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汽车发动机电控系统原理与维修
第四章 电控点火系统
第一节 电控点火系统的结构组成及工作原理
第一节 电控点火系统的结构组成及工作
原理
一、电控点火系统的功能
1
二、电控点火系统的分类、
结构组成及工作原理
2
第四章 电控点火系统
第四章 电控点火系统
学习目标
◇了解电控点火系统的结构组成及工作
◇掌握电控点火系统主要部件的拆检步
◇学会使用示波器检查电控点火系统故
内容介绍：
点火系统是汽油发动机上直接影响汽车动力性、经济性和环保性等性能指标的重要组成部分。该系统结构隐蔽，原理复杂，故障率高。
点火系统主要功用是根据汽油发动机的点火顺序和工作循环要求，将蓄电池或发电机所提供的低压电（一般为12V）通过点火线圈转变成高压电（一般为15000~30000V），并将此高压电通过火花塞引入到燃烧室中，并在火花塞两级间产生电火花，依次点燃各缸可燃混合气。
一、电控点火系统的功能
第一节电控点火系统
的结构组成及工作原理
汽油机电控点火系统主要功能有点火提前角控制、通电时间控制和爆燃控制，如图4-1所示。
(一) 点火提前角控制
1. 点火提前角对发动机性能的影晌
点火提前角是指从火花塞发出电火花，到活塞运行至压缩行程上止点时曲轴所转过的角度。当汽油机保持节气门卉度、转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率和耗油率随点火提前角的改变而变化。发动机每一工况都存在一个最佳点火提前角。点火提前角过大，易爆燃；点火提前角过小，排气温度升高，功率降低。点火提前角对发动机性能的影响如图4-2所示。
图⒋1 电控点火系统的功能 图⒋2 点火提前角对发动机性能影响
A.不点火 B.点火过早 C.点火适当 D.点火过迟
实验证明：发动机的最佳点火提前角，应使发动机气缸内的最高压力出现在上止点后
10°~15°范围之内。
一、电控点火系统的功能
最佳点火提前角主要与以下因素有关。
(1) 发动机转速 转速升高，点火提前角增大。采用电控点火系统，更接近理想的点火提前角。
(2) 发动机负荷 进气歧管压力高(真空度小、负荷大)，点火提前角小，反之点火提前角大。采用电控点火(ESA)系统时，可以使发动机的实际点火提前角接近于理想的点火提前角。
(3) 燃料性质 汽油辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可适当增大。
(4) 其他因素 燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃比、大气压力和冷却液温度。
2. 最佳点火提前角的确定依据
一、电控点火系统的功能
确定最佳点火提前角通常有两种方法：
第一种方法是，实际最佳点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角，如图4-3所示。
3. 点火提前角的确定方法
图4-3 最佳点火提前角的确定
一、电控点火系统的功能
第二种方法是，实际点火提前角=基本点火提前角×点火提前角修正系数。这种方法主要应用在日产车系当中。
下面以丰田汽车公司TCCS系统IG-GEL发动机的点火提前角控制方式为例，来介绍最佳点火提前角的确定方法。
1) 初始点火提前角，也叫固定点火提前角，一般为上止点前10°，适用于以下工况：
①发动机起动。
②发动机转速在400r/min以下。
③节气门位置传感器怠速触点闭合。
④车速为2km/h。
⑤发动机ECU内后备系统开始工作。
2)基本点火提前角,分为怠速和平常行驶两种情况。
怠速时的基本点火提前角在空调系统工作时为8°，
空调不工作时为4°。平常行驶时的基本点火提前角以
表格形式存储于ECU的存储器中，如图4-4所示。
图4-4 丰田IG-GEL发动机平常行驶的基本点火提前角
基本点火提前角
发动机转速
进气量（歧管压力）
高
一、电控点火系统的功能
3) 修正点火提前角
① 冷却液温度修正：冷却液温度修正又可分为暖机修正和过热修正。发动机冷车起动后的暖机过程中，随冷却液温度的提高，混合气的燃烧速度加快，燃烧过程所占的曲轴转角减小，点火提前角也应适当减小，
如图4-5所示。
② 稳定怠速修正：ECU根据实际转速与目标转速的差来修正点火提前角。低于目标转速时，应增大点火提前角；反之,则推迟点火提前角；如图4-6所示。
③空燃比反馈修正：由于空燃比反馈控制系统是根据氧传感器的反馈信号调整喷油量的多少来达到最佳空燃比控制的，所以这种喷油量的变化必然带来发动机转速的变化。为了稳定发动机转速，点火提前角需根据喷油量的变化进行修正，如图4-7所示。点火提前角随喷油量的减小而增加。
3. 点火提前角的确定方法
图4-5 冷却液温度修正
图4-6 稳定怠速修正
图4-7 空燃比反馈修正
一、电控点火系统的功能
通电时间控制又称为点火闭合角控制，是指点火线圈初级侧的通电时间。它主要影响点火线圈初级电路的通电时间和点火线圈的储存能量，而点火线圈通电时间和储存能量取决于发动机转速和蓄电池的供电电压，其控制原理如图4-8所示。点火线圈初级电路的通电时间由ECU控制，根据发动机的转速信号和电源电压信号确定最佳的闭合角(通电时间)，并控制点火器输出指令信号(IGt信号)，以控制点火器中晶体管的导通时间。
(二) 通电时间控制
图4-8 通电时间控制原理
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（例如，压缩行程上止点10°），其大小随发动机而异。
基本点火提前角是ECU根据发动机转速和负荷（进气歧管压力信号或进气量信号），在存储器中查找和计算所确定的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。
一、电控点火系统的功能
提示：恒流控制的基本方法是，在点火器功率晶体管的输出回路中增设一个电沉检测电阻，用电流在该电阻上形成的电压降反馈控制晶体管的基极电流。只要这种反馈为负反馈，就可使晶体管的集电极电流稳定，实现恒流控制，从而使点火能量保持稳定。恒流控制电路如图4-9所示。
(二) 通电时间控制
图4-9 恒流控制电路框图
一、电控点火系统的功能
1. 发动机爆燃的危害
爆燃是指汽油发动机的火花塞点火后，在火焰还没有到达之前，其余混合气未被引燃就自行发火的燃烧现象。爆燃是一种发动机不正常的燃烧。轻微的爆燃，可使发动机功率上升，油耗下降；但严重的爆燃，会使气缸发出特别尖锐的金属敲击声（敲缸），且会导致冷却系统过热、发动机功率下降、耗油迅速上升等故障。
(三)爆燃控制
图4-10 爆燃控制原理
减少爆燃发生最有效的方法是减小点火提前角。爆燃控制原理如图4-10所示。当爆燃传感器感受到发动机有爆燃时，就会逐渐减少点火提前角（推迟点火），直到爆燃消失为止。无爆燃时，则通过增大点火提前角（提前点火），使发动机燃烧速度增加以接近爆燃，如图4-11所示。爆燃反馈控制可以提高发动机的动力性及经济性，其主要作用是使汽油发动机一直工作在爆燃的边缘状态，即待爆燃又没有爆燃的临界状态。
一、电控点火系统的功能
2. 爆燃控制原理
图4-11 爆燃反馈控制过程
一、电控点火系统的功能
电子控制原理
二、电控点火系统的分类、
结构组成及工作原理
1. 有分电器式电控点火系统
有分电器式电控点火系统是电控点火系统的早期结构形式，其主要特点是分电器保留了传统发动机的机械配电结构，不再有传统分电器中的断电器、断电器触点、离心式和真空式点火提前调节器等部件。由于其机械装置本身的局限性，无法保证各种状态下点火提前角处于最佳值，同时，由于分电器中运动部件的磨损，影响ECU对点火提前角控制的精确性和稳定性，当前的汽油发动机使用越来越少。有分电器式电控点火系统的工作原理图，如图1-12所示。
(一) 电控点火系统分类
电控点火系统一般可以分为两大类:有分电器式和无分电器式。
图4-12 有分电器式电控点火系统
二、电控点火系统的分类、
结构组成及工作原理
(一) 电控点火系统分类
2. 无分电器式电控点火系统
无分电器式电控点火系统又称为直接点火系统，它取消了常规点火系统中的分电器总成（分火头和分电器盖），避免了分火头和分电器盖间隙对点火系统的不利影响，提高了点火能量，故在汽车中广泛应用。无分电器式电控点火系统的结构原理如图4-13所示。
图4-13 无分电器式电控点火系统的结构原理
二、电控点火系统的分类、
结构组成及工作原理
(二) 有分电器式电控点火系统结构及工作原理
有分电器式电控点火系统一般由电源、点火开关、传感器、电子点火模块、点火线圈、分电器和火花塞等组成，如图⒋14所示。桑塔纳2000Gsi轿车发动机使用的就是该种点火系统。其结构如图4-15所示。
1. 有分电器式电控点火系统结构
图4-14有分电器式电控点火系结构
二、电控点火系统的分类、
结构组成及工作原理
(一) 电控点火系统分类
1. 有分电器式电控点火系统结构
图4-15 桑塔纳2000Gsi电子点火控制系统零部件图
1.点火线 2.带抗干扰元件插座(电阻0.9~1.1kΩ) 3.点火线圈 4.点火线圈插头 5.爆燃传感器(G61,位于发动机体上，拧紧力矩6~20N m) 6.螺栓(拧紧力矩20N m) 7.爆燃传感器插头
8.火花塞插头(电阻4.5~5.5kΩ) 9.火花塞(拧紧力矩25N m)
10.螺栓(拧紧力矩25N m)
11.分电器压板 12.0形圈
13.带霍尔传感器的分电器(G40) ⒕.防尘盖 15.分电器弹簧夹 16.分火头(电阻值1.1kΩ)
17.分电器盖 18.屏蔽罩
二、电控点火系统的分类、
结构组成及工作原理
有分电器式电控点火系统工作原理如图4-16所示，ECU根据各输人信号，确定点火时间，并将点火正时信号IGT送至点火模块。当IGT信号变为低电平时，点火线圈初级电路由于功率晶体管的截止而被切断，次级感应出高电压，再由分电器按发火顺序送至相应气缸的火花塞上产生电火花，点燃发动机气缸内混合气。为了保证稳定的次级电压及系统的可靠工作，在点火器中设有闭合角控制回路和点火确认信号回路(IGF信号)，分别用于提供足够能量的电火花及点火反馈信号。
2. 有分电器式电控点火系统工作原理
图4-16 有分电器式电控点火系统王作原理
二、电控点火系统的分类、
结构组成及工作原理
1. 无分电器式电控点火系统的基本组成及分类
无分电器式电控点火系统一般由电源、传感器、ECU、点火模块、点火线圈和火花塞等组成,如图⒋17所示。
无分电器式电控点火系统一般可分为独立点火系统、同时点火系统和二极管配电方式点火系统等。
（三） 无分电器式电控点火系统的基本组成、分类及工作原理
图4-17 无分电器电控点火系统的基本组成
1.火花塞 2.点火线圈 3.点火模块 4.传感器 5.ECU
二、电控点火系统的分类、
结构组成及工作原理
无分电器式电控点火系统原理与有分电器式电控点火系统工作原理相似，但同时有自己的控制特点。
(1) 独立点火系统 独立点火系统的特点是每个气缸配有一个或者两个点火线圈，单独对该缸进行点火，点火线圈的数目一般与火花塞的数目相等。其工作原理如图4-18所示。
2. 无分电器式电控点火系统工作原理
图4-18 独立点火系统工作原理示意图
二、电控点火系统的分类、
结构组成及工作原理
独立点火方式省去了高压线，点火能量损失少。而且，高压部分安装在发动机气缸盖上的金属罩内，减少了对无线电设备的干扰。有些发动机把点火线圈和火花塞制成一体单独安装在气缸盖上(图4-19圈中部分)。汽车常用的独立点火系统如图4-19所示。
2. 无分电器式电控点火系统工作原理
图4-19 汽车常用的独立点火系统
二、电控点火系统的分类、
结构组成及工作原理
(2) 同时点火系统 同时点火系统也称为分组点火系统，其特点是两个气缸共用一个点火线圈，即点火线圈数量为气缸数量的一半，其工作原理如图4-20所示。同时点火系统有两个气缸同时点火，其中一个气缸为压缩行程点火，另一个气缸为排气行程点火，如图4-21所示。
2. 无分电器式电控点火系统工作原理
图4-20 同时点火系统工作原理示意图
图4-21 同时点火系统特点
二、电控点火系统的分类、
结构组成及工作原理
以工作顺序1-3-4-2四缸发动机为例，1、4缸和2、3缸的活塞同时到达上止点，称为同步缸。两同步缸共用一个点火线圈，两个缸的火花塞与共用的点火线圈中的次级线圈串联。当点火线圈初级电路断电时，一个气缸接近压缩行程的上止点，火花塞跳火可点燃该缸的混合气，称为有效点火；而另一气缸接近排气行程的上止点，火花塞跳火不起作用，称为无效点火。
2. 无分电器式电控点火系统工作原理
(3) 二极管配电方式点火系统 二极管配电方式点火系统如图4-22所示。其特点是：
4个气缸共用一个点火线圈,点火线圈为内装初级线圈、双输出次级线圈的特制点火线圈,利
用4个二极管的单向导电特性交替完成对1、4缸和2、3缸的配电过程。
由于二极管配电方式电控点火系统对点火线圈的要求比较高，且发动机气缸数必须是4的倍数，因此在应用上受到一定限制。
图4-22 二极管配电方式点火系统
感
谢
聆
听
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