任务三  点火线圈检测

任务引入

汽修厂接收了一辆待维修的别克威朗轿车，客户反映汽车运行时发动机异常抖动、动力下降。请你根据专业知识对汽车点火系统进行分析，对点火线圈进行检修。针对该故障，请你结合相关知识完成本项检修任务。

点火系统执行器由点火器、点火线圈、火花塞等组成。点火器可根据ECU的指令，通过内部的大功率三极管的导通和截止，控制初级电流的通断，完成点火工作；点火系统点火线圈采用小型闭磁路点火线圈，它由初级绕组、次级绕组、铁心、高压二极管、外壳、低压接柱、高压引线等组成，其主要作用是将低压直流电转变为高压直流电；火花塞是汽油机点火系统的重要元件，它可将高压电引入燃烧室，并使其跳过电极间隙而产生火花，从而点燃气缸中的可燃混合气。主要由接线螺母、绝缘体、接线螺杆、中心电极、侧电极及外壳组成，侧电极焊接在外壳上。

一、点火线圈

随着汽车汽油发动机向高转速、高压缩比、大功率、低油耗和低排放的方向发展，传统的点火装置已经不适应使用要求。点火装置的核心部件是点火线圈和开关装置，提高点火线圈的能量，火花塞就能产生足够能量的火花，这是点火装置适应现代发动机运行的基本条件。

点火线圈的结构如图5-17所示，通常的点火线圈里面有两组线圈，初级线圈和次级线圈。初级线圈用较粗的漆包线，通常用0.5～1 mm的漆包线绕200～500匝；次级线圈用较细的漆包线，通常用0.1 mm左右的漆包线绕15000～25000匝。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5-17  点火线圈的结构

点火线圈之所以能将车上低压电变成高电压，是由于有与普通变压器相同的形式，初级线圈比次级线圈的匝数比大。但点火线圈工作方式却与普通变压器不一样，普通工频变压器的工作频率是固定50Hz，而点火线圈则是以脉冲形式工作的，可以看成脉冲变压器，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。

当初级线圈接通电源时，随着电流的增长四周产生一个很强的磁场，铁芯储存了磁场能；当开关装置使初级线圈电路断开时，初级线圈的磁场迅速衰减，次级线圈就会感应出很高的电压。初级线圈的磁场消失速度越快，电流断开瞬间的电流越大，两个线圈的匝数比越大，则次级线圈感应出来的电压越高。

二、点火线圈的分类

点火线圈依照磁路分为开磁式及闭磁式两种。传统的点火线圈是用开磁式（见图5-18），其铁芯用0.3 mm左右的硅钢片叠成，铁芯上绕有次级与初级线圈。闭磁式（见图5-19）则采用形似Ⅲ的铁芯先绕初级线圈，外面再绕次级线圈，磁力线由铁芯构成闭合磁路。闭磁式点火线圈的优点是漏磁少，能量损失小，体积小，因此电子点火系统普遍采用闭磁式点火线圈。

图5-18开磁式点火线圈结构

a—内部结构；b—两端子式；c—三端子式；1—绝缘瓷杯；2—铁芯；3—一次绕组；4—二次绕组；5—导磁钢片；6—外壳；7—“-”(或“1”)端子；8—胶木盖；9—高压插孔；10—“+”(“15”或“开关”)端子；11—“十开关”(“电源一开关”)端子；12—附加电阻

图5-19闭磁式点火线圈结构

a—结构图；b—口字形铁芯；c—日字形铁芯；1—一次绕组；2—二次绕组；3—铁芯；4、5—一次绕组接线端子；6—高压插孔；7—气隙

三、数控点火

在现代汽车的高速汽油发动机上，已经采用由微处理机控制的点火系统，也称数字式电控点火系统。这种点火系统由微电脑(计算机)、各种传感器和点火执行器三部分组成。

实际上在现代发动机中，汽油喷射与点火这两个子系统都受同一个ECU控制，共用一组传感器。传感器基本上与电控燃油喷射系统中的传感器相同，例如有曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、进气歧管压力传感器、爆燃传感器等。其中爆燃传感器是电控点火专用的一个很重要的传感器(尤其是采用了废气涡轮增压装置的发动机)，它能够监测发动机是否爆燃及爆燃的程度，作为反馈信号使ECU指令实现点火提前，使发动机不会爆燃又能获得较高的燃烧效率。

数字式电控点火系统（ESA）按照结构分为分电器式与无分电器式（DLI）两种类型。分电器式电控点火系统只用一个点火线圈产生高压电，然后由分电器按照点火顺序依次在各缸火花塞点火。由于点火线圈初级线圈的通断工作由电子点火电路承担，因此分电器已取消断电器装置，仅起到高压电分配的作用。

（一）双缸同时点火

双缸同时点火方式是指两个气缸合用一个点火线圈，双缸点火系统组成如图5-20所示。

这种点火方式只能用于气缸数为偶数的发动机。如果在4缸机上，当两个缸活塞同时接近上止点时（一个是压缩，另一个是排气），两个火花塞共用同一个点火线圈且同时点火，这时候一个是有效点火，另一个则是无效点火，前者处于高压低温的混合气之中，后者处于低压高温的废气中，因此两者的火花塞电极间的电阻完全不一样，产生的能量也不一样，导致有效点火的能量大得多，约占总能量的80%。

图5-20  双缸点火系统的组成

（二）单独点火

单独点火方式是每一个气缸都分配一个点火线圈，点火线圈直接安装在火花塞的顶上，这样取消了高压线，单独点火系统的组成如图5-21所示。这种点火方式通过凸轮轴传感器或通过监测气缸压缩来实现精确点火，它适用于任何缸数的发动机，特别适合每缸4气门的发动机。因为火花塞点火线圈组合可安装在双顶置凸轮轴（DOHC）的中间，充分利用了间隙空间。由于取消了分电器和高压线，能量传导损失及漏电损失极小，几乎没有机械磨损，而且各缸的点火线圈和火花塞装配在一起，外面用金属包裹，大幅减少了电磁干扰，可以保障发动机电控系统的正常工作。

图5-21  单独点火系统的组成

四、点火系统的基本要求

点火系统应在发动机的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。

（一）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而产生电火花所需要的电压，被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、电极的温度以及发动机的工作状况等因素有关。

冷发动机启动时的击穿电压最高，因为气缸壁、活塞及火花塞电极都处于冷态，吸入的混合气温度低、雾化不良。压缩时混合气的温度升高不大，加之火花塞电极间可能积有汽油或机油，因此所需击穿电压最高。此外，汽车加速时，由于大量冷的混合气被突然吸入气缸内，也需要较高的击穿电压。

试验表明，发动机正常运行时，火花塞的击穿电压为7～8 kV，冷发动机启动时约19 kV。为了使发动机在各种不同的工况下均能可靠点火，就要求火花塞击穿电压达到15～20 kV。

（二）电火花应具有足够的点火能量

为使混合气能可靠点燃，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，因此所需火花能量较小（1～5 mJ），传统点火系统能发出15～50 mJ的火花能量，足以点燃混合气。但在启动、怠速及突然加速时需较高的点火能量，为保证可靠点火，一般在怠速及突然加速时应保证50～80 mJ的点火能量，启动时应能产生大于100 mJ的点火能量。

（三）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；其次可燃混合气在发动机的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时（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如图5-22所示。

图5-22 点火时刻对发动机示功图的影响

a—点火过迟；b—点火过早；c—点火适时

五、任务实施

（一）实施方案

1．作业准备

使用万用表时，不要将红黑表笔接反。

设备器材：实训用车若干台、常用工具（一套）、万用表、示波器。

耗材：干净抹布。

2．学生分组

以6～8人为一组，选出组长并进行任务分配，填入表5-6中。

表5-6 小组概况及分工情况表

（二）操作步骤

1．点火线圈的常规检查

（1）检查点火线圈是否有裂纹。

（2）检查点火线圈盖的凸台内是否有漏电的迹象。

（3）检查点火线圈壳体是否漏油。

（4）检查各个点火线圈及点火模块处的导线接头是否牢固；检查接线端子是否有烧蚀现象。

（5）插入OBD读取故障码，假如显示某缸有间歇失火故障，初步判断可能该缸的点火线圈有问题，可以更换能正常工作的点火线圈测试。若问题依然存在，则需进一步排查是否是火花塞故障、喷油嘴问题等。

2．点火线圈电阻电压测试

（1）检测点火线圈的搭铁电阻；

（2）检测点火线圈的供电电压；在着车状态下，信号反馈线的正常电压是5 V上下，正极供电线正常电压是12 V上下，如图5-23所示。

图5-23  点火线圈电压检测

（3）检测点火线圈的控制信号；在发动机怠速时，挨个拔出点火线圈，听有无“啪啪”的放电声，假如“啪啪”声音很弱或没有，就说明该缸的点火线圈有问题。可以使用相邻点火线圈互换对比检查。

3．火花测试

（1）将点火线圈连接在火花测试器的接线柱上，并将火花测试器搭铁（利用其夹子直接搭铁，如图5-24所示）。

图5-24  点火线圈火花测试器

（2）启动起动机带动曲轴和凸轮轴转动，触发点火系统使火花测试器跳火。如果火花为蓝色，说明点火线圈性能正常。

（3）如果火花弱，则视为无效火花，应更换点火线圈；如果无火花，应更换已知良好的点火线圈再进行测试，如果依旧无火花，则应检查点火控制电路、相关传感器和ECM。

4．火花塞检测

（1）检查电极

用兆欧表测量绝缘电阻，标准电阻10 MΩ或更大。

（2）替代检查方法

将发动机迅速加速到4000 pm，重复操作5次，拆下火花塞，目视检查火花塞，如果电极干燥，则火花塞正常工作。如果电极潮湿，则检查火花塞的螺纹和绝缘垫是否损坏。如果有任何损坏，则更换火花塞，如图5-25所示。

图5-25  火花塞及电极间隙检测

（3）检查火花塞电极间隙

新火花塞的电极间隙为1.0～1.2 mm。

请将实际测量的数据与对故障的判断填入表5-7中。

表5-7 实测数据与故障判断表

（4）清洁火花塞

如果电极上有湿炭的痕迹，用火花塞清洁器清洁并进行干燥。当电极上没有机油时，使用火花塞清洁器。如果电极上有机油痕迹，在使用火花塞清洁器之前用汽油洗掉机油。

（三）任务评价（每组一份）

将小组成员评价分数填入表5-8中。

表5-8　任务评价表