现代汽车点火系统

学习领域6　现代汽车点火系统

【学习情景描述】

某轿车从生产线下线无法着车。质检人员描述该车下线时，车辆能够启动，但发动机运转无力，怠速抖动严重。质检人员立即熄火查找原因。经检查发现该车燃料供给系统完全正常。再对点火系统的低压和高压进行测量，发现点火系统低压正常，高压存在两个缸点火能量不足。随即用替换法替换发动机ECU、点火线圈、火花塞等影响点火能量的主要部件，都无法再次着车。接上专用示波器，检测低压线路上的点火信号，发现在点火次级波形上有一段异常波形。于是怀疑是发动机线束故障。更换发动机线束后，车辆正常着车，工作平稳。对发动机线束解剖发现，点火线圈初级线路上有一段绝缘层被击穿，导致该信号线与接地屏蔽线短路。

【学习目标描述】

1.理解并掌握现代汽车点火系统的结构和原理。

2.理解各类点火系统的控制策略和工作过程。

3.掌握点火系统故障诊断的一般流程。

4.掌握汽车点火系统常见零部件的使用维护和检测维修方案。

【学习内容描述】

1.微机控制点火系统的零部件组成及控制过程。

2.各类点火系统的控制电路分析。

3.各类点火系统零部件的基本结构和工作原理。

【学习条件】

1.各类点火系统车辆6台，可设置故障的台架6台。

2.点火系统的挂图及各类点火系统车辆的维修手册。

3.点火系统检测常用的工具设备的使用规范。

4.点火系统常见零部件的使用规范和管理规范。

任务6.1　现代汽车点火系统的结构组成及工作原理

随着汽车电子技术的不断发展，点火系统也不断地发生变化。点火系统经历了传统分电器点火、无触点电子点火、微机控制点火系统3个阶段。现代汽车现在基本发展成为微机控制电子点火。微机控制电子点火系统通过对点火提前角的控制，使得发动机在各种工况和使用条件下的点火提前角都与相应的最佳点火提前角比较接近，而且不像有触点的点火系统那样有机械磨损，因而保证了发动机在任何工况和使用条件下都能在最佳时刻点火，有效地提高了发动机的动力性和经济性，大大降低了排气污染。微机控制无触点电子点火系统在以下3个方面有很大优越性，使其得以在现代汽车上广泛应用：

①能在整个转速范围内提供点火所需的点火能量，即足够的点火电压和跳火持续时间。

②在不同负荷和转速条件下，能为汽油发动机提供最佳点火时间，特别是在小负荷时能提供较大的点火提前角。

③能把点火提前到汽油发动机刚好不至于发生爆震的范围。

本书着重讲解微机控制点火系统的维修分析。

随着电子技术的发展，分电器点火系统逐渐被微机控制电子点火系统所代替。尽管微机控制电子点火系统结构上显得组成零部件较多，包括ECU、曲轴位置信号盘、曲轴位置传感器、凸轮轴相位传感器、点火线圈、火花塞，部分车辆在点火线圈和火花塞之间增加有高压阻尼线。但是，在点火系统的控制策略和控制方法上却越来越简化。如图6.1所示为各类点火系统结构框图。

图6.1　含点火模块的电子点火控制系统

任务6.2　现代汽车点火系统检修项目实施

本书的点火系统基于德尔福MT20U2的点火系统进行分析检测。

6.2.1　点火系统组成零件检测

（1）点火线圈的检测

点火线圈的主要检测项目为次级绕组和初级绕组电阻检测。针对不同的点火线圈，检测项目和方法大同小异。本书以MT20U2分组点火的点火线圈为例进行分析。如图6.2所示为该类点火线圈的外形和解剖图。

图6.2　分组点火线圈的结构图

A—1，4缸控制；B—2，3缸控制；C—点火电源

①使用万用表从线束接口上检测点火线圈初级绕组电阻RBA和RBC值为0.50±0.05Ω。

②使用万用表检测次级绕组电阻R14和R23值为9840±980Ω。

③点火线圈失效的判断如下：

a.通过诊断仪在不着车时，驱动点火线圈动作，检查各缸的点火状态，以判定点火线圈及相关线路故障。

b.通过解码仪读出点火系统故障代码及数据。

c.检查点火线圈4个次级端上有无高压输出。

d.确认点火线圈是否有局部短路造成发动机抖动严重。

e.火花塞引线脱落，高压线质量差，线束内部存在接地短路，造成点火线圈烧坏。

（2）火花塞的检测

火花塞是点火系统的重要部件，如图6.3所示为火花塞的结构图。在使用过程中，必须注意以下4个方面：

①火花塞的工作状态。

②应根据发动机的工作特性选择与之匹配的火花塞。

③绝缘体裙部长度。影响火花塞裙部温度的主要因素是绝缘体裙部长度。绝缘体裙部长，受热面积大，散热困难，裙部温度高的火花塞为热型火花塞。反之，绝缘体裙部短，受热面积小，散热容易，裙部温度低的火花塞为冷型火花塞。在使用中，热型火花塞适用于小功率，低压缩比、低速发动机；冷型火花塞适用于大功率、高压缩比、高速发动机。

④电极间的间隙。火花塞在使用过程中电极间隙必须满足规定的技术要求，且各缸火花塞的间隙应保持一致。

（3）高压阻尼线及使用

高压阻尼线是汽车点火系统中较为重要的部件，主要传递点火线圈的次级高压给火花塞，在使用中必须注意以下两个方面：

①高压阻尼线的米电阻，线体的米电阻必须符合相应技术条件规定。

②将高压阻尼线装配到火花塞上时，必须保证二者接触良好可靠。

图6.3　电阻型火花塞结构图

1—接线螺母；2—高氧化铝陶瓷绝缘体；3—商标；4—六角形钢制壳体；
5—内垫圈（密封导热）；6—密封垫圈；7—中心电极导电杆；8—火花塞裙部螺纹；
9—电极间隙；10—中心电极和侧电极；11—型号；12—抗干扰电阻

（4）发动机电子控制单元工作条件的检查

微机控制电子点火系统要实现点火信号产生，首先必须有相应的点火触发信号，这就要求控制点火模块的发动机ECU必须工作。对于发动机电子控制单元工作，通常必须满足以下3个条件：

①发动机电子控制单元ECU的工作电源。即经过点火开关的点火电源。

②ECU必须有持续的电源满足系统自学习的需要。

③ECU必须有良好的接地回路。

（5）点火触发信号（曲轴位置传感器）的检测

对于微机控制电子点火系统，其点火触发信号多数都来自曲轴位置传感器。曲轴位置传感器主要检测项目如下：

①曲轴位置传感器线圈电阻。电阻值通常在数十欧姆，依电控系统各异。德尔福电控系统多数在56Ω左右。

②曲轴位置传感器与信号盘之间的空气间隙用塞尺测量，应为0.3～1.5mm，如图6.4所示。

图6.4　曲轴位置传感器间隙检测

6.2.2　现代汽车点火系统常见故障诊断及案例分析

（1）微机控制点火系统的常见故障

微机控制点火系统常见故障有点火能量不足、点火时间不对以及根本没有高压火花等。根据无触点电子点火系统的组成可知，产生上述故障的主要原因有：线路连接不良；信号发生器故障；点火线圈故障；点火控制器故障或电脑损坏，等等。

（2）微机控制点火系统的检测方法

1）线路连接情况检查

①检查点火系统插接器工作状况，看其接触是否良好，有无松旷、断路等现象，必要时进行维修。

②检查低压及高压导线连接是否牢靠。

③检查系统各处搭铁状况是否良好等。

④检查点火系统熔断器熔丝是否熔断。

2）点火线圈的检测

点火线圈的检测方法已在本学习领域6.2.1小节中介绍，此处不再赘述。但点火线圈的阻抗因车型不同而异，不同车型阻抗可以查阅维修手册。当线圈阻值不符合规定值时，应更换点火线圈。

3）信号发生器阻抗及转子间隙的检查

信号发生器测试接头及阻抗因车型不同而异。具体检测方法参见本学习领域6.2.1小节。

（3）微机控制点火系统故障诊断的一般程序及方法

1）调取故障码

调取故障码的方法较多，可随车调取故障码，也可借助一些检测设备，如解码器等来获取存储在电控单元中的故障码。

2）元器件性能检测

根据故障码的提示，针对有故障的元器件，需要进一步明确是元器件损坏还是线路（接触不良）所造成的故障，因此需要对元器件做进一步的检测。元器件的检测与普通电子点火系统的元器件检测方法基本一致，线路故障可以用万用表测量、观察插接器松旷情况等手段进行检测。

3）故障模拟再现

对于某些间歇性故障，因受某种特殊环境因素的影响才会出现，在没有这些环境因素时检测，肯定什么故障也检测不到。因此，应采用各种各样的办法，来模拟故障出现的环境要素，让故障再现。一般常用的模拟方法有振动法、加热法、水淋法、电器全部接通法、道路试验法等。

①振动法

振动法是在怀疑线路接触不良或电气元件安装不牢固时所采用的一种方法。振动时的力度要轻，幅度要小。还可用手轻轻拍打怀疑有故障的元器件。

②加热法

加热法是在怀疑某些元器件受温度的影响而发生故障时所采用的一种方法。加热法可用电吹风加热被怀疑的元器件，看故障是否再现。

③水淋法

水淋法是怀疑元器件因受潮或遇漏水所产生的故障时所采用的一种方法。使用该方法时，不能直接用水淋电子元器件，而是采用间接改变电气元件所处环境的湿度来影响被怀疑的元器件，使其故障再现。

④电器全部接通法

使用该方法主要是怀疑某些元器件因受电负荷过大而产生故障。不过这种方法在诊断排除微机控制点火系统故障时应用较少。

⑤道路试验法

某些故障只有在特定的运行状态下才会出现，因此，在进行道路试验时，应尽量接近出现故障时的运行条件，并及时作出分析判断，找出故障所在。

4）波形分析

对于某些复杂的疑难杂症，往往要借助于示波器来拾取各元器件的工作波形，并与标准波形进行比对，最后综合各种因素来诊断故障的所在。

微机控制点火系统因其在精确控制点火时刻所涉及的因素较多，控制过程复杂，给故障诊断带来了一定的难度，但只要用科学的态度和手段认真分析故障原因，综合考虑各种因素，故障也就能迎刃而解。

（4）微机控制电子点火系统常见故障案例分析

案例1　现代SONATA3.0发动机点火系属于功率晶体管外接式点火系系统，如图6.5所示为其电路图。其特点是：这种点火系统将功率晶体管装在电脑的外部，这样便于更换。该车在行驶过程中熄火后不能再次着车且无着火迹象。

图6.5　现代SONATA发动机点火电路

该车进入4S店，经机电技师排查，发现功率晶体管烧毁。

故障诊断排除过程：

1）分析故障原因可能存在于以下3个方面：

①功率晶体管烧毁。

②上止点和曲轴位置传感器及其他传感器无信号。

③ECU的输出信号错误、连接线路短路或断路。

2）对发动机电控系统进行故障自诊断

检查有无故障码。如果有，则按显示的故障码查找故障原因。

3）按照以下项目进行逐项检查以确认系统部件工作是否正常

①检查功率三极管工作电压

拆下功率晶体管的线束插头；判别出其3个管脚的极性，用万用表电压挡测其基极（管脚18）的电压；发动机启动时万用表的读数应有1～2V的电压。

a.如果有此电压，说明ECU和传感器是完好的，故障在功率晶体管和点火线圈。

b.如无此电压，说明ECU和传感器有故障。

②检查功率晶体管

检查功率晶体管的线束侧搭铁线和电源线是否良好；检查功率晶体管。

③检查分电器上的上止点和曲轴位置传感器及其他传感器

此传感器安装在分电器上，一个传感器可发出两个电信号，其中接脚3是ECU提供的电源，接脚2是搭铁线，接脚1是传感器给ECU的曲轴位置信号，接脚4是传感器给ECU的上止点信号。检测时，可用示波器测1和4的波形，其波形是位置信号，用电压表测，应有一定的电压值。

④采用更换ECU试验的方法

用一个新的同型号ECU更换，试验发动机是否能启动。如果不能启动，说明不是ECU故障，进行下一步检测；如果能启动，说明是ECU故障，更换ECU。

⑤检测点火线圈及其电源

a.在点火开关为OFF的情况下，拔下点火线圈的电源插头。用万用表的电压挡测其端子，当点火开关为ON时应有12V电压。若无此电压，应检查继电器的好坏及熔断丝是否已断。

b.用万用表欧姆挡检测点火线圈的初级电阻及次级电阻，初级电阻为0.8～12Ω，次级电阻为10～13kΩ。

案例2　时代超人AJR发动机点火系属于无分电器分组点火系统，如图6.6所示为其电路图，这种点火系的原理与有分电器的不太相同。若有4个缸就是两个点火线圈，若有6个缸就有3个点火线圈，依此类推。以4缸为例，发动机ECU直接发出控制信号给点火组件功率晶体管，一个功率晶体管控制一个点火线圈，因而其控制线有两条，所以这种点火系就必须有曲轴位置转角及TDC信号，时代超人AJR发动机使用霍尔传感器（G40）和磁感式转速传感器（G28），同时发动机ECU要接收其他各种传感器的信息来确定点火时刻，该车的车主打电话到4S店，发动机不能启动，且无着火征兆。

对于该车的故障诊断流程如下：

1）原因分析

引起该车不能着车的主要原因如下：

①发动机转速传感器信号丢失或信号不良。

图6.6　时代超人AJR发动机点火系统电路

②点火组件损坏或点火线圈损坏。

③连接线路断路、短路。

④ECU故障。

2）故障诊断

根据上述原因，对该车进行如下诊断：

①进行故障自诊断

检查有无故障码。如果有，则按显示的故障码查找故障原因。如果无故障码，则按后面步骤进行。

②判断故障部位

这种点火系无高压火花，首先要判断是点火模块的故障还是ECU和传感器的故障。

③检查点火模块的工作电压

a.拔下点火模块上的线束连接器插头。

b.打开点火开关。

c.用万用表检测连接器插头2和4端子电压，插头排列如图6.7所示。其值为蓄电池电压，若不符合，应检查点火线圈到15号电源线是否有断路现象。

④点火线圈次级电阻的检测

用万用表电阻挡检测A、D（次级）端子电阻和B、C（次级）端子电阻（见图6.8），结果应为4～6kΩ。若所测结果不符合标准，应更换点火组件。

3）检查发动机ECU给点火模块的脉冲信号

①将点火开关置OFF后，拨下燃油泵继电器，拔下点火模块的线束插头。

②自制一个二极管试灯并且串联一个千欧级电阻，当启动发动机时用二极管试灯测71—1和78—3间是否有脉冲电压，也就是说二极管试灯的正极接到1或3上，试灯负极接搭铁，启动发动机时试灯须闪亮。若试灯闪亮说明ECU和传感器是完好的，故障在点火模块或继电器和熔断丝；若试灯不闪亮说明是ECU、连接线束和传感器的故障。

图6.7　控制组件连接插头

图6.8　点火线圈组件

4）检查传感器

检查霍尔传感器和转速传感器的工作情况。

5）更换ECU试验

如果前述检测都正常，应采用替换ECU的办法进行故障的确认与排除。

案例3　尼桑阳光发动机点火系统为直接点火系统，这种点火系统的控制原理与双缸点火式的相同，但不是一个点火线圈供两个缸，而是一个缸用一个点火线圈。每一个点火线圈都由一个功率晶体管控制，有几个缸就有几条从电脑来的控制线，因而它也需要用两个传感器，即曲轴位置和凸轮轴位置传感器来确定点火时刻。该车型的一位车主早上起来启动车辆，发现发动机不能启动，且无着火征兆。其电路图如图6.9所示。

1）该车故障原因分析

①曲轴位置传感器或凸轮轴位置传感器无信号或信号不良。

②点火控制模块损坏。

③连接线路短路、断路。

④ECU故障。

2）故障诊断与排除

①自诊断

进行故障自诊断，检查有无故障码。如果有，则按显示的故障码查找故障原因。如果无则继续下面的检查。

②故障部位判断

这种点火系统如果无高压，首先判断是点火模块的故障还是ECU和传感器故障。

图6.9　尼桑阳光轿车点火系统电路图