点火线圈的检修

【任务描述】

一辆宝骏630轿车，行驶里程90000km，车主反映行驶过程中突然熄火，后面经过多次打火再也没有起动迹象。经检查，发现是点火线圈故障导致发动机无法启动。为排除故障需要对点火系统进行检测及维修，必要时进行更换，任务完成后交付验收。

【学习目标】

一、知识目标

1.能叙述汽车电子点火控制系统的组成、作用、分类和工作原理；

2.能叙述点火线圈类型及常见故障现象；

3.能绘制和分析点火线圈电路；

4.能叙述电子点火控制系统的控制策略。

二、技能目标

1.能正确检测、判断点火线圈的好坏；

2.能排除电子点火控制系统的一般故障。

建议学时：6学时

【知识准备】

一、电子点火控制系统概述

ECU控制的点火系统主要有ECU、传感器和点火线圈三大部分组成。其中ECU的功能是接收各种传感器传来的信号，并进行数据处理，再把控制指令（缸序信号和点火信号）输送到点火线圈，驱动点火线圈产生高压电。在点火控制系统中应用到的传感器主要有空气流量计（进气压力传感器）、发动机转速传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器及爆震传感器等，它们的作用是监控发动机的运转状态，给ECU控制点火正时提供依据。

1.电子点火控制系统的分类与组成

电子点火控制系统可分为有分电器式和无分电器式两种。

（1）有分电器式点火控制系统

有分电器式点火控制系统由蓄电池、点火开关、点火线圈、分电器、中央高压线、分缸线、火花塞、ECU和相关传感器组成。这种比较传统的点火方式已趋于淘汰，现代车辆基本不采用。

（2）无分电器式点火控制系统

无分电器电子点火系统完全取消了传统的分电器，没有分电器盖和分火头，它由点火开关、点火线圈、火花塞、传感器及高压线等组成。如图3.7.1所示。

图3.7.1　无分电器式点火控制系统图

点火线圈上的高压线直接与火花塞相连，不再需要分电器。发动机工作时，ECU根据曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器和水温传感器等检测的发动机转速、转角、负荷和温度等信号计算点火时刻，控制点火线圈产生的高压，并将其直接输送到各缸火花塞点燃混合气。

无分电器式点火控制系统又可分为二极管分配方式和点火线圈分配方式两大类。

1）二极管分配式。二极管分配式无分电器点火系统采用同时点火方式，点火顺序为“1～3～4～2”的四缸发动机，1、4缸和2、3缸各共用一个点火线圈。当ECU接收到曲轴位置传感器相应信号时，向点火线圈发出点火信号，点火线圈的控制回路使相应的三极管截止，一次线圈中的电流被切断，在二次线圈中感应出下“＋”上“－”的高压电，经4缸和1缸火花塞构成回路，两个火花塞均跳火，此时1缸接近压缩终了，混合气被点燃，而4缸正在排气，火花塞点火无效。同理，当2、3缸火花塞同时点火时，也只有处于压缩行程的气缸点火有效，处于排气行程的汽缸点火无效。

2）点火线圈分配式。点火线圈分配式无分电器点火系统是将来自点火线圈的高压电直接分配给火花塞，有同时点火和单独点火两种形式。

同时点火方式即用一个点火线圈对到达压缩和排气上止点的两个气缸同时实施点火，处于压缩的一缸，混合气被点燃而做功，正在排气的另一缸火花塞点空火。

单独点火方式即为每一个气缸的火花塞配备一个点火线圈，单独直接地对每个气缸点火。这种单独点火系统由于取消了高压线，能量损失小，效率高，电磁干扰少，被现代车辆普遍采用。图3.7.2为宝骏630轿车单独点火方式的结构位置示意图。

3.7.2　宝骏630轿车单独点火式的结构位置示意图

2.点火线圈的结构及工作原理

发动机工作时，ECU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，并以此向点火线圈发出指令，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，次级线圈中会产生很高的感应电动势（15～20kV），经分电器或直接送至工作气缸的火花塞。

点火线圈按点火方式可以分为种缸独立点火式点火线圈和双缸同时点火式点火线圈两种。

（1）各缸独立点火式点火线圈。各缸独立点火式点火系统的点火线圈只有一个高压接口，并各自独立地安装在火花塞上方。此时，由于点火线圈和火花塞相连，使高压电流流过的距离缩短，因而电压损失和电磁干扰也减少，点火系统的可靠性也得到提高。在某些车型上，点火控制器还与点火线圈制成一体，形成点火控制器—点火线圈组件，如图3.7.3所示。

图3.7.3　各缸独立点火式点火线圈

（2）双缸同时点火式点火线圈。双缸同时点火式点火系统的点火线圈有两个高压接口。各点火线圈一般组合成一体，其点火线圈也可与点火线圈制成一体，形成点火线圈—点火线圈组件，并依靠高压线与各火花塞相连，如图3.7.4所示。

图3.7.4　双缸同时点火式点火线圈

二、电控点火系统的控制策略

1.点火提前角的控制策略

影响点火提前角的因素较为复杂。在电控点火系统中，实际点火提前角＝初始点火提前角＋基本点火提前角＋修正点火提前角（或延迟角）。

初始点火提前角是ECU根据发动机上止点位置确定的固定点火时刻，其大小随发动机而异。基本点火提前角是ECU根据发动机转速信号和进气歧管压力信号（或进气量信号），在存储器中查到这一工况下运转时相应的点火提前角。修正点火提前角（或延迟角）是ECU根据各种传感器传来的信号，对点火提前角进行修正，使控制更加准确。

点火提前角的控制包括两种基本情况：启动期间的点火时刻控制，即发动机起动时工况，按固定的初始点火提前角点火；启动后，发动机正常运行时，点火时刻由基本点火提前角和修正点火提前角（或延迟角）决定。进气歧管压力信号（或进气量信号）和发动机转速确定基本点火提前角，修正点火提前角（或延迟角）的修正项目随发动机而异，并根据发动机各自的特性曲线进行修正。如图3.7.5为点火提前角的修正项目。

图3.7.5　点火提前角的修正项目

（1）启动工况的点火时刻控制。在启动期间，发动机转速较低，由于进气歧管压力信号或进气量信号不稳定，一般点火时刻固定在初始点火提前角。初始点火角由ECU中的备用模块进行设定，一般是固定值。起动期间的控制信号主要是发动机转速信号和起动开关信号。

（2）起动后点火时刻控制。起动后点火时刻控制有基本点火提前角的控制和点火提前角的修正控制两个方面。

1）基本点火提前角的控制

在正常工况下运转时，节气门位置传感器的怠速触点断开，ECU根据存储器的数据确定基本点火提前角。此时需要用到的控制信号主要有：进气歧管压力信号（或进气量信号）、发动机转速信号、节气门位置信号等。

在怠速工况下运行时，节气门位置传感器怠速触点闭合，此时，ECU根据发动机转速信号和空调开关信号等确定基本点火提前角。

2）点火提前角的修正控制

①暖机修正：发动机冷车起动后，当发动机冷却液温度较低时，应增大点火提前角，暖机过程中，随冷却液温度升高，点火提前角发生变化。暖机过程中，控制信号主要有：冷却液温度信号、进气歧管压力（或进气量）信号、节气门位置信号等。

②过热修正：发动机处于正常运行工况（怠速触点断开），当冷却液温度过高时，为了避免产生爆震，应将点火提前角推迟。发动机处于正常运行工况（怠速触点闭合），冷却液温度过高时，为了避免长时间过热，应将点火提前角增大。过热修正控制信号主要有：冷却液温度信号、节气门位置信号。过热修正曲线如图3.7.6所示。

图3.7.6　过热修正曲线

③怠速稳定性的修正：发动机在怠速运行期间，由于发动机负荷变化使发动机转速改变，ECU要调整点火提前角，使发动机在规定的怠速转速下稳定运转。当发动机的实际转速低于目标怠速转速时，ECU将根据与目标怠速转速差值的大小相应地增大点火提前角；反之，则推迟点火提前角。怠速稳定修正信号主要有：发动机转速信号、节气门位置的怠速触点信号、车速信号、空调开关信号等，如图3.7.7所示。

图3.7.7　怠速稳定性修正

④最大和最小提前角控制：如果发动机实际点火提前角不合理，发动机很难正常运转。在初始点火提前角已设定时，受ECU控制的实际点火提前角则为基本点火提前角与修正点火提前角之和，该值应保证在某一范围内。最大提前角为35°～45°，最小提前角为－10°～0°。

2.闭合角的控制策略

闭合角控制电路的作用是：根据发动机转速和蓄电池电压调节闭合角，以保证足够的点火能量。在发动机转速上升和蓄电池电压下降时，闭合角控制电路使闭合角加大，延长点火线圈初级电路的通电时间，确保点火能量。在发动机转速下降和蓄电池电压较高时，闭合角控制电路使闭合角减小，即缩减一次侧电路的通电时间，确保一次线圈的安全。

3.发动机爆震的控制策略

闭环控制所用的反馈信息可以是发动机的爆震信号、转速信号或气缸的压力信号等。最常见的是利用发动机的爆震信号作为反馈信息，用来控制大负荷等工况下的点火提前角；在怠速等工况，则常用发动机的转速信号作为反馈信息，从而尽可能维护怠速时稳定运转；中等负荷等工况，则一般采用开环控制方式，但在此工况下一旦发生爆震，又会自动转入利用爆震信号作为反馈信息的闭环控制方式。

利用发动机爆震信号作为反馈信息的闭环控制方式中，爆震传感器将发动机的爆震状况反馈给ECU，一旦爆震程度超过规定的标准，ECU立即发出点火系统推迟点火；当爆震程度低于规定的标准时，ECU又会将点火时刻提前，循环调节点火时刻的结果，使发动机始终处于临界爆震的工作状态，此工作状态与发动机的技术状况无关。在此工作状态下，可使发动机获得最大的动力性能，经济性能也可以得到一定程度的改善。如图3.7.8所示。

图3.7.8　发动机爆震的控制策略

ECU对点火提前角的调节有快速调节法和慢速调节法两种。采用快速调节法时，一旦发生爆震并需要调整提前角，则将点火提前角减小一个较大的固定值（5°～10°），使爆震迅速消除。之后，曲轴每转5周～20周，就将点火提前角增大1°或0.5°；采用慢速调节法时，则每次将点火提前角减小1°或其他较小值，直至爆震消除或进入轻微爆震区。一定时间内无爆震时，则每次将点火提前角增大1°或其他较小值，直至进入轻微爆震区。慢速调节法比快速调节法更适合于闭环控制点火系统，因为它能较好地适应发动机技术状况缓慢的变化。有些系统则每次发生爆震均对点火提前角进行调节，爆震消除一段时间后，点火提前角又逐步增大。

三、点火线圈的检测

1.单件检测

点火线圈的单件检测主要包括：外观检测，初级、次级线圈电阻的检测。

（1）外观检测。检查点火线圈的外观，应无裂纹、破损、脏污，否则予以更换。

（2）线圈电阻的检测。用万用表电阻档测量点火线圈的初级、次级线圈电阻，应符合下面的技术标准，否则说明有故障，应予以更换。

初级电阻：0.5±0.05W；次级电阻：10000±300W

2.点火线圈控制电路的检测

宝骏630轿车点火线圈的电路如图3.7.9所示。

图3.7.9　宝骏630轿车点火线圈电路图

（1）宝骏630轿车点火线圈的电路分析。宝骏630轿车采用各缸独立点火式点火，四个点火线圈分别直接安装在各缸的火花塞上，取消了高压分线。四个缸点火线圈的电源共同来自动力系统继电器、保险丝F14、SP5293接插器，然后分别进入各缸点火线圈的端子3、初级线圈，最后从点火线圈的端子1出来，进入K20发动机控制模块内部搭铁，构成初级线圈的电路回路，一、二、三、四缸进入发动机控制模块的端子分别是04、81、01、62。各缸点火线圈的次级线圈一端经过一个二极管端子2出来在G105处搭铁，另外一端直接接到各缸火花塞，火花塞通过连接螺纹搭铁到气缸盖上，构成高压电路的回路。这样，K20发动机控制模块通过控制各缸点火线圈端子1的通断，就可以控制各缸的点火提前角。

（2）宝骏630轿车点火线圈的电路检测。点火线圈控制电路检测前需要做好以下准备：检查并确认发动机机械状态良好；确认线路连接正确。

点火线圈控制电路检测步骤及参数如下：

①将点火开关置于OFF位置90秒钟，断开相应的点火线圈上的线束连接器。

②测试端子2和搭铁之间的电阻是否小于5Ω。如果大于规定范围，测试搭铁电路是否开路；

③点火开关置于ON位置，检查并确认点火电路端子3和搭铁之间的测试灯点亮。如果测试灯未点亮，则测试点火电路是否对搭铁短路或开路；

④用一个良好气缸的T8点火线圈更换相应的T8点火线圈；

⑤起动发动机并观察故障诊二断仪上的“当前缺火气缸”参数。如果缺火随可疑的T8点火线圈消失了，按需要予以更换；

⑥如果电路测试正常，则测试或更换火花塞。

四、点火线圈常见故障

点火线圈常见故障主要是无高压电、点火能量过低、点火正时错乱等。点火线圈出现故障会直接影响发动机的正常运转。电控控制系统是电控元件、线路和电控单元组成的一个综合体，发动机某个电控系统出现故障，并不意味着这个系统的某个元件出现问题，一般来说点火线圈不会轻易出现故障，点火系统不能正常工作，更多的是可能出现在线路问题上或者是火花塞本身的问题。

【任务准备】

一、工、量具及材料的准备

1.设备及相关物品：宝骏630轿车及其维修手册、点火线圈（单件）、车内外护套。

2.工、量具：常用拆装工具一套、数字万用表2只、汽车检测试灯、KT600诊断仪。

3.材料：抹布等。

二、检测流程的准备

1.单件检测：电阻检测（技术标准）

2.就车检测：线路电压检测、故障诊断仪检测（技术标准和分析流程）

【实施步骤】

一、点火线圈的单件检测

对于点火线圈的单件检测，一般是先对元件进行外观检查，看是否有裂纹、破损、脏污。然后用万用表进行初级、次级线圈的电阻检测，初步判断点火线圈的好坏。点火线圈单件检测的步骤按表3.7.1实施（以B12发动机的点火线圈为例）。

表3.7.1　点火线圈单件检测的步骤

二、点火线圈的就车检测

下面以宝骏630轿车为例，对点火线圈线路进行检修，步骤按表3.7.2实施。

表3.7.2　点火线圈线路检修的步骤

续　表

【评价与反馈】

对本学习任务进行评价，如表3.7.3点火线圈的单件检测评分表和表3.7.4点火线圈的就车检测评分表所示。

表3.7.3　点火线圈的单件检测评分表

表3.7.4　点火线圈的就车检测评分表