论文样本丰田花冠轿车点火系统结构原理及故障诊断.docx

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论文样本丰田花冠轿车点火系统结构原理及故障诊断

南充职业技术学院

毕业生毕业论文（设计）

题目内燃机代用燃料发展前景探索

所属系部机电工程系

专业汽车检测与维修

年级

指导教师

学生姓名

学号

年月日

前言

进入21世纪，轿车市场上出现了大批技术含量高的车型。

在这些轿车上大都采用先进的微机控制电子点火系统。

随着汽车技术的不断发展和进口汽车数量的大幅度增加，熟悉点火系的构造和原

理，掌握点火系的故障诊断与检修方法已成为维修人员急需解决的问题。

点火系是发动机正常工作所必须的电器系统之一。

丰田花冠轿车的发动机点火系

统采用计算机控制，属于电脑控制电子点火系统，可精确控制点火提前角、点火间歇角、点火闭合角，提高点火能量。

电子控制点火系统可以根据发动机的各种负荷状况，控制最佳点火时间，使发动机的输出功率、加速性能、经济性和废气排放等都能达到理想状态，而且点火性能一直永恒不变。

不过点火系统一旦出现故障，可能会导致发动机无法正常工作，要排除故障，必须对电子控制点火系统的构成和工作原理有全面的了解。

本文主要论述了丰田花冠点火系的各部分构造、工作原理及故障诊断与维修，因

此对于提高其他类型微机控制电子点火系统电路的故障诊断与检修具有一定的借鉴意义。

文中不当之处，还望老师指正，不胜感激！

目录

一、点火系统的类型.................................................1

（一）有分电器的电子点火系统.......................................1

（二）无分电器的独立点火系统.......................................1

二、点火系统组成及功用.............................................2

（一）传感器.......................................................2

（二）ECU..........................................................2

（三）执行器.......................................................2

三、花冠轿车电子点火系统的工作原理.................................3

四、花冠轿车点火系统的发展趋势.....................................4

五、花冠轿车点火系统故障诊断.......................................5

（一）发动机不能起动故障...........................................5

1、故障现象........................................................5

2、诊断过程........................................................5

3、故障总结........................................................6

（二）汽车自行熄火后无法着车故障...................................6

1、故障现象........................................................6

2、诊断过程........................................................6

3、故障总结........................................................7

结束语.............................................................8

参考文献...........................................................8

丰田花冠轿车点火系统结构、原理及故障诊断

摘要：

本文介绍了点火系统的类型与组成以及各组成的功用，分析了点火系统的工作原理，并对丰田花冠轿车无分电器式点火系统的工作原理进行了分析，并以丰田花冠轿车具体的故障实例对其常出现的故障进行分析与排除，另外本文还描述了点火系统的发展趋势。

关键词：

丰田；花冠；原理；故障诊断；发展趋势

一、点火系统的类型

丰田花冠轿车所采用的点火系统大多为电子式点火系统。

电子点火系统称为晶体管点火系统。

其中电子点火系统与传统点火系统最大的区别在于它的点火电子组件。

点火电子组件由半导体元件（如三极管，可控硅等）组成电子开关电路，根据点火信号发生器产生的点火脉冲信号接通和断开点火线圈初级电路，起着传统点火系统中断电器白金触点相同的作用。

而点火信号发生器是根据各缸的点火时刻产生相应的点火脉冲信号，控制点火电子组件接通和断开点火线圈初级电路的具体时刻。

丰田花冠车的电子式点火系统根据有无分电器可分为有分电器的电子点火系统和无分电器的独立点火系统。

1.1有分电器的电子点火系统

有分电器的电子点火系统可分为有触点式的和无触点式的。

无触点式的电子点火系统称为全晶体管点火系统，是目前使用最广泛的电子点火系统。

而它所使用的无触点式点火信号发生器根据原理而分为：

磁感应式（磁脉冲式），霍尔效应式，光电式以及电磁振荡式。

1.2无分电器的独立点火系统

独立点火系统是一种无分电器点火系统（DIS），利用计算机，点火模块和位置传感器的结合来控制点火正时和提前。

根据点火线圈产生的火花数目，独立点火系统可分为两种：

双火花线圈独立点火系统（DFS）和单火花线圈独立点火系（EFS）。

在DFS中点火线圈是一种带有两个次级输出端的点火线圈。

即每个点火线圈与两个火花塞相连。

点火时，在相对应的两个气缸里同时产生两个火花，其中一个在汽缸A的工作冲程内（主火花），而另外一个在汽缸B的排气冲程内（辅助火花），反之也相同。

且这两个火花的极性相反：

一个火花塞在正常方向跳火，从中央电极到负的侧电极；而另一个火花塞正好相反，从侧电极到中央电极，使之形成串联电路。

由于排气时火花塞间隙之间电阻很小，只要很低的电压便能跳火，所以使主火花保证有足够高的电压。

而EFS中，点火线圈带有一个次级输出端。

即每个汽缸配给一个点火线圈。

二、点火系统组成及功用

2.1传感器

传感器用来检测与点火有关的发动机工况信息，并将检测结果输入电子控制单元ECU，作为计算机和控制点火时刻的依据。

虽然花冠车电子控制点火系统采用的传感器类型、数量、结构和安装位置不尽相同，但主要有曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、空气流量传感器、进气温度传感器、车速传感器和爆燃传感器等。

这些大都与汽油喷射系统、怠速控制系统等电子控制系统共用，而且都由一个ECU集中控制。

2.2ECU

ECU既是汽油喷射系统的控制核心，也是点火系统的控制核心。

在ECU的只读存储器中，除存储有监控和自检等程序之外，还有由台架试验测定的该型发动机在各种工况下的最佳点火提前角。

随机存储器用来存储微机工作时暂时需要存储的数据，如输入/输出数据、单片机运算得出的结果、故障码、点火提前角修正数据等，这些数据根据需要可随时被调用或被新的数据改写。

CPU不断接收上述各种传感器发送的信号，并按预先编制的程序进行计算和判断后，向点火控制器发出最佳点火提前角和点火线圈初级电路导通时间的控制信号。

2.3执行器

执行器主要包括点火控制器、点火线圈、分电器（有分电器电子控制点火系统）及火花塞等。

其主要作用是根据ECU发送来的各种信号，执行相应的动作。

其中点火控制器又称为点火模块、点火电子组件、点火器或功率放大器，是微机控制点火系统的功率输出极，它接受ECU输出的点火控制信号并进行功率放大，以便驱动点火线圈工作。

下图为丰田花冠轿车无分电器的独立点火系统示组成图如图1所示

图1丰田花冠无分电器的独立点火系统

三、花冠轿车电子点火系统的工作原理

各种传感器输入信号，发动机ECU确定点火正时并为每个气缸输出点火信号（IGT），点火器中的功率晶体管根据IGT信号切断初级点火线圈的电流，为与次级线圈末端相连的火花塞供电，产生火花，从而点燃混合气。

作为一种安全保护措施，点火器同时也向发动机ECU提供一个点火确认信号（IGF）。

点火系统电路如图2所示

图2丰田花冠点火系统电路

下面介绍丰田花冠1.6L轿车无分电器式电子点火系统的组成与原理：

丰田花冠1.6L轿车采用直接点火系统，即点火线圈和输出放大器集成在一个部件上，每缸分配一个点火线圈，安装在各缸火花塞的上方。

火花塞帽与点火线圈为一体，是与火花塞相连的部件。

该点火系统取消了分电器和高压线，能量传导损失及漏电损失极小，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，大幅度地减少了电磁干扰，可以保证电控系统的正常工作，使发动机的点火更加安全可靠。

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，使对应的气缸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。

点火系统组成与原理如图3所示。

图3丰田花冠1.6L轿车点火系统电路

四、花冠轿车点火系统的发展趋势

花冠轿车点火系统发展趋势可以归纳为以下四点：

（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。

五、花冠轿车点火系统故障诊断

5.1发动机不能起动故障

5.1.1故障现象

发动机不能起动。

使用起动电动机来摇摇柄时火花塞不打火花，但钥匙点火开关从起动位置往ON的位置移动时，瞬间打好几次火花。

5.1.2诊断过程

调查自诊断系统，自诊断系统输出的代码是14，表示点火系统异常。

因为实际点火火花塞打火花，点火系统理应正常。

接上示波观察仪，调查点火指示信号（IGt）和点火确认信号（IGf）波形，摇摇柄时示波观察仪画面的信号波形如图4所示。

（a）摇摇柄时（b）摇摇柄之后

图4IGT和IGF信号波形图

从信号电压波形图上就可以看出，ECU正常地输出了IGT信号。

但摇摇柄期间IGF信号一直维持在高电位，而且在此期间，火花塞并不打火花。

但是摇摇柄之后，也就是曲轴靠惯性旋转期间，火花塞打火花。

IGT信号已经有了，为什么摇摇柄时不打火花呢？

再一次观察摇摇柄中和摇摇柄之后的信号波形，两者有微妙的差别。

比较IGT信号电压，两者的高电位都在5V附近，但低电位不同，摇摇柄中是1.3V，摇摇柄之后是0.3V。

低电位是1.3V，点火器检测到这个信号，把它当作高电位信号对待，并不切断点火线圈一次测的电流，当然就不能点火了。

那么为什么摇摇柄时低电位上升了呢？

首先怀疑是蓄电池和发动机之间产生了电压降，实测结果并没有产生电压降，是正常的。

其次考虑是ECU的接地不良，实际调查也没有问题。

经过这段时间，一摇摇柄，发动机顺利地起动了。

这段时间里只接触了计算机，在计算机端子上设置探头，这摇摇那儿晃晃，检查是不是端子接触不良。

仔细检查，EFI（电子燃油喷射）的导线束湿了，连接器上有水滴落的痕迹。

ECU的上面是加热单元，好像是漏水了。

ECU的端子配置如图5所示，IGT端子上面是STA端子，这部分湿了，为此这两个端子间形成一个具有一定阻值的回路，在摇摇柄期间，IGT端子加上了STA端子的电压，造成电压异常。

修理加热器并洗净连接器，维修工作完成。

图5计算机端子配置

5.1.3故障总结

因此此故障现象是由于计算机端子STA处有水，造成其与端子IGt之间形成回路，因此造成在摇摇柄期间电压异常，致使发动机不运转的。

5.2汽车自行熄火后无法着车故障

5.2.1故障现象

汽车在长途旅行中自行熄火，再次起动汽车无法着车。

5.2.2诊断过程

维修人员赶赴现场救援，因当时并无故障诊断仪，于是先检查基本项目。

检查点火系，发现无高压火。

拆下点火器，将点火开关置于“ON”位置，用万用表测量点火插接器1号端子IGF点火反馈信号为4.9V，2号端子IGT点火信号为0V，3号端子电源为12.8V，4号端子连接至转速表，5号端子连接至点火线圈负极。

起动发动机，用万用表测量2号端子上无点火脉冲信号，至此确定发动机无法起动是由于无IGT点火驱动信号引起的。

将车拖回修理厂继续检修，连接诊断仪，再次起动发动机，读取数据流，查看发动机转速在120r/min左右。

根据检测结果，发现确有转速信号传至发动机控制单元，但控制单元没有发送IGT信号给点火器，由此完全可以断定故障出在发动机控制单元上。

由于发动机控制单元价格昂贵，车主不同意更换，希望尽量修复解决问题。

于是我们先关闭点火开后，拆下蓄电池搭铁线，再拆下发动机控制单元进行分解，仔细观察没有发现异常。

将万用表置于电阻挡，一表笔置于IGT信号端子，另一表笔沿其印刷线路进行检查，发现在经过一电阻后接入一个三极管，从万用表的检查来看，线路、电阻和三极管均没有问题。

继续测量与发射极相连的电阻，发现其阻值过大，已接近断路状态。

辨其电阻上的色环，选用合适的电阻，采用防静电电烙铁，拆下原电阻，焊上新电阻后装复，起动发动机，车辆一次性成功起动，试车并无异常现象。

一周后回访车主，反映发动机运行良好，至此故障完全排除。

5.2.3故障总结

因此此故障现象是由于控制单元处与三极管的发射极相连的电阻阻值过大造成的，只要对此电阻更换即可排除故障。

结束语

通过以上分析我们知道花冠车点火系统的工作原理大致为给初级线圈通电，然后断电，次级线圈瞬间产生高压，击穿火花塞间隙，从而点火。

另外通过对花冠车具体故障实例的分析，知道了发动机不能起动以及行车途中突然熄火不能着车现象的某些原因。

其实只要我们了解点火系统的结构与工作原理，配合某些仪器的使用，再加上平时不断的操作磨练，处理一些常见的故障是很容易的。

参考文献

[1]汽车电子点火系统原理、检查与修理（三）《电子世界》2002年07期。

[2]闵永军，万茂松，周良主编.汽车故障诊断与维修技术.北京：

高等教育出版社，2004.7。

[3]汽车技术实训.专业篇/欧阳爱国主编.--北京：

北京理工大学出版社。

2007.9

[4]汽车电控系统原理与检测技术/王洪龄等主编.--济南：

山东科学技术出版社.2007

[5]丰田花冠维修手册

[6]丰田车系维修经验集锦/谭本忠主编.--北京：

机械工业出版社，2007.3_