项目3 起动与点火系统常见故障的检修（课件）-《汽车电气设备构造与维修》同步教学（机工版）

汽车电气设备构造与维修 起动与点火系统常见故障的检修 项目三 1 概述 要使发动机由停机状态过渡到工作状态，必须先用外力让发动机的曲轴旋转，活塞做往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀做功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，发动机才能自行运转，工作循环才能持续进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系统，如图3-0-1所示。 点火系统是汽油发动机的重要组成部分，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。如果点火系统发生故障，就会影响到发动机的动力性、经济性和排气净化等性能，甚至会导致发动机不能工作。点火系统结构如图3-0-2所示。 2 3 学习目标 知识目标 1.能描述汽车起动系统的组成。 2.能描述普通起动机、减速起动机的组成及各元件的作用。 3.能分析对比普通起动机与减速起动机，并能描述各自的特点。 4.能描述直流串励式电动机的工作特性。 5.能根据直流串励式电动机的工作特性，正确使用直流串励式电动机。 6.能够掌握汽车点火系统的组成与类型。 7.掌握汽车点火系统的结构与工作原理。 LOGO 学习目标 技能目标 1.能根据起动机上的型号等信息，说明起动机的电压、电流和功率等参数。 2.能分析常见汽车起动系统的电路。 3.能判断汽车起动继电器的性能。 4.能描述汽车起动系统的常见故障并能分析原因。 5.能在车辆上准确找到起动系统各部件，并能描述其安装位置。 LOGO 学习目标 6.掌握万用表、故障诊断仪、示波器、点火正时灯等仪器的正确使用方法。 7.掌握点火正时检查的正确方式。 8.掌握点火系统检测和零部件更换的正确操作。 素质目标 1.培养良好的职业道德和工匠精神。 2.培养安全意识和团队协作精神。 3.培养自我管理和自主学习能力。 LOGO 起动机的结构与检修 任务一 7 问题导入 客户贾先生驾驶一辆2018款别克威朗轿车，在起动发动机时能明显听到起动机工作的声音，但发动机没有任何转动的迹象。经4S店维修技师检查，初步怀疑故障是起动机驱动齿轮打滑造成的，为了确定故障原因，需对起动机做进一步检测。请你仔细查看服务顾问提供的汽车问诊表，并针对故障进行后续处理。 LOGO 问题导入 LOGO 知识学习 一、起动系统的功用与组成 1.起动系统的功用 发动机必须依靠外力带动曲轴旋转后，才能进入正常工作状态，通常把汽车发动机在外力作用下，开始转动到怠速运转的全过程称为发动机的起动过程。 发动机常用的起动方式有人力起动和电力起动两种形式。人力起动是通过人力带动发动机曲轴旋转，从而起动发动机，如图3-1-1所示。电力起动是通过起动机带动发动机运转，现代汽车广泛采用的是电力起动的形式，电力起动是直流电动机通过传动机构带动发动机起动，它操作简便、起动迅速可靠，且具有重复起动的能力。 LOGO 知识学习 将点火开关置于起动位置时，正常情况下，电力起动控制装置接通起动机的电路，使起动机中的直流串励电动机旋转，产生转矩，通过传动机构将电动机的转矩单方向传递给发动机曲轴，带动曲轴旋转，完成发动机的起动。 由于电力起动在现代轿车上普遍应用，下面所提到的起动系统均指电力起动，如图3-1-2所示。 LOGO 知识学习 起动系统的功用是通过起动机将蓄电池的电能转换成机械能，在发动机起动时，用于驱动发动机，直到其能够自行持续转动为止。 2.起动系统的组成 起动系统由蓄电池、点火开关、起动机、相关线路等组成，如图3-1-3所示。 LOGO 知识学习 二、起动机的组成及功用 汽车起动机通常由直流电动机、传动机构和控制装置三部分组成，如图3-1-4所示，其整体结构如图3-1-5所示。 LOGO 知识学习 起动机各部分的作用如下： 1)直流电动机：产生电磁转矩。 2)传动机构：在发动机起动时，使起动机驱动齿轮啮入飞轮齿圈，将起动机转矩传给发动机曲轴；而在发动机起动后，使驱动齿轮打滑与飞轮齿圈自动脱开。 3)控制装置：用来接通和切断起动机与蓄电池之间的电路。在有些汽车上，还具有接入和短接点火线圈附加电阻的作用. 三、起动机的分类 在汽车起动机中，可按总体结构、控制方法和传动机构啮入方式的不同进行分类。 LOGO 知识学习 1.按起动机的总体结构分类 1) 电磁控制强制啮合式起动机：直流电动机的磁极采用的是电磁铁。 2) 永磁起动机：直流电动机的磁极用永磁材料制成，取消了磁场线圈，可以使结构简化，体积小、重量轻。 3) 减速起动机：减速起动机采用高速、小型、低转矩电动机，在传动机构中设有减速装置。其质量和体积可比普通起动机减小30%~35%,但结构和工艺比较复杂(图3-1-6)。 LOGO 知识学习 2.按控制方法分类 1)机械控制式：通过机械的方式，实现起动机的小齿轮与飞轮齿圈的啮合。 2)电磁控制式：通过电磁控制装置，实现起动机的小齿轮与飞轮齿圈的啮合。 3.按传动机构啮入方式分类 1)惯性啮合式：起动机的小齿轮通过惯性力实现与飞轮齿圈的啮合。 2)强制啮合式：通过控制装置移动起动机的小齿轮，实现与飞轮齿圈的啮合。 3)电枢移动式：通过控制装置移动起动机的电枢，实现小齿轮与飞轮齿圈的啮合。 目前汽车上广泛采用的是电磁操纵强制啮合式起动机。 LOGO 知识学习 四、起动机的性能要求 1)操作简便，起动迅速，具有重复起动能力，并且可以远距离控制。 2)起动时应该平顺，起动机的齿轮与发动机的飞轮齿圈啮合要柔和，不应发生冲击。 3)发动机起动后，起动机的小齿轮应能自动打滑或脱离啮合。 4)发动机正常工作时，起动机的小齿轮不能再进入啮合，防止发生冲击。 5)起动系统应结构简单、工作可靠。 LOGO 知识学习 五、起动机的拆装 以下以2018款别克威朗为例，详细地介绍起动机的拆装方法和步骤。 1.拆装作业前准备工作 1)将车辆开至有举升机的维修工位。 2)打开收音机并记录所有的客户预设电台。 3)确保所有车灯和附件关闭。 4)关闭点火开关，拆下点火钥匙。 2.拆卸蓄电池连接线束 1)打开行李舱盖。 2)打开行李舱地板装饰件。 LOGO 知识学习 3)打开蓄电池负极电缆端子盖(图3-1-7中的部件1)。 4)选用套筒、接杆和棘轮扳手拧松蓄电池负极电缆至后地板螺母(图3-1-7中的部件2)。 5)断开蓄电池负极连接电缆。 6)按箭头方向折叠锁闩(图3-1-7中的部件3),以封闭蓄电池负极电缆端子。 7)关上蓄电池负极电缆端子盖。 LOGO 知识学习 3.举升车辆 略微提升举升机，依次调整两侧垫块与车辆的举升位置，举升车辆至轮胎离开地面100~200mm时停止。按压车辆前部，确认车辆支撑可靠，按压车辆后部确认车辆支撑可靠，确认车辆周边无异常，再次举升车辆，举升车辆至合适高度，确认举升机锁止可靠。注意事项如下： 1)车辆的举升点在车辆底座两个凹槽处。 2)举升车辆时，应排除周围的障碍物，并注意举升平台和周围不能站立人员。检查举升机两边是否同步上升，若发现危险情况，应立即终止举升，并上报处理。 LOGO 知识学习 4.拆卸起动机 1)断开起动机线束插头(图3-1-8中的部件2)。 2)拆下发电机和起动机电缆起动导线螺母(图3-1-8中的部件3)。 3)拆下发电机和起动机共用电缆(图3-1-8中的部件4)。 注意:拆下起动机搭铁电缆(图3-1-8中的部件5),以便于操作起动机螺栓。 LOGO 知识学习 4)拆下起动机搭铁电缆螺栓(图3-1-8中的部件1)。 5)移除起动机搭铁电缆(图3-1-8中的部件5)。 6)松开起动机线束固定件(图3-1-9中的部件2)。 7)拆下2个起动机托架螺栓(图3-1-9中的部件3、4). 8)拆下起动机托架(图3-1-10中的部件1)。 9)拆下起动机螺栓(图3-1-10中的部件3)。 10)拆下起动机螺母(图3-1-10中的部件1)。 11)取下起动机(图3-1-10中的部件2)。 LOGO 知识学习 LOGO 知识学习 5.安装起动机 1)将起动机放到变速器壳体上对齐安装孔，旋入起动机上部固定螺母(图3-1-10中的部件1)。 2)旋入起动机下部固定螺栓(图3-1-10中的部件3)。 3)使用套筒、接杆和扭力扳手将螺栓和螺母紧固至规定力矩，其标准力矩为58N·m。 4)安装起动机托架。 5)安装起动机托架螺栓，使用套筒、接杆和扭力扳手将其紧固至22N·m。 6)安装起动机托架螺栓，使用套筒、接杆和扭力扳手将其紧固至58N·m。 7)卡紧线束固定件，避免线束脱落。 LOGO 知识学习 8)安装起动机搭铁电缆。 9)安装起动机搭铁电缆螺栓，使用套筒、接杆和扭力扳手将其紧固至22N·m。 10)安装发电机和起动机共用电缆。 11)安装发电机和起动机电缆起动导线螺母，使用套筒、接杆和扭力扳手将其紧固至12.5N·m。 12)连接起动机线束插头。 6.降下车辆 操作举升机，将车辆降低至地面，并迅速用车轮挡块挡住车轮。 7.连接蓄电池负极的线束 1)按图3-1-11中箭头的相反方向折叠锁闩(图3-1-11中的部件3),以打开蓄电池负极电缆端子。 LOGO 知识学习 2)打开蓄电池负极电缆端子盖(图3-1-11中的部件1)。 3)连接蓄电池负极电缆。 4)安装蓄电池负极电缆至后地板螺母(图3-1-11中的部件2),并使用套筒、接杆和扭力扳手将其紧固至9N·m。 5)关上蓄电池负极电缆端子盖(图3-1-11中的部件1)。 6)关上行李舱地板装饰件。 7)关闭行李舱盖。 8)点火开关接通，保持发动机关闭。 9)对易失性存储器编程，如车窗、天窗防夹功能等。 LOGO 知识学习 10)设置客户所有的收音机预设电台并将收音机时钟设置为当前时间。注意：请通知客户，停车/起步功能仅在车辆停车至少3h未受打扰后才可使用。 11)如果诊断出停车/起步报修，请进行蓄电池传感器模块的读入程序以验证维修。 LOGO 知识学习 8.复检 将点火开关旋至START档，检查发动机是否能正常起动，各系统自检有无异常。 注意：蓄电池断电后重新连接，应对时钟和音响进行重新设定，若遇到特殊车辆则需要针对个别辅助系统进行定制学习. 六、别克威朗的起动系统控制电路 别克威朗轿车的起动系统控制电路如图3-1-12所示，该控制电路主要组成部件有点火开关、K9车身控制模块、K20发动机控制模块、K84无钥匙进入控制模块、B15变速器内部模式开关、KR73点火主继电器、KR75发动机控制点火继电器、KR27起动机继电器、KR27C起动机小齿轮电磁执行器继电器、M64起动机电机、F6UB500A熔丝、F1BA600A熔丝、F3UA30A熔丝、F31UA7.5A熔丝、F21UA40A熔丝、F13UA15A熔丝和相关连接线路。 LOGO 知识学习 LOGO 知识学习 当点火开关处于ON位置时，点火主继电器KR73工作，通过F31UA7.5A的熔丝给K20发动机控制模块的X1插接器14号针脚提供一个IG电源。K20发动机控制模块工作时，通过X1插接器的49号针脚识别T12自动变速器总成X1插接器的3号针脚送来的P/N信号，用来识别自动变速器的档位是否处于P位或者N位。当自动变速器处于P位或者N位时，T12自动变速器总成X1插接器的3号针脚便通过T12自动变速器总成X1插接器的2号针脚到G104号搭铁点搭铁，K20发动机控制模块X1插接器的49号针脚检测到搭铁信号，便能识别到自动变速器处于P/N位了。KR27起动机继电器1号针脚与K20发动机控制模块的X1插接器70号针脚相连，由K20发动机控制模块提供起动信号；KR27起动机继电器2号针脚由KR75发动机控制点火继电器输出的F13UA15A的熔丝提供一个电源；KR27起动机继电器3号针脚通过 LOGO 知识学习 F3UA30A的熔丝与蓄电池正极相连，提供一个+B电源；KR27起动机继电器5号针脚通过X50A熔丝盒(发动机舱盖下)的X3插接器34号针脚与M64起动机X1插接器1号针脚相连，给起动机的电磁开关提供起动信号。KR27C起动机小齿轮电磁执行器继电器的30号针脚通过F21UA40A的熔丝与蓄电池正极相连，提供一个+B电源；KR27C起动机小齿轮电磁执行器继电器的87号针脚通过X50A熔丝盒(发动机舱盖下)的X3插接器33号针脚与M64起动机X1插接器的2号针脚相连，给起动机的驱动齿轮电磁执行器提供结合信号；KR27C起动机小齿轮电磁执行器继电器的85号针脚通过X50A熔丝盒(发动机舱盖下)的X3插接器49号针脚到G104号搭铁点搭铁；KR27C起动机小齿轮电磁执行器继电器的86号针脚通过X50A熔丝盒(发动机舱盖下)的X3插接器41号针脚与K20发动机控制模块的X1插接器44号针脚相连，由K20 LOGO 知识学习 发动机控制模块提供起动信号。M64起动机X2插接器的1号针脚通过F6UB500A熔丝和F1BA600A熔丝与C1蓄电池相连，给起动机的电机提供电源。S39点火开关的4、6号针脚分别与K9车身控制模块X3插接器的22、15号针脚相连。K9车身控制模块和K84无钥匙进入控制模块与K20发动机控制模块通过车载网络进行连接。 当准备起动发动机时，驾驶员需要踩下制动踏板，B15变速器内部模式开关通过T12自动变速器总成X1插接器的3号针脚送给K20发动机控制模块一个P/N信号。当点火开关处于起动档时，S39点火开关4号针脚通过K9车身控制模块X3的15号针脚给车身控制模块一个起动信号，该起动信号通过车载网络送给K20发动机控制模块。K20发动机控制模块同时识别到无钥匙进入控制模块的防盗解除信 LOGO 知识学习 号、P/N信号和点火开关的起动信号后，便通过X1插接器的42号针脚送给KR27起动机继电器1号针脚一个搭铁信号，起动机继电器工作、继电器3号和5号开关闭合；X1插接器的41号针脚送给KR27C起动机小齿轮电磁执行器继电器86号针脚一个电源电压，起动机小齿轮电磁执行器继电器工作，继电器30、87号开关闭合，F3UA30A熔丝给M64起动机X1号针脚一个B+的电压，起动机电磁开关和起动机小齿轮电磁执行器工作，蓄电池C1通过F1BA600A熔丝和F6UB500A熔丝给起动机X2插接器的1号针脚供电，起动机电机开始工作。 该起动系统控制电路电流走向是：C1蓄电池→F1BA600A熔丝→F6UB500A熔丝→M64起动机电机X2插接器的1号针脚；C1蓄电池B+→F3UA30A熔丝→KR27起动机继电器3号针脚→KR27起动机继电器5号针脚→M64起动机电机X1插接器的1 LOGO 知识学习 号针脚；C1蓄电池B+→F21UA40A熔丝→KR27C起动机小齿轮电磁执行器继电器30号针脚→KR27C起动机小齿轮电磁执行器继电器87号针脚→M64起动机电机X1插接器的2号针脚；KR73点火主继电器→F31UA7.5A熔丝→K20发动机控制模块X1插接器14号针脚；K9车身控制模块X3插接器22号针脚→S39点火开关6号针脚→S39点火开关4号针脚→K9车身控制模块X3插接器15号针脚；K20发动机控制模块X1插接器44号针脚→X50A熔丝盒(发动机舱盖下)的X3插接器41号针脚→KR27C起动机小齿轮电磁执行器继电器86号针脚→KR27C起动机小齿轮电磁执行器继电器85号针脚→X50A熔丝盒(发动机舱盖下)的X3插接器49号针脚→G104搭铁；K20发动机控制模块X1插接器70号针脚→X50A熔丝盒(发动机舱盖下)的X3插接器42号针脚→KR27起动机继电器1号针脚→KR27起继电器2号针脚 LOGO 知识学习 →X50A熔丝盒(发动机舱盖下)的X3插接器2号针脚→X50A熔丝盒(发动机舱盖下)的X3插接器50号针脚→X50A熔丝盒(发动机舱盖下)的X3插接器52号针0脚→F13UA15A熔丝→KR75发动机控制点火继电器；K20发动机控制模块X1插接器49号针脚→T12自动变速器总成X1插接器3号针脚→B15变速器内部模式开关→T12自动变速器总成X1插接器2号针脚→G104搭铁。 LOGO 知识学习 七、起动机常见故障检修 1.起动机常见故障现象及其原因分析 起动机是短时间断续工作的电气设备，且工作电流很大，每次连续工作不能超过5s,重复起动时应停歇2min。冬季和低温地区冷车起动时，应先使发动机预热后再使用起动机。起动机在连续几次起动不着时，不可继续起动，这时应对起动机、蓄电池以及连接线分别进行检查，找出其故障并予以排除，然后方可继续使用起动机。 以下介绍起动机常见故障现象及排查方法。 (1)起动机不转(无动作、无响应) 1)导线各连接处(导线插接器插入部位)松动、断线、接触不良。 LOGO 知识学习 2)点火开关或起动按钮接触不良。 3)起动继电器或组合继电器故障。 4)起动机电磁开关触点烧蚀、氧化。 5)磁场线圈短路、断路、搭铁。 6)活动铁心动作不良。 7)起动机电枢绕组短路、搭铁。 8)起动机电刷磨损、接触不良。 9)ECU发动机职能保护(未脱档或空档开关损坏)。 10)蓄电池故障或蓄电池储电量严重缺损。 LOGO 知识学习 (2)起动机运转无力 1)导线各连接处接触不良。 2)起动继电器或组合继电器触点接触不良。 3)起动机电枢、励磁绕组有短路故障。 4)起动机电刷磨损、电刷弹簧压力不足。 5)起动机换向器烧蚀或有油污。 6)起动机电磁开关接触不良。 (3)起动机空转 1)起动机安装不当或型号匹配错误。 2)单向啮合器打滑。 LOGO 知识学习 3)驱动齿轮啮合不好。 4)飞轮齿圈损毁。 5)电动机齿轮严重磨损。 (4)起动机不能停转 1)起动继电器或组合继电器触点烧结。 2)点火开关或起动按钮触点烧结。 3)起动机传动拨叉回位弹簧过软或折断。 4)起动机触点烧结或接触盘弹簧损坏。 5)点火开关不回位、损坏。 LOGO 知识学习 (5)驱动齿轮与飞轮齿圈不能啮合 1)起动机单向啮合器弹簧不起作用，驱动齿轮损坏。 2)飞轮螺钉松动。 3)飞轮齿圈损坏。 (6)起动机间歇工作 1)蓄电池亏电较多。 2)起动继电器或组合继电器触点接触不良。 3)起动机电磁开关触点接触不良或电磁开关线圈有间歇短路。 发动机起动系统的常见故障有发动机不能起动(不转动)、发动机转动但不能起动、发动机起动困难、发动机转动缓慢等。起动系统故障现象及故障原因分析见表3-1-1。 LOGO 知识学习 LOGO 知识学习 2.起动机的检修 (1)起动机牵引测试(图3-1-13) 1)从起动机端子断开励磁线圈引线。 2)将蓄电池连接至励磁起动机开关，检查并确认小齿轮向外移动。若离合器小齿轮未移动，则更换磁力起动机开关总成。 (2)起动机保持测试(图3-1-14) 1)从起动机端子断开电缆，检查并确认小齿轮没有朝内回位。 2)将蓄电池连接至励磁起动机开关，检查并确认小齿轮向外移动。若离合器小齿轮未移动，则更换磁力起动机开关总成。 LOGO 知识学习 LOGO 知识学习 (3)起动机无负载操作测试(图3-1-15) 1)连接励磁线圈引线至端子C,紧固力矩为10N·m。 2)将起动机夹在台虎钳中。 3)将蓄电池、电流表连接到起动机上，记录检测数据并与表3-1-2中的标准数据进行比对。若检测结果不符合规定，更换起动机总成。 LOGO 知识学习 3.起动机继电器检查 (1) 起动机继电器到起动机的线路检测轻轻地上下或者左右摆动起动机继电器到起动机之间的电气配线，检查导线是否从端子中脱开，如果异常，需要进行紧固或者更换新的配线。 断开起动机上的插接器，查看线头是否被锈蚀或腐蚀，如果有此情况，则需要更换新的配线。 (2) 起动机继电器检测 别克威朗轿车的起动机继电器KR27和起动机小齿轮电磁执行器继电器KR27C在熔丝盒中的安装位置如图3-1-16所示，根据表3-1-3的值，用欧姆表测量起动机继电器端子3、5之间的电阻；如果电阻不符合规定，说明起动机继电器损坏，需要更换起动机继电器。 LOGO 知识学习 具体检查操作步骤如下： 1)将点火开关置于“OFF(关闭)”位置，断开KR27起动机继电器。 2)测试端子1和2之间的电阻是否在60~180Ω之间。如果小于60Ω或大于180Ω则更换继电器；如果在60~180Ω之间，则说明继电器线圈侧正常。 3)分别测量端子3和2、3和5、3和1、1和5之间的电阻是否为无穷大，如果电阻不为无穷大则更换继电器；如果电阻为无穷大，则进行下一步检查。 4)在继电器端子1和12V电压之间安装一根带20A熔丝的跨接线。将一根跨接线安装在继电器端子2和搭铁之间。 5)测试端子3和5之间的电阻是否小于2Ω。如果等于或大于2Ω,则更换继电器；如果小于2Ω,说明继电器正常。 LOGO 知识学习 LOGO 知识学习 LOGO 课堂练习 判断题 1.起动机换向器的作用是使直流电动机维持定向运转。( ) 2.直流串励式电动机中，励磁绕组和电枢绕组是串联的。（ ） 3.起动机每次连续起动时间不得超过5s,重复起动时应停歇15s。( ) 4.当起动机电刷磨损到最小极限时，可以不更换新的起动机电刷。( ) 5.当在线圈短路检测仪上进行检测时，钢锯片在某些位置产生振动，说明电枢绕组有短路现象。 ( ) LOGO 点火系统的结构与检修 任务二 50 问题导入 客户李先生驾驶的一辆别克威朗在发动机怠速运转时车辆有明显的抖动，提速时间较长，当车速达50km/h以上时，发动机自检指示灯闪动。经维修接待初步诊断，怀疑点火系统发生故障。请你依据维修接待提供的问诊表进一步确定故障点并进行车辆的检修。 LOGO 问题导入 LOGO 知识学习 一、点火系统的作用 点火系统是汽油发动机的重要组成部分，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。 点火系统的作用是将蓄电池或发电机提供的低压电变为高压电，按照发动机的工作顺序和点火时刻，适时准确地将高压电分配给各缸火花塞，使之跳火，点燃气缸内的可燃混合气，如图3-2-1所示。 点火系统应在发动机各种工况和使用条件下都能保证可靠而准确地点火，为此点火系统应满足以下基本要求。 LOGO 知识学习 (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。火花塞电极间隙是火花塞中心电极与侧电极之间的间隙，如图3-2-2所示。 LOGO 知识学习 (2) 火花应具有足够的能量发动机正常工作时，不同工况下对电火花能量的要求不一样。因此，为了保证可靠点火，高能电子点火系统一般应具有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，即从火花塞开始跳火到活塞到达上止点为止这段时间曲轴转过的角度。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，气缸内最高燃烧压力降低，导致发动机过热，功率下 LOGO 知识学习 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，不仅使发动机的功率降低，还有可能引起爆燃和运转不平稳现象。 二、点火系统的分类 汽车点火系统按其组成和产生高压电的方式不同，可分为传统点火系统、 电子点火系统和微机控制点火系统三种类型。 (1)传统点火系统：传统点火系统是指初级电路的通断由断电器触点控制的点火系统。传统点火系统主要由电源(蓄电池、发电机)、点火开关、点火线圈、分电器(断电器、配电器、电容器)、火花塞、高压导线、附加电阻等组成，如图3-2-3所示。 LOGO 知识学习 LOGO 知识学习 1)传统点火系统工作原理：在传统点火系中，电源供给的低压直流电，经断电器和点火线圈转变为高压电再经分电器分送到各缸火花塞，在火花塞的电极间产生电火花，点燃可燃混合气，使发动机工作。 2)传统点火系统特点：结构简单，成本低廉，但故障率高，高速性能差，已逐步淘汰。 (2)电子点火系统：电子点火系统是指初级电路的通断由晶体管控制的点火系统，也称晶体管点火系统或“半导体点火系统”。电子点火系统由点火器、高压线、传感器、分电器、火花塞、点火开关、蓄电池组成，如图3-2-4所示。 LOGO 知识学习 电子点火系统具有高速性能好、点火时间精确、结构简单、质量轻、体积小等优点。它已经逐渐取代传统点火系。 (3)微机控制点火系统：微机控制点火系统是指计算机根据各种传感器输入的信号，经过数学运算和逻辑判断，控制初级电流通断的点火系统。 微机控制点火系统可根据不同分类方式进行分类：根据高压配电方式可分为有分电器式和无分电器式，无分电器式又可以根据点火方式分为单缸点火方式和双缸同时点火方式；根据是否有反馈控制可分为开环控制方式和闭环控制方式。 三、微机控制点火系统的组成 微机控制点火系统的基本装置包含了电源、传感器、电子控制单元、点火线圈、高压电分配装置、高压线及火花塞等。现代的点火提前装置则已改由发动机 LOGO 知识学习 ECU所控制，ECU收集发动机转速、进气歧管压力或空气流量、节气门位置、蓄电池电压、水温、爆燃等信号，算出最佳点火正时提前角度，再发出点火信号，达到控制点火正时的目的。现代汽车使用的点火系统主要包括电源系统、电子控制单元(ECU)、点火开关、带点火器的点火线圈、火花塞、各种传感器等，如图3-2-5所示。 LOGO 知识学习 1.点火控制器 点火控制器又称为点火电子组件或点火器，是发动机控制系统的执行器，是根据微机发出的指令信号，通过内部大功率晶体管的导通与截止来控制点火线圈初级绕组电路的通断，使点火线圈产生高压电。点火控制器取代了传统点火系统中断电器的触点，将点火信号发生器输出的点火信号整形、放大，转变为点火控制信号，控制点火线圈初级绕组中电流的通断，以便在次级绕组中产生高压电，供火花塞点火。点火控制器的基本电路包括整形电路、开关信号放大电路、功率输出电路等。点火控制器的结构如图3-2-6所示。 LOGO 知识学习 2.点火线圈的结构与工作原理 点火装置的核心部件是点火线圈和开关装置，如图3-2-7所示为单独点火方式用点火线圈，其结构如图3-2-8所示。 LOGO 知识学习 点火模块和点火线圈形成一个点火组件，单独点火方式点火系统中，每个气缸独立使用一个点火模块，各缸点火线圈的初级绕组分别由点火器中的一个功率晶体管控制，整个点火系统的工作由ECU控制，如图3-2-9所示。 LOGO 知识学习 点火模块接收ECU的点火控制信号，当某缸的控制信号为低电平时，点火器中对应此缸的功率晶体管导通，点火线圈通电；当某缸的控制信号变为高电平时，对应的晶体管截止，磁场迅速消失，线圈中电流被切断，次级绕组产生高压电，高压电送至火花塞跳火。 3.火花塞 花塞的功用是将点火线圈产生的脉冲高电压引入燃烧室，并在其两电极之间产生电火花，以点燃可燃混合气，如图3-2-10所示。 LOGO 知识学习 火花塞连接在点火线圈次级绕组末端，它主要由陶瓷绝缘体、接线螺杆、接线螺母、中心电极、侧电极等组成，如图3-2-11所示。钢质的火花塞壳体内部固定有陶瓷绝缘体，绝缘体中心孔上部有金属接线螺杆，接线螺杆上端有接线螺母，用来接高压导线；绝缘体下部有中心电极。 LOGO 知识学习 4.电子控制系统 (1)传感器：传感器是监测发动机各种运行工况信息的装置，与点火控制有关的传感器主要有曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、爆燃传感器等。 1)曲轴位置传感器。曲轴位置传感器又称发动机转速与曲轴转角传感器，安装在曲轴的前部、中部或飞轮上，是控制点火时刻、确认曲轴位置不可或缺的信号源，如图3-2-12所示。其功用、分类及结构如下： LOGO 知识学习 ①曲轴位置传感器功用。曲轴位置传感器的功用是采集曲轴转动角度信号、曲轴位置信号和发动机转速信号，并将这些信号输入ECU,ECU用此信号控制燃油喷射量、喷油正时、点火时刻(点火提前角)、点火线圈通电时间、怠速转速及电动汽油泵的运行等，如图3-2-13所示。 LOGO 知识学习 ②曲轴位置传感器分类及结构。曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最重要的传感器之一，可分为磁感应式、霍尔式和光电式三种，如图3-2-14所示。其中最常用的是磁感应式曲轴位置传感器和霍尔式曲轴位置传感器。 磁感应式曲轴位置传感器主要由铁心、永久磁铁、插接器针脚、线圈、壳体、密封圈等组成，如图3-2-15所示。其中永久磁铁上带有一个传感器磁头，传感器磁头与导磁板连接构成导磁回路。 LOGO 知识学习 霍尔式曲轴位置传感器主要由永久磁铁、插接器、霍尔元件、导磁软铁、连接支架等组成，如图3-2-16所示。 LOGO 知识学习 2)凸轮轴位置传感器。凸轮轴位置传感器是用来检测凸轮轴位置的一个信号装置，是点火主控制信号，一般安装在凸轮轴罩盖前端对着进排气凸轮轴前端的位置，如图3-2-17所示。其功用、分类及结构如下： LOGO 知识学习 ①凸轮轴位置传感器功用。凸轮轴位置传感器的功用是采集凸轮轴位置信号，并将信号输入ECU;采集到的信号是发动机ECU的判缸信号，用来确定哪个气缸处于压缩状态。凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器配合工作，使发动机ECU能准确判定活塞上止点位置，从而精确地进行喷油控制、点火正时控制及配气正时控制等，如图3-2-18所示。 LOGO 知识学习 ②凸轮轴位置传感器分类及结构。与曲轴位置传感器类似，凸轮轴位置传感器也可以分为三种：霍尔式凸轮轴位置传感器、光电式凸轮轴位置传感器和电磁式凸轮轴位置传感器，如图3-2-19所示。其中常用的是霍尔式凸轮轴位置传感器。 LOGO 知识学习 霍尔式凸轮轴位置传感器主要由霍尔IC、插接器针脚、壳体、密封圈等组成，如图3-2-20所示。 LOGO 知识学习 3)爆燃传感器。发动机的爆燃是指发动机气缸内的可燃混合气在火焰前锋尚未到达之前自行燃烧，导致压力急剧上升而引起缸体振动的现象。在发动机工作的临界点或有轻微爆燃时，发动机热效率最高，动力性和经济性最好，但剧烈的爆燃会使发动机的动力性和经济性严重恶化。图3-2-21所示为别克威朗爆燃传感器。 LOGO 知识学习 爆燃传感器的功用和分类如下： ①爆燃传感器功用。爆燃传感器安装在发动机缸体上，通过检测发动机缸体的振动，判断有无爆燃发生及爆燃强度，并将发动机爆燃信号转换为电信号输入发动机ECU,以便ECU修正点火提前角，其目的是提高发动机动力性能的同时不产生爆燃。 ②爆燃传感器分类。爆燃传感器主要有磁致伸缩式爆燃传感器和压电式爆燃传感器两种，而压电式爆燃传感器又分为共振型爆燃传感器和非共振型爆燃传感器，如图3-2-22所示。 LOGO 知识学习 (2)电控单元(ECU)电控单元由中央处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出接口(I/O)、模/数和数/模转换器(A/D、D/A)以及整形、驱动电路等组成。 在发动机集中控制系统中，电控燃油喷射系统和电子点火系统的控制器是合为一体的，如图3-2-23所示。 LOGO 知识学习 LOGO 知识学习 (3)执行器：微机控制点火系统的执行器主要为点火器，其作用是根据电子控制器输出的指令(信号),通过内部大功率管的导通与截止，控制初级电流的通断完成点火工作。 四、微机控制点火系统的原理 1.微机控制点火系统的工作原理 微机控制点火系统由各种传感器检测发动机的工况信息，并送给ECU进行分析和计算。ECU根据曲轴位置确定初始点火提前角，并依据发动机转速和负荷信号从存储器中调出基本点火提前角的原始数据；再根据传感器信号，对基本点火提前角进行修正；最后向点火器发出点火控制信号。点火器接收ECU发出的点火控制信号，在最佳时刻接通和断开点火线圈初级电路，点火线圈次级绕组产生高压电，使火花塞跳火点燃混合气。 LOGO 知识学习 2.点火控制调整 1)点火提前角控制：发动机工作时，将当前工况和状态下的最佳点火提前角与当前的点火提前角比较，不一致，则输出调整的点火控制脉冲信号；一致，则说明已处于最佳点火状态，控制器输出原控制信号。 2)闭合角控制：闭合角控制是指对点火线圈初级电路通电时间的控制。 3)爆燃控制：工作原理如图3-2-24所示。在爆燃控制中采用爆燃传感器检测发动机是否产生爆燃，如果有爆燃，ECU减小点火提前角(每次推迟0.5°~1.5°),直到爆燃消失ECU又逐渐加大点火提前角，使发动机工作在爆燃的边缘，而又不发生爆燃，此时发动机热效率最高，动力性、经济性最好。 LOGO 知识学习 利用爆燃传感器对点火提前角进行闭环控制，可以降低对各传感器精度的要求。 LOGO 知识学习 五、点火系统常见故障的检修 1.火花塞常见故障 发动机运转过程中，火花塞除了承受较大的电负荷外，还与高温、高压可燃混合气直接接触，且受到燃烧产物的强烈腐蚀。正常情况下，火花塞绝缘体端部呈浅褐(灰)色，表面没有燃油或机油沉积物，说明热值正确且点火正常。因火花塞属于汽车易损件消耗用品，且受燃油品质、自身工艺质量、工作环境等影响，使用中故障率较高，现列举其常见的几种故障如下： (1)积炭 1)现象：火花塞上有松软、乌黑的沉积物，表明有积炭，如图3-2-25所示。 LOGO 知识学习 2)原因： ①可燃混合气比例不正确、空气滤清器堵塞等造成的混合气过浓。 ②发动机温度过低，燃烧不完全。 ③燃油质量太低或变质，燃烧不正常。 ④火花塞太冷、热值太低。 3)后果：积炭是可以导电的，可能造成火花塞失火。 (2)机油油污 1)现象：火花塞电极和内部出现油性沉积物，表明机油进入燃烧室内，如图3-2-26所示。 LOGO 知识学习 2)原因：个别火花塞上有油性沉积物，可能是气门杆油封损坏造成的；各个缸体的火花塞都粘有这种沉积物，则说明气缸蹿油。当空气滤清器和通风装置堵塞时，气缸极易出现蹿油。 3)后果：机油沉积物覆盖火花塞会使火花塞无法通过间隙跳火，而是通过机油从更短的路径跳火到侧电极。 LOGO 知识学习 (3)积灰 1)现象：火花塞中心电极及侧电极表面覆盖有浅褐色沉积物，如图3-2-27所示。 2)原因：积灰是由于过多的机油添加剂引起的。积灰若出现在火花塞半边，说明发动机上部磨损严重；积灰包围电极，说明发动机下部磨损严重。 3)后果：积灰可引起自点火，造成功率损失或损坏发动机。 (4)爆燃 1)现象：绝缘体顶端破裂，如图3-2-28所示。 LOGO 知识学习 2)原因：爆燃是绝缘体破裂的主要原因。点火时刻过早、汽油辛烷值低、燃烧室内温度过高都可能导致发动机爆燃。 3)后果：相同的振动也会损坏其他发动机零部件，如活塞和气门。 (5)瓷件大头爬电 1)现象：绝缘体上出现垂直于铁壳方向黑色燃烧痕迹，如图3-2-29所示。 LOGO 知识学习 2)原因：由于安装不好或火花塞连接线套老化，导致点火高压沿着瓷体外部闪络接地。 3)后果：导致发动机失火。 因此，检修火花塞对于判断发动机运转情况显得尤为必要，其检修内容主要包括：检查电火花、检查火花塞电极、检查火花塞电极间隙(中心电极和侧电极的空气间隙)。 2.点火线圈常见故障 (1)点火线圈常见故障种类 点火线圈燃烧电压低，或不产生燃烧电压，会造成发动机怠速不稳、间断熄火、不能起动。点火线圈常见的故障如下： 1)点火线圈绕组短路，会使点火线圈产生的电压过低，造成点火能量不足，会造成火花塞电极黑得太快(经常被积炭污染)。 LOGO 知识学习 2)点火线圈断路或接地，不产生高压电，无法点火。 3)点火线圈表面放电，是指在点火线圈外表面出现了放电跳火现象。引起表面放电的主要原因是表面有污物和严重受潮。表面放电常发生在高压引出螺钉附近，因此在高压引出螺钉与高压线的连接部位通常装有护套。出现表面放电时，往往可在放电部位见到烧损痕迹。当烧损较轻微时，可清除烧损物并做好绝缘处理。 4)点火线圈绝缘老化，其原因是热车后的高温或高速大负荷工况下的频繁点火，使点火线圈温度迅速升高。而点火线圈自身的绝缘老化，使其在高温、高电压下发生放电短路，导致点火线圈初级绕组和次级绕组实际的匝数比变小，使次级绕组产生的电压值降低，造成突然熄火、车速上不去的故障。点火线圈工作温 LOGO 知识学习 度一般不超过80℃,否则造成点火线圈过热。点火线圈过热会使点火线圈内部的绝缘物质熔化，加速点火线圈损坏。 (2)点火线圈检测诊断方法：点火线圈的检测主要包括外壳的清洁检查，以及检查高低压线圈是否短路、断路、搭铁和发出火花强度是否符合要求等。其主要内容包括：检查点火线圈的外表、外壳是否完好，型号是否相符合；有无裂损或绝缘物溢出，各接线柱连接是否牢靠，若发现绝缘盖破裂或外壳损伤，因容易受潮而失去点火能力，应予以更换； 检查高低压线圈是否短路、断路和低压线圈是否搭铁；检查高压线座孔是否完好，必要时修复；进行初、次级绕组断路、短路、搭铁检验，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 LOGO 知识学习 明有故障，应予以更换。具体方法如下： 1)测量电阻法。主要包括： ①检查初级绕组电阻：用万用表电阻档测量“+”与“-”端子间的电阻。 ②检查次级绕组电阻：用万用表电阻档测量“+”与中央高压端子间的电阻。 ③检查电阻器的电阻：用万用表直接接于电阻器的两端子上。 2)试灯检验法。将220V试灯接在初级绕组的接线柱上，灯亮则表示无断路故障，否则便是断路。当检查绕组是否有搭铁故障时，可将试灯的一端与初级绕组相连，另一端接外壳，如灯亮，便表示有搭铁故障，否则为良好。短路故障用试灯不易查出。对于次级绕组，因为它的一端接于高压插孔，另一端与初级绕组相连，所以检验中，当试灯的一个触针接高压插孔，另一触针接低压接柱时，若试 LOGO 知识学习 若试灯发出亮光，说明有短路故障；若试灯暗红，说明无短路故障；若试灯根本不发红，则应注意观察，当将触针从接柱上移开时，看有无火花发生，如没有火花，说明绕组已断路。因为次级绕组和初级绕组是相通的，若次级绕组有搭铁故障，在检查初级绕组时就已反映出来了，无须检查。 (3)点火线圈绝缘性能检测 对此点火线圈故障最好是在动态下检测，具体方法如下： 1)在试车中，故障出现时用示波仪检测波形。如热车后波形发生变化，必须更换。 2)在试车中，故障出现的第一时间，用红外线测温仪检测次级绕组的工作温度，如超过95℃,说明点火线圈绝缘老化，内部有短路点，必须更换。 LOGO 知识学习 3)在试车中，故障出现的第一时间，用欧姆表检测次级绕组的电阻值，如热车后电阻值明显变小，说明内部短路，必须更换。 (4)发火强度检测 1)在万能电器试验台上检验火花强度及连续性。检查点火线圈产生的高电压时，可与分电器配合在试验台上进行试验，如果三针放电器的火花强，并能击穿5.5mm以上的间隙时，说明点火线圈发火强度良好。检验时将电极间隙调整到7mm,先以低速运转，待点火线圈的温度升高到工作温度(60～70℃)时，再将分电器的转速调至规定值(一般4、6缸发动机用的点火线圈的转速为1900r/min,8缸发动机的为2500r/min),在0.5min内，若能连续发出蓝色火花，表示点火线圈良好。 LOGO 知识学习 2)用对比跳火的方法检验。此方法在试验台上或车上均可进行，将被检验的点火线圈与好的点火线圈分别接上进行对比，看其火花强度是否一样。点火线圈经过检验，若内部有短路、断路、搭铁等故障，或发火强度不符合要求时，一般均应更换新件。 3.火花塞拆装检查 (1)拆卸火花塞具体操作步骤如下： 1)拆卸发动机盖板，如图3-2-30所示。 LOGO 知识学习 2)断开蓄电池负极电缆。 3)拆卸点火线圈电气插接器，如图3-2-31所示。 4)拆卸点火线圈紧固件，如图3-2-32所示。 LOGO 知识学习 5)拆卸点火线圈，如图3-2-33所示。 6)拆卸火花塞，如图3-2-34所示。 注意拆卸火花塞之前，要检查火花塞套筒橡胶是否损坏；火花塞套筒必须与火花塞中心对正。 LOGO 知识学习 (2)检测火花塞 主要检测内容如下： 1)火花测试。具体步骤如下： ①断开4个喷油器插接器。 ②用火花塞钳子夹持火花塞，放置于气缸盖上。 ③起动发动机但持续时间不超过2s,并检查火花。正常状态下，电极间隙间跳火。 注意 不要使发动机起动超过2s。 2)检测火花塞电极间隙。使用塞尺测量火花塞电极间隙，如图3-2-35所示，记录检测数据并与表3-2-1中的标准数据进行对比。 LOGO 知识学习 注意 如果电极间隙大于标准值，更换火花塞，不要调整电极间隙。 LOGO 知识学习 3)火花塞的目视检查。具体情况如下： ①正常工作。棕色至浅灰褐色，且带少量白色粉状沉积物，是带添加剂的燃油正常燃烧的副产品。 ②积炭。干燥、蓬松的黑炭或烟灰，主要由以下情况产生：燃油混合气过浓、燃油喷射器泄漏、燃油压力过大、空气滤清器滤芯堵塞、燃烧不良、点火系统电压输出减小、线圈不耐用、点火导线磨损、火花塞间隙不正确；此外，长时间怠速运行或在轻载下低速行驶可导致火花塞始终处于低温状态，使得正常燃烧沉积物无法燃尽。 ③沉积物污染。主要是机油、冷却液或含硅等物质的添加剂(降低火花强度，颜色很白的覆盖层),大多数粉状沉积物除非在电极上形成了烧结物，否则不会影响火花强度。 LOGO 知识学习 ④若火花塞电极部分的颜色不正常，则根据规定进行清洁或更换。 ⑤若火花塞烧蚀严重，则必须更换火花塞。 4)火花塞检查。如图3-2-36所示，主要内容包括： LOGO 知识学习 ①检查接线柱是否损坏，检查其是否弯曲或断裂；通过拧动和拉动接线柱的方式，测试接线柱是否松动，端子接线柱应不晃动。 ②检查绝缘体是否击穿或有炭痕、炭黑，这是由接线柱和接地点之间的绝缘体两端之间放电而引起的。检查是否存在以下情况：检查火花塞套管是否损坏；检查气缸盖的火花塞凹槽区域是否潮湿，如有机油、冷却液或水。火花塞套管完全受潮后会引起对地的电弧放电。 ③检查绝缘体有无裂纹。全部或部分电荷可能通过裂缝而不是电极进行电弧放电。 ④检查是否有异常电弧放电的迹象。主要内容是测量中心电极和侧电极端子之间的间隙(参见点火系统规格),电极间距过大，可能会妨碍火花塞正常工作。 LOGO 知识学习 ⑤检查火花塞的安装力矩是否正确。力矩不足可能妨碍火花塞正常工作；火花塞紧固力矩过大会引起绝缘体开裂。 ⑥检查绝缘体尖端而不是中心电极附近是否有漏电迹象。 ⑦检查侧电极是否断裂或磨损。 ⑧通过摇动火花塞检查中心电极是否断裂、磨损或松动。如果有咔嗒声，说明出现了内部故障；中心电极若松动，会降低火花强度。 ⑨检查侧电极与中心电极之间是否存在搭桥短接现象，电极上的积炭会减小甚至消除它们的间隙。 ⑩检查电极上的铂层是否磨损或缺失(若装备)。 ⑪检查电极是否过于脏污。 LOGO 知识学习 ⑫检查气缸盖的火花塞凹槽区域是否有碎屑。螺纹变脏或损坏可能导致火花塞在安装过程中无法正确就位。 (3)安装火花塞操作步骤如下： 1)用磁棒吸住火花塞或用带有固定装置的火花塞套筒将火花塞放入火花塞安装孔。 2)用手旋转带入火花塞扳手。 3)使用扭力扳手以规定力矩拧紧火花塞。 (4)安装点火线圈 操作步骤如下： 1)安装点火线圈。 2)以规定力矩拧紧点火线圈紧固件。 3)连接点火线圈电气插接器。 LOGO 知识学习 4)安装蓄电池负极电缆。 5)安装发动机盖板。 6)起动车辆，检查车辆行驶是否正常，确认车辆故障是否消失。 LOGO 课堂练习 判断题 1.点火模块和点火线圈形成一个点火组件，每个气缸独立使用一个点火组件。( ) 2.点火线圈由初级绕组、次级绕组、点火模块等组成。( ) 3.磁感应式曲轴位置传感器和霍尔式曲轴位置传感器的结构中都有永久磁铁。( ) 4.凸轮轴位置传感器是检测凸轮轴位置的一个信号装置，是点火主控制信号。（ ） 5.凸轮轴位置传感器采集到的信号是发动机ECU的判缸信号，用来确定哪个气缸处于非压缩状态。（ ） 6.凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器分开工作，没有任何联系。( ) LOGO 课堂练习 7.爆燃传感器安装在发动机缸体上，它通过检测发动机缸体的振动，判断有无爆燃发生及爆燃强度。( ) 8.磁致伸缩式爆燃传感器是一种光感式传感器。（ ） 9.爆燃传感器是利用压电陶瓷的压电效应将振动转化为电压信号输入ECU的。( ) LOGO $$