点火系1.docx

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点火系1

笛威欧亚高级汽车维修技术

教学纲要

主题：

点火系统的结构和原理

一、点火系统概述

1、前言

汽油发动机的燃烧是由火花塞点火触发的。

为了点燃压缩过的可燃混合气，火花塞的瞬间点火电压必须高达2000V以上。

因为一般汽车所使用的蓄电池电压只有12V，所以需要特别的点火系统将12V的电压变换成极高的电压。

同时也要将此高压按照点火的顺序分配到每个气缸的火花塞上。

2、对点火系统的要求

发动机要有效运作必须满足以下条件：

足够的压缩比，适当的混合比，准确而强大的点火。

点火系统的基本功能：

1.强大的火花2.准确的点火正时3.持久耐用

3、点火系统的基本结构

信号产生

火花塞

分电器

点火线圈

控制单元

提前装置

4、点火系统的发展

（1）点火线圈、

（2）点火形式、（3）控制方式。

二、传统点火系统的结构和原理

1、高压电产生的原理

自感效应互感效应

电动势的大小取决于下列三个因素：

①磁通量：

线圈中产生的磁通量越大，感应电压越高。

②线圈绕组数：

线圈圈数越多，感应电压越高。

③磁通变化速率：

线圈内所产生的磁通变化越快，感应电压越高。

为了使互感效应产生的电动势很大（次级所产生电压），初级线圈内的电流应尽可能大，而电流切断要迅速。

2、传统点火系统的运作

1.断电器触点闭合

初级线圈通电充磁

2.断电器触点分开

次极线圈产生高压，火花塞就产生火花放电

3.断电器触点再次闭合

电流又流入初级线圈，初级线圈的磁通开始增加

3、传统点火系统的组成元件

（一）点火线圈

（二）分电器

（三）火花塞

1.点火性能

①电极形状与放电性能:

圆形电极使放电困难，而方块形或尖头形电极则放电容易。

电极长期使用会变成圆拱形，火花放电也随之变得困难，导致不着火，另一方面，电极端头薄些或尖些，使火花放电也容易些，但因磨损较快，缩短使用寿命。

②跳火间隙与所需的电压:

跳火间隙宽些，放电就困难些，所需的电压也随之增大。

电极磨损，间隙增大，跳火困难，导致不着火。

③压缩压力与所需的电压:

压缩压力增加，放电就困难，所需的电压也随之增大。

这种情况主要发生在节气门完全打开、发动机高负荷、车辆低速运行时。

另外，可燃混合气温度降低，所需的电压也随之增加。

④电极温度与所需的电压:

发动机转速增大，电极温度一般也随之升高；但当电极温度升高时，放电所需的电压却随之降低。

2.热量范围

火花塞热量范围，又称“热值”，是指火花塞所辐射的热量。

火花塞辐射较多热量的，称作“冷塞”，火花塞本身较冷；而辐射较少热量的，称作“热塞”，因为它本身将热量保存起来了。

火花塞上面印有字母数字代码，说明火花塞的结构、特性等（NGKBPR6EY11NDW20EXR-U11）。

代码随厂家不同而多少有些差异。

但通常表示热量范围的数字越大，火花塞就越冷；而数字越小，火花塞就越热。

火花塞运作温度下限就是自洁温度，而早燃温度（这些名词的意义见下文）就是上限。

中心电极温度在大约450℃（842℉）和950℃（1742℉）之间时，火花塞性能最佳。

理想的火花塞能承受从低速达高速的各种情况。

①自洁温度:

中心电极温度如果低于450℃（842℉），燃油不完全燃烧所产生的积碳就会附着在瓷质绝缘体表面，降低绝缘体和火花塞之间的绝缘电阻。

结果，施加在电极上的高电压可能接地至火花塞外壳，而不在跳火间隙之间产生火花放电。

这又会导致不着火。

温度在450℃（842℉）或以上，是将绝缘体头上的积碳完全燃烧的必要条件，这个温度就称作自洁温度。

②早燃温度:

中心电极温度如果超过950℃（1742℉），电极本身就成为热源，没有火花放电也能引起点火，这就叫作“早燃”。

如果发生早燃，因为点火正时不正确，发动机输出就会降低，电极或活塞可能产生凹点，甚至部分烧熔。

所以，电极温度必须在950℃（1742℉）以下。

因为每种车辆最适宜的火花塞热量范围已由厂家选定，安装不同热量范围的火花塞，会破坏上述自洁温度和早燃温度的设定。

所以，一定要用规定型号的火花塞进行更换。

3、白金尖火花塞

前述各项点火性能也适用于白金尖火花塞。

白金尖火花塞的中心电极和与其相对的接地电极都覆盖有一层很薄的白金薄膜，以延长火花塞的使用寿命。

一些安装有排气控制设备的发动机采用这种火花塞。

三、电子点火系统的结构和原理

普通点火系统断电器触点需要定期保养，因为使用中产生的火花会使其氧化。

晶体管点火系统（以后简称电子点火系统）减少了这类保养需要，也就减少了用户保养费用。

在电子点火系统中，分电器里有个信号发生器取代了凸轮和断电器触点。

这个信号发生器能产生电压，接通点火器晶体管，以断开点火线圈的初级电流。

因为中断初级电流的晶体管没有金属对金属的机械接触，也就没有磨损和随之而来的次级电压降。

（一）、信号发生器

信号发生器的作用是接通点火器的功率晶体管，在正确的点火正时断开点火线圈初级电流。

信号发生器有三种型式：

磁电感应式、霍尔效应式、光敏晶体（光电）式。

1、磁电感应式

1、2、3、

利用多角感应转子转动，使线圈感应电压，作为信号送给点火模组（点火器），控制点火。

输出交流信号。

2、霍尔晶体式

1、2、

使用导磁性转子，隔片在转动时遮断磁力线，霍尔晶体感应出方波，作为点火信号，送给点火模组（点火器），控制点火。

在磁场中导入一电流，霍尔晶体就会随着磁场的强弱，输出不同的电压。

①当霍尔晶体隔板经过气隙时，将磁场阻隔，相当于白金闭合，输出低电位，点火线圈的一次线圈导通充磁。

②当霍尔晶体隔板离开气隙时，磁场经过霍尔晶体，霍尔晶体输出高电位，一次线圈断路，二次线圈产生高压电送至火花塞跳火。

3、光敏晶体式

光电式

利用转子的隔板在转动时，阻挡发光二极管，光敏晶体感应出方波，作为点火信号送给点火模组，控制点火。

光敏晶体在接收到光束时，即会输出电压。

①光束切断器将发光二极管的光束遮断，使光敏晶体输出一低电位，点火线圈的一次线圈导通充磁。

②光束切断器离开发光二极管，使得光敏晶体接收到光束，输出一高电位将一次线圈电流切断，二次线圈产生高压电。

（二）、点火器（点火模组）

点火器由整流器、信号放大器、功率晶体管、触点闭合角控制组成。

整流器将信号发生器产生的电动势整流；信号放大器放大信号；功率晶体管根据放大的信号，准确地断开点火线圈初级电流；点火器中也有触点闭合角控制器，用以根据发动机转速的增大改正初级信号。

有些点火器还有电流限制电路，以控制最大初级电流。

（三）、集成式点火IIA

点火器、点火线圈与分电器一体

四、电脑点火系统的结构和原理

（一）、电脑点火系统的原理

电脑点火系统可根据发动机各种负荷情形，控制最佳的点火正时，使发动机的输出功率、经济性、加速性和废气排放等都达到最理想的状态；而且感应出的电压不会随着转速的增加而降低；由于没有采用机械元件，没有机械性的误差产生。

（二）、电脑点火系统重要传感器

1、曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器

曲轴位置传感器（CKP）和凸轮轴位置传感器（CMP）是电脑控制系统至关重要的传感器，功能是检测发动机转速、凸轮轴位置、上止点位置，并产生信号给电脑，作为点火及喷油的参考信号。

曲轴位置传感器（CKP）和凸轮轴位置传感器（CMP）有磁电感应式、霍尔效应式、光电式三种型式。

1.磁电感应式

利用多角的感应转子在转动时使线圈感应产生电压，作为信号送给电脑，电脑又根据发动机的转速、水温、负荷、节气门KS信号，计算确认点火正时。

2.霍尔效应式

利用霍尔晶体感应产生方波电压信号送给电脑，电脑又根据发动机的转速、水温、负荷、节气门信号，计算确认点火正时。

3.光电感应式

利用光敏晶体产生方波信号送给电脑，电脑又根据发动机的转速、水温、负荷、节气门信号，计算确认点火正时。

2、爆震传感器

爆震传感器安装在气缸体上，检测发动机爆震。

发动机发生爆震时，发动机电脑利用KNK信号延迟点火正时，以防止爆震。

爆震传感器有一个压电元件，当由于爆震使气缸体振动，导致压电元件变形时，压电元件就产生一个电压。

由于发动机爆震的频率约为7kHz，在这个频率左右，爆震传感器输出的电压最高。

爆震传感器有两种类型。

一种在振动频率的狭窄范围内产生高电压，另一种则在振动频率的宽广范围内产生高电压。

通过测量KNK信号电压的峰值是否超过某一定值，发动机ECU判断发动机是发生爆震。

若发动机电脑判断发动机发生爆震，就延迟点火正时，若爆震停止，这一段预定的时间后，点火正时再次提前。

（三）、丰田电脑控制点火提前系统（ESA）

1、概述

电子点火提前ElectronicSparkAdvance（ESA）系统是用电脑（而不是机械提前装置）控制点火系统的点火正时。

2、G和Ne信号发生器

G和NE信号是由正时转子或信号板和感应线圈产生的。

发动机电脑利用这些信号检测曲轴转角和发动机转速。

这些信号不仅对于EFI系统非常重要，对于ESA系统也很重要。

产生这些信号的传感器有安装分电器内部（内置型），也有安装在凸轮轴和曲轴附近（独立型）。

1.内置型

由于点火提前是用发动机电脑进行控制，在使用TCCS发动机控制系统的分电器中，常规的离心式点火提前机构都没有了。

发动机控制系统中的分电器装有用以产生G和NE信号的正时转子和感应线圈。

发动机型号不同，转子上的齿数和感应线圈的个数不同。

G信号发生器采用单个感应线圈和4齿转子，NE信号发生器采用单个感应线圈和24齿转子。

G信号：

G信号将标准曲轴转角通知发动机电脑，标准曲轴转角用于根据每个气缸的TDC（上止点）确定喷射正时和点火正时。

分电器中用于产生这些信号的元件如下：

①G信号正时转子，固定在分电器轴上。

曲轴每转两圈，转子转一圈。

②G感应线圈，安装在分电器壳里面。

G信号正时转子有四个齿，分电器轴每转一圈，G感应线圈励磁四次，根据这些信号，电脑就检测到各个活塞什么时候接近TDC。

NE信号：

发动机电脑利用NE信号检测发动机转速。

NE信号是由正时转子在感应线圈内产生，其方式与产生G信号的相同。

唯一的区别是产生NE信号的正时转子有24个齿。

分电器轴每转一次，NE感应线圈励磁24次。

发动机从这些信号就检测到发动机曲轴转角每改变30°，发动机转速的改变。

2.独立型

独立型G和NE信号发生器的传感器安装位置不同，但其功能是一样的。

凸轮轴上的G信号板和曲轴上的NE信号板的转动，改变了板的凸出部分与G感应线圈和NE感应线圈之间的气隙。

气隙的改变在感应线圈内产生了一个电动势。

这就产生了G和NE信号。

G信号：

G1信号将标准曲轴转角通知发动机ECU，这个标准曲轴转角用于确定对于6号气缸压缩TDC的喷油正时和点火正时。

G2信号传送关于1号气缸的同样信息。

产生这些信号的传感器由信号板和G信号感应线圈组成。

前者固定在凸轮轴正时皮带轮上，曲轴每转动两圈，它转一次；后者安装在分电器壳上。

G信号板有一凸出部分，凸轮轴每转动一圈，它使G感应线圈励磁一次。

发动机ECU从这些信号检测到什么时候6号和1号活塞接近其压缩TDC。

NE信号：

发动机ECU利用NE信号检测发动机转速。

发动机ECU靠这些信号确定基本喷射持续时间和基本点火提前角。

NE信号由NE信号板在NE感应线圈中产生，类似G信号的产生。

唯一的区别是NE信号板有12个齿而不是仅有一个齿。

所以，发动机每转一圈，产生12个NE信号。

发动机ECU根据这些信号检测出曲轴转角每变化30°发动机转速的改变。

3、曲轴转角（初始点火正时角）的判断

当ECU在G信号（点A）后收到第一个NE信号（下图中的点B）时，就判断曲轴已到达上止点前5°、7°或10°（视发动机型号而异）。

这个角就称为“初始点火正时角”。

4、IGT（点火正时）信号

发动机ECU根据来自每个传感器的信号，将IGT信号传送至点火器，以得到最佳点火正时。

这一IGT信号正好在微处理器所计算的点火正时前发出，然后中断。

火花塞就在这个信号中断的这一瞬间点火。

5、IGF（点火确认）信号

初级电流中断产生的反电动势，使这个电路传送一个IGF信号至ECU，ECU由这个信号检测到点火是否实际发生。

这个信号用于诊断和失效保护功能。

6、点火电路（丰田）

TCCS的点火系统的运作，与普通电子点火系统的运作基本相同，只是后者的点火器由信号发生器直接关断和接通。

在TCCS中，来自信号发生器的信号先通过ECU，然后传送至点火器。

①TCCS的常规点火电路

ECU中的微处理器根据G（G1和G2）和NE信号确定点火正时，也根据来自每个传感器的信号修正。

确定点火正时后，ECU将IGT信号传送至点火器。

IGT信号中断时，点火器中的晶体管TR2也关断。

结果，流至点火线圈的初级电流中断，使点火线圈中的次级线圈产生一个高电压（约20至35千伏），使火花塞产生火花。

②DLI（无分电器点火）系统

DLI是一种电子控制火花分配系统，将高电压直接从点火线圈传送至火花塞，不需要常规的分电器。

每两个火花塞共用一个点火线圈，又称“双点火”系统。

DLI与常规型点火系统有区别。

③DIS（独立点火系统）

DIS与DLI（无分电器点火）相似，不使用分电器，将高电压从点火线圈直接分配至火花塞。

每个气缸一个独立的点火线圈，又称独立点火。