无分电器点火系统在发动机上的应用研究36word - 图文

学校代码： 10128 学 号： 200920302052

本科毕业论文

题 目：无分电器点火系统在发动机上的应用 研究 学生姓名：李可新

学 院：能源与动力工程学院 系 别：交通运输系 专 业：交通运输

班 级：交通运输09-2班 指导教师：吉平 高级实验师

二 〇 一三 年 六 月

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摘要

随着汽车技术的快速发展、电子技术的进步以及绿色环保要求，人们对汽车发动机点火系统性能的要求越来越高，不仅要求实时性强、点火正时特性好、抗干扰能力强，而且要求集成度高、减少故障点、具有自我诊断和备用点火功能，因此发动机电控技术便成为主流技术，电子技术在汽车点火系统上的应用更是与日俱增，汽车点火系统由过去传统的触点式点火系统逐步发展为无分电器点火（Distributorless Ignition）系统，无分电器点火系统已成为现代汽车发动机均采用的高级微机控制点火系统，真正意义上为构建绿色环保家园做了很大贡献。

本设计首先讨论汽车发动机原理，汽车点火系统的种类、结构组成、工作原理以及发动机点火系统的发展历程，从本质上了解发动机点火系统；接着进一步查阅资料详细分析研究无分电器点火系统，对比分析无分电器点火系统与传统点火系统的区别，对比不同车辆不同点火系统的功效以及无分电器点火系统在发动机上应用的可行性；，最后进行实验与调试，利用发动机点火试验台实验，对比分析五种点火系统的结构特点与工作原理的不同；通过示波器测试大众2QVS试验台，凌志LS400 1UZ-FE发动机试验台点火系统波形实验，根据实验效果、波形的对比，分析研究发动机点火系统的不同所在，最后归纳总结无分电器点火系统相对于其他点火系统的优点所在、其实用效果所在。

关键词：发动机；点火系统；波形分析；DLI

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Abstract

With the rapid development of automobile technology, advances in electronic technology and environmental protection requirements, people on the car engine ignition system performance requirements are high, not only requires real-time, ignition timing characteristics of a good, strong anti-jamming capability, and require integration, reduce points of failure, self-diagnostics and spare ignition function, so the engine electronic control technology will become mainstream technology, electronic technology in the automotive ignition system application is growing, automotive ignition system consists of the traditional contact type ignition system gradually developed into non-distributor ignition (Distributorless Ignition) system, no distributor ignition system has become the modern automobile engines are used in advanced computer controlled ignition system, to build a truly green homes make great contributions.

The design principles discussed first automobile engine, automobile ignition system type, structure, working principle and the engine ignition system development process, understand the essence engine ignition system; followed by further detailed analysis of data access without distributor ignition systems, comparative analysis no distributor ignition system ignition system with the traditional distinction, compare different vehicles as well as the efficacy of different ignition systems without distributor ignition system on the engine application feasibility;, finally performing experiments with debugging, use the engine ignition test bench experiments, comparative analysis five kinds of structural features of the ignition system with different works; oscilloscope test mass 2QVS test bench, test bench Lexus LS400 ignition system waveform experiments, according to the experimental results, the waveform comparison and analysis of different studies where the engine ignition system, and finally summarized no distributor ignition system, ignition system relative to other advantages which, in fact, with effect lies.

Keywords: Engine; ignition system; waveform analysis; DLI

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目录

第一章 绪 论 ........................................................... 1

1.1 课题研究的背景及现状 ........................................... 1 1.2 课题研究的目的及意义 ........................................... 1 1.3 本文设计研究的主要内容 ......................................... 2 第二章 发动机原理以及发动机点火系统的概述 .............................. 3

2.1 发动机实际循环与性能指标 ....................................... 3

2.1.1 发动机理论循环概述 ....................................... 3 2.1.2 发动机的性能指标 ......................................... 5 2.2 发动机点火系统 ................................................. 7

2.2.1 发动机点火系统的工作原理 ................................. 7 2.2.2 发动机电子控制点火技术 ................................... 7 2.2.3 发动机点火系统的发展历程 ................................ 10 2.3 典型电子点火系统的种类及结构原理 .............................. 12

2.3.1 磁感应式电子点火系统 .................................... 13 2.3.2 霍尔式电子点火系统 ...................................... 13 2.3.2 光电式电子点火系统 ...................................... 14 2.3.3 微机控制点火系统 ........................................ 15 2.4 现代汽车电子点火系统及其应用 .................................. 17 第三章 汽车发动机无分电器微机控制点火系统 ............................. 20

3.1 无分电器点火系统的基本组成及结构 .............................. 20

3.1.1 曲轴位置传感器 .......................................... 20 3.1.2 微机控制系统 ............................................ 20 3.1.3 电子点火器 .............................................. 21 3.1.4 点火线圈 ................................................ 22 3.2 DLI系统的工作原理 ............................................. 24

3.2.1 凸轮位置传感器结构及信号产生 ............................ 24 3.2.2 发动机点火正时 .......................................... 25 3.2.3 发动机点火时间控制 ...................................... 25 3.3 DLI系统的主要优点 ............................................. 26

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第四章 点火系统的实验分析 ............................................. 27

4.1 点火系统的原理及波形分析原理 .................................. 27

4.1.1 点火系统的原理 .......................................... 27 4.1.2 波形分析原理 ............................................ 30 4.2 试验台点火系统的介绍及特点分析 ................................ 32 4.3 实验数据的对比分析 ............................................ 34 第五章 结论 ........................................................... 38 参考文献 .............................................................. 39 谢辞 .................................................................. 41

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第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景及现状

随着汽车工业的迅猛发展和汽车相关的各种法规日趋强化和完善，以及广大市民对构建绿色环保家园的强烈呼吁,人们对汽车性能指标的需求也是越来越高,。因此发动机作为汽车的心脏,直接影响着汽车的经济性、动力性、耐久性和使用可靠性，故此对于具有资金密集、技术密集、综合性强、经济效益高等特性的汽车工业，世界各个工业发达国家几乎无一例外的把汽车工业作为国民经济的支柱产业。

随着经济的发展，这几年来我国汽车行业的发展非常迅速，例如长城系列汽车飞速发展。但是因为其起步很晚，并且基础较弱，还存在着不少需要解决的问题，尤其是汽车点火系统的检测设备和方法还很落后，已成为了阻碍汽车电器产品开发和应用的根本原因。汽车发动机系统各个部件的高质量和高性能，除了要有先进的生产工艺和材料保证外，还必须有功能全、精度高、可靠性好的各种电子辅助设备。据调查，为了提高汽车发动机的动力性、燃油经济性以及控制尾气污染物的排放量，各个汽车生产厂家纷纷采用电控燃油系统汽油机，电控汽油机主要是对发动机的喷油和点火进行控制，通过各种传感器传回的发动机参数，经过CPU计算出最佳的喷油量和点火时刻，使发动机工作在各种性能指标限制下的最佳状态，点火系统使发动机的重要组成部分，它的设计的好坏对发动机的动力性、燃油经济性和排放有很大的影响。目前，国内电控系统大多采用国外产品，自主设计的电控系统尚在实验室中不能形成产品，主要的问题是控制的精确性和可靠性难以达到且成本较高，而国外却经历了近五十年的发展，已形成了完整的开发体系和完善的市场。

汽车工业是一个国家发展的重要标志，我国近年来汽车的销售量和保有量迅猛发展，我国每年都要花费大量外汇进口汽车电控产品并且这成了制约我国汽车行发展的瓶颈，点火控制系统是汽车电控单元的一个主要控制部分，对它的研究对我国汽车行业的发展有现实的意义。[1]

1.2 课题研究的目的及意义

时代的迅猛发展引导着当今社会各个行业与时俱进，吃、穿、住、行等行业的超前的、一流的生产技术以及运行模式统领着时代的发展。然而在我国这个人口大国，“行”却制约着大多数人的生活，制约着他们的生活的节奏，城市的地铁、公交车、出租车、私家车时时刻刻奔跑在各自的航线上，故此，当代汽车行业的发展便成为一

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代主流。然而汽车性能的高低不仅影响着消费者的生活更影响着全球的环境问题。故此本设计的目的诣在研究影响发动机动力性和燃油经济性等性能的主要因素——发动机点火系统。从发动机点火系统的的发展、结构特点、工作原理的区别综合分析点火系统的各个性能，总结无分电器点火系统与其他点火系统的优缺点所在。

本设计针对当代汽车以及汽车点火系统的发展现状，论述了微机控制点火系统的组成和工作原理；分析了微机控制点火系统与传统点火系统的区别，通过对各类点火系统的点火电压波形的测试，对大众2QVS电喷发动机试验台以及凌志LS400 1UZ-FE发动机试验台点火系统波形的测试分析，总结出了无分电器点火系统的优点所在，为进一步研究和开发汽油发动机点火控制系统提供较有价值的资料。

1.3 本文设计研究的主要内容

通过对汽车点火系统背景及现状的了解而确定本设计的主要研究内容，本设计首先通过对发动机原理以及发动机点火系统工作原理的介绍初步了解汽车发动机无分电器点火系统的基本结构与工作原理；其次通过实验对比分析各类点火系统的结构区别与工作原理的区别；通过对大众2QVS电喷发动机试验台以及凌志LS400 1UZ-FE试验台点火系统的波形测试实验，对比分析无分电器双缸同时点火系统与微机控制的有分电器点火系统的工作性能的区别所在；最后根据查阅资料以及实验对比数据总结分析各类点火系统的优缺点。

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第二章 发动机原理以及发动机点火系统的概述

2.1 发动机实际循环与性能指标

2.1.1 发动机理论循环概述

一、发动机理论循环

发动机是将热能转变成为机械能的一种热力机械，其热能由燃料燃烧产生。发动机的实际热力循环是燃料的热能转变为机械能的过程，它由进气、压缩、燃烧、膨胀和排气等多个过程所组成，由于工质存在之和量的变化，所以整个过程是不可逆的。然而在能量的转变过程中，实际循环存在着一系列不可避免的损失，其物理化学过程更是很难确切的描述在发动机实际热力过程中。但是为了了解发动机热能利用的完善程度、能量相互转换的效率、寻求提高热能利用率的途径，在不失其基本物理化学过程特征的前提下将发动机的实际循环进行若干简化，从而提出一种便于作定量分析的假想循环，事实证明这种假象循环是可行的、实用的，为讨论实际循环提供了理论依据。这种假想循环称为发动机的理论循环。利用发动机理论循环能够清楚的比较和说明影响发动机热能利用完善程度的主要因素。[2]

在发动机理论循环讨论中所采取的简化假定是：

工质为理想气体，在整个过程中保持物理及化学性质不变，其状态参量的变化完全遵守气体状态方程pV=nRT。

气缸内系统为闭口系统，不考虑实际存在的工质更换及漏气损失，工质数量保持不变，循环是在定量工质下进行。

把气缸内工质压缩和膨胀堪称是完全理想的绝热等熵过程，工质与外界不进行热交换：工质比热容为常数。

用假想的定容或定压加热和定容放热来代替实际的燃烧和换气过程。

根据对燃烧过程即加热方式的不同假设，发动机理论循环有三种形式，分别是等容加热循环、等压加热循环和等容等压加热循环。这三种理论循环的P-V示工图如图2-1所示：

由于汽油机属于均匀混合气的逐渐爆炸燃烧，燃烧速度很快，而在上止点附近容积变化又较小，因此燃烧过程相当于等容加热。

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图2-1 发动机理论循环

a）混合加热循环 b）等容加热循环 c）等压加热循环

循环热效率和循环平均压力是评定发动机理论循环经济性和动力性的两个重要指标。在工程热力学中已知，混合加热循环热效率计算公式如下： ?tm?1?式中：ε为压缩比，??1?k?1?p?k?1 （2-1） ?(?p?1)?k?p(??1）Vc （Va为气缸总体积，Vc为气缸压缩体

VaVc?(Vs?Vc)积，Vs为气缸工作容积）：λp为压力升高比，?p?PZ(δ为后膨胀比，??PC ；ρ为膨胀比，??VZVZ??

?VbVz）；k为绝热指数，空气的k为1.4。

等容加热循环（ρ=1）的热效率ηtv为： 1 ?tv?1?k?1 （2-2）

?等压加热循环（λp=1）的热效率ηtp为:

?k?1 ?tp?1?k?1? (2-3)

?k(??1)1对上述三种理论循环的热效率进行比较看出，当压缩比相同时，等容加热循环的热效率最高。

四冲程发动机的实际循环与热损失

发动机的冲程即为行程，发动机的工作工程就是实际循环不断重复的工程，发动机实际循环由进气、压缩、燃烧=膨胀、排气五个过程组成，较之理论循环复杂得多，存在必不可免的许多损失，他不可能达到理论循环那样高的效率。为使实际循环获得改善，减少与理论循环指标的差距，有必要分析实际循环与理论循环的差异所在，以及引起实际循环各项热损失的原因，以求不断改善实际循环，促进发动机产品的改进

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和发展。下图为四冲程发动机的示功图：

图2-2 四冲程发动机示工图

a)进气过程 b)压缩过程 c）膨胀过程（作功过程） d)排气过程

发动机的热损失受到很多因素的影响，其主要因素有：工质的影响，换气损失，汽缸壁的传热损失，时间损失，燃烧损失，涡流与节流损失，泄露损失等因素的影响。

2.1.2 发动机的性能指标

发动机的性能指标是指在发动机处于正常运行状态下，描述和表征发动机性能和工作状态的一组参数或指标，用这组参数或指标可以定性或定量的比较、分析发动机的工作性能，是评价发动机性能高低的有效尺度。发动机的性能指标可分为指示指标和有效指标。

一、发动机的指示指标

指示指标是以工质对活塞做功为基础的性能指标，主要是衡量发动机工作过程的好坏。

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1.指示功和平均指示压力

所谓的指示功是指工质在气缸内完成一个循环所得到的有用功，用Wi表示指示功Wi的P-V示工图中闭合曲线所占有的面积求出，即

Wi?Fi?a?b （2-4） 所谓的平均指示压力Pmi是衡量发动机实际循环动力性能方面的一个重要指标。 2.指示功率

发动机单位时间内所做的指示功称为指示功率，用Pi表示。 3.指示热效率和指示燃油消耗率

指示热效率是实际循环指示功与所消耗的燃料的热值之比值，用ηit表示，即 ?it?Wi （2-5） Qi式中：Qi为获得指示功Wi所消耗的燃料热量。

指示燃油消耗率是指单位指示功的耗油量，通常以每千瓦小时的耗油量来表示。符号位bi.

二、发动机的有效指标

有效指标是指以发动机输出轴上所得到的功率为基础的性能指标。用符号下标e表示。

1.有效功率

发动机功率输出轴上得到的净功率即为有效功率，用符号Pe表示。发动机的有效功率可以利用各种形式的测功器和转速计量器计算而得。

2.有效转矩

发动机工作时，由功率输出轴输出的转矩称为有效转矩，用符号Ttq表示。 3.有效热效率和有效燃油消耗率

有效热效率和有效燃油消耗率是衡量发动机经济性的重要指标。 有效热效率是实际循环有效功与所消耗的燃料热量的比值，用符号η ?et?式中：?m为机械效率，?m?Pe即： et表示，

WeWi?m （2-6） ?Q1Q1Pi。

有效燃油消耗率be是单位有效功的耗油量，通常以每千瓦小时有效功消耗的燃料量来表示，即：

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b?B?103 （2-7） Pe式中：B为每小时燃油消耗量，pe为有效功率。

2.2 发动机点火系统

2.2.1 发动机点火系统的工作原理

点火系统是汽油发动机的一个重要组成部分，其功用是将电源的低压电变为高压电，然后按发动机各缸的工作顺序适时地将电火花送入气缸点燃可燃混合气，并能够适应发动机工况和使用条件的变化，自动调节点火时刻，实现可靠而准确的点火。点火系统工作性能的优劣，直接决定着汽车的动力性、经济性及排气污染程度。

以下是发动机点火系统的工作原理介绍：电源是蓄电池，其电压为12V或24V，由点火线圈和断电器共同产生高压10000 V以上。分初级回路和次级回路。点火线圈实际上是一个变压器，主要由初级绕组，次级绕组和铁芯组成。断电器是一个凸轮操纵的开关。断电器凸轮由发动机配气凸轮驱动，并以同样的转速旋转，即曲轴齿轮每转两圈，凸轮轴转一圈，为了保证曲轴转两圈各缸轮流点火一次，断电器凸轮的凸棱数一般等于发动机的气缸数，断电器的触点与点火线圈的初级绕组串联，用来切断或接通初级绕组的电路。

触点闭合时，初级电路通电，电流从蓄电池的正极经点火开关，点火线圈的初级绕组，断电器触点，接地流回蓄电池的负极，为低压电路。 触点断开时，在初级绕组通电时，其周围产生磁场，并由于铁芯的作用而加强。当断电器凸轮顶开触点时，初级电路被切断，初级电路迅速下降到零，铁芯中的磁通随之迅速衰减以至消失，因而在匝数多，导线细的次级绕组中感应出很高的电压，使火花塞两极之间的间隙被击穿，产生火花。 初级绕组中电流下降的速度愈大，铁芯中磁通的变化就愈大，次级绕组中的感应电压也就愈高。 初级电路为低压电路，次级电路为高压电路。 在断电器触点分开瞬间，次级电路中分火头恰好与侧电级对准，次级电路从点火线圈的次级绕组，经高压导线，配电器，火花塞侧电级，蓄电池流回次级绕组。

2.2.2 发动机电子控制点火技术

点火控制技术水平的高低直接影响到汽油发动机的动力性、经济性和排放性能。汽油发动机点火控制系统由微机控制点火系统和发动机爆震控制系统两个子系统组成。微机控制点火系统与发动机爆震控制系统相互配合，能将点火提前角控制在最佳

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值，使可燃混合气燃烧后产生的温度和压力达到最大值，从而能够显著提高发动机的动力性，同时还能提高燃油经济性和减少有害气体的排放量。[3]

一、微机控制点火系统的组成

汽车发动机微机控制点火系统主要由曲轴位置传感器（CPS）、凸轮轴位置传感器（CIS）、空气流量传感器（AFS)、节气门位置传感器(TPS)、冷却液温度传感器(CTS)、进气温度传感器(IATS)、车速传感器(VSS)、各种控制开关，电控单元ECU、点火控制器、点火线圈以及火花塞等组成。

二、微机控制点火系统高压电的分配方式

微机控制点火系统高压电的分配方式可分为机械配电方式和电子配电方式两种。 （一） 机械配电方式

机械配电方式是指由分火头将高压电分配至分电器盖旁电极，再通过高压线输送

到各缸火花塞上的传统配电方式。其点火系统的组成以及原理图如图2-3、图2-4： 机械配电方式存在以下缺点：

1、分火头与分电器盖旁电极之间必须保留一定的空隙才能进行高压电分配，因此，必然损失一部分火花能量，同时也是一个主要的无线电干扰源；

2、为了抑制无线电的干扰信号，高压线采用了高阻抗电缆，也要消耗一部分能量；

3、分火头、分电器盖火锅高压导线漏电时，会导致高压电火花减弱、缺火或断火；

4、曲轴位置传感器转子由分电器轴驱动，旋转机构的机械磨损会影响点火时刻的控制精度。

（二）电子配电方式

电子配电方式是指在点火控制器控制下，点火线圈的高压电按照一定的点火顺序，直接加到火花塞上的直接点火方式。

采用电子配电方式分配高压电的点火系统称为无分电器点火系统DLI，由于机械配电方式存在上述缺点，因次，越来越多的汽车采用电子配电方式控制点火。常用的电子配电方式分为双缸同时点火和各缸单独点火两种配电方式。

1、双缸同时点火控制

双缸同时点火是指点火线圈每产生一次高压电，都使两个汽缸的火花塞同时跳火。次级绕组产生的高压电将直接加在两个气缸（四缸发动机的1、4缸或2、3缸；六缸发动机的1、6缸、2、5缸或3、4缸）的火花塞电极上跳火。

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图2-3 传统点火系统的组成 1—蓄电池 2—点火起动开关 3—点火线圈 4—点火分电器 5—点火电容器 6—断路器 7—火花塞

图2-4 传统点火系统的基本工作原理

双缸同时点火时，一个汽缸处于压缩行程末期，是有效点火，另一个汽缸处于排气行程末期，缸内温度较高而压力很低，火花塞电极间隙的击穿电压很低，对有效点火汽缸火花塞的击穿电压和火花放电能量影响很小，是无效点火。曲轴旋转一转后，两缸所处行程恰好相反。双缸同时点火时，高压电的分配方式又分为二级管分配和点火线圈分配两种形式。下面主要介绍点火线圈分配式双缸同时点火的控制：

利用点火线圈直接分配高压的同时点火电路原理图如图2-5所示：桑塔纳2000GSi、捷达AT、奥迪Audi200型轿车点火系统采用了这种点火方式。

点火线圈组建由两个（4缸发动机）独立的点火线圈组成，每个点火线圈供给成对的两个火花塞工作（4缸发动机的1、4缸和2、3缸分别共用一个点火线圈）。点火控制组件中设置有与点火线圈数量相等的功率三极管，分别控制一个点火线圈工作。点火控制器根据电控单元ECU输出的点火控制信号，按点火顺序轮流触发功率三极管导通与截止，从而控制每个点火线圈轮流产生高压电，在通过高压线直接输送到成对的两缸火花塞电极间隙上跳火点燃混合气。

2、各缸单独点火控制

点火系统采用单独点火方式时，每一个汽缸都配有一个点火线圈，并安装在火花塞上方，在点火控制器中，设置有与点火线圈相同数目的大功率三极管，分别控制每个线圈次级绕组电流的接通与切断，其工作原理与同时点火方式相同。

单独点火的优点是省去了高压线，点火能量损耗进一步减少；此外，所有高压部件都可安装在发动机汽缸盖上的金属屏蔽罩内，点火系对无线电的干扰可大幅降低。

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图2-5 点火线圈分配高压同时点火电路原理图

2.2.3 发动机点火系统的发展历程

发动机点火系统自1910年首次安装在汽车上以来，主要经历了触点式点火系统、半导体辅助点火系统、普通电子点火系统、微机控制点火系统等 4 个发展阶段。[4] 一、 触点式点火方式

传统的触点式点火系统是全部由机械部件控制的点火系统，主要由电源、分电器、点火线圈、高压线、火花塞等机件组成，其工作原理是：当发动机运转时，发动机凸轮轴驱动分电器轴转动，分电器内的断电器凸轮轴也随之转动；断电凸轮顶着触点臂，使白金触点交替地开闭，接通和切断初级电流，从而在点火线圈的次级绕组中感应出高压电；高压电经分火头、配电器，按发动机的点火顺序被分配给各缸火花塞，最终产生电火花，点燃可燃混合气。实物图及工作原理图见图2-6、图2-7：

图2-6 传统触点式点火系统

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用于偶数气缸的发动机。当产生高压电时，点火线圈对2 个火花塞同时点火，处于压缩行程的气缸为有效点火，处于排气行程的气缸为无效点火。桑塔纳 2000、赛欧、奇瑞、伊兰特、富康、别克凯越、捷达等 5 气门发动机轿车采用这种点火系统的较多，其最大的缺点是有部分能量损失。

②独立点火方式：是指每个气缸的火花塞上各配 1 个点火线圈，而且二者制成一体，直接安装在气缸盖上，单独对本缸进行点火，适用于任意缸数的发动机，特别适合4 气门的发动机。这种点火方式不仅省去了分电器分火头与旁电极之间的能量损耗，而且省去了高压线的能量损耗，同时还避免了同时点火方式的弊端，减少了电磁干扰，因而点火更为可靠。这种点火系统一般应用在一些中高级轿车上，如奥迪、奔驰、宝马、沃尔沃、雷克萨斯、皇冠、花冠、东风本田 CR-V、尼桑骐达、颐达、福特福克斯等。

下面介绍一下汽车发动机无分电器直接点火系统，图2-12是微机控制点火系统原理图、实物图：

图 2-12 微机控制点火系统原理图

无分电器点火系统的工作原理是蓄电池经点火开关向三个双点火线圈提供初级电流，三个点火线圈的初级电路分别经点火控制器的搭铁。

发动机ECU根据发动机转速信号、曲轴位置信号、凸轮轴位置信号、进气歧管压力传感器（安装在发动机ECU中）信号、冷却液温度信号等计算最佳点火提前角，并判断缸位，向点火控制器发出点火信号和汽缸缸序判别信号（IGD）：点火控制器由此可判断发动机汽缸的点火次序，依次使各点火线圈初级电路由导通变为截止，各点火线圈的次级绕组依次产生高压电，使其对应的两个火花塞同时跳火，点燃其中处于压缩行程汽缸内的混合气。

有汽车的发动机的1缸和6缸、2缸和4缸、3缸和5缸同时处于上止点，并且总是一个汽缸为压缩行程的上止点，另一个汽缸为排气行程的上止点，每两个汽缸共

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用一个双点火线圈。点火时，由点火控制器交替地控制三个点火线圈，每个点火线圈产生高压电时，两个汽缸的火花塞同时跳火：其中一个火花塞点燃处于压缩相差汽缸内的可燃混合气，另一个火花塞虽然也点燃，但是由于该汽缸处于排气行程，因而不起作用。

随着汽车发动机点火系统的发展，其结构性能的不断提高，到目前为止，无配电器微机控制点火系统是技术最先进的点火系统。

2.4 现代汽车电子点火系统及其应用

随着时代的进步，科技的发展，现代汽车电控发动机上大都采用无分电器直接点火系统，这种点火方式特别适合在四气门发动机上配用，如奥迪A6发动机，桑塔纳2000发动机，韩国大宇王子发动机，丰田皇冠发动机等都采用无分电器点火控制系统。下面介绍无分电器点火系统在几种汽车发动机上的应用与结构原理：

韩国大宇王子轿车发动机直接点火系

下图（图2-13）所示为韩国大宇王子轿车发动机的直接点火系统电路。它是四缸发动机，除了相关连线和ECM的EST (电子点火正时控制)外，还包括两个独立的点火线圈、一个DLS点火控制模块以及曲轴位置传感器等。

图 2-13韩国大宇王子轿车发动机的直接点火系统

这种无分电器的直接点火系统是利用一种无效点火的火花分配方法，即每个气缸都与相对应的气缸组成一对(如1-4 缸 、2-3 缸）。每一对的两个气缸有一个点火线圈 ,点火时点火线圈产生两个火花，同时出现在即将到达上止点的处于压缩行程的气缸和处于排气行程的气缸。由于处于排气行程的气缸只需要很少的能量就能使火花塞跳火，因此点火时大部分能量被用于处于压缩行程的气缸点火。尽管从同一个点火线

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圈引出的两个火花塞电极彼此是断开的 (气隙)，但在没有负荷的情况下火花塞是可以跳火的。这两个彼此断开的火花塞电极就像是电容器的一个极板，而发动机缸体则是另一极板。当火花塞跳过相连的火花塞气隙时,这两个“电容器极板”便充电。当次级电容量耗散于跨越火花塞气隙的振荡电流时，这两个“电容器极板”便放电。

因为初级线圈中电流方向的缘故，在次级线圈中，一个火花塞的电流方向是由中心电极至侧电极放电；而另一个火花塞的电流方向则是由侧电极流向中心电极放电。与配备有点火提前角控制的有分电器的点火系统一样，这些系统利用来自ECM的EST信号来控制点火正时。发动机转速低于40r/min时，由DIS控制(采用固定的初始点火提前角)模块控制点火正时；当发动机转速高于40r/min时，则自动转换为由ECM根据发动机工况传感器的信息来控制点火正时(EST模式)。曲轴位置传感器 (安装在排气支管下方的缸体上)为磁电式传感器，产生一个信号至点火模块，引起一个脉冲信号传送ECM。ECM使用这个信号来计算曲轴所处位置、发动机转速和喷油脉冲宽度。点火控制模块的旁路线L0接地，以保证点火模块和ECM之间的接地回路无电压降。当发动机转速为 40r/min时，或发动机转速低于40r/min时,，ECM给旁路线加上5V的电压 ，把点火正时控制自动地切换至ECM控制。当发动机起动时，DIS控制模块向ECM发出一个参考信号，由DIS控制模块点火正时。

一、奥迪A6轿车2.8L V6发动机无分电器直接点火系统

由三个双头点火线圈组成的点火线圈组件，分别控制各缸的点火。其点火系由齿轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、发动机冷却液温度传感器、发动机转速传感器、爆震传感器Ⅰ和Ⅱ、功率输出器(点火器 )、三个双头点火线圈组件、点火高压线、点火线电阻器/接头和火花塞等组成。如图2-14所示：

图2-14 奥迪A6发动机点火系统电路图

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（1）工作工程

发动机控制模块ECM根据各个传感器输人的信号，确定点火时刻，并通过功率输出器来驱动每个双头点火线圈。功率输出器实际是一种电子转换装置，用来触发点火线圈产生点火高压电。功率输出器位于发动机舱发动机后面的前壁板上。当点火线圈点火时，两个气缸的火花塞同时产生火花。如第一点火线圈产生高压时，第一缸火花塞在压缩行程上止点着火时，第六缸火花塞则在排气行程排气作无效点火。当曲轴转动360°后，第六缸位于压缩行程上止点时，第一缸则位于排气行程，两个火花寨也同时产生火花，但第六缸混合气被点燃。其2-4缸和3-5缸的点火情况亦如此过程。 （2）爆震防止

爆震传感器Ⅰ和Ⅱ用来防止发动机出现爆震。当发动机出现爆震，ECM接收到爆震信号，立即控制火花以3°—12°的步长滞后，直至爆震消失为止。由于发动机爆震极限对各缸来说是不尽相同，所以爆震的控制情况各缸之间也是有差异的。当发动机冷却液温度在40℃以上时，ECM就开始进行爆震监测控制。如果自动延迟点火后气缸仍出现爆震，ECM则会从最佳点火控制模式转换至常规控制模式，这样可使点火时间再延迟约3°左右，以使爆震消失。当爆震消失后又自动恢复到ECM控制点火正时的状态工作。

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第三章 汽车发动机无分电器微机控制点火系统

3.1 无分电器点火系统的基本组成及结构

DLI系统一般由曲轴位置传感器或凸轮位置传感器（也有同时采用二者的）、微机、电子点火器??点火模块、点火线圈和火花塞等组成。图3-1所示是日本皇冠车上采用的日本电装公司生产的DLI系统的组成、原理图。

图3-1 日本皇冠汽车的DLI系统的组成、原理图

3.1.1 曲轴位置传感器

曲轴位置传感器也称之为曲轴转角传感器 ，是微机控制点火系统中最重要的传感器。该传感器的作用是感测上止点（TDC）信号、曲轴转角信号和发动机转速信号，并把这些信号输送给点火器和微机，从而控制点火时间。曲轴位置传感器通常可分为电磁式、光电式和霍尔式3种。形式不同，其点火控制方式和控制精度也不相同。电磁式曲轴位置传感器位于曲轴皮带轮后端，由定时转子、信号线圈和整形电路等组成；光电式曲轴位置传感器由信号转盘、发光二极管、光电二极管和整形电路等组成，安装于凸轮轴前端霍尔式曲轴位置传感器实质上是利用霍尔效应制成的霍尔信号发生器。[17]

3.1.2 微机控制系统

微机控制系统通常由中央处理器（CPU）、模数转换器（ADC）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入输出电路（I/O）、和稳压电源等组成。如图3-2所示：

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图3-2 微机系统结构图

微机的功用是根据发动机的转速、负荷、曲轴转角、冷却水温度、进气温度和大气压力等信号，计算出点火正时并输出指令，由电子点火器执行，将点火线圈产生的高压电送到火花塞点火。

CPU是微机的核心,由控制单元及算术逻辑单元组成。其主要功能是取出存储器中存储的数据，经计算、判断等过程得出结果，同时输出指令给执行机构。RAM的作用是存储各传感器输入的反映发动机运行工况随时变化的信息,当切断电源时，储存于RAM中的所有信息将完全消失。ROM的功用是存储固定数据及处理数据的程序，当切断电源时，其存储的信息、数据并不消失。

I/O电路是CPU与输入、输出装置间数据传递的控制电器，通常与传输总线（BUS）连接。从上述可见，点火系统控制用微机的主要功能归纳起来有4项，即判断点火气缸、计算点火提前角、计算点火间隔角及把点火信号分配到指定气缸。

3.1.3 电子点火器

在DLI系统中，电子点火器是微机控制系统的执行机构。它执行微机的指令，通过功率三级管控制点火线圈初级电流的通断。图3-3是电子点火器的原理图。从图3-3中可知，电子点火器本身还具有闭合角控制、恒流控制、气缸判断、防止爆震、过电压保护以及产生点火安全信号等多种功能。

闭合角控制电路的功用，是将初级电路的接通时间控制在一定的范围且基本保持不变，从而确保发动机高速运转时有足够高的点火能量和次级电压，避免产生高速断火，同时又可防止低速时点火线圈和点火器功率三级管过热而损坏。恒流控制电路的作用，是将初级电流限制在某一恒定数值，以保护点火线圈和点火器不致过热而损坏。

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气缸判断电路被用来接受微机输入的气缸辨别信号（IGdA、IGdB），辨认需要点火的气缸。当点火线圈初级电路被切断时，点火安全信号电路产生一个反电动势,触发点火安全信号发生电路，使其输出一个点火安全信号（IGf）给控制微机。如果电子点火器发生故障，点火系统有3-5次不产生高压电时 ,微机便发出指令，使燃油喷射系统中止喷油，以免火花塞污染。

图3-3 电子点火器原理图

3.1.4 点火线圈

DLI系统采用小型闭磁路点火线圈。这种点火线圈能量转换效率高，约为75% (开磁路点火线圈仅为60% )，且线圈的匝数少,，初级电路的时间常数小，初级电流的增长速度快。

DLI系统中点火线圈的配置通常有两种形式，一种是每个气缸配置一个点火线圈，各缸独立点火；另一种是每两缸配装一个点火线圈,即一个点火线圈有两个高压输出端，分别供给两个气缸的火花塞同时串联点火，为通常所说的双缸点火方式。此外，还有一种四火花点火线圈，即一个点火线圈供给四个气缸的点火火花。这种点火线圈的初级绕组分成两部分，通过两个功率输出级来触发，并且在次级绕组的两端各有两个根据初级电流方向而成对地导通的高压二极管。

图3-4是日本丰田公司皇冠车上DLI系统采用的点火线圈结构图。该车六缸发动机双缸点火的气缸组合是1、6缸为一组,，2、5缸为另一组，3、4缸为第3组。

采用双缸点火方式时气缸组合的原则是：当某一缸(如第1缸)处于压缩行程末期(点火)时，其对应缸(第6缸)应处于排气行程末期。曲轴旋转360°后，两缸所进行的行程正好相反。由于压缩气缸的气缸压力较高，放电较为困难，因此所需跳火电压较高。而排气缸内压力较低放电容易，所需跳火电压较低，例如火花塞电极间隙为l㎜

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时，在大气压力下的跳火电压仅为1KV。所以，当压缩缸与排气缸的两火花塞串联同时跳火时，在图 3-5所示的双缸串联点火电路中，压缩缸承受大部分电压降。与传统点火系中只有一个火花塞跳火的情况相比，压缩缸的跳火电压相差不多，而排气缸损失的电能也并不大。在图3-5所示的双缸点火电路中，点火线圈次级高压电路中串联了一只高压二极管D，其作用是避免功率三极管导通的瞬间，点火线圈次级绕组产生的感应电动势造成火花塞跳火现象，其工作原理如图3-6所示。

图3-4 日本丰田皇冠DLI系统

图3-5 双缸点火电路 图3-6 双缸点火系统工作原理图

由传统点火系原理可知，高压电产生于初级电路断开瞬间，即断电器触点张开的瞬间。但是在初级电路接通时，即断电器触点闭合瞬间,点火线圈的次级绕组也将产生感应电势，只是数值较小，为1.5-2.5KV所以不能击穿火花塞电极间隙。在DLI系统中，在功率三极管截止瞬间，点火线圈可产生30-40KV的高压电，而在功率三极管导通瞬间，点火线圈次级绕组也会产生大约1KV的感应电势。如上所述，在传统点火系中，1KV的电压是根本不可能使火花塞跳火的。而在DLI系统中，1KV的电压是完全有可能使火花塞跳火的，其原因是：一是由于取消了高压配电器，消除了分火头与分电器盖旁电极的间隙，因此使得次级绕组产生的1KV电压全部作用于火花塞上；二是功率三极管导通的时刻大约发生在进气行程末期与压缩行程初期之间，

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这期间气缸压力较低，甚至低于大气压力，所以1KV的电压即可能使火花塞跳火，尤其在火花塞间隙过小,发电机调节电压又大于规定值(13.5-14.5V)时。采用在次级绕组电路内串接高压二极管的方法，即可避免上述现象的发生。

3.2 DLI系统的工作原理

3.2.1 凸轮位置传感器结构及信号产生

凸轮位置传感器的结构如图3-7所示。该传感器主要由3个信号线圈（G1、G2、Ne）、2个正时转子G1(G2)、Ne、永久磁铁和铁芯等组成，用以判断气缸、检测曲轴转角以及明确原始设定的点火时间。

图3-7 凸轮位置传感器的结构

a、G1信号

Gl信号用于发动机第6缸的判断和点火信号的重设。该信号产生的原理与无触点电子点火系统磁感应式信号发生器相同，如图3-8所示。在图3-8中，当Gl(G2)正时转子转动，其凸缘接近或远离铁芯时，空气隙即发生变化，磁路中的磁阻也随之发生变化，使得信号线圈Gl中通过的磁通也发生变化，于是在Gl信号线圈内即产生了感应电势（G1信号)。G1（G2）正时转子转1圈(曲轴转2圈)，产生1个Gl信号。G1信号的产生标志着第6缸已完成点火准备，其后就由Ne信号来确定第6缸的点火时间。

图3-8 信号发生器

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b、G2信号

G2信号用第1缸的判断和点火信号的重设。由于G2信号是在G1信号产生后，且G1正时转子旋转180°时产生的，因此其波形与G1信号是波形相同的，只是相差180°凸轮轴转角。G2信号的产生标志着第6缸已完成点火准备，然后便由其后产生的Ne信号确定第6缸的点火时间。

c、Ne信号

Ne信号是检测曲轴转角和点火时间的信号。Ne正时转子具有24个齿,它每转一周，Ne信号线圈便产生24个感应电势（Ne信号）波形。此信号除了作为点火时间的基准信号外，还可作为电控燃油喷射发动机的转速信号。

3.2.2 发动机点火正时

凸轮位置传感器产的G1、G2信号与Ne信号的关系如图3-9所示：

图3-9 凸轮位置传感器产的G1、G2信号与Ne信号的关系

由图3-9可知，当G1信号或G2信号产生时，则以该信号为基准，由Ne信号控制其后3次的点火信号，即每4个Ne信号产生1次点火信号。每产生3次点火信号后，再由G2(或G1)信号重设其后的3次点火。假如发动机起动瞬间已超过了产生G1信号的时间，而G2信号还未产生，此时由于无法判断点火气缸，因此必须要等到G2信号产生而确实判断出点火气缸时，才能实际执行点火控制，其点火正时如图3-10所示。

3.2.3 发动机点火时间控制

发动机实际的点火提前角由原始设定提前角、依据进气量和发动机转速信号从微机存储器中取出的基本点火提前角和根据有关传感器信号加以修正的修正点火提前角组成。对于确定的发动机，原始设定的点火提前角是固定的，发动机在起动期间即采用固定点火提前角点火。在发动机起动后的正常运行间，点火时间则由基本点火提前角和修正点火提前角决定.而这两项均由微机控制。修正点火提前角的项目随发动

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机而异，主要有暖机修正、怠速稳定修正、空燃比反馈修正、过热修正和爆震修正等。

图3-10 点火正时图像

3.3 DLI系统的主要优点

一、由于取消了分电器，不但使系统结构大为简化节省了发动机的安装空间，而且能量传递损失及系统的故漳率均明显减小，系统的工作可靠性显著提高。

二、由于去掉了分电器盖和分火头，消除了分火头导电片与分电器盖旁电极间的放电火花，因此抑制了对无线电装置的干扰。

三、由于采用小型闭磁路点火线圈，其初级电路的时间常数小，初级电流增长到稳定值的时间短，因此能在高达9000r/min的宽广转速范围内提供足够的点火能量，而这对采用双凸轮轴的高速发动机是十分有利的。

四、能自动精确地控制点火提前角和点火间隔角，并附装有爆震控制系统，因此有效地提高了发动机的动力性和经济性，并显著降低了排气污染。

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第四章 点火系统的实验分析

4.1 点火系统的原理及波形分析原理

4.1.1 点火系统的原理

1、对点火系统的要求

汽油发动机点火系统的作用是适时的产生电火花，点燃压缩终了的混合气，以使发动机工作。为确保发动机稳定可靠的工作，对点火系统有如下三个基本要求：

（1）能产生足够高的次级电压[25]

点火系统用于点燃混合气的火花塞电极伸入发动机气缸燃烧室内，通过电极之间气体的电离作用产生电弧放电（跳火）。要使电极之间具体有很高压力的气体电离而产生电火花，就必须有足够高的电压。使火花塞电极跳火所需的电压称之为击穿电压Uj，而Uj的高低与发动机工况及火花塞的状况有关。

（2）要有足够的点火能量

火花塞跳火后能确保可燃混合气迅速燃烧，还必须要有足够的点火能量。发动机正常工作时，由于混合气压缩终了的温度已接近自然温度，因此所需的火花能量较小，但是发动机在启动、怠速及急加速工况时，由于混合气的温度较低或混合气过浓、过稀等原因，需要有较高的点火能量才能保证混合气可靠燃烧。

（3）点火时间要适当

为使发动机气缸内的燃烧最高压力出现在压缩终了上止点后10°－15°，使混合气的燃烧功率达到最大，就必须在压缩终了前的某个适当时刻点火。某缸火花塞开始跳火到活塞运行至压缩终了上止的曲轴转角称之为点火提前角。点火提前角过大，压缩行程活塞上行的阻力增大，导致发动机功率下降、油耗增加，且发动机容易产生爆燃；点火提前角过小，混合气燃烧产生的最高压力和温度下降，也会导致发动机功率下降、油耗增加，且容易引起发动机过热、排气管放炮等故障。

发动机在不同转速和负荷下，其点火提前角度应是不同的。点火系统应能根据发动机的转速和负荷变化情况，及时调整点火时间，以确保混合气的燃烧及时、完全。

2、电子点火系统的控制原理 （1）点火提前角的控制方式

点火提前角的控制方式包括最佳点火提前角的确定，点火时间的控制过程，点火定时脉冲的产生方式以及点火提前角控制的基本内容（初始点火提前角、基本点火提

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前角、修正点火提前角）。 （2）起动时点火提前角的控制

起动时的点火提前控制目标是使发动机在各种情况下都有良好的起动性能。起动时点火提前角控制有起动初始点火提前角控制和起动非初始点火提前角控制两种方式。

（3）起动后点火提前角控制

当发动机起动后，点火开关提供的起动信号消失，ECU随即转入起动后点火提前角控制，ECU中的CPU对点火定时信号进行控制。其包括基本点火提前角控制和修正点火提前角控制。

（4）点火线圈通电时间控制

点火线圈通电时间控制的作用是在蓄电池电压高时，减小通电时间，以限制点火线圈形成过大的初级电流，避免点火线圈温度过高而损坏；在蓄电池电压低时，则适当增加点火线圈初级通电时间，以保证能形成足够大的初级电流。如图4-1点火线圈初级电流随蓄电池电压变化关系图：

1—蓄电池电压高的初级电流曲线 2—蓄电池电压低的初级电流曲线

图4-1 点火线圈初级电流随蓄电池电压变化关系图

（5）高压配电原理

无分电器点火系统的高压配电方式主要有二级管分配同时点火方式、点火线圈分配同时点火方式和单独点火方式。

1）二级管分配同时点火方式高压配电电路原理，原理图如图4-2所示：

二级管分配同时点火方式的点火线圈有两个初级绕组，各由驱动电路中的V1、V2控制其通断，气缸识别电路根据控制器的气缸识别信号和点火信号输出点火脉冲，按照点火顺序交替触发V1、V2的导通和截止。当气缸识别电路输出1、4缸点火触发信号时，V1由导通转为截止，初级绕组A断电，次级绕组产生实线箭头方向电动势e。e使VD1、VD4正向导通，1、4缸火花塞电极间电压迅速升高直至跳火。当气缸识别电路输出2、3刚点火触发信号时，V2由导通转为截止，初级绕组B断电，使次

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级绕组产生虚线箭头方向的电动势e′。e′使VD2、VD3导通，2、3缸火花塞跳火。

图4-2 二级管分配同时点火方式电路原理 图4-3 点火线圈分配同时点火方式电路原理

2）点火线圈分配同时点火方式高压配电电路原理，原理图如图4-3所示： 点火线圈分配同时点火方式用一个点火线圈直接供给成对的两缸火花塞。气缸识别电路根据电子控制器送入的点火信号和气缸识别信号输出点火控制脉冲，按点火顺序轮流触发V1、V2导通和截止，控制A、B两个点火线圈轮流产生高压。当气缸识别电路输出1、4缸点火触发信号时，V1由导通转为截止，点火线圈A产生高压，使1缸和4缸两火花塞同时跳火；当气缸识别电路输出2、3缸点火触发信号时，V2由导通转为截止，点火线圈B产生高压，2缸和3缸两火花塞同时跳火。

3）单独点火方式高压配电电路原理，原理图如图4-4所示：

图4-4 单独点火方式电路原理

单独点火方式无分电器点火系统每个气缸的火花塞均配有一个点火线圈，通常将点火线圈直接安装在火花塞上方，因此可以省去高压导线。气缸识别电路根据电子控制器送入的点火信号和气缸识别信号输出点火控制脉冲，按点火顺序轮流触发V1、V2、V3、V4导通和截止，控制各个点火线圈轮流产生高压，并将高压直接输送给与之连接的火花塞。

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4.1.2 波形分析原理

无论是传统的触点式点火系统还是微机控制的点火系统，都是由点火线圈通过互感作用把低电压转变为高电压，通过火花塞跳火点燃混合气做工的。点火系统的低压部分、高压部分的变化是有规律的。把实际测得的点火系统点火电压波形与正常情况下点火电压波形进行分析比较，便可判断点火系统技术状况好坏及故障所在。

点火线圈相当于一个变压器。在初级线圈周期性通电和断电过程中，初、次级线圈都因电流变化而产生电动势，而初次级电压随时间变化的规律也相似，因为次级电压对发动机的正常工作至关重要，所以重点分析次级电压波形。下面介绍一下示波器显示发动机电火过程的波形类别及波形标准。

A、波形类别：

1、多缸平列波。即在屏幕上从左至右按点火顺序将所有各缸点火波形首尾相连的一种排列方式。

2、多缸并列波。即在屏幕上从下到上按点火顺序将所有各缸点火波形之首对齐并分别放置的一种排列方式。

3、多缸重叠波。即在屏幕上将所有各缸点火波形之首对齐并重叠成近似一个点火波形放置的排列方式。

4、单缸选缸波形。即根据需要选出的任何一缸的单缸点火波形。

由于点火波形又有初级波形（也称触点波形）和次级波形（也称高压波形）之分，因此上述波形中又可分出初级平列波形和次级平列波形、初级并列波形和次级并列波形以及初级选缸波形和次级选缸波形等多种。

B、单缸标准波形

点火示波器显示的单缸初、次级电压标准波形如图4-5所示。它描绘了从断电器触点打开开始，经过闭合至再次打开为止（一个完整的点火循环）的电压ｕ随时间ｔ的变化过程。

Ⅰ．初级标准波形。初级标准波形如图4-5（a）所示。它是从跨接在断电器触点（俗称白金）上得到的，又称为触点波形。当触点打开时，初级电压迅速增长，次级电压也迅速增长，两电压之和击穿火花塞间隙，如ab线所示。当火花塞两电极间出现火花放电后，随之出现高频振荡，由于点火线圈初、次级间的变压器效应，也出现在初级波形中，因此图4-5（a）中abc段为高频振荡波形。当次级火花放电完了时，点火线圈和电容器中的残余能量要继续释放，初级电路中出现低频振荡波形，如de

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段所示。同样，由于点火线圈初、次级间的变压器效应，低频振荡波形也出现在次级波形上，这就是图4-5（b）次级标准波形中的DE段波形。de段振荡终了时为一段直线，高于基线的距离表示施加于初级电路上触点两端的电压。触点在e点闭合，闭合后的初级电压几乎降为零，显示为一条直线，一直延续到触点下一次打开，如fa段所示。当发生下一次点火时，点火循环将在下一个汽缸重复开始。

1—高频振荡 2—低频振荡 m—触点张开时间 n—触点闭合时间 h—击穿电压 图4-5 单缸标准波形

Ⅱ．次级标准波形。次级标准波形如图4-5（b）所示。图4-5（b）中各段表示的意义分别如下：

ＡＢ：在断电器触点打开的瞬间，由于初级电流下降至零，磁通也迅速减小，于是次级线圈产生的高压急剧上升，当次级电压还没达到最大值时，就将火花塞间隙击穿。击穿火花塞间隙的电压称为击穿电压（点火电压），如图4-5（b）中的ＡＢ线。AB线也称为点火线。

BC：在火花塞间隙被击穿时，两电极之间要出现火花放电，同时次级电压骤然下降，BC为此时的放电电压。

CD：CD线称为火花线。火花塞电极间隙被击穿后，通过电极间隙的电流迅速增加，致使两极间隙中的可燃气体粒子发生电离，引起火花放电。在示波器屏幕上CD的高度表示火花放电的电压、CD的宽度表示火花放电的持续时间。当发动机转速为2000r/min时，火花放电持续时间约为0.01s，即使六缸发动机的一个完整点火循环，也不过0.01s。在火花塞间隙被击穿的同时，储存在电容（系指分布电容，即点火线圈匝间、火花塞中心电极与侧电极间、高压导线与机体间所具有电容量的总和）中的能量迅速释放，故ABC段称为“电容放电”。其特点是放电时间极短（1us），放电电流很大（可达几十安培），所以A、C两点基本上是在同一垂线上。电容放电时，伴

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有迅速消失的高频振荡，频率为106-107HZ。但电容放电只消耗磁场能的一部分，剩余磁场能所维持的放电称为“电感放电”，其特点是放电电压低，放电电流较小，持续时间较长，但振荡频率仍然较高。所以，整个ABCD段波形为高频振荡。

DE：当保持火花塞持续放电的能量消耗完毕后，电火花消失，点火线圈和电容器中的残余能量以低频振荡形式耗完。

EF：断电器触点闭合，点火线圈初级电路又有电流通过，导致次级电路产生一个负电压。

FA：触点闭合后，先是产生次级闭合振荡，随后次级电压由一定的负值逐渐变化到零。当至A点时，触点又打开，次级电路又产生点火电压。

4.2 试验台点火系统的介绍及特点分析

一、大众2QVS点火系统

大众2QVS桑塔纳2000型轿车点火系统为无分电器点火系统，点火线圈分配式同时点火系统, 它具有普通电子点火系统的所有优点, 且取消了真空式和机械离心式点火提前角调整装置, 而由ECU 根据汽油机的运行工况对点火提前角进行调整和控制。同时, 它还采用爆震传感器对爆震进行检测,ECU 根据其检测结果对点火提前角实施反馈控制。在需要进行最佳点火提前角控制的运行工况, 点火线圈分配式同时点火系统能够提供最佳的点火提前角, 使汽油机的动力性、经济性及排放等方面都达到较佳的水平。发动机工作时, ECU 按各缸的工作顺序向点火控制模块发出点火信号, 点火控制模块内相应的晶体管截止, 使对应气缸的点火线圈初级绕组断开, 在次级绕组上感应出高压电, 火花塞产生电火花, 点燃已被压缩的混合气。其试验台架及点火系统如图4-7所示：

图4-7 大众2QVS电喷发动机试验台及点火系统

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二、凌志LS400点火系统

凌志LS400轿车的1UZ-FE发动机采用ESA电子点火提前控制系统，该系统主要由ECU、点火线圈、点火电子组件、分电器、点火继电器、火花塞、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器等元件组成。凌志LS400轿车的1UZ-FE发动机为V型8缸、双顶置凸轮轴配置，右列气缸为2-4-6-8，左列气缸为1-3-5-7，点火顺序为1-8-4-3-6-5-7-2，为保证各缸火花塞具有足够的跳火能量，因而采用了两套独立的点火装置。其试验台架及点火系统如图4-8所示：

图4-8 凌志LS400点火系统试验台及点火系统

凌志LS400 1UZ-FE发动机点火系统采用有分电器微机控制点火系统，由于采用ECU自动控制点火正时，一切点火提前装置都取消，所以分电器结构很简单，它的作用就相当于一只配电器，这种分电器没有低压线。ECU根据各传感器（节气门位置传感器、水温传感器、凸轮轴位置传感器及曲轴传感器、蓄电池电压）信号，以及预先存储在ROM内关于点火的信息（点火提前角和闭合角），经运算处理后得出理想的点火提前角和闭合角。其工作原理为：ECU根据各传感器信号计算出理想的点火提前角，向点火系发送点火信号IGT1和IGT2。当IGT是高电平时，点火器在适当时刻使控制点火线圈的功率三极管导通，接通初级电路；当IGT 跃变为低电平时，功率三极管截止，初级电路切断，次级线圈产生高压电，使火花塞跳火。同时初级线圈中产生的自感电动势对ECU发送一个点火确认信号IGF，即接通IGF端，使其搭铁。[26]

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4.3 实验数据的对比分析

汽车点火系统对于汽车经济性、动力性以及汽车发动机的使用寿命有着相当大的影响，通过本文对汽车点火系统的系统性介绍与研究，对汽车点火系统有了一定的了解，掌握了点火系统的发展历程、各类汽车点火系统结构原理的不同所在。为了更好的研究汽车点火系统的性能的不同，利用实验室设备我做了汽车点火系统台架试验测试不同种类点火系统的次级波形，做了大众2QVS电喷发动机试验台无分电器点火系统的波形测试实验以及凌志LS400 1UZ-FE试验台微机控制的有分电器点火系统的实验台架波形测试实验，下面通过实验数据对比分析各类点火系统的性能的不同所在。

一、分析汽车点火试验台初级电压波形

目前，对点火系统进行检测对比主要是利用仪器分析点火线圈的初级电压波形，进而判断点火系统的工作情况，以及判断分析其点火提前角的大小，进而更进一步分析各类点火系统的优缺点。以下图形为五种点火系统点火线圈的初级电压波形：

图4-9 传统点火系统 图4-10 磁电式点火系统

图4-11 霍尔式点火系统 图4-12 光电式点火系统

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图4-13 DLI直接点火系统

通过点火系统初级波形的测试可以分析以下内容：

1、分析单缸点火提前角。由点火电压次级波形的标准波形而得出点火系统的点火闭合角由点火系统的充电时间和放电时间决定，其相应公式为：

（充电时间T1／点火时间T）×360°／n=闭合角θ（n为缸数） 通过对五种点火系统的点火电压初级波形的分析可看出，传统点火系统的点火充电时间最长，随着点火系统的发展，通过微机控制的点火系统充电时间逐渐减小，对充放电压的控制越来越精确，也就是点火系统的点火效率在逐渐提高。并且微机控制的点火系统可以根据发动机动力性的需要对闭合角随时调控。

2、分析初级电流的保护措施。由五种点火系统的波形图可知，随着点火系统的发展，由ECU控制的点火系统对初级电流的保护越来越强，对点火系统的保护越来越好。除此之外微机控制的无分电器点火系统也增加了对电流的保护功能，由I?UR得出，因为蓄电池电压为12V，而无分电器点火系统的点火线圈较小，故此其电流较大，产生较大的磁感应，在很短的充电时间完成之后进行电流调整使电压缓慢恢复到零电压，再通过对初级电流的保护作用使电压恢复到6V。

通过对汽车点火系统试验台各类点火系统电压初级波形的测试，分析五类点火系统的电压波形的充电电压、充电时间等相关因素得出，传统点火系统、磁电式点火系统以及霍尔式点火系统的充电电压相对较小，点火闭合角相对较小，光电式点火系统相对较高一些，而DLI直接点火系统充电电压稳定且有电压回零调整期，对初级电流起到一定的保护作用。

二、对比分析大众2QVS电喷发动机试验台无分电器点火系统以及凌志LS400试验台微机控制的有分电器点火系统的测试波形

首先分析大众2QVS电喷发动机无分电器点火系统双缸同时点火的实验波形，如图4-14点火系统实验实物图，4-15发动机1、4点火波形对比图，图4-16发动机4

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