汽车电气设备课件：点火系 -

点火系点火系的构造和工作原理点火系的工作特性及影响因素点火系的使用和维修概述二、分类:有触点点火系无触点点火系计算机控制点火系一、功用:

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，使发动机作功。

能够在火花塞两电极间产生电火花的全部设备称为发动机点火系§4.1对点火系的基本要求一、能产生足以击穿火花塞电极间隙的电压1.火花塞间隙的大小2.汽缸内混合气的压力与温度3.电极的温度和极性4.发动机的工作情况二、火花塞应具有足够的能量三、点火时刻应适应发动机的工作情况1.转速2.负荷3.起动及怠速4.汽油的辛烷值5.压缩比6.混合气的成分7.火花塞的数量8.进气压力

不同点火时刻的发动机示功图

点火太早，较多的混合气在压缩行程中燃烧，气缸内压力急剧上升，阻止活塞向上移动，这样不仅会使发动机功率下降，油耗增加，还会引起爆燃。

点火太晚，在活塞接近上止点时才点火，绝大部分混合气在作功行程气缸容积不断增大的情况下进行燃烧，从而使气缸内的压力降低。同时由于燃烧气体与气缸壁接触面积增大，热损失增加，使发动机的功率下降、油耗增加。

1.电源2.点火开关

3.点火线圈断电器4.分电器②配电器③电容器④点火提前调节装置5.火花塞

一、点火系的组成§4.2点火系的工作原理及构造二、工作原理

点火系统将12v或24v的低压电转变为1000v以上的高压电是由点火线圈和断电器共同完成的，并由分电器分配到各缸火花塞。点火线圈配电器断电器火花塞四缸点火演示简图从传统点火系的工作原理分析知,其工作过程分为三个阶段：1、触点闭合，初级电流增长的过程——磁场储能阶段由回路电压法有：

UB-eL-i1R=0（A）其中：R=R1+RfeL=–L(di1/dt)R1——初级绕组的电阻

L——初级绕组的电感i1UBeLRfKCN1R1三、点火系工作过程分析代入（A）式得：解上述i1的微分方程，并注意到零初始条件（t=0，i1=0）得到：可见：触点闭合时，初级电流按指数规律增长，并逐渐趋于极限UB/R。其初级电流增长曲线见右图所示。UB/Rti1tB断开断开闭合IpImax初级电流的增长规律也可用“三要素法”来推导：

三要素：

i1(0+)=0;i1(∞)=UB/(R1+Rf)=UB/R;τ=L/(R1+Rf)=L/R将三要素代入下式：

i1(t)=i1(∞)+[i1(0+)–

i1(∞)]·e–

t/τ可得：

i1(t)=（UB/R）+[0–UB/R]·e–(R/L)t=（UB/R）[1–e–(R/L)t]此阶段的实质是：电能→磁场能（储存）。显然，tb↑，i1↑，但i1≤UB/R，即i1的最大值由初级回路电参数决定。此期间，由于点火线圈的初级有电流变化，产生自感电势，次级也产生互感电势，但该电动势较小，约1·5~2KV，为点火电压的1/10，故不能击穿火花塞间隙。2、触点打开，次级绕组产生高压——磁场能转变电场能经过tb时间后，i1↑为Ip，Ip也是触点打开瞬间的电流，故称之为初级断电电流，其值为：

磁场能：

Wp=1/2（L·Ip2）（J）断电器触点打开瞬间，i1迅速↓0，di1/dt较大，在点火线圈的初级产生约200~300伏的自感电动势。通过互感变压作用，在次级中产生18000~20000伏的自感电势。

高压点火线圈中的次级电压U2的变化规律如下图所示：i1i2U2ttt断开断开闭合IptbU2max电容放电电感放电电容放电电感放电

次级最大电压U2max的求法：假设：（1）U2刚好达到能击穿点火的临界状态，但尚未点火。（2）不考虑热能损耗和其他能量损失。在此二假设前提下，可认为点火线圈初级与电容C1和R构成一振荡回路，点火线圈次级与分布电容C2和R构成另一振荡回路。能量在此二振荡回路中由磁能转化为电能，再由电能转变为磁能。当磁场能量全部转变为电场能时，将在C1和C2中形成最大电压，分别为U1max和U2max，其电场能为：

WC1=1/2（C1U12max）

WC2=1/2（C2U22max）U2RfemeLc1c2U1N2N1如前所述，触点断开前的磁场能量为Wp=1/2（LIp

2）根据能量守恒应有：Wp=WC1+WC2即：1/2（LIp2）=1/2（C1U12max）+1/2（C2U22max）

=1/2{[（U1max/U2max）2·C1+C2]·U22max}按照互感变压原理知：

U1max/U2max=N1/N2故LIp2=U22max[（N1/N2）2C1+C2]若考虑热能损失，可用系数η表示，η=0.75~0.85故可见：U2max∝Ip，而随C1、C2↑而↓。3、火花塞电极间火花放电阶段：实际由于火花的产生，使U2＜U2max，当U2达到Uj时便击穿点火。火花放电由“电容放电”和“电感放电”两部分构成。电容放电——指火花间隙被击穿时，储存C2中的能量迅速放出，维持火花的过程。特点是：放电时间短(1μs)，放电电流大（数十安培）。电感放电——火花间隙被击穿后，线圈磁场的剩余能量沿电离的火花间隙缓慢放电，形成火花尾的过程。特点是：t放长，I放较小（约几十毫安）。1、点火线圈功用：变低压为高压。①开磁路点火线圈分类：②闭磁路点火线圈四、主要部件2、分电器

构造：

功用：

接通和切断初级线圈电路，并按各缸的工作顺序将高压电适时送至各缸火花塞。分电器盖分火头电容器真空提前角调节装置断电器（1）断电器①功用

接通和切断初级绕组的电路，使其电流发生变化，以便在次级绕组中产生高压电。②构造固定底板壳体活动底板偏心螺钉固定触点接线柱活动触点凸轮弹簧片真空提前调节机构弹簧

③作用：

周期性的接通断开一次绕组，使初级电流发生变化，在点火线圈中生成次级电压触点间隙：

0.35—0.45mm（2）配电器

①作用：将点火线圈中产生的高压电，按发动机各缸的工作顺序轮流分送到各缸火花塞。②构造：

分火头(制有铜质导电片）分电器盖等(制有旁插孔)中心电极分火头旁电极分电器盖

功用：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，提高点火电压（3）电容器（4）点火提前调节装置离心式点火提前调节装置真空式点火提前调节装置（4）点火提前调节装置离心式点火提前调节装置真空式点火提前调节装置离心提前调节装置真空提前调节装置——改变触点与凸轮的相位关系

在发动机转速一定时，节气门后真空度只取决于节气门开度。节气门开度愈小(负荷愈小)，节气门后通气孔处真空度愈高，点火提前角也愈大。

真空式点火提前调节装置3、火花塞①功用：产生电火花，点燃混合气。

主要由外壳、电极（中心电极和侧电极）、绝缘体、接线柱等组成。②构造：③分类：热型中型冷型④电极间隙：中心电极侧电极电极间隙指的是中心电极与侧电极之间的间隙。电极间隙过小：火花微弱，并且容易因产生积碳而漏电；电极间隙过大：所需的击穿电压增高，发动机不易启起动，且在高速时易发生“缺火。

一般的电极间隙为：0.6～0.8,现代的汽车甚至采用1.0～1.2，可以改善排气净化。（一）点火系工作特性：1、定义：U2max=f（n）称为点火系的工作特性。2、点火系工作特性数学模型的建立（1）触点闭合时间与发动机转速的关系设：n——发动机转速

Z——发动机气缸数

τb——触点相对闭合时间τb=tb/T则：曲轴转一周的时间为1/n（min)=60/n(s)

凸轮轴转一周的时间为2×60/n(s)=120/n(s)

触点的启闭周期为T=120/(z·n)，而T=tb/τb所以,由tb/τb

=120/(z·n)可得tb=τb·120/(z·n)可见：随n↑，tb↓。§4.3点火系的工作特性及影响因素闭合电流随转速的变化关系为：下图表示在不同转速下，初级电流i1的变化情况：246810ti11231200r/min(a)(ms)246810ti11232400r/min(a)(ms)246810ti11234800r/min(a)(ms)3、工作特性曲线：将tb代入U2max的表达式,得：

由于n低，触点打开缓慢，形成火花，损失了一部分电磁能。nU2maxUj极限转速（二）影响U2max的因素次级最大点火电压除与转速n有着强烈的依赖关系外，还与以下因素有关，受着它们的影响：1、发动机缸数Z

Z增大时，对U2max的影响有以下两种情况：（1）在低转速区，当n相同时，Z增大使触点打开时间相对↑，触点断开迅速，火花能和电磁能损失↓，U2max↑。（2）在高转速区，当n相同时，凸轮每转一周的触点启闭数↑→tb↓→Ip↓→U2max↓。因此，单就点火而言，四缸机比六缸机可达的最高转速大。r/minnU2maxZ=4Z=6低速区高速区Ujnmaxnmax2、触点间隙δ

（1）

δ↑，闭合时，触点臂顶块向凸轮中心移近，故触点的闭合角α↓，启开角γ↑→tb↓→Ip↓→Ip→U2max↓

。（2）δ↓→α↑→tb↑→Ip↑→U2max↑。但δ太小，空气隙在较低的电压下将击穿，使触点火花加强，损失初级电磁能量，使

U2max↓

。这叫“物极必反”。一般δ=0.35~0.45mm。δγαγα3、电容C1和C2（1）C1↓，理论上U2max↑，实际上，当C1小到一定值时，U2max

反而↓，这是因为C1

太小，不能吸收触点两端的电能，使触点产生火花，损失电磁能量。（2）C2↓，U2max↑，但C2不可能小到0，因分布电容总是存在的。U2maxC1U2maxC2理论计算实际试验一般，C1=0.15~0.35µF4、火花塞积炭火花塞积炭附积在电极间的绝缘体上，相当于在电极两端并联有一个电阻，使次级形成一闭合回路。当触点打开，次级电压U2↑时，就会通过该回路放电，使U2无法建立到击穿火花塞间隙的高度，导致U2max↓。

火花塞积炭可采用“吊火”的办法判定。附加间隙在分火头和傍电极之间，为0.5~0.8mm。附加间隙5、点火线圈温度TLTL↑↑(过热)→RL↑→初级总电阻R↑→Ip

↓→U2max

↓。点火线圈过热的原因：天气炎热、发动机过热、电压过高。Rfc1c2N2N1Rjt+-三、点火系的性能改善1.增大初级断电电流1）在初级电路中串接附加电阻2）应用闭合角控制电路2.对点火线圈进行限流保护§4.5电子点火系1.触点易烧蚀；

2.点火能量的提高受限；

3.随气缸数和转速的增加，次级电压下降；

4.易产生积碳，使次级电压降低。2、类型1、传统点火系的不足

晶体管辅助点火系

无触点电子点火系一、传统点火系统存在的缺点：1、次级电压随发动机转速升高而下降，使高转速发动机不能可靠点火；2、对火花塞积炭敏感，当火花塞积炭和污染时，次级电压下降，降低了点火可靠性；3、断电器触点分开时，在触点处形成火花，烧蚀触点，缩短了使用寿命，并且也限制了初级电流，限制了点火能量的增大，难以燃用稀混合气达到节油目的。一、晶体管辅助点火系统

无触点电子点火系：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。从而避免了任何与触点有关的故障的发生。二、无触点电子点火系统按传感器的形式不同可分为：磁感应式霍尔效应式光电式等点火信号发生器:作用：用来判定活塞在气缸中所处的位置，并将非电量的活塞位置信号转变成为脉冲电信号输送到点火控制器，从而保证火花塞在恰当的时刻点火。

组成：1、磁脉冲式点火信号发生器结构：

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，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。工作原理：特点及应用：

磁脉冲式点火信号发生器结构简单，成本较低，应用广泛。如日本丰田轿车，北京切诺基等。2、霍尔效应式点火信号发生器结构：

主要由霍尔触发器、永久磁铁和带缺口的转子等组成。

1、永久磁铁2、外加电流3、霍尔电压4、霍尔触发器5、接触面6、磁力线7、剩余电子。2134567UHI即：点火信号电压。霍尔效应原理

当直流电压作用于触发器的两端时，便有电流I在其中通过，如果在垂直于电流的方向还有外加磁场的作用，则在垂直于电流和磁场的方向上产生电压UH，该电压称为霍尔电压，这种现象称为霍尔效应。

1、当叶片进入永久磁铁和霍尔元件之间时，不产生霍尔电压，集成电路放大级输出级导通，初级绕组有电流；2、当叶片离开时，产生霍尔电压，集成电路放大级截止，初级电流被切断，次级绕组中感应出高压电动势。霍尔效应无触点点火装置组成示意图特点及应用：

霍尔效应式点火信号发生器比磁脉冲式点火信号发生器的性能稳定，耐久性好、寿命长，点火精度高，且不受温度、灰尘、油污等影响，特别是输出的电压信号不受发动机转速的影响，使发动机低速点火性能良好，容易起动，因而其应用日益广泛。如奥迪、桑塔纳等轿车。分电器：取消了断电器(触点和凸轮)和电容器，增加了点火信号发生器(信号转子和传感部分)。

点火控制器作用：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：电子点火系统所采用的点火线圈是用点火控制器控制其初级电路通断的，所以其初级电流可以增大，点火线圈的电感和电阻一般较小。因此，一般情况下，不能和传统点火系统点火线圈互换。

3、实例1）组成（1）T1和T2组成点火信号检出电路（2）T3和T4组成开关放大电路（3）电源开关电路2）T1的发射极与基极短接，作为二极管使用。起T2的温度补偿作用；3）工作过程（1）接通点火开关K，当T2导通时，P点的电位降低，T3截止而其集电极电位高，T4、T5导通，有初级电流；（2）当T2截止时，P点电位升高，T3导通而其集电极电位降低，T4、T5便截止，初级电路被切断，次级产生高压。4）T2的导通还是截止取决于P点的电位。（1）P点的直流电位是一定的，且略高于T2的工作电位；（2）当A点的电位高于P点的直流电位时，T1因承受反向电压而截止。这时P点的电位高于T2的工作电位，故T2导通；3）当A点的电位低于P点的直流电位时，T1导通，P点的电位降低。当P点的电位低于T2的工作电位时，T2截止。5）辅助元件的作用（1）稳压管DW1、DW2用来限制传感线圈的输出电压，以保护T1和T2；（2）稳压管DW3和电容器C2用来稳定电源电压；（3）稳压管DW4保护T5免受自感电动势的损害。东风EQ1090型汽车的无触点点火系闭合角控制电路电路原理使用注意事项：1.蓄电池的搭铁极性不可接错，否则极易损坏电子控制装置。2.点火器与车身的搭铁要可靠，尽量减少搭铁处的接触电阻，确保点火系正常工作。3.高压线的连接必须牢固可靠，否则，有可能出现发动机断火、工作不正常现象。也容易造成分电器盖、分火头及点火线圈外壳等被击穿损坏的可能。4.洗车时，注意不要使水溅到点火器和分电器上。5.发动机运转时，不可随意拆除蓄电池接线。6.无触点点火系中的点火线圈一般为专用，不可用普通点火线圈取代。四、电容放电式电子点火系

(CapacitorDischargeIgnitionSystem)

1、组成和工作原理N1N2触发器分电器可控硅+–12V直流升压器储能电容点火线圈300~500V电容放电式电子点火系的特点：1.二次测电压不受发动机转速的影响2.对火花塞积炭不敏感3.延长点火线圈的使用寿命4.对蓄电池极为有利5.能量利用率高缺点：点火持续时间过短、对无线电产生严重干扰，成本高2、实际电路及其工作原理分析N1N2+–12V直流升压器

R1R3R5R4T1R2R8R6R10R7R11R9T2D5D1~D4D6SCR1SCR2D7D8D9C1C3C4C2SW断电器N1Nf1N2Nf2N3储能电容（1）直流升压器工作原理N1N2+–12V直流升压器

R1R3R5R4T1R2R8R6R10R7R11R9T2D5D1~D4D6SCR1SCR2D7D8D9C1C3C4C2SW断电器N1Nf1N2Nf2N3储能电容++––+––+N1N2+–12V直流升压器

R1R3R5R4T1R2R8R6R10R7R11R9T2D5D1~D4D6SCR1SCR2D7D8D9C1C3C4C2SW断电器N1Nf1N2Nf2N3储能电容+––++–+