《汽车电气构造与维修》-项目四

任务一点火系统概述一、点火系统的作用对于汽油发动机，吸入气缸内的可燃混合气在压缩终了时由电火花点燃而开始燃烧，燃烧产生的强大压力即推动活塞向下运动而做功。为此，在汽油机上设有一套能在气缸内产生电火花的系统，称为点火系统。点火系统的作用是将蓄电池或发电机的低压电转变成高压电，再按照发动机的工作顺序适时将高压电分送给需要点火气缸的火花塞，产生电火花以点燃可燃混合气。下一页返回任务一点火系统概述二、点火系统的要求无论是哪一类的点火装置，均有共同的技术性能要求，即应在发动机各种工况和使用条件下保证可靠而准确地点火，为此应满足以下三个方面的要求。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。点火系统产生的次级电压必须高于击穿电压，才能使火花塞跳火。击穿电压的大小受很多因素影响，其中主要有：（1）火花塞电极间隙和形状。上一页下一页返回任务一点火系统概述火花塞电极的间隙越大，气体中的电子和离子受电场力的作用越小，不易发生碰撞电离，击穿电压就越高；电极的尖端棱角分明，所需的击穿电压低，如图4−1所示。（2）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，其密度就越大，离子自由运动距离就越短，越不易发生碰撞电离，击穿电压就越高，如图4−2所示。（3）电极的温度和极性。火花塞电极的温度越高，电极周围的气体密度越小，击穿电压就越低；针状的中心电极为负极且温度较高时，击穿电压就较低，如图4−3所示。上一页下一页返回任务一点火系统概述（4）发动机的工作情况。①发动机转速。击穿电压与发动机转速的关系如图4−4所示。发动机高速工作时，气缸内的温度升高，使气缸的充气量减少，致使气缸中压力减小，因而火花塞的击穿电压随转速的升高而降低。发动机在起动和急加速时击穿电压升高，而全负荷且稳定工作状态时击穿电压降低。②混合气空燃比。上一页下一页返回任务一点火系统概述如图4−5所示混合气空燃比与击穿电压的关系，混合气过稀和过浓时击穿电压都会升高。此外，发动机的功率、压缩比以及点火时刻等因素也影响击穿电压的高低。为了保证点火的可靠性，点火系统必须有一定的次级电压储备。但过高的次级电压，将造成绝缘困难，使成本提高。2.火花应具有足够的能量发动机正常工作时，由于混合气压缩终了的温度接近其自燃温度，仅需要1～5mJ的火花能量。但在混合气过浓或过稀时，发动机起动、怠速或节气门急剧打开时，则需要较高的火花能量。上一页下一页返回任务一点火系统概述随着现代发动机对经济性和排气净化要求的提高，迫切需要提高火花能量。因此，为了保证可靠点火，高能电子点火系统一般应具有80～100mJ的火花能量，起动时应产生高于100mJ的火花能量，如图4−6所示。3.点火时刻应适应发动机的工作情况对于多缸发动机，点火系统应按发动机的工作顺序进行点火。通常六缸发动机的点火顺序为1−5−3−6−2−4，四缸发动机的点火顺序为1−3−4−2或1−2−4−3。上一页下一页返回任务一点火系统概述点火时刻对发动机性能影响很大，从火花塞点火到气缸内大部分混合气燃烧，并产生高的爆发力需要一定的时间，虽然这段时间很短，但由于曲轴转速很高，在这段时间内，曲轴转过的角度还是较大的。若在压缩上止点点火，则混合气边燃烧，活塞边下移而使气缸容积增大，这将导致燃烧压力低，发动机功率也随之减小。因此要在压缩接近上止点前点火，即点火提前。从发出电火花开始至活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度，称为点火提前角。上一页下一页返回任务一点火系统概述如果点火提前角过小，当活塞到达上止点时才点火，则混合气的燃烧主要在活塞下行过程中完成，即燃烧过程在容积增大的情况下进行，使炽热的气体与气缸壁接触的面积增大，因而转变为有效功的热量相对减少，气缸内最高燃烧压力降低，导致发动机过热，功率下降。如果点火提前角过大，由于混合气的燃烧完全在压缩过程进行，当活塞到达上止点之前即达最大，使活塞受到反冲，发动机做负功，不仅使发动机的功率降低，并有可能引起爆燃和运转不平稳现象，加速运动部件和轴承的损坏。实践证明，燃烧最大压力出现在上止点后10°～15°时，发动机的输出功率最大，此时所对应的点火提前角为最佳点火提前角。上一页下一页返回任务一点火系统概述最佳点火提前角影响因素很多，最主要的因素是发动机转速、负荷、冷却液温度及燃油品质等。当发动机转速一定时，随着负荷的加大，节气门开度增大，进入气缸内的可燃混合气量增多，则压缩终了时混合气的压力和温度增高，同时，残余废气在气缸内所占的比例减小，混合气燃烧速度加快，这时，点火提前角应适当减小。反之，发动机负荷减小时，点火提前角则应适当增大。当发动机节气门开度一定时，随着转速增高，燃烧过程所占曲轴转角增大，这时，应适当加大点火提前角，即点火提前角应随转速增高适当加大。上一页下一页返回任务一点火系统概述汽油的辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可适当增大，以提高发动机的性能；辛烷值较低的汽油抗爆性差，点火提前角则应减小。三、点火系统的分类点火系统一般分为传统点火系统、普通电子点火系统和微机控制点火系统。传统点火系统具有简单便宜，故障率高，高速性能差的特点，目前已基本淘汰；普通电子点火系统具有结构简单，体积小，质量轻，高速性能好的特点，目前正在淘汰；微机控制点火系统具有点火时间控制精确的特点，是目前汽油机点火系统的发展趋势，正在广泛应用。上一页返回任务二普通电子点火系统一、普通电子点火系统的组成如图4−7所示，普通电子点火系统主要由蓄电池、点火线圈、分电器、点火器和火花塞等部件组成。蓄电池或发电机供给点火系统低压电能，标准电压一般是12V。点火线圈将12V的低压电变成15～20kV的高压电。分电器主要由信号发生器、配电器和点火提前机构组成。信号发生器产生点火的信号，配电器将点火线圈产生的高压电，按照发动机的工作顺序送至各缸的火花塞。点火提前机构随发电机转速、负荷和汽油辛烷值的变化改变点火提前角。下一页返回任务二普通电子点火系统点火器将信号发生器产生的信号放大，最后控制大功率三极管的导通与截止，达到控制点火线圈初级电流通断的目的。火花塞将高压电引入燃烧室产生电火花点燃混合气。点火开关控制点火系统初级电路，还可以控制仪表电路和起动继电器电路等。二、普通电子点火系统的工作原理普通电子点火系统由信号发生器产生触发或控制点火的信号，经过点火器内部的放大等电路，最后控制大功率三极管的导通与截止，从而控制点火线圈初级电流的通断。当初级电流被切断时，次级绕组中产生高压，通过配电器送达各缸的火花塞上，点燃可燃混合气。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统三、主要部件的结构和工作原理1.分电器分电器形式很多，但结构和工作原理基本相同，均由信号发生器、配电器、点火提前机构组成。2.点火线圈点火线圈的作用是将低压电转变为15000～40000V的高压电，以满足火花塞跳火的需要。3.火花塞上一页下一页返回任务二普通电子点火系统火花塞安装在燃烧室内，其功用是将高压电引入燃烧室内，在电极间形成火花以点燃可燃混合气。由于在燃烧室中要承受周期性高温、高压以及燃烧产物的强烈腐蚀，其工作条件恶劣，因而对火花塞提出了较高的要求。1）火花塞的工作条件及要求混合气燃烧时，火花塞下部将承受高压燃气的冲击，要求火花塞必须有足够的机械强度。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高压。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统混合气燃烧时，燃烧室内温度很高，可达1500℃～2200℃，进气时又突然冷却至50℃～60℃，因此要求火花塞不但耐高温，而且能承受温度剧变，不出现局部过冷或过热。混合气的燃烧产物很复杂，含有多种活性物质，如臭氧、一氧化碳和氧化硫等，易使电极腐蚀，因此要求火花塞要耐腐蚀。火花塞的电极间隙影响击穿电压，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。2）结构上一页下一页返回任务二普通电子点火系统火花塞主要由陶瓷绝缘体、中心电极、侧电极和壳体等部分组成，如图4−8所示。在钢质壳体的内部固定有高氧化铝陶瓷绝缘体，在绝缘体中心孔的上部有金属杆，杆的上端有接线螺母，用来接高压导线，下部装有中心电极。金属杆与中心电极之间用导体玻璃密封，铜质垫圈起密封和导热作用。钢质壳体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，外壳下端固定有弯曲的侧电极。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，也有采用镍包铜材料制成的，以提高散热性能。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统火花塞电极间隙为0.6～0.7mm，电子点火时间隙可增大至1.0～1.2mm。火花塞与气缸盖座孔之间应密封，密封方式有平面密封和锥面密封两种。平面密封时，在火花塞与座孔之间应加装铜包石棉垫圈；锥面密封是靠火花塞壳体的锥形面与气缸盖之间相应的锥形面进行密封的。3）火花塞的热特性若使火花塞工作性能良好，必须使火花塞保持在适当的温度范围内。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统火花塞工作过程中，当温度过低时，则燃油不完全燃烧所产生的积炭就会沉积在火花塞的陶瓷绝缘体的表面，导致火花塞漏电；当温度过高时，火花塞中心电极的温度过高，超过燃油的自燃温度，火花塞不跳火就能将混合气点燃，即混合气的早燃。混合气早燃会造成发动机的输出功率下降，甚至造成活塞顶烧熔。实践证明，火花塞裙部温度保持在500℃～750℃时，落在电极上的油滴会被立即烧掉，不会形成积炭，也不会产生炽热点火。当火花塞温度低于450℃时，则滴在电极上的油滴会出现燃烧不完全的现象，则称此温度为火花塞的“自洁温度”；当火花塞的温度超过950℃时，将会引起混合气的“早燃”。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统因此，火花塞的工作温度应在950℃以下。在汽车正常工作期间，如果经常因火花塞积炭而断火，就可能是所用火花塞太“冷”；如果经常发生炽热点火，则可能是所用火花塞太“热”。4）火花塞类型（图4−9）（1）标准型火花塞：其绝缘体裙部略缩入壳体端面，侧电极在壳体端面以外，是使用最广泛的一种。（2）绝缘体突出型火花塞：绝缘体裙部较长，突出于壳体端面以外。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统它具有吸热量大、抗污能力好等优点，且能直接受到进气的冷却而降低温度，因而也不易引起炽热点火，故热适应范围宽。（3）细电极型火花塞：其电极很细，特点是火花强烈，点火能力好，在严寒季节也能保证发动机迅速可靠地起动，热范围较宽，能满足多种用途。(4)锥座型火花塞：其壳体和旋入螺纹制成锥形，因此不用垫圈即可保持良好密封，从而缩小了火花塞体积，对发动机的设计更为有利。（5）多极型火花塞：多极型火花塞的侧电极一般有两个以上，其优点是点火可靠，电极间隙不需要经常调整。此类火花塞在一些对点火要求较高的发动机上采用。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统（6）沿面跳火型：是一种冷型火花塞，其中心电极与壳体端面间的间隙是同心的。此类火花塞必须与点火能量大、电压上升率快的电容放电型点火系统配合使用。其特点是可完全避免火花塞的炽热点火，即使在油污的情况下也能正常发火。但可燃混合气不易接近电极，稀混合气情况下，不能充分发挥汽油机的功能。为了抑制汽车点火系统对无线电的干扰，又生产了电阻型和屏蔽型火花塞。电阻型火花塞是在火花塞内装有5～10kΩ的电阻，屏蔽型火花塞是利用金属壳体把整个火花塞屏蔽密封起来。屏蔽型火花塞不仅可以防止无线电干扰，还可用于防水、防爆的场合。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统5）火花塞型号及标识说明火花塞应根据发动机厂家规定的适用型号选择安装，方能发挥其最佳工作特性。6）火花塞选择说明普通原厂配套火花塞，虽性价比一般，但每次付出的保养成本较低。双铂金火花塞是原车火花塞三倍的价格，但高达四～五倍（十万公里）的寿命，更稳定的高效能，更好的动力保持与更佳的油耗表现，所以铂金火花塞比原车的普通火花塞更好，性价比更高。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统铱金火花塞，主要从发动机竞技状态的角度考虑，性能上发挥到了极限，但设计寿命不在产品主要考虑之列，贵重材料的产品价格更是奢侈高昂。对于普通用车群体的意义，就显得性价比较低。7）火花塞的更换注意事项（1）尽量使用拆装专用的火花塞套筒扳手。（2）专用火花塞套筒扳手中，内藏橡胶圈可以轻松从发动机缸体中取出和植入火花塞。植入后注意检查橡胶圈是否脱离火花塞，否则高压分火缸线不能安装到位。（3）火花塞不是紧固螺钉，不需要十分用力拧紧。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统将火花塞顶部电极头植入套筒中，沿缸体下滑，并轻轻旋至手感紧后，再适当加力拧动1/4圈（约再拧紧90°），此时的火花塞紧度要求已经合适。空心的金属垫圈会起到良好的密合作用。（4）无专用套筒工具时，完全拧松火花塞后，将原车高压分火线探入发动机缸体内，可以帮助取出松动的火花塞。（5）高压分火缸线安装到位即可，不要大力按压，否则容易导致卡口簧片松动。8）火花塞的工况（1）正常工况，如图4−10所示。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统绝缘体裙部呈灰白色、灰黄色或浅棕色，说明发动机正常，火花塞热值正常，空燃比和点火时间正确，没有断火，冷起动装置正常。汽油添加剂中的铅或其他合金成分没有产生过热的情况。（2）积炭严重，如图4−11所示。绝缘体裙部、电极、壳体被一层暗黑的化合物覆盖。产生原因：空燃比不正确，混合气过浓或者空气滤清器太脏，电喷车型喷油压力过高或喷射时间过长，化油器的自动阻风门失灵，频繁短程驾驶，火花塞太冷，热值的数字太低。结果：断火，机油含量太多。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统修理方法：检修燃油系统和冷起动装置，更换空气滤清器、火花塞。（3）机油沉积，如图4−12所示。绝缘体裙部、电极、中心电极及壳体被一层光亮的机油沉淀物或炭残留物覆盖。产生原因：大量机油进入燃烧室。可能是由于机油油面过高，气缸、活塞磨损过度，气门导管、气门油封损坏。在两冲程的车辆中：机油含量太多。结果：断火，起动困难。修理方法：发动机大修或中修，换新的火花塞，两冲程发动机修正机油/燃油混合比。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统（4）铅沉积，如图4−13所示。绝缘体裙部有一层黄褐色油状物，也可能泛一点绿。产生原因：汽油添加剂中含铅或使用含铅汽油。油状物产生的原因可能是发动机在长时间的一段工作状态后发动机负荷突然增加到很大。结果：在超负荷状态下，残留物变成电的导体造成断火。修理方法：对于经常处于大负荷工况下的发动机，应选用无铅汽油，必须换新火花塞，仅清洁火花塞没用。（5）大量铅残留物，如图4−14所示。绝缘体裙部有一层很厚的黄褐色油状物，也可能泛一点绿。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统产生原因：汽油添加剂中含铅。油状物产生的原因可能是发动机在长时间的一段工作状态后发动机负荷突然增加到很大。结果：在超负荷状态下，残留物变成电的导体造成断火。修理方法：必须换新火花塞，仅清洁火花塞没用。（6）灰尘状沉淀，如图4−15所示。在绝缘体裙部及侧电极沉积了疏松灰质。产生原因：机油或汽油中杂质或添加剂过多，燃烧后沉积在电极表面或绝缘体裙部。结果：容易造成自点火，发动机功率下降，积渣掉入气缸还可能损坏发动机。上一页下一页返回任务二普通电子点火系统修理方法：检修发动机，更换火花塞，选用优质汽油和机油。4.点火器点火器的作用是按照信号发生器输入的点火信号接通或断开点火系统的初级电路，使点火线圈次级绕组产生点火高压电。目前汽车上所用点火器的内部电路形式多种多样，但基本功能大致相同，其电路也是由相应功能电路组成的。现代汽车点火器广泛采用了集成电路，内部电路非常复杂，一旦损坏，只能更换。上一页返回任务三微机控制电子点火系统一、微机控制电子点火系统的组成微机控制电子点火系统主要由传感器、电子控制器（ECU）、点火器、点火线圈等组成，如图4−16所示。1.传感器传感器用来不断地检测与点火有关的发动机工作状况信息，并将检测结果输入电子控制器，作为运算和控制点火时刻的依据。各车型使用的传感器类型、数量、结构及安装位置不同，但其作用大同小异。微机控制的电子点火系统中所用的传感器主要有以下几种：下一页返回任务三微机控制电子点火系统（1）曲轴转角传感器。其用于检测发动机转速信号和基准缸活塞上止点位置信号、曲轴转角、曲轴转速，有磁感应式、霍尔式和光电式三种。（2）空气流量计（绝对压力传感器）。其用于检测发动机进气量，是负荷信号。（3）水温传感器。其用于检测发动机水温信号。（4）进气温度传感器。其用于检测进气温度信号。（5）节气门位置传感器。其用于检测节气门开度或全开、全闭及急加速信号。（6）车速传感器。其用于检测车速信号。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统（7）氧传感器。其用于检测空燃比浓稀信号。（8）爆震传感器。其用于检测发动机爆震信号。（9）点火开关。其用于检测点火开关接通及起动信号。（10）空调开关。其用于检测空调信号。（11）空挡开关。其用于检测变速器空挡信号。2.电子控制器（ECU）电子控制器是点火控制系统和喷油控制系统的中枢，其作用是接收上述各有关传感器信号，并按照特定的程序进行判断、运算后，给点火电子组件输出最佳点火提前角和初级电路导通时间的控制信号。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统在现代发动机集中控制系统中，点火系统仅是电子控制器的一个子系统。电子控制器的基本构成如图4−17所示，它包括输入回路、输出回路、A/D转换器、微型计算机（微机）以及电源电路、备用电路等。3.点火器点火器是综合控制的执行器之一，点火器的作用是根据ECU的指令，通过内部大功率三极管的导通和截止，控制初级电流的通断，完成点火工作。4.微机控制点火系统的工作原理上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统1）最佳点火提前角的确定微机控制电子点火系统的最佳点火提前角（即实际点火提前角）由三部分组成：初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角。（1）初始点火提前角。发动机起动或转速低于400r/min时的点火提前角为初始点火提前角。它由发动机的结构和曲轴转角传感器安装位置决定，是未经ECU修正的点火提前角，通常为固定值，其大小随发动机形式而异。（2）基本点火提前角。由电子控制器根据发动机的转速和负荷所确定的点火提前角，它是发动机运行过程中最为主要的点火提前角。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统发动机在正常运行期间，ECU根据发动机转速和负荷信号，在储存器数据表中选出相应的数据作为基本点火提前角。（3）修正点火提前角。由ECU根据发动机的冷却水温度、进气温度、电源电压等信号，对点火提前角进行修正的角度。它主要包括暖机修正、过热修正、空燃比反馈修正、怠速稳定性修正和爆震修正等方面。2）系统工作原理上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统发动机工作过程中，各传感器不断地检测发动机的转速、负荷、冷却水温度、进气温度等信号，并将检测信号经接口电路输入ECU，ECU根据这些信号参数进行查找、运算、修正，将计算结果转变为控制信号，向点火模块发出控制指令，接通点火线圈的初级电路；经过最佳的导通时间后，再发出控制指令，使点火模块切断点火线圈的初级电路，初级电流中断，在点火线圈次级绕组中产生高压电，经配电装置送到火花塞，点燃混合气。发动机工作期间，ECU还不断地检测爆震传感器输出的信号，分步骤将点火提前角减小，爆震消除后又分步骤将点火提前角移回到爆震前的状态，实现点火提前角的闭环控制。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统二、微机控制电子点火系统的分类按照是否保留分电器可分为非直接点火系统和直接点火系统。1.非直接点火系统该系统仍然保留分电器，点火线圈产生的高压电是经过分电器中的配电器进行分配的，即由分火头和分电器盖组成的配电器，依照点火顺序适时地将高压电分配至各气缸，使各缸火花塞依次点火，如图4−18所示。2.直接点火系统（无分电器点火系统DLI）上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统直接点火系统取消了分电器，该系统中点火线圈上的高压线直接与火花塞相连，工作时，点火线圈产生的高压电直接送至各火花塞，由ECU根据各传感器输入的信息，依照发动机的点火顺序，适时地控制各缸火花塞点火。直接点火系统由于取消了分电器，因此不存在分火头和旁电极间跳火的问题，减小了能量损失，电磁干扰小，节省了安装空间。直接点火系统又可分为以下两类：（1）同时点火方式。同时点火方式是利用一个点火线圈对活塞接近压缩上止点和排气上止点的两个气缸同时进行点火的高压配电方法。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统其中，活塞接近压缩上止点的气缸点火后，混合气燃烧做功，该气缸火花塞产生的电火花是有效火花；活塞接近排气上止点的气缸，火花塞产生的电火花是无效火花。由于排气气缸内的压力远低于压缩气缸内的压力，排气气缸中火花塞的击穿电压也远低于压缩气缸中火花塞的击穿电压，因而绝大部分点火能量释放在压缩气缸的火花塞上。同时点火方式中，由于点火线圈仍然远离火花塞，所以点火线圈与火花塞仍然需要高压线连接。同时点火方式又分为点火线圈配电方式和二极管配电方式两种，如图4−19所示。①点火线圈配电方式。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统点火线圈配电方式是一种直接用点火线圈分配高压电的同时点火方式。几个相互屏蔽的、结构独立的点火线圈组合成一体，称为点火线圈组件。点火控制器中有与点火线圈数量相等的功率三极管，各控制一个点火线圈的工作。点火控制器根据ECU提供的点火信号，由气缸判别电路按点火顺序轮流触发功率三极管，使其导通或截止，以此控制点火线圈初级绕组的通断，产生次级电压而点火。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统一般情况下，当发动机处于压缩行程时，气缸内部的压力很高，即便此时在火花塞电极两端加上很高的电压，也难以将此间隙击穿而产生火花放电；但是，当发动机处于排气行程时，气缸内部的压力接近于大气压，若此时火花塞电极间加上很高的电压，则很容易产生火花放电，故大部分高压都加在处于压缩行程的火花塞上，迫使该火花塞电极间隙击穿而构成放电回路，这便形成两缸同时点火的局面。此时处于压缩行程火花塞的点火情况与普通点火系统用一个火花塞单独点火的情况基本相同。有些点火线圈同时点火系统，在点火线圈的次级绕组中串联一个高压二极管，其作用是防止高速时初级绕组导通而产生的次级电压形成误点火。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统②二极管配电方式。二极管配电方式是利用二极管的单向导通特性，对点火线圈产生的高压电进行分配的同时点火方式。与二极管配电方式相配的点火线圈有两个初级绕组，一个次级绕组，相当于是共用一个次级绕组的两个点火线圈的组件。次级绕组的两端通过两个高压二极管与火花塞构成回路，其中配对点火的两个气缸的活塞必须同时到达上止点，即一个处于压缩行程上止点时，另一个处于排气行程上止点。ECU根据曲轴位置等传感器输入的信息计算、处理，输出点火控制信号，通过点火控制器中的两大功率三极管（T1和T2），按点火顺序控制两个初级绕组的电路交替接通和断开。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统当1、4缸点火触发信号输入点火控制器时，大功率三极管T1截止，初级绕组N1断电，次级绕组产生高压电动势，此时1、4缸高压二极管正向导通而使火花塞跳火。当2、3缸点火触发信号输入点火控制器时，大功率三极管T2截止，初级绕组N2

断电，次级绕组产生高压电动势，此时2、3缸高压二极管导通，故2、3缸火花塞跳火。二极管配电方式的主要特点是一个点火线圈组件为四个火花塞提供高压，因此特别适宜于四缸或八缸发动机。同时点火方式只能用于气缸数为偶数的发动机。（2）单独点火方式。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统每个气缸的火花塞配一个点火线圈，单独对本缸点火，单独点火方式则可用于任意气缸数的发动机。绝大部分无分电器点火系统均采用无高压线的直接点火方式，这也是目前点火系统发展的最高阶段。直接点火可使高压电能的传递损失和对无线电的干扰降到最低，如图4−20所示。该点火系统的点火线圈次级绕组与火花塞之间的高压电路中留有3～4mm的间隙，其作用是防止初级电路接通时的误点火。三、微机控制电子点火系统的控制电路1.非直接点火系统控制电路分析上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统现以丰田汽车微机控制电子点火系统TCCS为例来阐述其具体工作过程。丰田汽车发动机微机控制电子点火系统TCCS如图4−21所示。该点火系统保留了分电器，点火线圈产生的高压电经配电器送至各缸火花塞。该系统除控制点火外，还对燃油喷射、怠速、自动变速等进行控制，此外还具有故障保险、设备功能以及自诊断功能等。该点火系统主要作用是控制点火提前角，称为ESA系统，该系统框图如图4−22所示。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统当点火系统工作时，电子控制器根据传感器输入的发动机工作信息，经过计算、处理、判断后，将控制信号输出到点火器，适时地控制点火器中功率三极管导通和截止，进而控制初级电流的通断，达到适时点火的目的。1）曲轴转角传感器曲轴转角传感器的作用是向电子控制器输入活塞位置（上止点）、曲轴转角、曲轴转速等信息。它安装在分电器内，为磁电式。曲轴转角传感器的基本结构如图4−23所示。它由上部的G信号发生器和下部的Ne信号发生器组成。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统（1）Ne信号发生器。Ne信号发生器主要由固定在分电器轴上的信号转子和传感线圈组成，如图4−24（a）所示。Ne信号是曲轴转角及发动机转速信号。当信号转子随曲轴转动时，轮齿与传感线圈凸缘部的空气隙交替变化，使其内的传感线圈磁通发生变化而产生交变电动势信号。当分电器旋转一周，因为有24个轮齿，故每个交变信号相当于30°曲轴转角，由此可计算出发动机转速，输出波形如图4−24（b）所示。（2）G信号发生器。G信号发生器由带有凸缘的信号转子和G1、G2两个传感线圈组成，如图4−25（a）所示。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统G信号是测试曲轴转角的基准信号，用来判别气缸及检测活塞上止点的位置。当G信号转子上的凸缘通过G1

传感线圈凸缘时，产生G1

信号，检测第6缸上止点位置；当G信号转子上的凸缘通过G2

传感线圈凸缘时，产生G2

信号，检测第1缸上止点位置。由于G1、G2

是相对安装的，故分电器转一圈，分别出现一次，输出波形如图4−25（b）所示。由此可以得出Ne信号与G信号的关系如图4−26所示。2）电子控制器上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统如图4−27所示，工作时，电子控制器根据各传感器输入的发动机信息，经过处理，从存储器中选择最佳点火提前角，根据G1、G2

和Ne信号判断发动机曲轴到达规定位置时，发出控制信号IGt至点火器，当IGt为低电位时，大功率三极管截止，初级绕组电路切断，次级绕组产生高压电。起动时，点火时刻直接由传感器信号控制一个固定的点火提前角，当转速超过一定值时，自动转换成由微机输出的IGt控制。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统在发动机点火系统完成正常点火的同时，点火器还向ECU发回点火确认信号IGf，使ECU能够继续向点火器发出点火信号，如果ECU连续3～5次未接到反馈信号IGf，则判断点火系统出现故障，将停止继续点火和喷油，防止气缸内的燃油过多造成起动困难或增大三元催化器的负担。3）点火器该点火器可以根据电子控制器（ECU）输出的IGt信号，控制点火时刻；此外还具有闭合角控制、恒流控制、点火监视、锁止保护和过压保护等功能。4）点火时刻（提前角）控制上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统对丰田IG−GEU发动机，其初始点火提前角值为上止点前（BTDC）10°，当发动机起动时、发动机转速在400r/min以下时、检查点火初始角和发动机电子控制器的后备系统工作时，实际点火提前角为固定点火提前角。基本点火提前角数据存储在微机的ROM中，可分为怠速时的基本点火提前角（表4−1）和平常行驶时的基本点火提前角，如图4−28所示。修正点火提前角有暖机修正（指节气门位置传感器触点闭合、发动机水温变化时的修正）和怠速稳定性修正（为了保持怠速稳定运转而对点火提前角的修正）两种，如图4−29所示。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统此外，现代发动机的点火提前角还有一些其他修正，如过热修正（发动机水温过高时的修正）；空燃比反馈修正（有氧传感器的发动机，ECU通过氧传感器反馈的信号对空燃比进行修正）；爆震修正（当爆震时，ECU根据爆震传感器输入的信号，将爆震程度分为强、中、弱三个级别，根据爆震程度的强弱，自动减小点火提前角）等，如图4−30所示。2.直接点火系统控制电路分析直接点火系统常称为无分电器点火系统（DLI系统），它取消了传统的分电器，没有配电器，点火线圈产生的高压电直接送到火花塞。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统常采用以下两种方式：同时点火方式和单独点火方式。1）无分电器线圈配电式同时点火系统丰田皇冠车DLI系统组成如图4−31所示，主要由传感器、电子控制器、点火器、点火线圈等组成。（1）凸轮位置传感器（磁电式）。凸轮位置传感器由G（G1、G2）和Ne两部分信号发生器组成，如图4−32所示。ECU根据G1、G2和Ne信号判别气缸位置、检测曲轴转角以及决定点火时刻的初始点火提前角。G1

信号用于发动机第6缸的判断和点火的转换，即依靠此信号来检测第6缸是否处于压缩行程，活塞是否接近于上止点。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统当G1、G2

正时转子转动，其凸起处接近或远离铁芯时，磁路中的磁阻将发生变化，绕在铁芯上的信号线圈G1

中所通过的磁通量也要发生变化，于是在线圈G1中就产生感应电动势（G1信号）。每当G1、G2正时转子旋转一周（曲轴转两圈），且在第6缸接近压缩行程的上止点时，G1信号便产生，故使第6缸的点火准备工作完成，接着又利用Ne信号来确定第6缸的点火时间（相当于原始调整位置）。G2

信号是发动机第1缸判断和点火的转换信号。依靠此信号来检测第1缸压缩行程时活塞是否已接近上止点。G2信号是在产生G1信号后，G1、G2

正时转子旋转180°产生的，其信号波形与G1信号完全相同。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统G2

信号的产生，即完成第1缸点火的准备工作，接着再靠其后产生的Ne信号确定第1缸的点火时间。Ne信号是发动机曲轴转角和原始点火时间的信号。由于Ne正时转子上具有24个凸齿，所以每当此正时转子旋转一周后，就会在信号线圈Ne中产生24个具有正、负半周（完整的）的感应电动势波形。由此可知，每当Ne正时转子转过15°时，曲轴就转30°，因此便能准确地测出曲轴转角。Ne信号除了作点火基准信号外，还可在电子式燃油喷射装置中作发动机的转速信号。G1、G2与Ne信号的关系如图4−33所示。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统（2）电子控制器（ECU）。ECU根据各传感器的输入信号，经计算、处理，将点火时刻信号IGt和气缸判别信号（IGdA、IGdB）送至点火器，实现对点火的控制，其电路原理方框图如图4−34所示。①点火时刻（提前角）控制信号。当G1、G2

信号产生后，第一个Ne信号即为第6缸或第1缸的初始点火时刻信号。当G1、G2信号产生时，以此信号为基准，由Ne信号控制其后三次点火信号（每4个Ne信号产生一个点火信号），之后再由G信号重设其后的三次点火信号。②气缸判别信号。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统ECU根据G1、G2、Ne信号，经计算和分频电路，输出气缸判别信号IGdA、IGdB和点火定时信号IGt，并输出到点火器的气缸鉴别电路。气缸鉴别电路根据这些信号辨别需要点火的气缸，将IGt信号送给相应的大功率三极管，使大功率三极管及时地控制对应的点火线圈工作。在发动机点火系统完成正常点火的同时，点火模块还向ECU发回点火确认信号Igf，使ECU能够继续向点火模块发出点火信号，如果ECU连续3～5次未收到反馈信号IGf，则判断点火系统出现故障，将停止继续点火和喷油，防止气缸内的燃油过多造成起动困难或增大三元催化器的负担。气缸判别信号IGdA、IGdB的时序波形如图4−35所示。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统IGdA为0、IGdB为1——T1导通，1缸或6缸点火。IGdA为1、IGdB为0——T2

导通，2缸或5缸点火。IGdA为0、IGdB为0——T3

导通，3缸或4缸点火。（3）点火器。点火器的最基本功能是接收ECU输出的IGdA、IGdB和IGt信号，依次驱动各点火线圈初级绕组的接通和截止，实现微机控制电子点火。当点火器从ECU接收到IGdA、IGdB和IGt信号后，点火器内的气缸判别电路判别出需要点火的气缸，点火器通过驱动电路控制相应点火线圈的大功率管导通，初级绕组充磁，当点火信号IGt变为低电位时，切断初级绕组，次级绕组产生高压电。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统整个发动机的点火正时流程图如图4−36所示。（4）点火线圈。DLI用点火线圈采用小型闭磁路点火线圈，如图4−37所示。它由初级绕组、次级绕组、铁芯、高压二极管、外壳、低压接线柱、高压引线等组成。每组点火线圈供应两缸同时点火。气缸两两组合的情况是：1缸和6缸、2缸和5缸、3缸和4缸。这三组当中的任何一组点火时必有一缸处于压缩（点火）行程，而另一缸则处于排气行程。上一页下一页返回任务三微机控制电子点火系统当初级绕组电流被切断时，两个气缸中都有跳火现象发生，在能量分配上，压缩行程的气缸压力较高，所需跳火电压高，而排气行程气缸压力接近大气压，所需电压低，因此能保证压缩行程气缸有足够的点火能量，如图4−38所示。在点火器大功率管导通瞬间，初级绕组产生反向的感应电动势，如图4−39所示，次级绕组也产生1000V左右的电压，由于此时气缸中气压低，火花塞可