第9章 汽油机点火系统

第9章汽油机点火系统触点式点火系统

9.2电子点火系统

9.3电控点火系统

9.4汽油机点火系统9.19.1汽油机点火系统概述

点火系统的基本功用就是在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气，使发动机做功。汽油发动机的点火系统有很多种类型，本教材按其结构特点和控制方式，将其分为触点式点火系统（传统点火系统）、电子点火系统、电控点火系统3大类。9.1.4点火提前角从火花塞点火起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度称为点火提前角。点火提前角对发动机的工作和性能有很大的影响，点火提前角对发动机功率的影响如图9-1所示。图9-1点火提前角对发动机功率的影响能使发动机获得最佳动力性、经济性和最佳排放性能的点火提前角，称为最佳点火提前角。点火提前角应随发动机转速升高而增大。当发动机转速一定时，随着负荷增加，点火提前角应适当减小。反之，发动机负荷减小时，点火提前角应当加大。汽油的牌号越高，其辛烷值就越高，抗爆性就越好，点火提前角就可以适当加大；反之，低牌号的汽油辛烷值较低，抗爆性越差，点火提前角应适当减小。9.2触点式点火系统

9.2.1触点式点火系统的组成和工作原理触点式点火系统主要由电源、点火开关、点火线圈、附加电阻、分电器和火花塞等部分组成（见图9-2）。各组成部分的功用如下。图9-2触点式点火系统组成①电源：即蓄电池和发电机（起动时蓄电池供电，起动后由发电机供电），用于为点火系统提供所需的电能。②点火开关：其作用是接通或断开电源电路。③点火线圈：其功用是将电源12V的低压电转变为点火所需的15～30kV的高压电。④分电器：包括断电器、配电器、电容器和点火提前机构等部分。其中，断电器的作用是用来接通或切断点火线圈初级电路；配电器包括分电器盖和分火头。其作用是将点火线圈产生的高压电按气缸的工作顺序送到各缸的火花塞；电容器与断电器触点并联，其作用是减小断电器触点分开时产生的火花，延长触点用寿命，提高次级电压；点火提前机构的作用是随发动机转速、负荷的变化而改变点火提前角。⑤火花塞：其作用是将高压电引入气缸燃烧室，产生电火花点燃混合气。⑥附加电阻：其作用是在发动机转速不同时，自动调整点火线圈的初级电流的大小，防止低速时点火线圈过热，高速时点火电压不足。⑦阻尼电阻：其作用是减小无线电干扰。发动机工作时，断电器凸轮在分电器轴的驱动下而旋转，交替将触点闭合或打开（见图9-3）。图9-3触点式点火系的组成断电器触点闭合时初级线圈内有电流流过，并在线圈铁心中形成磁场。触点打开时，初级电流被切断，使磁场迅速消失。此时，在初级线圈和次级线圈中均产生感应电动势。由于次级线圈匝数多，可感应出高达15～30kV的高电压。该高电压击穿火花塞间隙，形成火花放电。发动机起动时，点火开关转至起动挡ST，将附加电阻短路，电源不经附加电阻直接进入点火线圈，以防止起动时蓄电池电压下降影响高压火花的产生。9.2.2触点式点火系统主要部件的结构1．点火线圈点火线圈是将电源的低压电转变成高压电的元件，按磁路的结构形式不同，点火线圈可分为开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈2种。现在广泛使用的是闭磁路式点火线圈。图9-4开磁路式点火线圈开磁路式点火线圈的磁阻大，漏磁损失多，能量转换效率低。闭磁路式点火线圈的磁阻小，漏磁损失小，能量转换效率高。图9-5开磁路式点火线圈的磁路图1—磁力线2—铁心3—初级绕组

4—次级绕组5—导磁钢套图9-6闭磁路式点火线圈1—“日”字形铁心2—初级绕组接线柱3—高压接线柱

4—初级绕组5—次级绕组6—空气隙2．火花塞（1）火花塞的结构火花塞是由接线螺母（接高压线）、绝缘体、中心电极、密封垫圈、壳体、侧电极、中央电极等组成，如图9-7所示。图9-7火花塞的结构（2）火花塞的热特性所谓热特性是指火花塞裙部（陶瓷绝缘体暴露在燃烧室内的部分）的炽热端将热传导至发动机冷却系统的能力。常用热值数来表示，热值数越大，表示散热能力相对越好。裙部长的火花塞吸热多，散热相对困难，热值数小，因此同样情况下的工作温度高，称为热型火花塞；而裙部短的火花塞，热值数大，因此工作温度低，称为冷型火花塞；散热能力介于二者之间的称为中型火花塞。热型和冷型火花塞如图9-8所示。图9-8热型和冷型火花塞（3）常用火花塞的结构类型常用火花塞的结构类型如图9-9所示。图9-9常用火花塞的结构类型火花塞按其电极的材质，有普通电极、白金电极、铱金电极三种，如图9-10所示。图9-10火花塞的电极形式3．分电器传统的点火系的分电器其主要包括断电器、配电器、电容器、离心点火提前装置、真空式调节器和辛烷值选择器6部分组成部分，如图9-11所示。配电器的作用是将点火线圈产生的高压电按发动机各气缸的点火顺序配送火花塞，主要由分电器盖、分火头和高压线组成。图9-11触点式点火系统的分电器1—联轴节2—电容器3—触点及断电器底板总成

4—凸轮5—分火头6—分电器盖7—分电器壳体

8—真空提前调节器9—辛烷值选择器图9-12配电器结构（2）断电器断电器由触点副和凸轮组成（凸轮的凸角数与气缸数相等），其作用是用来接通和断开初级电路。

图9-13断电器1—接线柱2—活动触点3—固定触点4—固定螺钉

5—偏心调整螺钉6—断电器活动底板7—分电器壳

8—断电器凸轮9—分电器轴10—油毡

11—胶木顶块12—销轴13—弹簧片（3）离心点火提前装置离心点火提前装置通常装在断电器固定底板的下部，其作用是在发动机转速变化时，自动调整点火提前角。发动机转速越高，点火提前角应越大。如图9-14所示。图9-14离心点火提前装置

（4）真空点火提前装置真空点火提前装置的内部构造及工作原理如图9-15所示。图9-15真空点火提前装置工作原理9.3电子点火系统

9.3.1电子点火系统组成和工作原理电子点火系统的基本结构如图9-16所示。当发动机曲轴转动时，点火信号发生器产生对应气缸压缩终了的脉冲信号，此脉冲信号经电子器进行信号放大、波形整理、直流放大后，控制点火模块内的大功率三极管的导通和截止。图9-16电子点火系统的基本结构

三极管导通时，点火线圈初级电流形成回路，点火线圈储存磁场能；在三极管由导通转变为截止的瞬间，点火线圈初级电流骤然消失，使得次级绕组感应出20～30kV的高电压，经配电器按点火顺序配送至工作缸火花塞跳火。9.3.2电子点火系统主要部件的结构1．点火器点火器的作用是按照信号发生器输入的点火信号接通或断开点火系统的初级电路，使点火线圈次级绕组产生点火高压电。如图9-17所示。图9-17简化的点火器电路2．信号发生器（1）磁感应式信号发生器磁感应式信号发生器主要由导磁转子、感应线圈、定子、永久磁片等组成，如图9-18所示。图9-18磁感应式信号发生器它是利用电磁感应原理，将运动信号转换成传感线圈的感应电动势输出。该信号加在电子点火控制器上，作为点火触发信号。图9-19所示。图9-19传感线圈的磁通与感应电动势变化规律图（2）霍尔式信号发生器霍尔式信号发生器的结构如图9-20所示，主要由转子和定子组成。其中转子即触发叶轮，由分电器轴带动，其叶片数与发动机气缸数相等；定子（即触发开关）由带导磁板的永久磁铁和霍尔元件（集成电路）等组成。图9-20霍尔式信号发生器的结构霍尔式信号发生器的工作原理如图9-21所示。霍尔元件产生的霍尔电压由集成电路放大、脉冲整形后以矩形脉冲（方波）信号输出，如图9-22所示。图9-21霍尔式信号发生器的工作原理图9-22霍尔集成电路内部原理框图9.4电控点火系统

电控点火系统主要由各种传感器、发动机计算机（ECU）、点火控制器、点火线圈和火花塞等组成。电控点火系统通过各种传感器准确获知发动机的各种工作参数，并通过电子控制的方式精确控制点火提前角，使发动机在各种工况和使用条件下的点火提前角都能更加接近相应的最佳点火提前角。9.4.1电控点火系统的类型和组成1．分电器式电控点火系统分电器式电控点火系统由各种传感器、发动机计算机、点火控制器、点火线圈、分电器和火花塞等组成，如图9-23所示。图9-23分电器式的电控点火系统在分电器式电控点火系统中，ECU根据传感器的信号，按特定的程序计算最佳点火提前角和初级电路导通时间，并将计算结果转变为点火控制信号，通过点火控制器控制点火线圈初级电路的导通和断开，使之在适当的时刻产生点火所需的高电压，最后通过分电器和高压线送给各缸的火花塞。2．同时点火系统同时点火系统是在分电器式电控点火系统的基础上取消了分电器，采用2个气缸共用一个点火线圈，同时对2个处于上止点的气缸进行点火的方式，如图9-25所示。图9-25同时点火系统发动机ECU根据传感器的信号，通过点火控制器分别控制各个点火线圈初级电路的导通和断开，让每个点火线圈在发动机每个工作循环内各点火2次。当接近压缩上止点的气缸点火后，混合气燃烧做功，其点火有效；而此时另一个接近上止点的气缸处于排气行程，该缸的点火无效。同时点火系统由于废除了分电器，节省空间；由于没有配电器，不存在分火头与分电器旁电极间产生火花，因此有效地降低了点火系统对无线电的干扰；点火系统为全电子电路，无机械零件，无机械故障，可靠性高。3．独立点火系统独立点火系统是在每个气缸的火花塞上方设置一个点火线圈和点火控制器总成（见图9-26），每个点火线圈的次级绕组直接与火花塞相连，把高压电直接送给火花塞进行点火。图9-26独立点火系统1—发动机ECU

2—点火线圈和点火控制器总成3—凸轮轴位置传感器4—曲轴位置传感器5—火花塞独立点火系统由于无机械分电器和高压导线，因而能量损失、漏电损失小，电磁干扰小。由于采用了与气缸数相同的点火线圈，减少了点火线圈的工作负荷，能在发动机转速高达9

000r/min时，提供足够的点火电压和点火能量。由于取消了故障率较大的机械分电器和高压线，且点火线圈和点火控制器总成仅占用原来安装高压线绝缘套的位置，使其结构更加紧凑，故障率更小。9.4.2电控点火系统主要部件的构造1．同时点火系统的点火线圈同时点火系统一般将几个点火线圈和点火控制器布置在一起，形成点火线圈和点火控制