第五节无分电器点火系统_汽车发动机电控系统原理与诊断维修-QQ阅读男生武侠网

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第五节无分电器点火系统

无分电器点火系统代表着现代汽车发动机点火技术发展的方向，其点火的控制方法和结构也较为典型。本节将从实例出发，结合所使用的曲轴（凸轮）位置传感器和火花分配方式，对无分电器点火系统进行分析。

无分电器点火系统完全取消了分电器，它是将点火线圈产生的高压电直接通过高压线传递给火花塞，使其点火。

一、无分电器点火系统的火花分配

图1-50 无分电器点火系统的类型

无分电器点火系统火花分配的典型方式是两个气缸合用一个点火线圈，即双缸同时点火方式。如果每个气缸的火花塞都配用一个点火线圈，则称为单独点火方式，如图1-50所示。

如果点火线圈不通过高压线直接与火花塞连接，又称为无分电器直接点火方式，如图1-51所示。如果每个缸有两个火花塞，则称为双火花塞点火方式。

（1）双缸同时点火方式无分电器双缸同时点火方式用一个点火线圈对接近压缩和排气（或做功）上止点的两个气缸同时实施点火。如图1-52所示，接近压缩上止点的1缸点火后，混合气被引燃而做功，此时点火称为有效点火；处于接近排气上止点的6缸，缸内压力比压缩上止点的压力低很多，火花塞间隙阻抗很小，所以只需消耗很小的放电能量（很低的电压）就能使电流通过，此时点火称为无效点火，点火线圈的能量主要消耗于有效点火。当曲轴再次到达该位置时，1、6缸的点火状态与上述相反。

图1-51 直接点火方式

图1-52 双缸同时点火时的放电电路

图1-53 双缸同时点火方式将点火线圈布置在火花塞附近

1—点火线圈 2—铸铁制发动机罩 3—点火线圈包总成 4—火花塞衬套 5—火花塞衬套固定架 6—火花塞连接件 7—点火模块 8—点火线圈接线柱密封件 9—点火线圈接线柱弹簧

需要注意的是：由于点火次级线圈的电压极性不会变化，为使电流回到次级线圈的另一端，如果1缸火花塞是负极接地，则6缸的火花塞应为正极接地。所以两个火花塞中有一个是负极放电。

（2）直接点火方式对于双缸同时点火方式，常将点火线圈布置在火花塞附近，图1-53所示为4缸发动机，每两个火花塞共用1个点火线圈；对于单独点火方式或把点火线圈布置在火花塞附近，或将点火线圈插在火花塞上，如图1-54所示。

（3）双火花塞点火方式一些4缸发动机有8个火花塞、两个点火线圈包（每个包内含有两个点火线圈）。火花塞被安装在气缸的两侧。点火线圈放在发动机的侧面，并与该侧的火花塞相连，如图1-55所示。

每缸进排气侧各有一个火花塞，由点火模块中不同的电路控制，如图1-56所示。在发动机起动期间，双火花塞工作模式被禁止，只有进气侧的火花塞发火。一旦发动机起动成功，两个火花塞便会同时发火。每个点火线圈使串联的两个火花塞发火，其中一个火花塞的电流方向总是从中心电极到侧电极，另一个火花塞的电流方向总是从侧电极到中心电极，如图1-57和图1-58所示。因为火花塞的接线方式不同，因此装在一个气缸内的两个火花塞发火时的电流方向相反。

图1-54 单独点火方式将点火线圈插在火花塞上

图1-55 双火花塞点火系统所用零部件的安装位置

1—双霍尔式传感器（正时传动带盖后面） 2—左侧火花塞 3—右侧点火线圈包 4—点火模块 5—左侧点火线圈包

图1-56 双火花塞电子点火系统原理图

MAP—进气歧管绝对压力 ECT—冷却液温度 ACT—进气温度 TPS—节气门位置 EUP—电子控制分列式喷油

图1-57 串联在点火线圈上的两个双火花塞

无分电器点火线圈与一般点火线圈不同，其初级线圈与次级线圈没有连接，为互感作用。

有些系统次级线圈中串联一只高压二极管，其作用是为了避免功率晶体管导通时，点火线圈产生的电压造成火花塞误跳火。如图1-59所示，在大功率晶体管（VT）导通的瞬间，初级线圈产生最大反电动势为电源电压12～14V，次级线圈产生大约2000V的电压。因为没有分电器（分电器分电触点间有一定间隙），所以这2000V电压将全部作用于火花塞上。若VT导通发生在压缩行程末期，由于气缸压力高，此电压不足以使火花塞跳火。但如果VT的导通发生在进气行程末期与压缩行程的初期之间，这时气缸内的压力甚至低于大气压力，因此2000V的高压电很可能使火花塞跳火。特别是火花塞间隙较小，而充电电压又大于规定值14V时，火花塞很有可能发生跳火，这将使发动机产生回火等现象。为防止这种现象的产生，在点火线圈的次级线圈内串联1个高压二极管，如图1-60所示。当VT导通时，由于二极管的反向截止功能，2000V的高压电就无法使火花塞跳火。而当VT截止时，次级线圈产生高压电，二极管对此不产生影响，可使火花塞顺利地跳火。

图1-58 同一气缸内两个火花塞的极性

图1-59 大功率晶体管导通时的电动势

图1-60 高压二极管的作用

二、使用凸轮轴位置传感器和双缸同时点火方式的无分电器点火系统

以某些6缸发动机配装的日本电装公司生产的无分电器点火系统（DLI）为例，DLI的组成如图1-61所示。发动机控制单元的作用是根据凸轮轴位置传感器（CMP）的信号，选择应该点火的气缸，并把点火提前角信号（IGT）输送给点火模块（ICM）。点火线圈的作用是直接向火花塞输出高压电。图1-62所示为DLI系统框图，由图可知，其点火顺序是1—5—3—6—2—4。

图1-61 日本电装公司DLI系统组成

图1-62 日本电装公司DLI系统框图

（1）凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器（CMP）的外观与结构如图1-63所示。凸轮轴每转一周，各发出一个G₁、G₂信号和24个Ne信号。发动机控制单元根据G₁、G₂及Ne信号判别气缸、检测曲轴转角以及决定点火正时。

图1-63 凸轮轴位置传感器

图1-64 G₁、G₂和Ne信号之间的关系

1）G₁信号传感器线圈一般对应第6缸压缩行程上止点前（BTDC）10°。G₁信号产生后的第一个Ne信号过零点处就是初始点火时刻，即初始点火角约为BTDC10°。计算机接收到G₁信号后，即开始为第6缸点火做准备。所以G₁信号是第6缸的判别信号。

2）由于G₂信号传感器线圈与G₁信号线圈安装位置相差180°，所以G₂信号传感器线圈对应第1缸压缩行程上止点前（BTDC）10°，是第1缸的判别信号。

G₁、G2、Ne信号的关系如图1-64所示

3）点火顺序和点火时刻的确定。起动时，G₁信号产生并输入发动机控制单元后，发动机控制单元便知道6缸要点火，并完成点火的准备工作，紧接着G₁出现的第1个Ne信号过零点的位置，便是6缸的触发点火信号，即初始点火提前角。6缸触发点火信号产生后，点火信号便分3次给出，每出现4个Ne信号即曲轴每转120°便给出1次点火信号，使2缸、4缸依次点火。G₁信号转过180°后，便出现G₂信号，同理依次分别给1、5、3缸发出点火信号。如此反复，信号转子每转360°即曲轴每转720°，各缸按1—5—3—6—2—4的点火顺序轮流点火1次。

（2）发动机控制单元发动机控制单元（ECU）收到凸轮轴位置传感器（CMP）发出的G₁、G₂、N_e信号后，根据如图1-65所示的各种传感器的信号，从存储的点火数据中选出最佳点火提前角，向点火模块（ICM）输出点火信号IGT、缸序判别信号IGdA、IGdB。这些信号之间和与发火顺序的时序关系如图1-66所示。

1）IGT信号。IGT信号就是点火提前角信号。发动机控制单元以G₁或G₂信号产生后第一个Ne过零点处为基准，根据计算的点火提前角，按Ne信号计时，当活塞再次到达点火提前角位置时即发出IGT信号，并每隔4个Ne（Ne信号曲轴夹角为30°）信号发出一次IGT信号，每720°曲轴转角发出6个IGT信号，并分别对应6—2—4—1—5—3的发火顺序。如果ECU计算的点火提前角和上一次不一样，ECU将按上述方法重新设定。

图1-65 最佳点火提前角的确定和ECU点火信号输出

图1-66 各个信号与点火顺序之间的时序关系

图1-67 IGdA和IGdB信号状态

2）IGdA、IGdB信号。发动机控制单元发出周期为480°，宽度为120°，相位差为120°曲轴转角的IGdA、IGdB信号，并且IGdA的上升沿与IGT下降沿同步。于是，在360°曲轴转角内IGdA、IGdB信号有3种电位组合，360°～720°又重复出现一次。如果每种组合对应一个点火线圈，就把6个IGT信号分配给了三个点火线圈，如图1-67所示，并见表1-1。发动机控制单元根据G₁、G₂及Ne信号确定的点火线圈，选择IGdA、IGdB的信号状态，并将IGdA和IGdB信号连续输出，这一组合信号与气缸点火顺序一致。点火模块中的气缸识别电路根据这些信号的组合，将IGT信号分配给晶体管驱动电路，这一驱动电路又与相关的点火线圈相连，最终控制相应的火花塞点火。

表1-1 IGdA，IGdB信号状态

（3）点火模块点火模块（ICM）由气缸判别、闭合角控制、恒流控制、安全信号等电路组成。其主要功能是接收发动机控制单元发出的IGT、IGdA、IGdB信号，并依次驱动各个点火线圈工作。另外，它还向发动机控制单元反馈点火监测信号IGF。

点火模块中的气缸判别电路是根据判缸信号IGdA、IGdB的状态，决定哪条驱动电路接通，并将IGT点火提前角信号送往与此驱动电路相连接的点火线圈，完成对某缸的点火。例如，如果IGdA、IGdB的信号状态分别为0和1，则气缸判别电路使功率晶体管Tr₁导通，将点火提前角信号送给1缸和6缸的点火线圈，使其工作，完成对1缸和6缸的点火。

点火监测信号IGF是将点火模块切断点火线圈初级电流的信号反馈给发动机控制单元的信号，使点火模块具有安全功能。如果点火模块（ICM）出现故障，未能切断点火初级线圈电流，但曲轴位置传感器工作正常，则喷油器会照常喷油，造成喷油过多，空燃比失控，结果会造成火花塞淹死，起动困难或三元催化转化器过热等现象。为避免这种现象发生，当IGF信号连续8～11次（如雷克萨斯LS400）无反馈信号送入发动机控制单元时，发动机控制单元判断点火系统有故障，并强行停止喷油器工作。

（4）点火线圈一般点火线圈的次级线圈有一端与初级线圈相接，是一种自感式线圈。无分电器点火系统采用小型闭磁路的点火线圈（DLI），是互感式线圈，次级线圈的两端分别与两个气缸上的火花塞相连接。点火线圈由铁心、高压二极管、外壳、次级线圈、初级线圈等组成，如图1-68所示。

图1-68 DLI闭磁路点火系统

三、使用两个曲轴位置传感器和双缸同时点火方式的无分电器点火系统

图1-69 铸有触发轮的通用汽车发动机的曲轴

（1）传感器及其信号在某通用汽车发动机上使用的无分电器点火系统，使用了两个电磁式曲轴位置传感器。触发轮被铸在曲轴中间的位置处，其圆周有24个均匀分布的槽和8个不均匀分布的槽，如图1-69所示。

当触发轮转过安装在曲轴箱上的A、B两个传感器线圈时，曲轴每转一圈，每个传感器会产生32个方波信号。传感器A安装在上曲轴箱，传感器B安装在下曲轴箱。因为A传感器位于B传感器的上方，所以A传感器产生的信号比B传感器产生的信号要早27°，如图1-70所示。

A和B两个传感器产生的信号被送到点火模块（ICM）。ICM对传感器A的两个脉冲信号之间的B传感器信号脉冲进行计数，以确定点火线圈的正确发火次序。在传感器A信号之间会有0个、1个或2个传感器B信号。在发动机起动期间，点火模块一检测到在传感器A的两个脉冲信号有0个传感器B信号，就开始对传感器A的两个脉冲信号之间的传感器B信号脉冲进行计数。点火模块在检测到4个传感器B信号脉冲以后，就会使点火线圈按照正确的顺序发火。这样在起动时，在180°的曲轴转角内，点火系统就可以使火花塞发火。与在确定点火线圈发火顺序前，需要曲轴旋转一圈或两圈的其他电子点火系统相比，这种系统的起动速度要快得多。各信号的意义和时序关系如图1-71所示，并见表（1-2）。

图1-70 通用汽车发动机上使用的传感器A和传感器B

图1-71 在通用汽车发动机上使用的快速起动点火系统的工作情况

表1-2 图1-71中各信号的意义

（续）

（2）系统工作情况发动机一旦起动，ECU就会从旁通模式切换到点火控制模式。点火模块（ICM）使用曲轴位置传感器A和B产生的信号来确定精确的曲轴位置和转速，然后ICM利用4X参考电压信号和24X电压信号将此信号传送到ECU。ECU扫描其他所有输入传感器的信号，计算出发动机所需要的精确的点火时刻。ECU向ICM发送点火控制信号，告诉ICM在精确的时刻切断正确的点火线圈的初级电路，以提供精确的点火提前角。凸轮轴位置传感器的参考电压的下限，由ICM和ECU之间的接地线提供，如图1-72所示。如果发动机发生爆燃，那么爆燃传感器信号就会通知ECU减小点火提前角。

图1-72 使用传感器A和传感器B的快速起动点火系统

凸轮轴位置传感器位于后排气缸排气凸轮轴链轮前面。装在链轮上的一个触发销转过传感器，凸轮轴每转一圈即曲轴每转两圈，传感器会产生一个方波信号，如图1-73所示。ECU使用这个信号来确定喷油器的正确喷油次序。

图1-73 凸轮轴位置传感器

四、使用凸轮轴位置传感器和单独点火方式的无分电器点火系统

这种点火方式非常适合在4气门发动机上使用。如图1-74所示，火花塞安装在两根凸轮轴的中间，每缸火花塞上直接压装一个点火线圈，很容易布置。某些奔驰、沃尔沃、宝来、奥迪等汽车上的发动机都采用这种点火方式图。

图1-75所示为奥迪4气门5缸发动机点火线圈的安装情况。由图可见，每个点火线圈都固定在气缸盖的盖板上，然后再扣压到各缸火花塞上。图1-76所示为其无分电器单独点火系统的电控原理图。该点火系统的5个点火线圈分别接到两个点火模块N122，N127上。其中N122控制1、2、3缸的点火线圈，N127控制4、5缸的点火线圈。两个点火模块分别用导线与发动机控制单元相连。发动机工作时，发动机控制单元通过1、2、23、20、21各接线柱上的点火信号输出线，适时对各缸输出点火提前角信号（IGT），通过点火模块，控制各缸点火。所以凸轮轴位置传感器和发动机控制单元以及点火模块之间的信号关系比较简单，如图1-77所示。