1、内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 1 -目录摘要 2前言 3第一章 汽车电子点火系统第一节 汽车电子点火系统概述 4第二节 霍尔效应式电子点火系 13第三节 光电式点火系统 14第二章 控制点火系统17结论 19致谢 20参考文献 21内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 2 -摘 要点火系统是汽油发动机重要的组成部分,对发动机的性能有着决定性的影响。随着汽车工业的不断发展，汽车电子化程度不断提高 ,汽车的点火系统已由传统的蓄电池点火系统发展到国内外广泛采用的电子点火系统，电子点火系统又称为半导体点火系统或晶体管点火系统，越来越多的汽车厂家将电子技术应用到了汽车上，特别是在点火系统
2、上，各个厂家都不断推出各自的电子点火应用系统，与传统的白金触点点火系统相比，电子点火系寿命长，性能高，稳定性好。为了更好的了解和认识汽车电子点火系，并能够懂得其故障诊断及维修的基本方法，本文详尽介绍了现代电子点火系统，包括电子点火系统的优点、分类、构造、工作原理、点火控制特性及其故障诊断维修实例，尤其是现代汽车上应用较广的霍尔传感器基本工作原理。在此基础上,综述了现代电子点火系统,随着发动机向高转速、稀混合气方向发展,普通电子点火系统已不能满足要求,高能微机控制点火系统将成为今后点火系统的发展方向。关键词：霍尔传感器、电子点火系统、故障诊断、点火控制、微机控制内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设
3、计）- 3 -前言随着人们对汽车使用的要求不断提高和计算机技术及控制理论的发展,汽车电子化程度越来越高。汽车电子化的发展过程基本上可以分为三个阶段:第一阶段,从20 世纪60 年代中期到70 年代末期,在汽车产品中采用电子装置,以改善部分机械部件的性能;第二阶段,从20 世纪70 年代末期到90 年代中期,在汽车设计和生产中形成“机电一体化”的思想与技术;第三阶段,从20 世纪90 年代中期至今,重点开始广泛应用计算机网络与信息技术,使汽车更加自动化、智能化。作为汽车电子控制系统的一部分,点火控制系统也经历了磁电机点火系传统触点点火系晶体管辅助点火系普通电子式点火系微机控制式点火系的发展过程。
4、点火系统是汽油发动机重要的组成部分,对发动机的性能有着决定性的影响。电子点火系统取消了机械式断电器及触点,从而避免了凸轮、触点等机械磨损所造成的点火正时变化、触点烧蚀等缺陷。但是电子点火系统仍没有摆脱真空式和离心式点火提前角调节机构,不能对点火正时实现优化控制。点火时刻的精确控制对发动机性能有很大影响,显然对点火实现优化控制的微机控制是今后电子点火系统的发展趋势。在此基础上,综述了现代电子点火系统,尤其是点火能量及点火控制系统研究的现状、发展趋势。随着发动机向高转速、稀混合气方向发展,普通电子点火系统已不能满足要求,高能微机控制点火系统将成为今后点火系统的发展方向。内蒙古交通职业技术学院毕业论
5、文（设计）- 4 -第一章 汽车电子点火系统第一节 汽车电子电子点火系统概述1.1.1.电子点火系统 以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈和由半导体器件(晶体三极管)组成的点火控制器将电源提供的低压电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。与传统蓄电池点火系统相比具有点火可靠、使用方便等优点，是目前国内外汽车上广泛采用的点火系统。1.1.2.传统点火系统的缺陷传统式点火系统在汽车上虽已历史悠久，结构也已定型，但却存在着以下几个根本性缺点：1.1.2.1.触点容易烧蚀传统式点火系统中，其初级电流是由触点接通和切断的，当触点打开瞬间，触点间易形成火花
6、，将触点烧蚀。又因触点反复开闭，触点臂顶块与凸轮长期摩擦而磨损，造成触点间隙变化，点火正时不稳定，而影响点火系的正常工作。为此必须经常打磨触点并调整触点间隙，给使用带来很大不便。1.1.2.2.火花能量的提高受到限制由于初级电流受触点允许电流强度的限制(一般不大于 5A)，因此火花能量的提高就受到了限制。1.1.2.3.高速时次级电压降低发动机高速时，由于触点闭合时间缩短，初级电流不能达到较大的数值，因此次级电压随转速的升高而显著下降、不能保证高速、高压缩比、多缸发动机的可靠点火。1.1.2.4.对火花塞积炭和污染敏感传统式点火系统中次级电压上升速率低(一般 120s)，故对火花塞的积炭和污染
7、很敏感，当火花塞稍有积炭时，次级电压就会显著下降，甚至断火。1.1.3.点火系统的基本要求点火系统应在发动机各种工况和使用条件下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：1.1.3.1.能产生足以击穿火花塞两电极间隙的电压使火花塞两电极之间的间隙击穿并产生电火花所需要的电压，称为火花塞击穿电压。火花塞击穿电压的大小与电极之间的距离(火花塞间隙)、气缸内的压力和温度、电极的温度、发动机的工作状况等因素有关。内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 5 -电极间隙越大，电极周围气体中的电子和离子距离越大，受电场力的作用越小，越不易发生碰撞电离，因此要求有更高的击穿电压方能点火。气缸内的
8、压力越大或者温度越低，所要求的火花塞击穿电压越高。电极的温度对火花塞击穿电压也有影响。电极的温度越高，包围在电极周围的气体的密度越小，越容易发生碰撞电离，所需的火花塞击穿电压越小。实践证明，当火花塞的电极温度超过混合气的温度时，击穿电压可降低 30-50。试验表明，发动机正常运行时，火花塞的击穿电压为 78kV，发动机冷起动时达19kV。为了使发动机在各种不同的工况下均能可靠地点火，要求火花塞击穿电压应在1520kV。1.1.3.2.电火花应具有足够的点火能量为了使混合气可靠点燃，火花塞产生的火花应具备一定的能量。发动机工作时，由于混合气压缩时的温度接近自燃温度，因此所需的火花能量较小(15r
9、aj)，传统点火系统的火花量(1550mJ)，足以点燃混合气。但在起动、怠速以及突然加速时需要较高的点火能量。为保证可靠点火，一般应保证 5080lnJ 的点火能量，起动时应能产生大于 100l的点火能量。1.1.3.3.点火时刻应与发动机的工作状况相适应首先发动机的点火时刻应满足发动机工作循环的要求；其次可燃混合气在气缸内从开始点火到完全燃烧需要一定的时间(千分之几秒)，所以要使发动机产生最大的功率，就不应在压缩行程终了(上止点)点火，而应适当地提前一个角度。这样当活塞到达上止点时，混合气已经接近充分燃烧，发动机才能发出最大功率。1.1.4.电子点火系统的优点1)可以减少触点火花，避免触点烧
10、蚀，延长触点的使用寿命；有的还可以取消触点，因而克服了与触点相关的一切缺点，改善了点火性能。2)可以不受触点的限制，增大初级电流，提高次级电压，改善发动机高速时的点火性能。一般传统点火系统的低压电流不超过 5A，而电子点火系统可提高到 78A，次级电压可达 30kV。3)由于次级电压和点火能量的提高，使其对火花塞积炭不敏感，且可以加大火花塞电极间隙，点燃较稀的混合气，从而有利于改善发动机的动力性、经济性和排气净化性能。4)大大减轻了对无线电的干扰。5)结构简单，质量轻，体积小，使用和维修方便。1.2.1.电子点火系统的类型目前使用的电子点火系统，按储能方式的不同可分为电感点火系统和电容放电式点
11、火内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 6 -系统两大类(前者的储能元件为点火线圈，后者的储能元件为电容器)。按控制方式分为：电子控制式（点火控制比较精确可靠）和微机控制式（点火控制精确可靠） 。按点火信号的产生方式，两者又各有触点式和无触点式之分。1.2.2.1.触点式电子点火系统触点式电子点火系统也称半导体辅助点火系统或半晶体管点火系统，其点火信号仍由分电器内的凸轮和断电器触点所产生，但通过触点的电流仅作为点火器的控制信号，其值很小，故可避免烧触点的现象，并且结构简单、成本低，但仍有传统点火系统的某些缺陷，如高速时触点臂可能发生跳动而影响点火，并且由于顶块、凸轮的磨损，点火正时尚需经常
12、调节等。1.2.2.2.无触点电子点火系统无触点电子点火系统也称全晶体管点火系统 ,主要由点火开关，点火器，点火线圈，分电器，火花塞组成。如下图：摘要其特点是利用各种无触点点火信号发生器来代替上述断电器触点产生点火信号，控制点火器的工作，因此，与触点有关的各种故障和保修作业均不复存在。它是目前使用最广泛的电子点火系统。无触点电子点火系统中，按点火信号发生器产生点火信号的原理不同，可分为以下几种型式：(1)磁感应式(磁脉冲式) ；(2)霍尔效应式；(3)光电式；(4)电磁振荡式。内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 7 -点火开关：作用是控制电路通电。点火线圈：作用是将12V低压电变为152
13、5KV高压电。点火器：作用是控制初级电路通断分电器：作用是提供点火信号；按顺序分配火花到各缸；按发动机工况改变点火时间火花塞：作用是将高压电引入气缸并产生火花点燃混合气。由信号发生器、配电器。点火提前机构组成图 11 无触点电子点火系统按有无分电器可分为：无分电器电子点火系统和有分电器电子点火系统1.2.2.3.无分电器电子点火系统特点：用电子控制装置取代了分电器，利用电子分火控制技术将点火线圈产生的高压电直接送给火花塞进行点火，点火线圈的数量比有分电器电控点火系统多。优缺点：分火性能较好，但其结构和控制电路复杂。无分电器点火系统取消了分电器的机械配电方式，因此完全消除了分电器的缺陷，进一步提
14、高了点火性能，降低了点火能量的高压传输损失，提高了点火系统的可靠性和耐久性。目前常用的无分电器电子点火方式有各缸单独点火和双缸同时点火两种，如下图内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 8 -图 12 各缸单独点火图 13 双缸同时点火1)单独点火方式:单独点火是指一个火花塞配一只点火线圈，将点火线圈及功率晶体管作为一体直接安装在火花塞顶上，这样不仅取消了分电器，而且也不用高压线，因此，彻底消除了分电器和高压线所带来的缺陷，点火性能最好，但结构和点火控制系统复杂，如下图所示。图 14 单独点火方式点火控制系统内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 9 -2)双缸同时点火方式：双缸同时点火是
15、指一只点火线圈同时为两个汽缸点火，如图 1-5 所示。这种方式要求共用一只点火线圈的两个汽缸工作相位相差 360曲轴转角，这样当一缸接近压缩行程上止点时，另一缸必然在接近排气行程上止点，若此时点火，两个汽缸的火花塞将同时跳火。图 15 双缸同时点火方式点火方式点火控制系统2.4 磁感应式电子点火系统1.3.1.磁感应式无触点电子点火系统组成磁感应式无触点电子点火系统也叫磁脉冲式无触点电子点火系统，它主要由磁感应式分电器(内装磁感应点火信号发生器)、点火电子组件、专用点火线圈、火花塞等组成。 1.3.2 磁感应信号发生器的组成 磁感应信号发生器用来产生点火控制信号，装在分电器内的底板上，如下图所
16、示，它由装在分电器轴上的信号转子以及永久磁铁、铁心和绕在铁心上的传感线圈等组成。信号转子由分电器轴驱动，转子上的凸齿数与发动机气缸数相等。内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 10 -图 16 磁感应信号发生器的组成磁感应点火信号发生器是利用电磁感应原理工作的，当通过传感线圈的磁通发生变化时，在传感线圈内便产生交变电动势，它相当于一个极小的发电机。其永久磁铁的磁路是；永久磁铁 N 极一空气隙一信号转子一空气隙一铁心(通过传感线圈)一永久磁铁 S 极。当发动机未转动时，信号转子不动，通过传感线圈的磁通未发生变化，传感线圈不产生电动势，因而无信号输出。当发动机转动时，信号转子便由分电器轴带动旋
17、转，这时信号转子的凸齿与铁心间的空气隙将发生变化，使通过传感线圈的磁通发生变化，因此在传感线圈中便产生感应电动势。信号发生器的具体工作过程如下： 当信号转子的两个凸齿中央正对铁心的中心线时，如图 17 所示，磁路中凸齿与铁心间的空气隙最长，通过传感线圈的磁通量最小，且磁通变化率为零。 内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 11 -图 17 磁感应信号发生器的具体工作过程如果信号转子顺时针转动，信号转子的凸齿逐渐接近铁心，凸齿与铁心间的空气隙越来越小，通过传感线圈的磁通逐渐增大。当信号转子凸齿的齿角与铁心边线相对时，如图18 所示，通过传感线圈的磁通急剧增加，磁通变化率最大；当信号转子转过图
18、 4-2后，虽然磁通仍在增加，但磁通变化率降低；当信号转子凸齿的中心正对铁心的中心线时，如图 18 所示，空气隙最小，通过传感线圈的磁通最大，但此时磁通变化率为零。 当信号转子继续顺时针转动时，凸齿与铁心间的空气隙逐渐增大，通过传感线圈的磁通逐渐减小；当信号转子凸齿的齿角正对铁心的边缘时，如图 210d 所示，磁通急剧的减小，通过传感线圈的磁通变化率为负向最大值。 由上述分析可知，信号转子转动过程中，通过传感线圈的磁通的变化情况如图 18所示，图中 a、b、c、d 各点与图 425 工作过程中的 a、b、c、d 位置相对应。当信号转内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 12 -子转一周时，
19、通过传感线圈的磁通出现六次最大值和六次最小值。 图 18 传感线圈的磁通的变化图由于传感线圈感应电动势的大小与线圈磁通变化率成正比，因而当图 211a 中a、c 点磁通变化为零时，其感应电动势也为零。图中 b、d 点磁通变化率为最大时，其感应电动势也为最大，所不同的是 b 点的磁通为增加，d 点的磁通为减小，致使两点产生的感应电动势极性相反，如图 211b 所示，可见信号转子转动时，传感器线圈两端产生的信号是交变电动势。信号转子转一周，产生六个交变信号，该交变信号输入到点火器，以控制点火系统工作。 当发动机转速变化时，传感线圈中的磁通变化率也跟着变化。转速越高、磁通变化率越大，感应电动势也越高
20、。不同转速时，传感线圈内的磁通及感应电动势的变化情况如图 19 所示。 内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 13 -图 19 传感线圈内的磁通及感应电动势的变化情况由于信号转子的凸齿和铁心之间的空气间隙，直接影响到磁路的磁阻和传感线圈输出信号电压的高低，因而使用中空气间隙的大小不能随意变动。如间隙变化，应进行正确调整。 磁感应信号发生器结构较简单，便于批量生产，耐高温。 第二节 霍尔效应式电子火系以霍尔信号发生器进行触发的点火系统，称为霍尔式电子点火系统。 霍尔信号发生器是应用霍尔效应原理制成的。在我国生产的桑塔纳、红旗、捷达等轿车及一些进口汽车上广泛采用霍尔式电子点火系统。它由内装霍尔
21、信号发生器的分电器、点火器、点火线圈和火花塞等组成。下图为桑塔纳轿车装用的霍尔式电子点火系统的组成及电路连接图：内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 14 -图 110 桑塔纳轿车装用的霍尔式电子点火系统的组成及电路连接图1.5.1.4.霍尔信号发生器的优点 1)工作可靠性高，霍尔信号发生器无磨损部件，不受灰尘、油污的影响，无调整部件，小型坚固，寿命长。 2)发动机起动性能好，霍尔信号发生器的输出电压信号与叶轮叶片的位置有关，但与叶轮叶片的运动速度无关。也就是说它与磁通变化的速率无关，它与磁感应信号发生器不同，它不受发动机转速的影响，明显地增强了发动机的起动性能，有利于低温或其他恶劣条件下
22、起动。 第三节 光电式点火系统的光电式电子点火装置是利用光敏元件(光敏晶体管或光敏二极管)的光电效应原理，制成光电式点火信号发生器给点火电子组件提供点火信号，来达到控制点火的目的。光电式电子点火装置结构示意如图 225 所示：内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 15 -图 111 光电式电子点火装置结构安装在分电器内的光电式点火信号发生器通常都由光源、光接收器和遮光盘三部分组成。光电式点火信号发生器工作原理如图 1-12 所示。光源是一只砷化镓发光二极管，它发出红外线光束，用一只近似半球形的透镜聚焦。该发光二极管比白炽灯泡耐震，并能耐较高的温度，在 150 度的环境温度下能连续工作，工作
23、寿命很长。 内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 16 -图 1-12 光电式点火信号发生器工作原理光接收器是一只硅光敏晶体管，它与光源相对，并相距一定距离，以使红外线光束聚焦后照射到光敏晶体管上。光敏晶体管的工作与普通晶体管的不同之处，是它的基极电流由光产生，因此不必在基极上输入电信号，也无需基极引线。 遮光盘用金属或塑料制成，装在分电器轴上，位于分火头下面，盘的外缘伸入光源与光接收器之间，盘的外缘上开有缺口，缺口数与气缸数相等。缺口处允许红外线光束通过，其余实体部分则能挡住光束。当遮光盘随分电器轴转动时，即按一定位置产生光电点火信号。 上述光电式点火系统的优点是，触发器的触发信号完全由
24、遮光盘的位置(也即曲轴的位置)所决定而与转速无关，故在分电器转速很低时仍能正常发出触发信号，并且在分电器内积水冰冻时仍能正常工作。此外，结构简单，对制造精度要求不高且成本低，但缺点是弄脏后灵敏度将会降低。内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 17 -第二章 微机控制点火系统在发动机的电子集中控制系统中，点火系统由微机控制称为微机控制点火系统。微机控制可使发动机在各种工况下均能实现点火的最优控制,从而提高发动机的动力性、经济性,改善排放指标。现在大部分轿车都采用微机控制点火系统。2.7.1.微机控制电子点火系统组成该点火系统主要由传感器、电子控制器（ECU）、点火线圈和火花塞等组成。1）传感
25、器是检测发动机工况信号的装置。传感器的结构型式和装配数量依车而异，主要有曲轴位置传感器、空气流量传感器、节气门位置传感器、爆震传感器、冷却水温度传感器、进气温度压力传感器、车速传感器、空挡起动开关、点火开关、空调开关、蓄电池等。2）电子控制器用ECU表示。ECU是发动机的控制核心。电子控制器的名称并不统一，生产厂家或公司不同，生产年代和控制内容不同，采用的名称也不尽相同。电子控制器主要包括输入回路、输出回路、模数A/D转换器或模数D/A转换器、单片微型计算机和电源电路等。由于电子控制器的核心部件是单片微型计算机，通常将电子控制器称为微机或电脑。电子控制器的作用是根据发动机各传感器输入的信息和微
26、机内存数据，通过运算处理和逻辑判断，然后输出指令信号，控制有关执行器工作。3）点火控制器是发动机控制系统的执行器，其作用是根据微机发出的指令信号，通过内部大功率三极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。图2-1 微机控制电子点火系统的基本组成图2 为微机控制电子点火系统的基本组成。电子控制器通过各种传感器把发动机的工内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 18 -作状态信号,采集到内存RAM中。然后微机不断检测基准脉冲,微机收到基准信号后,开始对曲轴转角脉冲的计数，同时检测此时的发动机转速和负荷,并修正到标准工况;并根据此标准工况对存储器进行二维查询,找到发动
27、机在该工况下的最佳点火时刻。以前的微机控制系统大都采用复杂的可编程通用微处理器,编程复杂,精确度低,且处理器之间存在干涉,因此专门用于汽车电子的微处理器开发成为紧迫的课题,使其能实现精确控制,且易于编程。如RTEC 就是专门为发动机控制设计的处理器,它能提供全时跟踪发动机工况和精确的燃油计量,并根据发动机的工况、燃油经济性和废气排放来控制最优化点火。随着集成度更高、控制功能更复杂的微处理器的不断研制及人们对汽车的动力性、经济性、舒适性等方面越来越高的要求,使点火系统在汽车的各种工况下保持在最佳状态的微机控制电子点火系统成为今后点火系统的发展趋势。 内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 19
28、 -结论综上所述,电子点火系统今后的发展趋势及技术创新可行点如下。(1) 更为复杂、精确的微机控制点火系统已成为电子点火系统的发展要求,同时也对传感器的开发提出了更高的要求。(2) 模糊控制和神经网络技术将更多的应用于点火系统的研究中,而且今后也将会有新的控制理论出现并在点火系统中应用。(3) 随着能源问题的日益突出及系统的散热问题,开发低耗能电子元件是目前电子点火系统也是汽车电子控制系统急需要解决的问题之一。(4) 随着高速稀燃发动机的发展应用,点火系统将向高能点火方向发展,精确控制点火能量也是今后需要研究的重要课题。内蒙古交通职业技术学院毕业论文（设计）- 20 -致谢在即将毕业的这半年的
29、论文写作过程中，本人的论文是在我的导师刘老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，刘老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向刘老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的每个可爱的同学们和尊敬的老师们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！谢谢你们！内蒙古交通职业技术学院毕业论文（
30、设计）- 21 -参考文献1 王会义,宋 健. 汽车电子技术新动向J . 电子产品世界,1999 , (11) :44 - 45.2 谢习华,周 亮. 汽油发动机电子点火系统的发展J . 汽车科技,1999 , (1) :56 - 60.3 麻友良,丁卫东. 汽车电器与电子控制系统M . 北京:机械工业出版社,2002.4 皇甫鉴,范明强. 现代汽车电子技术与装置M . 北京:北京理工大学出版社,1999.5 余文明. 微机控制点火系统在现代汽车发动机上的应用J . 淮阴工学院学报,2003 ,12(3) :55 - 58.6 余伟平. 国内汽油发动机点火系统现状及发展趋势J . 湖南工程学院学报,2003 ,13(2) :47 - 49.7 张月红. 传感器在汽车中应用现状及发展趋势J . 汽车研究与发,2001 , (1) :11 - 12.8 庄继德. 汽车电子控制系统工程M . 北京:北京理工大学出版社,1998.9 冯建农. 模糊控制在汽车发动机点火系统中的应用J . 微计算机信息,1997 ,13(1) :34 - 35.10 赵慧娟，现代汽车电子点火控制器的检测J，中国知网期刊，2007.1011 李雪早,闵思鹏1 汽车电器M1 北京:科学出版社,200719.12 高洪一,康国初1 汽车电子技术M1 北京:北京交通大学出版社,200718.
