課件項目五 汽油機電控點火系統(tǒng)檢修

【項目描述】對于汽油發(fā)動機，吸入氣缸內(nèi)的可燃混合氣在壓縮終了時由電火花點燃，燃燒產(chǎn)生的強大的壓力推動活塞向下運動而做功。為此，在汽油機上設(shè)有一套能在氣缸內(nèi)產(chǎn)生電火花的系統(tǒng)，稱為點火系。（1）掌握汽油機對點火系的基本要求；（2）理解電控點火系統(tǒng)的功能、組成和工作原理；（3）掌握典型爆震傳感器的基本構(gòu)造和基本工作原理。知識目標(biāo)學(xué)會使用萬用表、示波器、故障診斷儀等檢測裝置技能目標(biāo)任務(wù)內(nèi)容點火系統(tǒng)的檢修2認(rèn)知點火系統(tǒng)11.掌握汽油機對點火系的基本要求2.電控點火系統(tǒng)的功能、組成和工作原理3.掌握點火提前角和閉合角對汽油機性能和點火系性能的影響4.最佳點火提前角和閉合角控制的方法【任務(wù)目標(biāo)】【任務(wù)導(dǎo)入】電控點火系統(tǒng)能將點火提前角控制在最佳值，使可燃混合氣燃燒后產(chǎn)生的溫度和壓力達(dá)到最大值，從而提高發(fā)動機的動力性，同時還能提高燃油經(jīng)濟(jì)性和減少有害氣體的排放量。

在汽油機上設(shè)有一套能在氣缸內(nèi)產(chǎn)生電火花的系統(tǒng)，稱為點火系。

點火系的作用是將蓄電池或發(fā)電機的低壓電轉(zhuǎn)變成高壓電，再按照發(fā)動機的工作順序適時將高壓電分送給需要點火氣缸的火花塞，產(chǎn)生電火花以點燃可燃混合氣。一、點火系的作用3.1.2點火系的要求123能產(chǎn)生足以擊穿火花塞間隙的電壓點火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工作情況火花應(yīng)具有足夠的能量二、點火系的要求圖5-1火花塞擊穿電壓與火花塞間隙的關(guān)系（1）．火花塞電極間隙和形狀1能產(chǎn)生足以擊穿火花塞間隙的電壓圖5-2火花塞擊穿電壓與混合氣壓力的關(guān)系（2）．氣缸內(nèi)混合氣體的壓力和溫度（3）．電極的溫度和極性

火花塞電極的溫度越高，電極周圍的氣體密度就越小，擊穿電壓就越低；針狀的中心電極為負(fù)極且溫度較高時，擊穿電壓就較低。圖5-3火花塞擊穿電壓與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系1—起動；2—加速；3—最大功率的穩(wěn)定狀態(tài)（4）．發(fā)動機的工作情況1)

發(fā)動機轉(zhuǎn)速圖5-4火花塞擊穿電壓與空燃比的關(guān)系2)

混合氣空燃比圖5-5發(fā)動機起動所需時間與火花能量的關(guān)系2火花應(yīng)具有足夠的能量

對于多缸發(fā)動機，點火系應(yīng)按發(fā)動機的工作順序進(jìn)行點火。

對于某一缸而言，電火花產(chǎn)生的時刻應(yīng)使發(fā)動機發(fā)出的功率最大、油耗最低、排放污染最小。

從發(fā)出電火花開始至活塞到達(dá)上止點為止的一段時間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度，稱為點火提前角。

最佳點火提前角影響因素很多，最主要的因素是發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、冷卻液溫度及燃油品質(zhì)等。3點火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工作情況

對于多缸發(fā)動機，點火系應(yīng)按發(fā)動機的工作順序進(jìn)行點火。

對于某一缸而言，電火花產(chǎn)生的時刻應(yīng)使發(fā)動機發(fā)出的功率最大、油耗最低、排放污染最小。點火提前角是從火花塞發(fā)出電火花，到該缸活塞運行至壓縮上止點時曲軸轉(zhuǎn)過的角度。點火過早，功率下降，易爆震。點火過遲，功率、熱效率降低。一般來說，混合氣在氣缸內(nèi)燃燒時，其最高燃燒壓力（也可以說是發(fā)動機的最大輸出功率）出現(xiàn)在曲軸轉(zhuǎn)角的上止點后10度左右。圖中A曲線是氣缸內(nèi)不燃燒的壓力波形，它是以上止點為中心的左右對稱波形。曲線B、C、D分別表示點火時刻在上止點第10度以前，10度左右和10度以后三種點火提前角時的燃燒壓力波形。由圖可知，C時刻點火可以獲得最佳的燃燒壓力（作功也是最多的，作功的多少可以看陰影部分所示）且無爆震發(fā)生；而在B時刻點火，雖然燃燒壓力最高，但有爆震發(fā)生（曲軸上部的的鋸齒波形）。3點火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工作情況發(fā)動機轉(zhuǎn)速

隨著轉(zhuǎn)速的升高，燃燒過程所占的曲軸轉(zhuǎn)角增大，提前角應(yīng)增大。發(fā)動機負(fù)荷

隨著負(fù)荷的加大，節(jié)氣門開度增大，進(jìn)入氣缸的混合氣量增多，則壓縮終了時混合氣的壓力和溫度升高，同時，殘余廢氣在氣缸內(nèi)所占的比例減小，混合氣燃燒速度加快，這時點火提前角應(yīng)適當(dāng)減小。燃料性質(zhì)

汽油辛烷值越高，抗爆性越好，點火提前角可增大，反之應(yīng)減小。其他因素

燃燒室形狀、燃燒室內(nèi)溫度、空燃比、大氣壓力、冷卻水溫度。當(dāng)汽油機保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定時，汽油機功率和耗油率隨點火提前角的改變而變化。對應(yīng)于發(fā)動機每一工況都存在一個“最佳”點火提前角。適當(dāng)點火提前角，可使發(fā)動機每循環(huán)所做的機械功最多。影響點火提前角的因素

類型直接點火系同時點火方式單獨點火方式非直接點火系三、點火系的類型圖5-6非直接點火系的組成１.非直接點火系圖5-7同時點火2.直接點火系圖5-8單獨點火2.直接點火系四、電控點火系的功能、組成與工作原理電控點火系的功能電控點火系的組成電控點火系的工作原理1231電控點火系的功能1.11.21.3點火提前角控制爆震控制閉合角控制1.1點火提前角控制初始點火提前角修正點火提前角基本點火提前角實際點火提前角最佳點火提前角=初始點火提前角+基本點火提前角+修正點火提前角

發(fā)動機起動過程中，進(jìn)氣管絕對壓力傳感器信號或空氣流量計信號不穩(wěn)定，ECU無法正確計算點火提前角，一般將點火時刻固定在設(shè)定的初始點火提前角。此時的控制信號主要是發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號（Ne信號）和起動開關(guān)信號（STA信號）。起動時點火提前角的設(shè)定值隨發(fā)動機而異，對一定的發(fā)動機而言，起動時的點火提前角是固定的，一般為10°左右。1.起動時點火提前角的控制

初始點火正時角由以下因素決定：當(dāng)發(fā)動機ECU接受了G信號（圖形左邊A點）后，再接受NE信號（圖形左邊B點），這就決定了當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角達(dá)到上止點前5°、7°或10°時（不同的機型角度也不同），此時的角度即為最初點火正時角度，如圖所示。起動后基本點火提前角的確定

發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時（起動后），主ECU根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號，確定基本點火提前角，并根據(jù)其他有關(guān)信號進(jìn)行修正，最后確定實際的點火提前角，并向電子點火控制器輸出點火執(zhí)今信號，以控制點火系的工作。發(fā)動機起動后怠速運轉(zhuǎn)時，ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器信號（IDL信號）、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器信號（Ne信號）和空調(diào)開關(guān)信號（A／C信號）確定基本點火提前角。發(fā)動機起動后在除怠速以外的工況下運轉(zhuǎn)時，ECU根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷（單位轉(zhuǎn)數(shù)的進(jìn)氣量或基本噴油量）確定基本點火提前角。2.起動后點火提前角的控制

基本點火提前角主要由發(fā)動機轉(zhuǎn)速和空氣流量或進(jìn)氣歧管壓力信號決定，基本點火提前角和轉(zhuǎn)速信號、進(jìn)氣量信號的對應(yīng)關(guān)系儲存在發(fā)動機ECU的內(nèi)存中。

不同的發(fā)動機控制系統(tǒng)中，對點火提前角的修正項目和修正方法也不同。修正方法有修正系數(shù)法和修正點火提前角法兩種。主要修正項目有：

（1）水溫修正；（2）怠速穩(wěn)定修正；（3）空燃比反饋修正。點火提前角的修正注意發(fā)動機的修正點火提前角不是沒有限制的，最大和最小點火提前角的一般范圍是：最大點火提前角35°～45°，最小點火提前角-10°～0°。（1）水溫修正水溫修正又可分為暖機修正和過熱修正。暖機修正發(fā)動機冷車起動后的暖機過程中，隨冷卻水溫的提高，混合氣的燃燒速度加快，燃燒過程所占的曲軸轉(zhuǎn)角減小，點火提前角也應(yīng)適當(dāng)減小，如右圖所示。過熱修正發(fā)動機處于正常運行工況時，發(fā)動機溫度過高時，應(yīng)適當(dāng)推遲（減?。c火提前角。發(fā)動機處于怠速工況時，為避免發(fā)動機過熱，應(yīng)適當(dāng)增大點火提前角。暖機修正曲線過熱修正曲線

ECU根據(jù)實際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速的差來修正點火提前角，低于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，應(yīng)增大點火提前角，反之，推遲點火提前角?？刂菩盘栍校喊l(fā)動機轉(zhuǎn)速信號（Ne信號）、節(jié)氣門位置傳感器信號（IDL信號）、車速傳感器信號（SPD信號）、空調(diào)開關(guān)信號（A／C信號）（2）怠速穩(wěn)定修正

由于空燃比反饋控制系統(tǒng)，是根據(jù)氧傳感器的反饋信號調(diào)整噴油量的多少來達(dá)到最佳空燃比控制的，所以這種噴油量的變化必然帶來發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化。為了穩(wěn)定發(fā)動機轉(zhuǎn)速，點火提前角需根據(jù)噴油量的變化進(jìn)行修正，如右圖所示。在減少噴油量的同時，應(yīng)適當(dāng)增大點火提前角。（3）空燃比反饋修正

為了獲得足夠高的次級電壓，在發(fā)動機工作時，必須保證點火線圈的初級電路有足夠的通電時間。但如果通電時間過長，點火線圈又會發(fā)熱并增大電能消耗。要兼顧上述兩方面的要求，就必須對點火線圈初級電路的通電時間進(jìn)行控制。

閉合角：在點火線圈的初級線圈通電時，對應(yīng)曲軸所轉(zhuǎn)過的角度。閉合角的控制就是初級線圈通電時間的控制1.2閉合角控制現(xiàn)代電控點火系統(tǒng)和傳統(tǒng)的分電器不同，傳統(tǒng)的點火線圈初級電路的通電時間取決于斷電器觸點的閉合角和發(fā)動機轉(zhuǎn)速。而現(xiàn)代點火線圈初級電路的通電時間由ECU控制，根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號和電源電壓信號確定最佳的閉合角（通電時間），并控制點火器輸出指令信號（IGt信號），以控制點火器中晶體管的導(dǎo)通時間。當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速高時，適當(dāng)增大閉合角；蓄電池電壓下降時，適當(dāng)增大閉合角。通電時間的控制方法

當(dāng)發(fā)動機吸入燃油蒸汽與空氣的混合物后，在進(jìn)行壓縮沖程時，由于燃油中混有低燃點物質(zhì)，會導(dǎo)致燃?xì)饣旌衔镌诨鸹ㄈc火前自動爆燃，使汽缸震動，稱為爆震。

造成爆震最主要有以下幾點原因：

一、點火角過于提前：

二、發(fā)動機過度積碳：

三、發(fā)動機溫度過高：

四、空燃比不正確：

五、燃油辛烷值過低：輕微的爆震可以改善燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性；過度爆震會產(chǎn)生多方面的不利影響，比如燃油消耗增大、動力下降、發(fā)動機過熱等。1.3爆震控制1.3爆震控制1．爆震的檢測

對發(fā)動機爆震的檢測方法有氣缸壓力檢測、燃燒噪聲檢測和發(fā)動機機體振動檢測等；發(fā)動機機體振動檢測法具有較高的檢測精度，傳感器安裝靈活，耐久性也較好，是目前最常用的爆震檢測方法。圖5-15爆震的判斷范圍控制方法：推遲點火提前角，利用爆震傳感器中的壓電晶體的壓力效應(yīng)。

發(fā)動機出現(xiàn)爆震時，ECU會根據(jù)爆震傳感器信號的大小或頻率來判斷爆震的強度，并對點火正時進(jìn)行適當(dāng)延遲。

爆震較強時，點火正時延遲較多；當(dāng)爆震較弱時，點火時間延遲較少；爆震停止時，點火正時便停止延遲，有時還會將點火正時稍微提前，直到再次發(fā)生爆震，然后再重新開始延遲。2．爆震的控制方法2.電控點火系的組成圖5-16微機控制電子點火系的基本組成電控點火系由傳感器、電控單元和執(zhí)行器組成。2.1爆震傳感器圖5-17爆震傳感器的結(jié)構(gòu)a、非共振型壓電式爆震傳感器

當(dāng)發(fā)動機振動時，安裝在發(fā)動機缸體上的爆震傳感器內(nèi)部配重因受振動影響而產(chǎn)生加速度，配重首先將機體加速度信號轉(zhuǎn)換成壓力信號，作用于壓電元件上，壓電元件再將壓力信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。1.爆震傳感器的結(jié)構(gòu)b、共振型壓電式爆震傳感器

是由與爆震幾乎具有相同共振頻率的振子和能夠檢測振動壓力并將其轉(zhuǎn)換成電信號的壓電元件構(gòu)成。

共振型：傳感器固有振動頻率與發(fā)動機爆震頻率相同，爆震時，發(fā)生諧振，輸出電壓信號最大，無需使用濾波器即可識別爆震。非共振型：爆震時，傳感器輸出電壓不大，具有平緩的輸出特性，需將信號送到濾波器中識別是否發(fā)生爆震。適用范圍廣。c、磁致伸縮式爆震傳感器

當(dāng)發(fā)動機產(chǎn)生振動時，磁心受振動偏移，致使感應(yīng)線圈內(nèi)磁通量發(fā)生變化，由此在感應(yīng)線圈內(nèi)產(chǎn)生感生電動勢，其大小與發(fā)動機振動的頻率有關(guān)。當(dāng)傳感器的固有振動頻率與發(fā)動機發(fā)生爆震時的振動頻率一致且產(chǎn)生諧振時，傳感器將輸出最大電壓信號。ECU根據(jù)諧振點輸出的電壓信號，即可判斷出發(fā)動機爆震強度。2.爆震傳感器的檢修a.萬用表檢測（桑塔納2000）

ΩVΩ動態(tài)信號：拔下連接器，怠速（或敲擊缸體），測量插座兩接腳電壓，應(yīng)與規(guī)定相符（交流電壓信號）。靜態(tài)電阻：測量傳感器電阻，應(yīng)與規(guī)定相符（大于1MΩ或1、2、3間不導(dǎo)通）。線路檢測：測量導(dǎo)線電阻，應(yīng)為0Ω。b.示波器檢測用木槌敲擊傳感器附近的缸體；應(yīng)顯示有一振動波形，敲擊越重，振動幅度就越大；隨車檢測，信號波形的峰值電壓和頻率隨發(fā)動機負(fù)載和轉(zhuǎn)速的增加而增加；爆震傳感器極耐用，最常見的失效方式是傳感器不產(chǎn)生信號，波形顯示一條直線，這通常是因為傳感器被碰傷，造成物理損壞。2.2電控單元

電控單元是電控點火系的核心。

發(fā)動機的電控單元主要由中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口、總線及電源供給電路等部分組成。2.3執(zhí)行器1．點火器圖5-18無分電器點火系統(tǒng)的點火器電路框圖1．點火器點火器的功能(1)

據(jù)點火信號，使大功率三極管適時導(dǎo)通和截止。(2)

閉合角控制及恒流控制(3)

點火監(jiān)視。(4)

點火感知。(5)

鎖止保護(hù)。2．點火線圈

與電控點火系相匹配的點火線圈為專用高能點火線圈，一般采用閉磁路點火線圈，能量損失小，對外電磁干擾小。3．火花塞1、接線螺母2、高氧化鋁陶瓷絕緣體3、商標(biāo)4、鋼質(zhì)殼體（六角形）5、內(nèi)墊圈（密封導(dǎo)熱）6、密封墊圈7、中心電極導(dǎo)電桿8、火花塞裙部螺紋9、電極間隙10、中心電極和側(cè)電極11、型號12、去干擾電阻提高對點火系電磁干擾的抑制能力表5-1火花塞裙部長度與熱值裙部長度(mm)15.513.511.59.57.55.53.5熱值3456789特性熱中冷火花塞熱特性：

火花塞的散熱量稱為熱值。能散出較多熱量的火花塞，由于其自身保持較冷而被稱之為“冷塞”。散熱量較少的火花塞，由于其自身保持較多的熱量而被稱之為“熱塞”。

熱值越大，說明它散熱越好，火花塞越冷；熱值越小，說明它越不容易散熱，火花塞越熱。

火花塞的熱值會直接影響火花塞中心電極的溫度，該溫度在450℃（自潔溫度）～950℃（自燃溫度）之間時，火花塞的性能最佳。12電控非直接點火系的工作原理電控直接點火系的工作原理五、電控點火系的工作原理1電控非直接點火系的工作原理

有分電器ECU控制點火系統(tǒng)主要由各種傳感器、發(fā)動機ECU、點火器、點火線圈、火花塞、高壓線等組成。

發(fā)動機ECU根據(jù)各種傳感器的信號確定點火正時，并將點火控制信號（IGT信號）傳送給點火器，再由點火器控制點火線圈初級電路的通、斷，點火線圈次級線圈所產(chǎn)生的高壓電經(jīng)分電器及高壓線送給火花塞進(jìn)行點火。

點火提前角的大小即取決于ECU所發(fā)出的點火控制信號（IGT信號）的遲早，該信號發(fā)出早，點火提前角就大；反之點火提前角就小。點火控制信號（IGT信號）該信號為高電平時，初級電路導(dǎo)通；該信號為低電平時，初級電路被切斷，點火線圈產(chǎn)生高壓電點火.點火確認(rèn)信號（IGF信號）工作中，點火器還會根據(jù)點火線圈初級電路的感應(yīng)電動勢（自感）向ECU反饋點火確認(rèn)信號（IGF信號），以表明點火系統(tǒng)工作正常。如果發(fā)動機ECU連續(xù)6次或8次接收不到該點火確認(rèn)信號，就會判定點火系統(tǒng)存在故障，其內(nèi)部會儲存相應(yīng)的故障代碼，同時，為了避免燃油沖刷汽缸的潤滑油膜，還會指令噴油器停止工作（失效保護(hù)功能）。

點火確認(rèn)信號（IGF信號）的產(chǎn)生方法：ECU向點火器發(fā)送一個5V左右的信號參考電壓，每點一次火，點火器就將該信號參考電壓接搭鐵一次，使其電平變0V一次，ECU則根據(jù)該0V電平來判定點火狀態(tài)。圖5-20分電器式電控點火系統(tǒng)控制信號時序圖1.直接點火系的高壓配電方式(1)二極管分配方式圖5-21二極管分配式工作原理圖1—一、四缸觸發(fā)信號；2—電子點火器；3—控制部分；4—穩(wěn)壓器；5—初級繞組A；6—高壓二極管；7—次級繞組；8—初級繞組B；9—二、三缸觸發(fā)信號2電控直接點火系的工作原理1.直接點火系的高壓配電方式(2)點火線圈分配式圖5-22單獨點火方式圖5-22雙缸同時點火方式2．直接點火系的工作原理

ECU根據(jù)各傳感器信號共向點火器輸出3個信號：IGT、IGDA和IGDB，其中，IGT為點火控制信號，主要用于點火正時的控制；IGDA和IGDB為氣缸判別信號，主要用于點火順序的判斷。ECU還接收一個來自點火器的IGF信號，該信號稱為點火確認(rèn)信號，是由點火器根據(jù)各點火線圈初級電流自感電動勢產(chǎn)生的，主要用于ECU對點火系統(tǒng)的監(jiān)測。任務(wù)內(nèi)容點火系統(tǒng)的檢修2認(rèn)知點火系統(tǒng)1【任務(wù)目標(biāo)】【任務(wù)導(dǎo)入】掌握火花塞、點火線圈、曲軸位置傳感器、爆震傳感器的