项目七 点火系统检修（教案）-《汽车发动机构造与维修》同步教学（电子工业版）

授课项目及 任务名称 项目七 点火系统检修 教学目标 素养目标 1．培养学生勤奋、谦虚、认真、刻苦的学习习惯。 2．让学生养成敢动手、勇创新的进取精神，具备自主学习新技术的能力。 3．培养具有良好的职业道德观念和较强的质量意识和客户意识。 4．培养良好的企业7S管理品质，提升职业素养。 知识目标 1．了解点火系统的功用、组成和类型 2．掌握传统点火系统的工作原理、结构组成 3．掌握微机控制点火系统的工作原理、组成和维护方法。 能力目标 1．知道点火系统各零部件的安装位置 2．能够熟练拆装、更换和检测点火线圈、火花塞等 3．会用万用表、示波器、故障诊断仪等检测仪器检查点火系统。 教学重点 1．点火系统的工作原理、结构组成 2．微机控制点火系统的工作原理、组成和维护方法。 教学难点 1．微机控制点火系统的工作原理 2．故障诊断设备的规范使用。 教法学法 借助于多媒体课件、点火系统各零部件等讲授点火系统的组成。通过动画或微课使学生形象了解点火系统的组成、各零部件的功用、结构类型、安装位置等。 通过真实的实训车辆，教师讲解，学生指认练习、亲自动手操作等教学环节使学生熟悉并掌握项目所学内容。 课前准备（教具、活动准备等） 1．点火系统工作过程动画、组成图片等多媒体教学资源； 2．实训车辆、示教板； 3．万用表、故障诊断仪、吹尘枪、常用拆装套装工具、火花塞、点火线圈等专用拆装工具、扭力扳手、工具车及其他辅助清洁用品手套、抹布等。 授 课 主 要 内 容 任务导入 李老师驾驶着一辆2010年产的大众宝来1.6L轿车上下班，早上启动汽车以后发现发动机运转的声音和以前不同，有些抖动，怠速不稳。请同学们利用预习的知识来讨论一下，汽车点火系统哪些零部件异常会导致这一故障现象的发生。 任务准备 一、点火系统的功用 由于汽油的自燃温度高，很难被压燃，因此内燃式汽油发动机均需配备点火系统，利用电火花点燃可燃混合气。汽车点火系统的功用是在发动机各种工况和使用条件下使火花塞适时、可靠的产生足够强的电火花，以点燃气缸内的可燃混合气。 二、点火系统的基本要求 1．能产生足以击穿火花塞间隙的电压 火花塞电极间产生电火花所需要的最低电压，称为击穿电压。影响击穿电压的因素有： （1）火花塞电极间隙的大小。 （2）气缸内混合气的压力和温度。 （3）电极温度。 （4）电极极性。 （5）发动机的工作情况。 2．电火花要有足够的能量 要使可燃混合气可靠的点燃，火花塞产生的电火花必须具有足够的能量。发动机正常工作时，所需的电火花能量很小（3～5mJ）。但在启动、怠速、加速、大负荷等工况时，都需要较高的火花能量。另外，为了提高发动机的经济性减少有害气体的排放，也需要增大电火花的能量。为保证可靠点火，点火系统提供的能量通常为50～80mJ，启动时应大于100mJ。 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。如四冲程直列六缸的工作顺序为1-5-3-6-2-4或者1-4-2-6-3-5；四冲程直列四缸的工作顺序为1-3-4-2或1-2-4-3。 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过程上止点处点火，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。 点火过迟，导致发动机过热，功率下降。如果点火过早，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。 一般把发动机发出最大功率或油耗最小时的点火提前角，称为最佳点火提前角。影响最佳点火提前角的主要因素有以下几种。 （1）转速 转速越高，在同一时间内，曲轴转过相应的角度越大，最佳点火提前角应增加。故最佳点火提前角应随转速的升高而增大，但不是线性关系。 （2）负荷 在转速不变的情况下，发动机的最佳点火提前角应随发动机的负荷增加而减小。 （3）启动及怠速。 发动机启动和怠速时，混合气的全部燃烧时间只占较小的曲轴转角，要求点火提前角减小甚至点火不提前。 （4）汽油的辛烷值 通常用“辛烷值”来表示汽油的抗爆性能。辛烷值越大，汽油抗爆性越好。因此，随着汽油辛烷值的增大，最佳点火提前角可适当增加。 （5）压缩比 随着压缩比的增高最佳点火提前角可相应减小。 （6）混合气的浓度 混合气的浓度直接影响燃烧速率，当过量空气系数α=0.8～0.9时，燃烧速度最快，最佳点火提前角最小，过稀或过浓的混合气由于燃烧速率降低。故必须相应增加点火提前角。。 三、传统点火系统 1．传统点火系统的组成 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，如图7-1所示。主要有电源（蓄电池和发电机）、点火开关、点火线圈、断电器、分电器（配电器）、火花塞、高压导线等组成。 图7-1 传统点火系统组成 2．传统点火系统的工作原理 如图7-2所示，接通点火开关，发动机开始运转。断电器凸轮不断旋转，使断电器触点不断地开、闭。当断电器触点闭合时，蓄电池的电流从蓄电池正极出发，经点火开关、点火线圈的初级绕组、断电器活动触点臂、触点、断电器壳体搭铁，流回蓄电池的负极（这些零部件构成初级电路）。当断电器的触点被凸轮顶开时，初级电路被切断，点火线圈初级绕组中的电流迅速下降到零，线圈周围和铁芯中的磁场也迅速衰减以至消失，因此在点火线圈的次级绕组中产生感应电压，称为次级电压。其中通过的电流称为次级电流，次级电流流过的电路称为次级电路。触点断开后，次级绕组中产生的感应电压击穿火花塞间隙放出电火花，点燃混合气。 图7-2 传统点火系统的工作原理 3．电源 电源为点火系统提供工作时所需的能量，它由蓄电池和发电机组成，发动机开始启动时由蓄电池提供电能，发动机启动后由发电机提供点火所需能量。其标称电压一般为12V。 4．点火开关 点火开关是用来控制仪表电路、点火系统初级电路以及起动机继电器电路的开与关，如图7-11所示为点火开关。 图7-11 点火开关 常见点火开关的四个位置，如图7-12所示。 图7-12 点火开关四个位置 5．点火线圈 点火线圈是产生点火所需高压电的一种变压器，它将12V的低压电转变成15～20kV的高压电。但点火线圈的工作方式却与普通变压器不一样，普通变压器是连续工作的，而点火线圈则是断续工作的，它根据发动机不同的转速以不同的频率反复进行储能及放能，如图7-13所示。 传统点火线圈 独立点火线圈 图7-13 点火线圈 通常的点火线圈里面有两组线圈，初级线圈和次级线圈，如图7-14所示。初级线圈一端与车上低压电源（+）连接，另一端与开关装置（断电器）连接。次级线圈一端与初级线圈连接，另一端与高压线输出端连接输出高压电。 图7-14 点火线圈的内部结构 6．分电器 分电器由分电器盖和分火头组成，用来将点火线圈产生的高压电分配到各缸的火花塞，分电器盖上有一个中心电极和若干个旁电极，旁电极的数目与发动机的气缸数相等。分火头安装在分电器的凸轮轴上，与分电器轴一起旋转。发动机工作时，点火线圈次级线圈中产生的高压电，经分电器盖上的中心电极，分火头旁电极、高压导线分送到各缸火花塞。电容器安装在分电器壳上，与断电器触点并联，用来减小断电器触点断开瞬间，在触点处所产生的电火花，以免触点烧蚀，可延长触点的使用寿命。 7．火花塞 （1）功用。 火花塞的功用是将高压导线（火嘴线）送来的脉冲高压电放电，击穿火花塞两电极间空气，产生电火花以此引燃气缸内的混合气体。 （2）结构。 火花塞由中心电极和侧电极组成，安装在发动机气缸盖上，前部伸入燃烧室中，如图7-10所示。 图7-10 火花塞结构及内部组成 （3）类型。 火花塞按照热值高低可分为冷型和热型，冷型与热型是相对而言，它反映了火花塞的热特性性能。绝缘体裙部短，受热面积小，传热距离短，散热容易，因此裙部温度低些，称为冷型火花塞，适用于高速高压缩比的大功率发动机；有些绝缘体裙部长的火花塞，受热面积大，传热距离长，散热困难，裙部温度高，称为热型火花塞，适用于中低速低压缩比的小功率发动机。 火花塞按照电极材料可分为镍合金、银合金和铂合金等。 火花塞按照外部形状可分为以下几种类型： ① 标准型火花塞 ② 绝缘突出型火花塞 ③ 细电极型火花塞 ④ 锥座型火花塞 ⑤ 多极型火花塞 ⑥ 沿面跳火型火花塞 （4）型号。 汽车上应用的火花塞型号多种多样，但是都遵循一定的规律，型号所代表的含义包括材质、尺寸、热值、电阻、间隙等。表7-1列出了NGK火花塞各字母或数字的含义。 表7-1 NGK火花塞型号对照表 B （螺纹直径） R （火花塞类型） 9 （热值） E （螺纹长度） S （使用特征） -9 （火花塞间隙） A-18mm B-14mm C-10mm D-12mm E-8mm BC-14mm BK-14mm DC-12mm P-绝缘体突出型 M-小型火花塞 U-沿面、半沿面及辅助型火花塞 L-短座型 R-带阻尼电阻型 S-屏蔽型 Z-卷线型电阻 2 热型 4 5 6 7 8 9 10 冷型 L：11.2mm H：12.7mm E：19mm EH：19mm半螺纹 M-轻量型 BM：9.5mm BMP-A：9.5mm F-圆锥型 A-F：10.9mm B-F：11.2mm B-EF：17.5mm A-专用 B-整体端子 C-赛车专用 S-铜芯电极 W-钨电极 K-外侧两极 Q-外侧四极 T-外侧三极 P-白金火花塞 -9：0.9mm -10：1.0mm -11：1.1mm （5）选用。 由于各种发动机工作特性不同，没有一种标准的火花塞能够适应所有的发动机。因此必须要根据车辆维修手册中火花塞类型，或者根据发动机的特性来选择相适应的火花塞，火花塞选择的基本原则是：“热型”发动机（大功率、大压缩比、高转速）应选配“冷型”火花塞（裙部长度短、导热长度短）；“冷型”发动机（小功率、小压缩比、低转速）应选配“热型”火花塞（裙部长度长、导热长度长），以维持火花塞的热平衡，使其工作温度保持在500～850℃工作范围。 四、电子点火系统 1．电子点火系统的组成 电子点火系统其实就是用半导体辅助点火的一种装置，分为有触点式和无触点式，其主要由电源（蓄电池和发电机）、点火信号发生器、点火控制器、点火线圈、分电器和火花塞等组成，如图7-3所示。与传统点火系统相比，无触点电子点火系统采用点火信号发生器和点火控制器取代白金触点来控制点火线圈初级电路的接通和断开，目前极少使用。 图7-3 电子点火系统组成 2．电子点火系统的工作原理 接通点火开关，电源电压加到点火控制器上。启动发动机，各传感器开始将发动机的各种工况信息转换为电信号并传递给控制单元，控制单元将接收到的信号与只读存储器中贮存的数据进行比较、计算后，输出点火信号至点火控制器，由点火控制器中的功率管接通和切断点火线圈的初级电路。初级电路断开时在点火线圈的次级绕组中产生较高的次级电压，该电压加在火花塞上足以击穿两电极之间的间隙产生能量较足的电火花，从而点燃气缸内的可燃混合气。 五、微机控制点火系统 1．微机控制点火系统的组成 微机控制点火系统主要由各种传感器、电子控制单元（ECU）、点火器、点火线圈、火花塞等组成。各种传感器和开关组成信号输入装置，点火器、点火线圈、火花塞等组成执行器。因此微机控制点火系统也可看成由信号输入装置、电子控制单元（ECU）、执行器三部分组成。如图7-4所示。 图7-4 微机控制点火系统组成 2．微机控制点火系统的分类和工作原理 （1）微机控制点火系统的类型，按照高压配电方式可分为有分电器式和无分电器式两种，如图7-5所示。无分电器式又分为单缸独立点火和双缸同时点火方式，如图7-6和图7-7所示，现在应用最广泛的是无分电器的单缸独立点火方式，根据是否有反馈控制，点火系统分为开环控制和闭环控制方式两种。 图7-5 图7-6 单缸独立点火系统 图7-7 双缸同时点火系统 （2）微机控制点火系统的工作原理 微机控制点火系统中，微机（电控单元ECU）根据曲轴位置传感器提供的曲轴位置信号，判断出发动机的活塞位置并且根据信号频率计算出发动机的转速值，再通过电控燃油喷射系统的节气门传感器（或空气流量计）确定负荷的大小，从而对发动机的运行工况作出比较精确的判断。根据发动机的转速和负荷的大小微机从存储单元中查找出对应此工况的点火提前角和点火初级电路导通时间，由这些数据对电子点火器进行控制从而实现精确控制。另外微机系统还可以根据其他影响因素对这两个因素进行修正，实现点火系统的智能控制。如图7-8所示为微机控制点火系统原理图。 图7-8 微机控制点火系统原理图 六、火花塞的拆装与外观检查 1． 火花塞的拆卸 （1）车辆熄火、发动机处于冷却状态，用吹尘枪清理点火线圈及其附近的灰尘，用抹布清理油污，断开点火线圈线束连接器。 （2）用合适的套筒预松并拆下点火线圈的固定螺栓，用专用工具拔出点火线圈。注意：要用维修手册规定的专用工具拔出点火线圈，以免损坏点火模块。 （3）火花塞拆卸前清理。取下点火线圈后，将火花塞周围用吹尘枪进行清理，以防污物进入燃烧室。 （4）火花塞的拆卸。用合适的套筒拧松火花塞并进行拆卸。 （5）火花塞的检测。对火花塞进行检查和测量。 （6）火花塞的安装。按照与拆卸相反的顺序进行安装。注意：科鲁兹车型维修手册规定火花塞的拧紧力矩为25N·m。 2．火花塞的外观检查 （1）检查端子是否弯曲、断裂和松动。 （2）检查绝缘体是否损坏、有裂纹或有碳痕、炭黑等。 （3）检查中心电极和侧电极之间是否存在桥接短接现象。两电极之间的积碳会减小甚至消除它们的间隙。检查电极是否过于脏污。 （4）检查气缸盖的火花塞槽部位是否有碎屑。脏污或损坏的螺纹可能导致火花塞在安装过程中不能正确就位。 （5）火花塞正常的颜色为棕色至浅灰褐色，且带少量白色粉状沉积物，否则存在故障。 （6）检查火花塞两电极之间的间隙是否正常，并用塞尺测量，符合维修手册技术标准。 注意：火花塞间隙一般不可调整，过大过小都会影响发动机正常工作，需要更换。 任务实施 一、任务名称 点火系统的拆装与检修 二、任务目标 1．掌握火花塞和点火线圈的拆装与检修方法； 2．规范使用相关工具、量具、仪表等。 三、技术标准 1．正确、熟练的拆装点火系统各零部件； 2．正确熟练的检测点火线圈和火花塞，根据检测数值判断元件异常。 四、任务操作流程 1．连接故障诊断仪或示波器； 2．读取静态和动态故障码、读取数据流、波形等，根据测量值初步判断故障范围； 3．连接尾气分析仪，检查尾气排放，确诊具体故障部位； 4．拆卸点火线圈和火花塞并做外观检查； 5．用万用表、塞尺等对点火线圈和火花塞进行详细检测； （1）用塞尺检查火花塞间隙。 （2）点火线圈供电电压、电源线路的检测。 （3）点火线圈信号、信号线路的检测。 （4）点火线圈搭铁线路的检测。 6．填写检测记录表，制定维修方案。 五、安全注意事项 1．实训区域内严格遵守实训室要求、规范着装、穿戴好防护用品，不嬉戏打闹，不乱丢杂物，服从指导教师安排； 2．操作过程中，有不会的、不懂的可以组内讨论或请教老师，严禁随意拆卸、不按要求操作或者暴力操作； 3．工位污物及时清洁，工具、零件及设备有序摆放； 4．操作完毕，工具、设备及时归位，清洁工位，及时完成相关数据和实训报告的填写。 附板书设计： 项目七 点火系统拆装与检修 一、点火系统的功用 二、点火系统的基本要求 最佳点火提前角及影响的主要因素 （1）转速（2）负荷（3）启动、怠速（4）汽油辛烷值（5）压缩比（6）混合气浓度 三、传统点火系统 组成、工作原理 四、电子点火系统 组成、工作原理 五、微机控制点火系统 组成、工作原理、类型 六、火花塞的拆装与检查 课后反思： 9 学科网（北京）股份有限公司 $$