汽车发动机构造与检修（第二版）课件：发动机点火系统

发动机点火系统任务一点火系统检查与维护【任务描述】客户王先生的别克威朗轿车已经行驶了40000Km，王先生开车来到别克4S店，服务顾问在询问和检查后将车辆交给维修技师，维修技师根据保养手册要求对此车进行40000Km保养，其中保养手册要求进行火花塞的更换。下面将学习火花塞的相关知识并按流程进行火花塞的更换。【知识储备】一、发动机点火系统1.点火系统的作用汽油发动机工作时，混合气的燃烧是通过火花塞点火控制的，点火系统的作用就是根据发动机的工作状态，按照发动机的工作顺序，在合适的时刻供给火花塞以足够能量的高压电，使其电极间产生火花，确保能点燃混合气，使发动机做功。点火系统是汽油发动机各系统中故障率最高的系统。点火系统技术状况不仅严重影响发动机的动力性、经济性和排放性能，还决定了发动机能否正常工作。点火能量不够或不点火，会导致发动机工作困难，严重时甚至不能工作。若点火时间不合适，过晚会导致发动机动力下降，油耗升高，发动机温度上升；点火时间过早，导致发动机爆燃，甚至造成零部件损坏。2.点火系统的组成发动机点火系统主要由以下部件组成，如图5-1所示。（1）电源：一般由蓄电池和发电机共同组成，主要是给点火系统提供所需的电能。（2）传感器：用于检测发动机各种运行参数，为电控单元提供点火控制所需的信号。（3）电控单元：是电控点火系统的中枢。（4）点火线圈：储存点火所需的能量，并将电源提供的低压电转变为足以在电极间产生击穿火花的15～20KV的高压电。（5）火花塞：利用点火线圈产生的高压电产生点火花，点燃气缸内的可燃混合气。图5-1点火系统基本组成3.点火系统的工作原理发动机工作时，电控单元根据接收到的各传感器信号，按存储器中存储的有关程序和数据，确定出最佳点火提前角和通电时间，电控单元控制点火线圈初级电路的导通和截止。当电路导通时，有电流从点火线圈中的初级电路通过，点火线圈将点火能量以磁场的形式储存起来。当初级电路被切断时，次级线圈中产生很高的感应电动势（15～20KV），经高压线或直接送至工作气缸的火花塞，如图5-2所示。图5-2点火系统工作原理二、火花塞1.火花塞的分类火花塞的型号，如图5-3所示。按材质可以分为镍合金火花塞、铂金火花塞和铱金火花塞。按外形可以分为准型火花塞、电极型火花塞、缘体突出型火花塞、座型火花塞、面跳火型火花塞。按照热值可以分为冷型火花塞和热型火花塞。图5-3火花塞外形结构2.火花塞的结构火花塞是由机械箱、绝缘体和电极三个主要部件构成，如图5-4所示。（1）绝缘体：使用高纯度的氧化铝，使中心电极和侧电极间绝缘（2）终端螺母：连接高压线（3）密封环：防止漏气（4）中心轴：导电（5）机械箱（壳体）：固定在发动机壳上；导热、散热；导电，接侧电极（6）导电玻璃，增加阻抗（7）垫片：密封（8）轴电极：导电（9）密封垫圈（10）中心电极侧电极图5-4火花塞结构3.火花塞的工作原理点火装置所产生的高电压加在火花塞的中心电极和侧电极之间，使它们之间的气体电离，由此电极间的绝缘状态被破坏而产生电流，放电生成电火花。由电火花所引起的点火是通过电极之间的火花放电而使燃烧粒子活性化，并发生热效应，形成火焰核，最终形成以自身燃烧为中心向周边扩大的火焰。但是如果电极吸热使火焰核消除，叫做消炎作用，火焰核会因此而消失导致失火。4.火花塞的主要参数（1）火花塞的热值火花塞吸收热量和的散发热量的能力称为热值，吸热量少而散热量大的称为高热值（冷型），相反则称为低热值（热型）。火花塞的热值用度数表示，度数越大热值越高。轿车常用的是6～7度，属中等热值火花塞（不同的厂家标识有差异）。值得注意的并不是热型火花塞工作时温度较高，冷型火花塞工作时温度较低。火花塞工作的最佳温度是500～600℃，此时落在绝缘体上的油滴能立即烧去不会形成积炭，低于这个温度会形成积炭，高于这个温度会早燃，发生爆燃，易使火花塞头部陶瓷烧损，电极溶解。因此高热值（冷型）火花塞应用在发动机缸内温度较高的情况下，利用其吸热量少而散热量大的特性来维持其最佳工作温度，低热值（热型）火花塞则相反。高热值火花塞一般用于高转速、高压缩比、大功率的发动机，低热值火花塞则相反。热值的高低主要由火花塞的设计决定。（2）火花塞的阻抗火花塞在轴电极中常加上导电玻璃增加阻抗，叫电阻型火花塞，一般在编号上用R表示。火花塞在点火的时候，火花塞内芯会通过强电流，所以火花塞在每一次工作时会有电磁波产生，这些电磁波易干扰发动机周边的电气元件，增加阻抗的目的是减少火花塞点火时产生的电磁波对相关设备的干扰。根据欧姆定律如果电阻为零，点火时的瞬间电流会相当大，从而产生强大的电磁波，增加电阻，可抑制电流，降低电磁波强度。缸线的电阻也是起同样的作用，但根据欧姆定律电阻两端会形成电压差，即在系统中产生电压降，因此增加阻抗会降低点火电压。所以阻抗越大，火花塞点火时产生对电气元件的干扰越少，但点火电压降低越多。根据相关标准，火花塞的电阻在1～20K欧姆之间。但一般的火花塞电阻在1～12K欧姆之间。其中1～3K欧姆的火花塞叫小电阻火花塞，3～12K欧姆的火花塞叫一般电阻火花塞。（3）火花塞的间隙火花塞间隙大时，优点是易产生电弧长，跳火火花强；产生火焰核较大，消炎作用不易使火焰消失导致失火；易于点燃空燃比高的可燃混合气。但这些优点的前提是有足够的点火电压。火花塞过大也有如下缺点，间隙越大越需要高电压才能跳火，而点火系统能供给的电压是限定的。当火花隙过宽时，则需要较大的放电电压，从而超过了线圈的性能界限，反而不能放电，加上高转速、高压缩比、低温等都会增加点火所需电压，因而火花塞间隙过大时高转速、高压缩比、低温等情况下就可能发生失火。火花塞间隙小时，优点是易点火所需电压小；跳火稳定性高，在高转速、高压缩比、低温等情况下不易失火。缺点是产生的电弧短；跳火火花能量低，产生火焰核较小；消炎作用易使火焰消失，导致失火；不易点燃空燃比高的可燃混合气；积炭时易跨接短路。中央电极变细、成角都有利于放电，因此厂家使用白金、铱金等贵金属材料的稳定性来使中央电极变细、成角（普通金属电极太细易烧蚀、变钝），可适当增加火花塞间隙，从而克服火花塞间隙大时对电压需要高的缺点，又利用火花塞间隙大时的点火优势。火花塞间隙的大小可作适当调整。综上所述，火花塞的热值、阻抗、和电极间隙对发动机点火的影响是多样的，并非越大越好，也非越小越好，应根据发动机的类型、工况、工作条件等因素来决定。【总结及拓展训练】通过本任务的学习，同学们了解了点火系统作用、组成及工作原理，掌握了火花塞的分类和结构，熟练掌握了火花塞的更换方法。本任务与汽车专业领域职业技能等级证书标准中的1-1【汽车动力与驱动系统综合分析技术-模块】—点火系统一般维修职业技能要求相对应。同学们要勤加练习，为以后考取相应等级的职业技能等级证书打下基础。现有一辆雪佛兰科鲁兹汽车需要进行火花塞的检查和更换，如图5-5所示，请同学们根据已学知识并结合该车辆具体情况，完成火花塞的检查和更换。图5-5雪佛兰科鲁兹点火系统发动机点火系统任务二点火系统故障检修【任务描述】客户王先生的别克威朗轿车在行驶过程中突然出现发动机抖动，在仪表上出现“”，王先生将车辆开进别克4S店，服务顾问在询问和检查后将车辆交给维修技师，维修技师根据故障现象及维修经验，判断出故障范围出现在点火系统电路或者元件中。下面将学习点火系统电路的相关知识并按流程进行点火系统元件的更换。【知识储备】一、点火系统电路及元件要对发动机相关系统的故障进行诊断和排除，首先要能识读该系统的电路图，掌握其控制原理，如图5-6所示为别克威朗点火系统电路图。图5-6别克威朗点火系统电路图1.点火系统电路识读（1）电路颜色如表5-1所示表5-1汽车电路颜色缩略语（2）点火系统电路元件认知X50A为保险丝继电器盒，位置位于发动机舱内左侧，发动机及部分车身电气使用的保险丝和继电器集成如此。

F13UA保险丝为点火系统正极供电保险丝规格为15A，位于发动机舱内保险盒内。主要作用是保护电路。

K20发动机控制模块，位于发动机舱内，作用是处理控制发动机的各种信号，也是发动机电控系统中最重要的元件之一。

T8为点火线圈，安装在发动机顶部，是点火系统重要的执行元件之一。G122为点火系统车身搭铁点，安装发动机侧面。二、点火线圈认知

1.作用点火线圈的作用是储存点火所需的能量，并将电源提供的低压电转变为可以在电极间产生击穿火花的15～20KV的高压电。2.分类点火线圈一般分为独立点火线圈和双缸点火线圈，如图5-7所示。独立点火线圈双缸点火线圈图5-7点火线圈3.结构点火线圈内部主要有铁芯、永磁铁、绕线骨架、安装孔、连接插头、电子元件、高压二极管、抗干扰电阻、弹簧、护套等组成，如图5-8所示。图5-8点火线圈结构4.原理点火线圈本质上就是由两组线圈构成的高压变压器，如图5-9所示。当初级线圈接通电源时，随着电流的增长四周产生一个很强的磁场，铁芯储存了磁场能。当开关装置使初级线圈电路断开时，初级线圈的磁场迅速衰减，次级线圈被一个强大而剧烈变化的磁场吞没。由于次级线圈的匝数非常大，因此次级线圈感应出来高电压，最高可达10万伏。图5-9点火线圈内部绕组三、点火系统工作过程1.磁场产生过程根据车辆各传感器的信息，电控单元向点火线圈发出产生磁场信号，此时点火线圈开关管导通，电源电流经点火线圈初级绕组后搭铁，随着电流的增长四周产生较强的磁场，铁芯储存了磁场能，如图5-10所示。图5-10点火线圈工作过程图2.火花产生过程当需要点火时，电控单元向点火线圈发出产生电火花信号，开关管切断，初级绕组电流突然中断，电流所产生的磁场骤然衰减，从而在次级绕组上产生很高的感应电压，在高电压作用下，火花塞间隙被击穿产生电火花，火花点燃气缸内可燃混合气。3.点火顺序一般直列四缸发动机的点火顺序为1→3→4→2，直列六缸发动机的点火顺序为1→5→3→6→2→4。但也有采用其它点火顺序的，应以制造厂商提供的技术数据为准，如图5-11所示。图5-11发动机各缸点火顺序【总结及拓展训练】通过本任务的学