铁芯，无外铁芯，即开磁点火线圈，开磁点火线圈因能量转化效率较低，正逐渐淘汰中。图2-2点火线圈内部结构点火线圈按照结构分类分为多头型、笔形和矩形，如图2-3所示。图2-3点火线圈分类3.火花塞火花塞特殊的功能和工作环境，使其结构应具备一些特殊性。例如，火花塞工作时，承受着交变的电压，其绝缘性应得以确保。发动机气缸内交变的压力，要求火花塞应具备较高的机械强度。混合气燃烧时，气缸内温度很高，进气时又突然冷却，火花塞不仅需要承受高温，还需要承受温度剧变，因此需具备相当的耐热冲击能力。图2-4火花塞结构三、电控点火系统主要元件的检测（一）点火器与点火线圈的检测点火器的检修:检查分电器轴的弯曲度将千分表触针垂直顶在轴的上端，在转动分电器轴一周，千分表指针的摆差应不大于0.05MM，否则，应予校正或换分电器轴。检查轴承与轴承的配合间隙。用千分表测得摆差应为0.02-0.04MM最大不得超过0.07mm否则因更换。图3普通点火线圈内部结构点火线圈的检验主要包括外部检验、初次级绕组断短路搭铁检验以及发火强度检验。外部检验：检查点火线圈的外表，若绝缘盖破裂或外壳碰裂，因容易受潮而失去点火能力，应予以更换。初次级绕组断路、短路、搭铁检验用万用表测量点火线圈的初级绕组、次级绕组以及附加电阻的电阻值,应符合技术标准，否则说明有故障，应予以更换。1.测量电阻法①检查初级绕组电阻。用万用表电阻档测量￥”与“一”端子间的电阻。②检查次级绕组电阻。用万用表电阻档测量牟”与中央高压端子间的电阻。③检查电阻器的电阻。用万用表直接接于电阻器的两端子上。2.试灯检验法用220v交流电试灯，接在初级绕组的接线柱上，灯亮则表示无断路故障，否则便是断路。当检查绕组是否有搭铁故障时，可将试灯的一端与初级绕组相连，一端接外壳，如灯亮，便表示有搭铁故障;否则为良好。短路故障用试灯不易查出。对于次级绕组，因为它的一端接于高压插孔，另一端与初级绕组相连，所以检验中，当试灯的一个触针接高压插孔，另一触针接低压接柱时，若试灯发出亮光，说明有短路故障。若试灯暗红，说明无短路故障；若试灯根本不发红，则应注意观察，当将触针从接柱上移开时，看有无火花发生，如没有火花，说明绕组已断路。因为次级绕组和初级绕组是相通的，若次级绕组有搭铁故障，在检查初级绕组时就已反映出来了，无需检查。3.发火强度检验在万能电器试验台上检验火花强度及连续性。检查点火线圈产生的高电压时，可与分电器配合在试验台上进行试验，如果三针放电器的火花强,并能击穿5.5mm以上的间隙时，说明点火线圈发火强度良好。检验时将故电电极间隙调整到7mm，先以低速运转，待点火线圈的温度升高到工作温度(60-70C)时，再将分电器的转速调至规定值，(一般4、6缸发动机用的点火线圈的转速为1900r/min,8缸发动机的为2500r/min)，在0.5min内，若能连续发出蓝色火花，表示点火线圈良好。第二种犯法是用对比跳火的方法检验。此方法在试验台上或车上均可进行，将被检验的点火线圈与好的点火线圈分别接上进行对比，看其火花强度是否一样。点火线圈经过检验，如内部有短路、断路、搭铁等故障，或发火强度不符合要求时，一般均应更换新件。图4检查点火线圈搭铁（二）各个传感器的检测火线圈的检修:点火线圈的检修主要是检查初级绕组和次级绕组有无断路、短路故障，可用万用表检查绕组电阻进行判断。其初级绕组的阻值应为0.5-1.0a(电子点火系20°C),传统点火系应为1.5-3.0Ω(20°C)。如果电阻无穷大说明初级绕组断路，应于更换新品。次级绕组的阻值应为25004000Ω(20C),传统点火系为60008000Ω(20°C)如电阻无穷大说明次级绕组断路;如阻值过小，说明次级绕组短路，无论断路或短路都应更换点火线圈。配电器的检修:检查分火头有无烧蚀、裂纹等。检查分电器盖有无破裂、裂纹、烧蚀、炭迹与磨损等如有则需更换。电极烧蚀可用细砂纸打磨修复。离心提前装置的检修离心弹簧不得锈蚀、变形或折断现象。真空提前装置的检修，真空提前装置的膜片不得有漏气现象。火花塞的检修：如果想对汽车的发动机故障进行全方面的维修就需要汽车维修的技术人员对于汽车的火花塞进行比较全面和仔细的观察，来确定在火花塞之中有没有存在这一些积存的灰炭、启动过程中产生的油污，还有火花塞的自身颜色有没有与之前不一样的地方等一系列现象；如果在汽车绝缘体的顶端、以及发动机的电极部位，还有火花塞的外表部分之上存在着一层粉末，粉末呈现黑灰色，这一种粉末就是火花塞上面的积炭；火花塞这一部位如果产生了一些油污，主要是因为在汽车发动机的绝缘体的上半部分，还有电极部位，以及发动机的火花塞壳的位置上面有一些比较零散的机油；而如果汽车的火花塞温度过高就会导致火花塞自身的颜色发生改变，进而使得火花塞的中心电极出现熔化的现象，造成设备的损坏。对火花塞之间的距离进行测量数值大概在0.6—1.3毫米之间；通过万用表的200兆欧姆档来对汽车发动机的电极，以及其外部装置进行阻值发面的测量，如果呈现出“∞”，这就说明汽车发动机的绝缘性能比较好。图5火花塞的间隙测量与调整点火信号发生器的检修,霍尔式点火信号发生器检测主要检测其输入与输出电压接通点火开关输入电压应为13-13.5V输出电压当触发叶片进入气隙时，电压应为9.8V.即比叶片刚进入气隙时的输入电压低约0.5V当触发叶片离开气隙时，电压应为0.1-0.5V.霍尔式点火控制器的检查断开点火开关拔下信号发生器的线束插头将主流电压表接点火线圈+15与负极点火线圈-1端子接通开关，电压表读数应为6v左右且在1-2s内降到0v如不将或保持6v说明点火控制失效。（三）点火控制电路1故障诊断基本要求汽车电子点火系统的故障检查，与传统触点式点火系统有许多相同之处。除了对点火线圈、火花塞、高压线、点火正时等进行检查外，还应检查点火器、点火传感器(信号发生器)以及连接导线等。但是,在故障检查时还应注意以下几点:(1)在发动机启动和工作时，不要用手触摸点火线圈高压线和分电器等，以免受电击。(2)在检查点火系统电路故障时，不要用刮火的方式来检查电路的通断,.这种做法容易损坏电子元器件，电路通断与否应该用万用表电阻来进行检查判断。(3)进行高压试火时，最好用绝缘的橡胶夹子夹任高压线来进行试验，直接用手接触高压线容易造成电击。另--避免电击的方法是:将高压导线插入一只备用火花塞，然后将火花塞外壳搭铁。从火花塞电极间隙观察是否跳火。(4)在点火开关接通的情况下，不要做连接或切断线路的操作，以免烧坏控制器中的电子器件。(5)在拆卸蓄电池时，必须确认点火开关和其他所有的用电设备及其开关都已关闭，才能进行拆卸。(6)安装蓄电池时，一.定要辨清正负极，负极搭铁。千万不能接错，蓄电池极性与线夹的连接一-定要牢固，否则容易损坏电子设备。(7)在检查点火信号发生器曲轴位置传感器时应注意:a.对于磁感应式的，在打开分电器盖时注意不要让垫圈、螺钉之类的金属物掉入其内。在检查导磁转子与定子之间的间隙时，要使用无磁性厚薄规，并注意不要硬塞强拉。b.对于光电式的，不要轻易打开分电器盖子，若确需打开检查时，要注意避免尘土对发光二极管、光敏元件和遮光转子的污损。c.在用干电池模拟点火信号检查电子点火控制时，测量动作要快，干电池连接的持续时间，一般不要超过5秒。d.霍尔效应式电子点火系统，在检查维修时可能会产生高压放电现象，造成对人身和点火系统本身的意外损害，所以必须注意以上几点:进行全体检查和维修前，应切断电源后，再按要求进行;当使用外接电源供维修使用时，应严格限制其电压不大于16V。当电压达到16-16.5V时，接通时间不允许达到或超过1分钟;效应式电子点火系统的汽车被拖动时，应首先切断点火系统电源;点火线圈负接线柱不允许与电容相连;任何条件下，只允许使用阻值为1k欧姆的分火头，防止电磁干扰的1k欧姆阻尼电阻电缆不得用其他代替，火花塞插头电阻值应在1k一5k欧姆。2故障诊断及排除方法点火系出现故障会造成发动机不工作或工作不良，点火系统常见的故障是断火、火花弱、点火时间不当、缺火、错火等。故障诊断方法举例：故障现象：发动机怠速不稳甚至熄火，排气管有“突、突”声动力下降。发动机个别缸未工作、窜缸、点火时间不正常等均可能造成发动机怠速不稳。故障原因：由于配电器、高压导线、点火线圈、火花塞、点火正时等部件损坏造成的原因。诊断方法：（1）寻找不工作缸。在发动机怠速运转情况下，逐缸短路高压分线使其断火，观察发动机的反应。如果发动机运转没什么变化,则说明该缸不工作或工作不良，按3作业进一步诊断;如果发动机转速明显下降，说明该缸工作基本正常。依次检查其他各缸，若各缸断火时发动机转速均有下降。则按2作进一步判断（2）高压分线试火。拔出高压分线作跳火试验，看火花是否强。如果火花强，则需检查和调整点火正时，若点火正时正确或调整点火正时后发动机怠速仍不稳，则需检查或调整油路。如果火花弱，则应检查断电器触点、点火线圈、分火头等。（3）高压分线试火。拔出该缸高压分线作跳火试验，看是否跳火。如果不跳火则需检查分电器盖、高压分线，如果跳火，则需检查火花塞，视情予以检修或更换。故障排除:本故障一般与点火控制系统关系较小，应重点检查点火器和点火线圈工作状况是否良好，供电电压是否正常，各插接件及导线连接是否牢固，点火器搭铁是否可靠;检测高压线电阻是否过大;清除火花塞积碳，跟换漏电的火花塞。点火正时失准的故障诊断故障现象：发动机不易启动，怠速不稳;发动机动力不足，水温偏高;发动机易爆易燃等。故障原因：初始点火提前角调整不当;点火基准传感器和曲轴转角与转速传感器不良或安装位置不正确。故障排除：检查初始点火提前角并按规定予以调整。影响发动机点火正时失准的主要零部件是发动机点火基准传感器和曲轴转角与转速传感器,因此应特别检查信号转自是否变形、歪斜，信号采集与输出部分安装有无不当，装置间隙是否合适等。对于点火提前角控制系统故障，若故障灯已变亮，应先用本车的故障自诊断操作程序调出故障码，再根据故障码的含义，排除其故障。重点应检查发动机水温传感器、爆燃传感器。另外，进气管压力传感器、空气流量传感器、节气门位置传感器等工作不良时，也会造成点火正时不准。火花弱的故障诊断。故障现象：跳火试验时高压火花弱，发动机启动困难，怠速不稳，排气冒黑烟，加速性及中高速性较差等。故障原因：点火器、点火线圈电阻过大，火花塞漏电或积碳，点火系统供电电压不足或搭铁不良等。诊断及排除：本故障一般与点火控制系统关系较小，应重点检查点火器和点火线圈工作状况是否良好，供电电压是否正常，各插接件及导线连接是否牢固，点火器搭铁是否可靠;检测高压线电阻是否过大;清除火花塞积碳，跟换漏电的火花塞。四、点火系统故障的维修依据故障原因，对策从提高火花塞陶瓷体的耐电压能力、调整点火线圈可供电压、降低火花塞点火电压三个方面进行。（一）提高火花塞陶瓷体耐电压能力汽油发动机，由于其小型化和升功率的提高，需要更优的冷却效果，要求发动机扩大缸盖冷却水道，从而挤压了火花塞的安装空间。火花塞安装螺纹从传统的M14x1.25变为M12x1.25，甚至于安装螺纹为M10x1的火花塞也有少量应用。火花塞安装螺纹直径变小，使得陶瓷体的外径也相应变小，即陶瓷体变薄，会使其本身耐电压能力变弱；而涡轮增压汽油发动机特有的增强工况又要求火花塞陶瓷体承受更高的点火电压，这二者的矛盾，只能通过优化火花塞结构设计来克服。火花塞陶瓷体包裹住中心电极，如图4-1所示。减小火花塞中心电极的直径，一方面可增加火花塞陶瓷体厚度，提高其耐电压能力。另一方面未扩大火花塞整体结构，不会对发动机冷却水道产生影响。图4-1火花塞中心电极根据火花塞生产企业的研究和实验数据，陶瓷体厚度每增加0.1mm，耐电压能力提高1kV。但因中心电极内部嵌有铜芯，该铜芯对火花塞的散热有重要作用，因此对中心电极直径的减小有一定的限制。故该款发动机点火系统故障的应对对策为火花塞中心电极直径从当前的Φ2.3mm减小至Φ2.1mm，火花塞陶瓷体的耐电压能力可从当前的35kV提高至37kV。（二）调整点火线圈可供电压作为汽车生产企