了解电子点火系统

任务三　了解电子点火系统

任务描述

本任务主要了解电子点火系统的工作原理和分类，以及各类型电子点火系统的组成及工作特点，现场应提供相应的示教设备及实物。

任务实施

一、电子点火系统的分类及工作原理

1．电子点火系统的分类

目前，在国内外生产和使用的汽车上，采用了不同形式的电子点火系统，根据不同结构的点火方式，电子点火系统的类型见表2-1。

表2-1　电子点火系统的分类

2．电子点火系统的工作原理

电子点火系统是在传统点火系统的基础上发展而来的，也是带有分电器的点火系统。它分为触点式和无触点式，其中无触点式电子点火系统又称为全晶体管点火系统，是目前使用最广泛的电子点火系统。无论是哪一类电子点火系统，其工作原理都是利用电子元件（晶体三极管、可控硅、控制组件）取代触点作为开关，根据火信号发生器产生的点火脉冲信号来接通或断开点火系统中点火线圈的初级，通过点火线圈的次级来产生高压电，实现汽车发动机的点火，如图2-16所示。

图2-16　电子点火系统

二、各类型电子点火系统的组成及工作特点

由于电子点火系统种类较多，在本书中重点介绍以下几种汽车常用电子点火系统。

1．磁脉冲式电子点火系统

（1）磁脉冲式电子点火系统的组成及各部分的作用

磁脉冲式电子点火系统主要由磁感应式点火信号发生器、点火控制器、分电器、高能点火线圈和火花塞等组成。电路结构如图2-17所示，各部分的作用说明见表2-2。

图2-17　磁脉冲式电子点火系统电路结构组成

1—信号发生器；2—点火控制器；3—分电器；4—火花塞；5—高能点火线圈；6—电源；7—点火开关；8—附加电阻

表2-2　磁脉冲式电子点火系统的组成及各部分的作用

磁脉冲式电子点火系统的实物如图2-18所示。

图2-18　磁脉冲式电子点火系统实物

（2）磁脉冲式电子点火系统的工作原理

磁脉冲式电子点火系统的工作主要是依靠磁脉冲式点火信号发生器的工作来完成的；磁脉冲式点火信号发生器结构如图2-19所示。

磁脉冲式电子点火系统一般安装在分电器的内部，由信号转子和感应器两部分组成。信号转子由分电器轴驱动，其转速与分电器轴相同；感应器固定在分电器底板上，由永久磁铁、铁芯和绕在铁芯上的传感线圈组成。信号转子的外缘有凸齿，凸齿数与发动机的汽缸数相等。永久磁铁的磁力线从永久磁铁的N极出发，经空气隙穿过转子的凸齿，再经空气隙、传感线圈的铁芯回到永久磁铁的S极，形成闭合磁路。当发动机不工作时，信号转子不动，通过传感线圈的磁通量不变，不会产生感应电动势，传感线圈两引线输出的电压信号为零。转子旋转时，穿过铁芯中的磁通逐渐变化。转子的凸齿每次在铁芯旁边转过一次，线圈中就产生两个一正一负的脉冲信号。如此，发动机工作时转子不断地旋转，转子的凸齿交替地在线圈铁芯的旁边扫过，使线圈铁芯中的磁通不断地发生变化，在传感器的线圈中感应出大小和方向不断变化的感应电动势。传感器则不断地将这种脉冲型电压信号输入点火控制器，作为发动机工作时的点火信号。转速升高时，传感线圈中磁通量的变化速率增大，因而感应电动势成正比例增加。可见，磁脉冲式点火信号发生器输出的交变信号受发动机转速的影响很大。转速越高，信号越强，对点火控制器电路的触发越可靠，但可能造成电路中有关元件的损坏。为此，电路中需增设稳压管等元件来限压。但是，转速过低时，磁脉冲式点火信号发生器输出的交变信号过弱，造成对点火控制器电路的触发不可靠，容易引起发动机起动困难、怠速转速不能调低等问题。所以设计上应保证发动机在最低转速运转时，点火信号发生器输出的信号依然足够强。一般情况下，转速变化时，磁脉冲式点火信号发生器输出的信号电压的变化范围可达0.5～100 V。这一信号除用于点火控制外，还可以用作其他传感信号。磁脉冲式点火信号发生器结构简单，成本较低，因而应用最为广泛。

图2-19　点火信号发生器结构

1—信号转子；2—永久磁铁；3—铁芯；4—磁通；5—传感线圈；6—空气间隙

想一想

观察图2-19，分析转速的变化对传感线圈内磁通和感应电动势有什么样的影响？

（3）磁脉冲式电子点火系统的应用

磁感应式信号发生器结构较简单，便于批量生产，耐高温，适用于各种工作环境，故被广泛采用。北京切诺基、新解放、丰田、富康、爱丽舍等汽车都是用这种类型的点火系统。

2．霍尔式电子点火系统

（1）霍尔效应

当电流通过放在磁场中的半导体基片，且电流方向和磁场方向垂直时，在垂直于电流和磁场的半导体基片的横向侧面上产生一个与电流和磁场强度成正比的电压，这个电压称为霍尔电压，产生的这种现象被称为霍尔效应，如图2-20所示。

（2）霍尔式电子点火系统的组成

霍尔式电子点火系统主要由霍尔式分电器、点火控制器、高能点火线圈、火花塞等组成。其中霍尔式分电器主要由霍尔传感器、点火提前调节装置、配电器等组成；霍尔传感器由触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片、永久磁铁等组成。

图2-20　霍尔效应

霍尔式电子点火系统的组成示意图如图2-21所示。

图2-21　霍尔式电子点火系统的组成示意图

1—点火开关；2—电池；3—点火线圈；4—火花塞；5—霍尔式分电器；6—点火控制器模块

霍尔元件实际上是一个霍尔集成块电路，内部原理图如图2-22所示。因为在霍尔元件上得到的霍尔电压一般为20 mV，因此必须将其放大整形后再输出给点火控制器。霍尔式分电器、点火控制器的实物如图2-23所示。

（3）霍尔式电子点火系统的工作原理

霍尔效应式点火信号发生器是利用霍尔元件的霍尔效应工作的，其工作原理为：当转子叶片进入永久磁铁与霍尔触发器之间时，永久磁铁的磁力线被转子叶片旁路，不能作用到霍尔触发器上，通过霍尔元件的磁感应强度近似为零，霍尔元件不产生电压；随着信号转子的转动，当转子的缺口部分进入永久磁铁与霍尔触发器之间时，磁力线穿过缺口作用于霍尔触发器上，通过霍尔元件的磁感应强度增高，在外加电压和磁场的共同作用下，霍尔元件的输出端便有霍尔电压输出。发动机工作时，转子不断旋转，转子的缺口交替地在永久磁铁与霍尔触发器之间穿过，使霍尔触发器中产生变化的电压信号，并经内部的集成电路整形为规则的方波信号，输入点火控制电路，控制点火系统工作，如图2-24所示。

图2-22　霍尔集成块电路方框图

图2-23　霍尔式分电器、点火控制器

图2-24　霍尔效应式点火信号发生器工作原理

1—触发叶轮的叶片；2—霍尔集成块；3—霍尔传感器；4—导板；5—永久磁铁；6—导板

（4）霍尔式电子点火系统的特点

霍尔效应式点火信号发生器比磁脉冲式点火信号发生器的性能稳定，耐久性好、寿命长，点火精度高，且不受温度、灰尘、油污等影响，特别是输出的电压信号不受发动机转速的影响，使发动机低速点火性能良好，稳定性高，因而其应用日益广泛。

3．光电式电子点火系统

（1）光电式电子点火系统组成

光电式电子点火系统由光电效应式点火信号发生器、点火控制器、分电器、点火线圈、火花塞组成，其功能是采用光电式点火信号发生器产生点火信号，控制点火系统工作。光电式电子点火系统一般安装在分电盘上，也有的直接安装在凸轮轴前端。

光电式电子点火系统机构示意图如图2-25所示。

图2-25　光电式电子点火系统机构示意图

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

光电效应式点火信号发生器实物如图2-26所示。

图2-26　光电效应式点火信号发生器实物图

（2）光电式电子点火系统的工作原理

光电式电子点火系统的工作原理是以光电效应式点火信号发生器为核心来工作的，光电效应式点火信号发生器由遮光盘（信号转子）、遮光盘轴、光源（发光二极管）、光接收器（光敏元件）等组成。遮光盘一般用金属或塑料制成，安装在分电器轴上，位于分火头下面。遮光盘的外缘介于光源与光接收器之间，遮光盘的外缘上开有缺口，缺口处允许红外线光束通过，其余实体部分则能挡住光束，缺口数等于发动机汽缸数；发光二极管发出的红外线光束一般还要用一只近似半球形的透镜聚焦，以便缩小光束宽度，增大光束强度，有利于光接收器接收、提高点火信号发生器的工作可靠性。光接收器可以是光敏二极管，也可以是光敏三极管。光接收器与光源相对，并相隔一定的距离，以便使光源发出的红外线光束聚焦后照射到光接收器上。

图2-27　光电效应式点火信号发生器工作原理

1—光源；2—光接收器；3—遮光盘；4—分电器轴

其工作原理是：当遮光盘随分电器轴转动时，光源发出的射向光接收器的光束被遮光盘交替挡住，因而光接收器（光敏二极管或光敏三极管）交替导通与截止，形成电脉冲信号。该电信号引入点火控制器即可控制初级线圈电流的通断，从而控制点火系统的工作。由于遮光盘外缘上开的缺口数等于发动机汽缸数，遮光盘每转一圈，正好供每缸各点火一次，如图2-27所示。

（3）光电式电子点火系统的特点

光电式电子点火系统的优点：结构简单，成本低，触发信号完全由遮光盘的位置决定，而与转速无关，所以在分电器转速很低时仍然能正常发出触发信号，并且在分电器积水冰冻时也能正常工作。光电式电子点火系统的缺点是硅光敏三极管被弄脏后，灵敏度将会降低。

说一说

以上介绍的3种电子点火系统各有什么特点，相互比较，各有什么优缺点？

三、汽车点火系统维护

1．汽车点火系统维护

点火系统出现故障会造成发动机无法启动，其大部分故障都集中在高压线路，应及时对分电器盖（里外）、高压线、点火线圈及火花塞进行清洁维护。由于点火系统中工作在高压状态下的高压线路较工作在12 V以下的低压线路更易出现漏电，在维护时，可以采用一些防水措施，如用硅胶溶液来密封一些易进水的部分，也可以用橡胶手套来密封电器盖，将高压线由手套的指缝处穿出。对于安装有灵敏度较高的断电器点火系统的汽车，如果行驶已超过10 000 km，最好更换一副白金触点，这样产生的火花就会更强，点火性能就更好。如果点火系统是全电子的，同样要注意防潮，应检查所有的短线的端头以及多线连接盒，保证它们的接头处不会被水侵蚀，从而避免点火系统故障的发生。

2．汽车点火系统维护的安全操作规程

①拆卸点火系统的导线时，应先关掉点火开关。

②当利用起动机带动发动机旋转而又不想使发动机起动时，应拔下分电器中央高压线，并将其搭铁。

③如果怀疑点火系统有故障，而又必须拖动汽车时，应先拆下点火器插接件。

④为防止无线电干扰，应使用1 kΩ电阻的高压导线、1～5 kΩ电阻的火花塞插头和1 kΩ电阻的分火头。

⑤使用带快速充电设备的起动辅助装置起动时，电压不得超过16.5 V，使用时间不得超过1 min。

⑥在车上进行电焊作业时，应先拆去蓄电池搭铁线。

⑦清洗发动机时，必须关断点火开关。

3．汽车点火系统故障检查

（1）点火系统的检查

怀疑点火系统有故障时，可拔出分电器中央高压线，使其端部离汽缸体5～7 mm，接通点火开关，起动发动机，观察高压线端部是否跳火，如无强烈火花，说明点火系统有故障。

（2）点火线圈、高压导线和分火头的检查

测量点火线圈初、次级绕组的电阻值，测量前，先断开点火开关，拆除点火线圈上的导线。初级绕组的电阻值应为0.52～0.76 Ω ，次级绕组的电阻值应为2.4～3 Ω 。如电阻值符合规定，说明点火线圈良好，应及时装上点火线圈上的所有导线。每根高压导线的电阻值应为1 kΩ左右，分火头电阻值应为1 Ω左右。

（3）点火器的检查

如图2-28所示为桑塔纳轿车霍尔式电子点火系统电路图。

图2-28　桑塔纳轿车霍尔式电子点火系统电路

①确认点火器电源电路是否正常。关断点火开关，拔下点火器的插接件，将万用表两触针接在线束插头的4和2接柱上，接通点火开关，电压表测得电压值应约为蓄电池电压值。否则，应找出电源断路故障并予以拆除。

②确认点火器工作性能。关断点火开关，连接好点火器插接件，拔下分电器霍尔信号发生插接件，将电压表两触针接在点火线圈的15（＋）和1（ － ）接柱上。当接通点火开关时，电压表的电压值应为2～6 V，并在1～2 s后必须降为零值，否则应更换点火器。

③确认点火器向霍尔信号发生器输出电压值是否正常。关断点火开关，将电压表的两触针接在霍尔信号发生器线束插头（＋）和（ － ）接柱上，接通点火开关时，电压表测得的电压值应为5～11 V，如果低于5 V或为0 V，再用同样方法对点火器插接件中的接柱5和3进行测试，若电压值为5 V以上，则说明点火器与信号发生器之间的线束有断路故障，应予以排除；若电压值仍为5 V以下，则应更换点火器。

（4）霍尔信号发生器的检查

为了排除干扰因素，一般该项检查应在点火线圈、点火器及连接导线检查正常的基础上，进行信号发生器的输出电压的测量。关断点火开关，打开分电器盖，拔出分电器盖上的中央高压线并搭铁，将电压表的两触针接在插接件信号输出线（0）和接地线（ － ）接柱上，然后按发动机转动方向转动发动机并同时观察电压表上的读数，其值一般在0～9 V变化。当分电器触发叶轮的叶片在空气隙时，其电压值为2～9 V；当触发叶轮的叶片不在空气隙时，其电压值约0.3～0.4 V，若电压不在0～9 V变化，则应更换霍尔信号发生器。

做一做

根据所学知识，自主完成对汽车点火系统的检查维护工作。如图2-29所示为汽车点火系统的故障检查、维护、考核装置。

图2-29　汽车点火系统的故障检查、维护、考核装置

四、任务评价表

自我测试

1．磁电式点火信号发生器主要由________，________，________，________等组成。

2．霍尔信号发生器主要由________，________，________等组成。

3．电容器在分电器上的作用是减少________火花，增强________火化。容器与断电触点成________联。

4．晶体管点火装置有何优点？

5．什么是霍尔效应？

知识拓展

微机控制点火系统

在20世纪70年代后期，随着计算机技术的飞速发展和发达国家对汽车排放限制及对其他性能要求的提高，微机开始在汽车上获得应用，形成微机控制点火系统。通过微机控制点火提前角要比机械式的离心点火提前调整装置和真空点火提前调整装置的精度高得多。微机控制点火系统克服了离心点火提前调整装置和真空点火提前调整装置的缺陷，使点火系统的发展更趋完善，发动机的性能得到进一步改善和更加充分的发挥。因此，微机控制点火系统是继无触点的普通电子点火系统之后，点火系统发展的又一次飞跃。

在现代发动机集中控制系统中，微机控制点火系统仅是电子控制器中的一个子系统。微机控制点火系统按是否配有分电器分为有分电器微机控制点火系统和无分电器微机控制点火系统两种。

1．微机控制点火系统的组成

微机控制点火系统主要由与点火有关的各种传感器、电子控制器（ECU电脑）、点火电子组件（点火器）、点火线圈、配电器、火花塞等组成，如图2-30所示。

图2-30　微机控制点火系统

2．微机控制点火系统的工作原理

微机根据曲轴位置传感器提供的曲轴位置信号，判断出发动机的活塞位置，并且根据信号频率计算出发动机的转速值，再通过电控燃油喷射系统的节气门传感器（或空气流量器）确定负荷的大小，从而对发动机的运行情况作出比较精确的判断；然后根据发动机的转速和负荷的大小，从微机存储单元中查找出对应此情况的点火提前角和点火初级电路导通时间，由这些数据对电子点火器进行控制，从而实现精确控制。另外微机系统还可以根据其他影响因素对这两个因素进行修正，实现点火系统的智能控制。

3．微机控制点火系统应用实例

微机控制系统主要应用于中、高档车型，常称为TCCS系统。它是一种综合性控制系统或者叫集中控制系统，如图2-31所示。

图2-31　汽车发动机微机控制系统（TCCS控制系统）

丰田汽车微机控制点火系统电路控制方框图见图2-32所示。

图2-32　丰田ESA点火系统方框图

丰田汽车微机控制点火系统（也称为ESA系统）的主要作用是控制点火提前角。它代替了传统的离心和真空调节机构，其点火提前角完全由微机进行控制。该系统为非直接点火系统，即保留分电器中的配电器，把点火线圈产生的高压电经配电器送至各缸火花塞，点燃汽缸中的混合气体。

ESA系统可以根据发动机每时的运转状况，对点火时刻作出最佳调整，因而点火时刻控制比传统的离心、真空调节装置要精确得多。