客户李先生驾驶一辆2020款大众迈腾B8L轿车。早晨起动车辆后发现：怠速时车辆抖动的厉害且加速无力。经过汽车维修技师仔细检查发现：火花塞积碳严重，需要更换。最后更换火花塞后，再次起动发动机，故障彻底排除。因此，李先生对这种现象感到困惑，他不理解为什么火花塞积碳会导致发动机都没有任何反应。现在请结合所学知识，为客户解释一下原理。

一、电控点火系统功用与分类      

1.电控点火系统的功用

电控点火系统（Elecronic Spark Advance，ESA）最基本的功能是将点火提前角（如图5-1-1所示）控制在最佳状态。该系统根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，从而改善发动机的燃烧过程，以实现提高发动机动力性、经济性和降低排放污染的目的。此外，电控点火系统还具有闭合角控制和爆燃控制功能。    

图5-1-1 点火提前角控制

2.电控点火系统的分类   

传统点火系统、无触点电子点火系统由于存在机械磨损，因此寿命短，易出现故障，控制精度受到影响。因此，现代电控发动机中都是用ECU控制的点火系统即电控点火系统。

电控点火系统按有无分电器的方式分类，可以分为：有分电器的点火系统和无分电器的点火系统。

（1）有分电器的点火系统

有分电器的点火系统因在分配高压电时存在触点，在现在汽车上的使用越来越少。而在无分电器的点火系统中，不存在高压电传递过程中的触点，点火系统性能更稳定。可以说无触点化、智能化双点火系统是发展的趋势。

（2）无分电器点火系统

无分电器点火系统（DLI）又称为直接点火系统，取消了常规点火系统中的分电器总成（分火头和分电器盖），避免了分火头和分电器盖间隙对点火系统的影响，提高了点火能量。无分电器点火方式目前采用的有两种点火系统：同时点火系统和独立点火系统。  

二、电控点火系统结构与原理        

1.电控点火系统的结构   

电控点火系统主要由凸轮轴位置（上止点位置）传感器（CIS）、曲轴位置（曲轴转速与转角）传感器（CPS）、空气流量（负荷）计（AFS）、节气门位置（负荷）传感器（TPS）、冷却液温度传感器（CTS）、进气温度传感器（IATS）、车速传感器（VSS）、爆燃传感器（KS）、各种控制开关、电控单元（ECU）、点火控制器、点火线圈以及火花塞等组成，如图5-1-2所示。

图5-1-2 电控点火控制系统

微机控制点火系统组成

（1）同时点火系统

同时点火系统也称为分组点火系统，如图5-1-3所示。其结构特点是两个活塞同时到达上止点位置的气缸（一个为压缩行程的上止点，另一个为排气行程的上止点）共用一个点火线圈，即点火线圈的数量为气缸数的一半。

图5-1-3 同时点火系统结构原理图

以4缸发动机为例，1、4缸，2、3缸的活塞分别同时到达上止点，称为同步缸，两同步缸共用一个点火线圈，两个气缸的火花塞与公用的点火线圈中的次级线圈串联。点火是在活塞运行至压缩上止点和排气上止点同时进行，其中一个缸处于压缩上止点，气缸内混合气的密度和压力较高，因此较多的点火能量使该气缸火花塞点火，混合气迅速被点燃做功，这个气缸的点火称为有效点火；另一个处于排气上止点附近的气缸因内部气压低，且温度高，其火花塞很容易被高压电击穿点火，消耗的点火能量非常少，不会对压缩行程气缸点火产生影响，称为多余点火。

在同时点火系统中，如果一个气缸的点火电路断路，那么另外一个气缸的火花塞也不能点火。如果一个气缸的点火电路短路，对另一个气缸的点火没有影响。同组内两个火花塞的电流方向是不同的，因此火花塞使用一段时间后的磨损情况也是不同的。

（2）独立点火系统

立点火系统是指每个气缸配有一个或两个点火线圈，单独对本缸进行点火，如图5-1-4所示。

图5-1-4 独立点火系统结构原理图

图5-4独立点火系统这种点火方式特别适合在四气门发动机上装用，火花塞可安装在双凸轮轴中间，在任何一缸火花塞上直接压装一个点火线圈，充分利用了安装空间，这对V形多缸发动机室的合理紧凑布置具有重要的实用意义。同时由于无机械配电方式分火头与分电器盖旁电极之间的附加跳火间隙和高压导线，因而能量传导损失和漏电损失小，系统可靠性提高，故障率减少，而各缸的点火线圈和火花塞均由金属屏蔽层包覆，其对无线电干扰大大减少，这对发动机电控系统的正常工作也是十分重要的。

2.电控点火系统的工作原理   

电控点火系统的原理是电脑（微机）根据曲轴位置传感器提供的曲轴位置信号，判断出发动机的活塞位置并且根据信号频率计算出发动机的转速，再通过电控燃油喷射系统的节气门位置传感器（或空气流量计）确定负荷的大小，从而对发动机的运行工况做出比较精确的判断。根据发动机的转速和负荷的大小，微机从存储单元中查找出对应此工况的点火提前角和点火初级电路导通时间，由这些数据对电子点火器进行控制从而实现精确控制。另外微机系统还可以根据其他影响因素对这两个因素进行修正实现点火系统的智能控制。

一、二极管配电点火系统

二极管配电点火系统，如图5-1-5所示，其特点是：四个气缸共用一个点火线圈，点火线圈为内装双初级线圈、双输出次级线圈的特制点火线圈，利用四个二极管的单向导电性交替完成对1、4缸和2、3缸的配电过程。

图5-1-5 二极管配电点火系

二极管配电点火系统的特性与同时点火系统相同，但对点火线圈的要求较高，而且发动机的气缸数必须是数字4的整倍数，因此应用上受到一定限制。

二、电控点火控制系统的常见波形

1.点火次级单缸波形

按照波形测试设备使用说明连接好波形测试设备，按照行驶性能故障或点火不良等情况出现的要求起动发动机或驾驶汽车，获得分电器点火次级单缸波形，如图5-1-6所示。

FIRE—击穿电压BURN—燃烧电压DUR—闭合时间

图5-1-6点火次级单缸波形

2.点火次级阵列波形

通过测试点火次级波形，可以有效地检查发动机性能。由于点火次级波形明显受到各种不同发动机、燃油系统和点火条件的影响，所以它能够有效检测出发动机机械部件和燃油系统部件以及点火系统部件的故障。并且，一个波形的不同部分还分别能够指明发动机所有气缸中的哪个部件或哪个系统存在故障。

按照波形测试设备使用说明连接好波形测试设备，起动发动机或路试车辆，使车辆行驶性能故障或点火不良故障等情况出现。调整触发电平直到波形稳定，使发动机的转速数值可以清楚地显示在波形测试设备的显示屏上，点火次级阵列波形如图5-1-7所示

图5-1-7点火次级单缸急加速波形

3.点火初级波形分析。

点火线圈初级信号是一个重要的诊断信号，由于点火燃烧的过程，可以通过次级与初级线圈的互感返回到初级电路，所以从点火初级上显示的点火初级波形对行驶性能故障的诊断内容是很有效的。对于行驶性能故障（如发动机不能起动、怠速熄火或行驶中熄火、点火不良、喘振等），特别是当行驶性能故障仅仅发生在行驶之中或是间歇性出现时，检测点火初级信号就更加有用。

如图5-1-8 a)和图5-1-8 b)所示，点火初级波形主要用于查出造成点火不良的主要原因，如点火线圈、火花塞、高压线的短路或断路故障，火花塞污损以及线路、发动机控制单元和点火控制模块中可能出现的故障。因为点火初级波形受发动机机械部分、燃油系统和点火条件的影响，所以用它检测发动机机械部分和燃油系统部件及点火系统部件的故障也是极具价值的。当点火次级不易测试时（如无高压线的汽车），测试点火初级波形比较容易。

a)初级点火波形                  b)初级点火阵列波形

图5-1-8点火初级波形

按照波形测试设备使用说明连接波形测试设备，使发动机怠速运转后再加速，或是按照行驶性能出现故障时或点火不良发生时的条件来起动发动机或驾驶汽车。确认各缸幅值、频率、形状和脉冲宽度等判定性尺度的一致性。观察各缸点火击穿峰值电压高度是否相对一致，任何一缸与其他各缸击穿电压峰值高度的偏差都意味着可能有故障存在。如果一个气缸的点火峰值电压明显比其他气缸高出很多，则表明这个气缸的点火次级线路中电阻过高，可能是因为点火高压线开路或阻值太高。如果一个气缸的点火峰值电压比其他气缸低，则表明点火高压线短路或火花塞间隙过小、火花塞破裂或污浊。一般第1缸点火峰值显示在最左侧，其他各缸按点火顺序依次从左至右排列。

一、任务准备

工作任务：一辆2020款大众迈腾B8L轿车，请对汽车发动机电控点火系统进行全面的检查。

1.课前准备

（1）场地设施：举升机一台，装有废气抽排系统和消防设施的场地。

（2）设备设施：2020款大众迈腾B8L轿车一辆。

（3）工量具：常用工具（一套）、车辆故障诊断仪、万用表等。

（4）耗材：车内三件套、车外三件套等。

（5）学生组织：教师指导、分组实训、过程评价。

2.注意事项

（1）在工作过程中要注意人身安全，认真执行7S管理。

（2）在工作过程中请根据操作步骤，规范操作，防止损坏设备和器材。

（3）严格按照工作要求正确使用仪器设备，出现问题及时报告，服从管理。

二、任务实施

请按以下顺序查找发动机电控点火系统元件安装位置。

请在下图（图5-1-9）中找出这些主要电元件。如图5-1-9所示，电控点火系统的电控元件主要包括：点火线圈、火花塞、曲轴位置传感器、凸轮轴传感器和爆震传感器。

图5-1-9 汽油发动机电控点火系统

1.电控点火系统（ESA）的基本功能是控制点火提前角，以实现最佳状态。从而达到改善发动机的燃烧过程，提高其动力性和经济性，降低污染排放的目的。此外，ESA还具有闭合角控制和爆燃控制功能。

2.按点火系统中有无分电器可以将点火系统分为有分电器的点火系统和无分电器的点火系统。无分电器点火方式目前采用的有两种点火系统：同时点火系统和独立点火系统。  

3.电控点火系统主要由凸轮轴位置（上止点位置）传感器（CIS）、曲轴位置（曲轴转速与转角）传感器（CPS）、空气流量（负荷）计（AFS）、节气门位置（负荷）传感器（TPS）、冷却液温度传感器（CTS）、进气温度传感器（IATS）、车速传感器（VSS）、爆燃传感器（KS）、各种控制开关、电控单元（ECU）、点火控制器、点火线圈以及火花塞等组成。

4.电控点火系统的原理是利用曲轴位置传感器采集曲轴位置信号，并计算出发动机转速；同时，通过节气门位置传感器或空气流量计确定发动机负荷大小。此外，电控模块根据存储的映射表，计算出最佳的点火提前角和点火初级电路导通时间。根据发动机转速和负荷大小的变化，微机进行修正并调整点火系统，实现智能控制。