电子点火系统教具的设计与开发设计说明书

. TianjinUniversity of Technology and Education毕 业 设 计专 业： 汽车维修工程教育班级学号： 汽修0403 - 21 学生： 洁 指导教师： 健 高级实验师 二九年 六 月工程师学院本科生毕业设计电子点火系统教具的设计与开发Electronic Ignition System Design and Development of teaching aids专业班级：汽修0403学生：洁指导教师：健 高级实验师系 别：汽车与交通学院2009年 6 月37 / 44摘 要20世纪90年代，一种新型的点火系统被用于许多汽车上。这种点火系统叫做无分电器点火系统，也可以称它为直接点火系统。这种点火系统不用许多高压部件就可以提供很高的高压电。这种点火系统可以提供更高的电压且更好的减少部件的磨损。随着计算机技术的飞速发展和发达国家对汽车排放限制与对其他性能要求的提高，微机开始在汽车上应用用微机控制点火正时，形成微机控制点火系统。由于微机具有响应速度快、控制精确等优点，以此点火系统为基础，外加传统点火系统和电子点火系统，设计和制作出可用于实训教学的点火系统实验台。教师在利用此实验台进行授课时，学生更容易理解，记忆也更深刻，学习效率将大幅提高。设计说明书对点火系统的结构组成进行了讲解，对其工作原理进行了深入的分析，最主要的是对实验台的设计过程进行了全面的总结和详细的说明。实验台的总体设计工作包括教具实验台台架结构的设计、教具实验面板的设计、教具实验台面板接线图的设计、故障点的设计以与诊断端子的设计。在完成点火系统实验台的设计和制作后，设计了点火系统故障设置与诊断实验的方法。关键词：点火系统；实验台；设计与制作；故障设计ABSTRACTIn the early 1990s a new type of ignition system began to appear on many automobiles. It is called the distributorless ignition system, or direct ignition system. This system provides a high voltage spark at the spark plug without many of the secondary system parts. The system can provide higher voltages and does so with fewer parts to wear out. With the rapid development of computer technology and developed countries to limit emissions from vehicles and other performance requirements for theimprovement of computer applications in the car - with computer control of ignition timing to form a microcomputer-controlled ignition system, as the computer has a fast response, control high precision,Take this ignition as foundation to design ,Plus a traditional ignition system and electronic ignition system, and make ignition system experiment table. When teacher use this experiment table in teaching, the students comprehends more easily, remember much deeper and the study efficiency will be significantly improved.The design specification explain the mechanical structure of ignition system and analysis the working principle and the drive route in detail. It is the main contents that the design process of ignition system experiment table is explained and summarized. The total design work ignition system experiment table include the design of experiment table structure, the design of front-panel, the design of control chart, the design of fault.Overall design, structural features andthe terminal of diagnose. Fault installed air conditioning and automatic electronic control circuit and the modified circuit bonding technology.Key Words： ignition system；experiment table；design andfabrication；fault design目 录1 引言12微机控制电子点火系统主要组成部件32.1ECU32.2传感器32.3 高压输出42.4 点火控制器42.5点火系统的分类：43 微机控制电子点火系统的控制过程63.1点火电流的恒定控制63.2无分电器电子点火控制63.3点火正时的控制83.4点火时序（判缸）的控制93.5点火提前角与爆震的控制103.6 发动机的工作状况对点火的影响123.7 发动机对点火系统的要求134汽车电子点火系统的故障诊断134.1 电子点火系统故障诊断的一般原则134.2 电子点火系统故障分析144.3 电子点火系统的故障诊断164.4 故障现象174.5 故障诊断174.6 故障分析175 教具的总体设计方案186 教具的面板设计196.1 教具面板电路图的设计207 教具面板控制部分的设计257.1 实验台接线电路图的设计257.2 电压表的设计与选配267.3 仪表控制电路的设计288 教具台架图的设计309 教具的使用349.1 点火系统实验台349.2 日常维护保养349.3 注意事项34总结35参考文献36致371 引 言一百多年来，点火技术伴随着汽车的发展而逐渐提高。1886年第一辆以四冲程燃机为动力的汽车使用的是磁电机点火系统。一直到了1931年，美国人才首先使用了能自动根据发动机负荷和转速来调节点火提前角的真空、离心点火提前调节装置。此后，这种点火装置逐步得到完善，并在汽车上得到了广泛的使用，故也被称之为“传统点火系统”。随着人们对汽车发动机动力性、经济性与排放控制要求的日益提高，传统点火系统结构本身固有的缺陷也越来越显现出来。为了从根本上克服传统点火系统的缺陷,早在50年代初期人们就已经开始探索用晶体管控制点火系统的工作，即用电子手段来控制点火线圈初级电流的通断。60年代，美国摩托罗拉公司生产了有触点电容放电式半导体辅助点火系统，并安装在美国部分小轿车上，以解决触点烧蚀、火花塞积碳与高速断火等问题。在这种系统中，电容器所储存的能量可达80MJ，点火线圈不再起储能作用而只起变压器的作用。电容器储存的电能突然通过点火线圈初级绕组放电时，次级绕组感应出很高的次级电压并输向火花塞。因次级电压上升速率很高，火花塞积碳而漏电所造成的能量损失较小，因而提高了点火系统的抵抗火花塞积碳的能力；因电容器所储存的能量几乎不受发动机转速的影响，使点火系统在各种转速下均有一个较恒定的点火能量输出，改善了高低速时的点火能量特性；因通过触点的电流较小，基本排除了触点烧蚀现象。由于上述优点，特别是抵抗火花塞积碳能力较强，这种点火系统至今仍在一些二冲程发动机上应用。但这种点火系统也存在火花持续时间短、对无线电干扰强、结构复杂、体积庞大、造价高等缺陷，因而只在汽车上得到短期的应用，没有能进一步发展和推广。紧随上述点火系统之后。摩托罗拉公司又开发、生产了有触点电感式半导体辅助点火系统，并在短期应用于汽车发动机。因该系统保留了断电器触点，虽然解决了触点烧蚀等问题，但磨损等传统点火系统的部分缺陷依然存在，故也未得到推广，而很快被无触点电子点火系统所取代。60年代末至70年代初，摩托罗拉公司已开始大量生产无触点电子点火系统，完全取消了机械式断电器与其触点，从而避免了凸轮，顶块等机械磨损所造成的点火正时变化、触点烧蚀与初级能量消耗过大等缺陷。该系统用点火信号发生器取代了传统点火系统的断电器和触点，用点火模块(电子点火控制器)控制初级电流的通断;不仅提高了点火系统的工作可靠性，点火能量也得到一定的提高。其点火信号发生器也出现了磁感应式、霍尔效应式、光电效应式、电磁振荡式等多种形式。这种点火系统至今仍被广泛应用于多种汽车上。1976年美国通用公司首次将微处理器应用于点火时刻控制，此后微机控制的电子点火系统的应用日渐增多，并与汽车喷射、怠速等发动机其他电子控制系统一起，进行综合控制，其点火性能也有了进一步的提高。目前，全电子点火控制装置已在汽车上得到了广泛的应用。各种点火系统基本构成比较如图1-1所示：图1-1各种点火系统基本构成比较a)传统触电式点火系统 b)晶体管辅助点火系统 c)无触点电子点火系统1、点火开关 2、点火线圈附加电阻 3、点火线圈 4、触电 5、火花塞 6、电容7、点火信号感应线圈 8、电子点火器 9、电子放大器2微机控制电子点火系统主要组成部件2.1ECUECU（电子控制单元）就是整部汽车的智能控制中心，指挥协调汽车的各部分工作，同时ECU还有自动诊断功能。其中处理控制点火系统工作是ECU众多工作重要的一项。ECU只读存储器ROM中存有500多万组数据，这些数据大多数是发动机通过各种实际工作情况测量优选得出的，包括了整个汽油机工作围各种转速和负荷下的最佳点火提前角与喷油脉宽等有关全部数据。不同型号整车的ECU的存储数据是不同的，各厂家对数据都是不公开的；这些数据保证了汽油机在功率性、加速性、经济性和排放控制方面达到最优组合。ECU控制点火原理发动机启动后，ECU每10ms采集一次发动机的各传感器动态参数，按预先编好的程序处理这些数据，并存入随机存储器RAM中；同时ECU还要根据电源电压大小、从其只读存储器ROM中选取出适应当前工况的高压变压器初级线圈电流导通时间，（即ECU输出宽度不同的方波电压控制高压输出系统变压器初级线圈电流大小，实现对高压输出电压大小的控制）ECU综合这些数据，从其只读存储器ROM中查找出（计算出）适应当前发动机工况的最佳点火提前角存入随机存储器RAM中，然后利用发动机转速（或转角）信号和曲轴位置信号，将最佳点火提前角转换成点火时刻,即切断高压变压器初级电流的时刻。在下列情况下ECU点火实行开环控制，点火按预设程序工作。A、发动机启动时。B、重负荷时。C、节气门全开时。2.2传感器传感器就是各种不同类型与功用的测量元件，安装在发动机不同的有关部位，把发动机工况各种参数变化反馈给ECU作计算数据。在点火系统中应用的传感器主要有空气流量计与进气温度传感器、发动机转速与曲轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器与爆震传感器、氧传感等。1、发动机转速传感器用来检测发动机曲轴的转速，作为控制系统进行运算的主要依据。2、凸轮轴位置传感器确定曲轴基准位置和点火基准的传感器。它是保证ECU控制电子点火系统正常工作最基本的信号。3、空气流量传感器确定进气量大小的传感器，其除了用于计算基本喷油时间之外，还用作负荷信号来计算和读取基本点火提前。4、爆震传感器用于点火提前角闭环控制系统，ECU可根据它输出的信号来判断发动机是否发生爆震，从而对点火提前角进行修正。5、节气门位置传感器将节气门开启角度转换为电信号输入ECU，ECU根据该信号和车速传感器信号来综合判断发动机所处的工况（怠速、中等负荷、大负荷、减速），并对点火提前角进行修正。6、发动机冷却液温度传感器 此传感器信号反映发动机工作温度的高低。在微机控制点火系统中，ECU除了利用该信号对基本点火提前角进行修正之外，还要利用该信号控制启动和发动机暖机期间的点火提前角。7、发动机进气温度传感器 此传感器信号反映发动机吸入空气的温度。在微机控制电子点火系统中，ECU利用该信号对基本点火提前角进行修正。2.3 高压输出1、高压输出功率三极管：在电路中起开关作用。 2、高压输出变压器：在电路中把低电压转换成高电压供火花塞点火。 3、高压线：在电路中把高压电传输到火花塞。 4、火花塞：在电路中把高压电引进汽缸并把电能量转换成热能。2.4 点火控制器点火控制器又称为点火电子组件、点火器或功率放大器，是微机控制点火系统的功率输出级，它接受ECU输出的点火控制信号并进行功率放大，以便驱动点火线圈工作。点火控制器的电路、功能与结构依车而异，有的与ECU制作在同一块电路板上如切诺基4.0L发动机集中控制系统；有的为独立总成，并用线束和连接器与ECU相连接，如丰田轿车采用的TCCS系统；有的点火控制器结构十分简单，如奥迪200型轿车发动机电控系统和日本日产公司的ECCS系统，其点火控制器仅是一只控制点火线圈初级电流的大功率开关三极管，该点火控制器与点火线圈安装在一起并配有较大面积的散热器散热。2.5点火系统的分类：1、电感蓄能式点火系统点火系统产生高压前以点火线圈建立磁场能量的方式储存点火能量。目前汽车使用的绝大部分点火系统为电感储能式。电感蓄能式点火系统主要有微型电子计算机（ECU）、各种传感器、高压输出部分（功率管、变压器、高压线、火花塞）三大部分组成。其基本组成如图2-1所示：图2-1电感储能式点火系统1、点火信号发生器2、电子点火器3、附加电阻4、点火线圈5、点火开关6、火花塞2、电容储能式点火系统点火系统产生高压前，先从电源获取能量以蓄能电容建立电场能量的方式储存点火能量。多应用于高转速发动机上，如赛车。其基本组成如图2-2所示：图2-2电容储能式点火系统1、振荡器 2、触发电路 3、点火信号发生器 C、储能电容3 微机控制电子点火系统的控制过程电喷发动机是电控燃油喷射（EFI）发动机的简称，电喷发动机点火系统的控制主要包括：点火电流的恒定控制、无分电器点火控制、点火正时控制、点火时序（判缸）控制以与点火提前与爆震的控制等。3.1点火电流的恒定控制图3-1 点火电流的恒定控制原理点火线圈的初次级绕组的匝数比确定后，点火时的高压（点火线圈的次级电压）主要由初级绕组过的电流大小来决定。现代的发动机电子点火系统为了提高点火时的高压，点火线圈的初级均采用粗导线绕制，其阻只有0.5左右，但这又会引起电流过大，如不加以控制会使点火线圈因电流过大而影响寿命。点火电流的恒定控制原理（见图3-1）。当功率三极管T1或T2导通时，电流经发射极负反馈电阻Rf到地。通过电阻Rf的电流越大，其上的压降也越大。如果点火电流超过规定值时（一般为6.5A），电路Rf上的压降增大，恒流控制电路开始控制使闭合角减小。继而减小了三极管T1、T2的导通时间，最终通过点火线圈的初级绕组中的电流减小，避免点火线圈发热和三极管T1、T2的损坏。若点火电流小于规定值6.5A时，恒流控制电路也将起控，增大闭合角使三极管T1或T2的导通时间增加，使点火电流增大，最终恒定在6.5A的标准值上。3.2无分电器电子点火控制为了进一步提高发动机工作时的可靠性、动力性和经济性，现代的发动机尤其是电喷发动机的点火系统越来越多地采用无分电器电子点火。无分电器点火系统的结构与以往的点火系统不同，它取消了分电器，消除了因分电器产生的机械磨损而引起的点火时间不准，以与点火能量损失等不利因素，因而它是新型发动机点火的主流。无分电器点火系统根据使用点火线圈的数量以与其火花塞的跳火方式，又可分为同时点火和单独顺序点火两种方式。1、无分电器同时点火方式四缸电喷发动机无分电器同时点火的基本电路（见图3-1）。该电路的特点是每两个缸的火花塞共用一只点火线圈，点火线圈的次级绕组的两端采用开放式分别接两个缸上的火花塞。点火时两个缸的火花塞形成串联电路同时跳火。其中一个缸的火花塞在常规方向跳火，即从正中央电极到负旁电极；而另一个缸的火花塞跳火则从负旁电极到正中央电极。在两个缸的火花塞同时跳火时，只有处于压缩行程气缸的火花塞的跳火才是有效的，而处于排气行程的另一个气缸的火花塞的跳火是无效的多余的，所以也有称这种点火为“浪费”火花型点火。在两个缸的火花塞同时跳火时，一个缸的活塞处于排气行程的上止点；另一个缸的活塞处于压缩行程的上止点。即点火应在处于压缩行程气缸活塞的上止点位置的1缸进行。因此发动机电子控制器（ECU）根据曲轴位置传感器送来的活塞上止点信号和同步信号传感器送来的判缸信号，经计算处理后输出正确的点火指令，使1缸点火。点火线圈的次级绕组电路中增加的一只高压二极管，是为了防止三极管T1和T2在导通的瞬间，次级绕组产生的感应电动势使火花塞跳火。在无分电器同时点火方式中，为了降低成本和节省发动机周围的空间，还采用一种初级绕组带中间抽头的点火线圈，独立完成对各缸的点火。该同时点火电路的基本原理是：ECU根据曲轴位置传感器和同步信号传感器送来的信号，经计算处理后向电子点火组件中的驱动三极管T1发出点火信号（1缸和4缸的同时点火信号），这时三极管T1导通T2截止。点火电流从蓄电池的+12V三极管T1的集电极和发射极初级绕组的L2蓄电池负极。这时初级绕组的L1中的电流中断，次级绕组中感应产生高压电，其极性为上负下正。其电流流向为：次级绕组的端二极管D44缸火花塞的中央电极和旁电极蓄电池负极（车身）1缸火花塞的旁电极和中央电极二极管D1次级绕组的端。这时1和4两个缸的火花塞同时跳火。由于点火工作顺序为1-3-4-2，4缸的活塞处于排气行程，1缸的活塞处于压缩行程的上止点位置，因而1缸的火花塞跳火是有效的，而4缸的火花塞跳是无效的。当发动机的曲轴旋转180后，发动机ECU根据曲轴的位置传感器和同步信号传感器送来的信号，向三极管T2发出点火信号（2缸和3缸的同时点火信号），这时三极管T2导通T1截止。点火电流从蓄电池的+12V初级绕组中的L1三极管T2的集电极和发射极蓄电池的负极。这时初级绕组L2中的电流中断，次级绕组中感应产生高压电，其极性为上正下负。其电流流向为：次级绕组的端二极管D22缸火花塞的中央电极和旁电极蓄电池负极（车身）3缸火花塞的旁电极和中央电极二极管D3次级绕组的端。这时2和3两个缸的火花塞同时跳火，3缸的活塞处于压缩行程的上止点位置，火花塞的跳火是有效的，而2缸的活塞是处于排气行程，因而其火花塞的跳火是无效的。发动机转两圈（720）在一个工作循环，各缸的火花塞有效跳火一次。2、无分电器单独顺序点火方式（见图3-2）是一个四缸电喷发动机无分电器单独顺序点火的基本电路。图3-2 无分电器单独顺序点火的基本电路该无分电器点火系统中的工作点火顺序与常规的发动机按工作顺序点火的原理一样。不同的是因无分电器单独点火，每个缸的火花塞均需一个点火线圈，并且工作时还需要判缸信号。ECU根据曲轴位置传感器和同步信号传感器送来的信号，经处理后向电子点火组件中的驱动三极管T1发出点火信号。这时三极管T1截止，使点火线圈的初级绕组中的电流中断，次级绕组便感应产生高压电，使缸的火花塞跳火。随着发动机的旋转，ECU将按照该发动机的工作点火顺序（如1-3-4-2）依次向1缸、3缸、4缸、2缸发出点火信号，使相应气缸的火花塞跳火。3.3点火正时的控制点火正时是指活塞处于压缩行程的上止点时刻点火，它由安装在飞轮边缘的曲轴位置传感器给ECU提供信息，ECU经判断处理后输出指令使电子点火器工作。曲轴位置传感器是点火系统的重要器件。对于四缸发动机来说，在其飞轮的相对方向上各有均等的4个槽。4个槽为一组，两组槽相隔180，每组槽齿间隔20（见图3-3）点火正时信号产生的原理。图3-3 点火正时信号产生原理曲轴位置传感器多由霍尔传感器担任，当发动机飞轮旋转时，其上的槽齿经过霍尔传感器时产生霍尔效应输出5V的高电平信号。当飞轮上的槽齿不经过霍尔传感器的期间，无霍尔电压产生，输出0.3V的低电平信号。飞轮旋转一圈（360），每组槽齿共产生4个霍尔电压脉冲信号（见图3-4）。图 3-4 脉冲信号 图 3-5 曲轴位置与ECU工作关系四缸发动机工作时有两个气缸的活塞同时到达上止点：一是排气行程的上止点；另一个是压缩行程的上止点。点火只应在活塞处于压缩行程的气缸发生。ECU根据曲轴位置传感器送来的信号，就可知道有两个气缸的活塞已到达上止点，但它不知道是哪个气缸的活塞处于压缩行程，因此它还不能发出点火指令，还需要一个点火时刻的重要信号气缸差别（判缸）信号。曲轴位置传感器与ECU的工作关系（见图3-5）点火正时信号产生的原理。3.4点火时序（判缸）的控制点火时序也就是发动机工作时每个气缸的先后点火顺序。气缸判别是由安装在分电器的同步信号传感器来完成的，它也多是霍尔传感器（见图3-6）点火时序信号产生的原理。图3-6 霍尔传感器同步信号传感器由脉冲转子和霍尔传感器组成。发动机工作时脉冲转子旋转，当脉冲转子的D点进入霍尔传感器时，产生5V的霍尔电压脉冲信号；当脉冲转子的点离开霍尔传感器时，不产生霍尔电压脉冲信号（0V）。发动机曲轴转两圈（720），经2：1传动脉冲转子转一圈（360），霍尔器件产生脉冲高低电平各一次（见图3-7）点火时序信号产生的原理。图3-7 同步信号 图3-8 同步信号传感器与ECU工作关系当ECU接收到同步信号传感器送来的高电平脉冲信号后，经过计算处理后就可判定活塞同时到达上止点的1缸和4缸中，1缸的活塞处于压缩行程的上止点，4缸的活塞处于排气行程的上止点。这时ECU再结合曲轴位置传感器送来的曲轴位置信号，对1缸发出正确的点火指令。同步信号传感器也是发动机点火的重要传感器，一旦其发生故障，发动机将不可启动。其与ECU的工作关系（见图3-8）点火时序信号产生的原理。3.5点火提前角与爆震的控制1、点火提前角的控制点火提前角是指从火花塞开始跳火到活塞到达上止点的时间曲轴转过的角度。它对发动机工作时的动力性和经济性影响很大。发动机工作时因使用的燃料品质不同、转速和负荷的不同以与进气量和水温的不同等诸多因素，会引起最佳点火时刻的偏移，甚至还会产生发动机爆震。因此必须不断地与时修正点火提前角，使发动机的油耗、排污最小，功率最大和避免产生爆震。点火提前角主要与发动机的转速和负荷有关。不同发动机的最佳点火提前角不尽一样，且同一发动机在不同的工况下最佳点火提前角也不一样。实际工作时它由初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角三者组成。（1）初始点火提前角初始点火提前角也称为固定点火提前角。在发动机起动过程中，节气门（油门）位置传感器的怠速触点接近闭合时，发动机的转速低，缸的混合气燃烧速度慢，因此ECU不控制其点火提前。点火提前角是厂家设定的固定模式，一般为10左右或不提前点火。（2）基本点火提前角在发动机正常运转时，节气门位置传感器的怠速触点处于打开的位置，这时ECU开始起控。ECU根据送来的发动机转速信号、进气量信号以与空调请求信号等，与其部的存储器数据比较处理后，送出最佳的点火提前角指令。（3）修正点火提前角发动机工作暖机后，由于各项外界参数变化较大，尤其是发动机的转速和负荷以与水温（发动机温度）变化最大。因此ECU根据各种传感器送来的信号，要不断地修正点火提前角。如发动机的负荷大时，缸吸入的混合气多，燃烧速度快，容易造成爆燃，这时应减小点火提前角，反之亦反。发动机温度高时，也会引起缸燃烧加快易爆燃，同时也使发动机的排污增加。这时也应稍减小点火提前角，降低缸燃烧温度。ECU时刻监视着各种传感器送来的信号，不断地修正发动机工作时的点火提前角。2爆震的控制燃油的品质越低，发动机的负荷越大，温度越高，点火提前角也越大，越容易产生爆震。爆震是一种炽热点火现象，当活塞未到上止点时，即发生点火，使缸产生阻止活塞运动的力，并使缸温度上升至约1000。发生爆震时不仅会产生噪声，降低发动机的功率，严重时会损坏缸的部件。因此必须加以控制。引起爆震的原因主要有以下几个：（1）燃油的品质越低（如汽油的辛烷值低），其抗爆性就越差。发动机工作时，在缸的高温高压下会自燃进而形成爆燃即产生爆震。这时应适当减小点火提前角。图3-9爆震控制的原理分析（2）点火提前角过大容易产生爆震。尤其是发动机在大负荷（进气量大）时，吸入缸的混合气多，压缩终了的压力和温度高，使燃烧速度加快，如不减小点火提前角，极易发生爆震。（3）发动机的负荷越大，温度越高，缸的燃烧速度与压力越高，尤其是在使用低品质的燃油时容易发生爆震。爆震的检测一般采用压电传感器，分为共振式和非共振式两种。它安装在发动机机体上，直接检测机体的振动。根据ECU对其控制与否又分为开环和闭环控制。在发动机小负荷工作的情况下，由于进气量少，缸燃烧速度也慢，缸的温度和压力不是很高，这时不会发生爆震。ECU实行开环控制，不处理爆震传感器的信号，只按正常时其存储器的数据控制点火提前角的大小。在发动机大负荷工作时由于进气量大，缸燃烧速度快，发动机温度升高，这时极易发生爆震（爆震的频率为6kHz左右），ECU开始实行闭环控制（见图3-9）爆震控制的原理分析。ECU根据爆震传感器送来的爆震信号，经计算处理后输出指令逐步调整点火提前角。调整的过程是：当发动机电子控制器（ECU）中的CPU接收到爆震信号后，经过与存储器里的数据比较处理后输出指令使点火提前角减小。为了不降低发动机的最大输出功率，减小点火提前角是一点点地调整的。当ECU每使点火提前角减小一点时，就“查看”一下是否还存在爆震。若还存在爆震，ECU就再使点火提前角减小一点，直到完全消除爆震。如果爆震消失了，ECU再令点火提前角一点点地增大（以增大发动机的输出功率）。ECU根据爆震传感器送来的信号反复地调整点火提前角，使发动机始终工作在爆震的边缘，保证发动机输出功率最大，而又不产生爆震。这一系列调整是利用电子技术在瞬间完成的。3.6 发动机的工作状况对点火的影响火花塞电极间隙越大，在同样电压下间隙越大电场越弱，电场力越小，较难产生足够的离子，故需较高的电压才能跳火。影响击穿电压的因素还包括火花塞电极的形状、电压的极性。 气缸的气体密度大（混合气浓），单位体积中气体的中性分子数量越多，分子间距离越小，正离子或负离越容易与分子相撞，加速的距离短，速度不高动能小，难以击破中性分子产生新的离子。故需较高的电压才能跳火。同理，火花塞电极的温度越高，电极间近旁的气体密度越小，故需较低的电压就能跳火。混合气温度越高，其分子能越大，就越容易电离，因此跳火电压可降低；反之，冷车启动时，由于混合气中离子运动能力低，不易电离，就需要较高的跳火电压。据测定，冷车启动时，跳火电压最高约为15kv-25kv，温度正常后，汽车则只需要8kv12 kV的击穿电压。3.7 发动机对点火系统的要求1、能产生足以击穿火花塞电极间隙的高压电火花塞电极间能产生火花时所需要的电压，称为击穿电压或称为跳火电压。正常情况下变压器输出高压大于跳火电压，反之失火。2、能够控制点火能量大小（1）可靠点燃混合气，火花塞必须具有足够的点火能量。在发动机正常工作时，电火花只要有110mJ的能量即可。但是在起动时，为保证可靠点火，火花塞的点火能量可达到100mJ。 （2）能根据发动机的各种工况对点火能量调整，即对高压输出晶体管导通时间（传统机械式）闭合角的长短的控制，达到对高压变压器初级电流大小（能量大小）的控制。3、点火时刻应适应发动机的各种工况（1） 发动机不同转速和负荷所要求的最佳点火提前角不同，点火系统必须能自动调节点火提前角。发动机的点火提前角表示式：（2）实际点火提前角初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角（或延迟角）。 （3）这种数字式电子点火系统还能将点火时间智能控制在临爆点或微爆点围，使汽油机在功率、经济性、加速性和排放控制方面达到最优。4 汽车电子点火系统的故障诊断点火系统故障是造成发动机不能工作或工作不良的主要原因之一。电子点火系统一般来说其故障率比传统的触点式点火系统要低得多，但是，其故障的诊断和排除则要比传统点火系统复杂。如果我们不了解电子点火系统的结构和原理，没有掌握正确的故障检修方法，就会面对故障束手无策，或者进行盲目和错误的操作，不能排除故障，反而造成新的故障。4.1 电子点火系统故障诊断的一般原则1、不能以刮火法来检查电路是否通路 在传统触点式点火系统中，我们常常以刮火的方法来检查某点是否有电压，或某 段电路是否通路。这种简便易行的方法在电子点火系统中则不能应用，因为电路在作瞬间短路时，将会产生瞬时的过电压，这种瞬时的过电压容易烧坏电子点火系统和其他电子设备中的电子元件。2、电子控制系统以外的可能故障部位先进行检查对于微机控制的点火系统来说，因不点火、缺火、点火时间不当等而造成发动不工作、工作不良的可能故障原因有电子控制系统的各种传感器、控制器等。但是在作故障检查时，一般我们应该先检查控制系统以外的可能故障部位。这是因为:控制系统以外的线路故障、器件性能不良故障的故障率一般高于控制器、传感器等，且检查也相对较为容易，先行检查，往往可以用较为简单的方法就可以将故障排除，避免对控制系统作繁杂的检查，而真正的故障却还未找到。3、检修前先读取故障代码微机控制系统一般都有故障自诊系统，它将控制系统工作中出现的故障信息以代码的形式储存起来了。检修前，读取所有的故障代码(若有的话)，就可以按代码所指示的故障区域进行故障检查，使故障的诊断快捷、准确。4、对故障可能的原因应心中有数，避免故障检查的盲目性在故障检查前，应先对此种故障现象的可能原因进行分析，心中已清楚可能的故障部位有哪些，在进行故障检查时，就可使故障检查避免盲目性。既可避免对无关的部位和器件作无谓的检查，费工费时，又可防止对一些有关的部位漏检而不能迅速排除故障。5、准备好准确充足的数据资料电气线路的电压参数、元器件的电阻与其他参数，是检判故障的重要依据。没有这些标准数据，就不能准确判断故障。必须注意的是，不同车型，有关的电路和元器件参数是不尽一样的，不能盲目照搬。为准确检判故障的需要，应先准备好维修车辆的有关检修数据资料。除了注意从维修手册、专业书刊中收集整理这些有用的数据资料外，另一个有效的途径是:对良好运行车辆的系统电路、元器件的有关参数进行测量，并记录下来，作为日后检修同类型车辆的检测比较标准参数。如果我们平时做好这些数据资料的收集整理工作，会给电子点火系统的故障检判带来极大的便利。4.2 电子点火系统故障分析电子点火系统的常见故障是:（1）不点火而使发动机不能启动。（2）火花弱而使发动机运转不平稳、排气管放炮、不能启动等。（3）个别缸不点火而使发动机运转不平稳。（4）点火时间不当而使发动机运转不稳、加速困难;排气管放炮、进气管回火、不能启动等。表41列举了非电子控制点火时间的电子点火系统可能的故障部位和对发动机工作的影响。表41 发动机故障现象与点火系统可能的故障原因发动机故障点火系故障部位发动机不能启动启动后即熄火怠速不稳发动机加速困难发动机不能熄火排气管放炮化油器回火发动机爆震发动机油耗过高发动机间歇熄火点火线圈不良点火线圈附加电阻断路分火头漏电分电器盖漏电火花塞漏电火花塞电极间隙不当火花塞热特性不符真空点火提前失灵离心点火提前失灵点火信号发生器不良点火开关不良高压导线插错点火正时不对点火器线路插接器松动电子点火器故障点火系电源线路不良4.3 电子点火系统的故障诊断微机控制点火系统的故障诊断程序如诊断故障树4.4 故障现象一辆大众速腾来店做保养。当时进店时车辆状况：在怠速时怠速不稳车有点抖动，其它各工作状态良好。当时诊断是节气门太脏，怠速时进气不畅所以引起怠速不稳。保养的项目是：更换机油、机滤、空滤、刹车油、转向助力油，更换火花塞，清洗节气门，在做完这些项目之后，起动发动机，出现的现象是：怠速时发动机抖动的更加厉害。4.5 故障诊断在拆下节气门时，节气门确实是很脏，有大量的积炭。这是引起怠速不稳的原因，从诊断上应该是正确的。可是为什么做完保养后，节气门也洗了，发动机反而抖动的更加厉害了。1）诊断排查怠速控制电机其控制机构都运行正常。2）通过诊听器检查四个喷油器的工作也正常，油路方面不存在故障。3）拔去高压线检测跳火情况，四条高压线跳火都正常。4）火花塞是新换的不会存在积炭原因引起跳火强度不够。5）通过逐缸断火试验，各缸无断火现象。6）通过对火花塞的检测，发现第二缸火花塞的电极间隙与其他三个火花塞间隙相比较有些偏少，经测量间隙在0.56毫米小于正常间隙（0.6毫米0.7毫米）7）经过对第二缸火花塞间隙的调整，再次启动发动机，发动机运行正常，故障排除。4.6 故障分析在发动机高速运转时，容易产生缺火现象，使发动机运转不均匀，功率下降，汽油消耗增多。火花塞的电极间隙如果过小，在发动机低速运转时，容易产生缺火现象，两电极间也容易形成积炭造成高压电流短路。同时，由于火花弱小，还能造成混合气燃烧不完全，因而使发动机排气冒黑烟，功率下降，汽油消耗增多。火花塞间隙过小，引起跳火时能量不足，点火能量不足会引起发动机点燃率下降，使发动机的动力性能下降，油耗和排污增加。由于第二缸做工能量不足，所以导致发动机抖动。5 教具的总体设计方案本教具实验台主要是为了更好的促进从事汽车专业教学的师生以与维修人员更好的学习而设计制作的，所以教具在设计与制作时要从能够让学生更容易掌握现代汽车电子控制点火系统的结构、原理、使用维修等方面的容考虑，要力求做到形象直观，以使学生对于点火系统各部分的组成与工作原理的学习起到事半功倍的效果；另外此教具实验台可以根据实车上的故障在教具实验台上进行故障模拟，学生可以在实验台上进行故障排除的实验，学习如何进行性能检测、故障诊断、进行故障点的电压检测等，并可利用电脑故障诊断仪和万用表进行故障诊断与排除的训练。以此为设计的出发点，本设计的总体设计方案定为：第一步，确定车型，奥迪A6轿车是一汽大众汽车与德国奥迪公司同步生产的具有设计先进、功能齐备、技术领先的全新车型，无论是外形设计，还是技术含量都达到了世界顶尖水准，为豪华型高档轿车。自从推向市场以来，受到了广大用户的青睐。因此，选择奥迪A6轿车点火系统作为设计对象。第二步，设计教具实验台面板，面板设计包括面板电路图的设计、故障检测点设计。第三步，教具实验台面板控制电路的设计。第四步，选配实验台面板上仪表的稳压电源。第五步，故障检测端子的设计。第六步，台架的设计。第七步，元件摆放的设计。6 教具的面板设计彻底理解并掌握点火系统的组成部分、工作原理与其电子控制系统电路，并以此为基础设计面板电路图，以“点火系统的实际工作情况出发设置故障，分析故障现象与解释故障的原因，最后排除故障”为指导思想，在实验台面板上设置各个传感器和执行器的故障检测点，设计的关键在于既要真实的反映实际点火系统的控制过程，又要使其形象直观便于使用。最后还要兼顾设计任务书的要求以与整体美观性。实验台面板电路的设计是整个面板设计的中心，也是整个设计的关键所在。在试验台的实际使用过程中，面板（图6-1）是进行实训教学、电路分析、故障诊断与排除的平台，所以是实验台总体设计中的极其重要和关键的一环。点火系统教具实验台的面板除实验台和制作单位的名称外分为六个部分。第一部分为数字式电压表,可以通过他观察各种传感器动态数据,以与执行元件的工作状态；第二部分为奥迪A6点火系统电路图。包括各种传感器执行器连接线以与诊断座。在进行绘制之前，我对奥迪A6点火系统的相关资料进行了查阅和收集，同时为了绘图的准确性和标准性，研习了大众车系电路图的画法，并以奥迪A6原厂全车电路图作为制图参照；第三部分为点火系统电脑端子检测点图,可以通过他来检测电脑线束插头端子,省去拔电脑线束插头,以免损坏电脑；第五部分为电脑诊断座插头端子名称；第六部分为研制单位名称。图6-1实验台面板图6.1 教具面板电路图的设计实验台面板电路的设计是整个面板设计的中心，也是整个设计的关键所在。该面板电路设计包括四部分：传统触电式点火系统、无触点霍尔式点火系统、微机控制分组点火式点火系统、微机控制独立点火系统。电路遵循原车电路图原理进行绘制，略有改动，主要是删减掉一些不必要的附属电路，如图8-1。形象直观的再现了点火系统的工作原理，还根据实车中的常发故障现象，在电路中设置了检测端子，通过专用检测仪器可进行各主要传感器、执行器的电压检测。在电路图中设置故障点十对，在电路中每一个故障检测点为直径6测试点，在电脑检测端子上，每一个故障检测点为直径3.18mm的测试点。1、在实验台面板上所设计的点火系统的电控元件包括：1)、传感器：进气温度传感器、凸轮轴位置传感器、爆震传感器、节气门位置传感器、空气流量传感器。2)、控制开关：点火开关。3)、执行器：点火器。4)、电子控制器：微处理器、输入电路与输出电路等组成。其作用是根据各个传感器与控制开关的信号和其部设定的控制程序，通过运算和分析，向各个执行元件输出控制信号，从而实现对点火系统工作过程的控制。2、点火系统各电控元件的功能与其检测点的设置奥迪独立点火系统：1)、点火开关： 此开关用于通断点火系统工作电路。当打开此开关时，15号线经此开关将电源送入点火系统各部件，点火系统开始工作；当点火开关处于OFF位置时，点火系统停止工作。此处无故障点设置。2)、进气温度传感器（如图6-2）：此传感器信号反映发动机吸入空气的温度。在微机控制电子点火系统中，ECU利用该信号对基本点火提前角进行修正。图6-2 进气温度传感器检测点的设置：在进气温度传感器电源线与ECU之间。检测点的设置：在进气温度传感器信号线与ECU之间。3)、冷却液温度传感器（如图6-3）：此传感器信号反映发动机工作温度的高低。在微机控制点火系统中，ECU除了利用该信号对基本点火提前角进行修正之外，还要利用该信号控制启动和发动机暖机期间的点火提前角。图6-3 冷却液温度传感器检测点的设置：在冷却液温度传感器信号线与ECU之间。检测点的设置：在冷却液温度传感器电源线与ECU之间。4)、空气流量传感器（如图6-4）：确定进气量大小的传感器。除了用于计算基本喷油时间外，还用作负荷信号来计算和读取基本点火提前。图6-4 空气流量传感器检测点的设置：在空气流量传感器信号线与ECU之间。检测点的设置：在空气流量传感器电源线与ECU之间。5)、凸轮轴位置传感器（如图6-5）：是确定曲轴基准位置和点火基准的传感器。该传感器在曲轴旋转至某一特定的位置时，输出一个脉冲信号，ECU将这一脉冲信号作为计算曲轴位置的基准信号，再利用曲轴转角信号计算出曲轴任一时刻所处的具体位置。图6-5 凸轮轴位置传感器检测点的设置：在凸轮轴位置传感器信号线与ECU之间。检测点的设置：在凸轮轴位置传感器电源线与ECU之间。6)、爆震传感器（如图6-6）：用于点火提前角闭环控制系统。ECU可根据爆震传感器输出的信号来判断发动机是否发生爆震，从而对点火提前角进行修正。图6-6 爆震传感器检测点的设置：在爆震传感器电源线与ECU之间。检测点的设置：在爆震传感器信号线与ECU之间。7）、节气门阀控制单元（如图6-7） ：将节气门开启角度转换为电信号输入ECU，ECU利用该信号和车速传感器信号来综合判断发动机所处的工况（怠速、中等负荷、大负荷、减速），并对点火提前角进行修正。图6-7 节气门位置传感器检测点的设置：节气门阀控制单元信号线与ECU之间。检测点的设置：节气门阀控制单元电源线与ECU之间。8)、点火线圈I（如图6-8）：通过通断初级线圈电路，在次级绕组中感应出很高的电动势，该高压电经分电器分配给1缸火花塞，击穿火花塞电极间隙，点燃可燃混合气。检测点的设置：点火线圈I电源线与ECU之间。检测点的设置：点火线圈I信号线与ECU之间。9)、点火线圈II：通过通断初级线圈电路，在次级绕组中感应出很高的电动势，该高压电经分电器分配给2缸火花塞，击穿火花塞电极间隙，点燃可燃混合气。检测点的设置：点火线圈II电源线与ECU之间。检测点的设置：点火线圈II信号线与ECU之间。10)、点火线圈III：通过通断初级线圈电路，在次级绕组中感应出很高的电动势，该高压电经分电器分配给3缸火花塞，击穿火花塞电极间隙，点燃可燃混合气。检测点的设置：点火线圈III电源线与ECU之间。检测点的设置：点火线圈III信号线与ECU之间。11)、点火线圈IV：通过通断初级线圈电路，在次级绕组中感应出很高的电动势，该高压电经分电器分配给4缸火花塞，击穿火花塞电极间隙，点燃可燃混合气。检测点的设置：点火线圈IV电源线与ECU之间。检测点的设置：点火线圈IV信号线与ECU之间。图6-8 点火线圈12）发动机转速传感器（如图6-9）：检测点的设置：转速传感器信号线与ECU之间。检测点的设置：转速传感器信号线与ECU之间图6-9 转速传感器7 教具面板控制部分的设计7.1 实验台接线电路图的设计控制电路图（如图7-1）是在面板图的基础上绘制出故障断点、指示灯与监测仪表连线等部控制电路。图7-1 试验台接线图图7-1 实验台接线图在实验台控制电路上设有独立点火模块工作指示灯，执行元件的显示是为了在教学过程中，直观的看到被设置故障的执行元件对点火系统性能的影响，即出现何种故障现象，让学习者根据故障现象来分析故障原因，以提高学习效率。用来显示执行元件工作情况的发光二极管（如图7-2）是串接电阻后与执行器并联，二极管的正常工作电流在10至30毫安，正常压降值在1.5至3V围，因此需要串联一个500欧姆左右的电阻用来分担电压，当执行元件工作时二极管点亮，指示执行元件处于工作状态。图7-2 执行元件工作情况7.2 电压表的设计与选配在实验台面板的第一部分安装有六块数字式电压表（如图7-3），其中我们可以通过正、负表笔对任何传感器端子进行电压检测与对故障点进行检测，显示检测电压。型号：XL513系列数字式电压表技术规格：准确度：0.3%读数+1字，湿度RH45%75%。平均每变化10引起的附加误差不超过基本误差值。显 示：15（LED）红色或绿色。三位半：（1999计数）读数。自动调零 自动极性转换 取样周期：40ms 超量程指示：最左位数字显示（1）或（-1）