发动机构造与维修(第3版)第8章点火系统
,第8章 点火系统,学习目标, 了解点火系统的基本组成 能识别点火系统的元器件 理解电控点火系统的工作原理 掌握点火系统各元件的检查方法 理解点火系统控制的原理、方法和电路,第8章 点火系统,8.1概述 8.1.1点火系统的作用和要求,1、点火系统的作用 点火系的功用是将蓄电池或发电机的低压电（一般1214V）变成高压电（一般1230kV），同时按发动机各气缸的工作顺序，及时地在气缸压缩行程终了时用电火花点燃可燃混合气，满足可然混合气充分地燃烧及发动机工作稳定的性能要求，使汽油发动机顺利地实现从热能到机械能的转变。 2、对点火系统的要求 （1）点火系应具有足够高的击穿火花塞电极间隙的电压 （2）电火花应具有足够的点火能量 （3）点火时刻与发动机工况相适应,1、点火系统的分类 （1）按点火系电源分类 1）磁电机点火系。 2）蓄电池点火系。 （2）按点火系储存点火能量的方式分类 1）电感蓄能式点火系。 2）电容储能式点火系。 （3）按点火信号产生的方式分类 1）磁感应式。由分电器轴驱动的导磁转子转动，改变磁路磁阻，使感应线圈的磁通量发生变化而产生点火电压信号。 2）光电式。由分电器轴驱动的遮光转子转动，通过阻挡和穿过发光二极管光线的变化，使光敏三极管产生点火信号。 3）霍尔效应式。由分电器轴驱动的导磁转子转动，通过霍尔元件所通过的磁通量的变化而产生点火信号。,第8章 点火系统,8.1概述 8.1.2点火系统的分类和组成,2、点火系统的组成 1）传统点火系统 传统点火系统主要由电源、点火开关、附加电阻、点火线圈、分电器（包括断电器、配电器、点火提前机构）、容电器、火花塞等组成，如图8-1所示。 传统点火系统的电路可分为低压电路和高压电路。低压电路的作用是控制点火线圈初级电路的通断，使点火线圈内磁场产生突变而使点火线圈次级绕组产生高压电。低压电路主要包括：蓄电池、电流表（有些车辆没有）、点火开关、附加电阻、点火线圈初级绕组、断电器、容电器等。高压电路的作用是在点火线圈初级电路被切断时感生出高压电，击穿火花塞间隙，点燃可燃混合气。次级电路主要包括：点火线圈次级绕组、中心高压线、配电器、分缸高压线、火花塞等。,第8章 点火系统,8.1概述 8.1.2点火系统的分类和组成,发动机工作时，由发动机凸轮轴以11的传动关系驱动分电器轴。分电器上的凸轮使断电器触点交替地闭合和打开。当触点闭合时，接通点火线圈初级绕组的电路；当触点打开时，切断点火线圈初级绕组的电路，使点火线圈的次级绕组中产生高压电；经火花塞的电极产生电火花，点燃混合气。 传统点火系统虽然在汽车上应用的历史悠久，但由于采用机械式断电触点，其次级电压受发动机气缸数、转速、断电器触点间隙、火花塞积炭等因素的影响，容易出现故障，所以目前正处于淘汰的阶段，取而代之的是各种类型的电子点火系统和微机控制点火系系统。,第8章 点火系统,8.1概述 8.1.2点火系统的分类和组成,2）电子点火系统 汽车上采用的电子点火系统种类很多，电路各不相同。目前广泛使用的是电感储能式无触点电子点火系统。它与传统点火系统的主要区别是将传统点火系的触点改成了可以起到相同开关作用的三极管。利用触发信号使三极管接通或切断，产生初级电流的变化而产生点火的高压。 电子点火系统主要由电源、点火开关、点火线圈、点火控制器、分电器（包括配电器、点火提前机构）、火花塞等组成，如图8-3所示。,第8章 点火系统,8.1概述 8.1.2点火系统的分类和组成,电子点火系统电路中，信号发生器取代了传统点火系中的凸轮，三极管取代了断电器触点。三极管的导通相当于断电触点的闭合，截止相当于断电触点的断开。当发动机工作时，信号发生器不断的发出正负（或高低）的点火电压信号，正（或高）电压信号使三极管导通，负（或低）电压信号使三极管截止。三极管导通时，接通初级电路，产生初级电流；三极管截止时，切断初级电路，使次级产生高压。 由于信号发生器所发出的信号电压往往较低，波形也不规则，一般不能直接控制三极管的导通与截止，因此在实际的点火电路中往往还有信号放大电路、信号整形电路及直流放大器，将信号发生器发出的点火信号放大，整理成标准方波，通过直流放大器将信号进一步放大，再用来控制三极管的导通与截止。通常将信号的放大电路、整形电路、直流放大器及大功率三极管等单独做成一个整体，称为点火控制器（点火模块、点火器）。在点火系统工作时，点火信号发生器产生出点火电压信号，将信号送入点火控制器，在点火控制器中，点火的电压信号经过信号放大、整形、直流放大，控制大功率三极管的导通与截止。接通与切断初级电路，完成点火功能。 由于三极管处于开关特性下工作时，具有通过电流大、翻转速度快、翻转过程无机械中断、不会产生电火花等特点，使得电子点火系统具有点火能量高、高低速点火性能稳定、次级电压上升快、对火花塞积炭不敏感、故障少、寿命长、对无线电干扰少等优点。同时电子点火系统还可以在点火模块中添加有关电路，实现闭合角控制、点火的恒流控制等多种控制功能，对改善发动机性能起到了很大作用。 但是，这种点火系统没有对发动机性能影响最大的点火参数点火提前角进行精确的控制，使其控制的点火提前角与最佳点火提前角有较大误差。,第8章 点火系统,8.1概述 8.1.2点火系统的分类和组成,3）微机控制点火系统 微机控制的点火系统即电控点火系统，废除了真空和离心式点火提前装置。点火提前角由微机控制，从而使发动机在各种工况下都具有最佳的点火提前角，提高了发动机的动力性和经济性，且保证排放污染最小。,第8章 点火系统,8.1概述 8.1.2点火系统的分类和组成,第8章 点火系统,8.2计算机控制点火系统的构造与维修 8.2.1计算机控制点火系统的组成和工作原理,1、计算机控制点火系的组成 计算机控制点火系主要包括各种传感器、电子控制单元（电控单元、ECU)、执行器（点火器、点火线圈、火花塞）等，如图8-4所示。各组成部分的功用见表8-1。 传感器（包括各种开关）主要有空气流量计（或绝对压力传感器）、曲轴位置传感器、发动机转速传感器、节气门位置传感器、水温传感器、车速传感器、爆震传感器、空调开关信号等。 电子控制单元(ECU)的作用是根据发动机各传感器输入的信息及内存的数据，进行运算、处理、判断，然后输出指令（信号）控制有关执行器（如点火器）动作，实现对点火系的精确控制。 执行器根据电子控制单元(ECU)或其它控制元件的指令(信号)，执行各自的功能。,第8章 点火系统,8.2计算机控制点火系统的构造与维修 8.2.1计算机控制点火系统的组成和工作原理,2、计算机控制点火系统的工作原理 计算机控制点火系工作时，发动机电子控制单元（ECU）接收曲轴位置传感器发出的曲轴位置（G）信号，并根据空气流量信号（或进气歧管压力信号）和发动机转速信号确定基本点火时刻（基本点火提前角）。与此同时，接收其他各传感器发出的信号，对点火提前角进行修正。如发动机冷车起动时，由于发动机怠速控制装置的作用，运转速度较正常怠速时高，应增大点火提前角；暖机过程中，随着冷却水温的升高，发动机转速逐渐降低，点火提前角应随之减小。,第8章 点火系统,8.2.2计算机控制点火系统的主要部件 8.2.2.1凸轮轴/曲轴位置传感器,1、电磁感应式凸轮轴/曲轴位置传感器 电磁感应式凸轮轴/曲轴位置传感器利用电磁感应原理制成。主要由磁性转子、永久磁铁、铁心、感应线圈等组成，如图8-5所示。,第8章 点火系统,8.2.2计算机控制点火系统的主要部件 8.2.2.1凸轮轴/曲轴位置传感器,1）电磁感应式凸轮轴/曲轴位置传感器工作原理 磁性转子安装在分电器轴上，分电器轴由凸轮轴驱动。发动机运转时通过凸轮轴带动磁性转子转动。磁性转子转动时，磁路中的气隙就会周期性的发生变化，并使感应线圈铁心内的磁通量随之周期性的变化，如图8-6所示。线圈中产生的感应电动势变化如图8-7所示。 当磁性转子顺时针方向旋转时，转子凸齿与铁心之间的气隙减小，磁路磁阻减小，磁通量增多，磁通量变化率增大，感应电动势E为正。当转子凸齿接近铁心边缘时，急剧增多，磁通变化率最大，E最高（B点）。转子转过B点后，虽然仍在增多，但磁通变化率减小，E降低。图8-7 磁路中磁通的变化及信号线圈中的感应电动势 当磁性转子转到凸齿的中心线与铁心中心线对齐时，虽然气隙最小，最大，但磁通量不可能继续增加，磁通量的的变化率为零，E为零。 当磁性转子顺时针方向继续旋转，凸齿离开铁心时，凸齿与铁心之间的气隙增大，磁路磁阻增大，磁通量减少，磁通量变化率为负，感应电动势E为负。转子凸齿离开铁心边缘时，急剧减少，磁通变化率达到负向最大值，E也达到负向最大值。转子继续转动，虽然仍在减少，但磁通变化率减小，E升高。 当磁性转子转到两个凸齿的中间与铁心中心线对齐时，虽然气隙最大，最小，但磁通量不可能继续减少，磁通量的的变化率为零，E为零。 磁性转子每转过一个凸齿，感应线圈中就会产生一个周期的交变电动势，即电动势出现一次最大值和一次最小值，感应线圈也就相应地输出一个交变电压信号。,第8章 点火系统,8.2.2计算机控制点火系统的主要部件 8.2.2.1凸轮轴/曲轴位置传感器,第8章 点火系统,8.2.2计算机控制点火系统的主要部件 8.2.2.1凸轮轴/曲轴位置传感器,2）电磁感应式凸轮轴/曲轴位置传感器举例 日产公司磁感应式凸轮轴/曲轴位置传感器如图8-8所示，该传感器安装在曲轴前端的皮带轮之后。在皮带轮后端设置一个带有细齿的薄圆齿盘（用以产生信号，称为信号盘），它和曲轴皮带轮一起装在曲轴上，随曲轴一起旋转。在信号盘的外缘，沿着圆周每隔40有1个宽度为20的齿，共有90个齿。并且每隔1200布置1个凸缘，共3个。安装在信号盘边沿的传感器盒是产生电信号的信号发生器。信号发生器内有3个在永久磁铁上绕有感应线圈的磁头，其中磁头产生1200信号（即凸轮轴位置信号、G信号），磁头和磁头共同产生曲轴10转角信号（即曲轴位置信号、Ne信号）。磁头对着信号盘的1200凸缘，磁头和磁头对着信号盘的齿圈，彼此相隔30曲轴转角安装。,第8章 点火系统,8.2.2微机控制点火系统的主要部件 8.2.2.1凸轮轴/曲轴位置传感器,信号发生器内有信号放大和整形电路，外部有四孔连接器，孔“1”为1200信号输出线，孔“2”为信号放大与整形电路的电源线，孔“3”为10信号输出线，孔“4”为接地线。通过该连接器将曲轴位置传感器中产生的信号输送到ECU。 发动机转动时，信号盘的齿和凸缘引起通过感应线圈的磁场发生变化，从而在感应线圈里产生交变的电动势，经滤波整形后，即变成脉冲信号。发动机旋转一圈，产生3个1200脉冲信号，磁头和各产生90个脉冲信号（交替产生）。由于磁头和磁头相隔30曲轴转角安装，而它们又都是每隔40产生一个脉冲信号，所以磁头和磁头所产生的脉冲信号相位差正好为900。将这两个脉冲信号送入信号放大与整形电路中合成后，即产生曲轴10转角的信号，如图8-9所示。图8-11 丰田霸道4000凸轮轴/曲轴位置传感器电路 产生1200信号的磁头安装在上止点前700的位置（如图8-10所示），故其信号亦可称为上止点前700信号，即发动机在运转过程中，磁头在各缸上止点前700位置均产生一个脉冲信号。,第8章 点火系统,8.2.2计算机控制点火系统的主要部件 8.2.2.1凸轮轴/曲轴位置传感器,3）电磁感应式凸轮轴/曲轴位置传感器的检测 丰田霸道4000电磁感应式凸轮轴/曲轴位置传感器电路如图8-11所示。 凸轮轴位置传感器检测。检测凸轮轴位置传感器连接器端子（如图8-12a）1与2之间的电阻，-10100C时为8351400，501000C时为10601645。凸轮轴位置传感器配线侧连接器端子1和2与ECU配线侧连接器端子15（G2+）和24（NE-）应分别导通，如图8-12b）。,
