汽车电子点火系统论文
-
安徽机电职业技术学院
毕
业
论
文
论文题目
汽车电子点火系统的概述与故障诊断分析
系
别
汽车工程系
专
业
汽车电子技术专业
班
级
汽电
3111
班
姓
名
张
强
儒
学
号
1604113021
指导老师
田
苗
发
2010
～
2011
学年
第
1
学期
安徽机电职业技术学院毕业论文
发动机电子点火系统概述与诊断探究
摘
要
发动机的点火系统由传统点火系统发展到电子点火系统，
将来发展趋
势是向着
微机点火系统方向发展
.
<
/p>
汽车发动机向着多缸、高转速、高压缩比的方向发展，人们还力图通过改善混
合气的燃烧状况，以及燃用稀混合气，以达到减少排气污染和节约燃油的目的。这
些都要求汽车的点火系统能够提供足够高的次级电压、火花能量和最佳点火时刻。
传
统点火系统已经不能满足这些要求。因此，各国都在积极探索改进途径，并研制
了一系列
的电子点火系统。国内外汽车上使用的电子点火系统主要分为有触点的电
子点火系统和无
触点的电子点火系统两大类。无论是哪一类电子点火系统，都是利
用电子元件
(
晶体三极管
)
作为开关
来接通或断开点火系统的初级电路，通过点火线
圈来产生高压电。
电子点火系统与机械式点火系统完全不同，它有一个点火用电子控制装置，内
部有发动机在各种工况下所需的点火控制曲线图
(MAP
图
)
。
通过一系列传感器如
发
动机转速传感器、进气管真空度传感器
(
发动机负荷传感器
)
、节气门位置传感器、
曲轴位置传感器等来判断发动机的工作状态，在
MAP
图上找出发动机在此工作状
态下所需的点火提前角，按此要求进行点火。然后根据爆震传
感器信号对上述点火
要求进行修正，使发动机工作在最佳点火时刻。
电子点火系统也有闭环控制与开环控制之分
:
带有爆震传感器，
能根据发动机是
否发生爆震及时
修正点火提前角的电控系统称为闭环控制系统；不带爆震传感器，
点火提前控制仅根据电
控单元内设定的程序控制的称为开环控制系统。
对于电子点火
系统课题的探讨，
主要是介绍各种电子点火系统的结构组成及其
工作原理，无触点电子点火系统、有分电器计算机点火系统、无分电器电子点火系
统的常
见故障诊断及排除方法。
通过这些问题的深入探讨，
熟悉了解电
子点火系统。
关键词
：科技创新
节能减排
高智能化
高精度
2
目
录
摘要
第一章
绪论
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
„„„„„
2
第二章
发动机电子点火系统的概述
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
3
2.1
发动机电子点火系统的要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
3
2.2
发动机电子点火系统的作用„„„„„„„„„„„„
„„„„„„„„„„
3
2.3
发动机电子点火系统的分类„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
4
第三章
发动机电子点火系统的组成及工作原理
„„„„„„„„„„„„„
5
3.1
发动机电子点火系统的组成„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
5
3.2
发动机电子点火系统的工作原理„„„„„„„„„„
„„„„„„„„„„
5
3.3
发动机电子点火系统的结构原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
6
第四章
发动机电子点火系统的故障诊
断与排除
„„„„„„„„„„„„„
10
4.1
发动机电子点火系统的
故障诊断方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„
10
4.2
发动机电子点火系统的常见故障„„„„„„„„„„
„„„„„„„„„„
10
4.3
发动机电子点火系统的低压故障„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
10
4.4
发动机电子点火系统的高压故障„„„„„„„„„„
„„„„„„„„„„
11
4.5
发动机电子点火系统的故障排除方法„„„„„„„„„„„„„„„„„„
11
第五章
结论
„„„„„„„„„„„„„„
„„„„„„„„„„„„„„„„
13
参考文献
致谢
安徽机电职业技术学院毕业论文
第一章
绪论
发动机的点火系统由传统点火系
统发展到电子点火系统，
将来发展趋势是向着微机点
火系统方向
发展。
在汽车上传统点火系统的应用已有半个多世纪的历史了，
虽然它的部件
不断地有所改进，
使其发火性能及使用寿命有所提
高，
但是并未从根本上解决问题。
在传
统的点火系统里，
触点是继电器最薄弱的环节，
当断电器触点分
开时，
在触点之间产生火
花，使触点氧化、烧蚀，因而断电器触
点的使用寿命短，需要经常维护；触点火花的大小
与初级电流的大小有关，
使点火系统初级电流和次级电压的提高受到限制；
初级电流和次
级电压的大小随着发动机的转速的升高和汽缸数的增多而下降，
使多缸发动机
高速时工作
不可靠；当火花塞积炭时，
因漏电次级电压低不能可
靠地点火等。近年来，汽车发动机向
着多缸高速的方向发展，
人
们还力图通过改善混合气的燃烧状况，
以及燃用稀混合气，
以<
/p>
达到减少排气污染和节约燃油的目的。
这些都要求汽车的点火系统
能够有足够高的次级电
压、火花能量和最佳的点火时刻。
传统点
火装置已不能适应这一要求。为此，一种使用点
火信号发生器来代替触点触发的点火系统
应运而生，
即半导体点火系统，
又称电子点火系
统。目前，发达国家生产的汽车已全部使用电子点火系统。我国也正在积极推广之中。
< br>随
着电子工业的发展，它将逐渐取代传统的蓄电，
点火系统是汽油发动机重要的组成部分，
点火系统的性能良好与否对
发动机的功
率、油耗和排气污染等影响很大。汽车在行驶中出现的发动机工作不良，点火
系统的
故障占了好大的比例。因此，具有性能优良、工作可靠的点火系统，一直是广大汽
车
设计、制造和使用者所努力追求的。点火系统的电子化，使得点火系统的点火性能进<
/p>
一步提高，工作可靠性加强，这对降低发动机的油耗和排污，提高发动机的动力性，
、
经济性和工作可靠性都起了很大的作用，
使
电子点火系统特别是使用了微机控制的电
子点火系统其维修的难度也相应增加了。
2
安徽机电职业技术学院毕业论文
第二章
发动机电子点火系统的概述
2.1
发动机电子点火系统的要求
（
1
）
.
能产生足以击穿火花塞间隙的电压
火
花塞电极击穿而产生火花时所需要的电压称为击穿电压。点火系产生的次级电压
必须高于
击穿电压，才能使火花塞跳火。
（
2
）．火花应具有足够的能量
发动机正
常工作时，由于混合气压缩终了的温度接近其自燃温度，仅需要
1~5mJ
的
火花能量。但在混合气过浓或是过稀时，
发动机起
动、怠速或节气门急剧打开时，则需要
较高的火花能量。
并且随
着现代发动机对经济性和排气净化要求的提高，
都迫切需要提高
火花能量。因此，为了保证可靠点火，高能电子点火系一般应具有
80~100mJ
的火花能
量，起动时应产生高于
100mJ
的火花能量。
（
3
）．点火时刻应适应发动机的工作情况
首先，点火系统应按发动机的工作顺序进行点火。其次，必须在最有利的时刻进行
点火。
由于混合气在气缸内燃烧占用一定的时间，所以混合
气不应在压缩行程上止点处点
火，而应适当提前，
使活塞达到上
止点时，
混合气已得到充分燃烧，
从而使发动机获得较
大功率。
点火时刻一般用点火提前角来表示，
即
从发出电火花开始到活塞到达上止点为止
的一段时间内曲轴转过的角度。
如果点火过迟，当活塞到达上止点时才点火，则混合气的燃烧主要在活塞下行
过程
中完成，即燃烧过程在容积增大的情况下进行，使炽热的气体与气缸壁接触的面积增
大，
因而转变为有效功的热量相对减少，
气缸内最高燃烧压力降
低，
导致发动机过热，
功率下
降。
如果点火过早，由于混合气的燃烧完全在压缩过程进行，气缸内的
燃烧压力急剧升
高，当活塞到达上止点之前即达最大，使活塞受到反冲，发动机作负功，
不仅使发动机的
功率降低，并有可能引起爆燃和运转不平稳现象
，加速运动部件和轴承的损坏。
2.2
汽车电子点火系统的作用
点火系统在
引擎运转时所扮演的角色是在任何引擎转速及不同的引擎负荷下，
均能在
适当的时机提供足够的电压，
使火花塞能产生足以点燃汽缸内混合气的火花，<
/p>
让引擎得到
最佳的燃烧效率。
点火系统的基本装置包含了电源、点火系统（电瓶）
、点火触发装置、<
/p>
点火正时控制装置、高压产生器（高压线圈）
、高压电分配装置（
分电盘）
、高压导线及火
花塞。
现代的
点火提前装置则已改由引擎管理电脑所控制，
电脑收集引擎转速、
进气歧管
3
安徽机电职业技术学院毕业论文
压力
或空气流量、节气门位置、电瓶电压、水温、爆震等讯号，算出最佳点火正时提前角
度，
再发出点火讯号，达到控制点火正时的目的。
2.3
电子点火系统的分类汽车
20
世纪
80
年代
以来，汽车上广泛应用无触点电子点火系统。目前所说的电子点火系
统均指无触点电子点
火系统。其分类方法如下：
（
1
）
按储能方式分类
按储能方式不同，电
子点火系统可分为电感储能式和电容储能式两种类型。
①
电感储能式电子点火系统。储能元
件为点火线圈，发动机工作时，点火系统先将
点火能量以磁场能量的形式储存在点火线圈
中，
在需要点火时再将部分点火能量转换为电
场能量并分配到火
花塞电极间隙上跳火点燃混合气。电感储能式电子点火系统结构简单、
成本较低，因此汽
车上普遍采用。
②
电容储能式电子点火系统。储能元件为电容器，发动机工作时，点火系统先将点
火能量以电场能的形式储存在专用电容器中，
在需要点火时储能电容再向点火线圈初级绕
组放电，
同时在次级绕组中感应产生高压电并加到火花塞电极间
隙上跳火点着混合气。
电
容储能式电子点火系统结构复杂、成本
较高，
放电持续时间较短，对发动机启动、
低速点
火和燃烧稀气极为不利，因此主要用于转速较高的赛车发动机。
（
2
）
按点火信号发生器类型分类
按点火信
号发生器类型的不同，
电子点火系统可以分为霍尔式、
电磁感应
式和光电式
电子点火系统三种类型。
①
霍尔式电子点火系统。霍尔信号发
生器用霍尔元件制成，又称为霍尔效应式信号
发生器或霍尔式传感器，其突出优点是输出
信号准确可靠，不受发动机转速影响。
②
磁感应式电子点火系统。感应式信
号发生器又称磁感应式传感器，其突出优点是
结构简单，工作可靠。但是其输出信号在低
速时不如霍尔式传感器准确可靠。
③
光电式电子点火系统。光电式信号发生器又称为光电式传感器，是利用发光元件
和光电转换元件制成的传感器。由于发光元件和光电转换元件的工作性能受环境影响较
大，
而汽车工作环境十分恶劣，
这就要求光电传感
器安装在密封良好的环境内，
因此采用
光电式点火系统的汽车较
少。
4
安徽机电职业技术学院毕业论文
第三章
汽车电子点火系统的组成及工作原理。
3.1
发动机电子点火系统的组成
系电子点
火系统又称为半导体点火系统或晶体管点火系统，
零件组成如图所示，
< br>主要
由低压电源、点火线圈、点火控制器、分电器以及安装在分电器内部的点火信
号发生器、
火花塞等组成。
（
1
）
低压电源，
点火
系统的低压电源为蓄电池或交流发电机，
标称电压一般为
12V
。
低压电源的作用是为点火统提供所需的电能。
（
2
）点火线圈，构造与自
藕变压器相似，主要由铁心、初级绕组和次级绕组组成，
其功用是将
12V
低压电转换成
15~20kV
的高压电。
（
3
< br>）点火控制器，又称为点火电子组件或电子点火器，由半导体器件组成电子开关
电
路，
主要作用是根据点火信号发生器产生的点火脉冲信号，
接通
和切断点火线圈初级绕
组电路。
（<
/p>
4
）分电器，由点火信号发生器、配电器和点火提前机构等组成。
点火信号发生器又称点火信号传感
器，其功用是根据发动机气缸点火时刻要求，产
生控制点火的脉冲信号。
配电器由分电器盖和分火头组成。分电器上设有旁
电极，当分火头旋转时，其上的
导电片轮流与旁电极靠近，从而将点火线圈产生的高压电
按工作顺序送往各缸火花塞。
点火
提前机构的作用是随发动机转速和负荷的变化调节点火提前角。
（
5
）火花塞，其作用是将点火线圈次级绕组产生的高压电引
入气缸燃烧室，产生电
火花点着可燃混合气。
（
6
）点火开关，其功用是控制点火系统的初级电路，
点火开关一旦断开，发动机就
会立即熄火。
3.2
发动机电子点火系统的工作原理
点火
系统是利用互感原理
（一个线圈中的电流变化而使另一个线圈产生感应电动势的
现象，称为互感现象）
，先由点火线圈将低压电源转变为高压电源，然后
再由配电器将高
压电分配点火系统是利用互感原理到各缸火花塞产生电火花。
发动机转动时，
信号发生器的转子在配气凸轮轴
的驱动下旋转，
信号发生器内部就会
产生信号电压，并输入点火
控制器控制大功率三极管的导通与截止。
在点火开关
SW
接通的情况下，
当三极管
< br>VT
导通时，
初级绕组中就有电流流过，
其电
路为：蓄电池正极
→
电流
表
A
→
点火开关
SW
→
点火线圈“
+15
”端子
→
初级绕组
W1<
/p>
→
点火
线圈“—
1
”端子
→
点火控制器大功率三级管<
/p>
VT
→
搭铁
→<
/p>
蓄电池负极。电流流过线圈时，
5
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便在
铁心中形成磁场。
当三级管截止时，
初级电路被切断，初级电流
消失，铁心中的磁通
量迅速变化，
在初级绕组
< br>W1
和次级绕组
W2
中都会感应
产生电动势。
由于次级绕组匝数多，
因此能够感应产生足以击穿
火花塞电极间隙的高压电动势。
高压电路电流流过的路径：<
/p>
次级绕组
W2
→
点火线圈
“
+15
”
< br>端子
→
点火开关
SW
→
电流
表
A
→
蓄电池
→
搭铁
→
火花塞旁电极
→
中心电
极
→
配电器旁电极
→
< br>分火头
→
点火线圈高
压插孔“<
/p>
4
”
→
次级绕组
。
由此可见，
点火系统有两个电路：
初级电流流过的路径为低压电路，
而高压电流过的
路径称为高压电路。但在使用中，一般讲点火线圈至火花塞之间的电路称为高压电路。
点火控制器的大功率三极管没截止一次，
点火线圈就
产生一次高压电。
分电器轴每转
一转，
配电器就按发动机的点火顺序，
轮流向各缸火花塞输送一次高压电。
发动机工作时，
信号发生器转子在发动机凸轮轴的驱动下连续转动，
并不断的产生点火信号控制三极管的
导通与截止，
点火
线圈就不断的产生高压电并由配电器按点火顺序分配到各缸火花塞产生
电火花点燃混合气
，保证发动机正常工作。
3.3
发动机电子点火系统的结构原理
⑴
.
点火线圈
点火线圈是是电子点火系统的重要部件，
作用是将低压电源转变
成高压电源。
按结构
不同点火线圈可分为开磁路式和闭磁路式两
种。
微机控制点火系统大多采用闭磁路点火线
圈。
①
.
开磁路点火线圈。<
/p>
当初级电流流过初级绕组时，
产生的磁通由铁心经导磁钢片构成<
/p>
回路，
因为磁路上下两部分磁通是从空气中穿过，
铁心与导磁钢片未构成闭合回路，
所以
称为开磁路式点
火线圈。
②
.
闭磁路式点火线圈。铁心由浸有绝缘漆的导磁钢片叠合成“日”字形或“口”字
形。铁
心内绕初级绕组，
外绕次级绕组。壳体采用热熔性塑料注塑成型，
填充剂采用热熔
性树脂作为绝缘填充物，
因此具有较好的绝缘
性和密封性能。
为了减少磁滞现象，
铁心设
有一个微小的气隙。因此磁路几乎是闭合回路，所以称为闭磁式点火线圈。
闭磁式点火线圈的显著优点是漏磁少、
磁阻小，
因此能量损失小，
其能量转化效率可
达到
75%
（开磁路式点火线圈只有
60%
）
。
与开磁路式点火线圈相比，
在
产生相同次级电压
的条件下，绕组匝数大大减少。除此之外，还有体积小，结构紧凑的优
点。
⑵
.
分电器
电子点火系统用分电器是由点火信号发生器、
离心提前装置、<
/p>
真空提前装置和配电器
等组成。
各种电子
点火系配装的分电器除点火信号发生器之外，
其他部件的结构原理大同
< br>小异。
①
.
< br>点火信号发生器。
信号发生器又称信号传感器，
分为霍尔
式、
磁感应式和光电式三
6
安徽机电职业技术学院毕业论文
种。目前，电子点火系统常用的有霍尔式、磁感应式两种。
<
/p>
霍尔式信号发生器：
霍尔信号发生器根据霍尔效应制成，
把一个通有电流
I
的长方形
白金导体垂直于磁力线放入磁感应强度为
B
的磁场中时，<
/p>
在白金导体的两个横向侧面上就
会产生一个垂直于电流方向和磁场
方向的电压
UH
。当取消磁场电压立即消失。该电压后
来称为霍尔电压，用字母
UH
表示，霍尔电压与
通过白金导体的电流
I
和磁感应强度
B
成
正比。
霍尔效应制成的传感器的突出
优点：
一是输出电压信号近似于方波信号；
二是输出
电压的高低与被测物体的转速无关。霍尔式传感器与磁感应式传感器不同是需要外加电
源。
霍尔式信号发生器基本结构，
由触发叶轮、
霍尔集成电路、导磁钢片、
永久磁铁等组
成。
工作原理：
当发动机转动时，
配气凸轮轴便通过中间轴驱动分电器轴转动，
分电器轴
托板上的离心提前装置的弹簧便会通过凸轮轴带动转子轴转动。
当转子轴上的触发叶轮转
动时，
叶片便会在霍尔集
成电路与永磁铁之间转动。
当叶片进入气隙时，
霍尔集成电路的
磁场被叶片旁路，
霍尔电压为零，
霍尔
集成电路输出级的三极管截止，
信号发生器输出的
信号电压
U0
为高电平，此时点火线圈的初级绕组的电流被接通。当叶片离开
气隙时，永
久磁铁的磁铁便经霍尔集成电路和导磁钢片构成回路，
霍尔元件产生电压，
输出级三极管
导通，输出信号电压
U0
为低电平。此时点火线圈的初级绕组初级电流被切断，次级绕组<
/p>
将被感应产生高压电。
磁感应式信号发
生器：构造，信号转子、定子、塑性永久磁环、信号线圈、转子轴、
活动底板，固定底板
等组成。
磁感应式信号发生器原理：
当分电器轴转动时，
分电器的离心提前机构便带动信号转
子旋转
，
磁路中的气隙发生周期性变化，
磁路的磁阻和穿过信号线圈磁
头的磁通量随之发
生周期性的变化。
根据电磁感应原理，
传感线圈中就会感应产生交变电动势。
信号转子每
转过一个爪极，
传感线圈中就会产生一个周期的交变电动势，
即电动势出现一次最大值和
一次最小值，
传感线圈也就相应的
输出一个交变电压信号。
转子每转一圈
（发动机曲轴转
两圈，分电器轴转一圈，转子轴就带动转子转一圈）
，传感线圈就会产生
与发动机汽缸数
相同个数的交变电压信号输入电子控制器。
每当
信号电压达到一定值是，
控制器便切断点
火线圈初级电流，次级
绕组中就会产生高压电是火花塞跳火。
磁感应式信号发生器的
突出优点是不需要外加电源，
永久磁铁起着将机械能转换为电
能
的作用，其磁能不会损失。
当发动机转速变化时，转子爪极的转速也将发生变化，铁心<
/p>
7