汽车发动机点火电路的分析与检测

由微机控制的电子点火系统根据高压电分配方式的不同可分为两大类：有分电器的点火控制系统和无分电器的点火控制系统。

（1）有分电器的点火控制系统

有分电器的点火控制系统是采用传统的配电方式，即ECU 根据各输入信号确定点火时间，并将点火正时信号送至点火控制器，当点火正时信号变为低电平时，点火线圈初级电流被切断，次级线圈中感应出高压，再由分电器送至相应缸的火花塞，产生电火花。例如，丰田皇冠3.02JZ-GE、桑塔纳2000GLi AFE 等发动机都采用了这种控制方式。

1）典型电路分析

丰田皇冠3.02JZ-GE 发动机点火系统电路如图2.32 所示，其曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器都为磁感应式，并制作成一体，安装在分电器内。曲轴位置传感器分为上下两个部分，上部分产生G 信号，下部分产生Ne 信号，分别送入ECU。凸轮轴位置传感器有两个信号线圈分别检测1 缸和6 缸上止点，当1 缸上止点线圈先发出信号时，点火顺序为1—5—3—6—2—4；当6 缸上止点线圈先发出信号时，点火顺序为6—2—4—1—5—3。当起动机带动发动机旋转时，分电器内双层线圈会产生交流脉冲信号。其中，上层线圈所对应的信号齿为24 个，曲轴转两圈（720°），分电器轴转一圈，它将产生24 个完整的交流脉冲信号，此信号输送至ECU 作为曲轴转角信号。下组线圈所对应的信号齿只有一个，但相对有两组线圈，分别为G1和G2，用于检测1 缸和6 缸上止点。当信号齿经过G1线圈时，将产生一次完整的交流脉冲信号，此信号至ECU，当为正半周时，ECU 将发出第一次IGT 信号，点火模块内大功率晶体管导通，点火线圈初级线圈充磁；当为负半周时，IGT 信号高电位变为低电位，点火模块内晶体管截止，点火线圈次级线圈产生高压电。

点火线圈次级线圈高压电经高压线分火头→1 缸旁电极→1 缸高压线→1 缸火花塞点火。初级线圈自感电动势被IGF 信号发生器识别捕捉产生电信号，IGF 信号发生器控制晶体管导通，IGF 信号电压由5 V 变为0 V，产生IGF 信号，表示点火成功信号。ECU 根据IGF 信号，将继续发出喷油指令。当IGF 信号开路或接地时，ECU 将会切断喷油器接地回路，停止喷油，以防止排放污染。当第一缸点火信号产生后，ECU 将以G1信号为基准记数，当记录4 个Ne 信号（相当于曲轴转120°）后发出第二个IGT 信号使第五缸点火，再记录4 个Ne 信号后，发出第三个IGT 信号使第三缸点火，以此类推，完成六缸发动机（1—5—3—6—2—4）点火。

2）电路检修

①点火线圈的检测。拔下点火线圈线束连接器，用万用表欧姆挡检测点火线圈各线圈的电阻值，其值应符合表2.2 的规定；如不符合，则必须更换点火线圈。

图2.32　丰田皇冠3.02JZ-GE 发动机点火系统电路

表2.2　点火线圈电阻值

②点火控制器的检测。启动发动机，用万用表电压挡或示波器检查点火控制器上各端子间的电压，其电压值应符合表2.3 的规定；如不符合，则必须更换点火控制器或ECU。

表2.3　点火控制器上各端子间的电压

③点火系统其他部件的检测。

a.高压线：通过测量高压线的电阻值来判断高压线是否良好，其最大电阻值为25 kΩ。如电阻值不符合规定，应更换高压线。

b.火花塞：用万用表欧姆挡测量火花塞绝缘电阻的方法来判断火花塞能否继续使用，其绝缘电阻值应大于10 MΩ。另外，也可连续5 次将发动机转速迅速提高到4 000 r/min，然后熄火，拆下火花塞，检查其电极状况。若电极干燥，火花塞可用；若电极潮湿，则需要更换火花塞。

（2）无分电器的点火控制系统

无分电器的点火控制系统是一种全电子化的点火控制系统，其结构组成如图2.33 所示。它的主要特点是完全取消了传统的分电器总成（包括分火头和分电器盖等），由ECU 中附加的点火控制电路和分电电路控制点火控制模块，实现对点火的控制。点火线圈次级绕组与火花塞直接相连，即点火线圈产生的高压电直接送给火花塞进行点火。由于没有机械传动，减少了分火头与旁电极这一中间跳火间隙的能量损耗和干扰；由于无分电器，也使得发动机各部件的布局更为合理和简单。

图2.33　无分电器的点火控制系统

无分电器的点火控制系统可分为两个活塞位置同步缸共用一个点火线圈的同时点火方式和每缸一个点火线圈的独立点火方式。

1）同时点火方式

同时点火是指点火线圈每产生一次高压电，都使两个缸的火花塞同时跳火，即双缸同时点火。次级绕组产生的高压电将直接加在四缸发动机的同步缸：1、4 缸或2、3 缸（六缸发动机的1、6 缸，2、5 缸或3、4 缸）火花塞电极上跳火，如图2.34 所示。

双缸同时点火时，一个汽缸处于压缩行程末期，属有效点火；另一个汽缸处于排气行程末期，缸内温度较高而压力很低，火花塞电极间隙的击穿电压很低，对有效点火汽缸火花塞的击穿电压和火花放电能量影响很小，属无效点火。曲轴旋转一周后，两缸所处行程恰好相反。双缸同时点火时，高压电的分配有二极管分配和点火线圈分配两种形式。

①二极管分配式。利用二极管分配式高压电的双缸同时点火电路原理，如图2.35所示。

点火线圈由2 个初级绕组和1 个次级绕组构成。次级绕组的两端通过4 只高压二极管与火花塞构成回路。4 只二极管有内装式（安装在点火线圈内部）和外装式两种。对点火顺序为1—3—4—2 的发动机，1、4 缸为一组，2、3 缸为另一组。点火控制器中的两只功率晶体管分别控制一个初级绕组，两只功率晶体管由ECU 按点火顺序交替控制其导通与截止。

图2.34　双缸同时点火系统

图2.35　二极管分配式双缸同时点火电路原理图

当ECU 将1、4 缸的点火触发信号输入点火控制器时，功率晶体管VT1截止，初级绕组A中的电流切断，次级绕组中就会产生高压电动势，方向如图2.35 中的实线箭头所示。在该电动势的作用下，二极管VD1、VD4正向导通，1、4 缸火花塞电极上的电压迅速升高直至跳火，高压放电电流经图中实线箭头所指方向构成回路；VD2、VD3反向截止，不能构成放电回路，因此，2、3 缸火花塞电极上无高压火花放电电流而不能跳火。

当ECU 将2、3 缸的点火触发信号输入点火控制器时，功率晶体管VT2截止，初级绕组B中的电流被切断，次级绕组产生高压电动势，方向如图2.35 中的虚线箭头所示。此时，二极管VD1、VD4反向截止，VD2、VD3正向导通，因此，2、3 缸火花塞电极上的电压迅速升高直至跳火，高压放电电流经图中虚线箭头所指方向构成回路。

②点火线圈分配式。利用点火线圈分配式高压同时点火电路原理如图2.36 所示。桑塔纳2000GSi AJR 发动机点火系统采用了这种配电方式。

图2.36　点火线圈分配式高压同时点火电路原理图

点火线圈组件由2 个（四缸发动机）或3 个（六缸发动机）独立的点火线圈组成，每个点火线圈供给成对的两个火花塞工作（四缸发动机的1、4 缸和2、3 缸分别共用一个点火线圈；六缸发动机的1、6 缸、2、5 缸和3、4 缸分别共用1 个点火线圈）。电子点火控制器中配有与点火线圈数量相等的功率晶体管，分别控制一个点火线圈工作。点火控制器根据电控单元输出的点火控制信号，按点火顺序轮流触发功率晶体管导通或截止，从而控制每个点火线圈轮流产生高压电，再通过高压线直接输送到成对的两缸火花塞电极间隙上跳火点着可燃混合气。

在部分点火线圈分配式高压同时点火系统中，点火线圈次级回路中连接1 只高压二极管，该高压二极管的作用：防止次级绕组在初级电流接通瞬间产生的感应电压（约为1 000 V）在进气行程末期或压缩行程初期加到火花塞电极上而导致误跳火。

2）独立点火方式

无分电器的独立点火方式电路组成如图2.37 所示。

图2.37　无分电器的独立点火方式电路组成图

点火系统采用单独点火方式时，每一个汽缸都配有1 个点火线圈且直接安装在火花塞上方，其基本组成和工作原理与同时点火方式相同。单独点火的优点是省去了高压线，点火能量损耗进一步减少；由于每缸都有独立的点火线圈，所以即使发动机的转速高达9 000 r/min，线圈也有较长的通电时间（大的闭合角），可以提供足够高的点火能量。此外，所有高压部件都可安装在发动机汽缸盖上的金属屏蔽罩内，点火系统对无线电的干扰可大幅度降低。

点火系统与分电器系统相比，在相同的转速和相同的点火能量下，单位时间内点火线圈的电流要小得多，因此，线圈不易发热而体积又可以非常小巧，一般是将点火线圈压装在火花塞上，这种点火方式的控制系统特别适合多气门发动机。

综上所述，计算机控制无分电器的点火控制系统消除了分电器高压配电的不足。由于增加了点火线圈（或初级绕组）个数，对每一个点火线圈来说，初级绕组允许通电时间可增加2～6 倍，因此，即使发动机高速运转时，初级绕组也有足够充裕的通路时间。换句话说，无分电器的点火控制系统具有足够大的点火能量和足够高的次级电压来保证发动机在任何工况都能可靠点火。

3）电路检修

桑塔纳2000GSi AJR 发动机和捷达5 气门EA113 发动机采用的是同时点火的无分电器的点火控制系统，下面以桑塔纳2000GSi AJR 发动机为例介绍无分电器的点火控制系统的检修方法。

桑塔纳2000GSi AJR 发动机无分电器的点火控制系统主要包括点火线圈、火花塞和发动机控制单元。两个点火线圈（N 和N128，N 为2、3 缸点火线圈，N128 为1、4 缸点火线圈）和点火控制器N122组成点火线圈总成N520，如图2.38 所示，固定在进气歧管内侧，点火线圈总成的高压线插孔旁印有A、B、C、D 标记，分别对应1、2、3、4 缸的高压分线。点火线圈上各插头的含义见表2.4。

图2.38　点火线圈总成

表2.4　点火线圈上各插头端子的含义

点火线圈总成的接线原理如图2.39 所示，其中，端子1 是1 缸和4 缸的点火控制端，端子3 是2 缸和3 缸的点火控制端。点火线圈总成由继电器盒内15 号线→继电器盒D23 接柱→2.5导线→N520 的T4/2 端子向点火线圈及点火控制器供电，并通过N520 的T4/4 端子搭铁。双缸同时点火时，发动机第2、3 缸同时点火，由控制单元的T80/71→0.5 导线→N520 的T4/1端子输入点火控制器控制信号；发动机第1、4 缸同时点火，由控制单元的T80/78→0.5 导线→N520 的T4/3 端子向点火控制器输入控制信号。点火线圈初级和次级分为两组，分别为第2、3 缸和第1、4 缸提供高压电，高压电路中无分电器，点火线圈高压接线直接与火花塞相连。

图2.39　点火线圈总成的接线原理图

①检查点火线圈。拔下点火线圈的插头，并从火花塞上拔下点火线。用万用表测量点火线圈的次级电阻，A、D端子电阻表示1、4 缸线圈次级电阻，B、C 端子电阻表示2、3 缸线圈次级电阻，1、4 缸和2、3 缸电阻规定值均为4～6 kΩ。若电阻值不符合规定，需更换点火线圈总成。

点火线圈和点火控制器是结合成一体的零部件，不能单独更换；测量点火线圈的次级电阻时，可先将点火线插到点火线圈上，通过相应汽缸的火花塞插头来测量，测量的同时，也测量了点火线圈的抗干扰电阻。

②检查点火线圈与点火控制器的供电与搭铁情况。将点火线圈总成的4 个端子的插头拔下，用万用表测量线束端插头端子2（电源端）和端子4（搭铁端）之间的电压。打开点火开关，其电压值应为蓄电池电压，大于或等于11.5 V。然后关闭点火开关。如果没有电压，按照电路图分别检查端子2 和中央继电器盒D 插头端子23、端子4 与搭铁之间有无断路，导线电阻值最大为1.5 Ω。若电压正常，则按照电路图检查点火控制器线束端插头至发动机控制单元对应连接端子之间的导线是否导通，其导线电阻值最大为1.5 Ω。若线路正常，检查点火控制器的动作。

③检查点火控制器的动作。拔下所有喷油器和点火线圈的插头，用辅助导线V.A.61554连接二极管检测灯V.A.61527（或发光二极管与300 Ω电阻串联）于点火控制器插头端子1（点火输出）和端子4（搭铁端）、端子3（点火输出）和端子4（搭铁端），以检查控制单元1、4 缸和2、3 缸点火线圈的控制信号。

短时启动发动机，二极管必须闪烁。若发光二极管不闪烁，则说明电子控制单元J220 至点火控制组件之间的导线存在故障或电子控制单元存在故障。这时应使用数字式万用表检查连接器插头1 端子与电控单元71 端子、3 端子与电控单元78 端子之间的电阻，标准值应为1.5 Ω以下。如果电阻为无穷大，说明导线存在断路，应进行检修。接着再检查1 端子与电子控制单元78 端子、3 端子与电控单元71 端子之间的导线是否存在短路，电阻值为无穷大时说明导线不存在故障，电阻值若为零则说明导线存在短路。

检查后若发光二极管不亮，再检查连接导线也不存在断路或短路，则说明电子控制单元J220 存在故障，应进行更换。

需要特别说明的是，发动机ECU 自诊断功能不能识别点火线圈的故障。如果一个火花塞由于断路使整个点火线路断路，相应的另一个火花塞也不跳火；如果一个火花塞由于短路而不跳火，但整个点火线路没有断路，那么相应的另一个火花塞仍可以跳火。