第9章 汽油機點火系統(tǒng)

第9章汽油機點火系統(tǒng)觸點式點火系統(tǒng)

9.2電子點火系統(tǒng)

9.3電控點火系統(tǒng)

9.4汽油機點火系統(tǒng)9.19.1汽油機點火系統(tǒng)概述

點火系統(tǒng)的基本功用就是在發(fā)動機各種工況和使用條件下，在氣缸內(nèi)適時、準確、可靠地產(chǎn)生電火花，以點燃可燃混合氣，使發(fā)動機做功。汽油發(fā)動機的點火系統(tǒng)有很多種類型，本教材按其結構特點和控制方式，將其分為觸點式點火系統(tǒng)（傳統(tǒng)點火系統(tǒng)）、電子點火系統(tǒng)、電控點火系統(tǒng)3大類。9.1.4點火提前角從火花塞點火起到活塞到達壓縮上止點，這段時間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度稱為點火提前角。點火提前角對發(fā)動機的工作和性能有很大的影響，點火提前角對發(fā)動機功率的影響如圖9-1所示。圖9-1點火提前角對發(fā)動機功率的影響能使發(fā)動機獲得最佳動力性、經(jīng)濟性和最佳排放性能的點火提前角，稱為最佳點火提前角。點火提前角應隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高而增大。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定時，隨著負荷增加，點火提前角應適當減小。反之，發(fā)動機負荷減小時，點火提前角應當加大。汽油的牌號越高，其辛烷值就越高，抗爆性就越好，點火提前角就可以適當加大；反之，低牌號的汽油辛烷值較低，抗爆性越差，點火提前角應適當減小。9.2觸點式點火系統(tǒng)

9.2.1觸點式點火系統(tǒng)的組成和工作原理觸點式點火系統(tǒng)主要由電源、點火開關、點火線圈、附加電阻、分電器和火花塞等部分組成（見圖9-2）。各組成部分的功用如下。圖9-2觸點式點火系統(tǒng)組成①電源：即蓄電池和發(fā)電機（起動時蓄電池供電，起動后由發(fā)電機供電），用于為點火系統(tǒng)提供所需的電能。②點火開關：其作用是接通或斷開電源電路。③點火線圈：其功用是將電源12V的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)辄c火所需的15～30kV的高壓電。④分電器：包括斷電器、配電器、電容器和點火提前機構等部分。其中，斷電器的作用是用來接通或切斷點火線圈初級電路；配電器包括分電器蓋和分火頭。其作用是將點火線圈產(chǎn)生的高壓電按氣缸的工作順序送到各缸的火花塞；電容器與斷電器觸點并聯(lián)，其作用是減小斷電器觸點分開時產(chǎn)生的火花，延長觸點用壽命，提高次級電壓；點火提前機構的作用是隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷的變化而改變點火提前角。⑤火花塞：其作用是將高壓電引入氣缸燃燒室，產(chǎn)生電火花點燃混合氣。⑥附加電阻：其作用是在發(fā)動機轉(zhuǎn)速不同時，自動調(diào)整點火線圈的初級電流的大小，防止低速時點火線圈過熱，高速時點火電壓不足。⑦阻尼電阻：其作用是減小無線電干擾。發(fā)動機工作時，斷電器凸輪在分電器軸的驅(qū)動下而旋轉(zhuǎn)，交替將觸點閉合或打開（見圖9-3）。圖9-3觸點式點火系的組成斷電器觸點閉合時初級線圈內(nèi)有電流流過，并在線圈鐵心中形成磁場。觸點打開時，初級電流被切斷，使磁場迅速消失。此時，在初級線圈和次級線圈中均產(chǎn)生感應電動勢。由于次級線圈匝數(shù)多，可感應出高達15～30kV的高電壓。該高電壓擊穿火花塞間隙，形成火花放電。發(fā)動機起動時，點火開關轉(zhuǎn)至起動擋ST，將附加電阻短路，電源不經(jīng)附加電阻直接進入點火線圈，以防止起動時蓄電池電壓下降影響高壓火花的產(chǎn)生。9.2.2觸點式點火系統(tǒng)主要部件的結構1．點火線圈點火線圈是將電源的低壓電轉(zhuǎn)變成高壓電的元件，按磁路的結構形式不同，點火線圈可分為開磁路點火線圈和閉磁路點火線圈2種?，F(xiàn)在廣泛使用的是閉磁路式點火線圈。圖9-4開磁路式點火線圈開磁路式點火線圈的磁阻大，漏磁損失多，能量轉(zhuǎn)換效率低。閉磁路式點火線圈的磁阻小，漏磁損失小，能量轉(zhuǎn)換效率高。圖9-5開磁路式點火線圈的磁路圖1—磁力線2—鐵心3—初級繞組

4—次級繞組5—導磁鋼套圖9-6閉磁路式點火線圈1—“日”字形鐵心2—初級繞組接線柱3—高壓接線柱

4—初級繞組5—次級繞組6—空氣隙2．火花塞（1）火花塞的結構火花塞是由接線螺母（接高壓線）、絕緣體、中心電極、密封墊圈、殼體、側(cè)電極、中央電極等組成，如圖9-7所示。圖9-7火花塞的結構（2）火花塞的熱特性所謂熱特性是指火花塞裙部（陶瓷絕緣體暴露在燃燒室內(nèi)的部分）的熾熱端將熱傳導至發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的能力。常用熱值數(shù)來表示，熱值數(shù)越大，表示散熱能力相對越好。裙部長的火花塞吸熱多，散熱相對困難，熱值數(shù)小，因此同樣情況下的工作溫度高，稱為熱型火花塞；而裙部短的火花塞，熱值數(shù)大，因此工作溫度低，稱為冷型火花塞；散熱能力介于二者之間的稱為中型火花塞。熱型和冷型火花塞如圖9-8所示。圖9-8熱型和冷型火花塞（3）常用火花塞的結構類型常用火花塞的結構類型如圖9-9所示。圖9-9常用火花塞的結構類型火花塞按其電極的材質(zhì)，有普通電極、白金電極、銥金電極三種，如圖9-10所示。圖9-10火花塞的電極形式3．分電器傳統(tǒng)的點火系的分電器其主要包括斷電器、配電器、電容器、離心點火提前裝置、真空式調(diào)節(jié)器和辛烷值選擇器6部分組成部分，如圖9-11所示。配電器的作用是將點火線圈產(chǎn)生的高壓電按發(fā)動機各氣缸的點火順序配送火花塞，主要由分電器蓋、分火頭和高壓線組成。圖9-11觸點式點火系統(tǒng)的分電器1—聯(lián)軸節(jié)2—電容器3—觸點及斷電器底板總成

4—凸輪5—分火頭6—分電器蓋7—分電器殼體

8—真空提前調(diào)節(jié)器9—辛烷值選擇器圖9-12配電器結構（2）斷電器斷電器由觸點副和凸輪組成（凸輪的凸角數(shù)與氣缸數(shù)相等），其作用是用來接通和斷開初級電路。

圖9-13斷電器1—接線柱2—活動觸點3—固定觸點4—固定螺釘

5—偏心調(diào)整螺釘6—斷電器活動底板7—分電器殼

8—斷電器凸輪9—分電器軸10—油氈

11—膠木頂塊12—銷軸13—彈簧片（3）離心點火提前裝置離心點火提前裝置通常裝在斷電器固定底板的下部，其作用是在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化時，自動調(diào)整點火提前角。發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，點火提前角應越大。如圖9-14所示。圖9-14離心點火提前裝置

（4）真空點火提前裝置真空點火提前裝置的內(nèi)部構造及工作原理如圖9-15所示。圖9-15真空點火提前裝置工作原理9.3電子點火系統(tǒng)

9.3.1電子點火系統(tǒng)組成和工作原理電子點火系統(tǒng)的基本結構如圖9-16所示。當發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)動時，點火信號發(fā)生器產(chǎn)生對應氣缸壓縮終了的脈沖信號，此脈沖信號經(jīng)電子器進行信號放大、波形整理、直流放大后，控制點火模塊內(nèi)的大功率三極管的導通和截止。圖9-16電子點火系統(tǒng)的基本結構

三極管導通時，點火線圈初級電流形成回路，點火線圈儲存磁場能；在三極管由導通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟乃查g，點火線圈初級電流驟然消失，使得次級繞組感應出20～30kV的高電壓，經(jīng)配電器按點火順序配送至工作缸火花塞跳火。9.3.2電子點火系統(tǒng)主要部件的結構1．點火器點火器的作用是按照信號發(fā)生器輸入的點火信號接通或斷開點火系統(tǒng)的初級電路，使點火線圈次級繞組產(chǎn)生點火高壓電。如圖9-17所示。圖9-17簡化的點火器電路2．信號發(fā)生器（1）磁感應式信號發(fā)生器磁感應式信號發(fā)生器主要由導磁轉(zhuǎn)子、感應線圈、定子、永久磁片等組成，如圖9-18所示。圖9-18磁感應式信號發(fā)生器它是利用電磁感應原理，將運動信號轉(zhuǎn)換成傳感線圈的感應電動勢輸出。該信號加在電子點火控制器上，作為點火觸發(fā)信號。圖9-19所示。圖9-19傳感線圈的磁通與感應電動勢變化規(guī)律圖（2）霍爾式信號發(fā)生器霍爾式信號發(fā)生器的結構如圖9-20所示，主要由轉(zhuǎn)子和定子組成。其中轉(zhuǎn)子即觸發(fā)葉輪，由分電器軸帶動，其葉片數(shù)與發(fā)動機氣缸數(shù)相等；定子（即觸發(fā)開關）由帶導磁板的永久磁鐵和霍爾元件（集成電路）等組成。圖9-20霍爾式信號發(fā)生器的結構霍爾式信號發(fā)生器的工作原理如圖9-21所示?；魻栐a(chǎn)生的霍爾電壓由集成電路放大、脈沖整形后以矩形脈沖（方波）信號輸出，如圖9-22所示。圖9-21霍爾式信號發(fā)生器的工作原理圖9-22霍爾集成電路內(nèi)部原理框圖9.4電控點火系統(tǒng)

電控點火系統(tǒng)主要由各種傳感器、發(fā)動機計算機（ECU）、點火控制器、點火線圈和火花塞等組成。電控點火系統(tǒng)通過各種傳感器準確獲知發(fā)動機的各種工作參數(shù)，并通過電子控制的方式精確控制點火提前角，使發(fā)動機在各種工況和使用條件下的點火提前角都能更加接近相應的最佳點火提前角。9.4.1電控點火系統(tǒng)的類型和組成1．分電器式電控點火系統(tǒng)分電器式電控點火系統(tǒng)由各種傳感器、發(fā)動機計算機、點火控制器、點火線圈、分電器和火花塞等組成，如圖9-23所示。圖9-23分電器式的電控點火系統(tǒng)在分電器式電控點火系統(tǒng)中，ECU根據(jù)傳感器的信號，按特定的程序計算最佳點火提前角和初級電路導通時間，并將計算結果轉(zhuǎn)變?yōu)辄c火控制信號，通過點火控制器控制點火線圈初級電路的導通和斷開，使之在適當?shù)臅r刻產(chǎn)生點火所需的高電壓，最后通過分電器和高壓線送給各缸的火花塞。2．同時點火系統(tǒng)同時點火系統(tǒng)是在分電器式電控點火系統(tǒng)的基礎上取消了分電器，采用2個氣缸共用一個點火線圈，同時對2個處于上止點的氣缸進行點火的方式，如圖9-25所示。圖9-25同時點火系統(tǒng)發(fā)動機ECU根據(jù)傳感器的信號，通過點火控制器分別控制各個點火線圈初級電路的導通和斷開，讓每個點火線圈在發(fā)動機每個工作循環(huán)內(nèi)各點火2次。當接近壓縮上止點的氣缸點火后，混合氣燃燒做功，其點火有效；而此時另一個接近上止點的氣缸處于排氣行程，該缸的點火無效。同時點火系統(tǒng)由于廢除了分電器，節(jié)省空間；由于沒有配電器，不存在分火頭與分電器旁電極間產(chǎn)生火花，因此有效地降低了點火系統(tǒng)對無線電的干擾；點火系統(tǒng)為全電子電路，無機械零件，無機械故障，可靠性高。3．獨立點火系統(tǒng)獨立點火系統(tǒng)是在每個氣缸的火花塞上方設置一個點火線圈和點火控制器總成（見圖9-26），每個點火線圈的次級繞組直接與火花塞相連，把高壓電直接送給火花塞進行點火。圖9-26獨立點火系統(tǒng)1—發(fā)動機ECU

2—點火線圈和點火控制器總成3—凸輪軸位置傳感器4—曲軸位置傳感器5—火花塞獨立點火系統(tǒng)由于無機械分電器和高壓導線，因而能量損失、漏電損失小，電磁干擾小。由于采用了與氣缸數(shù)相同的點火線圈，減少了點火線圈的工作負荷，能在發(fā)動機轉(zhuǎn)速高達9

000r/min時，提供足夠的點火電壓和點火能量。由于取消了故障率較大的機械分電器和高壓線，且點火線圈和點火控制器總成僅占用原來安裝高壓線絕緣套的位置，使其結構更加緊湊，故障率更小。9.4.2電控點火系統(tǒng)主要部件的構造1．同時點火系統(tǒng)的點火線圈同時點火系統(tǒng)一般將幾個點火線圈和點火控制器布置在一起，形成點火線圈和點火控制