汽车电子式点火系统的组成与工作原理

1. 无触点式电子点火系统的组成及工作原理

1）无触点式电子点火系统的组成

无触点式电子点火系统的组成如图6.9 所示，主要由点火信号发生器（传感器）、点火控制器、点火线圈、分电器和火花塞等组成。

图6.9　触点式电子点火系统的组成

1—火花塞；2—分电器；3—点火信号发生器；4—点火控制器；5—点火线圈；6—点火开关；7—电源

分电器主要包括配电器、离心提前机构和真空提前机构，它们的作用、结构和工作原理与传统点火系统分电器的对应部分完全相同；点火线圈、火花塞、点火开关和电源等部分的结构和作用与传统点火系统相似

点火信号发生器取代了原来断电器中的凸轮，用来判定活塞在汽缸中所处的位置，并将非电量的活塞位置信号转变为脉冲电信号输送到点火控制器，从而保证火花塞在恰当的时刻点火。大多数点火信号发电器装在分电器内（分火头下方），成为分电器的一部分。当分电器轴随着凸轮轴同步旋转时，与曲轴之间有确定的相对位置。因此，分电器轴转角位置可以准确地反映出活塞在汽缸中的位置。

点火控制器取代了原来断电器中的触点，它根据点火信号发生器送来的脉冲电信号，控制点火线圈初级电路的通断。此外，大多数点火控制器还具有恒电流控制、闭合角控制、停车断电保护等功能。

2）无触点式电子点火系统的工作原理

各种发动机的点火信号发生器和点火控制器的结构互不相同，但其工作原理基本是相同的。下面以大众车系轿车为例，说明无触点式电子点火系统的基本工作原理。

图6.10　一汽大众捷达轿车的无触点式电子点火系统原理

1—电源；2—点火开关；3—点火线圈；4—带点火信号发生器的分电器；5—火花塞；6—点火控制器

如图6.10 所示，接通点火开关，当点火信号发生器（霍尔效应传感器）发出点火信号时，点火控制器中的末端功率三极管导通，与三极管相串联的点火线圈初级电路接通。初级电流流向如下：电源“＋”极→点火开关→点火线圈的“＋”接线柱→点火线圈初级绕组 W1→点火线圈“－”接线柱→点火控制器→搭铁→电源极。点火线圈初级绕组中有电流通过，在点火线圈中形成磁场，将电能转变为磁场能储存起来。

随着发动机的不断转动，当点火信号发生器产生的信号由正脉冲变为负脉冲时，点火控制器触发功率三极管截止，点火线圈的初级电路断开，初级绕组中的电流迅速降为零点火线圈周围和铁心中的磁场也迅速减小至消失。这时，匝数较多的次级绕组W2 中便感应出几千伏的电动势。该高压电根据发动机的点火顺序经分电器分送到各缸火花塞，将火花塞的电极间隙击穿，产生电火花点燃可燃混合气。

2. 磁感应式电子点火系统

1）磁感应式点火信号发生器的组成与工作原理

（1）磁感应式点火信号发生器的组成。

在磁感应式电子点火系统中，点火信号发生器利用电磁感应原理产生触发电子点火器的信号，因此称之为磁感应式点火信号发生器。磁感应式点火信号发生器的组成如图6.11 所示，主要由永久磁铁、转子、铁心和感应线圈等组成。永久磁铁、铁心、感应线圈等组成磁感应式点火信号发生器的定子，一般安装在分电器内的活动底板上；转子上的凸齿与发动机汽缸数相，由分电器轴来带动。

（2）磁感应式点火信号发生器的工作原理。

如图6.11 所示，磁感应式点火信号发生器永久磁铁的磁路如下：N 极→空气隙→转子空气隙→铁心→S 极。当发动机工作时，磁感应式点火信号发生器的转子由分电器轴带动转，使转子上的凸齿与线圈铁心之间的间隙发生有规律的变化，因此穿过感应线圈的磁通量也发生有规律的变化，从而在感应线圈中产生交变感应电动势。

图6.11　磁感应式点火信号发生器的组成

1—感应线圈；2—永久磁铁；3—转子

2）磁感应式电子点火系统的组成与工作原理

（1）磁感应式电子点火系统的组成。

磁感应式电子点火系统主要由电源、点火开F 关、点火线圈、点火信号发生器、电子点火器、分电器和火花塞组成，如图6.12 所示。

（2）磁感应式电子点火系统的工作原理。

如图6.12 所示，当接通点火开关4 时，在蓄电池直流电压的作用下，VT 因受正向电压作用而导通，蓄电池电流经R3、R1、VT、传感器线圈构成回路。此时，在蓄电池直流电压作用下，P 点电位高于晶体管VT2 的开启电压，晶体管VT2 处于导通状态，VT2 导通后，其集电极电位降低，使晶体管VT3 处于截止状态。VT3 截止时，蓄电池通过R3 向晶体管VT4 提供基极电流，使VT4 导通，VT4 导通时，R2 上的电压降给大功率管VT3 提供偏置电压，使VT3导通，接通初级回路。其直流电路如下：蓄电池（或发电机）正极→点火开关4→附加电阻R1→点火线圈初级绕组→VT3→搭铁→蓄电池（或发电机）负极，初级绕组中有电流流过，在线圈中形成磁场。

图6.12　磁感应式电子点火系统的组成

1—信号发生器；2—电子点火器；3—点火线；4—点火开关；5—蓄电池

当点火信号发生器产生正向脉冲时，信号电压与VT1 的正向电压叠加后的电压值大于VT2 的导通电压，VT2 导通。VT2 的导通使VT3 的基极电位下降而截止，VT3 截止时，VT4 因R5 的偏置而导通，VT5 因R7 的正向偏置而导通。在这种状态下，点火线圈初级绕组的电流回路如下：蓄电池（或发电机）正极→点火开关→点火线圈附加电阻Rf→点火线圈初级绕组→VT5→搭铁→蓄电池（或发电机）负极，初级点火线圈储能。

当点火信号发生器产生反向脉冲时，信号电压与VT1 的正向电压叠加后，使VT2 的基极电位降低，VT2 截止。VT2 截止使得VT3 的基极电位上升而导通，VT3 导通使VT4 的基极电位下降而截止，VT4 截止使得VT5 没有偏置电压而截止。因此，点火线圈初级回路断开，初级电流被切断，在次级绕组中产生高压，经配电器按点火次序分配到各缸火花塞，高压电加到火花塞间隙，击穿间隙，产生电火花，点燃可燃混合气使发动机做功。

VT1 的基极和发射极相连，相当于发射极为正、集电极为负的二极管，起温度补偿作用，使VT2 的导通与截止不受温度影响。其补偿原理如下：高温时，VT2 的导通电压降低，VT2较常温时导通提前、截止滞后，从而使点火时间延迟，且温度越高，延迟时间越长，而当采用温度特性相同的VT1 与VT2 并联后，温度升高时，VT1 的基极与集电极的正向电压也下降，使P 点电位降低，正好补偿了VT2 在温度升高时导通电压降低的影响，使VT2 的导通和截止时间与常温时相同。

VD1、VD2 两个稳压管反向串联后，与点火信号发生器的感应线圈并联，其作用是高转速下，传感线圈产生的信号电压高于稳压管的反向击穿电压时，稳压管立即导通，将感应线圈输出的正向和反向信号电压波峰全部削平，使其稳定在某一数值，保护VT1 和VT2 不受损害。VD3 与R3 组成稳压电路，其作用是保证VT2 导通时不受电源系统电压波动的影响。VD4的作用是保护VT5，当VT5 截止时，VD4 可将初级绕组的自感电动势限制在某一值内，保护VT5 不被击穿。

C1 是信号滤波电容，其作用是消除点火信号发生器传感线圈输出电压波形上的毛刺，使电压平滑稳定，防止误点火，使点火时间准确无误。C2 与R3 组成阻容吸收电路，其作用是吸收瞬时过电压，防止误点火。R4 为正向正反馈电阻，加速VT2 的导通和截止。

3. 霍尔效应式电子点火系统

1）霍尔效应

霍尔效应原理如图6.13 所示。当电流通过放在磁场中的半导体基片（即霍尔元件），且电源方向与磁场方向垂直时，在垂直于电流和磁场的半导体基片的横向侧面上产生一个电压UH，称为霍尔电压。霍尔电压的高低与通过的电流和磁感应强度成正比，即当通过的电流为一定值时，霍尔电压UH 随磁感应强度B 的变化面变化。

2）霍尔效应式点火信号发生器的组成及工作原理

（1）霍尔效应式点火信号发生器的组成。

在霍尔效应式电子点火系统中，点火信号发生器利用霍尔效应原理产生触发电子点火器的信号，因此称为霍尔效应式点火信号发生器。霍尔效应式点火信号发生器的组成如图6.14（a）所示，主要是由分电器带动的触发叶轮、永久磁铁、霍尔元件等组成。触发叶轮与分电器的分火头制成一体，由分电器轴带动，而且触发叶轮的叶片数与发动机的汽缸数相等。

霍尔元件实际上是一个霍尔集成电路，内部集成电路原理如图6.14（b）所示。在霍尔元件上得到的霍尔电压很小（一般为20 mV），只有将其放大、整形后才能用来触发电子点火器。

图6.13　霍尔效应原理

图6.14　霍尔效应式点火信号发生器的组成与工作原理

（2）霍尔效应式点火信号发生器的工作原理。

当发动机工作时，分电器轴带动触发叶轮转动。如图6.15（a）所示，当触发叶轮的叶片进入永久磁铁和霍尔元件之间的空气隙时，原来垂直进入霍尔元件的磁力线即被触发叶轮的叶片遮住，霍尔元件的磁路被触发叶轮的叶片旁路，因此霍尔元件不产生霍尔电压，霍尔集成电路输出级的晶体管处于截止状态，点火信号发生器的输出信号为9 V 左右。

如图6.15（b）所示，当触发叶轮的叶片转过空气隙后，永久磁铁的磁力线可垂直进入霍尔元件，在霍尔元件中便会产生霍尔电压，霍尔集成电路输出级的晶体管处于导通状态，点火信号发生器输出的信号电压为0.3～0.4 V。如果触发叶轮有4 个叶片，那么分电器轴每转动圈，点火信号发生器便产生4 个脉冲信号，将此信号输送给电子点火器来控制点火系统工作。

图6.15　霍尔效应式点火信号发生器的工作原理

1—触发叶轮的叶片；2—霍尔集成块；3—永久磁铁；4—霍尔传感器；5—导板

3）霍尔效应式电子点火系统的组成与工作原理

（1）霍尔效应式电子点火系统的组成。

霍尔效应式电子点火系统主要由信号发生器、霍尔式电子点火器、高能点火线圈、高压线、火花塞、点火开关和蓄电池等组成。霍尔式电子点火器实质上是个电子开关，它受霍尔传感器产生的信号电压控制，一般多由专用点火集成块IC 和一些外围电路组成，比较接近微机控制的点火系统，除了具有控制点火线初级电流通斯的功能外，还具有其他辅助控制功能，如限流控制、闭合角控制、停车断电保护等功能。霍尔效应式电子点火系统的组成如图6.16 所示。

图6.16　霍尔效应式电子点火系统的组成

（2）霍尔效应式电子点火系统的工作原理。

霍尔效应式电子点火系统的工作原理如图6.16 所示。接通点火开关，发动机转动，当霍尔信号发生器输出信号UB 为高电位时，该信号通过点火器插座6 端子和3 端子进入点火器。此时，点火器通过内部电路，驱动点火器大功率晶体管VT 导通，接通初级电路。其电路如下：蓄电池（或发电机）正极→点火开关→点火线圈初级绕组W1→点火器大功率晶体管VT→反馈电阻R5→搭铁→蓄电池（或发电机）负极。当霍尔信号发生器输出信号UB 为低电位时，点火器大功率晶体管VT 立即截止，切断点火线圈初级电路，次级绕组产生高压电。高压电经配电器按点火次序分配到各缸火花塞，高压电加到火花塞间隙，击穿间隙产生电火花，点燃可燃混合气使发动机做功。

4）霍尔效应式电子点火系统的辅助控制功能

（1）初级电流的恒流控制。

为了保证在任何工况下，特别是高转速的情况下，点火系统都能够实现稳定的高能点火。电子点火装置匹配的多是专用的高能点火线圈，其初级绕组的电阻和电感比较小，这样，初级电流的稳定值比较大，如果在不加以控制的接通状态下，一般初级电流可达20～30 A。在低速时，长时间通过大电流，不仅浪费电能，还会降低点火线圈和点火器的使用寿命。因此，在电子点火装置中应用了恒流控制装置，当初级电流上升到一定值时，使初级电流保持恒定不变，一般型和恒流控制型点火线圈初级电流上升特性如图6.17 所示。实现限流控制的方法多种多样，以图6.17 为例对限流控制原理进行说明。

图6.17　一般型和恒流控制型点火线圈初级电流上升特性

如图6.18 所示，当大功率晶体管饱和导通时，初级电流就会逐渐增大，当初级电流上升到限流值时，取样电阻Rs 上的电压值也达到规定值，该电压信号送入电路中放大器F 的“＋”端，且该电压信号高于放大器“－”端设置的基准参考电压UREF，放大器F 输出端电高，使晶体管VT1更加导通，这样大功率晶体管VT 集电极电位下降而向截止区偏移，流过VT 的初级电流下降：当初级电流略低于限流值时，则Rs 上的电压值低于UREF，F 输出端电位下降，VT1 趋于截止，VT集电极电位升高，使VT 向饱和导通偏移，VT 更加导通，初级电流再度增大，如此循环反馈并以极高的频率进行控制，使初级电流稳定在某一定值上（一般为7 A）。

（2）闭合角控制。

闭合角是指传统点火系统中断电器的触点闭合时相对曲轴的转角。对电子点火装置而言，闭合角是指初级电流通电时间与通电时刻的控制。

闭合角控制功能是根据发动机的工作转速、发动机的汽缸数、电源电压及点火线圈的性能，对闭合角不断调节，使得初级线圈电路的接通时间在发动机的工作转速范围之内基本保持不变，从而使发动机在高速时有足够的点火能量和点火电压，不致发生断火现象，低速时不致因点火线圈和点火电子组件过度发热而影响其使用寿命。

图6.18　限流控制原理

如图6.19（a）所示，3 种图形分别为不同转速下加在点火器上的信号电压Ug 与时间的关系，T 为点火信号电压的周期；如图6.19（b）所示，3 种图形分别为不同转速下没有闭合角控制时点火线圈初级电流与时间的关系，tb 为初级电路接通后的通电时间，t1 为初级电流达到某一恒定值的必需时间，t2 为初级电流达到某一恒定值后的富余时间。如图6.19（c）所示，3 种图形分别为不同转速下有闭合角控制时点火线圈初级电流与时间的关系，t3 为稳定初级电流在某一恒定值的保持时间，Δt 为相同转速情况下与无闭合角控制相比，初级电路接通的滞后时间。

由图6.19 可以看出，与无闭合角控制的点火系统相比，有闭合角控制的点火系统缩短了点火线圈的有效工作时间，从而使点火线圈的性能和使用寿命得到进一步改善。

图6.19　闭合角控制原理

tb—导通时间（初级电流接通时）；t1—从零上升到限流时间；t2—限流时间

（3）停车断路保护。

图6.20　停车保护装置的工作波形(www.xing528.com)

具有停车保护作用的电子点火系统的工作波形如图6.20 所示。当发动机熄火而点火开关处于“ON”位置时，点火信号发生器因停车后长时间不能发出点火信号，而使初级电路处于长时间的接通状态。设置停车保护装置后，当初级电路接通时间大于某一设定时间Tp 时，在未收到点火信号的情况下，停车保护装置将发出信号，切断点火线圈的初级电流，使点火线圈得到保护。

4. 微机控制点火系统

1）微机控制点火系统概述

微机控制点火系统是现代汽车发动机集中控制系统中的一个子系统，简称 ESA（ Electronic Spark Advance），与传统点火系统和普通电子点火系统相比，微机控制点火系统彻底取消了断电器、离心式点火提前角调节器、真空式点火提前角调节器等机械装置，完全实现了电子控制，而且控制功能更强大，控制精度更高。

（1）微机控制点火系统的特点。

① 在所有的工况及各种环境条件下，均可自动获得理想的点火提前角，从而使发动机的动力性、经济性、排放性及工作稳定性等方面均处于最佳。

② 在整个工作范围内，均可使点火能量保持恒定不变，从而提高了点火的可靠性，有效地减少能源消耗和废气的有害成分。

③ 合稀薄燃烧技术，在整个工作范围内提供所需的恒定点火能量。

④ 在采用闭环反馈控制技术后，与燃料供给系统实行综合控制，可使点火提前角控制在刚好不发生爆燃的临界状态，以获得较高的燃烧效率，有利于发动机各种性能的提高。

值得指出的是，点火提前角的控制不能仅仅从点火系统或者发动机系统方面考虑，而是要求与其他系统能很好地协调，提供一种动态的集中控制平台，以此追求系统最佳，即车辆整体的控制最佳。

2）微机控制点火系统的功能

微机控制点火系统的功能包括点火提前角控制、通电时间（闭合角）控制和爆燃控制3个方面。

（1）点火提前角控制。

当汽油机的转速、负荷一定时，其功率和油耗随着点火提前角的改变而改变，适当的点火提前角可使发动机每循环所做的机械功最多。在现代汽车中，通过试验确定不同工况下发动机的最佳点火提前角数据，并将其存储于电控单元（ECU）中。当发动机运转时，ECU 根据发动机的转速和负荷信号，确定基本点火提前角，并根据其他相关信号进行修正，最后确定点火提前角，电子点火控制器输出点火信号，实现点火。

（2）通电时间控制。

为了保证点火线圈能产生足够高的次级电压，又要防止因通电时间过长使点火线圈过热而损坏，微机点火控制系统必须能够根据蓄电池电压及转速等信号，对点火线圈初级回路的通电时间进行控制。在高能点火装置中，还增加了恒流控制电路，以使初级电流在极短时间内迅速增长到额定值，减小因转速过快对次级电压的影响，改善点火特性。

（3）爆燃控制。

爆燃是汽油 杋工作时的一种不正常燃烧现象，它是在正常火焰传播过程中，处在最后燃烧位置上的那部分未燃混合气（常称末端混合气），进一步受到压缩和热辐射的作用，加速了先期反应。当爆燃现象严重时，爆燃产生的冲击波反复撞击缸壁，会发出尖锐的金属敲击声。冲击波会破坏附着在汽缸壁表面的气膜和油膜，使传热损失增加、润滑遭破坏从而导致发动机过热、功率下降、耗油率增加，甚至会造成活塞、气门烧坏等故障。点火提前角过早是产生爆燃的主要原因之一，推迟点火（即减小点火提前角）是消除爆燃的最有效措施。在微机点火控制系统中，ECU 根据爆燃传感器信号，判定有无发生爆燃及爆燃强度，并根据其判定结果对点火提前角进行反馈控制，使发动机处于爆燃的边缘工作，既能防止爆燃发生，又能有效地提高发动机的动力性和经济性。

3）有分电器式微机控制点火系统的组成及工作原理

有分电器式微机控制点火系统的主要特点是只有一个点火线圈，点火线圈产生的高压通过分电器按照发动机的做功顺序依次输送给各汽缸火花塞。

（1）有分电器式微机控制点火系统的组成。

有分电器式微机控制点火系统主要由电源、点火开关、各种与点火相关的传感器控单元（ECU）、执行器（电子点火控制器）、点火线圈、配电器和火花塞组成，如图6.21 微机控制点火系统的电源和点火开关与普通电子点火系统相同。电源为蓄电池或发电机，其功用是给点火系统提供所需的电能。点火开关则用来接通或断开电源电路，传感器用来检测与点火有关的发动机工作和状况信息，并将检测结果输入ECU，作为计算和控制点火时刻的依据，虽然不同类型的汽车采用传感器的类型、数量、结构及安装位置不尽相同，但是其作用都大同小异，而且这些传感器大多与燃油喷射系统、怠速控制系统等共用。

图6.21　有分电器式微机控制点火系统的组成

① 凸轮轴位置传感器。

凸轮轴位置传感器（G 信号）也称为上止点位置传感器，是指活塞运动到压缩上止点位置的判别信号。该传感器在曲轴旋转至一特定的位置（如第一缸压缩上止点前某一确定的角度）时，输出一个脉冲信号，ECU 将这一脉冲信号作为计算曲轴位置的基准信号，再利用曲轴转角信号便能够计算出曲轴任一时刻所处的具体位置。

② 曲轴位置传感器。

曲轴位置传感器（Ne 信号）也称为转速传感器，是将发动机曲轴转过的角度变换为电信号输入ECU，曲轴每转过一定角度就发出一个脉冲信号，ECU 通过不断地检测脉冲个数即可计算出曲轴转过的角度。与此同时，ECU 根据单位时间内接收到的脉冲个数，即可计算出发动机的转速。

在微机控制点火系统中，Ne 信号主要用来计量点火提前角和通电时间，G 信号主要用来确定点火提前角的计量基准。凸轮轴位置和曲轴位置信号是保证ECU 控制电子点火系统正常工作的最基本的信号。

③ 空气流量传感器。

空气流量传感器是确定进气量大小的传感器。空气流量信号输入ECU 后，除了用于计算基本喷油时间之外，还用于负荷信号来计算和读取基本点火提前角。

④ 进气温度传感器。

进气温度传感器信号反映发动机吸入空气的温度。ECU 利用该信号对基本点火提前角进行修正。

⑤ 冷却液温度传感器。

冷却液温度传感器信号反映发动机工作温度的高低。在微机控制点火系统中，ECU 除了利用该信号对点火提前角进行修正之外，还利用该信号控制起动和发动机暖机期间的点火提前角。

⑥ 节气门位置传感器。

节气门位置传感器将节气门开启角度转换为电信号输入ECU，ECU 利用该信号和车速传感器信号来综合判断发动机所处的工况（怠速、小负荷、中等负荷、大负荷、减速），并对点火提前角进行修正。

⑦ 爆震传感器。

爆震传感器是点火提前角闭环控制（防爆震控制）系统必不可少的传感器。ECU 可根据爆震传感器输出的信号来判断发动机是否发生爆震，从而对点火提前角进行修正。

⑧ 电控单元。

电控单元（ECU）是微机点火控制系统的控制核心。控制器主要由微处理器、存储器输入输出接口、模数转换器以及信号滤波整形、驱动放大等大规模集成电路组成存储器用来存放控制系统运行所需要的全部程序，存放通过大量试验获得的原始数据（如发动机在各种转速和负荷时的最佳点火提前角、一次电路导通时间及其他有关数据）和运算的中间结果。按照存储对象的性质和要求不同，存储器分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）两种。前者用来存放程序和原始数据，后者用来存放运算的中间结果。在ECU 的只读存储器（ROM）中，除了存储有监控和自检等程序外，还存储有由台架试测定的该类型的发动机在各种工况下的最佳点火提前角。随机存储器（RAM）用来存储计算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、故障代码和点火提前角修正数据等，这些数据根据需要可随时调用或被新的数据替代。ECU 在不断接收上述各种传感器发送的信号，并根据预先编制的程序进行计算和判断后，向微机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输入输出接口电路的作用就是协调CPU 与外部设备之间的工作。模/数转换器（AD）是用来将模拟信号转变为数字信号的集成电路芯片。整形与信号处理电路用来对传感器输出的信号进行滤波整形、放大，转变为计算机能接受的理想波形微机控制系统的功能很强，一般情况下，它在进行点火控制的同时，还可以实现对发动机的燃油喷射控制、怠速转速、废气再循环、燃油泵的工作等多项参数的控制。除此之外，它还具有故障自诊断和保护功能，当控制系统或某些传感器发生故障时，它能自动地检测到故障的部位，记录故障代码，并采取相应的保护措施，维持发动机运行。

⑨ 点火控制器。

点火控制器又称为点火电子组件、点火器或功率放大器，是微机控制点火系统的功率输出级，它接受ECU 输出中的点火控制信号，并进行功率放大，以便驱动点火线圈工作。点火控制器的电路、功能与结构因车而异，有的与ECU 制作在同一块电路板上，如北京切诺基40L 发动机集中控制系统：有的为独立总成，并用线束和连接器与ECU 相连接，如丰田轿车采用的TCCS 系统；有的点火控制器与点火线圈安装在一起并配有较大面积的散热器散热，如桑塔纳2000GS1 型轿车的点火控制器。

（2）有分电器式微机控制点火系统的工作原理。

① 计算点火时刻。

如图6.21 所示，接通点火开关，电源电压加到点火控制器上，起动发动机，发动机开始工作，各传感器开始将发动机的各种实时工况信息转换为电信号，经接口电路输入微机控制器，控制器根据发动机的凸轮轴/曲轴位置传感器信号、空气流量传感器信号、起动开关信号，按存储器中存储的程序，以及与点火提前角和初级电路导通时间等有关的数据，计算出与该工况相对应的最佳点火提前角和初级电路导通时间，并根据冷却液温度传感器、节气门位置传感器、车速传感器等一些传感器信号加以修正。

② 实现点火。

根据计算结果和点火基准信号，在最佳的时刻向点火控制电路和点火线圈发出控制信号，接通点火线圈的初级电路，经过最佳的导通时间后，再发出控制信号，切断点火线圈的初级电路，使点火线圈的次级电路中产生高压电，并经配电器送往火花塞，击穿火花塞间隙，产生电火花，点燃混合气使发动机做功曲轴每转两圈，各缸火花塞按点火次序轮流跳火一次。当发动机工作时，上述过程周而复始，若要停止发动机工作，只要断开点火开关、切断初级电路即可。

4）微机控制直接点火系统的组成及工作原理

（1）微机控制直接点火系统的发展史。

微机控制直接点火系统即无分电器点火系统，简称 DIS（ Direct Ignition System 或Distributorless Ignition System）。在DIS 中，用电子控制装置取代了传统的分电器，利用电子配电控制技术将点火线圈产生的高压直接送给火花塞进行点火，点火线圈的数量比有分电器微机点火系统多。

DIS 在1986 年起装在美国通用汽车公司的汽油发动机上。后来，福特公司、日本丰田公司、三菱公司及本田公司生产的部分轿车采用DIS；20 世纪90 年代后，采用DIS 的轿车越来越多，我国目前生产的轿车中大都采用DIS。

（2）微机控制直接点火系统的优点。

相对于有分电器的点火系统，微机控制直接点火系统具有以下优点：节省了安装空间、能量损失减少、高速时点火能量有保证、电磁辐射减少。由此可见，DIS 在中、高档轿车上具有很好的应用前景。

（3）微机控制直接点火系统的类型。

微机控制直接点火系统有以下两种类型：一种是单独点火系统，是指每个汽缸的火花塞上配用一个点火线圈，单独对本缸进行点火。另一种是同时点火系统，是指两个汽缸合用一个点火线圈，即一个点火线圈有两个高压输出端，分别与火花塞相连，负责对两个汽缸点火。

同时点火系统根据高压配电方式的不同，分为点火线圈分配式和二极管分配式两种其中点火线圈分配式应用更为广泛。

（4）微机控制直接点火系统的组成及工作原理。

① 单独点火系统的组成及工作原理。

单独点火系统是一个缸的火花塞配一个点火线圈，各个独立的点火线圈直接安装在火花塞上，独立向火花塞提供高压电，各缸直接点火。这种结构的特点是去掉了高压线，因此可以使高压电能的传递损失和对无线电的干扰降到最低水平。以日产轿车为例，其控制电路如图6.22 所示。它主要由各缸分别独立的点火线圈和电子点火器发动机ECU 等组成。各缸点火线圈的初级绕组分别由点火器中的一个功率管控制，功率管的控制由ECU 进行。

图6.22　单独点火系统控制电路

1—点火线圈；2—火花塞；3—点火器；4—ECU；5—传感器

如图6.22 所示，当发动机工作时，发动机ECU 根据曲轴位置及发动机转速传感器、空气流量传感器、冷却液温度传感器、爆燃传感器、点火开关等有关输入信号，与存储器中储存数据相比较分析，并经计算后适时地向点火器输出点火信号，由点火器中的功率管分别接通或切断各缸点火线圈的初级电路。

由于一个线圈向一个汽缸提供点火能量，因此在发动机转速相同时，单位时间内线圈中通过的电流要小得多，线圈不易发热，所以这种线圈的初级电流可以设计得较大，即使在发动机以9 000 r/min 高速运行时，也能够提供足够的点火能量。单独点火系统因车型不同，其控制电路也存在一定的差异，有些采用一个点火控制器，如日产地平线2000 轿车RB2DC 型发动机；有些采用多个点火控制器，如奥迪五缸发动机，但其工作原理相同。

② 同时点火系统的组成及工作原理。

同时点火系统是一种直接用点火线圈分配高压电的同时点火方式。几个相互屏蔽的、结构独立的点火线圈组合成一体，称为点火线圈组件。四缸发动机的点火线圈组件有两个独立的点火线圈，六缸发动机的点火线圈组件有3 个独立的点火线圈。每个点火线圈供给配对的两个缸的火花塞，其控制电路如图6.23 所示，曲轴位置可出G1、G2 和Ne 3 个信号，用判别汽缸检测曲轴转角和确定初始点火提前角。

a. G1 信号的作用是用来判别第6 缸压缩行程上止点的位置，G1 信号线圈产生电压波形的时刻设置在第6 缸压缩行程上止点附近，因此只要G1 信号出现，发动机ECU 即可断定发动机第6 缸处在压缩行程上止点附近，其点火提前角和闭合时间仍由ECU 根据Ne 信号决定。

图6.23　同时点火系统控制电路

b. G2 信号与G1 信号波形相同，但两信号相隔180°凸轮轴转角（360°曲轴转角）。其作用是用于判别第1 缸压缩行程上止点的位置，即当G2 信号出现时，表示第1 缸在压缩行程附点火提前角和闭合时间也由Ne 信号决定。

c. Ne 信号转子有24 个齿，每旋转一周产生24 个信号，其波形也与G1 和G2 信号波形相同。每个波形表示15°凸轮轴转角（30°曲轴转角）。由于每个波形的曲轴转角过大，点火控制会引起较大误差，因此需要通过分频器将传感器检测到的24 个脉冲转变为720 个脉冲，即每个波形代表1°曲轴转角。实际点火控制就是以G 信号为基准信号，根据Ne 信号来确定点火提前角。

d. 发动机ECU 通过曲轴位置传感器接收到G1，G2 和Ne 信号，向点火器输出IGt、IGdA、IGdB 个信号，其中，IGt 信号是点火正时信号，IGdA 和IGdB 信号是ECU 输送给点火器的判缸信号，存于微机的存储器中，发动机ECU 根据G1、G2 和Ne 信号的状态以确定各缸的点火顺序。

点火器中的汽缸判别电路根据输入IGdA 和IGdB 信号的状态，判定哪条驱动电路接通并将点火正时IGt 信号送往与此驱动电路相连接的点火线圈，此点火线圈对应两个汽缸（也称为同步缸），特点是两汽缸的活同时到达上直位的火花，这两个缸的火花塞与共用的点火线圈中的次级绕组通电时，一个汽缸接近压缩行程的上止点，火花塞点火，另一个汽缸接近排气行程的上止点，火花塞跳火不起作用，称为无效点火。由于处于排气行程汽缸内的压力很低加之废气中导电离子较多，其火花塞很容易被高压电击穿，消耗的能量就非常少，所以不会对压缩行程汽缸点火产生影响。

在点火系统完成正常点火的同时，电子点火器向发动机ECU 发出IGf 点火确认信号即将点火线圈初级电路通、断的信号反馈给发动机ECU。在发动机工作过程中，当IGf 信号连续6 次无反馈时，ECU 则判断为点火系统有故障，发出指令强制停止喷油器工作，以免造成缸内喷油过多使再次起动困难，并且也会加大三元催化器负荷。

③ 二极管配电点火系统的组成及工作原理。

极管配电点火系统是利用二极管的单向导通特性，对点火线圈产生的高压电进行分配的同时点火方式，其控制电路如图6.24 所示，该电路的特点是4个汽缸共用1 个点火线圈，点火线圈为内装初级绕组、次级绕组的特制点火线圈，利用4 个二极管的单向导电性交替完成对1 缸和4 缸、2 缸和3 缸的配电过程。

图6.24　二极管微机点火系统控制电路

如图6.24 所示，与二极管配电方式相配的点火线圈有两个初级绕组、一个次级绕组，相当于共用一个次级绕组的两个点火线圈的组件，次级绕组的两端通过4 个高压二极管与火花塞组成回路，其中配对点火的两个活塞必须同时到达上止点，即当一个处于压缩行程上止点时，另一个处于排气行程上止点。微机控制单元根据曲轴位置等传感器输入的信息，经过计算、处理，输出点火控制信号，通过点火控制器中的两个大功率三极管，按点火顺序控制两个初级绕组的电路交替接通和断开，当1、4缸点火触发信号输入点火控制器时，大功率三极管控制初级绕组回路断开，次级绕组产生向上方向的高压电动势，此时1、4 缸高压二极管正向导通而使火花塞跳火。当2、3 缸点火触发信号输入点火控制器时，大功率三极管控制初级绕组回路断开，次级绕组产生向下方向的高压电动势，此时2、3 缸高压二极管导通，故2、3 缸火花塞跳火。