《汽车电路》-4 点火系统

4.1概述点火系统的作用是适时地为汽油发动机气缸内已压缩的可燃混合气提供足够能量的电火花，使发动机能及时、迅速地燃烧做功。点火系统性能的好坏对发动机的工作有十分重要的影响，故点火系统应在发动机各种工况和使用条件下，均应保证可靠而准确地点火。4.1.1对点火系统的要求(1)能迅速及时地产生足以击穿火花塞电极间隙的高电压火花塞电极之间能产生电火花的电压称为击穿电压，它与很多因素有关。1)火花塞电极间隙的大小。火花塞电极间隙越大，所需击穿电压越高。下一页返回4.1概述

2)气缸内混合气的压力与温度。火花塞击穿电压与混合气的压力和温度并无直接关系，而是与混合气的密度有关。混合气的密度越大，即每单位体积中气体分子的数量越多，离子自由运动的距离(即两次碰撞之间的距离)就越短，故不易发生碰撞电离作用。压力和温度的改变直接影响着混合气的密度。

3)电极的温度和极性。实验证明，当火花塞的电极温度超过混合气的温度时，击穿电压降低30%~50%。这是因为电极温度越高，包围在电极周围的气体密度就越小，容易发生碰撞电离的缘故。上一页下一页返回4.1概述此外，当受热的电极是负极(即火花塞的中心电极是负极性)时，火花塞的击穿电压约可降低20%。这是因为热的金属表面比冷的金属表面容易发射电子，发动机工作时，火花塞的中心电极较侧电极温度高，因而电子容易从中心电极向侧电极发射，使火花塞间隙处离子化程度高，火花塞容易跳火。为此无论是哪一种点火系统，其高压回路都是正极搭铁。

4)发动机的工作情况。发动机工作情况不同时，火花塞的击穿电压也不同，其值随发动机的转速、功率、压缩比、点火提前角以及混合气的成分而改变。发动机启动时所需的击穿电压最高，当火花间隙为0.7mm时可高达19kV。上一页下一页返回4.1概述这是由于启动时气缸壁、活塞以及火花塞的电极都处于冷态，吸入的混合气温度低、雾化不良而造成。此外，汽车加速时，由于大量的冷混合气突然进入

气缸，使火花塞中心电极温度降低，所需的击穿电压也较高。

(2)火花应具有足够的能量要使混合气可靠点燃，火花塞产生的电火花应具有一定的能量。发动机正常工作时，由于混合气压缩终了的温度接近其自燃温度，因此所需的火花能量很小(1~5mJ)。传统点火系统能发出15~50mJ的火花能量，足以点燃混合气。但在发动机启动、怠速运转以及节气门急剧打开时，则需较高的火花能量。上一页下一页返回4.1概述启动时，由于混合气雾化不良，废气稀释严重，电极温度低，故所需的点火能量最高。另外，为了保证发动机能在较高经济性和污染排放量指标的基础上正常工作，其可靠的点火能量应为50~80mJ，启动时应产生大于100mJ的火花能量。

(3)点火时刻应与发动机各种工况相适应发动机工作时，气缸内混合气从开始点火到完全燃烧需要一定的时间(约千分之几秒)。为了使发动机能发出最大功率，点火时刻不应在压缩行程终了，而应适当提前。汽油机的点火时刻用点火提前角来表示，点火提前角是指从火花塞电极间跳火开始，到活塞运行至上止点为止这一段时间内曲轴所转过的角度。上一页下一页返回4.1概述通常把发动机发出最大功率和油耗最小时所对应的点火提前角称为最佳点火提前角。如果点火过早，则燃烧大部分在压缩行程中进行，气缸内压力急剧升高，活塞上行阻力增大，虽然最大燃烧压力高，但是所做的功并非最大，不仅使发动机功率下降，油耗增加，而且发动机运行粗暴，振动和噪声大，甚至还会引起发动机的爆震燃烧。如果点火过迟，则燃烧大部分在活塞下行时容积增大的情况下进行，燃烧压力损失太大，发动机功率下降，同时由于炽热的燃气与气缸壁的接触面积增大，热损失增多，导致发动机过热，油耗增大。上一页下一页返回4.1概述不同发动机的最佳点火提前角各不相同，即使是同一台发动机，在不同工况和使用条件下的最佳点火提前角也不相同。影响最佳点火提前角的因素主要如下:1)转速和负荷。发动机转速越高，最佳点火提前角越大。此外，在同一转速下，随着发动机负荷的增大，最佳点火提前角应减小。

2)启动及怠速。虽然发动机启动和怠速时，混合气燃烧速度较慢，但混合气的全部燃烧时间只占较小的曲轴转角。上一页下一页返回4.1概述如果点火过早，则燃烧过程可能在活塞运行至上止点以前就结束，而使曲轴反转，因此发动机启动和怠速时，应减小点火提前角(一般为5°~6°)或不提前。

3)汽油的辛烷值。发动机在一定条件下，会出现爆燃现象。爆燃使发动机动力下降，油耗增加，发动机过热，因此对发动机极为有害。发动机的爆燃与汽油品质有密切关系。汽油的牌号是用辛烷值来表示的，辛烷值大(高牌号)的汽油其抗爆性能好，不易爆燃。因此在使用辛烷值低的易爆燃汽油时，应适当减小点火提前角。上一页下一页返回4.1概述使用同一牌号的汽油，如点火过早，混合气的燃烧容易转为爆燃，这是因为燃烧是在压力增高的时候进行的，燃烧室中先燃烧的部分混合气膨胀而压缩未燃烧的混合气，使其温度急剧上升到自燃温度而突然自行全部着火，形成爆燃。此外，混合气成分、发动机进气压力和冷却水温度对最佳点火提前角的影响也很大。当混合气的过量空气系数a=0.8~0.9时，所需的最佳点火提前角最小，这是因为此时的燃烧速度最快。因此，当混合气变稀或变浓时，由于燃烧速度变慢，最佳点火提前角必须相应增大。进气压力减小时，由于扰流变弱，压缩终了的压力和温度也相应减少，使燃烧速度变慢，因此最佳点火提前角应增大。上一页下一页返回4.1概述为使发动机在把热能转换成机械能过程中输出最大功率，点火系统必须在适应上述情况下实现最佳点火。4.1.2点火系统的分类(1)传统点火系统图4.1所示为传统点火系统又称机械触点式点火系统，它利用机械触点控制点火提前角，并利用机械离心装置和真空装置对点火提前角进行自动调节。发动机工作时，为保证点火顺序，传统点火系统利用分电器给各缸配电。传统点火系统的结构简单、成本低，在汽油机上应用最早。上一页下一页返回4.1概述传统点火系统在汽车上的使用已有近一个世纪的历史，但由于机械触点的存在，导致其点火能量低、工作可靠性差、对火花塞积炭敏感、对无线电干扰大，已不能适应现代汽车发展的要求，点火性能好、工作可靠、点火提前角控制精度更高的电子点火系统已成为现代汽车点火系统的主流，传统点火系统已逐渐被淘汰。

(2)普通电子点火系统普通电子点火系统的功能和工作原理与传统点火系统基本相同，只是控制点火提前角的元件用电子点火器取代了断电器，它利用晶体管的导通和截止来控制点火线圈一次绕组回路的通断，而晶体管的导通与截止则用点火信号发生器产生的信号来控制。上一页下一页返回4.1概述普通电子点火系统仍保留了机械离心式和真空式点火提前角自动调节装置。车用汽油机电感储能式普通电子点火系统，按点火信号发生器的结构原理不同，又分为电磁式、霍尔式和光电式三种类型。电磁式电子点火系统的点火信号发生器利用电磁感应原理产生点火信号;霍尔式电子点火系统的点火信号发生器利用霍尔效应原理产生点火信号;光电式电子点火系统的点火信号发生器利用光电效应产生点火信号。

(3)电控点火系统在电控点火系统中，由ECU来控制和修正点火提前角，甚至可取消分电器，完全取消机械装置，称为全电子点火系统。上一页下一页返回4.1概述电控点火系统由于减少甚至取消了机械装置，与其他点火系统相比，不仅点火提前角的控制精度更高，而且能量损失少、对无线电干扰小、工作可靠。电控点火系统除点火提前角控制功能外，还具有爆燃控制、通电时间控制等功能。随着汽车电子控制技术的发展和普及，电控点火系统的应用也越来越多。上一页返回4.2传统点火系统4.2.1传统点火系统的组成及功用传统点火系统的组成如图4.1所示，主要包括以下几部分。1)电源。为蓄电池或发电机，其作用是给点火系统提供低压电源，电压一般为12V。2)点火线圈。其作用是将12V低压电变成15~20kV的高压电，也称为变压器。点火线圈初级绕组匝数少、导线粗，次级绕组匝数多、导线细。3)分电器。分电器包括断电器、配电器、电容器和点火提前机构等部分。下一页返回4.2传统点火系统断电器的作用是接通与切断初级电路;配电器的作用是将点火线圈产生的高压电，按照发动机的工作顺序送至各缸火花塞;电容器的作用是减少断电器触点火花，延长触点使用寿命和提高次级电压;点火提前机构的作用是随发动机转速、负荷和汽油辛烷值变化改变点火提前角。4)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。

5)附加电阻。其用来改善点火性能和启动性能。6)点火开关。其用来控制点火系统初级电路;还用来控制仪表电路、启动继电器电路等。上一页下一页返回4.2传统点火系统4.2.2传统点火系统的基本工作原理图4.2所示为传统点火系统的工作原理电路图。在传统点火系统中，当发动机转动时，断电器凸轮在凸轮轴的驱动下也随之旋转。凸轮转动时，断电器触点交替地闭合和打开。当点火开关接通后，如触点闭合时，便接通蓄电池(或发电机)向初级绕组供电，其电路:蓄电池正极→电流表→点火开关→点火线圈“开关+”接线柱→附加电阻Rf

→点火线圈“开关”接线柱→点火线圈初级绕组W1

→点火线圈“-”接线柱→断电器触点K→搭铁→蓄电池负极。初级电流流经的电路，称为低压电路或初级电路(I1用实线表示)。上一页下一页返回4.2传统点火系统初级电流在初级绕组W1中逐渐增大至某一值并建立较强的磁场。当凸轮将触点打开时，初级电路被切断，初级电流及磁场迅速消失，在两个绕组的每一匝中都感应出电动势。由于次级绕组W2的匝数多，因而在次级绕组内就感应出15~20kV的电动势。此时，随凸轮同轴旋转的分火头恰好对准某缸的旁电极，该高压电便经配电器加于火花塞，它足以击穿火花塞的电极间隙，产生火花，点燃混合气。高压电流I2的回路(电感放电):次级绕组W2→附加电阻→“开关+”接线柱→点火开关→电流表→蓄电池→搭铁→火花塞侧电极→中心电极、配电器(旁电极、分火头)、次级绕组W2(I2用虚线表示)。一般从点火线圈到火花塞的电路被称为高压电路，也叫次级电路。上一页下一页返回4.2传统点火系统由上可知，断电器触点每打开一次，产生一次高电压，当分电器轴转一圈时，由配电器按照点火顺序将高压电轮流引至各气缸点火一遍。发动机工作时，该过程周而复始地进行，若要停止发动机工作，只要断开点火开关即可。4.2.3工作过程分析由以上可见，传统点火系统的工作过程可分为以下三个阶段。(1)触点闭合，初级电流按指数规律增长触点闭合，初级电路接通，但因初级绕组中电流变化较小，次级电压低，并且此时分火头未对准旁电极，次级电路无电流(火花塞间隙未被击穿)。上一页下一页返回4.2传统点火系统次级电路是开路，对初级电路无影响。此时，点火系统电路可等效为如图4.3所示的电阻、电感串联电路。触点闭合，初级电流l1增长，在初级绕组中产生自感电动势EL1，初级绕组两端的电压为U1，在次级绕组中产生互感电动势EL2，次级绕组两端的电压为U2。根据电工理论和数学推导，触点闭合时，初级电流按指数规律增长。初级绕组和次级绕组两端的电压分别为上一页下一页返回4.2传统点火系统在触点闭合后20ms，初级电流就接近于稳定值。此时，次级电压按指数规律减少。当触点刚闭合时，次级电压为负的最大值，为1.5~2kV，随后逐渐减小;当t→∞时，U2=0，初级电流、次级电压和次级电流的变化规律如图4.4所示。由此可见，触点闭合时，初级电流l1按指数规律增长，次级电压U2按指数规律减少。因为初级电流变化率小，次级电压低，不能击穿火花塞间隙，次级电路为开路，次级电流I2=0.上一页下一页返回4.2传统点火系统(2)触点打开，次级绕组产生高压电触点闭合时间增长到tb时，触点被凸轮顶开，此时初级电流I1=IP，称为初级电路断开电流，其值为触点打开后，初级电流迅速降为零，在初级绕组和次级绕组中产生感应电动势。初级绕组匝数少，产生200~300V的自感电动势;次级绕组匝数多，产生15~20kV的互感电动势，经配电器加于火花塞上，足以击穿火花塞电极间隙，产生电火花。此时，点火系统的等效电路如图4.5所示。触点打开后，忽略蓄电池的内阻和电动势，初级电路可等效为C1-L1-R振荡电路。上一页下一页返回4.2传统点火系统当初级电路振荡时，次级电压也随之变化，如果次级电压最大值小于击穿电压，火花塞电极间隙不能击穿，则初级电流I1和次级电压U2按图4.4所示虚线变化，经几次振荡后消失。在振荡的第一个半波，且初级电流I1=0时，次级电压U2最大，为U2max。根据电工理论和数学推导，可求得(3)火花放电上一页下一页返回4.2传统点火系统当火花塞电极间隙击穿后，就进入了火花放电阶段。此时次级电流I2迅速增加，次级电压U2骤然下降。击穿时，储存在电容C2中的能量首先迅速放出。其特点是放电电流很大，可达5~50A;但放电时间极短约1µs;可观察到明亮的蓝色火花，起到点燃混合气的作用。电容放电阶段伴随有迅速消失的高频振荡，是干扰无线电的主要因素。电容放电只消耗了磁场能的一部分。剩余磁场能将沿着电容放电时被强烈电离的通道继续放电，这一阶段被称为电感放电，也称为火花尾。其特点是放电电压低，约为600V，并且电压几乎不变。放电时间长，约几毫秒。放电电流小，为几十毫安。适当增加电感放电部分，有助于提高着火性能。上一页下一页返回4.2传统点火系统随着磁场能的消耗，次级电流I2不足以维持放电而停止，次级电压在线路中几次振荡后消失。另外，次级电压上升时间对点火性能影响很大。次级电压上升时间是指在规定条件下，把次级电压从1.5kV上升到15kV所需的时间。电压上升时间短，损失小，点火能量就高。4.2.4点火系统的工作特性点火系统的工作特性就是研究诸因素对点火系统次级电压的影响。因为次级电压高低直接影响发电机的工作性能，所以研究点火系统的工作特性是很重要的。(1)发动机转速与气缸数对次级电压U2max的影响上一页下一页返回4.2传统点火系统触点闭合后，初级电流l1就按指数规律增长，闭合时间越长，断开电流IP就越大。当发动机转速升高时，触点闭合时间缩短了。因而断开电流IP减小，次级电压降低。如图4.6所示为不同转速时初级电流增长情况，图4.7所示为传统点火系统的次级电压与转速的关系。可以看出，转速越高，次级电压U2max低。当转速很低时，虽然触点闭合时间长，但触点打开的速度慢，触点间会产生电弧放电，消耗了一部分能量，而且减小了磁通变化率，导致次级电压U2max下降。气缸数越多，凸轮的凸角数越多。凸轮每转一周，触点开闭的次数增多，于是触点闭合的时间缩短，断开电流IP减小，次级电压降低。图4.8能反映出气缸数对次级电压U2max的影响。上一页下一页返回4.2传统点火系统由以上分析可知，随着发动机转速和气缸数的增加，触点闭合时间缩短，断开电流IP减小，次级电压下降。次级电压随转速升高而下降的现象，将造成发动机高速断火。在图4.8中作一条击穿电压叫水平线，此水平线与曲线交点所对应的转速，即为发动机的极限转速。超过此转速，将不能保证可靠点火，并且随发动机缸数的增加，极限转速降低。这限制了传统点火系统在多缸、高转速发动机上的应用。

(2)火花塞积炭对次级电压U2max的影响如果发动机工况不良，在火花塞绝缘体上会形成积炭。积炭是具有一定电阻的导体，因此相当于在火花塞电极间并联了一个分路电阻Rjt，如图4.9所示，使次级电路成为闭合回路。上一页下一页返回4.2传统点火系统在触点分开，次级电压上升过程中，通过积炭产生泄漏电流，消耗了一部分磁场能，从而使次级电压U2max降低。当积炭严重时，由于泄漏严重，致使次级电压U2max低于火花塞击穿电压Uj，火花塞电极间不能形成火花。当火花塞积炭严重而不能跳火时，可将火花塞与高压线之间留有3~4mm附加间隙，此时火花塞便能正常工作，这种方法称为“吊火”，如图4.9所示。当采取“吊火”时，因为增加了附加间隙，则泄漏电流不能发生，只有当次级电压达到较高值时，才能同时击穿附加间隙和火花塞间隙，产生火花，点燃混合气。火花塞积炭时采用“吊火”的方法，能起到改善点火的作用，但这种方法只能作为汽车运行中的临时补救措施。上一页下一页返回4.2传统点火系统当发现火花塞积炭严重时，应及时清除，否则长期使用“吊火”来提高次级电压，将加重点火线圈的负担而加速损坏。此外，在使用时应注意防火安全。为了避免火花塞积炭对次级电压的影响，近年来有些国家生产的火花塞，在中心杆的上端，留有2.54~6.35mm的附加间隙。

(3)电容对次级电压的影响次级电压的最大值随C1,C2的减小而增高。理论上，当C1=0时，U2max最大。但实际上，当电容C1过小时，触点间的火花增大，消耗了线圈的部分磁场能，同时由于初级电流不能立即切断，使磁通变化速率减小，因而次级电压降低。上一页下一页返回4.2传统点火系统若C1过大时，触点火花虽小，但电容的充电周期较长，磁通变化速率减慢，次级电压值也要降低。一般C1值在0.15~0.35µF之间为宜。图4.10、图4.11所示分别为次级电压最大值与C1,C2的关系。(4)触点间隙对次级电压的影响触点间隙调整不当，会使触点闭合角改变，进而影响次级电压的最大值。所谓触点闭合角是指触点闭合时分电器凸轮转过的角度。触点闭合角大，触点相对闭合时间长。触点闭合角由凸轮形状和触点间隙决定。触点闭合角的大小与发动机的转速无关。由于凸轮形状在制造时已确定，因此工作中只有触点间隙大小影响闭合角。若触点间隙过大，则凸轮转动时，触点被提前打开，触点闭合角变小，触点闭合时间tb缩短，断电电流IP减小，从而使次级电压U2max下降。上一页下一页返回4.2传统点火系统若触点间隙适当减小，则触点闭合角变大，触点闭合时间，l增长，断电电流IP也增大，可以提高次级电压。若触点间隙调得过小，触点闭合角过大，又会造成触点分离不彻底，特别是在发动机低转速时，将使触点火花明显增强，降低磁能变化率，使次级电压下降。一般规定触点间隙在0.35~0.45mm之间。触点间隙的大小不仅影响次级电压，同时也影响点火时刻。如间隙增大时，由于触点被提前打开，会使点火提前;反之，如间隙减小时，又会使点火延迟。使用中由于触点烧蚀和触点臂胶木顶块磨损，会使触点间隙变化，故应及时打磨触点，调整触点间隙。上一页下一页返回4.2传统点火系统此外，触点的技术状况也影响次级电压。触点烧蚀、接触不良等，都会使初级电路电阻增大，断开电流IP减小，次级电压下降。所以在使用中应确保触点间隙合适，且接触良好。4.2.5点火系统的构造

(1)点火线圈点火线圈是将电源的低压电转变为高压电的基本元件，由初级线圈、次级线圈和铁芯等组成。按磁路的结构形式不同，可分为开磁路式点火线圈和闭磁路式点火线圈。1)开磁路式点火线圈。开磁路式点火线圈的结构如图4.12所示。上一页下一页返回4.2传统点火系统点火线圈的中心是用硅钢片叠成的铁芯，在铁芯外面套上绝缘的纸板套管，套管上绕次级线圈，它用直径为0.06~0.10mm的漆包线绕11000~23000匝。初级绕组用直径为0.5~1.0mm的高强度漆包线，绕在次级绕组的外面，以利于散热，一般绕230~370匝。绕组绕好后在真空中浸以石蜡和松香的混合物，以增强绝缘。绕组和外壳之间装有导磁钢套，底部有瓷质绝缘支座，上部有绝缘盖，外壳内充满沥青或变压器油等绝缘物，以加强绝缘并防止潮气侵入。三接线柱式点火线圈的绝缘盖上有接线柱“-”“开关”“+开关”和高压插孔，它们分别接断电器、起动机附加电阻短路接线柱、点火开关和配电器。上一页下一页返回4.2传统点火系统与两接线柱式点火线圈的主要区别是外壳上装有一个附加电阻，为固定该电阻，增加了一个低压接线柱。附加电阻就接在标有“开关”和“+开关”的两接线柱上，与点火线圈的初级绕组串联。附加电阻可用低碳钢丝、镍铬丝或纯镍丝制成，具有受热时电阻迅速增大，而冷却时电阻迅速降低的特性。因此，在发动机工作时，可自动调节初级电流，改善启动和高速时的点火特性。当初级电流流过点火线圈的初级绕组时，使铁芯磁化，其磁路如图4.13所示。由于磁路的上、下部分都是从空气中通过的，初级绕组在铁芯中产生的磁通需经壳体内的导磁钢片形成回路，铁芯自身未构成回路，所以称为开磁路式点火线圈。开磁路式点火线圈磁路的磁阻大，漏磁较多，能量损失多。上一页下一页返回4.2传统点火系统

2)闭磁路式点火线圈。闭磁路式点火线圈的结构如图4.14(a)所示。在‘旧”字形铁芯内绕有初级绕组，在初级绕组的外面绕有次级绕组，其磁路如图4.14(b)所示。由图可知，磁力线经铁芯构成闭合磁路，为了减少磁滞现象，常设有一个很微小的空气气隙。闭磁路点火线圈的优点是漏磁少，磁路的磁阻小，因而能量损失小，能量变换率高。闭磁路式点火线圈采用热固性树脂作为绝缘填充物，外壳以热熔性塑料注塑成型，其绝缘性、密封性均优于开磁路式点火线圈，体积又日益小型化，可直接装在分电器盖上，不仅结构紧凑，又省去了点火线圈与分电器之间的高压导线，已在电子点火系统中广泛采用。上一页下一页返回4.2传统点火系统3)点火线圈型号。第1部分:产品代号DQ表示点火线圈，DQG表示干式点火线圈，DQD表示电子点火系统用点火线圈。第2部分:电压等级代号1-12V,2-24V;6-6V.第3部分:用途代号。1—单、双缸发动机;2—四、六缸发动机;3—四、六缸发动机(带附加电阻);上一页下一页返回4.2传统点火系统4—六、八缸发动机(带附加电阻);5—六、八缸发动机;6—八缸以上的发动机;7—无触点分电器;8—高能;9—其他(包括三、五、七缸)。第4部分:设计序号。第5部分:变型代号。国产点火线圈的主要技术数据见表4.1上一页下一页返回4.2传统点火系统

(2)分电器分电器主要由断电器、配电器、电容器和点火提前机构等部分组成。分电器的结构如图4.15所示。分电器的外壳由铸铁制成，下部压有石墨青铜衬套。分电器轴装在机油泵的顶端，利用速比为1:1的斜齿轮由发动机配气凸轮轴经机油泵轴驱动。发动机曲轴与分电器轴转速比为2:1，即曲轴每转两转分电器轴转一转。1)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。当触点闭合时，初组绕组中有电流流过，而当凸轮旋转使凸角顶开触点时，初级电路便被切断。上一页下一页返回4.2传统点火系统断电器的结构如图4.16所示。它是由一对触点副和断电器凸轮组成，触点的材料为钨。固定触点与支架固定在活动底板上，可借助转动偏心调整螺钉调整触点间隙。固定触点搭铁，活动触点固定在触点臂的一端，臂的另一端有孔，套在销钉上。臂中部连有夹布胶木顶块，靠弹簧片压紧在凸轮上。触点臂经触点臂弹簧片和导线与壳体外面的绝缘接线柱连接。凸轮与拨板制成一体，套装在分电器轴上，经离心提前机构的离心重块由分电器轴驱动，如图4.16所示。2)配电器。配电器由配电器盖和分火头组成。上一页下一页返回4.2传统点火系统配电器盖内有旁电极(旁电极的数目与气缸数相等)，当分火头旋转时，它上面的导电片轮流和各旁电极相对，将点火线圈产生的高压电按气缸的工作顺序送往各缸的火花塞。配电器安装在断电器的上方，如图4.15所示。它由胶木制的分电器盖和分火头组成。分火头插装在断电器凸轮的顶端，和凸轮一起旋转，其上有金属导电片。分电器盖的中间有高压线座孔，其内装有带弹簧的炭柱，压在分火头的导电片上。分电器盖的四周有与发动机气缸数相等的旁电极通至盖上的金属套座孔，以安插高压分线。分火头旋转时，导电片在距离旁电极的0.2~0.8mm间隙处越过，当断电器触点打开时，高压电自导电片跳至与其相对的旁电极，再经高压分线送至火花塞。上一页下一页返回4.2传统点火系统

3)电容器。电容器装在分电器的壳体上，其结构如图4.17所示。它由两条铝箔或锡箔组成，在两条箔带之间夹以绝缘蜡纸，然后卷成筒状在真空中抽去层间空气，再经浸蜡处理后装在金属外壳中。其中一条箔带的底部与外壳紧密接触，另一条箔带则通过与外壳绝缘的导电片由导线引出。电容器工作时要承受触点打开时初级绕组产生的200~300V自感电动势，因此要求其耐压为500V4)点火提前机构。上一页下一页返回4.2传统点火系统分电器上装有随发动机转速和负荷的变化而自动改变点火提前角的离心式点火提前机构和真空式点火提前机构。①离心式点火提前机构。离心式点火提前调节装置是在发动机转速变化时，自动改变断电器凸轮与分电器轴之间的相位关系，而改变点火提前角的。其结构如图4.15中17,18,19所示。它通常装在断电器固定板的下部，在分电器轴上固定有托板，两个重块的小端与托板之间借弹簧相连，另一端分别套在重块柱销上。凸轮和拨板为一体，松套在分电器轴的上端，而拨板的孔则插在离心重块另一销钉上。凸轮的旋转是由分电器轴通过重块及销钉、拨板依次传动的。上一页下一页返回4.2传统点火系统发动机转速增高时，在离心力的作用下重块克服弹簧拉力向外甩开，销钉推动拨板连同凸轮顺着原来旋转方向相对于分电器轴转过一个角度，使凸轮提前顶开触点，点火提前角增大。随着发动机转速的不断提高，点火提前角不断加大。当转速超过一定值时，销钉靠在拨板长方孔的外缘上，重块不能继续甩开，点火提前角达到最大值。发动机转速继续升高，点火提前角不再增大。转速降低时弹簧将重块拉回，使提前角自动减小。两个重块的弹簧由不同粗细的钢丝绕成，弹力不同。低速范围内只有细弹簧起作用，点火提前角增大得较快，而在高速范围内，由于两根弹簧同时工作，因而点火提前角的增大比较平稳。上一页下一页返回4.2传统点火系统②真空式点火提前机构。真空式点火提前调节装置是在发动机负荷(即节气门开度)发生变化时，自动改变断电器触点与凸轮之间的相位关系，而改变点火提前角的。它装在分电器壳体的外侧，壳内固定有膜片，它以拉杆带动断电器活动底板转动。膜片左方通大气，右方由弹簧顶住，并用管子与化油器空气道中靠近节气门的小孔相通。其工作原理如图4.18所示。当发动机负荷很小时，节气门开度小，如图4.18(a)所示，小孔处的真空度较大，吸动膜片向右拱曲，拉杆拉动活动底板带着断电器的触点副逆分电器轴旋转方向转动一定角度，使触点提前打开，上一页下一页返回4.2传统点火系统点火提前角增大;当发动机负荷加大即节气门开度增大时，如图4.18(b)所示，小孔处真空度减小，膜片在弹簧作用下向左拱曲，使点火提前角自动减小。怠速时，节气门接近全闭，此时化油器空气道中的小孔处于节气门上方，该处的真空度几乎为零，于是弹簧推动膜片使点火提前角减小或基本不提前。发动机全负荷工作时，节气门全开，小孔处的真空度很小，真空式点火提前调节装置几乎不起作用，真空点火提前角调节量很小。③辛烷选择器。为了适应不同汽油的不同抗爆性能，在换用不同品质的汽油时，应适当调整点火时刻，为此在分电器上常装有辛烷选择器。上一页下一页返回4.2传统点火系统它装在分电器的壳体上，用来转动分电器的壳体。不同形式的分电器，其辛烷选择器的结构也不同，但其原理基本相同，即逆着凸轮旋转方向转动分电器壳体时，点火提前角增大;反之，则点火提前角减小。壳体转动的多少，一般可从刻度板上看出。5)分电器的型号。根据QC/T73-1993的规定，分电器的型号格式为:第1部分:产品代号，传统分电器为FD，无触点分电器为FDM。第2部分:缸数代号，见表4.2。上一页下一页返回4.2传统点火系统第3部分:结构代号，见表4.3。第4部分:设计序号。第5部分:变型代号。

(3)火花塞火花塞的作用是将点火线圈产生的高压电引入发动机燃烧室，在其电极间隙中产生电火花点燃混合气。火花塞的工作条件极其恶劣，它要受到高压、高温以及燃烧产物的强烈腐蚀。因此，必须具有足够的力学强度，能够承受冲击性高压电的作用，能承受剧烈的温度变化，具有良好的热特性，并要求火花塞采用难熔耐蚀的材料，以抵抗高温燃气的腐蚀。上一页下一页返回4.2传统点火系统

1)火花塞的结构。图4.19所示为火花塞的结构。在钢制壳体的内部固定有高氧化铝陶瓷绝缘体，使中心电极与侧电极之间保持足够的绝缘强度。绝缘体孔的上部装有金属杆，通过接线螺母与高压分线相连，下部装有中心电极。金属杆与中心电极之间用导体玻璃密封。中心电极用镍锰合金制成，具有良好的耐高温、耐腐蚀和导电性能。中心电极与侧电极之间的间隙一般为0.6~0.7mm(传统点火系统)。火花塞借壳体下部的螺纹旋入气缸盖中，旋紧时密封垫圈受压变形，保证壳体与缸盖之间密封良好。为了适应不同发动机的需要，火花塞因下部的形状和绝缘体裙部长度的不同有多种形式。上一页下一页返回4.2传统点火系统

2)火花塞的热特性。图4.20所示为火花塞的热特性。火花塞的热特性是指火花塞裙部的温度特性。火花塞工作时，周期性地受到高温燃气作用，使绝缘体裙部温度升高，这部分热量主要通过壳体、绝缘体、中心电极、金属杆等传至缸体或散发到空气中。当吸收和散发的热量达到平衡(实践证明，当火花塞绝缘体裙部的温度保持在500℃~600℃)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净温度。低于这个温度，火花塞常因产生积炭而漏电，导致不点火;高于这个温度，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，产生化油器回火。上一页下一页返回4.2传统点火系统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，受热面积大，传热距离长，散热困难，裙部温度高，称为热型火花塞;反之，裙部短的火花塞，受热面积小，传热距离短，容易散热，裙部温度低，称为冷型火花塞。热型火花塞适用于低速、低压缩比、小功率发动机;冷型火花塞适用于高速、高压缩比、大功率发动机。火花塞的热特性常用热值或炽热数表示。我国是以绝缘体裙部长度标定的热值(1~11)表示火花塞的热特性。热值代号1,2,3为热型火花塞;4,5,6为中型火花塞;7,8,9,10,11为冷型火花塞。3)火花塞的类型。常见的火花塞结构类型如图4.21所示。上一页下一页返回4.2传统点火系统

a.标准型火花塞:其绝缘体裙部略缩入壳体端面，侧电极在壳体端面以外，是使用最广泛的一种。b.绝缘体突出型火花塞:其绝缘体裙部较长，突出于壳体端面以外。它具有吸收热量大，抗污能力好的优点，且能直接受到进气的冷却而降低温度，因而也不易引起炽热点火，故热适应范围宽。c.细电极型火花塞:其电极很细，火花强烈，点火能力好，在严寒季节也能保证发动机迅速可靠地启动。热适应范围较宽，能满足多种用途。d.锥座型火花塞:其壳体和旋入螺纹制成锥型，因此不用垫圈即可保证良好密封。从而缩小了火花塞体积，对发动机的设计更为有利。上一页下一页返回4.2传统点火系统e.多极型火花塞:侧电极一般为两个或两个以上，优点是点火可靠，间隙不需经常调整，故在电极容易烧蚀和火花间隙不能经常调整的一些汽油机上常常采用。

f.沿面跳火型火花塞:它是一种最冷型火花塞，其中心电极与壳体端面之间的间隙是同心的。它必须与点火能量大、电压上升率快的电容放电式点火系统配合使用，可完全避免火花塞“炽热点火”和电极“跨连”现象，即使在油污情况下也能正常点火。其缺点是可燃气体不易接近电极，故在稀混合气情况下，不能充分发挥汽油机的功能。另外，由于点火能量增大，中心电极容易烧蚀。g.电阻型火花塞:电阻型火花塞是在火花塞内装有5~10kΩ的电阻，可抑制点火系统的电磁干扰。上一页下一页返回4.2传统点火系统

h.屏蔽型火花塞:屏蔽型火花塞是利用金属壳体把整个火花塞屏蔽密封起来，不仅可抑制电磁干扰，还可用于防水、防爆的场合。4)火花塞的型号。根据ZBT37003-1989标准规定，火花塞型号由三部分组成:第1部分为汉语拼音字母，表示火花塞结构类型及主要形式尺寸，字母的含义见表4.4。第2部分为阿拉伯数字，表示火花塞热值。第3部分为汉语拼音字母，表示火花塞派生产品结构、结构特征、材料特性及特殊技术要求，字母的含义见表4.5。上一页返回4.3电子点火系统4.3.1概述传统点火系统也叫作蓄电池点火系统，已在汽车上使用了半个多世纪。但是随着社会的不断发展，人们对汽车性能的要求越来越高，传统点火系统在提高动力性和安全性、降低油耗和减少废气污染等方面已无法满足发动机的要求，其缺点如下:1)高速易断火，不适合高速发动机。2)断电器触点易烧蚀，可靠性差。3)点火能量低，影响混合气的燃烧及尾气排放。4)火花塞积炭对次级电压A2max的影响大，影响点火的可靠性。下一页返回4.3电子点火系统综上所述，传统点火系统存在的缺点在电子点火系统中已被完全克服，电子点火系统极大地改善了点火性能，提高了点火控制精度和可靠性。目前我国大多数汽车都已使用电子点火系统，蓄电池点火系统基本上已被电子点火系统取代。4.3.2电子点火系统的分类电子点火系统也叫作晶体管点火系统，其工作原理与传统点火系统是一致的，区别在于控制初级电路的方式不同，电子点火系统是利用晶体管元件来控制初级电路的导通与截止。目前应用在汽车上的晶体管点火装置较多，大致可分为以下几种:(1)按点火能量的储存方式分类上一页下一页返回4.3电子点火系统1)电感储能式电子点火系统(电感放电式电子点火系统);2)电容储能式电子点火系统(电容放电式电子点火系统)。(2)按信号发生器的原理分类1)电磁感应式电子点火系统;2)霍尔效应式电子点火系统;3)光电式电子点火系统。(3)按初级电路的控制方式分类1)电子点火系统;2)计算机控制点火系统。(4)按高压电的配电方式分类上一页下一页返回4.3电子点火系统1)机械配电点火系统(有分电器点火系统);

2)计算机配电点火系统(无分电器点火系统)。在以上各种电子点火系统装置中，相对于电容储能式来说，电感储能式电子点火系统较为广泛。在电感储能式点火系统中，以电磁感应式和霍尔式较为广泛。对于配电方式来说，有分电器的点火系统较为广泛。所谓电感储能式，就是点火系统火花的能量以磁场的形式储存在点火线圈中的，蓄电池点火系统属于电感储能式点火系统。所谓电容储能式，就是点火系统火花的能量以电场的形式储存在专门的储能电容器中。上一页下一页返回4.3电子点火系统4.3.3电磁感应式电子点火系统电磁感应式电子点火系统又称为磁脉冲式电子点火系统。

(1)丰田(TOYOTA)汽车20R型发动机的点火装置该点火系统的组成为信号发生器、点火控制器、点火线圈、分电器和火花塞等，如图4.22所示。

1)信号发生器。信号发生器的功用是产生信号电压，输出给点火控制器，通过点火控制器来控制点火系统的工作，其结构如图4.23所示。信号发生器在分电器内，主要由转子、感应线圈和永久磁铁等组成。信号发生器的转子是由分电器轴带动的，转子上的凸齿数与发动机的气缸数相等，其下作原理如下:上一页下一页返回4.3电子点火系统永久磁铁的磁路:N极→空气气隙→转子→空气气隙→铁芯→S极。当发动机工作时，分电器轴带动信号发生器的转子旋转，使转子与铁芯之间的空气气隙发生有规律的变化，因此穿过感应线圈的磁通量也发生变化，从而在感应线圈中产生感应电动势。如图4.23(a)所示，当转子中的凸齿逐渐接近铁芯时，磁通量逐渐增加，此时感应线圈的磁通和感应电动势的变化情况如图4.24(a)中的0°~45°之间的波形。如图4.23(b)所示，当转子凸齿与铁芯对正时，穿过感应线圈的磁通量最大，此时感应线圈的感应电动势为0，如图4.24(a)中转子45°转角所对应的情况。上一页下一页返回4.3电子点火系统如图4.23(c)所示，当转子的凸齿离开铁芯时，磁通量逐渐减小，此时感应线圈的磁通和感应电动势的变化情况如图4.24(a)中的45°~90°之间的波形。可见，转子每转过一个凸齿，感应线圈中的感应电动势正好变化一个周期，即转子每转90°产生一个交变信号，转子每转一周，便产生四个交变信号，该信号输出给点火控制器，通过点火控制器来控制点火系统的工作。此信号发生器的缺点是发动机转速的高低将影响信号发生器输出信号的大小，如图4.24(b)所示。2)点火系统的工作过程。20R型发动机点火系统的工作原理如图4.25所示。上一页下一页返回4.3电子点火系统该点火控制器的基本电路是由整形电路(三极管VT2)、放大电路(VT3,VT4)和开关电路(VT5)组成。其中VT1主要起温度补偿作用，由于其发射极和基极相接，故相当于一个二极管，如图4.26所示。VT5为大功率三极管，起开关作用，与点火线圈的初级绕组串联构成初级电路，并控制初级电路的导通与截止。其工作过程如下:接通点火开关，发动机未工作时，此时蓄电池的“+”→点火开关→R4→R1

→P点→VT1→A点→信号发生器的感应线圈→B点→搭铁。于是电路中的P点电位高于三极管VT2的导通电压，VT2导通，VT2导通后其集电极电位降低，使VT3截止。VT3截止时，蓄电池通过R。向VT4提供偏流使VT4导通。VT4导通后，R7上的电压降给VT5提供正向偏置电压，使VT5导通。于是点火系统的初级电路导通，电路为:上一页下一页返回4.3电子点火系统蓄电池的“+”→点火开关→附加电阻→点火线圈的初级线圈L1→VT5→搭铁。a.当信号发生器的感应线圈输出“+”信号时(A端为“+”、B端为“-”)，由于VT1的集电极加反向电压而使VT1截止，故P点电位仍是高电位，使VT2导通，于是VT3截止，VT4和VT5导通，点火系统的初级电路导通，产生初级电流。b.当信号发生器的感应线圈输出“-”信号时(A端为“-”、B端为“+”),VT1管因加正向电压而导通，此时P点电位为低电位，于是VT2截止。当VT2截止时，蓄电池通过R2向VT3提供偏流，使VT3导通，VT4,VT5截止，点火系统的初级电路截止，次级线圈产生高压电。上一页下一页返回4.3电子点火系统c.高压电由分电器分配至各缸火花塞，使火花塞跳火，点燃混合气。信号发生器转子转动一周，各个气缸便轮流点火一次。3)电路中其他元件的作用原理。a.VT1管的温度补偿作用。VT1在电路中等效于二极管，利用VT1与VT2型号相同、温度系数相同的特点，可对电路进行温度补偿。若没有温度补偿作用，当温度升高时，VT2的开启电压降低，使VT2提前导通而截止滞后，从而导致点火迟后。将VT1与VT2并联后，温度升高时，由于VT1管压降降低，使P点电位下降，正好补偿了温度升高对VT2的影响，使VT2导通和截止时间与常温时相同。上一页下一页返回4.3电子点火系统

b.稳压管VD1，VD2的作用。稳压管VD1和VD2反向串联，并与信号发生器的感应线圈并联，其作用是“削平”在高速时感应线圈所产生的大信号波峰，保护VT1,VT2不受损害。c.稳压管VD3、VD4的作用。稳压管VD3的作用是稳定VT1和VT2的电源电压，稳压管VD4作用是保护VT5d.电容器C1和C2的作用。电容器C1与信号发生器的感应线圈并联，可以保证信号电压平滑稳定，使点火时间准确无误，C2的作用是吸收瞬时过电压，保护VT1和VT2上一页下一页返回4.3电子点火系统e.电阻R3的作用。电阻R3是正反馈电阻，可加速VT2,VT5翻转。2)解放CA1092型汽车点火装置解放CA1092型汽车采用的也是电磁感应式晶体管点火装置，点火系统的组成如图4.27所示。该点火系统从外观上看，仅比原解放140型汽车点火系统多了一个点火控制器。但是它的分电器是无触点分电器(内部仍保留传统的配电器、离心式和真空式点火提前机构)，用信号发生器代替了原来的断电器，点火线圈为专用的JDQ172型高能点火线圈。1)信号发生器。上一页下一页返回4.3电子点火系统信号发生器位于分电器内，分电器的结构如图4.28所示。信号发生器的结构如图4.29所示，信号转子由分电器轴带动，随着发动机的工作而不停地转动，定子固定在分电器壳体内，在它上面装有永久磁铁，而在永久磁铁上面有感应线圈，定子和转子均有与气缸数相等的6个凸齿，信号发生器的磁路为:永久磁铁N极→定子→定子凸齿与转子凸齿之间的空气气隙→转子→感应线圈铁芯(分电器轴)→导磁板→永久磁铁S极。当转子由分电器轴带动旋转时，转子的凸齿与定子凸齿间的气隙将发生周期性的变化，使穿过感应线圈的磁通量也发生周期性的变化，于是在感应线圈中便会产生感应电动势，如图4.30所示。上一页下一页返回4.3电子点火系统转子转动时，当转子的凸齿与定子凸齿对正时，磁阻最小，磁通量最大，磁通量变化率为0，则感应线圈产生的电动势为0;当转子的凸齿在定子两个凸齿正中间时，磁阻最大，磁通量最小，磁通量变化率为0，则感应线圈产生的电动势为0;当转子旋转到接近或离开定子凸齿的某一位置时，感应线圈的磁通量增大或减小，但由于此时的磁通量变化率为正、负最大，故感应线圈的感应电动势也为正、负最大。由此可见，每当转子旋转一周，便可从感应线圈两端输出6个交变电压波形。在实际工作中，只需感应线圈输出信号的正、负信号的最大值，以此作为点火控制器的输入信号，从而控制点火系统初级电路的导通与截止。上一页下一页返回4.3电子点火系统2)点火控制器。解放CA1092型汽车使用的点火控制器是引进美国摩托罗拉(MOTOROLA)公司生产的6TS2107型点火控制器。外形如图4.31所示，它采用厚膜混合电路技术制造，全密封的结构，底板为铝质散热板，用两个螺钉固定在点火线圈支架上，该点火控制器具有恒流控制、停车断电控制和低速推迟点火等功能。3)解放CA1092型汽车点火系统的工作过程(图4.32)如下:a.接通点火开关，点火控制器中三极管VT截止，点火线圈中的初级绕组内无电流流过，这样可防止因点火开关未切断而使蓄电池通过点火线圈的初级绕组进行放电，这是点火控制器的停车断电保护功能。上一页下一页返回4.3电子点火系统b.发动机启动后，当信号发生器输出负电压信号时(端子2为“-”，端子3为+”)，三极管VT导通，点火系统的初级电路导通。此时，初级电流为:蓄电池“+”→点火开关→点火线圈的初级绕组→三极管VT→电阻R13→搭铁。c.当信号发生器输出正电压信号时(端子2为“+”，端子3为“-”)，三极管VT截止，点火系统的初级电路截止，次级线圈产生高压电。4.3.4霍尔效应式电子点火系统霍尔效应式电子点火系统是利用霍尔效应原理制成的传感器产生点火信号，触发和控制电子点火系统工作的。霍尔式电子点火系统由内装霍尔信号发生器的分电器、点火器、点火线圈和火花塞等组成。上一页下一页返回4.3电子点火系统图4.33所示为桑塔纳轿车装用的霍尔效应式电子点火系统的组成及电路连接图。该点火装置仍采用传统的离心式与真空式点火提前机构。(1)信号发生器1)霍尔效应。霍尔效应原理如图4.34所示。将霍尔元件(半导体基片)置于磁场中，并通入一电流，电流的方向与磁场的方向互相垂直，在垂直于电流和磁场的霍尔元件的横向两侧会产生一个与电流和磁感应强度成正比的电压。这种现象称之为霍尔效应，这个电压称之为霍尔电压，其大小可用下式表示:上一页下一页返回4.3电子点火系统2)霍尔效应式点火信号发生器。霍尔效应式点火信号发生器流过霍尔元件的电流I恒定不变，通过磁感应强度B周期性的变化来产生点火信号。它主要由导磁转子和信号触发开关组成，其结构如图4.35所示。信号触发开关由霍尔集成块和带导磁板的永久磁铁组成。霍尔集成块除外层的霍尔元件外，同一基层的其他部分为集成电路，用于对霍尔元件产生的微弱信号进行放大、整形及温度修正等，如图4.36所示。导磁转子有与气缸数相同的叶片，与分火头成为一体，套装在分电器轴上部。上一页下一页返回4.3电子点火系统分电器轴转动时，导磁转子由离心点火提前装置带动而随分电器轴一起转动。当导磁转子的叶片插入信号触发开关的缝隙时，磁场便被导磁叶片旁路，此时霍尔元件上无磁通量而不产生霍尔电压;当导磁转子的缺口通过(叶片离开)时，磁路经空气隙、导磁板、霍尔元件形成闭合回路，霍尔元件上的磁通量加强而产生霍尔电压。分电器轴转一圈，霍尔元件产生与气缸数相同的霍尔电压脉冲，再经集成电路的整形、放大后输出与霍尔电压脉冲反向的方波电压脉冲。霍尔效应式点火信号发生器具有精度高、耐久性好、信号电压稳定等优点，在汽车上已有较多的应用。

(2)电子点火器上一页下一页返回4.3电子点火系统电子点火器的电路结构形式有多种多样，其基本要求是，对输入的点火触发信号进行处理后，能准确、可靠地控制开关三极管的导通与截止，及时通断点火线圈初级电流，使点火线圈次级适时地产生高压。1)分立元件的电子点火器。如图4.37所示的是日本日立公司E12-50型电子点火器电路。该电子点火器还具有闭合角可控、发动机停机自动断电、初级电流稳定控制等功能电路。

(3)集成电路电子点火器集成电路电子点火器是将大功率三极管以外的电子电路用集成块代替，配以所需的外围电路组成电子点火器。上一页下一页返回4.3电子点火系统这种专用的点火集成模块一般功能较全，性能良好，工作可靠性好，且体积小、价格较低，故发展很快。L497点火集成模块由意大利SGS-THOMSON公司生产，德国大众汽车公司的高尔夫和桑塔纳、法国的雪铁龙、福特公司的嘉年华等轿车均采用了由L497点火集成模块组成的电子点火器。L497点火集成模块的内部电路及引出脚的排列如图4.39所示，国产桑塔纳轿车电子点火系统用L497点火集成模块组成的电子点火电路如图4.40所示。1)该点火器仍然具有初级电流上升率的控制、闭合角控制、停车断电保护和过电压保护等功能。如图4.40所示。a.初级电流上升率的控制。上一页下一页返回4.3电子点火系统该点火控制器如果检测到点火线圈初级绕组N1中的电流小于额定电流较多时，控制电路便迅速提高初级电流的上升率，使初级电流恒定在额定电流值(7.5A)，保证点火能量恒定。b.闭合角控制。闭合角是指点火控制器中的末级大功率三极管VT的导通时间。

c.停车断电保护。当汽车发动机停止工作且点火开关仍接通时，若霍尔信号发生器输出的是高电位，这时点火线圈初级绕组N1处于长时间通电状态，使点火线圈过热，蓄电池长时间放电。为避免此种情况的发生，点火控制器内设有断电保护控制电路。上一页下一页返回4.3电子点火系统当霍尔信号发生器输送给点火控制器高电压信号的时间比设定的时间长时(设定时间为1~2s)，点火控制器内的断电保护控制电路将切断初级电流。d.过电压保护。对末级大功率三极管VT进行电流过载保护及瞬间的反向过电压保护。2)点火系统的工作过程。国产桑塔纳轿车点火系统的工作原理如图4.40所示。a.发动机工作时，分电器轴带动霍尔信号发生器的触发叶轮旋转。当触发叶轮的叶片进入空气气隙时，霍尔信号发生器输出高电压信号11~12V，高电压信号使点火控制器集成电路中的末级大功率三极管VT导通，点火系统的初级电路导通:上一页下一页返回4.3电子点火系统电源“+”→点火线圈N1

→点火控制器(三极管VT)→搭铁。b.当触发叶轮的叶片离开霍尔元件的气隙时，霍尔信号发生器输出0.3~0.4V的低电压信号，低电压信号使点火控制器末级大功率三极管VT截止，初级电路截止，初级电流消失，次级电路产生高压电。c.高压电由分电器分配到各缸火花塞，点燃混合气。4.3.5光电式电子点火系统光电式电子点火系统与前两种点火系统相比唯一不同的是分电器中的信号发生器为光电式信号发生器。点火系统的组成也是由蓄电池、点火开关、点火线圈、点火控制器、光电式信号发生器和分电器等。上一页下一页返回4.3电子点火系统

(1)光电式信号发生器1)光电式信号发生器的结构。光电式信号发生器主要由发光二极管、光敏三极管和遮光盘三部分组成，如图4.41所示。发光二极管作为光源，可发出红外线光束，且发光二极管耐震、使用寿命长;光敏三极管作为光接收器，当红外线光束照射到三极管时，三极管导通;遮光盘安装在分电器上，遮光盘外缘上的缺口与发动机的气缸数相等。

2)光电式信号发生器的工作原理。如图4.42所示，遮光盘随分电器轴旋转时，当遮光片转至发光二极管与光敏三极管之间时，便把发光二极管发出的光束阻断，上一页下一页返回4.3电子点火系统使其不能射入光敏三极管，此时光敏三极管截止，如图4.43所示;当遮光盘上的缺口通过发光二极管与光敏三极管之间时，发光二极管所发出的光束直接照到光敏三极管上，使其导通。遮光盘每转一周，信号发生器便产生4个交变信号，输送给点火控制器，控制着点火系统的正常工作。光电式信号发生器输出的信号不受发动机转速的影响，且没有时间上的滞后。(2)光电式电子点火系统的工作原理光电式电子点火系统的工作原理如图4.43所示。VL为发光二极管，VT为光敏三极管。上一页下一页返回4.3电子点火系统1)当发动机工作时，遮光盘随分电器转动，当遮光盘的缺口通过发光二极管与光敏三极管时，则红外线通过缺口照射到光敏三极管VT，使其导通，则VT1导通，VT2导通，VT3截止，由于R6,R8的分压为VT4提供偏置电压，VT4导通。于是点火系统的初级电路导通。2)当遮光盘的叶片部分遮住发光二极管发出的红外线光束时，VT截止，则VT1,VT2截止，VT3经R5获得偏流而导通，VT4截止，使点火系统的初级电路截止，点火线圈的次级绕组产生高压电。3)高压电通过分电器分配给各缸火花塞，点燃混合气。电路中其他元件的作用:稳压管VS使发光二极管的工作电压维持在3V左右。上一页下一页返回4.3电子点火系统电阻R7的作用是当VT4截止时，短路初级电路中的自感电动势保护VT4电容C1对VT2正反馈，使VT2,VT3加速翻转。4.3.6电容储能式电子点火系统(1)电容储能式电子点火系统的组成电容储能式电子点火系统的基本组成如图4.44所示。与电感储能式点火系统不同的是，电容储能式点火系统增加了直流升压器、储能电容、晶闸管和晶闸管触发电路等。1)直流升压器。上一页下一页返回4.3电子点火系统直流升压器由振荡器、变压器、整流器三部分组成，用于将电源的低压直流转变成400V左右的直流电。a.振荡器:将电源12V的直流电转变成交流电，以供变压器工作。b.变压器:将振荡器产生的低压交流升压，变成为300~500V的交流电。c.整流器:对变压器输出的交流电进行整流，用以对储能电容充电。2)储能电容。储能电容用于储存点火能量，并在需要点火时向点火线圈初级绕组放电，使点火线圈次级产生高压。3)晶闸管。上一页下一页返回4.3电子点火系统晶闸管的作用是在非点火时间里，隔断储能电容与点火线圈的连接，以使直流升压器能迅速将电容充足电;在点火触发信号输入时，则迅速导通，让储能电容及时向点火线圈初级绕组放电，使点火线圈次级产生高压。

4)晶闸管触发电路。晶闸管触发电路的作用是根据点火信号发生器的点火信号产生触发脉冲，使晶闸管能迅速导通，而在非点火时间，则保持晶闸管的控制极为零电位或负电位。

(2)电容储能式电子点火系统的基本工作原理1)点火线圈储能过程。上一页下一页返回4.3电子点火系统接通点火开关，振荡器便开始工作，将电源的低压直流转变为变压器初级的低压交流，经变压器升压，变压器的次级输出400V左右的交流电，再经整流器整流后，成为400V左右的直流电，并向储能电容充电。这便是这种点火系统的储能过程，它不受点火信号控制，只要点火开关接通，储能过程就开始进行。

2)点火线圈次级产生高压过程。当点火信号输入时，触发电路便产生一个触发脉冲，使晶闸管迅速导通。这时，储能电容便向点火线圈初级绕组放电。在点火线圈，初级电流迅速增长的同时，点火线圈次级绕组产生很高的互感电动势，并使火花塞电极两端的电压迅速升高直到跳火。上一页下一页返回4.3电子点火系统(3)电容储能式电子点火系统的特点相比于电感储能式点火系统，电容储能式电子点火系统具有如下优点。1)最高次级电压稳定。2)对火花塞积炭不敏感。3)点火线圈的工作温度低。4)低速时点火系统能耗低。5)能量损失小。上一页返回4.4计算机控制点火系统计算机控制点火系统的工作过程仍然是三个阶段:初级电路导通，产生初级电流;初级电路截止，次级电路产生高压电;火花塞跳火，点燃混合气。4.4.1计算机控制点火系统的组成及功用计算机控制点火系统的组成及功用如表4.6所示。4.4.2计算机控制点火系统的分类计算机控制点火系统的可分为有分电器式和无分电器式两种形式。(1)有分电器式点火控制系统有分电器式点火控制系统电路如图4.45所示。下一页返回4.4计算机控制点火系统

ECU根据各输入信号，确定点火时刻，并将点火正时信号IGt送至点火器，当IGt信号变为低电平时，点火线圈一次侧被切断，二次线圈中感应出高压电，再由分电器送至相应缸火花塞点火。为了产生稳定的二次侧电压和保证系统的可靠工作，在点火器中设有闭合角控制回路和点火确认信号(IGf)安全保护电路。

(2)无分电器式点火控制系统无分电器式点火控制系统有二极管分配式和点火线圈分配式两大类。1)二极管分配式。二极管分配式无分电器点火控制系统采用同时点火方式，工作原理如图4.46所示。上一页下一页返回4.4计算机控制点火系统点火顺序为1-3-4-2的四缸发动机，当ECU接收到曲轴位置传感器相应信号时，向点火控制器发出点火信号，点火控制器的控制回路使VT1截止，一次线圈5中的电流被切断，在二次线圈中感应出下“+”上“-”的高压电，经4缸和1缸火花塞构成回路，两个火花塞均跳火，此时1缸接近压缩终了，混合气被点燃，而4缸正在排气，火花塞点空火。曲轴转过180°后，ECU接收到传感器信号后再次向点火控制器发出触发信号，VT2截止，一次线圈8中电流被切断，二次线圈感应出上“+”下“-”的高压电，并经2缸和3缸火花塞构成回路，同时跳火，此时3缸点火做功，2缸火花塞点空火。以此类推，发动机曲轴转2圈，各缸做功一次。上一页下一页返回4.4计算机控制点火系统2)点火线圈分配式。点火线圈分配式无分电器点火系统是将来自点火线圈的高压电直接分配给火花塞，有同时点火和单独点火两种形式。a.同时点火。同时点火即用一个点火线圈对到达压缩和排气上止点的两个气缸同时实施点火，处于压缩的一缸，混合气被点燃而做功，正在排气的另一缸火花塞点空火。如图4.47所示。ECU根据凸轮轴位置传感器信号，选择相应点火的气缸，并将点火信号送给点火控制器，使相应的晶体管VT截止或导通，点火线圈直接向火花塞输出高压电。b.单独点火。单独点火即为每一个气缸的火花塞配备一个点火线圈，单独直接地对每个气缸点火。如图4.48所示。上一页下一页返回4.4计算机控制点火系统这种单独点火系统由于取消了高压线，能量损失小，效率高，电磁干扰少。4.4.3点火提前角和闭合角的控制点火提前角的控制可分为开环控制和闭环控制两种。开环控制的基本点火提前角是靠预先在台架上用实验方法测得的数据来确定的。这些数据存入ECU的只读存储器ROM中，工作时，ECU根据发动机的工况来选择调取。发动机工作时，发动机转速、节气门开度、进气流量等基本参数通过相应的传感器检测出来，并输入ECU，由ECU从其只读存储器ROM中查找相应的基本点火提前角(或由经验公式计算得出)，上一页下一页返回4.4计算机控制点火系统再根据冷却液温度、进气温度等参数，对查找出的(或计算出的)基本点火提前角进行修正，得到适应当前工况的最佳点火提前角，并存入随机存储器RAM中，然后利用发动机转速信号和曲轴位置信号，将最佳点火提前角转换成点火时刻，即一次侧电流的切断时刻;ECU还要根据电源电压、发动机转速等信号，从只读存储器ROM中选取并换算成适应当前工况的一次线圈电流导通时间。由ECU以方波的形式发出指令，指挥点火控制器或功率三极管，在所确定的时刻导通和切断点火线圈中的一次侧电流，使点火系统正常工作。由于开环控制方式所确定的点火时刻比传统的机械式点火正时调节装置所确定的点火时刻更接近理想状态，因而发动机的动力性有不同程度的提高，经济性也可以提高3%~5%。上一页下一页返回4.4计算机控制点火系统但是，传感器工作状态的改变会引起开环控制精度的改变，而且ECU中所存数据无法适应发动机本身制造精度、磨损状况、使用条件等变化而引起的最佳点火提前角的变化。随着使用时间的增加，ECU所存数据也会逐渐不能适应发动机对最佳点火提前角的要求，造成发动机性能逐渐下降，以至ECU控制点火正时的优势逐渐减退。为解决上述问题，一些汽车公司正致力于开发具有自学习(或称自适应)功能的智能型ECU的工作。ECU能够根据发动机本身制造精度、磨损状况、使用条件等，对其存储器中的数据进行自动调整，从而使发动机始终处于最佳点火提前角的状态下工作。闭环控制方式是根据发动机实际运行结果的反馈信息来控制点火提前角的，所以闭环控制又称为反馈控制。上一页下一页返回4.4计算机控制点火系统通常，闭环控制方式是利用爆震传感器反馈爆震信号来控制点火提前角的。目前广泛应用的计算机控制点火系统，是在开环控制方式的基础上再配以闭环控制方式的混合控制方式。

(1)点火提前角的控制影响点火提前角的因素较为复杂，在计算机控制点火系统中，一般点火提前角由几部分组成，即实际点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角。初始点火提前角是ECU根据发动机上止点位置确定的固定点火时刻，其大小随发动机而异。基本点火提前角是ECU根据发动机转速信号和进气歧管压力信号(或进气量信号)，在存储器中查到这一工况下运转时相应的点火提前角。上一页下一页返回4.4计算机控制点火系统修正点火提前角是ECU根据各种传感器传来的信号，对点火提前角进行修正，使控制更加准确。点火提前角的控制包括两种基本情况:①启动期间的点火时刻控制，即发动机启动时工况，按固定的曲轴转角位置点火。②启动后，发动机正常运行时，点火时刻由进气歧管压力信号(或进气量信号)和发动机转速确定的基本点火提前角和修正量决定。修正项目随发动机而异，并根据发动机各自的特性曲线进行修正。表4.7为点火提前角的修正项目。

1)启动工况的点火时刻控制。上一页下一页返回4.4计算机控制点火系统在启动期间，发动机转速较低(通常在500r/min以下)，由于进气歧管压力信号或进气量信号不稳定，一般点火时刻固定在初始点火提前角(数值大小随发动机而异)。初始点火角由ECU中的备用模块进行设定。在某些发动机中，ECU还需输入启动信号(STA)。启动期间点火时刻控制如图4.49所示。此时的控制信号主要是发动机转速(Ne)信号和启动开关(STA)信号。

2)启动后点火时刻控制。①基本点火提前角。在正常工况下运转时，节气门位置传感器的怠速触点(ID