汽车构造与原理（发动机）课件：点火系统

故障现象

:一辆丰田卡罗拉汽车发动机怠速不稳、加速无力且故障灯亮，用解码器读取故障码为P0303和P0353。假设你是维修技师，需要完成检修任务并解决故障。

任务导入：点火系统课前预热：发动机如何让混合气燃烧的？汽油机：点燃（点火系统）

柴油机

：压燃一、点火系统的作用与组成1.点火系统的作用

汽油发动机正常工作的三要素：良好的空气－燃油混合气，足够的压缩压力，正确的点火正时及强烈的火花。点火系统的作用就是产生的强烈的电火花在最佳点火正时，去点燃空气－燃油混合气。2.点火系统的组成

汽车发动机的点火系统一般由初级回路和次级回路组成。初级回路的主要作用是根据发动机的工况在合适的时候产生高压电，次级回路的主要作用是通过不同方式将高压电分配到发动机的各个工作缸。3.点火提前角

在汽油发动机中，空气－燃油混合气被点燃，引起燃烧产生的爆发力推动活塞下行。当最大燃烧爆发力发生在压缩上止点后10°时，热能可以最有效地转化为推动力。发动机不能在点火的同时产生最大爆发力，而是在点火时刻稍微向后一段时间发动机能够产生最大的爆发力。因此，为使最大爆发力发生在上止点后10°，点火时刻应该有所提前。实际上，决定点火提前角的因素有两个。一个是活塞的速度，即发动机转速。另一个是火焰传播速度，随着发动机负荷增大，混合气增多，残余废气减少，火焰传播速度加快。传统点火系统就是根据发动机转速设置了离心点火提前装置，根据发动机负荷设置了真空点火提前装置来控制点火提前角的。点火提前角不正确，对发动机性能有很大影响，甚至产生严重故障。二、点火系统的发展简介

点火系统的主要功能就是在恰当的时候给火花塞提供足够强的点火能量点燃混合气从而保证发动机能正常运转。此功能是由发动机的初级回路提供的。1.传统点火系统2.晶体管控制的点火系统3.微机控制的点火系统三、点火系统主要零部件

现代车辆基本都采用了无触点的电子控制的点火系统，无触点电子点火系统的基本组成如图所示，主要由点火信号发生器（传感器）、点火器（点火控制器）、点火线圈、分电器、高压阻尼线（高压线）及火花塞等组成。

信号发生器的主要作用是检测发动机的转速和曲轴的位置，并将信号传递给点火器或者发动机ECU。主要有磁电式、霍尔式、光电式等三种主要类型。1.信号发生器（1）磁感应式电子点火系统

（2）霍尔效应式电子点火系统

它是利用霍尔效应原理制成的传感器产生点火信号，触发和控制电子点火系统工作的。是目前国内外使用最多的一种点火装置之一。（3）光电式电子点火系统

它是利用光敏元件（光敏晶体管或光敏二极管）的光电效应原理，制成光电式点火信号发生器给点火电子组件（点火器）提供点火信号，来达到控制点火的目的。2.点火器

点火器接受来自于信号发生器的信号，从而控制点火系的初级回路的导通和截止（图10-12）。当发动机未工作，传感器的信号转子不动时，传感器无输出信号，点火线圈初级绕组有电流流过，在线圈中形成磁场。起动发动机，分电器开始转动，传感线圈中产生正向信号电压时，VT1截止，VT2导通，VT3截止，VT4、VT5导通，初级电路仍然接通。传感线圈中产生负向信号电压时，VT1导通，VT2截止，VT3导通，VT4、VT5截止，初级电路切断，磁场迅速消失，次级绕组L2产生高电压。此电压再由分电器分配至各缸火花塞使之跳火，点燃可燃混合气。

3.点火线圈

点火线圈是将电源的低压电转变为高压电的基本元件。由初级线圈、次级线圈和铁心等组成。4.火花塞

（1）火花塞的结构

火花塞用来将高压电引入燃烧室，产生电火花，点燃混合气。

火花塞点火机理如图所示，火花穿过空气－燃油混合气从中心电极到接地电极。结果空气－燃油混合气沿着火花的路径被触发，产生化学反应（通过氧化作用），同时产生热量，形成火焰中心。火焰中心触发周围的空气－燃油混合气。这样火焰中心的热量向外扩展并称之为火焰传播，点燃空气－燃油混合气。（3）火花塞点火性能

电极形状和火花塞间隙两个因素影响火花塞的点火性能。（4）火花塞热值

由火花塞散出的热量因其形状和材料的不同而不同。火花塞的散热量称为热值。火花塞能散出较多热量的称之为“冷型”，因为火花塞自身保持较冷。散热量较少的称之为“热型”，因为自身保持较多的热量。（5）白金/铱金火花塞

如图所示，在白金火花塞和铱金火花塞上，中心电极和与其相对的接地电极都覆盖着白金（铂）和铱的薄层。由于白金和铱金都具有很强的耐磨损性能，因此其使用寿命很长，达到10万公里以上，是常规火花塞的几倍。1.点火提前角的控制

点火正时控制包括起动点火控制和起动后点火控制两个阶段，如图所示。四、点火系的控制

发动机点火系控制主要有点火提前角的控制、通电时间的控制和爆燃的控制。（1）起动点火控制

起动点火控制是在预定的曲轴转角进行点火而不考虑发动机的运作情况。该曲轴转角称为“初始点火正时角”。当发动机起动时，由于其转速较低，再加上进入的空气质量不稳定。因此空气流量VG信号或绝对压力PIM信号不能被用作控制信号。所以，点火时间设置在初始点火时间角。初始点火时间角是由发动机ECU的备份IC控制的。（2）起动后点火控制起动后点火控制就是当发动机起动后正常运转时的有效控制。这种控制是通过对初始点火正时角和基本点火提前角进行各种校正来完成的。1）

基本点火提前角。基本点火提前角是由NE信号和VG信号或者PIM信号来决定的。

决定基本点火提前角的NE信号和VG信号被贮存在发动机ECU的内存中，发动机怠速和非怠速分别控制2）校正点火提前角。发动机运行时，仅靠初始点火提前角与基本点火提前角无法实现各种工况下最佳的点火正时，因此发动机还根据节气门位置、水温、气温、爆燃等信号对点火正时进行校正，这就是校正点火提前角。不同机型点火正时校正的内容和方式可能较大，但总的来讲达到的目的是基本相同的。在校正方式上，可以在基本点火提前角的基础上用加减、乘系数或两者结合的方式。

2.通电时间的控制在发动机工作时，必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间。但如果通电时间过长，点火线圈又会发热并增大电能消耗。要兼顾上述两方面的要求，就必须对点火线圈初级电路的通电时间进行控制3.爆燃的控制

爆燃是一种不正常燃烧。轻微的爆燃，可使发动机功率上升，油耗下降。爆燃严重时，会导致冷却液过热，功率下降油耗上升。控制方法为推迟点火提前角。五、点火信号和点火波形

在ECU控制的点火系统中，ECU接收来自于各传感器的信号判断出点火时刻从而输出信号给点火器，控制初级回路的导通和截止。而在传统点火系和晶体管控制的点火系中，初级回路的导通和截止分别是由断电器机械控制和传感器直接输送信号给点火器控制。所以一般点火信号指的ECU控制的点火系中，ECU输出给点火器的信号，也称IGT信号。点火后，ECU会接收到反馈信号，也称IGF信号。1.点火信号点火系中一般有5种主要信号，分别为传感器信号G，传感器信号NE，判缸信号IGD，点火正时信号IGT，点火反馈信号IGF。（1）曲轴信号（NE）（图10-32)

NE信号指的曲轴位置传感器提供的发动机转速信号，此传感器一般装在曲轴飞轮侧。可以是磁电式，霍尔式或者光电式的。（1）（2）凸轮轴位置信号（G)

此信号是用来判断一缸上止点位置，一般和曲轴位置传感器配合来使用，从而能判断每个缸的位置。给发动机每个缸提供准确的点火正时。此传感器一般安装于凸轮轴上或者分电器中。（3）判缸信号（IGd）

当ECU只有一条IGT信号线时，点火控制器需要IGD信号来判断给哪个缸点火。（4）点火正时信号（IGT）

IGT信号是ECU发给点火器的指令，高电平时点火器接通初级电路，低电平时点火器断开初级电路。（5）

点火确认信号（IGF）

点火器按发动机ECU的IGT信号，精确地中断点火线圈中的初级电流。然后，点火器又按初级电流的电流值，向发动机的ECU输送1个点火确认信号（IGF）2.点火波形

点火波形是指初级或次级回路中电压随时间变化的波形。而发动机的点火线圈是由两部分的线圈组成：低压部分的初级线圈和高压部分的次级线圈。六、点火系统常见故障

汽车点火系统故障发生率较高，但由于点火系统具有相对独立性，故在对该电路进行检修时，可根据该电路的功能来确定故障的部位。一般来说，起动时不能使发动机起动，发动机工作不稳，发动机无力、回火、放炮，发动机个别缸不工作，发动机低速断火，发动机高速断火，发动机加速断火，发动机怠速不良等，均可能是点火系统故障引起的。（1）火花塞无火

气缸不做功，发动机不起动。

故障原因：在低压电路重点检查是否有IGT信号，曲轴位置传感器是否正常、ECU、点火器是否良好；在高压电路重点检查是否电阻过大和漏电。（2）火花塞火弱

高压火花弱，发动机起动困难，怠速不稳，排气冒黑烟，加速性差。

故障原因：低压电路断开电流小，此时重点检查相关传感器、ECU、点火器、点火线圈；高压电路电阻过大和漏电。（3）点火时刻

发动机不易起动，怠速不稳；发动机动力不足，易过热，易爆燃等。

故障原因：在低压电路重点检查是否有IGT信号，曲轴位置传感器是否正常、ECU、点火器是否良好；高压电路分电器、高压线是否装配良好。（4）点火性能不稳定

发动机在不同状态时，工作性能不同，常表现为：发动机低