奥迪a6l轿车点火系统的常见故障诊断与检测Word下载.docx
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点火系统；
常见故障；
诊断流程
ABSTRACT
Therapiddevelopmentof
theautomobileelectronicinformation
technology
putforwardhigherrequesttothe
automobile
diagnostictechnology,
contentofscienceandtechnology
willcontinuetoincrease.
Especially
theengine
faultdiagnosisand
detectiontechnology
playsaveryimportantrolein
automobilerepair.
Relevantinformation
showsthatinthe
enginefault,
abouthalftheignitionsystemfailure
isaboutatotalfailure,
soforthe
studyofignition
detectionsystem
is
verymeaningful.
WiththeAudiA6Lautomobilequantityinthedomesticmarketimprovingcontinuously,
the
ignitionsystem
problemsintheprocessuseappearedmoreandmorefrequently.
Therefore,
thediagnosisand
detectionofthe
AudiA6Lautomobile
ignition
systemcommonfault
isveryimportant.
ThispapermainlyintroducestheAudiA6Lautomobileignitionsystemcomposition,operationalprincipleand
thefunction,operationalprincipleof
themainelementsintheignitionsystem,
throughtheresearchofthe
failureformof
eachmainparts,investigationtoshowthattheprobabilitydistributionofeachcomponentfailure,andtheanalysisofthereasonsofthecommonfaults,andfinallyestablishedthediagnosticprocessofAudiA6Lautomobileignitionsystemfault,providingmoreconvenience
forfuture
AudiA6Lcar
ignition.
Keywords:
AudiA6L;
Ignitionsystem;
Commonfault;
Diagnosisprocess
第1章引言
1.1研究背景与意义
随着汽车工业的进步和发展，汽车已经更加频繁地走进寻常百姓家里，成为人们日常生活中必不可少的一部分。
对于汽车来说，发动机是它的心脏，而点火系统就是发动机的心脏。
点火系统性能的好坏直接关系到汽车的动力性、燃油的经济性和废气的排放情况等。
汽车的点火系统要求能产生足以击穿火花塞电极间隙的电压，电火花应具有足够的点火能量，且点火时刻应与发动机的工作状况相适应，以保证发动机在各种工况和使用条件下可靠而准确地点火。
当点火系统工作出现问题时，就会最终导致出现发动机不能启动，发动机动力不足，发动机高速运转不良等故障，这将直接影响整车的工作状况。
所以对点火系统的故障诊断与检测越来越受到业界重视。
随着奥迪A6L轿车在中国市场的保有量的不断上升，奥迪A6L点火系统在使用过程中出现的问题一直困扰广大车主和维修厂商。
因此解决奥迪A6L轿车点火系统常见故障问题，对整个社会都有着重大的意义。
1.2国内外研究现状
1.2.1国内汽车诊断技术的发展
从20世纪60年代起，我国开始研究汽车诊断技术，当时由交通部门研发了一些简单的诊断设备。
到20世纪70年代末，我国下达了第一个关于汽车维修方面的国家级课题——“汽车不解体检测技术”[1]。
此后，我国的汽车诊断技术先开了一个新的篇章。
到目前为止，我国的汽车检测设备厂商已超过900家，产品种类多达上万种，例如发动机故障诊断仪、汽车底盘测功机、四轮定位仪、制动检测台、全自动转向角检测仪等具有高新技术的诊断仪器已成功研制并投入使用，且都达到了较高的技术水平。
在发动机检测方面，发动机无负载加速测功仪、点火系检测仪、数字转速表、油耗仪、发动机漏气量分析仪、异响诊断仪、润滑油分析仪等设备已达到相当成熟的技术。
尽管如此，与国外的汽车诊断技术相比，我国还有一段较大的差距。
这些差距主要表现在：
我国的汽车诊断理论基础研究不够完善、不够系统、不够深入；
汽车检测仪器的可靠性较差；
检测设备的自动化生产水平较低；
检测设备品种不齐全，换代速度慢，技术含量不高；
检测产品性价比较低等方面。
加入世贸组织后，大批量流入我国的国外进口产品，使我国汽车检测设备行业的竞争处于更加不利的地位。
但由于我国汽车市场庞大，并随着我国汽车保有量的持续高速增长，汽车维修企业也将会快速发展。
因此，我国在汽车诊断方面的前景非常广阔。
由此可知，未来我国汽车诊断将向以下三个方向发展：
（1）制定行业检测标准，完善与硬件配套的软件建设；
（2）在大型诊断检测设备研制方面，向声、光、电等自动化方向发展，进一步提高诊断与检测水平；
（3）汽车诊断检测向网络化发展，提高资源信息共享、软硬件共享的水平。
1.2.2国外汽车诊断技术的发展
在20世纪50年代初，一些外国的发达国家已经研发出关于汽车诊断与性能调试的检测诊断技术，但是其设备仍然是以机械结构为主采用单机人工操作的方式[2]。
到了60年代，随着机电一体化的发展，国外研发了四轮定位仪、速度计等先进的单机自动化的先进检测设备。
直到上世纪80年代，随着信息技术的迅速发展，汽车自诊断系统应运而生，并研究出了一系列集故障检测、操作、数据采集储存一体化的汽车自诊断软件。
现阶段，汽车车载自诊断系统以及车外诊断系统正在研究和进一步发展当中。
汽车车载自诊断系统通过调用安装在汽车内各个部位的传感器来实现自动故障检测，然后以故障代码的形式储存到ECU中。
当进行维修时，只要找出故障代码就能迅速定位故障部位，简化了发动机故障诊断过程。
车外诊断系统通过采集传感器信号的方式传送至汽车外部，在响应的诊断仪器和软件的支持下进行故障诊断，如发动机综合分析仪等。
进入21世纪后，德国推出了全套汽车检测设备，使国外的汽车检测与故障诊断技术向更好的方向发展。
1.3研究内容
汽车点火系统是汽车发动机的心脏。
当点火系统工作不良时，常出现发动机不能启动，发动机动力不足，发动机高速运转不良等问题[3]。
本课题是为了解决奥迪A6L轿车点火系统常见故障的诊断与检测问题。
为此，根据奥迪A6L轿车点火系统的组成与结构，分析奥迪A6L轿车点火系统主要故障点的失效形式，并统计奥迪A6L轿车点火系统的常见故障的原因及其概率分布，运用故障树分析法，推理分析判明故障原因和故障部位，从而建立奥迪A6L轿车点火系统常见故障诊断流程。
第2章奥迪A6L轿车点火系统构造和工作原理
2.1奥迪A6L轿车点火系统组成与工作原理
本文主要以奥迪A6L轿车V6发动机点火系统为例。
（1）组成
主要由低压电源、控制单元ECU、点火开关、点火控制器、点火线圈、火花塞、高压导线和各种传感器等组成[4]。
如图2-1所示。
图2-1奥迪A6L轿车点火系统的组成
（2）工作原理
低压电源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搭铁。
发动机ECU根据发动机的转速信号、凸轮轴位置信号、曲轴位置信号、冷却液温度信号、进气歧管压力传感器信号等计算最佳点火提前角，判断缸位，并向点火控制器发出点火信号和气缸顺序判别信号，点火控制器由此判断发动机气缸的点火次序，依次使各点火线圈电路由导通变为截止，各点火线圈的次级绕组依次产生高电压，使之对应的两个火花塞同时跳火，点燃处于压缩行程气缸内的混合气。
奥迪A6L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，并总是一缸为压缩上止点，另一缸为排气上止点，两气缸共用一个点火线圈。
点火时，点火控制器交替地控制三个点火线圈，点火线圈产生高压时，其对应的两个气缸火花塞同时跳火：
一个火花塞点燃处于压缩行程上止点的气缸内的可燃混合气；
另一个火花塞同时跳火，但由于气缸处于排气行程上止点，因此不起作用。
如图2-2所示。
图2-2奥迪A6L轿车点火系统工作原理图
1-双点火线圈2-点火控制器3-发动机ECU4-凸轮轴位置传感器5-发动机转速传感器6-曲轴位置传感器7-火花塞
2.2奥迪A6L轿车点火系统各主要元件的功用、结构及工作原理
2.2.1火花塞
奥迪A6L轿车采用的是突出型的火花塞。
（1）功用
火花塞的功用是将高压导线输送过来的脉冲高压电放电，击穿火花塞两电极间的空气，产生电火花引燃气缸内的可燃混合气。
（2）结构
火花塞结构如图2-3所示。
在钢质的火花塞壳体内部固定有刚玉陶瓷制成的绝缘体，在绝缘体中心孔上部有接线螺杆，接线螺杆上端旋有接线螺母，用来连接高压导线；
绝缘体中心孔下部装有中心电极；
接线螺杆和中心电极间用密封剂密封。
壳体上部制成便于拆装的六边形，下部是螺纹以便安装于发动机气缸盖内，下端固定有侧电极。
图2-3火花塞结构
（3）工作原理
随着火花塞电极间隙电压升高，电极间的电场强度不断增大，当电场强度达到某一临界值时，电极间的间隙即形成放电通道而被击穿。
在强电场的作用下，高速运转的电子及高离子使放电通道形成炽热的气体发光体，及火花放电现象。
电火花温度很高，一般可达到2000—3000℃，即可点燃气缸内的可燃混合气。
2.2.2点火线圈
奥迪A6L轿车采用的是双点火线圈，每个点火线圈控制两个气缸的火花塞同时跳火。
点火线圈的功用是将蓄电池或发电机输出的低压电转变为高压电的升压变压器。
点火线圈由初级绕组、次级绕组和铁心等组成，如图2-4所示。
图2-4点火线圈结构
1-铁心2-低压接线柱3-高压插孔4-初级绕组5-次级绕组
当初级绕组接通电源时，随着电流强度的不断增长，初级绕组四周产生了一个很强的磁场，铁心储存了磁场能。
当开关装置使初级绕组电路断开时，初级绕组的磁场迅速减弱，次级绕组因电磁感应现象而出现较高的电压。
根据电磁感应现象的特点，初级绕组的磁场消失速度越快，电流断开瞬间电流强度越大，两绕组的线圈匝数比越大，则次级绕组感应出来的电压越高。
2.2.3点火控制器
（1）功用
点火控制器的功用是判断发动机气缸的点火次序，依次使各点火线圈初级电路由导通变为截止，使各点火线圈的次级绕组依次产生高压电，其对应的两个火花塞同时跳火，点燃处于压缩行程上止点的气缸内的可燃混合气。
点火控制器是由点火系统专用的集成电路芯片、电阻、电容、稳压管、达林顿管等组成的混合集成电路点火控制模块。
发动机ECU将各个传感器送来的点火信号经过处理传送给点火控制器，点火控制器将ECU送来的交变电压信号整合、放大，以控制点火线圈初级电路的接通和断开，从而使点火线圈次级绕组产生高压电进行点火。
2.2.4主要传感器
传感器用来不断检测与点火相关的发动机的工作状况信息，并将检测的结果输入ECU，作为运算和控制点火时刻的主要依据。
奥迪A6L轿车点火系统中所用到的传感器主要有：
曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、爆震传感器、空气流量计、冷却液温度传感器、氧传感器、节气门位置传感器等。
本文主要介绍前三种传感器，其他传感器输送的信号在计算点火提前角时只起到修正作用，故不做详细介绍。
1）曲轴位置传感器
奥迪A6L发动机曲轴位置传感器安装于发动机飞轮齿环上。
曲轴位置传感器的功用是检测曲轴转角信号和发动机的转速信号，并将信号传送给ECU，用来精确计算发动机的点火提前角。
霍尔式曲轴位置传感器由霍尔信号发生器和曲轴位置传感器组成，霍尔信号发生器由触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢板与永久磁铁等组成，曲轴位置传感器结构如图2-5所示。
图2-5曲轴位置传感器结构
1-外信号轮2-内信号轮
霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应原理，产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号。
它利用触发叶片改变通过霍尔元件的磁场强度，从而使霍尔元件产生脉冲的霍尔电压信号，经过整形放大后即为曲轴位置传感器的输出信号[5]。
2）凸轮轴位置传感器
奥迪A6L发动机采用霍尔式凸轮轴位置传感器，安装于凸轮轴的前端。
凸轮轴位置传感器的功用是检测基准缸活塞上止点位置信号，并将其发送至发动机ECU，用来精确判断和控制喷油和点火。
霍尔式凸轮轴位置传感器结构如图2-6所示，它主要由霍尔传感器和信号转子组成。
在信号转子的隔板上有一个窗口，窗口所对应产生的信号为低电平信号，隔板对应的为高电平信号。
信号转子随进气凸轮轴转动，隔板和窗口在集成电路与永磁铁间的间隙中转动。
当隔板进入间隙时，霍尔集成电路中的磁场被旁路，霍尔电压为零，传感器输出信号为高电压；
反之当窗口经过间隙时传感器输出信号为低电压。
发动机工作时结合曲轴位置传感器的输出信号和凸轮轴位置传感器输出的电压信号确定点火气缸。
图2-6霍尔式凸轮轴位置传感器结构
1-进气凸轮轴2-凸轮轴位置传感器3-固定螺钉4-定位螺栓与座圈5-信号转子
6-缸盖
3）爆震传感器
奥迪A6L点火系统一共有两个爆震传感器，分别安装在右侧和左侧缸体的进气歧管下部[6]。
爆震传感器的功用是检测爆震信号，并将其传递给发动机ECU，用来修正点火提前角，实现爆震控制，防止爆震，从而获得最佳性能。
爆震传感器是利用压电晶体的压电效应制成，由导线、压电元件、平衡块组成，结构如图2-7所示。
图2-7爆震传感器结构
1-导线2-压电元件3-平衡块
当发动机缸体的振动传导爆震传感器的壳体时，壳体与平衡块间产生相对运动，使夹在两者中间的压电元件承受推力从而产生电压，并通过该电压值的大小来判断爆震的程度。
当控制单元ECU检测到爆震时，点火正时将被延迟，直至爆震消失为止。
第3章奥迪A6L轿车点火系统主要元件的失效形式
3.1火花塞的主要失效形式
火花塞的工作环境极其恶劣。
在发动机中火花塞要承受2000~3000摄氏度的反复且剧烈的温度变化，还要承受20000~30000伏特的高压电，同时还要长期受混合气和由活塞环缝隙中窜入的润滑油的冲刷和腐蚀。
由于汽车长期在不平路面运行以及发动机内部发生爆震等原因使火花塞时常受震荡和冲击。
火花塞在这样的环境下长期工作，其失效形式可能如下：
（1）火花塞电极部位有黑色沉积物。
火花塞电极部位黑色沉积物主要由于空气过滤器不能有效过滤空气，升值是出现空气过滤器堵塞或破损等问题，导致空气中杂质进入气缸，在火花塞电极部位沉积，且因放电而呈现出黑色。
润滑油窜入燃烧室，这也是火花塞底部有黑色沉积物的原因之一。
由于火花塞电极部位的黑色沉积物，可能会使发动机出现以下不正常现象：
①发动机功率下降，工作情况不稳定，严重时甚至停止工作；
②当火花塞间断地跳火时，未燃混合气进入排气管，使排气管“放炮”；
③发动机启动困难，需要数次搭火后才能启动，严重时不能启动。
（2）火花塞过热。
火花塞过热时的外观表现为火花塞的中心电极的绝缘体出现白色或浅灰色的局部隆起，中心电极严重烧蚀，严重时甚至有熔化现象。
火花塞过热会出现发动机功率上不去或明显下降，且发出震声或敲缸声等现象。
（3）火花塞绝缘体破损
爆震现象使火花塞出现过大的震动而导致绝缘体破损[7]。
发动机长期的超负载运行等因素也会引起火花塞绝缘体破损。
当火花塞发生物理上的破损，火花塞将无法正常工作，严重时甚至不点火，那么对应的气缸的无法正常运行，导致发动机动力不足，高速运转不良甚至发动机不能启动等故障。
（4）火花塞间隙不当
火花塞的间隙不当时，会导致点火性能下降。
当火花塞间隙过大时，火花塞击穿电压增大，使点火线圈在过负荷状态下工作，导致高速时易断火，出现高速运转不良的故障；
当其间隙过小时，电火花微弱，火花能量过小，不能可靠地点燃混合气，导致发动机动力不足、不能启动等故障。
3.2点火线圈的主要失效形式
点火线圈与火花塞通过高压导线相连，为火花塞提供高压电。
点火线圈的绕组长期承受高低压电的交替变换，同时其工作温度也在-40~125摄氏度之间，不断变化的环境使点火线圈容易出现疲劳和损坏。
与此同时，点火线圈在发动机内部长期受震荡和腐蚀，其表面容易出现损坏、受潮和老化等现象。
点火线圈在这样的环境下长期工作，其失效形式可能如下：
（1）点火线圈绕组短路
当点火线圈绕组发生短路时，火花塞产生的电压过低，造成点火能量的不足，导致发动机动力不足、高速断火甚至不能启动等故障现象。
同时也会造成火花塞积炭现象加剧，影响发动机正常运行。
（2）点火线圈断路或接地
点火线圈断路或接地与点火线圈短路现象类似，当出现点火线圈断路或接地现象时，点火线圈次级绕组将不产生高压电，火花塞无法点火，导致发动机动力不足或不能启动。
（3）点火线圈表面放电
点火线圈的表面放电现象是指在点火线圈外表面出现放电跳火[8]，表面放电现象常常发生在高压的引出螺钉附近。
当出现表面放电时，点火线圈说提供的电压将不能满足火花塞的正常工作。
此时会出现火花过弱，点火断续甚至火花塞不点火，这将导致发动机出现动力不足、高速运转不良以及发动机不能启动等故障。
（4）点火线圈绝缘老化
热车后的高温或高速大负荷工况下的频繁点火使点火线圈的温度迅速升高，绝缘老化的点火线圈在高温、高压下易发生放电短路，导致点火线圈初级绕组和次级绕组的实际匝数比变小，致使次级绕组产生的电压值降低，最终出现汽车高速运转不良、动力不足等故障现象。
3.3点火控制器的主要失效形式
点火控制器内部结构复杂精细且自成一体，一旦出现故障难以修复，以更换为主。
在发动机内部与其它部件一样，点火控制器长期受震荡和腐蚀性物质冲刷。
点火控制器在这样的环境下长期工作，其失效形式可能如下：
由于环境因素影响和使用不正确的试火方式（如利用高压线向车身试火）等原因，常常造成点火控制器的损坏。
通常分为两种情况：
①硬损坏：
不能进行继续工作，即不发生点火；
②软损坏：
在一般情况下仍可工作，当温度升高后出现无火。
当点火控制器出现以上故障现象，前者将直接导致发动机不能启动，后者则会出现发动机高速运转不良的现象。
3.4高压导线的主要失效形式
高压导线连接着点火线圈与火花塞，将点火线圈次级绕组通过电磁感应现象产生的高压电传送给火花塞进行点火。
因此高压导线长期在高电压下工作，同时高压导线又一直暴露在高温、高负荷和润滑油反复冲刷环境中。
高压导线在这样的环境下长期工作，其失效形式可能如下：
高压导线外层绝缘层易出现破损、老化现象，接线端子容易被腐蚀[9]，导线容易漏电。
同时汽车行驶过程中的震荡或发动机发生爆震时产生的机械冲击，以及维修安装时的不规范操作使高压导线扭曲对折，导致芯线断裂。
一旦高压导线出现故障，火花塞将出现点火能量不足、火花塞不能点火等状况，导致发动机动力不足、不能启动等故障。
3.5主要传感器的主要失效形式
1）曲轴、凸轮轴位置传感器
因曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器的结构、原理及工作环境相似，所以其失效形式也大致相同。
这两种传感器都随发动机的曲轴和凸轮轴不停的作高速运转，工作温度也较高。
同时由于汽车长期在不平路面运行以及发动机内部发生爆震等原因使传感器时常受震荡和冲击。
传感器在这样的环境下长期工作，其失效形式可能如下：
（1）传感器线路老化、性能衰退、零件松动，非原厂配件性能不良[10]。
传感器长时间在恶劣的运行条件下工作，使线路出现老化、零配件性能衰退、一些紧固件因振动等原因出现松动，以及市场上一些非原厂配件性能较差，使传感器工作不良，无法提供准确地点火信号，从而出现发动机不能启动、高速运转不良、动力不足等故障。
（2）传感器内部磨损腐蚀，输出信号不准确
传感器长时间高速运转，使内部元件磨损严重，同时高温环境以及润滑油的长期冲刷使传感器内部受腐蚀，导致传感器工作时输出信号不准确，影响发动机点火的准确性，出现发动机不能启动、高速运转不良、动力不足等故障。
2）爆震传感器
爆震传感器分别安装在发动机缸体两侧，长期受机械振动和腐蚀性物质的冲刷。
爆震传感器在这样的环境下长期工作，其失效形式可能如下：
爆震传感器长时间在恶劣的运行条件下工作，其导线容易出现老化破裂，导致传感器线路短路或断路，使发动机ECU接受不到调节点火提前角的信号。
同时爆震传感器本身会出现端口接触不良、表面元件被腐蚀、磨损等现象导致传感器损坏，无法正常工作，最终影响发动机正常运行。
一旦传感器受损，发动机将无法准确点火，导致发动机出现不能启动，动力不足，高速运转不良等故障。
3.6小结
发动机点火系统的故障类型繁杂、种类繁多，其主要元件的失效形式也多样。
一旦点火系统发生故障将导致点火能量过低、火花断续、火花塞不点火等状况，造成发动机动力不足、高速运转不良、发动机不能启动等故障。
检测点火系统火花塞点火是否正常，可初步判断点火系统各主要元件是否有故障。
点火系统主要故障分析如下表3-1所示。
表3-1点火系统主要故障分析
主要故障
高压导线试火结果
原因分析
发动机不能启动
火花塞不点火
高压导线、低压导线松脱、漏电；
点火控制器损坏或性能不良；
点火线圈短路、断路、搭铁或性能不良；
火花塞积炭严重，绝缘不良；
传感器故障；
ECU插接器接触不良或ECU故
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