汽油发动机的点火系统

1、第四章、点火系统一、概述二、传统点火系的结构与原理三、传统点火系的故障分析四、电子点火系的结构与原理主 要 内 容点火系统是发动机的重要组成部分，其工作状况的好坏对发动机的工作有十分重要的影响，为此要求点火系统必须能在各种工况下准确可靠地点燃混合气。4-1、概 述 汽油发动机的点火系统用来在汽缸活塞压缩行程终了时，产生电火花点燃混合气，混合气迅速燃烧时产生的强大动力推动活塞向下运动，使曲轴旋转，发动机作功。一、发动机对点火系统的要求 （教材P66） 1、能产生足够高的电压（20KV以上），以便击穿火花塞的间隙，点燃混合气； 2、要有足够的点火能量，以维持火花塞产生的电火花，火花能量越大，混合气

2、容易被点燃，发动机的着火性能就越好； 3、点火时刻能随发动机的工况变化而自动调节，最佳点火时刻是使混合气燃烧产生的最高压力出现在上止点后10o15o，此时发动机发出的功率最大。传统点火系统有分电器的电子点火系统无分电器的电子点火系统有触点无触点光电式磁感应式霍尔效应式二、点火系统的分类 （教材P67） 点火系统的分类方法很多，不同的分类方法，可得到不同的点火系统名称。我们按点火系统的结构和发展过程分为以下三种类型：火花塞分电器点火线圈蓄电池点火开关4-2、传统点火系的结构与原理一、传统点火系统的结构 （教材P70）1、点火线圈 （教材P72）点火线圈实质上是一个升压变压器，它由铁心、低压绕组和

3、高压绕组等组成。点火线圈的作用是将电源的低电压（12V）转换成高电压（2030KV）。 根据点火线圈铁心形状和磁路的不同，点火线圈分为开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两种。 开磁路点火线圈 开磁路点火线圈的磁通，经壳体内的导磁钢套和空气隙构成磁回路，因而磁路的磁阻大、漏磁通多、能量损失大、转换效率低，在早期汽车上应用较广，现代汽车上已广泛采用闭磁路的点火线圈。 开磁路点火线圈有二接线柱和三接线柱之分。附加电阻用来限制点火线圈的初级电流，避免点火线圈过热。在起动时通过点火开关将附加电阻短接，以补偿蓄电池电压下降的影响。闭磁路点火线圈采用口字型或日字型铁心，使初级绕组产生的磁通有一个闭合磁路，漏磁通

4、和磁路磁阻小，能量转换效率高，在现代汽车上被广泛应用。 闭磁路点火线圈2、分电器（P70）传统点火系统采用有触点的分电器，它由断电器、配电器、电容器和点火提前装置等组成。配电器盖分火头断电器真空点火提前装置离心点火提前装置电容器 断电器断电器由断电触点和凸轮组成，触点（间隙0.450.55mm）采用钨质材料（白金）制成，串联在点火线圈的初级电路中。触点凸轮 凸轮的凸角数与发动机的气缸数相等 配电器配电器装在断电器的上方，它由分电器盖和分火头组成，分火头插装在凸轮的顶端，与凸轮一起转动，将点火线圈送来的高压电分送到各缸的火花塞。 点火提前装置 实践表明，发动机的活塞在上止点后 12o 时爆发压力

5、达到最大值，发动机的工作状况（功率、燃油及排放等）最佳。而混合气从开始点燃到混合气完全燃烧、混合气的温度和压力达到最大值需要一定的时间，为此应提前点火。 提前点火用点火提前角来衡量，即从开始点火到活塞运动到上止点这段时间内，曲轴转过的角度称为点火提前角。点火提前装置有离心式和真空式二种。离心式点火提前装置安装在分电器底板的下方，用来在发动机转速变化时自动调节点火提前角（发动机转速升高，点火提前角增大）。 当发动机转速升高时，离心重块克服弹簧拉力向外甩开，并带动拨板和凸轮顺旋转方向转过一个角度，使凸轮提前顶开触点，点火提前角加大。 离心式点火提前装置 真空点火提前装置 真空点火提前装置安装在分电

6、器的壳体上，用来在发动机负荷变化时自动调节点火提前角。 发动机负荷小，节气门开度小，节气门后方真空度大，膜片向右拱曲，拉杆拉动断电器底板和触点逆凸轮旋转方向转过一定角度，使点火提前角增大。 发动机负荷增大，节气门开度大，真空度减小，膜片在弹簧的作用下向左拱曲，拉杆推动断电器底板和触点顺凸轮旋转方向转过一定角度，使点火提前角减小。 怠速时，节气门几乎关闭，吸气孔在节气上方，膜片两侧压力几乎相等，膜片处于最左端，点火提前角最小（基本不提前）。 发动机的点火提前角不是固定不变的，它随发动机的转速和混合气的燃烧速度变化而改变。当发动机转速一定时，随着节气门开度的加大，发动机的负荷增大，吸入气缸中的混合

7、气量增加，混合气燃烧的速度加快，点火提前角应适当减小；反之，发动机的负荷减小，点火提前角应加大。当节气门的开度一定时，随着发动机的转速升高，单位时间内曲轴转过的角度增大；如果混合气燃烧速度不变，应适当增大点火提前角。因此，点火提前角应随着发动机的转速升高而增大。 电容器 电容器与断电器的触点并联，用来减小触点分开时在触点间形成的火花，延长触点的使用寿命，减少对电子设备的干扰，并提高次级电压。火花塞由中心电极、侧电极、钢壳、瓷绝缘玻璃组成。在中心电极和侧电极之间形成一个可以被高压击穿的间隙（0.6 0.9mm ，电子点火间隙1.0 1.2mm)。高压电极瓷绝缘体金属杆导体玻璃壳 体侧电极绝缘体裙

8、部中心电极3、火花塞 （教材P73）常用火花塞的结构类型 为使落在绝缘体上的油滴立即烧去，火花塞工作时的温度达500oC750oC，（该温度称为“自净温度”）。 温度过高，将产生炽热点火。 温度过低，使火花塞积炭。 温度过低，使火花塞产生油污染。 火花塞工作温度的高低，用热特性来表示。热特性是指火花塞吸收的热量与散发的热量达到平衡时的温度，它与绝缘体裙部的长度有关。裙部长度与热值的关系 绝缘体的裙部长，受热面积大，散热困难，裙部温度高，这种火花塞称为“热”型火花塞，适用于压缩比小、转速低的小功率发动机。 绝缘体的裙部短，受热面积小，散热容易，称为“冷”型火花塞，适用于压缩比大、转速高的大功率发

9、动机。二、传统点火系统的工作原理 （教材P68） 当断电器的触点断开时，点火线圈产生高压。 点火系统的工作过程分为以下三个阶段： 1、初级电路导通，点火能量储存 在这一阶段，初级电流产生的磁场能量积蓄在点火线圈中，此时虽然在次级绕组中也产生一电压(约1.52kv)，但不能使火花塞跳火。2、初级电路截止，次级电路产生高压 当凸轮顶开断电器的触点时，初级绕组中的电流突然降为零，在次级绕组中产生高压（15 30kv），触点打开后，初级电路RLC组成振荡电路，产生衰减振荡。3、火花塞间隙击穿，产生电火花 电火花由电容放电和电感放电产生。电容放电是由分布电容C2的储能使火花塞间隙被击穿跳火，跳火以后，线

10、圈磁场能量沿电离的火花缓慢放电，形成电感放电。 电容放电的电压高，时间短；电感放电的电压低，而放电的持续时间长。传统点火系统次级电压波形电容放电电感放电三、点火正时 （教材P91） 点火正时就是让分电器轴的位置与发动机活塞的位置相匹配，使点火系统能有正确的初始点火提前角。 点火正时的正确与否对发动机能否在适当的时间点火影响很大，真空、离心点火提前装置是在此初始提前角的基础上调节点火提前角。 不同型号的发动机，点火正时的方法和步骤有一定的差异，调整时，应按生产厂家的操作说明进行调整。传统点火系统的点火正时按下述步骤进行 .检查断电器的间隙(0.350.45mm)，并调整到规定范围； .找出第一缸

11、压缩行程上止点的位置，慢慢转动曲轴，使正时标记对准。 .确定断电器触点在刚打开的位置。即拆下第一缸的高压线，离开缸体34mm，旋松分电器壳体夹板的固定螺丝，接通点火开关，转动分电器（顺旋转方向）使触闭合，反向转动使高压线跳火，即触点处于刚打开的位置。 .按点火顺序接好高压线。六缸发动机的点火顺序为1-5-3-6-2-4，四缸发动机的点火顺序为1-2-4-3或1-3-4-2，但也有不同，应以产品说明为准。.起动发动机，用正时灯检查点火正时。 点火系统是发动机的重要组成部分，因此，点火系统的工作对发动机的工作性能有着十分重要的影响。 点火系统正常工作的条件为： 能产生正常的高压， 将高压正确分配给

12、各个气缸， 火花塞正常跳火， 点火正时和点火提前角正确。4-3、传统点火系的故障分析 当点火系统出现初级电路短路、断路，初级电路电流过小，次级电压过低，点火提前角失调或点火正时不当等故障时，将造成发动机运转不平稳、运转无力、加速性能变差，或出现化油器回火、排气管放炮等不正常现象，使发动机动力下降、油耗增加、排放变坏，甚至出现发动机不能起动等。一、点火系统高压判断的方法1、点火波形测试 用示波器、发动机故障分析仪或电脑故障诊断仪等测量点火高压的波形、幅值等，来判断点火系统的高压是否符合要求。2、测试火花塞判断点火系统有无高压将高压线接到测试火花塞上，判断是否产生跳火？3、试火法 拔下相关的高压线

13、，距发动机金属外壳46mm处，起动发动机，观察是否跳火及火花强度（此方法不适用于电控发动机）。二、点火系统常见故障分析1、发动机不能起动中央高压线有电分缸高压线无电分缸高压线有电而发动机不工作中央高压线无电配电器部分故障分火头漏电中心孔烧毁 炭 柱 损 坏点 火 顺 序 错 乱火 花 塞 积 炭 严 重点 火 正 时 失 调点火线圈或开关损坏断电器损坏或间隙不当断 电 器 搭 铁 不 良电 容 器 击 穿 短 路点 火 系 统 连 线 松 动2、发动机运转不稳、功率下 降、油耗大、排气管冒黑烟点 火 正 时 调 节 不 当点火提前调节装置故障断 电 器 底 板 松 动点火线圈有间隙性短路高压线

14、松动或绝缘破损个别火花塞积炭严重凸 轮 磨 损 不 均 匀3、发动机仅在点火开关处于起动位置时才运转可能原因：附加电阻开路； 点火开关与附加电阻的连线松动； 点火开关损坏。4-4、电子点火系统的结构与原理 传统点火系统已不能适应现代汽油发动机的动力性、经济性及排放控制的要求，它存在以下几个缺点，限制了发动机性能的进一步提高。 第一，次级电压的最大值随发动机转速的升高和气缸数的增加而下降（通电储能时间缩短）。 第二，触点容易烧毁，且产生的火花干扰电子设备。 第三、触点允许的电流小（5A），产生高压的能量提高受到限制。 第四，对点火时刻的控制精度差，不适应现代汽车对节能和排放要求的控制。一、电子点

15、火系统的分类有分电器的电子点火系统无分电器的电子点火系统有触点无触点光电式磁感应式霍尔效应式 由于传统点火系统制约了汽油发动机性能的提高，20世纪60年代，出现了有触点的晶体管点火系统， 20世纪60年代末期，无触点的晶体管点火系统推广应用；1976年，美国通用公司首次将微处理器应用于点火系统。二、有分电器的电子点火系统 有分电器的电子点火系统又称 “半导体/晶体管点火系统 ” ，根据它的发展历程，可分为有触点式和无触点式二种。1、有分电器有触点式电子点火系统有触点式电子点火系统又称 “ 晶体管辅助点火系统 ”，它保留了传统点火系统中的断电器触点。2、有分电器无触点式电子点火系统 无触点式电子

16、点火系统用电子控制点火模块替代断电器的触点，点火信号由曲轴位置传感器提供。用电子点火模块替代传统断电器的触点 由曲轴位置传感器提供点火信号。 根据采用的曲轴位置传感不同，点火信号发生器分为磁电式、霍尔式和光电式几种。 它们的基本工作原理是相同的，只是点火信号发生器不同而异。磁电式曲轴位置传感器霍尔式曲轴位置传感器常用的点火信号发生器有磁电式和霍尔元件式二种。晶体管无触点式电子点火系统组成原理可控硅电容储能式无触点电子点火系统三、无分电器的电子点火系统无分电器的电子点火系统的工作原理同无触点的有分电器电子点火系统相似，只是由电子高压分配替代机械的高压分配。 无分电器的电子点火系统也称直接点火系统

17、、微机控制的点火系统，它取消了传统点火系统的分电器和断电器，使点火系统的结构大大简化，而且提高了点火系统工作的可靠性，消除了由分电器盖和分火头之间的火花造成的无线电干扰和能量损耗。因此，无分电器的电子点火系统在现代汽车上得到广泛的应用。根据高压分配方式的不同，无分电器的电子点火系统可以分为同时点火和单独点火两种方式。1、同时点火方式同时点火方式又称 “双火花点火方式”，即有二个气缸同时点火，其中一个气缸为压缩行程，点燃混合气，另一个气缸为排气行程。排气行程压缩行程同时点火方式根据高压分配方式的不同，又分为二极管分配高压和线圈分配高压的同时点火系统。 二极管分配高压的同时点火系统 线圈分配高压的

18、同时点火方式线圈分配高压的无分电器同时点火系统组成框图6缸发动机用的线圈分配高压的同时点火系统 G1和G2为相位差相差180o的两个曲轴位置信号；Ne为曲轴角度（速度）信号。 单独点火方式为每一个缸配一个点火线圈，直接安装在火花塞上方。单独点火方式省去了高压线，点火能量损失少。而且，高压部分安装在发动机气缸盖上的金属罩内，减少了对无线电设备的干扰。2、单独点火方式 单独点火方式用的点火线圈结构常用的单独点火线圈单独点火控制方式（4缸）单独点火控制原理图（6缸）四、点火提前角 （教材P94） 发动机在各种不同的工况下运行时，需要点火控制系统相应地提供一个最佳的点火提前角，以获得最大的功率和最佳的经济效益。 电子点火系统的点火提前角，是由计算机根据发动机转速传感器和节气门位置传感器送来的信号，计算出最佳点火提前角，并进行控制。 发动机的最佳点火提前按下式计算：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1、初始点火提前角 初始点火提前角是发动机在起动期间，使用一