NO4汽车电气系统构造与维修.docx

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NO4汽车电气系统构造与维修

教学目标

知识目标：

了解点火系统的工作原理，掌握点火系统的组成、工作过程和检修的方法。

能力目标：

能熟练使用汽车电气常用检修仪器，具备点火系统的检测能力。

素质目标：

遵守6S操作规程；同学之间团结、协作，互帮互助、共同提高！

教学重点

点火系统检测方法

教学难点

点火系统的组成、工作过程和维修和检修的方法。

教学手段

理实一体

实物讲解

小组讨论、协作

教学学时

12学时

教学内容与教学过程设计

注释

项目四汽车点火系统的故障检俢

任务一微机控制电子点火系统的结构检修

〖任务描述〗

发动机点火系统要在合适的时刻产生电火花点燃混合气。

若点火系统有故障，造成发动机不能正常运行甚至无法起动。

为了能够诊断与修复点火系统故障，就必须熟悉点火系统的组成和连接。

〖情境导入〗

桑塔纳时代超人轿车故障现象为冷车不易起动，怠速不稳。

要完成该检修任务，要求首先应熟悉微机控制电子点火系统功能和工作原理，能识读点火系统的电路图并在此基础上完成电路故障诊断与修复。

〖理论学习〗

一、点火系统的功能

1.提供高电压

2.提供足够的火花能量与持续时间

3.提供最佳的点火时刻

点火时刻对发动机工作性能的影响比较大，要求点火系统能提供最佳点火时刻。

点火过迟和点火过早不利影响如下：

（1）点火过迟（点火提前角小）

如果活塞在到达压缩上止点时点火，那么混合气体在活塞下行时才燃烧，使气缸内压力下降，同时由于燃烧的炽热气体与缸壁的接触面积增大，热损失增加，发动机过热，从而使发动机效率下降，油耗增加。

（2）点火过早（点火提前角大）

如果点火过早，混合气体在活塞上行时完全燃烧，活塞在到达上止点前，缸内达到最大压力，使活塞上行的阻力增加，从而使发动机效率下降，产生爆震现象。

二、发动机点火系统的分类

图4-1发动机点火系统的类型

三、微机控制点火系统的组成

传统点火系统和普通电子点火系统均采用机械调节装置调节点火提前角，机械装置反应慢，控制精度低，越来越不能满足现代发动机的需要。

随着微机技术的发展，在70年代中期，汽车上开始普遍应用微机控制点火系统。

微机控制电子点火系统的组成如图4-2所示，由电源、传感器、电子控制单元（ECU）、点火器、分电器、高压线及火花塞等组成。

该系统根据各种传感器检测发动机工况信息，由控制单元对点火提前角和闭合角进行精确的控制，点火时刻更准确，使发动机性能更加优越。

图4-2微机控制电子点火系统的组成

（1）电源：

给点火系统提供供电电源。

（2）传感器：

检测发动机工况，是电控单元计算点火提前角的依据。

（3）电控单元：

点火系统中的控制元件。

它不断地采集各传感器的信号，按程序进行运算、判断，向执行器发出点火控制信号。

（4）点火器：

是执行元件，将电控单元输出的点火信号进行功率放大，再驱动点火线圈工作。

同时还具有闭合角控制、恒流控制、点火监视等功能。

（5）点火线圈：

它是由初级绕组和次级绕组组成的升压变压器，其作用是产生火花塞跳火的高电压。

（6）分电器：

其作用是在只有一个点火线圈的电路里将点火线圈产生的高压电按点火顺序依次分配至各缸火花塞。

（7）高压导线：

其作用是传递高压电。

（8）火花塞：

作用是将点火线圈所产生的脉冲高压电引进燃烧室，利用电极产生的电火花点燃混合气，完成燃烧。

点火系统由高压回路和低压回路组成，如图4-3所示。

低压电路是由电源、传感器、电控单元、点火器、点火线圈的初级绕组等组成。

高压电路由点火线圈次级绕组、高压导线、火花塞等组成。

高压电路又叫二次电路。

低压回路路径如下：

蓄电池正极→点火开关→点火线圈一次绕组→点火器→搭铁→蓄电池负极。

高压电路路径为：

二次绕组→火花塞→搭铁→二次绕组。

点火系统工作过程：

电流通过一次绕组时，在铁心中产生磁场。

当点火器切断一次电路，一次绕组中的电流迅速下降到零，引起磁通突降，在一次绕组中产生自感电动势，达200～300V。

在互感的作用下，在二次绕组产生的高压，达15～20kV。

该电动势击穿火花塞间隙，产生电火花，点燃混合气。

低压回路高压回路

图4-3点火系统由高压回路和低压回路组成

四、微机控制点火系统的工作过程

微机控制电子点火系统基本工作过程如图4-4所示，发动机运行时，电控单元不断地采集发动机的负荷、转速、冷却液温度等信号，按电控单元的程序进行运算、判断计算出最佳点火提前角和闭合角，以此向点火器执行器发出控制指令。

图4-4微机控制电子点火系统基本工作过程

〖实训指导〗

一、点火线圈检测

（1）外部检测

　　目测点火线圈外观，若有绝缘盖破裂或外壳碰裂，就会受潮而失去点火能力，应予以更换。

（2）初、次级绕组断路、短路检测

用万用表测量点火线圈的初级绕组、次级绕组的电阻值，应符合技术标准，否则说明有故障，应予以更换。

（3）接线检查

用万用表电阻档检查点火系统的接线情况，有无接错、漏接、接触不良的现象。

（4）供电电压的检测

用万用表直流电压档检测点火线圈供电线路的电压，应该为电源电压。

二、火花塞检测

火花塞是有使用寿命的，国产单电极火花塞经济寿命一般在1~1.2万公里，进口三电极火花塞经济寿命在2~3万公里，进口白金火花塞经济寿命较长，在3~5万公里。

在拆卸火花塞时，必须做到以下几点：

使用火花塞套筒和棘轮，将每个火花塞拧松两圈。

采用压缩空气吹走火花塞座处的灰尘。

拆下火花塞，确保垫圈也一起被拆下。

在安装火花塞时必须做到以下几点：

用干净的布擦掉火花塞座处的灰尘与润滑脂。

如果继续使用原来的火花塞，则要安装一个新的衬垫。

间隙不合适时，要调整火花塞间隙。

火花塞电极间隙：

1.0--1.1mm。

安装火花塞并用手拧紧。

再使用扭力扳手拧紧火花塞，力矩大小依据厂家说明书的具体要求。

三、高压线检测

高压导线就是次级电路的导线，将高压送给火花塞。

这些导线不是实心导线，它们是有纤维芯的导线，这些纤维芯在次级电路中起电阻器的作用。

高压阻尼线的电阻值一般制成每米几千欧至几十千欧。

高压导线的使用与维护，必须做到以下几点：

高压线总成的检测或更换时，应注意各组线的安装顺序。

高压线上不能有油污垢，有可能产生漏电现象。

高压线安装时，严禁折叠，会导致线芯折断或芯线阻值增大，造成火花弱。

小结

1、点火系统组成、作用。

2、点火系统的分类。

3、点火系统的工作原理。

4、点火系统组成部件的检修方法。

任务二微机控制电子点火系统的故障检修

〖任务描述〗

若点火系统故障，发动机不能正常运行甚至无法起动。

为了能够诊断与修复点火系统故障，就必须熟悉点火系统的组成，掌握点火系统的电路原理，学会识读并分析点火系统电路；能根据电路原理制定点火系统常见故障诊断流程并对元部件进行检修。

〖情境导入〗

桑塔纳时代超人轿车故障现象为冷车不易起动，怠速不稳。

要完成该检修任务，要求首先应熟悉微机控制电子点火系统功能和工作原理，能识读点火系统的电路图并在此基础上完成电路故障诊断与修复。

〖理论学习〗

一、微机控制点火系统的控制

微机控制点火系统的控制包括点火提前角控制、闭合角控制和爆燃控制。

1.点火提前角控制

点火提前角火花塞电极间跳火开始时到活塞上行至上止点时曲轴所转过的角度。

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。

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。

影响最佳点火提前角的因素很多，发动机转速和负荷是影响发动机点火提前角的主要因素。

目前普遍采用的方法是通过发动机台架试验来获得发动机在不同转速、不同负荷时所对应的最佳点火提前角，以此获得三维点火正时脉谱图，如图所示。

图4-5三维点火正时脉谱图

点火提前角控制系统，因各制造厂家开发点火装置的型号不同而不同。

点火提前角的控制一般分为起动时和起动后控制。

1）起动时点火提前角控制

在起动时，发动机转速信号和进气流量信号不稳定，点火提前角采用固定值，即初始点火提前角。

电控单元根据转速信号和起动开关信号判定为起动工况，将点火提前角固定为一个设定值。

2）起动后的点火提前角控制

发动机起动后正常运行期间的点火提前角是由三部分组成，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，如图4-6所示。

图4-6起动后的点火提前角

（1）初始点火提前角

初始点火提前角是原始设定并存储在发动机电控单元中的固定值，是由机械安装位置所确定的，又称固定点火提前角。

一般为上止点前50～100。

出现下列情况之一时，点火系统按初始点火提前角点火。

①当发动机起动时（转速在400r／min以下）；②当检查连接器中T端子与E1端子短路，节气门位置传感器怠速触点闭合（车速在2km／h）；

当发动机电控单元出现故障，后备系统应急工作状态时。

（2）基本点火提前角

基本点火提前角在发动机在怠速和正常运行工况下控制是不同的。

①怠速时，电控单元根据发动机的怠速转速、空调开关和动力转向开关等信号确定基本点火提前角。

②正常运行工况下，电控单元根据发动机的转速和负荷的信号，通过查找三维点火正时脉谱图确定。

（3）修正点火提前角

修正点火提前角是电控单元根据其它传感器的参数确定的，如暖机修正、怠速稳定修正和爆燃修正等。

①暖机修正

暖机修正是电控单元根据冷却液温度传感器信号对点火提前角修正。

如图4-7所示，温度低，燃烧速度慢，点火提前角应适当增大。

冷却液温度高，混合气的燃烧速度快，为防止发动机过热，点火提前角适当减小。

图4-7暖机修正

②过热修正

过热修正过热修正是指发动机冷却液温度过高时，对点火提前角进行的修正。

如图4-8所示，当发动机处于怠速运行工况时，若冷却液温度过高，为了避免发动机长时间过热，应增大点火提前角提高发动机怠速转速，从而提高水泵和冷却风扇的转速，加强冷却，降低发动机温度。

当发动机处于正常运行工况时，若冷却液温度过高，为了避免爆燃，应减小点火提前角。

图4-8过热修正

空燃比修正

空燃比修正是指电控燃油喷射系统进行空燃比闭环控制时，根据空燃比的变化对点火提前角进行的修正。

如图4-9所示，当喷油量减少而导致混合气变稀时，应适当地提前点火；当喷油量增大而导致混合气变浓时，推迟点火，有利于提高发动机转速的稳定性。

图4-9空燃比修正

怠速稳定修正

怠速稳定修正是指当发动机怠速时，电控单元根据发动机怠速转速的变化对点火时刻进行的修正。

当发动机的实际转速低于目标转速，增大点火提前角。

并且目标转速与实际转速的差值越大，则点火提前角修正量越大，使怠速保持稳定。

⑤点火提前角极限值控制

点火提前角极限值是指电脑对实际点火提前角大于允许的最大值或小于允许的最小值时，发动机将难以运行。

点火提前角极限值控制是指电脑将基本点火提前角与修正点火提前角之和限定在一允许范围之内，一般最大提前角为350～450，最小提前角为100～00。

当超过此范围时，电控单元设定的最大或最小点火提前角进行控制。

爆震修正

爆震修正是电控单元根据爆震传感器信号对点火提前角修正。

如图4-10所示，发生爆震，减小点火提前角；未发生爆震，增大点火提前角。

力求使发动机工作在临界爆震状态。

图4-10爆震修正

2.闭合角控制

闭合角控制又称通电时间控制，是指点火线圈初级电流的通电时间。

通电时间长，次级线圈产生的高压就高，所以要保证点火线圈初级回路有一定的接通时间。

另外在微机控制点火系统中，为了减小转速对次级电压的影响，初级线圈采用了电阻很小的高能点火线圈，其饱和电流可达30A以上。

为了防止初级电流过大烧坏点火线圈，点火线圈初级回路的接通时间不宜太长。

控制闭合角既能改善点火性能，又能防止初级电流过大而烧坏点火线圈。

当闭合角不变时，发动机转速或蓄电池电压变化会引起初级线圈通电时间的变化，从而引起次级电压变化。

闭合角随发动机转速的增加而增大，随蓄电池电压的减小而增大。

发动机工作时，电控单元依据发动机转速信号和蓄电池电压信号控制最佳的闭合角。

3.爆震控制

爆燃又叫爆震，是汽油发动机的一种不正常燃烧，通常是由于尚未燃烧的可燃混合气在压缩、热辐射的作用下，温度急剧升高，超过了混合气的燃点而自燃的结果。

发生爆燃时，汽缸内燃料急剧燃烧，压力异常升高，燃烧的过程中产生压力波冲击燃烧室壁、活塞顶等部位，发出尖锐的金属敲击声。

爆燃会使发动机效率降低，输出功率下降，同时其产生的压力波还会破坏燃烧室壁面润滑膜，加快零部件磨损，使局部过热而损坏。

二、微机控制点火系统的控制线路分析

1.微型计算机控制无分电器同时点火系统

微型计算机控制无分电器同时点火系统如图4-12所示。

点火线圈的高压线直接与火花塞相连，一个点火线圈连接两个缸的火花塞，同时点火。

采用两缸同时点火方式可以减少所需的点火线圈，简化点火系统，而损失的能量并不大。

图4-12微型计算机控制无分电器同时点火系统

发动机运转时，电控单元根据转速、节气门位置、冷却液温度及爆燃信号等确定点火提前角，根据曲轴位置传感器信号和凸轮轴位置传感器的信号确认活塞位置。

电控单元向点火器发出控制脉冲信号（IGt），控制脉冲信号上升沿即为点火线圈初级回路接通时刻；下降沿即为点火线圈初级回路断开时刻；脉冲信号的脉宽即为点火线圈初级回路接通时间（闭合角）。

点火线圈初级回路断开时刻，次级线圈感生高压电，加在两个汽缸的相位互差3600火花塞上跳火点燃混合气体。

如四缸发动机，一缸和四缸相位互差3600同时点火。

一缸是压缩行程，正处在接近压缩上止点时跳火，是有效火花；四缸是排气行程，是在接近排气上止点时跳火，是无效火花。

火花塞放电过程中，火花塞电极间的电阻，取决于汽缸内气体成分、压力等。

有效火花处于压缩期低温、高压的混合气中，而无效火花处于排气期高温、低压的混合气中，有效火花电极间为高电阻，是无效火花的3～4倍。

虽然同时点火的两缸火花塞串联，但有效火花的火花塞获得的点火能量远比无效火花大的多。

2.微型计算机控制无分电器单独点火系统

微型计算机控制无分电器单独点火系统如图4-13所示，每缸火花塞有单独的点火线圈。

工作过程同同时点火，此处不再赘叙。

图4-13微型计算机控制无分电器单独点火系统

〖实训指导〗

一、微机控制点火系统的低压回路检修

点火系统电路如图4-14所示，为无分电器同时点火系，点火线圈与点火器制成一体，一个点火线圈连接两个缸的火花塞，1与4缸、2与3缸同时点火。

图4-14发动机同时点火系统

1.电控单元的控制信号的检测

拔下点火模组连接器，用试灯或者示波器读取电脑的控制脉冲信号。

接在连接器插头的1脚（3脚）与搭铁之间，起动发动机，试灯应闪亮。

2.供电电压和搭铁的检测

1）供电电压的检测

用万用表直流电压档检测点火线圈供电线路的电压，应该为电源电压。

2）搭铁的检测

用万用表蜂鸣器档位检测搭铁线与汽车搭铁的接通情况，应该听到蜂鸣器鸣叫声。

3）接线检查

用万用表电阻档检查点火系统的接线情况，有无接错、漏接、接触不良的现象。

二、微机控制点火系统的高压回路检修

1.试火

从缸盖上拔下一个缸的分缸高压线，将一个火花塞接在高压线上；将火花塞与发动机搭铁相连，如图4-15所示；接通点火开关至起动档，发动机运转，观察火花塞电极处有无强烈的蓝色火花，如果没有火花或火花很弱，说明点火系统有故障。

图4-15试火

2.示波器读取波形

点火系统的高压回路波形如图4-16所示。

图4-16点火系统的高压回路波形

波形分析：

1）点火线圈充电线：

是指点火线圈初级回路的接通时间。

观察各缸点火线圈在开始充电时的波形的下降沿是否保持一致，这表明各缸闭合角是否一致。

2）点火线：

观察跳火高度，次级绕组产生的最高点火电压，各缸应一致。

若太高表明点火次级电路存在着高电阻，也可能存在开路点。

若太短，表明点火次级电路存在电阻低于正常值，可能存在漏电。

3）火花线或燃烧电压：

混合气体燃烧时次级绕组的电压，一般为点火线的1/4，各缸应一致，表明各缸火花塞工作和各缸混合气体一致。

4）燃烧线：

发动机混合气体燃烧时间的长度，表明发动机燃烧状况。

若燃烧时间过长（大于2ms），表明混合气过浓；若燃烧时间过短（小于0.75ms），表明混合气过稀。

若个别缸不一致，怀疑对应缸有喷油器滴油、阻塞等。

而且燃烧线应十分“干净”，没有过多的杂波，过多的杂波表明气缸点火不良。

5）点火线圈振荡：

次级绕组能量衰减的过程，表明点火线圈和电容器情况。

一般燃烧线后面最少两个，最好多于三个的振荡波。

三、微机控制点火系统检修

点火系统检修故障的诊断与排除如图4-17所示。

图4-17点火系统检修故障的诊断与排除流程图

明确学习任务，在任务驱动下开始教学。

结合发动机的工作过程，讲解点火系统的功能，分析点火提前角过大、过小的不利影响。

介绍点火系统的分类。

与传统点火系统相比，讲解电子点火系统的优越性。

结合电喷发动机实物，讲解微机控制点火系统的工作过程。

结合点火线圈结构图，分析点火线圈的检修方法。

教师演示，再让学生自己动手尝试，掌握检修方法。

明确学习任务，在任务驱动下开始教学。

引导学生分析发动机在不同负荷和转速下点火提前角的调整趋势。

引导学生分析微机控制点火系统的控制线路。

结合实物，讲练结合。

边测试边讲解，分析波形的含义。

结合汽车点火系统工作原理图，分析微机控制点火系统的检修方法。