第六章发动机点火系统

1、第六章 发动机点火系统 二机构五系统：曲柄连杆机构，配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、 点火系和起动系第一节 点火系统概述1.作用 汽油机在压缩接近上止点时，可燃混合气是由火花塞点燃的，从而燃烧对外作功，为此，汽油机的燃烧室中都装有火花塞。 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 (igniting system)（图6-1）。点火系的功用就是按照气缸的工作顺序定时地在火花塞两电极间产生足够能量 的电火花。图6-12.分类点火系按照组成和产生高压电方法不同，可以分为 1蓄电池点火系蓄电池或发电机点火线圈和断电器2半导体点火系蓄电池或发电机点火线圈和半导体元件3磁电机点火系

2、磁电机3.要求（1）在火花塞两电极间产生足够高的次级电压。（2）火花具有一定的能量。（3）在任何工况下，均获得最佳点火提前角。（4） 汽车发动机的点火系同汽车上的其它电器设备一样采用单线制连接，即一端搭铁。 无论是正极搭铁还是负极搭铁，均应保证点火瞬间火花塞中心电极为负，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。第二节 蓄电池点火系的组成及工作原理1 组成（图-2） 蓄电池点火系主要由：蓄电池(storage battery)、发电机(generator)、点火开关（igniting switch）、 点火线圈(ignition coil)、

3、断电器(contact breaker)、配电器(distributor)、电容器(capacitor)、火花塞（spark plug）、高压导线（high tension cable）、 阻尼电阻(suppressor resistor)等组成。图-22工作原理(图6-3)图6-3电源是蓄电池，其电压为12 V 或24 V ，由点火线圈和断电器共同产生高压10000 V 以 上。分初级回路和次极回路。点火线圈实际上是一个变压器,主要由初级绕组(primary winding),次极绕 组(secondary winding)和铁芯组成。断电器是一个凸轮操纵的开关。 断电器凸轮由发动 机配气凸

4、轮驱动，并以同样的转速旋转，即曲轴齿轮每转两圈，凸轮轴转一圈,为了保证曲轴转两圈各缸轮流点火一次，断 电器凸轮的凸棱数一般等于发动机的气缸数，断电器的触点与点火线圈的初级绕组串联，用来切断或接通 初级绕组的电路。触点闭合时，初级电路通电 初级电流从蓄电池的正极经点火开关、点火线圈的初级绕组、断电器触点 臂、触点，搭铁流回蓄电池的负极，为低压电路。(图6-4)。触点断开时，在初级绕组通电时，其周围产生磁场，并由于铁芯的作用而加强。当断电器凸轮顶开触点时，初级电路被切断，初级电路迅速下降到零，铁芯中的磁通随之迅速衰减以至消失， 因而在匝数多， 导线细的次极绕组中感应出很高的电压，使火花塞两极之间的

5、间隙被击穿，产生火花。初级绕组中电流下降的速度愈大，铁芯中磁通的变化就愈大，次极绕组中的感应电压 也就愈高。初级电路为低压电路，次极电路为高压电路。 在断电器触点分开瞬间，次极电路中分火头恰好与侧电极对准，次极电流从点火线圈的次极绕组，经蓄电池正极、蓄电池，搭铁、火花塞侧电极、火花塞中心电极、高压导线，配电器流回次极 绕组。（图-5）图6-4 图-5 磁电机点火系统用一个发电机取代蓄电池。断电器也有三种：白金触点点火器（电源+点火凸轮+断电器+感应圈）白金触点晶体管点火器无触点点火器1、 CDI点火器：CDI（Condenser Discharged Ignition或Condenser Di

6、ode Ignition）点火火花是由高电压（200450伏）充电的电容器通过可控硅对点火线圈放电产生的。CDI效率高，能达到60%以上，好的可以达到90%多。CDI线圈具有低阻抗（0.51欧姆），电压上升速率也要比TCI大得多，可以达到很高转速，能覆盖大范围的转速。能量密度很大，火花温度可达万度以上，所以其击穿能力很强。这种火花功率高但持续时间短，在300600uS（50100s），不适用稀混合气的点燃。使用电瓶供电时CDI线路结构复杂，增加逆变升压电路。原理电路最简实用电路 实用电路2、 TCI点火器：TCI（Transistor Coil Ignition）点火在产生火花前已经对线圈充电

7、，当电流突然截止（消失）的时候产生火花。TCI线圈具有较高阻抗（>1欧姆），最低发火可以达到较低转速。火花持续时间比CDI要大很多，一般在1mS以上，热量积累效应好。但TCI效率较低，一般不超过30%，电压上升速率也比较小。转速适应范围一般比CDI的小，多用于中低速发动机。使用电瓶供电时TCI线路结构简单。原理电路最简实用电路实用电路 关于磁电机第三节 点火提前1为什么要点火提前 点火时刻对发动机性能影响很大，从火花塞点火到气缸内大部分混合气燃烧，并产生很高的爆发力需要一定的时间，虽然这段时间很短，但由于曲轴转速很高，在这段时间内，曲轴转过的角度 还是很大的。若在 压缩上止点点火，则混合

8、气一面燃烧，活塞一面下移而使气缸容积增大，这将导致燃烧压 力低，发动机功率 也随之减小。因此要在压缩接近上止点点火，即点火提前。把火花塞点火时，曲轴曲拐位 置与活塞位于压缩上止点时曲轴曲拐位置之间的夹角称为点火提前角(spark advance angle)。2.点火提前的影响因素 最佳的点火提前角随许多因素变化，最主要的因素是发动机转速和混合气的燃烧速度，混合气的燃烧速度又和混合气的成分、燃烧室形状、压缩比等因素有关。 当发动机转速一定时，随着负荷的加大，节气门开大，进入气缸的可燃混合气量增多，压缩终了时的压力和温度增高，同时，残余废气在气缸内所占的比例减小，混合气燃烧速度加快，这时， 点火

9、提前角应适当减小。反之，发动机负荷减小时，点火提前角则应适当增大。 当发动机节气门开度一定时，随着转速增高，燃烧过程所占曲轴转角增大，这时，应适当加大点火提前角。点火提前角应随转速增高适当加大。 另外，点火提前角还和汽油的抗暴性能有关，使用辛烷值高，抗爆性能好的汽油，点火提前角应较大。3.点火提前角调节装置（结构及原理详见下节） 自动调节装置：离心式点火提前调节装置真空式点火提前调节装置手动调节装置：辛烷值校正器第四节 蓄电池点火系的主要元件1分电器（图6-6）图6-6 图6-7(1)接通或断开初级电路 (2)将点火线圈产生的高压电按照发动机分配给各缸火花塞(3)根据发动机转速和负荷自动调节点

10、火时刻组成：分电器是由断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置组成。 断电器的功用是周期地接通和断开初级电路，使初级电流发生变化，以便在点火线圈中感应生成次极电压。断电器的触点间隙一般为0.350.45,可以通过调整固定触点的位置来改变触点 间隙（图6-7）配电器的功用是将点火线圈中产生的高压电，按照发动机的工作顺序轮流分配到各气 缸的火花塞上（图6-8）图6-8 图6-9电容器(图6-9)与断电器触点并联，其功用是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。 点火提前调节装置位于分电器下部，由离心式点火提前调节装置（图6-1

11、0）和真空式点火提前调节装置（图6-11）组成。图6-10图6-11辛烷值校正器作用：换用不同牌号汽油时，改变初始点火提前角。 方法：首先将分电器外壳固定螺栓旋松，若想增大点火提前角，则使分电器外壳逆分电器轴旋向转一个角度，反之则顺旋转方向转一个角度（带动触点相对凸轮移动一个角度）。然后，将固 定螺栓拧紧。2.点火线圈（图6-12） 点火线圈把电源的低压电转变成火花塞点火所需要的高压电。按其铁芯结构型式有两种：开磁路点火线圈：开磁路点火线圈采用柱形铁芯，其上下两端没有连接在一起，磁力线通过空气形成磁回路。 闭磁路点火线圈：闭磁路点火线圈的铁芯用"口"字形或"日&q

12、uot;字形的铁片叠制而成。磁路闭合。图6-123.火花塞（图6-13）功用：将高压电引入燃烧室产生火花并点燃混合气。 自净温度>500600以上，裙部温度，若低于此温度，落在绝缘体裙部的油粒便不能立即燃烧掉，形成积炭而引起漏电。炽热点<800900，温度若太高，则混合气与这样炽热的绝缘体接触时，可能在火花塞产生火花之前就自行着火，从而引起发动机早燃，发生化油器，回火现象。 不同发动机使用的火花塞裙部受热是不一样的，就要求绝缘体裙部长度不同，根据裙部长度不同，又把火花塞分成冷型（裙部长度等于8）；中 型（裙部长度等于11和14）；热型（裙部长度等于16和20）（图6-14）。图6-

13、13 图6-14火花塞电极间隙根据柏申的经验公式， 均匀电场下的击穿电压U是气体压力p、两电极间的距离d和绝对温度T的函数。 由上式可知，电极间隙越大，击穿电压越高。这是因为当电极间隙增大时，气体中的离子和电子距电极和路程增大，受电场力的作用减少，不易发生碰撞电离，因此需要较高的电压才能跳火。传统式点火系统火花塞标准间隙：0.6-0.7mm（9.5时，相当于5.76.7）高能量点火系统火花塞间隙：1.0-1.2mm （9.511.5）火花塞标准（GB 7825）要求磁电机标准（JB/T 5140.1）要求表火花塞的安装力矩单位N.m 火花塞种类气缸头种类铝制铸铁制M14一般型、紧凑型20302

14、040M14圆锥形10201020M1215251525M1010151015备注：安装力矩用于新火花塞，相配螺纹没有油类附着物的情形。火炬（TORCH）火花塞第五节 电子点火系.半导体点火系概述蓄电池点火系工作时，断电器触点分开瞬间，会在触点处产生火花，烧损触点。当火花塞积炭时，易漏电，次极电压上不去，不能可靠地点火，产生高速缺火现象。半导体点火系（图6-15）克服了这些缺点，具有较强地跳火能力，使点火可靠。半导体点火系统大体分为以下类:图6-151、由电磁、红外或霍尔元器件构成的非接触式断电器组成的点火系统称为无触点点火 器，其放大电路又分晶体管电路和电容放电电路两种。2、ECU(Elec

15、tronic Control Unit)控制的点火系由ECU中的微处理器根据曲轴转角传 感器的信号确定点火时刻，因而它没有断电器，只有分电器，根据ECU送来的信号直接控制点火线圈初级电路的通断。3、无分电器点火系统(Distributor-Less Ignition)是当前最先进的点火系统，曲轴传感器送来的不仅有点火时刻信号，而且还有气缸识别信号，从而使点火系统能向指定的汽缸在指定的时刻送去点火信号， 这就要求每缸配有独立的点火线圈，但如果是六缸机则1，6缸、2，5缸和3，4缸分别共用 一个点火线圈，即共有三个点火线圈，显然每一个点火线圈点火时，总有一个缸是空点火，检测时应注意到这一点。无触点

16、点火系统能使用低阻抗电感线圈，从而大幅度提高初级电流，使次级电压高达30kV以上，增强点火能量以提高点燃稀混合气的能力，在改善燃料经济性的同时也降低排气污染。无分电器点火系统完全是电子器件而无机械运动部件，彻底解决了凸轮和轴承磨损以及触点烧蚀间隙失调而引起的一系列故障。.信号发生器(传感器) 半导体点火系的工作原理与蓄电池点火系工作原理基本相同，只是半导体点火系与蓄电池点火系产生高压的方法不同，它利用了一些半导体元件替代了蓄电池点火系中的断电器，产生脉冲信号 点火。例如，在无 触点半导体点火系中使用了点火发生器（传感器）代替了断电器,常用的传感器有霍尔式、 电磁式和光电式。图6-16（1）霍尔

17、式传感器（图6-16）:由信号盘叶片、永久磁铁、霍尔芯片及霍尔传感器槽等构成。当叶片从槽中移出时，点火线圈初级线圈由导通状态变为断路状态，使次级线圈产生高电压。（）电磁式传感器（图6-17、图6-18）：由转子和线圈组成。转子固定在分电器轴 上，线圈固定在分 电器壳体上。永久磁铁的磁力线经转子、线圈、托架构成封闭回路，转子旋转时，由于转 子凸起与托架间的 磁隙不断变化，通过线圈的磁通也不断变化，线圈中便产生感应电压，并以交流形式输出。 在实用结构中， 常将发动机转速和曲轴位置传感器一同装于分电器上，使用复合转子和耦合线圈。图6-17 图6-18（）光电式传感器(图6-19和图6-20)：主要由

18、发光二级管、光敏二级管、遮光盘和 控制电路组成。发 光二级管和光敏二级管位置相对，分别位于遮光盘两侧。遮光盘固定在凸轮轴上，与凸轮 轴一同旋转。当遮 光盘挡住发光二级管的光线时，光敏二级管截止，控制电路输出低电平。当缝隙对准发光 二级管与光敏二级 管时，光线照射到光敏二极管上，控制电路输出高电平。凸轮轴转一周，由360条缝隙所控 制的电路将输出360个脉冲信号，此信号作为向电脑输入的转速信号。130 of 163图6-19 图6-20.电子点火器（图6-21）图6-21 电子点火器是电子点火系的核心，其基本作用是将点火脉冲发生器的信号放大，以控制初级回路的通断状态。此外，有些系统还对初级回路的

19、闭和角和初级电流进行控制，并设有初级回路自动 切断功能，以防止点火线圈在停车时长期通电而损坏。图6-22是一个简化的电子点火器的内部原理图。此电 路与电磁式传感器配合使用。主要包括四个部分：稳压部分A、脉冲整形部分B、通电角控制部分C、复合管输 出级D。现在为了增加点火器的可靠性、减小体积以及增加控制功能,一般点火器的内部电路采 用厚膜电路技术， 将大规模集成电路IC及其外围元件和大功率三级管作在一个厚膜电路上,大大提高了点火 控制器可控制功能。4.点火系统的微机控制 电子控制单元(ECU)是点火系统的核心。它根据发动机各种传感器信号经过计算求出最佳点火时刻和初级线圈通电时间，并在适当时候给发火器发出点火信号。CPU首先据转速信号和吸气量求出基 本的点火提前角。 再根据水温、起动信号、车速信号、空调开关等对基本点火提前角进行修正，主要包括暖 机修正、过热修正、 怠速稳定性修正及爆震修正。ECU通