第10章点火系

1、第十章第十章 汽油机点火系汽油机点火系概概 述述传统分电器式点火系传统分电器式点火系半导体点火系半导体点火系一、功用：v 电源低电压转变为高电压，使火花塞产生火花；v 将“火花”适时、按次序送到各缸，点燃混合气。二、种类：蓄电池点火系；半导体点火系；微机控制的点火系；磁电机电火系三、点火系基本原理：利用火花放电现象来点燃混合气穿透电压（击穿电压）10.1 10.1 概概 述述点火系的连接方式采用单线制，可以是正极也可以是负极搭铁但点火线圈的内部连接或外部接线均应保证点火瞬间火花塞中心电极为负。原因：发动机工作时，火花塞中心点极较侧电极温度高，而热的金属表面比冷的金属表面容易发射电子。这样可降低

2、击穿电压15%20%。现代汽车广泛采用负极搭铁。1. 1. 电源；电源；2.2.点火开关；点火开关； 3.3.点火线圈；点火线圈；断电器断电器4.4.分电器分电器; ; 配电器配电器 电容器电容器 点火提点火提 前调节装置前调节装置5.5.火花塞。火花塞。 一、组成一、组成10.2 10.2 蓄电池点火系组成及工作原理蓄电池点火系组成及工作原理二、工作原理二、工作原理 点火系统将点火系统将12v12v或或24v24v的低压电转变为的低压电转变为1000v1000v以上的高压电是由以上的高压电是由点火线圈和断电器共同完成的，并由配电器分配到各缸火花塞。点火线圈和断电器共同完成的，并由配电器分配到

3、各缸火花塞。点火线圈点火线圈配电器配电器断电器断电器火花塞火花塞初级电路： 蓄电池、点火开关、初级绕组、断电器活动触点臂、触点、分电器壳（接地）。次级电路： 次级绕组、蓄电池、地、火花塞侧电极、中心电极、高压导线、配电器、次级绕组四缸点火演示简图四缸点火演示简图1 1、点火提前的概念：、点火提前的概念： 火花塞点火时，曲轴位置与活塞位于压缩上止点时曲轴位火花塞点火时，曲轴位置与活塞位于压缩上止点时曲轴位置之间的夹角称为点火提前角。置之间的夹角称为点火提前角。 2 2、影响因素：、影响因素：当发动机转速一定时当发动机转速一定时，随着负荷的加大，节气门开大，进入气，随着负荷的加大，节气门开大，进入

4、气缸的可燃混合气量增多，压缩终了时的压力和温度增高，同时，缸的可燃混合气量增多，压缩终了时的压力和温度增高，同时，残余废气在气缸内所占的比例减小，混合气燃烧速度加快，这时，残余废气在气缸内所占的比例减小，混合气燃烧速度加快，这时，点火提前角应适当减小。反之，发动机负荷减小时，点火提前角点火提前角应适当减小。反之，发动机负荷减小时，点火提前角则应适当增大。则应适当增大。 当发动机节气门开度一定时当发动机节气门开度一定时，随着转速增高，燃烧过程所占曲，随着转速增高，燃烧过程所占曲轴转角增大，这时，应适当加大点火提前角。点火提前角应随转轴转角增大，这时，应适当加大点火提前角。点火提前角应随转速增高适

5、当加大。速增高适当加大。10.3 10.3 点火提前点火提前离心式点火提前机构离心式点火提前机构真空式点火提前机构真空式点火提前机构 辛烷值校正器辛烷值校正器4 4、自动调节装置、自动调节装置分类分类3 3、后果、后果： 点火过迟：点火过迟：混合气开始燃烧时活塞已下行一段距混合气开始燃烧时活塞已下行一段距离，离，则则PP、发动机、发动机NN。 点火过早：点火过早：则气体压力作用的方向与活塞运动的则气体压力作用的方向与活塞运动的方向方向相反，使相反，使PP、发动机、发动机NN。1 1、分电器、分电器 构造：构造： 功用：功用： 接通和切断初级线接通和切断初级线圈电路，并按各缸的工作顺圈电路，并按

6、各缸的工作顺序将高压电适时送至各缸火序将高压电适时送至各缸火花塞。花塞。（1 1）配电器）配电器 作用：作用：将点火线圈中产将点火线圈中产生的高压电，按发动机各缸生的高压电，按发动机各缸的工作顺序轮流分送到各缸的工作顺序轮流分送到各缸火花塞。火花塞。分电器盖分电器盖分火头分火头电容器电容器真空提前角真空提前角调节装置调节装置断电器断电器10.4 10.4 蓄电池点火系主要元件蓄电池点火系主要元件 构造：构造：分火头分火头( ( 制有铜质导电片制有铜质导电片）分电器盖等分电器盖等( ( 制有旁插孔制有旁插孔) )中心电极及带弹簧的炭精柱中心电极及带弹簧的炭精柱分火头分火头旁电极旁电极分电器盖分电

7、器盖 功用功用：在点火线圈初级电路断开时，减小触点间产生的电：在点火线圈初级电路断开时，减小触点间产生的电火花，防止触点烧损，并可加速点火线圈中的磁通变化率，火花，防止触点烧损，并可加速点火线圈中的磁通变化率，提高点火电压提高点火电压 电容器电容器 点火提前调节装置点火提前调节装置离心式离心式点火提前调节装置点火提前调节装置真空式真空式点火提前调节装置点火提前调节装置离心式点火提前调节装置离心式点火提前调节装置（2 2）断电器）断电器 功用功用 接通和切断初级绕组的电路，使其电流发生变化，接通和切断初级绕组的电路，使其电流发生变化，以便在次以便在次级绕组中级绕组中产生高压产生高压电。电。 构造

8、构造固定底板固定底板壳体壳体活动底板活动底板偏心偏心螺钉螺钉固定固定触点触点接线柱接线柱活动触点活动触点凸轮凸轮弹簧片弹簧片真空提前真空提前调节机构调节机构弹簧弹簧2 2、点火线圈、点火线圈功用：功用：变低压为高压变低压为高压 。开磁路点火线圈开磁路点火线圈分类：分类：闭磁路点火线圈闭磁路点火线圈3 3、火花塞、火花塞功用：功用：产生电火花，点燃混合气产生电火花，点燃混合气 。 主要由外壳、电极（中心电极和主要由外壳、电极（中心电极和侧电极）、绝缘体、接线柱等组成。侧电极）、绝缘体、接线柱等组成。构造：构造：分类：分类： 自净温度500600以上，裙部温度，若低于此温度，落在绝缘体裙部的油粒便

9、不能立即燃烧掉，形成积炭而引起漏电。 炽热点800900,温度若太高，则混合气与这样炽热的绝缘体接触时，可能在火花塞产生火花之前就自行着火，从而引起发动机早燃，发生化油器回火现象。 不同发动机使用的火花塞裙部受热是不一样的，就要求绝缘体裙部长度不同，根据裙部长度不同，又把火花塞分成冷型（裙部长度等于8mm）；中 型（裙部长度等于11mm和14mm）；热型（裙部长度等于16mm和20mm）。电极间隙电极间隙：中心电极中心电极侧电极侧电极电极间隙电极间隙指的是中心电极与侧电极之间的间隙。指的是中心电极与侧电极之间的间隙。电极间隙过小：电极间隙过小：火花微弱，并且火花微弱，并且容易因产生积碳而漏电；

10、容易因产生积碳而漏电；电极间隙过大：电极间隙过大：所需的击穿电压所需的击穿电压增高，发动机不易启起动，且在增高，发动机不易启起动，且在高速时易发生高速时易发生“缺火。缺火。 一般的电极间隙为：一般的电极间隙为：0.60.60.8,0.8,现代的汽车甚至现代的汽车甚至采用采用1.01.01.21.2，可以改善排，可以改善排气净化。气净化。10.5 10.5 半导体点火系半导体点火系 1. 1. 触点易烧蚀；触点易烧蚀； 2. 2. 随气缸数和转速的增加，次级电压下降；随气缸数和转速的增加，次级电压下降； 3. 3. 点火能量的提高受限；点火能量的提高受限； 4. 4. 易产生积碳，使次极电压降低

11、。易产生积碳，使次极电压降低。2 2、类型、类型1 1、传统点火系的不足、传统点火系的不足 半导体辅助点火系半导体辅助点火系; ; 无触点式半导体点火系。无触点式半导体点火系。微机控制的半导体点火系微机控制的半导体点火系 无触点式半导体点火系：无触点式半导体点火系：它是利用各种类型的传感器它是利用各种类型的传感器代替断电器触点来产生点火信号，以控制点火系工作的。代替断电器触点来产生点火信号，以控制点火系工作的。从而避免了任何与触点有关的故障的发生。从而避免了任何与触点有关的故障的发生。按传感器的形式不同可分为：按传感器的形式不同可分为：磁脉冲式磁脉冲式霍尔效应式霍尔效应式光电式等光电式等一、无

12、触点式半导体点火系一、无触点式半导体点火系 磁脉冲式传感器安装在分电器内，主要由分电器轴磁脉冲式传感器安装在分电器内，主要由分电器轴1 1、爪形转子爪形转子2 2、传感线圈、传感线圈3 3、爪形定子、爪形定子4 4、塑性永磁片、塑性永磁片5 5、导磁、导磁板板6 6和底板和底板7 7 等组成。等组成。1 1、磁脉冲式无触电点火装置、磁脉冲式无触电点火装置1234567结构：结构： 信号转子上制有与发动机气缸数相同的凸齿，当转子信号转子上制有与发动机气缸数相同的凸齿，当转子转动时，凸齿交替在铁心旁扫过，使二者的气隙不断变化，转动时，凸齿交替在铁心旁扫过，使二者的气隙不断变化，则穿过线圈铁心中的磁

13、通也不断变化。从而在线圈中产生则穿过线圈铁心中的磁通也不断变化。从而在线圈中产生感应电动势。感应电动势。工作原理：工作原理： 磁脉冲发生磁脉冲发生器产生的脉冲信器产生的脉冲信号由号由、端输端输入，经内部电路，入，经内部电路，最后控制达林顿最后控制达林顿管管Q Q 的导通和截的导通和截止。止。B+Q89S01工作工作: : 点火控制器点火控制器作用：作用：将从点火信号发生器得到的信号整形、放大以控制将从点火信号发生器得到的信号整形、放大以控制点火线圈初级电路的通和断。点火线圈初级电路的通和断。2 2、霍尔效应式无触点点火装置、霍尔效应式无触点点火装置组成：组成：主要由霍尔分电器、点火控制器、点火

14、线圈等。主要由霍尔分电器、点火控制器、点火线圈等。 主要由霍尔触发器、永久主要由霍尔触发器、永久磁铁和带缺口的转子等组成。磁铁和带缺口的转子等组成。 1 1、永久磁铁、永久磁铁 2 2、外加电流、外加电流 3 3、霍尔电压霍尔电压 4 4、霍尔触发器、霍尔触发器 5 5、接触、接触面面 6 6、磁力线、磁力线 7 7、剩余电子。、剩余电子。2134567UHI 当电流当电流I I 通过放在磁场中通过放在磁场中的半导体基片（霍尔元件）且电的半导体基片（霍尔元件）且电流方向和磁场方向垂直时，则在流方向和磁场方向垂直时，则在垂直于电流和磁场的方向上产生垂直于电流和磁场的方向上产生一电压一电压U UH

15、 H , ,称为霍尔电压。称为霍尔电压。IBdRUHH即：点火信号电压。即：点火信号电压。霍尔效应原理霍尔效应原理工作原理工作原理触发叶片进入空气隙中触发叶片进入空气隙中触发叶片离开空气隙中触发叶片离开空气隙中叶叶 片片集成块集成块永久磁铁永久磁铁霍尔霍尔传感传感器器导板导板光电式传感器 1、概述 微机控制点火系在设计和结构上，随着汽车生产厂家、生产年代不同都有所不同，但基本结构是大同小异，它主要由传感器、电子控制器、点火器、点火线圈等组成。 二、微机控制的半导体点火系二、微机控制的半导体点火系2、微机控制的半导体点火系组成、微机控制的半导体点火系组成传感器传感器电控单元电控单元点火模块点火模

16、块传感器功用:监测发动机各种运行工况信息的装置。主要传感器：曲轴位置传感器：曲轴转角（发动机转速）信号、活塞位置（上止点）信号；空气流量计（绝对压力传感器）：进气量信号水温传感器：水温信号；氧传感器：空燃比浓稀信号；节气门位置传感器：节气门开闭或全开、全闭、加速信号；车速传感器：车速信号；空档开关：变速器空档信号；点火开关：点火开关接通及起动信号；空调器开关：空调信号；蓄电池：电池电压信号；进气温度传感器：进气温度信号；爆震传感器：爆震信号。 电子控制器（电控单元ECU） 作用: 根据发动机各传感器的输入信息及内存数据，进行运算、处理、判断后输出指令（信号），控制执行器的动作，达到快速、准确控

17、制发动机的工作目的。 组成: 输入回路、输出回路、A/D转换器、微型计算机以及电源电路、备用电路等。 点火器功用: 根据电子控制器输出的指令（信号），通过内部大功率管的导通与截止，控制初级电流的通断完成点火工作。 有些还具有恒流控制、闭合角控制、气缸判别、点火监视等 微机控制点火系统的分类 按是否保留分电器分：非直接点火系统保留分电器，点火线圈产生的高压电经过分电器中的配电器进行分配，即由分火头和分电器盖组成的配电器，依照点火顺序适时地将高压电分配至各气缸，使各缸火花塞依次点火。直接点火系系统（无分电器点火系统 ) 取消了分电器，点火线圈上的高压线直接与火花塞相连，工作时，点火线圈产生的高压电

18、直接送至各火花塞，由微机根据各传感器输入的信息，依照发动机的点火顺序，适时的控制各缸火花塞点火。电控单元电控单元火花塞火花塞双点火双点火线圈线圈终端能量终端能量输出极输出极无分电器式点火系无分电器式点火系 无分电器式点无分电器式点火系是采用微机技火系是采用微机技术，根据发动机转术，根据发动机转速和负荷传感器的速和负荷传感器的信号控制点火提前信号控制点火提前角，精确地控制发角，精确地控制发动机在各种工况下动机在各种工况下的最佳点火时刻。的最佳点火时刻。无分电器式点火系无分电器式点火系分为分为二极管分配式二极管分配式和和点火线圈分配式点火线圈分配式 无分电器点火系统优点: 由于取消了分电器，因此不

19、存在分火头和旁电极间跳火的问题，减小了能量损失，不存在分火头与旁电极之间产生火花问题，电磁干扰小，节省了安装空间。直接点火系统可分为两类：（1）同时点火方式：两个气缸合用一个点火线圈，对两个气缸同时点火。（2）单独点火方式：每个气缸的火花塞配一个点火线圈，单独对本缸点火。 点火系举例点火系举例:丰田汽车微机控制点火系统丰田汽车微机控制点火系统 丰田汽车发动机微机控制系统，常称为TCCS系统，该系统除控制点火外，还对燃油喷射、怠速、自动变速等进行控制，此外还具有故障保险、设备功能以及自诊断功能等。 点火系统 其主要作用是控制点火提前角，称为ESA系统，系统工作时，电子控制器根据传感器输入的发动机

20、工作信息，经过计算、处理、判断，输出控制信号到点火器，适时的控制点火器中功率三极管导通和截止，进而控制初级电流的通断，达到点火的目的。该系统为非直接点火系统，保留了分电器中的配电器，点火线圈产生的高压电，经配电器送至各缸火花塞。 曲轴转角传感器 功用 向电子控制器输入活塞位置（上止点）、曲轴转角、曲轴转速等信息。分类: 磁电式（TCCS） 霍尔式 光电式 安装位置可在曲轴前端、飞轮壳上、分电器内（TCCS）或分设在曲轴、凸轮轴前端。 曲轴位置传感器由上部的G信号发生器和下部的Ne信号发生器组成。 Ne信号为曲轴转角及发动机转速信号。Ne信号装置主要由信号转子、传感线圈组成。 当信号转子（固定在

21、分电器轴上）随曲轴转动时，轮齿与传感线圈凸缘部的空气隙交替变化，导致传感线圈内磁通变化而产生交变电动势信号Ne，因有24个轮齿，每个交变信号相当于30曲轴转角，由此计算出发动机转速。 G信号为测试曲轴转角的基准信号，用来判别气缸及检测活塞上止点的位置。G信号发生器由带有凸缘的信号转子、G1、G2两个传感线圈组成。 当G信号转子上的凸缘通过G1传感线圈凸缘时，产生G1信号，检测第六缸上止点位置； 当G信号转子上的凸缘通过G2传感线圈凸缘时，产生G2信号，检测第一缸上止点位置。G1、G2相差180，分电器转一圈，分别出现一次。 电子控制器 工作原理: 电子控制器根据各传感器输入的发动机信息，经过处

22、理，从存储器中选择最佳点火提前角，根据G1、G2、Ne信号，判断发动机曲轴到达规定位置时，发出控制信号IGt至点火器，当IGt为低电位时，大功率三极管截止，初级绕组电路切断，次级绕组产生高压电。起动时，点火时刻直接由传感器信号控制一个固定的点火提前角，当转速超过一定值时，自动转换成由微机输出的IGt控制。 点火器 ESA系统点火器可以根据电子控制器输出的IGt信号，控制点火时刻；还具有闭合角控制、恒流控制、点火监视、加速检出、锁止保护和过压保护等功能。 点火时刻（提前角）控制 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 初始点火提前角 也称为固定点火提前角，对丰田IG-GE

23、U发动机，其值为上止点前（BTDC）10，当发动机起动时、发动机转速在400r/min以下时、检查点火初始角和发动机电子控制器的后备系统工作时，实际点火提前角为固定点火提前角。 基本点火提前角 基本点火提前角数据存储在微机的ROM中，可分为怠速时的基本点火提前角和正常行驶时的基本点火提前角 怠速时的基本点火提前角 空调状态 基本点火提前角 OFF 4 ON 8 修正点火提前角 目的: 使实际点火提前角更符合发动机实际运转状况，在“初始提前角+基本点火提前角”基础上，根据相关因素加以修正。 丰田ESA系统有暖机修正（指节气门位置传感器触点闭合、发动机水温变化时的修正）和怠速稳定性修正（为了保持怠

24、速稳定运转而对点火提前角的修正）。 现代发动机的点火提前角还有一些其它修正：过热修正：发动机水温过高时的修正。 空燃比反馈修正：装有氧传感器的发动机，微机通过氧传感器反馈的信号对空燃比进行修正。 爆震修正：产生爆震时，微机根据爆震传感器输入的信号，将爆震程度分为强、中、弱三个级别，根据爆震程度的强弱，自动减小点火提前角。 是一种闭环控制，微机工作时，可根据发动机各传感器信号，从存储器中查出相应的点火提前角来控制点火，同时对控制结果通过特设的爆震传感器进行反馈，通过反馈信号再对点火提前角进行控制 无分电器点火系统（无分电器点火系统（DLI系统）系统） 无分电器点火系统常称为DLI系统，它取消了传

25、统的分电器，没有配电器，点火线圈产生的高压电直接送到火花塞。 点火方式：同时点火方式和单独点火方式。 同时点火系统 每两缸使用一个点火线圈（双缸点火系统组成: 传感器、电子控制器、点火器、点火线圈等凸轮位置传感器（磁电式）由G（G1、G2）和Ne两部分信号发生器组成 ，ECU根据G1、G2和Ne信号判别气缸、检测曲轴转角以及决定点火时刻的初始点火提前角。 凸轮位置传感器的G信号转子每转一转（相当于曲轴转两转），分别产生一次G1、G2信号，G1信号可判别第六缸处于压缩上止点附近，表示第六缸完成点火准备，然后依Ne信号决定第六缸的点火时刻；G2信号可判别第一缸处于压缩上止点附近，依Ne信号决定第一

26、缸的点火时刻。 Ne信号发生器信号转子有24个齿，Ne信号用以检测转子转角15（或曲轴转角30），作为点火时的基准信号、发动机转速信号。 电子控制器（ECU） ECU根据各传感器输入信号，经计算、处理，将点火时刻信号IGt和气缸判别信号（IGdA、IGdB），送至点火器，实现对点火的控制。 点火时刻（提前角）控制信号 当G1、G2信号产生后，第一个Ne信号即为第六缸或第一缸的初始点火时刻信号。当G1、G2信号产生时，以此信号为基准，由Ne信号控制其后三次点火信号（每4个Ne信号产生一个点火信号），之后再由G信号重设其后的三次点火信号。 气缸判别信号 ECU根据G1、G2、Ne信号，经计算和分频电路，输出气缸信号IGdA、IGdB。点火器根据IGt、IGdA、IGdB信号确定需要点火的气缸。 点火器 点火器的最基本功能是接收ECU输出的IGdA、IGdB和IGt信号，依次驱动各点火线圈初级绕组的接通和截止，实现微机控制点火。 工作过程 当点火器从ECU接收到IGdA、IGdB和IGt信号后，点火器内的气缸判别电路判别出需要点火的缸，点火器通过驱动电路，控制相应的点火线圈的大功率管导通，初级绕组充磁，当点火信号IGt变为低电位时，切断初级绕组，次级绕组产生高压电。 点火线圈 DLI用