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一辆2018款比亚迪·秦混合动力汽车被拖送至4S店进行维修，车主反映该车在HEV-SPORT模式状态时能正常起动发动机，但起动后发动机故障灯点亮。维修人员试车后发现，发动机起动后发动机故障指示灯点亮，且加速时发动机不稳容易熄火。维修技师分析后认为可能是发动机点火系统故障，需要检修发动机点火系统。请你学习混合动力汽车发动机点火系统相关知识，完成点火系统的检修任务。
1）能描述点火系统的组成、结构、作用及原理。
2）能正确说出点火波形基本知识和检测方法。
3）能描述点火系统中点火线圈、火花塞、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、爆燃传感器的结构和原理。
4）能掌握点火系统的检测要点，并规范地完成实训操作。
5）能正确记录、分析各种检测结果并做出故障判断。
1.点火系统的作用和要求
（1）点火系统的作用
如图1-5-1所示，汽油发动机气缸内可燃混合气在压缩行程终了时采用高压电火花点火。因此，汽油机设置了点火系统，保证发动机在各种工况和使用条件下气缸内都能适时、准确、可靠地产生电火花点燃可燃混合气，使发动机运转对外输出动力。电控点火系统主要实现点火提前角的控制、通电时间的控制、爆燃的控制。
（2）点火系统的要求
根据发动机各工况的要求，点火系统应保证在各种使用条件下可靠地点燃可燃混合气。因此，对点火系统的要求如下：
1）点火系统应具有足够高的击穿火花塞电极间隙的电压。压缩行程结束时，受气缸内温度、压力等因素的影响，为使火花塞电极之间产生电火花必须要有足够高的击穿电压。发动机正常工作时击穿电压一般应在12kV以上；发动机在满载低速时击穿电压为8～10kV；起动时击穿电压为19kV左右。考虑各种不利因素的影响，通常点火系统的设计电压为30kV。
2）电火花应具有足够的点火能量。要使可燃混合气被点燃，电火花还必须具有足够高的点火能量。发动机正常工作时可靠点燃可燃混合气的点火能量为50～80MJ；起动时需100MJ左右的点火能量。
图1-5-1 点火系统的作用
1—点火线圈 2—火花塞 3—ECU
3）点火时刻与发动机工况相适应。首先，点火系统应按发动机的工作顺序进行点火，一般六缸机的点火次序为1-5-3-6-2-4，四缸机为1-3-4-2。其次，点火时刻应使发动机发出的功率最大、油耗最低以及排污最少，为实现这一目的，点火时刻一般选择在活塞到达上止点前某一位置，称为点火提前角。
2.电控点火系统的分类及工作原理
根据高压配电方式不同，电控点火系统可分为单独点火方式的点火系统（图1-5-2）和同时点火方式的点火系统（图1-5-3）。
图1-5-2 单独点火方式的点火系统组成
1—曲轴位置传感器 2—凸轮轴位置传感器 3—ECU 4—点火模块 5—点火线圈 6—火花塞
图1-5-3 同时点火方式的点火系统组成
1—ECU 2—曲轴位置传感器 3—凸轮轴位置传感器 4—点火模块 5—点火线圈 6—火花塞
单独点火方式中，点火线圈直接与火花塞相连，一个点火线圈连接一个缸的火花塞，无高压线，由ECU控制点火顺序，如图1-5-4所示。
图1-5-4 单独点火方式的点火系统工作原理
双缸同时点火方式的点火系统中，点火线圈的高压线直接与火花塞相连，一个点火线圈连接两个缸的火花塞，两缸工作相位相差360°曲轴转角，如图1-5-5所示。
当一缸工作接近压缩行程上止点时，另一缸接近排气行程上止点，点火时两缸的火花塞同时跳火。其中，工作于排气行程的气缸点火是无效点火，工作于压缩行程的气缸点火是有效点火。
图1-5-5 双缸同时点火方式的点火系统工作原理
1.点火正时
点火正时是指正确的点火时间。在发动机的压缩行程终了，活塞达到行程的顶点时，点火系统向火花塞提供高压火花以点燃气缸内的压缩混合气做功，这个时间就是点火正时。为使点火能量最大化，点火正时一般要提前一定的量，所以是在活塞即将到达上止点的那一刻点火，而不是正好达到上止点时才点火，这个提前量叫点火提前角。适当的点火提前角能有效地改善燃油消耗率、发动机功率以及有害气体的排放。点火提前角过大会导致燃油消耗率差、动力下降、发动机爆燃。点火过迟会导致发动机动力不足，严重情况下出现排气管“放炮”。
2.点火正时失准常见情况
1）点火正时过于提前，将有以下现象发生：
①听到发动机爆燃的声音，在爬坡或加速期间更明显。
②车辆起动缓慢，或起动车辆时抖动，在发动机暖机发车时更加明显。
2）点火正时过迟，将有以下现象发生：
①发动机动力不足。
②起动时间比较久，起动困难。
③燃油经济性变差。
④如果点火过于滞后，发动机会过热。
3.点火提前角控制
在计算机控制点火系统中，最佳点火提前角通常包括初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角。各车型实际点火提前角的确定（计算）方法有所不同，目前主要有两种类型：
1）实际点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角。
2）实际点火提前角=基本点火提前角×点火提前角修正系数。
4.爆燃控制
为了避免爆燃，应适当减小点火提前角。但是这种点火提前角的调整难以控制，若调整值偏大，则不利于获得理想的点火时刻；若调整值偏小，如遇劣质燃油或其他偶然因素，又难免让发动机进入爆燃区。为此，在发动机电子控制系统中设置爆燃控制器，它由爆燃传感器、检测电路、控制电路及校正电路组成，如图1-5-6所示。
爆燃传感器将传递到气缸体上的机械振动转换成电信号输入到发动机电子控制单元中，电子控制单元检侧传感器送来的信号，分析判断有无爆燃及爆燃的强弱，然后输出相应的指令控制校正电路对发动机的点火提前角做出准确的调整。爆燃强，推迟点火的角度大；爆燃弱，推迟的角度小。每次调整都以一个固定的角度递减，直到爆燃消失为止；而后又以一个固定的角度递增，当发动机再次出现爆燃时，发动机控制单元又使点火提前角再次减小，如此不断调整。这是一种临界控制方式，它可使发动机接近爆燃区而又不进入爆燃区，此时缸内燃烧的热效率最高。
图1-5-7所示为不同转速下爆燃控制点火时刻曲线，从图中可以看出，点火系统采用爆燃控制后，可使不同转速下点火时刻的控制达到较理想的程度。在没有爆燃控制的点火系统中，为避免爆燃现象的发生，设定的点火时刻必须留有离开爆燃区的足够余量，从而导致燃烧的热效率降低。
图1-5-6 爆燃控制器
图1-5-7 爆燃与点火时刻的关系
1—爆燃范围 2—余量幅度 3—无爆燃控制时 4—有爆燃控制时
1.点火线圈的结构与工作原理
（1）点火线圈的结构
点火装置的核心部件是点火线圈和点火模块，如图1-5-8、图1-5-9所示为单独点火方式点火线圈及剖面图。
（2）点火线圈的工作原理
点火模块和点火线圈形成一个点火组件，单独点火方式的点火系统中每个气缸独立使用一个点火模块，各缸点火线圈的初级绕组分别由点火器中的一个功率晶体管控制，整个点火系统的工作由ECU控制，如图1-5-10所示。
点火模块接收ECU的点火控制信号，当某缸的控制信号为低电平时，点火器中对应此缸的功率晶体管导通，点火线圈通电；当某缸的控制信号变为高电平时，对应的晶体管截止，磁场迅速消失，线圈中电流被切断，次级绕组产生高压电，高压电送至火花塞跳火。
图1-5-8 单独点火方式用点火线圈
图1-5-9 单独点火方式用点火线圈剖面图
图1-5-10 单独点火方式的工作原理
1—ECU 2—点火模块 3—初级绕组 4—次级绕组 5—火花塞
2.火花塞的结构
（1）火花塞的构造
火花塞主要是将点火线圈产生的脉冲高电压引入燃烧室，并在其两电极之间产生电火花，以点燃可燃混合气。它连接在点火线圈次级绕组末端，主要由陶瓷绝缘体、接线螺杆、接线螺母、中心电极、侧电极等组成，如图1-5-11所示。钢质的火花塞壳体内部固定有陶瓷绝缘体，绝缘体中心孔上部有金属接线螺杆，接线螺杆上端有接线螺母用来接高压导线，绝缘体下部有中心电极。
图1-5-11 火花塞剖面图
（2）火花塞的型号
根据汽车行业标准QC/T430—2005《火花塞产品型号编制方法》的规定，火花塞型号由三部分组成：第一部分为字母，表示火花塞的结构类型及主要形式尺寸，各字母的含义见表1-5-1；第二部分为阿拉伯数字，表示火花塞热值代号，见表1-5-2。
表1-5-1 火花塞的型号及规格参数
表1-5-2 火花塞的热特性参数
火花塞的点火部位吸热并传递给发动机的性能称为火花塞的热特性。实践证明，当火花塞绝缘体裙部的温度保持在500～700℃时，落在绝缘体上的油滴能立即烧去，不形成积炭，这个温度称为火花塞的自洁温度。低于这个温度时，火花塞常因产生积炭而漏电，导致不点火；高于这个温度时，则当混合气与炽热的绝缘体接触时，可能早燃而引起爆燃，甚至在进气行程中燃烧产生回火现象。
火花塞的热特性主要取决于绝缘体裙部的长度。绝缘体裙部长的火花塞称为热型火花塞，它受热面积大、传热距离长、散热困难、裙部温度高，适用于低速、低压缩比、小功率发动机；反之，裙部短的火花塞称为冷型火花塞，它受热面积小、传热距离短、容易散热、裙部温度低，适用于高速、高压缩比、大功率的发动机；介于上述二者之间的为中型火花塞。
第三部分为汉语拼音字母，表示火花塞的派生产品、结构特性、材料特性及特殊技术要求等，见表1-5-3。火花塞电极结构形式如图1-5-12所示。
表1-5-3 火花塞电极的特征参数
图1-5-12 火花塞电极结构形式
3.火花塞的常见故障
在发动机运转过程中，火花塞除了承受较大的电负荷外，还与高温、高压燃气直接接触，且受到燃烧产物的强烈腐蚀。正常情况下火花塞绝缘体端部呈浅褐色，表面没有燃油或机油沉积物说明热值正确且点火正常。
（1）火花塞的故障现象及原因
1）积炭：故障现象是火花塞上有松软、乌黑的沉积物，如图1-5-13所示。
故障原因如下：
①可燃混合气比例不正确，空气滤清器堵塞等造成的混合气过浓。
②发动机温度过低，燃烧不完全。
③燃油质量太差或变质，燃烧不正常。
图1-5-13 火花塞积炭
④火花塞太冷，热值太低。
2）机油油污：故障现象是火花塞电极和内部出现油性沉积物，表明机油进入燃烧室内，如图1-5-14所示。
故障原因包括：个别火花塞上有油性沉积物，可能是气门杆油封损坏造成的；各个缸体的火花塞都粘有这种沉积物，则说明气缸蹿油，空气滤清器和通风装置堵塞后气缸极易出现蹿油。
3）积灰：故障现象是火花塞中心电极及侧电极表面覆盖有浅褐色沉积物，如图1-5-15所示。
图1-5-14 火花塞上有油性沉积物
图1-5-15 火花塞积灰
积灰是由于过多的机油添加剂引起的。积灰若出现在火花塞半边，说明发动机上部磨损严重；积灰包围电极，说明发动机下部磨损严重。
4）爆燃：故障现象是绝缘体顶端破裂，如图1-5-16所示。
爆燃燃烧是绝缘体破裂的主要原因。点火时刻过早、汽油辛烷值低、燃烧室内温度过高都可能导致发动机爆燃燃烧。
5）瓷件大头爬电：故障现象是绝缘体上出现垂直于铁壳方向的黑色燃烧痕迹，如图1-5-17所示。
产生该故障是由于火花塞安装不好或火花塞连接线套老化，导致点火高压沿着瓷体外部闪络搭铁。
（2）故障检测方法
检修火花塞对于判断发动机运转情况显得尤为必要，其检修内容主要包括检查电火花、检查火花塞电极、检查火花塞电极间隙（中心电极和侧电极的空气间隙）。
图1-5-16 火花塞爆燃
图1-5-17 火花塞瓷件大头爬电
1）手感法：将冷态的发动机起动运转一段时间后熄火，用手摸各缸火花塞磁体温度相互做比较，温度低，说明该缸火花塞工作质量差或者根本不工作（注意需排除发动机本身故障）；温度高，说明该缸火花塞工作质量好。
2）断火试验法：使发动机在怠速状态下运转，用螺钉旋具使火花塞断火（搭铁），如果被断火的火花塞有故障，则发动机运转情况不变；如果断火后发动机立即抖动则说明该缸工作正常，抖动越严重该缸工作越好。
3）观察法：卸下火花塞，检查电极间隙，观察火花塞电极颜色。电极为白色或粉红色的火花塞工作正常；表面有黑色烟尘者（混合气过浓的因素除外）火花塞工作质量次；有严重积炭或者电极有油污者其工作质量差，甚至根本不工作。
4）对比试验法：用断火法检查工作状态良好气缸的火花塞，与检查中工作状态不良的气缸火花塞互相调换进行对比试验，进一步判定火花塞的好坏。
5）仪器检验法：火花塞裂痕严重漏电的故障较容易诊断，但对于火花塞裂痕轻微，只有重负荷时才有断火现象的火花塞，可使用火花塞检验器检查。将要检查的火花塞装在火花塞检验器上，充入784kPa的压缩空气（模拟气缸压缩工作状态）；向火花塞通以高压电使火花塞电极间形成火花，观察火花塞电极跳火状态，高压火花连续而明亮的火花塞为良好，否则为有故障的火花塞。
1.曲轴位置传感器
曲轴位置传感器又称发动机转速与曲轴转角传感器，安装在曲轴的前部、中部或飞轮上，是控制点火时刻、确认曲轴位置不可或缺的信号源。
（1）曲轴位置传感器的作用
曲轴位置传感器的作用是采集曲轴转动角度信号、曲轴位置信号和发动机转速信号，并将这些信号输入ECU，ECU用此信号控制燃油喷射量、喷油正时、点火时刻（点火提前角）、点火线圈通电时间、怠速转速及电动汽油泵的运行等。图1-5-18、图1-5-19所示为曲轴位置传感器的作用及电路图。
曲轴位置传感器产生发动机转速信号，用来决定基本喷油量和基本点火提前角；曲轴位置传感器产生曲轴基准位置信号，用以计算曲轴转角，判定曲轴或活塞位置。
图1-5-18 曲轴位置传感器的作用
1—ECU 2—曲轴 3—曲轴位置传感器
图1-5-19 曲轴位置传感器的电路图
（2）曲轴位置传感器的结构
曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最重要的传感器之一。曲轴位置传感器可分为磁感应式、霍尔式和光电式三种，如图1-5-20所示。其中最常用的是磁感应式和霍尔式曲轴位置传感器。
磁感应式曲轴位置传感器如图1-5-21所示，主要由铁心、永久磁铁、插接器针脚、线圈、壳体、密封圈等组成。其中，永久磁铁上带有一个传感器磁头，传感器磁头与导磁板连接构成导磁回路。
霍尔式曲轴位置传感器如图1-5-22所示，主要由永久磁铁、插接器、霍尔元件、导磁软铁、连接支架等组成。
图1-5-20 曲轴位置传感器的分类
图1-5-21 磁感应式曲轴位置传感器的结构
图1-5-22 霍尔式曲轴位置传感器的结构
（3）曲轴位置传感器的工作原理
磁感应式发动机曲轴位置传感器由信号转子、传感线圈及永久磁铁三部分组成。当信号转子每转过一个凸齿时，由于穿过传感线圈的磁通量发生变化，根据电磁感应原理，传感线圈就会输出一个交变电动势；信号转子与发动机曲轴相连，传感线圈输出的交变电动势反映了曲轴的转速，如图1-5-23所示。
图1-5-23 电磁感应式发动机曲轴位置传感器的工作原理
2.凸轮轴位置传感器
凸轮轴位置传感器是用来检测凸轮轴位置的一个信号装置，是点火主控制信号，一般安装在凸轮轴罩盖前端对着进排气凸轮轴前端的位置，如图1-5-24所示。
（1）凸轮轴位置传感器的作用
凸轮轴位置传感器的作用是采集凸轮轴位置信号并将信号输入ECU，采集到的信号是发动机ECU的判缸信号，用来确定哪个气缸处于压缩状态。凸轮轴位置传感器与曲轴位置传感器配合工作，使发动机ECU能准确判定活塞上止点位置，从而精确地进行喷油控制、点火正时控制及配气正时控制等，如图1-5-25所示。
图1-5-24 凸轮轴位置传感器的安装位置
图1-5-25 凸轮轴位置传感器的作用
1—ECU 2—凸轮轴 3—凸轮轴位置传感器
（2）凸轮轴位置传感器的结构
与曲轴位置传感器类似，凸轮轴位置传感器也可以分为霍尔式、光电式、电磁式三种，如图1-5-26所示。其中常用的是霍尔式凸轮轴位置传感器。
图1-5-26 凸轮轴位置传感器的分类
霍尔式凸轮轴位置传感器主要由霍尔IC、插接器针脚、壳体、密封圈等组成，如图1-5-27所示。
图1-5-27 霍尔式凸轮轴位置传感器的结构
（3）凸轮轴位置传感器的工作原理
以霍尔式凸轮轴位置传感器为例，霍尔式凸轮轴位置传感器是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，经过放大整形后即为凸轮轴位置传感器的磁场信号，如图1-5-28所示。
图1-5-28 霍尔式凸轮轴位置传感器的工作原理
1—叶片 2—磁铁 3—霍尔元件
如图1-5-29所示，把一个通有电流的长方体形铂金导体垂直放入磁感应强度为 B 的磁场中时，在铂金导体的两个横向侧面上就会产生一个垂直于电流方向和磁场方向的电压 U H ，当取消磁场时电压立即消失，该电压称为霍尔电压， U H 与通过铂金导体的电流 I 和磁感应强度 B 成正比。
利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件，利用霍尔元件制成的传感器称为霍尔式传感器。20世纪80年代以来，汽车上应用的霍尔式传感器与日俱增，主要原因在于霍尔式传感器有两个突出优点：一是输出电压信号近似于方波信号；二是输出电压高低与被测物体的转速无关。霍尔式传感器与磁感应式传感器不同的是需要外加电源。
图1-5-29 霍尔效应原理图
当转子随转子轴一同转动时，转子上的叶片便在霍尔集成电路与永久磁铁之间转动，霍尔式集成电路中的磁场就会发生变化，霍尔元件中就会产生霍尔电压，经过信号处理、电路处理后，就可输出方波信号。当传感器轴转动时，转子上的叶片便从霍尔集成电路与永久磁铁之间的气隙中转过。当叶片进入气隙时霍尔集成电路中的磁场被叶片旁路，霍尔电压 U H 为零，集成电路输出级的晶体管截止，传感器输出的信号电压 U 0 为高电平。当叶片离开气隙时，永久磁铁的磁通便经霍尔集成电路和导磁钢片构成回路，此时霍尔元件产生电压（ U H =1.9～2.0V），霍尔集成电路输出级的晶体管导通，传感器输出的信号电压 U 0 为低电平。
3.曲轴、凸轮轴位置传感器的常见故障及检测方法
（1）故障现象
曲轴位置传感器出现故障后，ECU不能检测曲轴转角和发动机转速；凸轮轴位置传感器出现故障后，ECU不能识别一缸压缩上止点，导致ECU不能正常进行喷油时刻、点火时刻以及爆燃控制，会出现不能起动、行驶中突然熄火、工作不稳定等故障现象。
（2）故障原因
当曲轴、凸轮轴位置传感器相关组件发生故障时，故障可能是外部线路故障，也可能是传感器组件自身故障，也可能是ECU故障。可能的故障点如图1-5-30所示。
图1-5-30 曲轴、凸轮轴位置传感器可能的故障点
（3）故障检测方法
1）凸轮轴、曲轴位置传感器线路检测：点火开关置于OFF，拔下传感器线束插接器B13与ECM插接器B31，用万用表检查B13插头上1与B31插头上122（NE+）之间的电阻，正常值应小于1Ω；用万用表检查B13插头上2与B31插头上121（NE-）之间的电阻，正常值应小于1Ω。
2）凸轮轴、曲轴位置传感器静态检测：以进气凸轮轴位置传感器检测为例，排气凸轮轴位置传感器、曲轴位置检测与之相同。
①传感器电源检测：凸轮轴位置传感器线束插接器如图1-5-31所示，点火开关置于OFF，拔下传感器线束插接器B21，B21插头如图1-5-31a所示。用万用表检测B21插头端子1和搭铁之间的电压值，正常为5V左右；否则，拔下ECU线束插接器B31（图1-5-31b），检查B21插头上端子1与ECU线束插接器B31插头上70（VCV1）之间的导线电阻，正常值应小于1Ω。
图1-5-31 线束插接器示意图
②传感器搭铁检测：点火开关置于OFF，拔下传感器线束插接器B21，用万用表检查B21插头上端子2与搭铁之间的电阻，正常值应小于1Ω；若电阻值不正常，检查B21插头上端子2与ECU线束插接器B31插头上98（G2-）之间的导线电阻，正常值应小于1Ω。
③传感器信号线路检测：拔下传感器线束插接器B21与ECU线束插接器B31，检查B21插头上端子1与ECU线束插接器B31插头上99（G2+）之间的导线电阻，正常值应小于1Ω，若正常，更换ECU。
3）动态检测：点火开关置于OFF，插好插接器B13、B21和B31。
①万用表检测：将点火开关置于ON，起动发动机，用万用表的交流电压档检测曲轴位置传感器1与搭铁之间的电压，如果无输出电压，表示曲轴位置传感器线路断路或传感器发生故障；用万用表的电压档检测凸轮轴位置传感器1与2之间的电压，若无输出电压，说明凸轮轴位置传感器线路断路或传感器发生故障。
②读取数据流：使用KT300读取数据流，发动机怠速时转速应为600～700r/min，加速时发动机转速相应提高，否则更换曲轴位置传感器。
4）波形分析：用双通道示波器检测曲轴位置传感器端子1与2之间的信号波形和进气凸轮轴位置传感器端子1与搭铁间的信号波形，实测波形如图1-5-32所示。曲轴位置和凸轮轴位置信号实测波形与理论波形吻合，曲轴位置信号波形电压峰值为5V左右（怠速时），波形稳定，周期性良好，在信号盘缺齿处位置信号明显；凸轮轴位置信号在0～5V之间变化，凸轮轴旋转一周，产生三个大小不同的凸齿相匹配的电压信号，波形稳定，从凸齿部分旋转到齿槽瞬间电压信号响应迅速。
图1-5-32 波形图
1.爆燃传感器的作用
发动机的爆燃是指发动机气缸内的可燃混合气在火焰前锋尚未到达之前自行燃烧导致压力急剧上升而引起缸体振动的现象。在发动机工作的临界点或有轻微爆燃时发动机热效率最高，动力性和经济性最好；剧烈的爆燃会使发动机的动力性和经济性严重恶化。
爆燃传感器安装在发动机缸体上，通过检测发动机缸体的振动，判断有无爆燃发生及爆燃强度，并将发动机爆燃信号转换为电信号输入发动机ECU，以便ECU修正点火提前角，其目的是在提高发动机动力性能的同时不产生爆燃。
2.爆燃传感器的分类
爆燃传感器主要有磁致伸缩式爆燃传感器和压电式爆燃传感器两种，如图1-5-33所示。其于压电式爆燃传感器又分为共振型爆燃传感器和非共振型爆燃传感器。
磁致伸缩式爆燃传感器的结构如图1-5-34所示。它是一种电感式传感器，利用电磁感应原理把被测的物理量如振动、压力、位移等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。磁致伸缩式爆燃传感器主要由磁铁、感应线圈、伸缩杆及外壳等组成。
压电式爆燃传感器利用压电效应原理制成，凡是能变换为力的动态物理量，如压力、加速度等，均可用其进行检测。
图1-5-33 爆燃传感器的分类
图1-5-34 磁致伸缩式爆燃传感器的结构
3.爆燃传感器的结构和工作原理
（1）结构和工作原理
1）非共振型压电式爆燃传感器：其结构如图1-5-35所示，由压电陶瓷、振动板、压板、基座、插接器针脚、外壳等组成。它实际上是一种加速度传感器，以接受加速度信号的形式来检测爆燃。
图1-5-35 非共振型压电式爆燃传感器的结构
当发动机产生爆燃时缸体出现振动，爆燃传感器的壳体与振动板之间产生相对运动，夹在壳体与振动板之间的压电陶瓷所受的压力发生变化，利用压电陶瓷的压电效应将振动转化为电压信号输入ECU。ECU根据输入信号判断发动机有无爆燃及爆燃的强度，通过控制点火时刻防止爆燃，有爆燃则推迟点火，无爆燃则提前点火，使点火时刻在任何工况都保持最佳值，即实现爆燃控制。如图1-5-36所示为爆燃传感器的工作原理。
图1-5-36 爆燃传感器的工作原理
1—压电陶瓷 2—振动板 3—压板 4—缸体
2）共振型压电式爆燃传感器：此种形式的爆燃传感器利用产生爆燃时的发动机振动频率与传感器本身的固有频率相符合而产生共振现象，用以检测爆燃是否发生。该传感器在爆燃时的输出电压比无爆燃时输出电压高得多，因此无需使用滤波器，即可判别有无爆燃产生。如图1-5-37a所示为共振型压电式爆燃传感器的结构，压电元件紧密地贴合在共振片上，振荡片则固定在传感器的基座上，振荡片随发动机振动而振荡，并且波及压电元件，使其变形而产生电压信号。当发动机爆燃时的振动频率与振荡片的固有频率相符合时，振荡片产生共振，此时压电元件将产生最大的电压信号，如图1-5-37b所示。
3）磁致伸缩式爆燃传感器：这种爆燃传感器安装在发动机上，将发动机振动频率转换成电压信号然后输送给ECU，以检测发动机爆燃的强度。当发动机的爆燃强度与设定值相同时，爆燃传感器输出最大的电压信号，以表示发动机由于爆燃而产生使机体异常的振动频率。如图1-5-38所示为磁致伸缩式爆燃传感器结构，其内部有磁铁、伸缩杆、感应线圈。其工作原理是当发动机的气缸体出现振动时，该传感器在7kHz左右处与发动机产生共振，强磁性材料铁心的导磁率发生变化，致使永久磁铁磁通密度也变化，从而在铁心周围的绕组中产生感应电动势，并将这一电信号输入ECU。
（2）爆燃控制过程
火花塞跳火点燃混合气后，如果火焰在传播途中压力异常升高，一些部位的混合气不等火焰传到，自己就会着火燃烧造成瞬时爆发燃烧，这种现象称为爆燃。爆燃的危害包括：一是噪声大；二是很可能使发动机损坏，特别是在大负荷条件下，这种可能性很大。
图1-5-37 共振型压电式爆燃传感器
要消除爆燃，通常可以采用抗爆性能好的燃料、改进燃烧室结构、加强冷却液循环、推迟点火时间等方法。特别是推迟点火时间对消除爆燃有明显的作用。点火提前角越大越容易产生爆燃。试验证明，发动机发出最大转矩的点火时刻是在发动机即将产生爆燃的点火时刻附近。
通常情况下，爆燃传感器安装在发动机的缸体上，根据发动机产生的各种不同的振荡频率的振动而产生不同的电压信号。当发动机发生爆燃时，爆燃传感器的感应性能最好，产生最大的电压信号，其输出电压特性如图1-5-39a所示。爆燃强度以超过基准值的次数计量，次数越多，爆燃强度越大；次数越少，爆燃强度越小，如图1-5-39b所示。
图1-5-38 磁致伸缩式爆燃传感器
图1-5-39 爆燃信号的确定
发动机控制单元收到爆燃传感器的信号后，经过滤波回路滤波，将爆燃信号与其他振动信号分离，只允许特定频率范围的爆燃信号通过滤波电路，再经峰值检测比较基准能量级计算使输入信号的最大值与爆燃强度基准值进行比较，比较后由爆燃识别电路判断是否产生爆燃并将判定后的信号传给微处理器，微处理器相应地减小点火提前角来消除爆燃。在电控点火系统中通过爆燃传感器输入给ECU，ECU经过分析判定有无发生爆燃及爆燃的强度，并根据其判定结果对点火提前角进行反馈控制，可以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动力性和经济性。爆燃控制实际上是点火提前角控制中的追加功能，控制过程如图1-5-40所示。
图1-5-40 爆燃控制过程
4.爆燃传感器的常见故障及检测方法
（1）故障现象
爆燃传感器出现故障后，由于不能继续对发动机的爆燃进行检测，为了避免发动机发生爆燃，ECU进入失效保护模式，通常ECU会将点火提前角推迟到一个最大值，因此发动机一般会表现出动力不足的故障现象。
拆下或更换发动机爆燃传感器时，传感器的固定力矩应在规定值内。如果发动机爆燃传感器固定力矩过大，可能使它过于灵敏，减小了点火提前角，造成发动机反应迟钝、排气温度过高、油耗增大；而如果发动机爆燃传感器固定力矩过小，传感器的灵敏度将下降，此时发动机容易产生爆燃，从而使得发动机温度过高、NO X 化合物的排放量超标。
（2）故障原因
当爆燃传感器相关电路发生故障时，故障存在的区域包括外部线路故障、传感器自身故障、ECU故障。外部线路故障有断路、短路和虚接三种情况。传感器自身故障如灵敏度变低或变高（比如传感器固定力矩过大或过小）、传感器失效。ECU故障主要是ECU内部电源电路或者内部搭铁电路出现故障。
（3）故障检测方法
下面我们以非共振型爆燃传感器为例讲述该传感器的故障诊断方法。
1）静态检测。具体包括：
①传感器阻值检查：拔下传感器线束插接器D1，用万用表检查D1插接器插座上端子1与2之间的电阻，在20℃时，阻值应为14～280kΩ，否则，更换爆燃传感器。
②ECM电源检测：拔下传感器线束插接器D1（图1-5-41a），点火开关ON，用万用表检测D1插头上端子2与搭铁间的电压，正常值应为4.5～5.5V；否则，拔下ECM插接器B31（图1-5-41b），检测插接器B31插头上110至D1插头上端子2之间的导线电阻，应小于1Ω。若导线阻值正常，更换ECM；若导线阻值不正常，修复线路故障。
③传感器搭铁检测：拔下传感器线束插接器D1，用万用表检查插接器D1插头上端子1与搭铁之间的电阻，正常值应小于1Ω。
④搭铁线路检测：检查D1插头上端子1与ECU线束插接器B31插头上111之间的导线电阻，正常值应小于1Ω，若阻值较大说明该段导线存在虚接或断路故障；若阻值正常，检查ECU的外部搭铁电路是否正常，若正常，说明ECU内部搭铁电路出现故障，更换ECU。
图1-5-41 线束插接器D1与B31插头
2）动态检测。具体包括：
①点火开关置于OFF，插上插接器D1和B31插头。
②读取数据流：读取数据流中爆燃反馈值，当发动机工况变化时该值应随之变化。可以通过开启空调或提高发动机转速的方式观察爆燃反馈值是否变化，若不变化则更换爆燃传感器。
③波形分析：用示波器检测爆燃传感器端子2与搭铁间的信号波形，怠速时实测波形如图1-5-42所示。发动机各缸做功时会使发动机产生轻微的振动，因此，即便发动机没有产生爆燃，爆燃传感器也能检测出这种振动，图中连续出现的波形尖峰就是各缸连续做功所致。改变发动机转速时，波形的频率和幅值应相应变化；发动机熄火时点火开关置于ON，用小锤轻轻敲击爆燃传感器附近的缸体，会有明显的波形输出，否则更换爆燃传感器。
图1-5-42 爆燃传感器波形
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实训工具与准备：
1）工具：世达100件工具套装、故障诊断仪、万用表、定矩式扭力扳手等。
2）设备：比亚迪·秦整车。
3）资料及耗材：比亚迪·秦维修手册、教材及学习工作页、抹布等。
1）穿戴好个人防护用品。
2）铺设车内防护三件套。
3）铺设车外防护三件套。
4）检查确认车辆状态正常。
1）连接诊断仪至车辆诊断接口，并确保连接可靠。在完成连接后按下车辆起动开关至ON状态。
2）打开诊断仪，选择对应车型，进入诊断界面选择ECU模块进行全车模块扫描。
3）待扫描完成后，选择发动机控制器模块，读取故障码。若存在故障码，请判断是否是真实故障，若不是，请删除；若是，请根据故障码维修。
4）起动发动机，读取发动机控制器模块中与点火系统相关的数据流，并根据读取结果判断是否存在不正常数据，若是，则需进一步查找原因。
5）检测完毕，退出诊断界面，关闭诊断仪电源开关及车辆电源开关，拔下诊断插头。
1.检测点火线圈供电电压
1）依次将前保险杠上围板、空气滤清器总成等外围部件拆下后，断开点火线圈线束插接器。
2）在车辆起动开关置于ON状态后对万用表进行校表，然后调至电压档。
3）用引线将点火线圈线束插接器的1号针脚引出。将万用表红表笔连接至1号针脚，黑表笔连接车身搭铁。测量点火线圈供电电压，待万用表数值稳定后记录万用表数值，若测量值与标准值（12～14V之间）不符，则说明点火线圈电源线存在故障，需进行检修。
4）测试完成后拔出引线，关闭点火开关。
2.检测点火线圈控制信号波形
1）用T型引线将点火线圈及其线束插接器连接起来。
2）取出示波器，调整示波仪采样时间及信号量程，将示波器红表笔连接至点火线圈线束插接器2号针脚，黑表笔连接车身搭铁。
3）起动发动机使发动机怠速运行，观察点火线圈控制信号波形。
4）检测完成后关闭点火开关，装复点火线圈线束插接器。
1.火花塞拆卸
1）断开点火线圈线束插接器，使用8mm套筒、棘轮扳手组合工具拆卸点火线圈固定螺栓，然后垂直向上拔出点火线圈，并妥善放置。
2）使用16mm火花塞套筒、棘轮扳手组合工具拆卸火花塞，用吸棒慢慢取出火花塞，并妥善放置。
3）使用堵头遮盖火花塞安装孔，避免异物掉入发动机燃烧室。
2.火花塞检测
1）检查火花塞外观是否破损，绝缘瓷体是否有裂纹或被击穿的痕迹，电极表面是否潮湿、积炭，安装螺纹是否滑丝等。若有上述情况应进行清理，必要时更换新的火花塞。
2）使用塞尺测量火花塞电极间隙是否正常，若间隙不正常应更换新的火花塞（标准间隙为0.8～1.0mm），如图1-5-43所示。
3）使用万用表测量火花塞中心电极和侧电极之间的电阻。待万用表数值稳定后记录万用表数值，若测量值与标准值（标准值应大于10MΩ）不符，则说明火花塞被击穿，需更换火花塞，如图1-5-44所示。
图1-5-43 火花塞电极间隙检测
图1-5-44 火花塞电阻测量
3.火花塞安装
1）取下堵头，使用吸棒将火花塞缓慢放入气缸，并用火花塞套筒预紧火花塞。
2）使用16mm火花塞套筒、棘轮扳手组合工具拧紧火花塞，并用扭力扳手紧固至规定力矩25N·m。
3）将点火线圈放置于安装位置，确保压紧到位，用手旋入点火线圈固定螺栓后，使用8mm套筒、棘轮扳手组合工具拧紧点火线圈固定螺栓，并使用扭力扳手将其紧固至规定力矩10N·m。
4）装回点火线圈线束插接器、空气滤清器总成、前保险杠上围板等外围部件。
再次连接诊断仪对全车模块进行扫描，确保全车无故障后，结束本次实训。
按照7S管理标准，整理工具和场地。
1.以下所列举的，（ ）不是凸轮轴位置传感器的作用。
A.可以用来确定各缸喷油器的工作顺序
B.可以用来确定各缸火花塞的点火顺序
C.在曲轴位置传感器出现故障时，可作为其替代信号
D.可以用来确定曲轴准确的旋转角度
2.根据高压配电方式不同，电控点火系统可分为（ ）的点火系统和同时点火方式的点火系统。
A.单独点火方式
B.铂金
C.触点
D.电子
3.曲轴位置传感器可分为磁感应式、（ ）和光电式三种。
A.霍尔式
B.机械式
C.电子式
D.以上三者均是
4.爆燃传感器主要有（ ）爆燃传感器和压电式爆燃传感器两种。
A.霍尔式
B.接触式
C.共振式
D.磁致伸缩式
1.点火系统应按发动机的工作顺序进行点火。（ ）
2.点火提前角过大，会导致发动机动力不足，严重情况下出现排气管放炮。（ ）
3.火花塞上有松软、乌黑的沉积物，表明有积炭。（ ）
4.凸轮轴位置传感器可作为判缸信号的传感器。（ ）
简述点火线圈如何进行检测。