汽車電器與電子控制技術(三）SUCCESS1/17/20231模塊三

點火系統電路原理與維修了解點火系統的基本概念及工作原理；了解點火系統電路的組成、功用與特點；了解點火正時機構，學會安裝與調試的原理；掌握點火系統電路的常用故障診斷方法。1/17/20232華新現代職業學院汽油機點火系統的作用

在汽油發動機中，氣缸內的混合氣是由高壓電火花點燃的，而產生電火花的功能是由點火系來完成的。點火系將電源的低電壓變成高電壓，再按照發動機點火順序輪流送至各氣缸，點燃壓縮混合氣；并能適應發動機工況和使用條件的變化，自動調節點火時刻，實現可靠而準確的點火；還能在更換燃油或安裝分電器時進行人工校準點火時刻。1/17/20233華新現代職業學院點火系工作原理示意

初級電流一般為7-8A，初級電壓為12V，點火時，初級自感電動勢為200-300V，次級電壓一般為30KV。1/17/20235華新現代職業學院對汽油機點火系統的要求三個條件：1、能夠產生足夠高的電壓；2、火花應具有足夠的能量；3、點火時間應適應發動機的工況。1/17/20236華新現代職業學院對汽油機點火系統的要求小常識：若使電火花跳過0.6mm的間隙：在空氣中（正常大氣壓下1*1000KPa），通常需要2~3kV的電壓；在壓縮比為8：1的發動機汽缸里，為使電火花能跳過間隙，則需要8kV電壓；若壓縮比更高，且混合氣越稀薄，則可能需要20kV的高壓。1/17/20237華新現代職業學院對汽油機點火系統的要求1、如何產生足夠的高壓：電火花的形成過程；影響擊穿電壓的因素：1）火花塞電極間隙與形狀；2）氣缸內混合氣壓力與溫度；3）電極溫度與極性；4）發動機的工作情況（發動機正常工況下，火花塞所需擊穿電壓一般為10~20kV，通常限制在30kV以內）。1/17/20239華新現代職業學院對汽油機點火系統的要求2、火花能量的要求正常工作（1mJ~5mJ）；一般保證（50mJ~80mJ）；起動時應≥100mJ.1/17/202310華新現代職業學院對汽油機點火系統的要求3、點火時間與發動機工況1）點火時刻與點火順序2）最佳點火提前角（概念）3）影響最佳點火提前角的因素：發動機轉速發動機負荷啟動與怠速汽油品質1/17/202311華新現代職業學院對汽油機點火系統的要求發動機功率、油耗與提前角的關系1/17/202313華新現代職業學院對汽油機點火系統的要求通常把發動機發出功率最大和油耗最低時的點火提前角，稱為最佳點火提前角。實際點火提前角即是初始點火提前角、基本點火提前角和修正點火提前角之和。2）最佳點火提前角（概念）1/17/202314華新現代職業學院對汽油機點火系統的要求3）影響最佳點火提前角的因素：發動機轉速發動機負荷啟動與怠速汽油品質其它因素：混合氣成分、發動機壓縮比、冷卻液溫度、進氣壓力和溫度、火花塞參數等。1/17/202315華新現代職業學院對汽油機點火系統的要求點火脈譜圖1/17/202317華新現代職業學院對汽油機點火系統的要求4）點火閉合角：閉合角是指在各缸點火之前

初級電路接通的時間長度。

1/17/202318華新現代職業學院汽油機點火系統的分類1.按點火系儲存能量的方式分（1）電感儲能式（點火能量以磁場能形式儲存在點火線圈中）；（2）電容儲能式（點火能量以電場能的形式儲存在儲能電容中）。2.按點火信號發生器的原理分（1）磁感應式（如日本豐田車系）；（2）霍爾效應式（如德國大眾車系）；（3）光電式（如日本日產車系）。1/17/202319華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理傳統點火系統的組成傳統點火系統的工作原理傳統點火系統的工作特性1/17/202321華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理傳統點火系統的組成：電源點火線圈分電器（由斷電器、配電器、電容器和點火提前調節機構組成）火花塞附加電阻配電部分1/17/202322華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理傳統點火系組成小短片001（1分鐘）1/17/202323華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理傳統點火系統的工作原理三個階段：1、觸點閉合，初級電流增長；2、觸點打開，次級繞組產生高壓電；3、火花塞電極間火花放電過程。1/17/202325華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理傳統點火系工作過程小短片002（3分鐘）1/17/202326華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理傳統點火系統的工作特性1、點火系統的工作特性及其影響因素2、影響次級電壓最大值U2max的因素3、點火系統性能的改善1/17/202327華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理2、影響次級電壓最大值U2max的因素

1）發動機轉速與汽缸數對次級電壓的影響；2）火花塞積碳對次級電壓的影響；3）“白金”（觸點）間隙對次級電壓的影響；4）點火線圈溫度對次級電壓的影響；5）初、次級電容對次級電壓的影響。1/17/202329華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理1）發動機轉速與汽缸數對次級電壓的影響；1/17/202330華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理2）火花塞積碳對次級電壓的影響：積碳相當于在火花塞電極間并聯了一個分流電阻；預留3mm~4mm的附加間隙，用來”調火“；1/17/202331華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理3）“白金”（觸點）間隙對次級電壓的影響；1/17/202332華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理4）點火線圈溫度對次級電壓的影響；點火線圈過熱時，由于初級繞組的電阻增大，初級斷開電流減小，次級電壓降低；常見原因：環境溫度過高；冷卻系統故障致使發動機過熱；發電機調節器故障，充電電壓過高；ECU故障，導致點火脈寬過大，加大了初級電流等。1/17/202333華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理5）初、次級電容對次級電壓的影響。1/17/202334華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理3、點火系統性能的改善增大初級斷電電流1）機械方法2）電氣方法1/17/202335華新現代職業學院傳統式點火系統的組成和工作原理點火過程小短片003（8分鐘）1/17/202336華新現代職業學院傳統點火系統的構造點火線圈的構造分電器的構造火花塞的構造1/17/202337華新現代職業學院點火線圈的構造

點火線圈的構造分類1)按有無附加電阻分：帶附加電阻型和不帶附加電阻型2)按接線柱數量不同分：兩柱式和三柱式3)按性能分：普通點火線圈和高能點火線圈4)按磁路結構分：開磁路和閉磁路點火線圈1/17/202338華新現代職業學院點火線圈的構造

1/17/202339華新現代職業學院點火線圈的構造附加電阻的作用

1)材料：用低碳鋼制成(熱敏電阻)2)特點：阻值隨溫度上升而增加。20℃時電阻為1.27-1.7Ω3)位置：點火開關與點火線圈之間4)作用：改善點火性能。①低速時通電時間長，阻值增大，限制電流，防止線圈過熱②高速時通電時間短，阻值減小，保證電流，防止缺火5)兩柱式點火線圈一般用附加電阻線，直接連接點火開關和點火線圈1/17/202340華新現代職業學院分電器的構造附加電阻與旁通電路小短片004（1分鐘）1/17/202341華新現代職業學院點火線圈的構造

1.開磁路點火線圈（1）構造：初級繞組(0.5-1.0高強度漆包線200匝）、次級繞組（0.06-0.10mm漆包線2萬匝）、鐵芯接線柱、附加電阻、中央高壓線插孔、導磁鋼套、膠木蓋等1/17/202342華新現代職業學院點火線圈的構造(2)作用：將電源電壓變為15-20KV高電壓(3)原理：與自耦變壓器類似1/17/202343華新現代職業學院點火線圈的構造2.閉磁路點火線圈

(1)結構：用帶氣隙的“日”形或“口”形鐵芯。初級繞組230-370匝，0.5-1.0mm漆包線繞制，次級繞組11000-26000匝，0.06-0.10mm漆包線繞制。(2)特點：漏磁小，轉換效率高(從60%提到70%)，無外殼，無絕緣蓋，故易散熱、結構簡單、體積小、質量輕。1/17/202344華新現代職業學院點火線圈的構造

閉磁路線圈1/17/202345華新現代職業學院點火線圈的構造1/17/202346華新現代職業學院點火線圈的構造點火線圈構造小短片005（2分鐘）1/17/202347華新現代職業學院分電器的構造

1/17/202348華新現代職業學院分電器的構造

分電器是由配電器、信號發生器和機械式點火提前角調整機構組成。分電器蓋分火頭電容器真空提前角調節裝置斷電器1/17/202349華新現代職業學院分電器的構造

1.配電器（1）組成：配電器蓋和分火頭（2）作用：按發動機的點火順序，將高壓電分配到各缸火花塞上。（3）結構：1）分電器蓋：由耐高溫、高壓的膠木制成，上有中央高壓線插孔、分缸高壓線插孔、炭柱、彈簧等。2）分火頭：絕緣體和導電片。導電片距旁電極間有0.2-0.8mm間隙1/17/202350華新現代職業學院分電器的構造

2.信號發生器（1）類型：電磁感應式、霍爾式及光電式（2）作用：以電磁感應式為例。當分電器軸轉動時，帶動轉子旋轉，這樣在信號發生器的感應線圈中便產生電磁脈沖信號，此信號傳送給點火控制器。（3）說明：關于三種信號發生器結構、原理等內容將在后面的幾節中詳細介紹。1/17/202351華新現代職業學院分電器的構造

電磁感應式信號發生器1/17/202352華新現代職業學院分電器的構造

3.常見機械式點火提前角調節機構（1）真空式調節器1)作用：隨發動機負荷變化改變點火提前角。負荷增大時，減小提前角；反之增加提前角。2)結構：外殼、膜片、彈簧、拉桿和真空管等。3)工作過程：發動機負荷小時，節氣門開度也小，節氣門下方及管道的真空度增大，真空吸力吸引膜片向右彎曲，通過拉桿拉動活動板(信號發生器的信號線圈位于活動板上)逆著分電器軸旋轉的方向相對轉子轉動一個角度，實現提前點火，即點火提前角增大。反之，當負荷增大時，點火提前角減小。1/17/202353華新現代職業學院分電器的構造

真空式調節器1/17/202354華新現代職業學院分電器的構造3.常見機械式點火提前角調節機構（2）離心式調節器1)作用：隨轉速變化改變提前角大小。轉速高，點火應早，但此時混合氣壓力和溫度高，擾流能力增強，燃燒速度快。故低速時提前角增量應大，高速時增量應小。2)結構：兩塊離心塊，兩只彈簧，與凸輪相連的撥板，托板等。3)特點：低速時只細簧工作，調整量大，高速時粗簧也工作，剛度大，調整量小。1/17/202355華新現代職業學院分電器的構造真空式點火提前調節器小短片006（1分鐘）1/17/202356華新現代職業學院分電器的構造離心式調節器1/17/202357華新現代職業學院分電器的構造分電器介紹小短片007（2分鐘）1/17/202358華新現代職業學院火花塞的構造火花塞作用：將點火線圈產生的高壓電引入燃燒室，并在其電極間產生電火花，點燃混合氣。1/17/202359華新現代職業學院火花塞的構造1.火花塞的結構：(1)組成：殼體、金屬桿、絕緣體、中央電極、側電極和墊片。(2)電極間隙：指的是中心電極與側電極之間的間隙。電極間隙過小：火花微弱，并且容易因產生積炭而漏電；電極間隙過大：所需的擊穿電壓增高，發動機不易起動，且在高速時易發生“缺火。一般的電極間隙為：0.6～0.8,現代的汽車甚至采用1.0～1.2，可以改善排氣凈化。1/17/202360華新現代職業學院火花塞的構造中心電極側電極電極間隙1/17/202361華新現代職業學院火花塞的構造2.火花塞的熱特性：(1)熱特性概念：火花塞瓷絕緣體裙部的熾熱端的熱量向發動機冷卻系散發的性能。(2)自潔溫度：500-600℃過低—易產生積炭而造成火花塞漏電；過高—會引起可燃混合氣自燃、爆震燃燒，甚至點燃進氣沖程的可燃混合氣而產生回火現象，造成發動機輸出功率下降，甚至造成活塞頂燒熔。1/17/202362華新現代職業學院(3)分類：

A.熱型火花塞—絕緣體裙部長(16-20mm)，適于低速、低壓縮比的小功率發動機

B.標準型火花塞—絕緣體裙部長度為11-14mm

C.冷型火花塞—絕緣體裙部短(<8mm)，適于高速高壓大功率發動機1/17/202363華新現代職業學院火花塞的構造熱型和冷型火花塞1/17/202364華新現代職業學院火花塞的構造3.火花塞的類型(1)標準型火花塞其絕緣體裙部略縮人殼體端面，側電極在殼體端面以外，使用最廣泛的一種。(2)絕緣體突出型火花塞其絕緣體裙部較長，突出于殼體端面以外。它具有吸收熱量大，抗污能力好的優點，且能直接受到進氣的冷卻而降低溫度，因而也不易引起熾熱點火，故熱適應范圍寬。(3)細電極型火花塞其電極很細，火花強烈，點火能力好，在嚴寒季節也能保證發動機迅速可靠地起動。熱適應范圍較寬，能滿足多種用途。(4)錐座型火花塞其殼體和旋人螺紋制成錐形，因此不用墊圈也可保證良好密封，從而縮小了火花塞體積，對發動機的設計更為有利。1/17/202365華新現代職業學院火花塞的構造常見結構類型1/17/202366華新現代職業學院火花塞的構造3.火花塞的類型(5)多電極型火花塞側電極一般為兩個或兩個以上，優點是點火可靠，間隙不需經常調整，故在電極容易燒蝕和火花間隙不能經常調整的一些汽油機上常常被利用到。(6)沿面跳火型火花塞即沿面間隙型火花塞，是一種最冷型火花塞，其中心電極與殼體端面之間的間隙是同心的。它必須與點火能量大、電壓上升率快的電容儲能式電子點火系統配合使用，可避免火花塞“熾熱點火”和電極“跨連”現象，在油污情況下也能正常點火。缺點是可燃氣體不易接近電極，故在稀混合氣情況下，不能充分發揮汽油機的功能。另外由于點火能量增大，中心電極容易燒蝕。1/17/202367華新現代職業學院火花塞的構造3.火花塞的類型(7)電阻型火花塞電阻型火花塞是在火花塞內裝有5—10kΩ的電阻，可抑制點火系的電磁干擾。(8)屏蔽型火花塞屏蔽型火花塞是利用金屬殼體把整個火花塞屏蔽密封起來，不僅可抑制電磁干擾，還可用于防水、防爆的場合。1/17/202368華新現代職業學院火花塞的構造4.火花塞的規格型號：

1)漢語拼音字母表示結構類型和主要尺寸(見表)；2)阿拉伯數字表示熱值，自熱至冷：1，2，3，4……11表示；3)漢語拼音字母表示的火花塞派生產品、結構特性、發火端特性、材料特性、技術需求。無字母者為普通型火花塞。1/17/202369華新現代職業學院火花塞結構類型1/17/202370華新現代職業學院火花塞的構造火花塞介紹小短片008（1分20秒）1/17/202371華新現代職業學院火花塞的構造火花塞點火過程小短片009（1分鐘）1/17/202372華新現代職業學院汽車電子點火系統1/17/202373華新現代職業學院汽車電子點火系統傳統點火系統的幾個缺陷：1、斷電器機械方面的問題導致壽命短；2、初級線圈上的電流不能超過4A；3、不能滿足法律法規對排放的嚴格要求；4、發動機高速時，對稀薄混合氣不能完全點燃。1/17/202374華新現代職業學院汽車電子點火系統電子點火系統與傳統點火系統比較1、點火線圈性能：傳統點火系統電子點火系統R=3~4歐R=1歐U=14VU=14VL=10mHL=4mH1/17/202375華新現代職業學院汽車電子點火系統電子點火系統與傳統點火系統比較2、兩種不同情況下初級線圈瞬時電流值：3000r/min6000r/min傳統點火系統3.2A2.4A電子點火系統10.9A7.3A1/17/202376華新現代職業學院汽車電子點火系統電子點火系統與傳統點火系統比較3、儲存于點火線圈磁場中的能量：6000r/min傳統點火系統30mJ電子點火系統110mJ1/17/202377華新現代職業學院汽車電子點火系統點火信號發生器1、磁感應式點火信號發生器；2、霍爾效應式點火信號發生器；3、光電式點火信號發生器。1/17/202378華新現代職業學院汽車電子點火系統點火信號發生器三個小短片010（6分鐘）1/17/202379華新現代職業學院汽車電子點火系統恒值閉合角（導通角）系統：在點火系統中，觸點閉合角是用來衡量點火線圈充電時間長短的一個指標。換言之，也就是初級線圈的通電時間。1/17/202380華新現代職業學院汽車電子點火系統恒值能量系統：為了使電子點火系統點火能量恒定，閉合角必須隨發動機轉速的增加而增加，點火線圈能在一個非常短的時間內提供足夠的點火能量。恒值能量意味著，在有限的時間內，所有提供給火花塞的能量必須在任何工況下保持不變。點火線圈做成低阻的：＜1歐（通常0.5歐）1/17/202381華新現代職業學院汽車電子點火系統恒值能量點火系統示意：脈沖信號發生器

脈沖整形器閉合角控制輸出級

電流檢測1/17/202382華新現代職業學院汽車電子點火系統1/17/202383華新現代職業學院汽車電子點火系統點火正時與閉合角脈譜圖1/17/202384華新現代職業學院汽車電子點火系統磁電式點火系統電路1/17/202385華新現代職業學院汽車電子點火系統桑塔納霍爾式點火控制器電路1/17/202386華新現代職業學院汽車電子點火系統光電式點火控制器電路1/17/202387華新現代職業學院汽車電子點火系統閉合角控制（開環）由電子線路實現，旨在發動機轉速較高時，產生一個相對較長的閉合角時間。（圖）1/17/202388華新現代職業學院汽車電子點火系統閉合角控制（閉環）閉環控制示意脈沖信號發生器脈沖信號整形

閉環閉合角控制靜態發動機初級電流切斷蓄電池點火線圈驅動級電流檢測電流限制輸出級1/17/202389華新現代職業學院汽車電子點火系統初級電流限制初級電流限制保證了系統在過電流時不受損壞，同時也是恒值能量系統的一部分。一般在電路中，由一個低電阻值、高功率、高精度的電阻串接在初級回路中來實現的。（圖）1/17/202390華新現代職業學院計算機控制點火系統計算機控制點火系統的優點：1、在工作條件內，可以使點火正時與每個工況精確匹配；2、可以使用一些其它控制輸入信息，如溫度、爆震等；3、啟動性能大大提高，油耗與污染減少，怠速控制得到優化；4、點火系統中磨損零部件數目大為減少。1/17/202391華新現代職業學院計算機控制點火系統

點火脈譜圖1/17/202392華新現代職業學院計算機控制點火系統系統示意：1/17/202393華新現代職業學院計算機控制點火系統發動機的理想正時提前角：1/17/202394華新現代職業學院計算機控制點火系統點火提前角對發動機性能的影響點火提前角過大(點火過早)，則大部分混合氣在壓縮過程中燃燒，活塞所消耗的壓縮功增加，且缸內最高壓力升高，末端混合氣自燃所需的時間縮短，爆燃傾向增大。點火提前角過小（點火過遲），則燃燒延長到膨脹過程，燃燒最高壓力和溫度下降，傳熱損失增多，排氣溫度升高，功率、熱效率降低，但爆燃傾向減小，NOx排放量降低。A-不點火B-點火過早C-點火適當D-點火過遲

1/17/202395華新現代職業學院計算機控制點火系統爆震控制原理：1/17/202396華新現代職業學院計算機控制點火系統有分電器的系統：1/17/202397華新現代職業學院計算機控制點火系統無分電器的系統：1/17/202398華新現代職業學院計算機控制點火系統無分電器電控點火系統

特點：用電子控制裝置取代了分電器，利用電子分火控制技術將點火線圈產生的高壓電直接送給火花塞進行點火，點火線圈的數量比有分電器電控點火系統多。

優缺點：分火性能較好，但其結構和控制電路復雜。

分類：根據點火線圈的數量和高壓電分配方式的不同，該火系統又可分為：

1.獨立點火方式；2.同時點火方式；3.二極管配電點火方式。1/17/202399華新現代職業學院計算機控制點火系統1.獨立點火★一種是點火線圈共用一個點火器的；★另一種是每個點火線圈都有一個單獨的點火器，并且點火器和點火線圈集成一體。1/17/2023100華新現代職業學院計算機控制點火系統6個點火線圈共用一個點火器1/17/2023101華新現代職業學院計算機控制點火系統豐田1MZ-FE電控獨立點火系統1/17/2023102華新現代職業學院計算機控制點火系統豐田1MZ-FE獨立點火系統中點火器內部結構1/17/2023103華新現代職業學院計算機控制點火系統一個點火線圈一個點火器1/17/2023104華新現代職業學院計算機控制點火系統一個點火線圈一個點火器1/17/2023105華新現代職業學院計算機控制點火系統2、同時點火方式

豐田7M-GTE發動機同時點火系統

1/17/2023106華新現代職業學院計算機控制點火系統IGdA、IGdB信號是根據G1、G2和Ne信號向點火器輸送的判缸信號。點火器根據IGdA、IGdB信號的狀態決定接通哪條初級電路。IGdA為0、IGdB為1——VT1導通，1缸或6缸點火。IGdA為1、IGdB為0——VT2導通，2缸或5缸點火。IGdA為0、IGdB為0——VT3導通，3缸或4缸點火。1/17/2023107華新現代職業學院計算機控制點火系統同步點火高壓線路中串接二極管的作用：防止次級繞組在初級電流接通時產生的電壓（約為1000V）加到火花塞電極上而