用万用表测量点火线圈的初级绕组、次级绕组以及附加电阻的电阻值，应符合技术标准；否则说明有故障，应予以更换。拆下火花塞，检测火花塞螺纹及绝缘体有无损坏。如有异常，应更换火花塞。图7－28检测火花塞电极间隙图7－29测量火花塞绝缘电阻3.点火器的检测以宝来BWH 发动机点火器为例，如图7－30 所示。若未在规定值范围内，则应检测电源线及电源。若电阻过大或开路，则检测导线与搭铁点。......
2023-08-29
汽车发动机电控点火系统主要部件
【摘要】：绕组和外壳之间装有导磁钢套，底部有瓷座，上部有绝缘盖，点火线圈内部浸以石蜡和松香的混合物，以增强绝缘，并防止潮气侵入。与开磁路式点火线圈不同的是绕组在铁芯中形成的磁通，通过铁芯形成闭合磁路，故称为闭磁路式点火线圈。火花塞的热特性主要取决于绝缘体裙部的长度。火花塞的热特性常用热值或炽热数表示。图7－20电控点火系统中的点火器的电咯组成闭合角控制电路。
1.点火线圈
1）点火线圈的作用
点火线圈的作用是将电源提供的12 V 低压电变成15～20 kV 的高压电。
2）常见的点火线圈的类型
点火线圈按磁路特点可分为开磁路式和闭磁路式两种类型。
（1）开磁路式点火线圈。
开磁路式点火线圈主要由铁芯、初级绕组、次级绕组、导磁钢套、瓷座、外壳等组成，如图7－12 所示。
点火线圈的中心是用硅钢片叠成的铁芯，在铁芯外面套上绝缘的纸板套管，纸质套管上绕有直径为0.06～0.10 mm、11 000～26 000 匝的次级绕组；初级绕组用直径为0.5～1.0 mm、230～370 匝的高强漆包线，绕在次级绕组的外面，以利于散热。绕组和外壳之间装有导磁钢套，底部有瓷座，上部有绝缘盖，点火线圈内部浸以石蜡和松香的混合物，以增强绝缘，并防止潮气侵入。
当初级电流流过开磁路式点火线圈的初级绕组时，使铁芯磁化，其磁路如图7－13 所示。由于磁路的上、下部分都是从空气中通过的，初级绕组在铁芯中产生的磁通需经壳体内的导磁钢套形成回路，磁路的磁阻大，漏磁较多，能量损失较大。
图7－12 开磁路式点火线圈的结构
图7－13 开磁路式点火线圈的磁路
（2）闭磁路式点火线圈。
闭磁路式点火线圈由铁芯、初级绕组和次级绕组等组成，如图7－14 所示。
闭磁路式点火线圈有“口”字形和“日”字形之分，如图7－15 所示。与开磁路式点火线圈不同的是绕组在铁芯中形成的磁通，通过铁芯形成闭合磁路，故称为闭磁路式点火线圈。
与开磁路式点火线圈相比，闭磁路式点火线圈漏磁少，磁路的磁阻小，能量损失小，其能量转换率可高达75%（开磁路式点火线圈只有60%）。闭磁路式点火线圈体积小，质量小，铁芯裸露易于散热，并可有效地降低次级电容，故在高能电子点火系统中广泛应用。
2.火花塞
1）火花塞的作用
火花塞的作用是把高压电引入气缸内，在电极间产生电火花，点燃混合气。
图7－14 闭磁路式点火线圈的结构
图7－15 闭磁路式点火线圈的类型
（a）“口”字形；（b）“日”字形
2）火花塞的工作条件及对火花塞的要求
火花塞的工作条件极其恶劣，它要受到高温、高压以及燃烧产物的强烈腐蚀，因此，火花塞必须具有足够的力学强度，能够承受冲击性高压电的作用和剧烈的温度变化（混合气燃烧时承受1 500 ℃～2 000 ℃高温燃气的炙烤，而在进气时，又要承受50 ℃～60 ℃的进气突然冷却），并具有良好的热特性，同时能抵抗燃气的腐蚀。
3）火花塞的结构
火花塞的结构如图7－16 所示。在钢制壳体的内部固定有高氧化铝陶瓷绝缘体，使中心电极与侧电极之间保持足够的绝缘强度。绝缘体内的上部装有导电金属杆，通过接线螺杆与高压导线相连，下部装有中心电极。导电金属杆与中心电极之间用导电玻璃密封。中心电极用镍锰合金制成，具有良好的耐高温、耐腐蚀和导电性能。壳体下部的螺纹与气缸盖螺纹端面结合处配有密封垫圈，旋紧时密封垫圈受压变形保证壳体与缸盖之间密封良好。
图7－16 火花塞结构
火花塞中心电极和侧电极间的跳火间隙对火花塞的工作有很大影响。间隙过小，则火花微弱，并且容易产生积炭而漏电；间隙过大，所需击穿电压增高，发动机不易起动，且在高转速时容易发生“缺火”现象，故火花塞中心电极与侧电极之间的间隙应适当。目前我国蓄电池点火系统使用的火花塞间隙一般为0.6～0.8 mm，最大可达1.0～1.2 mm，适当地增大电极间隙可以有效改善排气净化。
4）火花塞的散热
火花塞工作时，周期性地受到高温燃气的作用，使绝缘体裙部温度升高，这部分热量主要通过壳体、绝缘体、中心电极、金属杆等传至缸体或散发到空气中，当吸收和散发的热量达到平衡时，火花塞的各个部分将保持一定的温度，如图7－17 所示。
图7－17 火花塞的散热
（a）火花塞的吸热与放热；（b）火花塞各部分的温度及散热途径
5）火花塞的热特性
火花塞的发火部位吸热并向发动机冷却系统散发热量的性能，称为火花塞的热特性。实践证明，当火花塞绝缘体裙部的温度保持在500 ℃～600 ℃时，落在绝缘体上的油滴能立即烧掉，不会形成积炭，这个温度称为火花塞的自洁温度。
低于自洁温度时，火花塞常因产生积炭而漏电，导致不点火；高于自洁温度时，则当混合气与炽热的绝缘体接触时，可能早燃而引起爆燃（爆燃），甚至在进气行程中燃烧，产生进气管回火。
火花塞的热特性主要取决于绝缘体裙部的长度。绝缘体裙部长的火花塞，受热面面积大，传热距离长，散热困难，裙部温度高，称为热型火花塞，适用于低速、低压缩比、小功率发动机；反之，裙部短的火花塞，受热面面积小，传热距离短，散热容易，裙部温度低，称为冷型火花塞，适用于高速、高压缩比、大功率发动机；介于上述两者之间的为中型火花塞，如图7－18 所示。
火花塞的热特性常用热值或炽热数表示。我国以绝缘体裙部长度标定的热值（1～11）来表征火花塞的热特性。热值代号1、2、3 为热型火花塞；4、5、6 为中型火花塞；7、8、9、10、11 为冷型火花塞。
6）火花塞的热值选用
火花塞的热值根据发动机及汽车设计、试验结果而定，在各车型的说明书中都对此作了明确规定。
图7－18 不同绝缘体裙部长度的火花塞
（a）热型；（b）中型；（c）冷型
图7－19 点火器
火花塞的热值选用是否合适，其判断方法是：若火花塞经常由于积炭而导致断火，说明火花塞偏冷，热值选用过高；若经常发生炽热点火而引发早燃，则说明火花塞偏热，热值选用过低。
3.点火器
1）点火器的作用
点火器如图7－19 所示，它的作用是接收ECU 发出的点火控制信号（IGt），根据这一控制信号控制点火线圈初级电流的通、断，使点火线圈次级绕组产生高压，以点燃气缸内的可燃混合气，与此同时反馈一个信号（IGf）给发动机ECU，作为点火确认信号（点火确认信号的作用是使ECU 判断点火系统在未点火时，切断燃油供给，防止发动机溢油）。
2）点火器的工作原理
电控点火系统中的点火器主要由闭合角控制电路、恒流控制电路、过电压保护电路、放大电路等电路组成，如图7－20 所示。
图7－20 电控点火系统中的点火器的电咯组成
（1）闭合角控制电路。
闭合角（断电触点闭合时间）的概念是从传统点火系统引入的，传统点火系统采用触点控制点火线圈初级绕组的通电时间。因此，初级绕组通电时间的长短与触点的间隙密切相关：触点间隙小，则触点相对闭合时间（触点在一个闭合和断开周期中，闭合时间与总时间之比）就长；触点间隙大，触点相对闭合时间就短，如图7－21 所示。
图7－21 触点闭合时间与触点间隙的关系
为解决传统点火系统触点闭合时间随触点间隙、发动机转速、发动机气缸数增加而减少的问题，在电子点火系统和微型计算机控制点火器中增加了闭合角控制电路。
常见的闭合角控制电路如图7－22 所示。点火控制信号为高电位时，由于VT1导通，VT2、VT3截止，点火线圈初级绕组中电流被切断，点火线圈次级绕组产生高电压；点火控制信号为低电位时，由于VT1截止，VT2、VT3导通，点火线圈初级绕组有电流流过。
图7－22 闭合角控制电路
由R1、R3、VD1、VD2、VD3、VD4、C 组成闭合角控制电路，其工作原理如下：
点火控制信号正脉冲（上正、下负）时，信号电流同时对电容C 充电，充电电路为信号电压＋→R1→VD1→VD4→C→VT1发射结→信号电压－。
当点火控制信号正脉冲消失（上负、下正）时，电容C 放电，放电电路为C＋→R3→VD2→R1→信号电压－→发动机ECU→信号电压＋→VD3→C－。
电容C 放电时，VT1反偏截止，VT2、VT3导通，初级电路接通。当发动机转速升高时，ECU 使点火控制信号正脉冲电压随之升高，正脉冲消失时电容的放电时间将会延长，使VT1的截止时间延长，VT2、VT3的导通时间延长，即初级通路的时间相对延长。这使得点火次级电压不会随发动机转速的上升而下降。
（2）恒流控制电路。
由于现代车采用高能点火线圈来改善点火性能。为了防止初级线圈电流过大烧坏点火线圈，在部分电控点火系统的点火控制电路中增加了恒流控制电路。
恒流控制的基本方法是：在点火器功率三极管的输出回路中增设一个电流检测电阻，用电流在该电阻上形成的电压降反馈控制三极管的基极电流，只要这种反馈为负反馈，就可使三极管的集电极电流稳定，从而实现恒流控制。
4.爆震传感器
1）爆震传感器的作用
爆震传感器安装在气缸体上，如图7－23 所示，其功能是利用压电晶体的压电效应，把爆燃时传到气缸体上的机械振动转换成电压信号输送给ECU。ECU 对爆震传感器输入的信号进行滤波处理，并判断有无发生爆燃及爆燃的强度。若有爆燃，则逐渐减小点火提前角（推迟点火），直到爆燃消失为止；若无爆燃，则逐渐增大点火提前角（提前点火），当再次出现爆燃时，ECU 又开始逐渐减小点火提前角，爆燃控制过程就是对点火提前角进行反复调整的过程。这是一种“临界控制”方式，它可使发动机接近爆燃区而又不进入爆燃区，此时气缸内燃烧的热效率最高。
图7－23 爆震传感器的安装位置
2）爆震传感器的分类
爆震传感器通常安装在发动机气缸体的侧面，按发动机缸体振动频率的检测方式不同，可分为共振型和非共振型两种；按爆震传感器结构的不同，分为压电式、磁致伸缩式及火花塞金属垫型几种。
（1）共振型爆震传感器。共振型爆震传感器的显著特点是传感器的共振频率与发动机爆燃的固有频率一致，因此其内部设有共振体，并且共振体的共振频率与爆燃频率协调一致。其优点是输出电压高，不需要滤波器，因此信号处理比较方便。由于共振体的频率特性尖且频带窄，因此无法响应发动机条件变化引起的爆燃频率变化，即共振型爆震传感器只能用于特定的发动机，不能与其他发动机互换使用，装车自由度很小。
（2）非共振型爆震传感器。非共振型爆震传感器的突出优点是适用于所有的发动机，装车自由度很大。但其输出电压较低，频率特性平且频带较宽，需要配用带通滤波器（只允许特定频带的信号通过，对其他频率的信号进行衰减的电路组成的滤波器称为带通滤波器，带通滤波器一般由线圈和电容器组合而成），信号处理比较复杂。
3）爆震传感器的结构与原理
（1）共振型压电式爆震传感器。共振型压电式爆震传感器由压电元件、振子、基座、连接器、壳体等组成，如图7－24所示。传感器中的压电元件紧密地贴合在振子上，振子则固定在传感器的基座上。振子随发动机的振动而振动，压电元件随振子的振动而发生形变，进而在其上产生一个电压信号。当发动机爆燃时的气缸振动频率与传感器振子的固有频率相符合时，振子产生共振。此时，压电元件将产生最大的电压信号，即该类型的爆震传感器在发动机爆燃时输出的电压比较高，因此无须使用滤波器即可判别有无爆燃产生。
图7－24 共振型压电式爆震传感器的结构
（2）非共振型压电式爆震传感器。非共振型压电式爆震传感器一般也安装在发动机的气缸体上，主要由平衡重、压电晶体、壳体、电气连接装置等组成，如图7－25 所示，平衡重由固定螺栓固定在壳体上。
图7－25 非共振型压电式爆震传感器的结构
（a）外形；（b）结构
当发动机产生爆燃时，安装在缸体上的爆震传感器内部的平衡重因受振动的影响而产生加速度，平衡重将此加速惯性力转变为作用在压电晶体上的压力，压电晶体受到此加速度惯性压力后产生压电信号输出，输出电压由两个压电晶体的中央取出。该传感器结构简单，制造时不需要调整。在发动机爆燃发生时，这种传感器输出的电压不大，具有平缓的输出特性。因此，需要将反映发动机振动频率的输出电压信号送到识别爆燃的滤波器中，判别是否有爆燃信号。
该爆震传感器的优点是检测频率范围宽，因此可设计成由零至数十千赫兹，可检测很宽频带的发动机振动频率传感器。用于不同发动机上时，只需调整滤波器的过滤频率即可使用，而不需要更换传感器。
（3）共振型磁致伸缩式爆震传感器。共振型磁致伸缩式爆震传感器主要由感应线圈、伸缩导杆、永久磁铁和壳体组成，其结构如图7－26 所示。伸缩杆用高镍合金制成，在其一端设置有永久磁铁，另一端安放在弹性部件上。感应线圈绕制在伸缩杆的周围，线圈两端引出电极与控制线路连接。
图7－26 共振型磁致伸缩式爆震传感器的结构
当发动机因爆燃而使缸体产生振动时，传感器的伸缩导杆就会随之产生振动，感应线圈中的磁通量就会发生变化，即通过线圈的磁通量变化率会发生变化，由电磁感应原理可知，在感应线圈内会产生一个交变电动势，即传感器有一个信号电压输出，输出电压的高低取决于发动机缸体的振动强度和振动频率。当传感器的固有振动频率和发动机缸体的振动频率相同时，即当发动机缸体的振动频率达到6～9 kHz 时，传感器将产生共振，此时振动强度最大，传感器的感应线圈中产生的感应电压最高。
（4）压电式火花塞座金属垫型爆震传感器。如图7－27 所示，此种爆震传感器是将压电晶体安装在火花塞的垫圈处，每缸安装一个，根据各缸的燃烧压力直接检测各缸的爆燃信号，并转换成电信号输送给ECU。
图7－27 压电式火花塞座金属垫型爆震传感器
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