汽车点火系统论文

汽车制造与装配技术毕业论文

摘要

伴随着科学技术的飞跃发展，各种先进的汽车电子控制技术被广泛应用到汽车上，先进的电子控制技术使汽车的动力性和燃油经济性得到了很大的提高，也减少了空气污染，汽车电子控制技术大大促进了汽车工业的发展。而汽车的电子控制是从发动机开始的，而发动机的控制技术是从控制点火开始的，在各种工况下，可以通过ECU控制各个执行器从而获得最佳的点火提前角，使发动机的动力性、经济性、排放性及稳定性均处于最佳。在整个工作过程中，都可对点火线圈初级电路的通电时间和电流进行控制，不仅提高了点火的可靠性，而且可有效地减少电能消耗，防止点火线圈烧损。采用爆燃控制功能后，可使点火提前角控制在爆燃的临界状态，以此获得最佳的燃烧过程。

关键词：丰田点火波形故障分析排除

目录

1 引言……………………………………………………………………………………………

1.1 点火系的发展…………………………………………………………………………………

2 丰田车系发动机点火系概述……………………………………………………………

2.1 传统点火系统………………………………………………………………………………

2.2电控点火系统………………………………………………………………………………3发动机点火示波器概述……………………………………………………………………

4 丰田车系发动机点火系波形分析………………………………………………………

4.1初级点火波形分析…………………………………………………………………………

4.2次级点火波形分析…………………………………………………………………………

4.3点火提前角信号分析………………………………………………………………………

5 故障波形分析………………………………………………………………………………结论…………………………………………………………………………………………………

1 引言

汽油机点火系统的性能对汽油机的动力性、经济性和排放性具有及其重要的影响,但是只有在点火系统满足一定的基本要求才后，才能能使汽油机的各项性能达到较好的水平，因此电控点火系应运而生。

电控点火系统的主要优点：在各种工况下，可以通过ECU控制各个执行器从而获得最佳的点火提前角，使发动机的动力性、经济性、排放性及稳定性均处于最佳。在整个工作过程中，都可对点火线圈初级电路的通电时间和电流进行控制，不仅提高了点火的可靠性，而且可有效地减少电能消耗，防止点火线圈烧损。采用爆燃控制功能后，可使点火提前角控制在爆燃的临界状态，以此获得最佳的燃烧过程。1.1点火系的发展

从传统的机械式有触点点火系到普通电子点火系再到电控点火系是汽油机点火系发展的三重要个阶段。

早期的机械式有触点点火对于以上的点火要求可谓是勉强通过,使汽车容易因点火系问题产生故障。对于要求更高的人们怎么可以继续容忍它带来的这样、那样的不便,于是人们便发明了普通电子点火系。

普通电子点火系它采用信号发生器,从根本上消除了由触点引起的缺点和故障。由于普通电子点火系统对点火提前角的调整仍然采用机械式真空提前装置和离心式提前装置，所以不能对点火提前角进行精确调整,同时它不能对爆震进行反馈控制,为了避免爆震它的实际点火提前角小于最佳点火提前角,以至汽油机车的潜能得不到充分的发挥，于是更先进的电控点火系酝酿而生。它弥补了普通电子点火系的不足,从而更大的发挥了汽车的潜能。

电控点火系统与其他电控系统一样,由传感器、ECU及执行器3部分组成。在工作时,微机根据曲轴位置传感器提供的信号,判断出发动机各缸的活塞位置,并根据

此信号计算出发动机转速值,再通过节气门位置传感器或空气流量计来确定负荷大小,ECU从存储单元中查出对应工况的点火提前角和点火初级电流通电时间,据此对电子点火器进行控制,从而实现对点火系统的精确控制。另外,ECU还根据其他影响

因数对这两个参数进行修正,以实现对点火系统的智能控制。同时,电控点火系统采用爆震信号传感器对爆震信号进行检测,ECU根据检测结果对点火提前角实施反馈控制。通过爆震反馈控制,可以使实际点火提前角比较接近理想最佳点火提前角，从而使汽油机的动力性经济性和有害物控制的控制排放达到较佳的水平。

2丰田车系发动机点火系概述

丰田车的点火系统可以分为传统点火系统和电子控制点火系统两种，传统的电子点火系统正逐渐的被电子控制点火系统所取代。

2.1传统的点火系统

传统点火系统又称触电式点火系统，主要由点火线圈、分电器、火花塞、高压线和分缸线等组成。

01传统点火系统组成

工作原理：传统点火系统中，电源供给的6V或12V的低压直流电，经断电器和点火线圈转变为高压电，再经配电器分送到各缸火花塞，在火花塞电极上产生火花，点燃混合气，使发动机工作。

点火三个阶段：

（1）触点闭合，初级电流增大，铁心中产生磁场。

（2）触电分开，初级电流中断，铁芯中磁场消失，次级绕组中产生高电压。

（3）火花塞间隙被击穿，产生电火花，点燃混合气。

2.2电子点火系统

电控点火系统能使发动机在不同转速、进气量等因素下，在最佳点火提前角工况下工作，使发动机输出最大功率和扭矩，而将油耗和排放控制到最低限度。

2.2.1电子点火系统的类型

电子点火系统从结构上分为有触电点火系统和无触点点火系统。

从控制方式上分为点火式控制式和计算机控制式。

无触点电子点火分为有分电器式和无分电器式。

无分电器式又分为有高压线式和无高压线式。

2.2.2电控点火系统工作原理及组成

电控（计算机控制）点火系统由传感器、电控单元和执行机构等组成。

图02点火系的组成

工作原理：在发动机工作时，ECU根据运行的转速和负荷的实际信息，从所储存的数据库中选取出适应于该工况下的点提前角，同时还根据发动机的冷却液温度进进气量和进气温度（或进气管压力和爆震程度），对所先取点火提前角进行修正，最后确定发动机最佳的点火时刻，并向点火器了出点火指令。点火器接到指令后，便交替地接通与断火点火线圈内初级绕组的电流，使次级绕组不断发出高压电，并通过分电器分配到各汽缸，供火花塞点火。

3发动机点火示波器概述

发动机点火示波器是一种用来检测、诊断发动机点火技术状况的较为新型的仪器。使用点火示波器可将每缸的点火电压随时间的变化关系用波形直观的显示出来，以便于观察，测量分析和判断。除了操作简单和测试迅速外，使用示波器的另一个重要的优点是，能描绘出气缸内点火的全过程。

图03丰田IT-2示波器

点火示波器是以示波管为核心的测试仪器，专门用于汽车点火系统高低压波形分析。它是汽车发动机点火系统故障诊断的测试设备。它不仅能准确描绘出发动机点火系统的工作状况；还可以通过点火波形进一步扩展分析发动机机械部分的工作状况，因此它是常规发动机检查的核心设备。点火示波器通常与数字分析仪组合成一台发动机分析仪；其中数字分析仪相当于台式汽车万用表，但往往增加有单缸断火功率试验功能。点火示波器可显示电压随时间变化的波形，是一种多用途的检测设备。示波器显示信号的速度比一般电子检测设备要快得多，是唯一能即时显示瞬态波形的仪器。

示波器一般由传感器(包括夹持器、测试探头和测针等)、中间处理环节和显示器等组成。示波器的阴极射线管与电视机用的像管为同一形式，在管内的电子枪能将电子束射到管前的荧火屏上，产生了一个光亮点，在管子内有两组金属板，水平的两块叫做垂直偏转板，当从示波器电路中得到电荷时，水平偏板会使电子束从左到右横掠屏幕扫过一条光亮的线条，然后再从右到左变暗回扫。由于光的运动非常快，以至光亮点是发一条实线出现在观察者眼前。

汽油机点火示波器是示波器的一种，专门用来检测诊断汽油机点火系的技术状况。使用汽车专用的点火示波器可以查看点火系统的工作波形，并根据点火的波形判断点火系统的故障。

当点火示波器连接在运转的汽油机点火系电路上时，垂直偏转板通过示波器电路获得电荷。电荷的大小与点火系电压的瞬时变化成比例。随着电子束从左到右的扫描，变化着的电荷使其在垂直方向上产生弯曲，因而光亮点在阴极射线管的屏幕上扫出了一条曲线图形。该曲线图形与点火系的电荷大小相对应，并代表点火系中电压随时间的变化，显示了断电器的触点从开启到关闭的整个点火循环的瞬时变化状况示波器屏幕上将显示出点火系中电压随时间变化的曲线，即点火波形。示波器屏幕显示的波形，在垂直方向上表示电压，在水平方向上表示时间，基线的上方为正电压，下方为负电压。

示波器可以显示发动机点火过程的三类波形：直列波、重叠波和高压波，通过所显示的波形与标准波形的比较，即可诊断出故障所在部位。

由示波器的工作原理可知，凡是电压、电流以及能够转变为电信号的其他非电量，诸如压力、震动、温度、流量等，都可以通过示波器观察和测量，因而在汽车诊断与检测中示波器的应用越来越广泛。

4丰田车系发动机点火系波形分析

利用点火示波器可以对发动机初级点火波形、次级点火波形、点火提前角信号进行分析。

4.1初级点火波形分析

4.1.1初级低压点火波形分析

(1)点火初级闭合角波形，参见图04

图 04 初级点火(分电器闭合角)

自从点火系统发明以来，点火初级闭合角测试是必不可少的调整步骤，现在，

有了先进的便携式汽车示波器技术，能够在示波器屏幕上观察波形的同时看到点火初级闭角的数字显示，所有的一切操作都在的手掌中，如果必要，甚至可以在路试之中进行操作。

然而，随着电子点火控制系统的出现，已无需进行闭合角的调整，它改由发动机控制电脑来控制。现代发动机控制电脑含有最优化的点火控制图，它对点火正时、闭合角等其它因素的控制比传统的白金--电容系统要精确的多，这对发动机性能和尾气排放都很有益。

但发动机控制电脑以及它们的线路系统和点火控制模块都可能出故障，所以初级点火闭合角测试仍然是有用的，由于点火初级和次级线圈的互感作用，在点火次级发生跳火状态会反馈给初级电路，因此点火初级波形显示就平常有用。初级点火闭合角显示主要用来：

a.分析单个气缸的点火闭合角(点火线圈充电时间)；

b.确定平均闭合角的度数或毫秒数；

c.分析点火线圈和初级电路性能(从点火高压线)；

d.分析电容性能(白金或点火系统)。

这个试验能提供关于发动机控制电脑(或白金)的闭合角控制和精确等方面的有用资料，如果有必要，甚至在行驶条件也可以提供。由于点火初级波形非常容易受到不同的发动机、燃油系统和点火条件的影响，因此它对控制发动机和燃油系统部件以及点火系统的部件的问题分析是有价值的。波形的不用部分能表明任一特定气缸中确定的部件或系统的故障，参见波形图中对波形特定部分和相关元件运行的说明框，汽车示波器在显示屏上可以用数字显示出波形的特征值。

试验方法：

使发动机怠速运转，再加速发动机或按照行驶性能出现故障或点火不良发生的条件来起动发动机或驾驶汽车。

确认各缸幅值、频率、形状和脉冲宽度等判定性尺度的一致性，观察对应特定部件的波形部分的问题，核实初级点火闭合角是否在厂家资料规定的范围内。

波形结果：

总体来说，应该密切注意当发动机负荷和转速变化的闭合角(脉冲宽度)的变化情况。

动态峰值检测显示方式对发现各缸点火过程中的间歇性故障非常有效。

(2)点火初级线圈，参见图05

图 05初级点火线圈通过电流

如果怀疑点火线圈短路或点火模块开关晶体管(或白金)有故障，可以用几种方法进行诊断。制造厂商规范可提供点火初级线圈的电阻范围，这是对初级点火线圈静态测量。

对点火初级线圈更精确的动态测量包括：用分析电流波形的方式在工作状态下测试电流值(安培)，另外，在点火初级线圈电流测试中，可以对点火模块开关晶体管的工作状态进行检查，点火模块电流级限的测试能够确认在点火模块的开关晶体管中的电路运行级限电流是否合适。

进行这个试验需要示波器的附件--电流钳，汽车示波器的内部设置可以不做任何的改动就能直接插上电流钳，只需要做初始设置就可以使用了，在任何时候，这种电流钳都可以用来检查任何电磁阀线圈(喷油器等)、点火线圈或开关电路。汽车示波器还在显示波形的同时用数字的方式显示最大电流值。

试验方法：

起动发动机并怠速运转，在使故障重复的条件下，加速发动机或驾驶汽车。如果发动机不能起动，就打起动机让发动机转动，然后观察示波器显示。

波形结果：

当电流开始流入点火初级线圈时，由于线圈特定的电阻和电感特性，引起波形以一定的斜率上升，波形上升的斜率是关键所在，通常点火初级线圈电流波形会以60度角升(在10毫升/格时基下)，大多数新式点火初级电路先提供5-6安培电流给点火线圈，当到达允许最大电流的(5-6安培)，在点火模块中的限流电路就开始起作用。这使得波形顶部变平，在点火初级线圈的“导通时间”(或闭合角)内电流波

形的顶部保持平直。当点火模块关断电流时，电流波形几乎是垂直下降，点火线圈的电流将下降至0。在每一个点火循环中，这个过程在重复着。

重要的是，当电流开始流入点火线圈时，观察点火线圈的电流波形，如果在其左侧几乎是垂直上升的，这就说明点火线圈的电阻大小了(短路)，这可能造成行驶性能故障，并损坏点火模块中开关晶体管。

这个电流波形的初始上升相当于达到峰值的时间通常是不变的，这是由于充满一个好的点火线圈的电流所用的时间是保持不变的(随温度有轻微变化)。发动机控制电脑(逼迫点火模块)增加或减少点火线圈的导通时间。

4.1.2分电器点火初级阵列波形

分电器点火初级阵列波形参见图03

图 06 分电器初级点火波形显示

点火线圈初级信号在动力传动管理系统中是一个重要的诊断信号，点火线圈初级信号一直是一个有价值的诊断项目。对于行驶性能故障，这个信号的应用是最有效诊断的一部分。例如，不能起动、怠速熄火或行驶中熄火、点火不良、喘抖等。当行驶性能故障仅仅发生在行驶或是间歇性出现时，由于便捷式汽车示波器能够随车进行路试，所以它对点火初级信号就特别有用。

几十年来，初级点火阵列波形一直是有效的对行驶性能故障的诊断内容。由于点火次级燃烧的过程，可以通过初级和次级线圈的互感返回到初级电路，所以从点火级上显示的波形是非常有用的。

点火初级阵列波主要用于查出火花塞、高压线的短路或断路故障，或是查出污损的火花塞，它是造成点火不良的主要原因，当点火级不易测试时(例如，无火花塞

高压线的汽车)，测试点火初级波形就比较容易了。

这个试验可以提供关于各缸燃烧质量非常有价值的资料，因为点火初级波形受不同发动机、燃油系统和点火条件的影响，所以用它检测发动机机械部分和燃油系统部件及点火系统部件的故障是有用的。波形的不同部分指示出任一气缸相应部件或系统的故障。参照波形图中相关部件相对应的波形特定段。气车示波器在显示屏上可以用数字的方式显示出波形的特征值。

试验方法：

让发动机怠速运转，按照行驶性能故障或点火不良发生的需要来加速或驾驶汽车。确认各缸信号的幅值、频率、形状和脉冲宽度等判定性尺度的一致性。

波形结果：

跳火电压线：观察跳火峰值电压高度各缸是否相对一致。任何与其它信号相比高度发生实际改变的信号都意味着故障。一个比其它气缸低下很多峰值可能说明这个气缸点火次级电路中存在着高电阻，这可能意味着开路或火花塞高压线电阻太高；一个比其它气缸低很多的峰值可能说明气缸火花塞高压线短路、火花塞间隙小、火花塞破裂或污浊。

第一缸点火峰值显示在最左侧，其它各缸按点火顺序从左至右排列。

4.1.3分电器初级阵列波形(调整时基和触发)

分电器初级阵列波形，参见图04

图 07 分电器点火调整阵列波形

这个波形的测试内容，项目和方法与前面的分电器次级阵列波形完全相同，只是在测试时要确认闭合角随发动机的负荷及转速的变化而改变，还要根据缸数(4，6，8缸)来调整时基(水平轴比例)使得所有气缸峰值都能同时显示在屏幕上。

4.1.4分电器初级单缸波形

分电器初级单缸波形，参见图05

图 06 分电器初级单缸波形

三十年来，点火初级单缸波形测试一直是行驶性能检查的有效手段，由于点火次级燃烧的过程可以通过初级和次级点火线圈的互感返回到初级电路，所以点火初级波形是非常有用的。

这个波形的测试的内容、项目和方法与前面分电器次级单缸波形完全相同，只是测试时要确认闭合角随发动机的负荷和转速变化而改变。

4.1.5电子点火初级单缸波形

电子点火初级单缸波形，参见图06

图 07 电子点火初级信号波形

电子点火初级波形测试对查出对应电子点火线圈的点火故障是有效的测试。由于点火次级燃烧的过程可以通过初级和次级点火线圈的互感返回到初级电路，所以点火初级是非常有用的，电子点火初级单缸波形的测试内容、项目和方法与前面分电器初级单缸波形完全相同，只是在测试时要确认闭合角随发动机的转速和负荷变化而改变的情况，另外还需要这个测试每个点火线圈。

4.2次级点火波形分析

次级点火波形能够提供有关各个汽缸点火和燃烧情况的非常有价值的资料。次级点火波形受不同发动机，燃油系统和点火状况的影响，所测波形形状的正确与否，线条的粗细长短，数据的大小及是否逢稳定都与发系统部件有待定的相关关系，因此次级点火波形能够帮助我们有效而正确的检测出发动机燃烧系统用点火系统的故障。学会次级点火波形的观察，分析方法对诊断点火系统相关的故障是非常有用的。

4.2.1次级点火波形特点

（1）单缸标准波形

次级点火波形分成三个部分：

①点火部分：点火部分有一条点火线和一条火花线，点火线是一条垂直的线，它代表客服火花塞空气间隙所需的电压。火花线则是一条近似水平的线，代表维持电流通过的火花塞间隙所需的电压。

②中间部分：中间部分显示点火线圈中剩余的能量，它会通过初级和次级之间的来回震荡来耗散剩余的能量。这时白金触点开启或晶体管断路。

③闭合部分：闭合部分代表线圈的通电状态，这段时间是白金触点接合或晶体管导通的时间。

（2）多缸并列标准波形

多缸并列标准波形:各缸波形的形状、电压峰值、频率、脉冲宽度等都一致，且波形测试数据在标准数据范围内。

4.2.2.分析次级点火波形的要点

（1）看闭合部分如图07

图08闭合部分

观察点火线圈在开始充电时是否保持相对一致波形下降沿。下降沿一致，表明各缸闭合角一致，点火正时正确。

（2）看点火线如图08

图09 点火线

观察各缸点火（也称跳火）电压高度（电压峰值）是否一致，是否符合该车技术参数，点火线的中后段是否有杂讯。怠速时，次级点火电压通常为10-15KV。点火电压太高，表明在次级线路中存在着高阻值，例如火花塞、高压线开路或损坏，火花塞空气间隙过大。点火电压太低，表明点火次级电路电阻低于正常值，例如火花塞污蚀或破损，火花塞高压线漏电等。点火线的中段火候短线条特别粗，我们称它有杂讯。如果点火线中段或后段有杂讯，表明可能喷油器或进气阀上积碳严重。

（3）看火花线如图09

图10 火花线

看点火部分的火花线是否近似水平，火花线的起点是否和燃烧电压一致、稳定，火花线上是否有杂波。火花线近似水平，火花线的起点和燃烧电压一致且稳定，表明各缸的空燃比一致，火花塞是正常的。如果混合比太稀，燃烧电压就比正常低一些。如果火花塞有污蚀或积碳，火花塞的起点就会上下跳动，火花线明显会倾斜。火花线上有过多杂波，表明气缸点火不良，由于电火过早，喷油器损坏，火花塞污蚀，或其他原因。

（4）看燃烧时间如图10

图11燃烧时间

看点火部分的燃烧时间是否符合该车的技术参数。燃烧时间的长短表明汽缸内的混合气的浓与稀。燃烧时间过长（通常超过2ms）表明混合气过浓，燃烧时间过短（通常少于0.75ms）表明混合气过稀。

（5）看线圈的震荡情况如图11

图12 线圈的震荡情况

点火线全震荡波最少2个，最好多于3个，这表明点火线圈和电容器（在白金点火系统）是好的。

4.2.3次级点火波形可以查明的故障

(1)单缸次级点火波形能查明故障如下

①检测单缸的点火闭合角

②确定单缸点火线圈的充电时间

③判断电容性能

④标明某缸失火的火花塞

⑤查出缸短路或开路的火花塞高压线

⑥查出点火不良受污染的火花塞

试验方法：

按照行驶性能故障或点火不良等情况出现的要求来起动发动机或驾驶汽车，在排气行程火花塞点火系统，调整示波器电压比例在5千伏至10千伏/格之间，这样可以保持作功行程点火的正常显示。确认各缸幅值、频率、形状和脉冲宽度等判定性尺度的一致性，检查对应特定部件的波形部分的故障，在加速或高负荷下。(2)多缸并列次级点火波形

多开缸并列次级点火波形可能查明故障如下:

①诊断出分电盘的漏电情况

②诊断出分火头的漏电情况

③诊断出各缸高压线的漏电情况

④诊断出火花塞的漏电情况

4.3点火提前角信号分析

4.3.1点火提前角的定义

点火提前角是指从火花塞电极间跳火开始，到活塞运行至上止点时的一段时间内曲轴所转过的角度。。

混合气从点燃、燃烧到烧完有一个时间过程，最佳点火提前角的作用就是在各种不同工况下使气体膨胀趋势最大段处于活塞做功下降行程。这样效率最高，振动最小，温升最低。

影响点火提前量最大的因素是转速。随着转速的上升，转过同样角度的时间变短，只有更大的提前角才能得到相应的提前时间。

理论上最小点火提前角为0度，但为了防止在进气行程点燃进气，往往设为5度以上，这也是启动转速所需要的角度。最大点火提前角也不能太大，一般不能超过60度，否则振动和温升问题将凸显，效率也将下降。实际上曲轴结构的转速是受限的。

点火过早，会造成爆震，活塞上行受阻，效率降低，磨损加剧，这是应该防止的。点火过迟，气体做功效率低，排气声大。不论点火过早或过迟，都会影响转速的提升。最佳点火角受很多因素影响，如果要爱车工作在理想状态下，以下因素必须考虑：

①缸温缸压。越高燃烧越快，点火提前角要越小。影响缸温缸压的因素有：发动机压缩比、气温、缸温、负荷。大家的车在气温变化的季节有不同表现正缘于此。

②汽油辛烷值。也就是汽油牌号，越高抗爆震能力越强，相应允许更大的点火提前角。

③燃气混合比。过浓过稀燃烧速度皆慢，需增加点火提前角。这个主要看节气门开度、海拔高度。

对于难以预料的情况，有些车还加装了爆震传感器，发生爆震时自动降低点火提前角。

4.3.2测试方法

(1)连接点火示波器（表）至第一缸和上止点。B通道测试线不可接地；

(2)启动发动机并使其怠速运转，慢慢的加速同时观察屏幕的结果；

(3)当电子及机械（如发现有）开始作用时，点火提前的增加会被观察到。

5故障波形分析

（1）故障波形之一两缸点火电压相差太大参见图12

图13两缸点火电压相差太大

从这个波形上可以清楚的看到各缸的不同情况。4缸点火电压最高，约16kv,3缸点火电压最低，约10.2kv，两者差5.8kv之多，2缸点火线中段合伙划线上有杂讯，点火系统明显有故障。可能3缸高压线开路或损坏，2缸火花塞、喷油器积碳严重。

（2）故障波形之二各缸点火电压峰值高于正常值4kv以上参见图13

图14各缸点火电压峰值高于正常值

丰田车正常点火电压为18kv,现测得电压为24-25kv电压明显过高。

故障原因：

①可能所有的火花塞间隙过大

②可能点火线圈导线安装不好。

③可能点火线圈的电阻值过大。

④可能喷油器和进气阀有积碳

（3）故障波形之三---各缸点火电压参差不一，差值大于4kv 参见图 14

图15各缸点火电压参差不一

故障原因：

①高于平均值的汽缸，可能火花塞间隙过大或电极磨损

②低于平均值的汽缸，可能火花塞有漏电或点火线圈故障。（4）故障波形之四一个或多各缸点火电压过高参见图15

图 16一个或多各缸点火电压过高

故障原因：

①可能火花塞间隙过大

②可能火花塞导线短路

（5）故障波形之五一个或多个点火电压过低参见图 16

图17一个或多个点火电压过低