电子点火系统的认知

【任务目标】

【任务描述】

一辆桑塔纳轿车在行驶过程中加速不良，经确认是点火系统出现了故障。更换火花塞后故障排除。

【知识准备】

一、汽车点火系统的作用、种类及要求

1-汽车点火系统的作用

将汽车电源供给的低压电转变为高压电，并按发动机的做功顺序和点火时间要求，配送至各缸的火花塞，在其间隙处产生火花，点燃可燃混合气。

2-点火正时和点火提前角

在发动机的压缩冲程终了，活塞达到行程的顶点时，点火系统向火花塞提供高压火花以点燃汽缸内的压缩混合气做功，这个时间就是点火正时。为使点火能量最大化，点火正时一般要提前一定的量，因此是在活塞即将到达上止点的那一刻点火，而不是正好达到上止点时才点火，这个提前量称为点火提前角。

点火过早，会造成爆震，活塞上行受阻，效率降低，热负荷、机械负荷、噪声和振动加剧，这是应该防止的。点火过迟，气体做功困难，油耗大，效率低，排气声大。不论点火过早或过迟，都会影响转速的提升。

影响点火提前角的因素有转速、负荷、温度、压缩比、汽油牌号及空燃比等。

3-技术性能要求

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3个方面的要求：

①能产生足以击穿火花塞间隙的电压。

②火花应具有足够的能量。

③点火时刻应适应发动机的工作情况。

二、电子点火系统结构组成及工作原理

电子点火系统一般由点火信号发生器、点火控制器、分电器总成、点火线圈及火花塞等主要部件组成，如图4-1-1所示。

图4-1-1　电子点火系统结构

1-点火线圈

按铁芯形状不同可分为开磁路式和闭磁路式两种。

（1）开磁路点火线圈

传统的开磁路点火线圈的基本结构如图4-1-2（a）所示。它主要由铁芯、绕组、胶木盖及瓷杯等组成。

三接柱点火线圈壳体外部装有一个附加电阻，附加电阻两端连至胶木盖的“＋开关”和“开关”接柱，如图4-1-2（b）所示。其作用是改善点火性能。两接柱点火线圈无附加电阻在点火开关与点火线圈“＋”接柱间，连入一根附加电阻线。

图4-1-2　开磁路点火线圈结构示意图

图4-1-3　闭磁路点火线圈的结构

1—曰字形铁芯；2—初级绕组接柱；3—高压接柱；4—初级绕组；5—次级绕组

（2）闭磁路点火线圈

闭磁路点火线圈的铁芯是曰字形或口字形，如图4-1-3所示。铁芯内绕有初级绕组，在初级绕组外面绕有次级绕组。

（3）点火线圈的工作原理

点火线圈是将汽车低压电变成高压电。其工作原理如下：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，次级线圈就会感应出很高的电压。初级线圈的磁场消失速度越快，电流断开瞬间的电流越大，两个线圈的匝比越大，则次级线圈感应出来的电压越高。

2-火花塞

火花塞的作用是将高压电引进发动机燃烧室，在电极间形成火花，以点燃可燃混合气。它主要由接触头、瓷绝缘体、中心电极、侧电极及壳体等部分组成，如图4-1-4所示。火花塞拧装于汽缸盖的火花塞孔内，下端电极伸入燃烧室。上端连接分缸高压线。火花塞是点火系统中工作条件最恶劣、要求高和易损坏部件。

中心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，以提高散热性能。火花塞电极间隙多为1-0～1-2mm。

3-磁脉冲式电子点火装置的工作过程

（1）点火信号发生器的原理

丰田公司TCCS系统使用转子磁脉冲曲轴位置传感器并安装在分电器内，其结构如图4-1-5所示。该传感器分上下两部分，上部分产生G信号，下部分产生Ne信号。两部分都是运用带齿轮的转子旋转，使信号发生器内的线圈磁通变化，从而产生交变电动势，经放大后，将该信号输入电子控制单元。

图4-1-4　火花塞结构图

图4-1-5　转子磁脉冲式曲轴位置传感器

1—G信号传感线圈；2—Ne信号转子；3—G信号转子；4—永久磁铁；5—Ne信号传感线圈

Ne信号用来检测曲轴转角和发动机转速信号，它相当于轮齿式曲轴位置传感器的信号。其传感器位置由固定在分电器内下半部等间隔24个齿轮的转子（即Ne正时转子）和固定在轮齿转子对面的感应线圈组合而成，如图4-1-6（a）所示。

图4-1-6　Ne信号发生器结构与波形

当转子转动时，轮齿于感应线圈凸缘（即磁头）的空气间隙变化，使感应线圈的磁场变化而产生感应电动势。轮齿靠近及远离磁头时，都会产生一次增减磁通的变化。因此，每一个轮齿通过磁头时，都会在感应线圈中产生一个完整的交流电压信号。

Ne正时转子上有24个齿，转子转一圈，即曲轴转两圈（720°）时，感应线圈产生24个交流信号，即Ne信号。Ne信号如图4-1-6（b）所示。它的一个周期的脉冲相当于30°曲轴转角（720°/24＝30°）。更精确的转角测量是利用30°转角的时间，由ECU再均分30等份，产生1°曲轴转角的信号。同时，它还用于检测发动机的转速。这是由ECU依照Ne信号的两个脉冲，即60°曲轴转角所经过的时间为基准测量发动机的转速。

G信号用于辩证汽缸及检测活塞上止点位置，这相当于轮齿磁脉冲式曲轴位置传感器的120°信号。G信号是位于Ne信号发生器上方的凸缘轮（即G正时转子）及其对面对称的两个感应线圈产生的，它的结构如图4-1-7所示。G信号的产生原理与Ne信号产生原理相同，G信号也利用于作为Ne信号计算曲轴转角的基准信号。

图4-1-7　G信号发生器结构

G1，G2信号分别用于检测6缸及1缸上止点信号，由于G1，G2信号发生器设置的关系，当产生G1，G2信号时，实际上活塞并不是正好在上止点，而是在上止点前10°的位置。曲轴位置传感器G1，G2和Ne信号与曲轴转角的关系如图4-1-8所示。

图4-1-8　G和Ne信号曲轴转角的关系

（2）电子点火器的工作原理

电子点火器的工作原理如图4-1-9所示。它由点火信号发生器、电子点火器、分电器、点火线圈及火花塞等组成。接通点火开关时，蓄电池的电压使VT1导通，其电路为：蓄电池正极→点火开关→R3→R1→VT→信号线圈→搭铁→蓄电池负极构成回路。

图4-1-9　磁脉冲式无触点电子点火装置

1—信号发生器；2—电子点火器；3—点火线圈；4—点火开关；5—蓄电池

当点火信号发生器产生正向脉冲时，信号电压与VT1的正向电压降叠加后，高于VT2的导通电压，VT2导通。VT2的导通使VT3的基极电位下降而截止，VT3的截止使VT4的基极电位上升而导通、VT5因R7的正向偏置而导通。于是初级电流回路为：蓄电池正极→点火形状→点火线圈附加电阻R→点火线圈初级绕组→VT5→搭铁→蓄电池负极构成回路，点火线圈储能。

当点火信号发生器产生反向脉冲时，信号电压与VT1的正向电压降叠加后，使VT2的基极电位降低，VT2截止。VT2的截止使VT3的积极电位上升而导通，VT3的导通使VT4的基极电位下降而截止，晶体管VT5没有正向偏置电压而截止。于是初级电流被切断，在次级绕组中产生高压，经配电器按点火次序分配到各缸火花塞点火，点燃可燃混合气，发动机做功。

电路中晶体管VT1的基极和发射极相连，相当于发射极为正、集电极为负的二极管，起温度补偿作用。其原理如下：当温度升高时，VT2的导通电压会降低，使VT2提前导通而泄后截止，从而导致点或推迟，VT1与VT2的信号相同，具有同样的温度特性系数，故在温度升高时，VT1的正向导通电压也会降低，使P点电位UP下降，正好补偿了温度升高对VT2工作电位的影响，而使VT2的导通和截止时间与常温时相同。

电路中其他元件的作用是：R3，VD3为电源稳压电路，使VT2导通时不受电源系电压波动的影响；VD1，VD2为信号稳压二极管，削平高速时感应线圈产生的峰值电压；VD4的作用是防止初级电流被切断时产生的高压击穿VT5；C1是信号滤波电容器，C2是电源滤波电容器；R4为正向反馈电阻，起加速VT2的导通和截止的作用。

4-霍尔效应式电子点火装置的工作过程

（1）霍尔效应原理

霍尔效应原理如图4-1-10所示。当电流I通过放在磁场中的半导体基片（即霍尔元件），且电流方向与磁场方向垂直时，在垂直于电流和磁场的半导体基片的横向侧面上将产生一个电压UH（通常称为霍尔电压）。霍尔电压的高低与通过的电流和磁感应强度成正比，可表示为

图4-1-10　霍尔效应原理

由上式可知，当通过的电流I为一定值时，霍尔电压UH随磁感应强度B的大小而变化。

（2）霍尔效应式点火信号发生器的工作原理

霍尔式信号发生器正是利用霍尔现象来产生点火信号的。霍尔信号发生器的结构组成如图4-1-11（a）所示，其工作原理如图4-1-11（b）、图4-1-11（c）所示。

在与分火头制成一体的触发叶轮的四周均布着与发动机汽缸数相同的缺口，当触发叶轮由分电器轴带动着转动，转到触发叶轮的本体（没有缺口的地方）对着装有霍尔集成块的地方时（叶片在气缝内），通过霍尔集成块的磁路被触发叶轮短路，如图4-1-11（b）所示，此时霍尔集成块中没有磁场通过，不会产生霍尔电压；当触发叶轮转到其缺口对着装有霍尔集成块的地方时（叶片不在气缝内），永久磁铁所产生的磁场，在导板的引导下，垂直穿过通电的霍尔集成块，于是霍尔集成块的横向侧面产生一个霍尔电压UH，但这个霍尔电压UH是mA级，信号很微弱，还需要进行信号处理，这一任务由集成电路完成。这样霍尔软件产生的霍尔电压UH信号，经过放大、脉冲整形，最后以整体的矩形脉冲（方波）信号Ug输出，如图4-1-12所示。

图4-1-11　霍尔式信号发生器

（a）
1—与分火头制成一体的触发叶轮；2—霍尔集成电路；3—底板；4—带导板的永久磁铁；6—专用插接器；
（b）
1—触发叶轮叶片；2—霍尔集成块；4—永久磁铁；5—导板

图4-1-12　霍尔信号波形

（3）霍尔式电子点火器的工作原理

霍尔式电子点火器一般都由专用点火集成块IC和一些外围电路组成，比较接近计算机控制的点火系统（但还是有根本的区别）。除了具有控制点火线圈初级电流的通断外，它还具有其他辅助控制功能，如限流控制、停车断电保护等功能。这使该点火系统显示出更多的优越性，如点火能量高，在发动机转速范围内基本保持恒定，以及高速不断火、低速耗能少、启动可靠。如图4-1-13所示为霍尔式点火装置的工作电路。

图4-1-13　霍尔式点火装置的工作电路

霍尔式点火装置的工作过程如下：接通点火开关，发动机转动，当霍尔信号发生器输出信号Ug为高电位，该信号通过点火器插座⑥端子和③端子进入点火器。此时，点火器通过内部电路，驱动点火器大功率晶体管VT导通，接通初级电路。其电路是：蓄电池正极→点火开关→点火线圈初级绕组N1→点火器大功率晶体管VT→反馈电阻Rs→蓄电池负极。

当霍尔信号发生器输出信号Ug下跳为低电位时，点火器大功率晶体管VT立即截止，切断点火线圈初级电路，次级电路产生高压电。

5-光电式电子点火装置的工作过程

（1）光电式电子点火装置组成

光电式电子点火装置采用的是光电式点火信号发生器。其结构组成如图4-1-14所示。

（2）光电式点火信号发生器的工作原理

光电式曲轴位置传感器安装在分电器内，如图4-1-15所示。它由信号发生器和带缝隙、光孔的信号盘组成。信号盘安装在分电器轴上，随分电器轴一起转动，它的外围均布有360条缝隙，这缝隙即是光孔，产生1°信号。对于6缸发动机，在信号盘外围稍靠内的圆上，间隔60°分布6个光孔，产生120°曲轴转角信号，其中有一个较宽的光孔是产生第1缸上止点对应的120°信号缝隙，如图4-1-16所示。

信号发生器安装在分电器壳体上，如图4-1-17所示。它由两只发光二极管、两只光敏二极管和电子电路组成。两只发光二极管分别正对着两只光敏二极管，信号盘在发光二极管和光敏二极管之间。发动机曲轴运转时，带动分电器轴和信号盘转动。因为信号盘上有孔，所以产生透光和遮光的交替变化，使信号发生器输出表征曲轴位置和曲轴转角的脉冲信号。

图4-1-14　光电式电子点火装置结构示意图

1—点火电子组件；2—点火开关；3—点火线圈；4—光电式点火信号发生器；5—分火头；6—遮光盘；7—分电器；8—火花塞

图4-1-15　光电式曲轴位置传感器

图4-1-16　曲轴转角信号

图4-1-17　信号发生器安装位置和信号盘的结构

当发光二极管的光束照射到光敏二极管上时，光敏二极管感光产生电压；当发光二极管的光束被遮挡时，光敏二极管产生的电压为零。将光敏二极管产生的脉冲电压输入电子电路经放大整形后，向ECU输入曲轴转角的1°信号和120°信号。由于信号发生器安装位置的关系，120°信号在活塞上止点前70°输出。发动机曲轴转两圈，分电器轴转1周。1°信号发生器输出360个脉冲，每个脉冲周期高电位对应1°，低电位也对应1°。表征曲轴转角720°。与此同时，120°信号发生器在各缸压缩行程上止点前70°产生一个脉冲，6个缸共6个脉冲信号。如图4-1-18所示为光电式信号发生器的工作原理。

图4-1-18　光电式信号发生器的工作原理

（3）光电式电子点火装置的工作原理

光电式电子点火装置的工作原理如图4-1-19所示。当光敏晶体管V受光导通时，晶体管VT1获得正向偏压而导通。VT1导通后为VT2提供正向偏压UR4，使VT2导通后，VT3处于截止状态。功率晶体管VT获得正向偏压UR6导通，从而使点火线圈初级绕组通电；当光敏晶体管V失光时，由导通转为截止，VT1失去基极电流由导通转为截止，VT2也截止，VT3因获得正向偏压由截止转为导通。VT失去正向偏压UR6则由导通转为截止，点火线圈初级绕组断电，在点火线圈次级绕组产生高压，经配电器分送至各缸火花塞。

图4-1-19　光电式电子点火装置的工作原理图

其他元件的作用：稳压二极管VS用以保证发光二极管GA获得稳定的工作电压。电容C1为正反馈电路，用以提高功率晶体管VT的开关速度，减少功率损耗，防止发热。电阻R7用以保护功率晶体管VT。当VT由导通转为截止时，在次级绕组N2产生次级电压的同时，初级绕组也产生300V左右的自感电动势，R7可为其提供回路，防止VT被击穿损坏。电阻及R8与电容C2也具有R7的作用，同时C2还具有滤波功能。电阻R9为点火线圈的附加电阻。

三、电子点火系统的拆装（以桑塔纳轿车为例）

1-拆卸过程

①关闭点火开关。

②拔下蓄电池负极搭铁。

③拔下高压总线及分缸线。

④打开分电器盖卡箍。

⑤取出霍尔式分电器。如图4-1-20所示为霍尔式分电器的结构图。

图4-1-20　霍尔分电器结构示意图

⑥拆下分电器盖，拔下分火头，取下防护罩。

⑦取下凸轮轴顶端的毛毡，拆下分电器轴顶端的凸轮轴轴向限位螺钉，然后用一字旋具拆下分电器壳体上的铝质椭圆孔盖，再用镊子伸入椭圆孔中将离心提前装置的弹簧从挂钩上拔下，以便拆卸触发叶轮。

⑧向上拔起凸轮轴，先用拆装卡环用的专用工具将触发叶轮下面一个卡环拨开，并将其向下移出卡环槽，然后下压触发叶轮使其定位销露出。

⑨先取下触发叶轮定位销，然后转动并拔下触发叶轮，再用专用工具拆下触发叶轮下面的一个卡环。

⑩用十字旋具拆下固定真空提前装置的两个螺钉（其中一个为分电器盖挂钩的固定螺钉），取下真空提前装置。

先用尖嘴钳拔出信号发生器线束插座上的塑料螺钉，再将信号发生器线束插座从分电器壳体的槽中拔出。

先用十字旋具拆下分电器壳体上固定霍尔信号发生器底板的两个螺钉，然后取出信号发生器底板和信号发生器，再从分电器轴上取下凸轮轴。

拆下分电器轴下端的横销，从分电器壳体内取出分电器轴和离心提前装置。

拆卸火花塞。

2-安装过程

其安装过程与拆卸过程相反。

注意：组装分电器时应将离心提前装置的弹簧装好，并在毛毡和各个摩擦部位滴上几滴机油。

【任务实施】

一、实施内容

电子点火系统的拆装。

二、准备工作

1-所需设备、工具和材料

实训用车辆，拆装工具，前栅格布，翼子板防护套，环保三件套，以及干净抹布、车轮挡块等。

2-安全防护用品

标准作业装、安全鞋、线手套等。

3-信息收集

车辆VIN码：________________

三、技术规范与注意事项

①严禁违规操作。

②使用维修手册和电路图时，要注意避免残缺不全，资料应与使用车辆型号相对应。

③要遵守维修手册规定的其他技术和安全要求。

四、任务实施步骤及方法

1-一般准备工作

①清点所需工量具数量和种类。　　□任务完成

②检查设备、工量具性能是否良好。　　□任务完成

2-安全防护准备工作

①安装车轮挡块阻挡车轮。　　□任务完成

②使用空挡和驻车制动。　　□任务完成

③安装好前栅格布、翼子板防护套、环保三件套。　　□任务完成

3-电子点火系统的拆装

①关闭点火开关。　　□任务完成

②拔下蓄电池负极搭铁。　　□任务完成

③拔下高压总线及分缸线。　　□任务完成

④打开分电器盖卡箍。　　□任务完成

⑤取出霍尔式分电器。　　□任务完成

⑥拆下分电器盖，拔下分火头，取下防护罩。　　□任务完成

⑦取下凸轮轴顶端的毛毡，拆下分电器轴顶端的凸轮轴轴向限位螺钉，然后用一字旋具拆下分电器壳体上的铝质椭圆孔盖，再用镊子伸入椭圆孔中将离心提前装置的弹簧从挂钩上拔下，以便拆卸触发叶轮。　　□任务完成

⑧向上拔起凸轮轴，先用拆装卡环用的专用工具将触发叶轮下面一个卡环拨开，并将其向下移出卡环槽，然后下压触发叶轮使其定位销露出。　　□任务完成

⑨先取下触发叶轮定位销，然后转动并拔下触发叶轮，再用专用工具拆下触发叶轮下面的一个卡环。　　□任务完成

⑩用十字旋具拆下固定真空提前装置的两个螺钉（其中一个为分电器盖挂钩的固定螺钉），取下真空提前装置。　　□任务完成

先用尖嘴钳拔出信号发生器线束插座上的塑料螺钉，再将信号发生器线束插座从分电器壳体的槽中拔出。　　□任务完成

先用十字旋具拆下分电器壳体上固定霍尔信号发生器底板的两个螺钉，然后取出信号发生器底板和信号发生器，再从分电器轴上取下凸轮轴。　　□任务完成

拆下分电器轴下端的横销，从分电器壳体内取出分电器轴和离心提前装置。　　□任务完成

拆卸火花塞。　　□任务完成

安装火花塞。　　□任务完成

安装分电器（与拆卸分电器过程相反）。　　□任务完成

安装高压缸线。　　□任务完成

安装蓄电池搭铁线。　　□任务完成

4-现场恢复

①收回、清点、整理工具及设备。　　□任务完成

②与小组成员共同清洁场地及实训车辆。　　□任务完成

【任务检测】

一、填空题

①电子点火系主要由______、______、______、______及______5部分组成。

②点火线圈的功用是____________，根据形状不同，可分为______和______。

③普通火花塞点火间隙为____________，电子点火间隙为____________。

二、简答题

1-简述电子点火系统的工作过程。

2-拆装电子点火系统时应注意哪些问题？

3-什么是点火正时和点火提前角？影响点火提前角的因素有哪些？

【评价与反馈】

【教师评估】