電子點火系統(tǒng)

發(fā)動機點火系統(tǒng)工作原理王立文2009-7-72023年5月12日汽車點火系王立文1第一頁，共三十二頁。點火系統(tǒng)概述概述汽油發(fā)動機正常工作的三要素：良好的空氣－燃油混合氣；很高的壓縮壓力；正確的點火正時及強烈的火花。在點火系統(tǒng)中所產(chǎn)生的強烈的電火花在最佳的點火時間點燃空氣－燃油混合氣。對點火系統(tǒng)的要求1.強烈電火花在點火系統(tǒng)中所產(chǎn)生的強烈電火花應(yīng)產(chǎn)生于火花塞電極之間，以便于點燃空氣-燃油混合氣。因為空氣存在空氣電阻，這個電阻隨空氣密度的增加而增大，所以點火系統(tǒng)必須能產(chǎn)生幾萬伏的高電壓以保證產(chǎn)生強烈火花。2.正確的點火正時點火系統(tǒng)必須始終根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和載荷的變化提供正確的點火正時。3.持久的耐用性點火系統(tǒng)必須具備足夠的可靠性以經(jīng)得住發(fā)動機產(chǎn)生的振動和高溫。第二頁，共三十二頁。點火系統(tǒng)概述點火開關(guān)點火器初級線圈次級線圈點火線圈

（帶點火器）火花塞傳感器：次級電路：初級電路概述點火系統(tǒng)用點火線圈產(chǎn)生的高電壓來產(chǎn)生火花，點燃已經(jīng)被壓縮的空氣－燃油混合氣。從而產(chǎn)生發(fā)動機的推動力。由于自感和互感，初級線圈產(chǎn)生幾百伏的電壓，次級線圈產(chǎn)生幾萬伏的電壓。第三頁，共三十二頁。點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)的變革點火開關(guān)離心式點火提前裝置分電器IG高壓線高壓線火花塞斷電器觸點凸輪真空式點火提前裝置電阻ST點火

線圈電容器點火系統(tǒng)的類型主要有以下四種：

1.斷電器觸點式這種類型的點火系統(tǒng)具有最基本的構(gòu)造。在該系統(tǒng)中，是通過機械方式來控制初級電流和點火正時的。點火線圈的初級電流受斷電器觸點的周期性控制。離心式點火提前裝置和真空式點火提前裝置控制點火正時。分電器把次級線圈產(chǎn)生的高壓分配到火花塞。提示:·這種類型的點火系統(tǒng)，斷電器觸點必須經(jīng)常調(diào)整或更換。第四頁，共三十二頁。點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)的變革點火開關(guān)離心式點火提前裝置分電器晶體管高壓線高壓線火花塞信號

發(fā)生器真空式點火提前裝置點火

線圈點火器2.晶體管型在這種點火系統(tǒng)中，晶體管根據(jù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的電信號周期性地控制初級電流。點火正時控制裝置與斷電器觸點型相同。第五頁，共三十二頁。點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)的變革點火開關(guān)分電器高壓線高壓線火花塞ECU傳感器點火

線圈點火器晶體管3.帶電子控制點火提前（ESA）的晶體管式在這種點火系統(tǒng)中，離心式點火提前裝置和真空式點火提前裝置已不再使用。采用了發(fā)動機電控單元（ECU）中的電控點火提前（ESA）控制著點火正時。

第六頁，共三十二頁。參考晶體管式的運行原理點火線圈點火器信號發(fā)生器分電器火花塞1.信號發(fā)生器產(chǎn)生點火信號。2.點火器接收點火信號，并使初級線圈的初級電流間斷地流動。3.流往點火線圈的初級電流被突然切斷時，從而由次級線圈產(chǎn)生高電壓電流。4.分電器向火花塞分配由次級線圈所產(chǎn)生的高電壓電流。5.火花塞接受高電壓電流，并引燃空氣－燃油混合氣。正時提前是通過使用調(diào)速器型點火提前器或真空型點火提前器來控制的。第七頁，共三十二頁。參考晶體管式的運行原理提前器彈簧提前器飛錘驅(qū)動板提前器板信號轉(zhuǎn)子軸提前信號轉(zhuǎn)子θ·離心式點火提前器離心式點火提前器按發(fā)動機轉(zhuǎn)速來控制正時提前角。正常情況下，提前器飛錘的位置由其彈簧所決定。由于信號轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)速隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速而增加，使提前器飛錘向外偏轉(zhuǎn)。其結(jié)果是信號轉(zhuǎn)子只能提前至規(guī)定的角度。第八頁，共三十二頁。參考晶體管式的運行原理斷路器板信號發(fā)生器膜片膜片彈簧提前角提前桿提前真空式點火提前器

真空式點火提前器按發(fā)動機負荷來控制正時提前角。膜片通過真空提前桿與斷路器板連接,膜片室有真空提前器歧管端口。當(dāng)節(jié)氣門稍稍開啟時，來自真空提前器歧管端口來的真空吸住膜片，使斷路器板轉(zhuǎn)動。其結(jié)果是信號發(fā)生器移動，并將點火正時提前。第九頁，共三十二頁。參考帶電子控制點火提前（ESA）晶體管化型號的運行原理點火線圈點火器傳感器分電器火花塞IGTIGFECU1.發(fā)動機ECU接收多個傳感器發(fā)來的信號，計算出最佳點火正時，并向點火器送出點火信號。（發(fā)動機ECU控制正時提前角。）2.點火器接收點火信號，并使初級線圈的初級電流間斷地流動。3.流往點火線圈的初級電流被突然地關(guān)斷時，從而由次級線圈產(chǎn)生高電壓電流。4.分電器向火花塞分配由次級線圈所產(chǎn)生的高電壓電流。5.火花塞接受高電壓電流，并引燃空氣-燃油混合氣。第十頁，共三十二頁。點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)的變革點火器ECU傳感器火花塞高壓線點火線圈

（帶點火器）點火線圈點火器點火

線圈火花塞型1型2IGT1ECU傳感器IGT2IGT3IGT4IGT1IGT24.DIS（直接點火系統(tǒng)）這種點火系統(tǒng)取消了分電器，使用多個點火線圈直接向火花塞提供高壓電。點火正時由發(fā)動機電控單元（ECU）中的電子點火提前功能控制。這種點火系統(tǒng)在目前的汽油機中占主導(dǎo)地位。提示:圖2是兩缸同時點火的直接點火系統(tǒng)。壓縮行程和排氣行程同時點火。第十一頁，共三十二頁。點火線圈概述次級線圈火花塞鐵芯點火器初級線圈開概述點火線圈可產(chǎn)生足以在火花塞電極間引燃火花的高電壓。初級和次級線圈都環(huán)繞在鐵芯上。次級線圈的匝數(shù)大約是初級線圈的100倍。初級線圈的一端連接在點火器上，次級線圈的一端連接在火花塞上。兩個線圈各自的另一端則連接在蓄電池上。第十二頁，共三十二頁。點火線圈運行初級線圈電壓恒定電流

控制發(fā)動機速度點火規(guī)定值高OFF0V觸點閉合角

控制IGT信號ON5V低初級線圈電流火花塞點火線圈

點火器運行點火器按發(fā)動機電子控制單元（ECU）輸出的點火信號（IGT）精確地切斷或接通流往點火線圈的初級電流。IGT：點火正時信號第十三頁，共三十二頁。點火線圈運行初級線圈電壓恒定電流

控制發(fā)動機速度點火規(guī)定值高觸點閉合角

控制IGT信號低初級線圈電流點火線圈

點火器ON5V火花塞OFF0V·恒電流控制器

當(dāng)初級電流到達規(guī)定值時，點火器將調(diào)節(jié)電流以限定最大電流值。

第十四頁，共三十二頁。點火線圈運行初級線圈電壓恒定電流

控制發(fā)動機速度點火規(guī)定值高觸點閉合角

控制IGT信號低初級線圈電流火花塞點火線圈

點火器ON5VOFF0V·凸輪閉合角控制器

為保證當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高時初級電流有足夠持續(xù)時間，此控制器調(diào)節(jié)電流持續(xù)的時間長度（凸輪閉合角）。（在某些現(xiàn)今的發(fā)動機型號上，此控制器已通過IGT信號來操作）當(dāng)IGT信號從接通轉(zhuǎn)換至切斷時，點火器關(guān)斷初級電流。初級電流被關(guān)斷的瞬間，在初級線圈中產(chǎn)生的幾百伏的電壓，而在次級線圈中產(chǎn)生幾萬伏的電壓，足以使火花塞引燃火花。第十五頁，共三十二頁。點火線圈運行G恒定電壓

電路NE驅(qū)動器IGF信號

產(chǎn)生電路IGTIF1IF2初級線圈電流ECUIGF微處理器IGTIGF點火器點火確認信號（IGF）點火器按發(fā)動機ECU的IGT信號，精確地中斷點火線圈中的初級電流。當(dāng)點火成功后，點火器向發(fā)動機ECU輸送1個點火確認信號（IGF）。如果發(fā)動機ECU未受到IGF信號，則可認定點火系統(tǒng)內(nèi)存在故障。為防止過熱造成的不良影響，發(fā)動機ECU停止燃油噴射，并將故障代碼儲存在診斷ECU中。但是，發(fā)動機ECU不能探測次級電流電路中的故障，因此發(fā)動機ECU只能監(jiān)視初級電流電路中的IGF信號。提示:在有些發(fā)動機型號上，IGF信號是通過初級電壓判定的。第十六頁，共三十二頁?；鸹ㄈ攀鼋拥仉姌O電阻中心電極端子玻璃密封劑波紋絕緣管陶瓷絕緣體銅芯外殼上桿墊片作用點火線圈次級繞組產(chǎn)生的高壓在火花塞的中心電極和接地電極之間產(chǎn)生火花，點燃氣缸中的已經(jīng)壓縮的空氣－燃油混合氣。第十七頁，共三十二頁?；鸹ㄈc火機理火花塞上產(chǎn)生的火花點燃空氣－燃油混合氣，使其爆發(fā)，通常稱為燃燒。燃燒不會立刻發(fā)生，過程如下所述?；鸹ù┻^空氣－燃油混合氣從中心電極到接地電極?？諝猓加突旌蠚庋刂鸹ǖ穆窂奖挥|發(fā)，同時產(chǎn)生熱量，形成火焰中心?；鹧嬷行挠|發(fā)周圍的空氣－燃油混合氣。這樣，火焰中心的熱量向外擴展，稱之為火焰?zhèn)鞑?，點燃周圍的空氣－燃油混合氣。如果火花塞電極的溫度太低或電極的間隙太小，電極將吸收火花產(chǎn)生的熱量?；鹧嬷行膶⒈幌?，導(dǎo)致缺火。這種現(xiàn)象稱為"電極猝熄"。如果電極猝熄效應(yīng)比較明顯，則火焰中心將被熄滅。電極越小，猝熄作用越小。電極越方形，越容易放電。某些火花塞為了改善點火性能在接地電極上有一個U形槽，或在中心電極上有V形槽。那些帶槽火花塞比電極上不帶槽的火花塞具有較小的猝熄作用，以形成較大的火焰中心。同樣，還有些火花塞通過較細的電極減小猝熄效應(yīng)。第十八頁，共三十二頁?；鸹ㄈc火性能容易放電12不易放電火花塞間隙放電電壓大以下因素影響火花塞的點火性能：1.電極形狀和放電性能圓形電極使放電困難，方形或尖形的電極使放電較容易?；鸹ㄈ?jīng)過長時間的使用，電極成了圓形之后，使放電變得困難。因此，火花塞應(yīng)定期更換?；鸹ㄈ碾姌O越細越尖，越容易產(chǎn)生火花。但是，那樣的火花塞損耗比較快，使用壽命較短。因此，有些火花塞電極上帶白金或銥金，耐耗損。通常稱之為白金或銥金火花塞。2.火花塞間隙和擊穿電壓當(dāng)火花塞耗損后，電極間隙變大，發(fā)動機可能會缺火。中心電極和接地電極間隙增大后，使得火花跳過電極更困難。因此需要更高的電壓來產(chǎn)生火花。所以每隔一定的里程必須調(diào)整火花塞電極間隙或更換火花塞。提示:?如果點火系統(tǒng)能提供足夠高的擊穿電壓，盡管火花塞間隙較大，也能產(chǎn)生強火花，更容易點火。因此市場上有些火花塞的電極間隙為1.1mm。?白金或銥金電極的火花塞不需要間隙調(diào)整，因為它們不容易耗損（它們只需要更換）。第十九頁，共三十二頁?；鸹ㄈ麩嶂禑嶂捣秶匀粶囟劝l(fā)動機速度熱塞火花

塞范圍冷塞

火花范圍熱塞火花塞冷塞火花塞自潔溫度中心電極

溫度（C）熱值由火花塞散出的熱量因其形狀和材料的不同而不同?；鸹ㄈ纳崃糠Q為熱值?；鸹ㄈ苌⒊鲚^多熱量的稱之為“冷型火花塞”，因為火花塞自身保持較冷。散熱量較少的稱之為“熱型火花塞”，因為自身能夠保持較多的熱量?；鸹ㄈ蛴。躺希┯袛?shù)字和字母的組合代碼，用來說明其構(gòu)造和性能。代碼因生產(chǎn)廠家的不同而稍有不同。通常，熱值越大，火花塞越冷，因為它散熱好。熱值越小，火花塞越熱，因為它不容易散熱?；鸹ㄈ行碾姌O溫度----自潔溫度450℃和自燃溫度950℃之間性能最佳。維修提示:對于特殊車輛，要根據(jù)車型來確定最適當(dāng)?shù)幕鸹ㄈ麩嶂怠０惭b不同類型的火花塞會干擾火花塞的自潔溫度和自燃溫度。為了避免這些問題，必須更換特定類型的火花塞。500第二十頁，共三十二頁?；鸹ㄈ麩嶂嫡２徽；鸹ㄈ?.自潔溫度當(dāng)火花塞達到一定溫度后，它能燒掉聚集在點火區(qū)域內(nèi)的積碳，以保持點火區(qū)域的清潔，此溫度稱為自潔溫度?；鸹ㄈ淖詽嵶饔冒l(fā)生在電極溫度450℃以上。如果尚未達到自潔溫度，意味著電極溫度低于450℃，積積碳會聚集在點火區(qū)域。這將導(dǎo)致火花塞缺火。

2.自燃溫度如果火花塞自身成為了熱源，不用火花就點燃了空氣－燃油混合氣，此時的溫度稱為自燃溫度。當(dāng)火花塞電極溫度達到950℃時會發(fā)生自燃。如果發(fā)生這種現(xiàn)象，將導(dǎo)致點火正時不正確，使發(fā)動機功率下降，同時火花塞電極或活塞可能會熔化。第二十一頁，共三十二頁?；鸹ㄈ捉鸹鸹ㄈ?銥尖火花塞普通火花塞白金火花塞銥金火花塞白金電極銥電極白金電極在白金火花塞和銥金火花塞上，中心電極和與其相對的接地電極都覆蓋著白金和銥的薄層。所以，這樣的火花塞，其使用壽命較常規(guī)火花塞更長。由于白金和銥金都耐磨，所以這些火花塞的中心電極可以制作得很小，仍能具有優(yōu)良的引燃火花性能。1.白金火花塞白金火花塞上，白金是焊在中心電極和接地電極的頂端的。中心電極的直徑較常規(guī)火花塞的要小。2.銥金火花塞銥金火花塞上，銥（較鉑有更高的耐磨能力）是焊在中心電極頂端的，但焊在接地電極上的仍是白金。中心電極的直徑較白金火花塞的更小。第二十二頁，共三十二頁。TDI（直接點火系統(tǒng)）概述常規(guī)型分電器點火線圈點火器ECU點火線圈

點火器DIS型ECU凸輪軸

位置

傳感器火花塞曲軸位置

傳感器概述在直接點火系統(tǒng)（TDI）中，已不在點火系統(tǒng)中使用常規(guī)型分電器。取而代之的是對每個氣缸提供一個獨立的整體式帶點火器的點火線圈。因而此系統(tǒng)不需使用分電器或高壓電線，所以能降低高電壓區(qū)的能耗和提高耐用性。同時，因為在高電壓區(qū)內(nèi)不再使用觸點，還將電磁干擾降到最低。點火正時控制是通過使用電子控制點火提前（ESA）來控制的。第二十三頁，共三十二頁。TDI（直接點火系統(tǒng)）概述進氣量

（發(fā)動機負荷）點火正時（正時提前）高高發(fā)動機速度ESA地圖說明·電子控制提前點火（ESA）發(fā)動機ECU接收多個傳感器發(fā)出的信號，計算出點火正時，并向點火器輸出點火信號?？砂窗l(fā)動機條件，根據(jù)以ESA地形圖方式儲存在計算機內(nèi)的最佳點火正時值，連續(xù)地計算出點火正時，和常規(guī)系統(tǒng)和機械式點火正時控制器相比，用ESA控制器的方法可有較高的精度和設(shè)置點火正時的自由。其結(jié)果是此系統(tǒng)可更好地節(jié)約燃料和動率輸出。

第二十四頁，共三十二頁。TDI（直接點火系統(tǒng)）部件1.曲軸位置傳感器2.凸輪軸位置傳感器3.爆震傳感器4.節(jié)氣門位置傳感器5.空氣流量計6.水溫傳感器7.帶點火器的點火線圈9.火花塞8.發(fā)動機ECU第二十五頁，共三十二頁。TDI（直接點火系統(tǒng)）部件1.曲軸位置傳感器2.凸輪位置傳感器3.爆震傳感器4.節(jié)氣門位置傳感器5.空氣流量計6.水溫傳感器7.帶點火器的點火線圈ECU9.火花塞部件直接點火系統(tǒng)由下列元件構(gòu)成：

1.曲軸位置傳感器（NE）探測曲軸角度位置（發(fā)動機轉(zhuǎn)速）。2.凸輪位置傳感器（G）辨認氣缸和行程，并探測凸輪軸正時。3.爆震傳感器（KNK）探測發(fā)動機的爆震。4.節(jié)氣門位置傳感器（VTA）探測節(jié)氣門的開啟角。5.空氣流量計（VG/PIM）探測進氣量。6.水溫傳感器（THW）探測發(fā)動機冷卻液溫度。7.帶點火器的點火線圈在最佳正時時，接通和關(guān)斷初級線圈電流。向發(fā)動機ECU發(fā)送IGF信號。8.發(fā)動機ECU根據(jù)多個傳感器發(fā)出的信號，產(chǎn)生IGT信號，并將此信號送往帶點火器的點火線圈。9.火花塞產(chǎn)生電火花，引燃空氣-燃油混合氣。第二十六頁，共三十二頁。TDI（直接點火系統(tǒng)）部件點火器初級線圈次級線圈磁心旋塞蓋帶點火器的點火線圈此點火器裝置由整合在單一單元中的點火器和點火線圈所構(gòu)成的。過去，高壓電流是通過高壓電線送往氣缸內(nèi)?，F(xiàn)在通過使用帶有點火器的點火線圈，可將點火線圈直接連接在每個氣缸的火花塞上。因點火線圈和火花塞直接連接，使高壓電流過的距離縮短，從而電壓損失和電磁干擾也減少。這樣點火系統(tǒng)的可靠性也得到提高。第二十七頁，共三十二頁。TDI（TOYOTA直接點火系統(tǒng)）運行曲軸

位置傳感器凸輪軸

位置傳感器爆燃傳感器節(jié)氣門

位置傳感器空氣流量計水溫傳感器ECUIGT1IGT2IGT3IGT4IGF+B火花塞#1火花塞#2火花塞#3火花塞#41.發(fā)動機的ECU接收多個傳感器發(fā)送來的信號，計算出最佳點火正時。（發(fā)動機ECU還能實現(xiàn)正時提前控制。）2.發(fā)動機ECU往整體式點火線圈體發(fā)送IGT信號。IGT信號將按點火順序（1-3-4-2）送往各個點火器。3.流往點火線圈的初級電流被快速切斷。在點火線圈內(nèi)產(chǎn)生高電壓電流。4.當(dāng)初級電流超過預(yù)定