第十章发动机点火系统

1、 第十章 发动机点火系统一、概述一、概述二、传统点火系的结构和工作原理二、传统点火系的结构和工作原理三、点火系重点问题三、点火系重点问题四、蓄电池点火系主要元件四、蓄电池点火系主要元件1 1、定义、定义能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备，称为发动能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备，称为发动机点火系。机点火系。2 2、功用功用 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。量的电火花。 第一节第一节 概述概述 分类分类 电源电源 产生高压的方法产生高压的方法蓄电池点火系 蓄电池或发电机 点火线圈和断电器半导体点火系

2、 蓄电池或发电机 点火线圈和半导体元件磁电机点火系 磁电机 3 3、分类、分类 按照点火系的组成及产生高压电的方法不同，分为蓄电池点按照点火系的组成及产生高压电的方法不同，分为蓄电池点火系、半导体点火系、磁电机点火系和微机控制点火系。火系、半导体点火系、磁电机点火系和微机控制点火系。 本章只介绍传统汽车蓄电池点火系的工作原理及组成，磁电机点火系应用本章只介绍传统汽车蓄电池点火系的工作原理及组成，磁电机点火系应用在摩托车发动机中，半导体点火系及微机控制点火系内容及电源、起动电在摩托车发动机中，半导体点火系及微机控制点火系内容及电源、起动电机等其它电器知识在以后的汽车电器及电子控制技术课程中介绍。

3、机等其它电器知识在以后的汽车电器及电子控制技术课程中介绍。蓄电池点火系蓄电池点火系由蓄电池或发电机供给由蓄电池或发电机供给12V或或24V的低压直流电，借点火线圈的低压直流电，借点火线圈和断电器将低压电转变为高压电，再通过配电器分配到各缸火花塞，使两电和断电器将低压电转变为高压电，再通过配电器分配到各缸火花塞，使两电极之间产生火花，点燃可燃混合气。汽车一般为极之间产生火花，点燃可燃混合气。汽车一般为12V电源，由蓄电池供给低电源，由蓄电池供给低压直流电，发电机给蓄电池充电。压直流电，发电机给蓄电池充电。4 4、要求、要求（1 1）在火花塞两电极间产生足够高的次级电压。）在火花塞两电极间产生足够

4、高的次级电压。影响火花塞击穿电压的因素：火花塞两电极之间的距离，气缸压力，影响火花塞击穿电压的因素：火花塞两电极之间的距离，气缸压力，气缸中气体的温度气缸中气体的温度 。（2 2）火花具有一定的能量。）火花具有一定的能量。点火能量不足时，会使发动机启动困难，发动机的动力性下降，油耗点火能量不足时，会使发动机启动困难，发动机的动力性下降，油耗和排污增加，甚至于发动机不能工作。和排污增加，甚至于发动机不能工作。（3 3）在任何工况下，均获得最佳点火提前角。）在任何工况下，均获得最佳点火提前角。点火时刻由点火提前角表示。当发动机的转速或负载发生变化时，可点火时刻由点火提前角表示。当发动机的转速或负载

5、发生变化时，可以通过点火提前机构进行自动调节。以通过点火提前机构进行自动调节。（4 4）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）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。电极为负。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。的中心电极较侧电极温度高。搭铁搭铁汽车发动机点火系线路与其它电器设备线路一样，均采用单线制联结，汽车发动机点火系线路与其它电器设备线路一样，均采用单线制联结，即电源的一个电极用导线与各用电设备相联，而另一个电极则通过发即电源的一个电极用

6、导线与各用电设备相联，而另一个电极则通过发动机机体、汽车车架和车身与各用电设备相联，称为搭铁，相当于接动机机体、汽车车架和车身与各用电设备相联，称为搭铁，相当于接地。既可以以电源的负极搭铁，也可以以电源的正极搭铁，汽车发动地。既可以以电源的负极搭铁，也可以以电源的正极搭铁，汽车发动机点火系一般以电源的负极搭铁。此时点火线圈的线路一般使火花塞机点火系一般以电源的负极搭铁。此时点火线圈的线路一般使火花塞的中心电极为负极，侧电极为正极，由于电子容易从温度高的中心电的中心电极为负极，侧电极为正极，由于电子容易从温度高的中心电极向温度低的侧电极发射（高压电流方向从正极流向负极），因此，极向温度低的侧电极

7、发射（高压电流方向从正极流向负极），因此，可降低击穿电压可降低击穿电压15 % 20 %左右。左右。第二节第二节 传统点火系的结构和工作原理传统点火系的结构和工作原理一、一、 组成组成 蓄电池点火系主要由：蓄电池点火系主要由：电源电源点火开关点火开关点火线圈点火线圈断电器断电器配电器配电器火花塞火花塞高压导线高压导线附加电阻等组成。附加电阻等组成。 二、工作原理二、工作原理点火线圈和断电器共同完成低压电转变为高压电的作用。点火线圈和断电器共同完成低压电转变为高压电的作用。点火线圈由初级绕组和次级绕组组成，相当于变压器的作用。点火线圈由初级绕组和次级绕组组成，相当于变压器的作用。点火开关闭合时，

8、蓄电池点火系才能工作。当断电器触点组闭合时，低压点火开关闭合时，蓄电池点火系才能工作。当断电器触点组闭合时，低压电路导通，初级绕组通以初级电流，产生磁场，由于铁芯的作用而加强磁电路导通，初级绕组通以初级电流，产生磁场，由于铁芯的作用而加强磁场。当断电器凸轮顶开触点臂而使触点组分开时，低压电路断开，初级电场。当断电器凸轮顶开触点臂而使触点组分开时，低压电路断开，初级电流为零，这样，由于初级绕组中电流的变化引起磁通量的变化，从而在线流为零，这样，由于初级绕组中电流的变化引起磁通量的变化，从而在线圈较密的次级绕组中产生很高的感应电动势，使火花塞两电极间隙处的气圈较密的次级绕组中产生很高的感应电动势，

9、使火花塞两电极间隙处的气体被击穿，产生火花。体被击穿，产生火花。dtdN 触点闭合时，初级电路通电，电流从蓄电池的正极经点火开关，点火线圈的初级绕触点闭合时，初级电路通电，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，接地流回蓄电池的负极，为低压电路。组，断电器触点，接地流回蓄电池的负极，为低压电路。 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

10、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，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间隙被击穿，产生火花。使火花塞两极之间的间隙被击穿，产生火花。 初级电压初级电压三、电流回路三、电流回路次级电压次级电压 画电流回路画电流回路n一、什么是击穿电压？一、什么是击穿电压？n二、为什么转速愈高，次极电压愈低？二、为什么转速愈高，次极电压愈低？（其解决方法是什么？）（其解决方法是什么？）n三、电容器的作用是什么？三、电容器的作用是什么？第三节第三节 点火系重点问题点火系重点问题 在火花塞电极间加上高电压后，电极间的气

11、体发生电离，所加电压愈在火花塞电极间加上高电压后，电极间的气体发生电离，所加电压愈高，气体电离的程度愈高。当电压增高到一定值时，火花塞两极间的间隙高，气体电离的程度愈高。当电压增高到一定值时，火花塞两极间的间隙被击穿而产生电火花。使火花塞两电极之间产生电火花所需要的最低电压，被击穿而产生电火花。使火花塞两电极之间产生电火花所需要的最低电压，称为称为击穿电压击穿电压。当火花塞间隙为。当火花塞间隙为0.51.0mm时，发动机冷起动时所需击穿时，发动机冷起动时所需击穿电压约电压约70008000V，实际工作电压一般在，实际工作电压一般在1000015000V。 一、什么是一、什么是击穿电压击穿电压？

12、（点火机理）？（点火机理）n击穿电压的高低与两电极之间的距离（火花塞间隙）、气缸内压力和温度的大小有击穿电压的高低与两电极之间的距离（火花塞间隙）、气缸内压力和温度的大小有关。火花塞间隙愈大，气缸内气体压力愈高，温度愈低时，则击穿电压愈高。关。火花塞间隙愈大，气缸内气体压力愈高，温度愈低时，则击穿电压愈高。n击穿电压的高低与火花塞间隙内的可燃混合气浓度也有关。气缸内稀薄混合气难以击穿电压的高低与火花塞间隙内的可燃混合气浓度也有关。气缸内稀薄混合气难以点燃。为了提高汽油机压缩比，希望点燃稀薄可燃混合气，但应保证火花塞间隙内混点燃。为了提高汽油机压缩比，希望点燃稀薄可燃混合气，但应保证火花塞间隙内

13、混合气浓度较浓，离开火花塞距离愈远，混合气浓度愈稀，这样，既保证了正常的火焰合气浓度较浓，离开火花塞距离愈远，混合气浓度愈稀，这样，既保证了正常的火焰传播速率，又能使气缸内总体空间平均的混合气浓度较为稀薄，远远超过了火焰传播传播速率，又能使气缸内总体空间平均的混合气浓度较为稀薄，远远超过了火焰传播上限（分层充气进气方式）。上限（分层充气进气方式）。二、为什么转速愈高，次极电压愈低？二、为什么转速愈高，次极电压愈低？ 断电器触点闭合时，初级电流并不立即达到欧姆定律所指的稳定值断电器触点闭合时，初级电流并不立即达到欧姆定律所指的稳定值（I=U/RI=U/R），而是经过一定时间后才能达到。因此，初级

14、电流的高低与断），而是经过一定时间后才能达到。因此，初级电流的高低与断电器触点的闭合时间有关。蓄电池点火系发动机转速愈高，次极电压愈电器触点的闭合时间有关。蓄电池点火系发动机转速愈高，次极电压愈低，就是因为转速升高后，断电器触点闭合时间缩短，初级电流减小，低，就是因为转速升高后，断电器触点闭合时间缩短，初级电流减小，导致初始磁通量减小，断电器触点断开时引起的磁通量变化率减小，次导致初始磁通量减小，断电器触点断开时引起的磁通量变化率减小，次级绕组中产生的感应电动势降低。级绕组中产生的感应电动势降低。蓄电池点火系高、低速之间的矛盾？蓄电池点火系高、低速之间的矛盾？发动机低速运转时，初级电流大，次极

15、电压高，点火可靠；发动机高速运发动机低速运转时，初级电流大，次极电压高，点火可靠；发动机高速运转时，初级电流小，次极电压低，容易失火。如果点火线圈按高速时设计，转时，初级电流小，次极电压低，容易失火。如果点火线圈按高速时设计，低速时初级电流过大，线圈初级绕组易过热；反之，按低速时设计，高速低速时初级电流过大，线圈初级绕组易过热；反之，按低速时设计，高速时易失火，点火不可靠。时易失火，点火不可靠。解决方法：解决方法：解决的办法是在低压电路中串联一个附加电阻，其电阻值随工作温度高低解决的办法是在低压电路中串联一个附加电阻，其电阻值随工作温度高低而变化（温度愈高，电阻值愈大），从而满足高低速时的初级

16、电流大小的而变化（温度愈高，电阻值愈大），从而满足高低速时的初级电流大小的要求。要求。热敏热敏电阻电阻三、电容器的作用？三、电容器的作用？断电器触点旁一般并联一只电容器，其作用是消除自感电流的不利影断电器触点旁一般并联一只电容器，其作用是消除自感电流的不利影响。当断电器触点分开时，自感电流向电容器充电，加速初级电流和响。当断电器触点分开时，自感电流向电容器充电，加速初级电流和磁通的衰减，并且减小了触点间的火花，避免触点烧蚀；当断电器触磁通的衰减，并且减小了触点间的火花，避免触点烧蚀；当断电器触点闭合时，电容器放电，初级电流增大，即作用是消除自感电流不利点闭合时，电容器放电，初级电流增大，即作用

17、是消除自感电流不利影响，提高次极电压；避免触点烧蚀。影响，提高次极电压；避免触点烧蚀。电容器电容器一、分电器原理：一、分电器原理：原理是在发动机工作时接通原理是在发动机工作时接通与切断点火系统的初级电路，与切断点火系统的初级电路，使点火线圈的次级绕组中产使点火线圈的次级绕组中产生高电压，并按发动机要求生高电压，并按发动机要求的点火时刻与点火次序，将的点火时刻与点火次序，将点火线圈产生的高压电分配点火线圈产生的高压电分配到相应气缸的火花塞上。到相应气缸的火花塞上。第四节第四节 蓄电池点火系主要元件蓄电池点火系主要元件分电器实物图分电器实物图 分电器功用：分电器功用：（1 1）接通或断开初级电）接

18、通或断开初级电路路（2 2）将点火线圈产生的）将点火线圈产生的高压电按照发动机分配高压电按照发动机分配给各缸火花塞给各缸火花塞（3 3）根据发动机转速和）根据发动机转速和负荷自动调节点火时刻负荷自动调节点火时刻 分电器组成分电器组成 n分电器的组成：分电器的组成： 断电器断电器 配电器配电器 电容器电容器 点火提前调节装置点火提前调节装置1 1、断电器、断电器 断电器的作用是周期性地接通和断开初级电路，使初级电流发生变化，断电器的作用是周期性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产生较高的次极电压。以便在点火线圈中感应产生较高的次极电压。 一对钨质的触点，固定触点固定于

19、托板上，活动触点固定在触点臂的一对钨质的触点，固定触点固定于托板上，活动触点固定在触点臂的一端。触点臂的另一端有孔，套在销钉上，触点臂可绕销钉自由转动。一端。触点臂的另一端有孔，套在销钉上，触点臂可绕销钉自由转动。 凸轮棱数等于气缸数，凸轮轴转速与配气凸轮轴转速相等。凸轮棱数等于气缸数，凸轮轴转速与配气凸轮轴转速相等。 两触点分开时的最大间隙称为两触点分开时的最大间隙称为触点间触点间隙隙，一般规定，一般规定0.350.45mm。触点间隙过小触点间隙过小，触点间易出现火花而使初，触点间易出现火花而使初级电路断电不良，甚至触点烧蚀；级电路断电不良，甚至触点烧蚀；触点间隙过大触点间隙过大，则触点闭合

20、时间缩短，使，则触点闭合时间缩短，使初级电流减小，次级电压降低，高速时容初级电流减小，次级电压降低，高速时容易缺火。易缺火。触触点点中央电极中央电极侧电极侧电极分火头分火头导电片导电片2 2、配电器、配电器 配电器的作用是将点火线圈中产生的高压电，按照发动机的工作次配电器的作用是将点火线圈中产生的高压电，按照发动机的工作次序轮流分配给各气缸的火花塞上。主要由胶木制成的分电器盖和分火头序轮流分配给各气缸的火花塞上。主要由胶木制成的分电器盖和分火头组成。分火头套在断电器凸轮的延伸端，此延伸端侧面有一平面，借此组成。分火头套在断电器凸轮的延伸端，此延伸端侧面有一平面，借此保证分火头与凸轮同步旋转。保

21、证分火头与凸轮同步旋转。 分电器盖中央插孔装有炭精制成分电器盖中央插孔装有炭精制成的中心触头，弹簧始终使其与分火头的中心触头，弹簧始终使其与分火头顶部的铜片接触。顶部的铜片接触。 分电器盖外围有与气缸数目相等分电器盖外围有与气缸数目相等的侧插孔，各嵌有铜套作为侧电极，的侧插孔，各嵌有铜套作为侧电极，在分火头旋转时导电片依次与个侧电在分火头旋转时导电片依次与个侧电极接通。极接通。 3 3、电容器、电容器作用作用: : 利用电容器的充放电消弱一次绕组中的自感电动势对产生高压电利用电容器的充放电消弱一次绕组中的自感电动势对产生高压电的影响的影响.连接：连接： 与绕组并联与绕组并联点火提前角点火提前角

22、 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。拐位置之间的夹角称为点火提前角。 点火提前的影响因素点火提前的影响因素发动机转速发动机转速混合气的燃烧速度（燃烧室结构）混合气的燃烧速度（燃烧室结构）发动机负荷发动机负荷汽油的抗爆性能（油料）汽油的抗爆性能（油料）4 4、 点火提前点火提前实现点火提前角调节的方法有两种：实现点火提前角调节的方法有两种：（1 1）触点不动，使凸轮相对于其轴顺旋转方向转过一个角度）触点不动，使凸轮相对于其轴顺旋转方向转过一个角度 ，如图所示。，如图所示。这样，在活塞尚未

23、到达上止点时（假定点火提前角调节装置不工作时，点这样，在活塞尚未到达上止点时（假定点火提前角调节装置不工作时，点火提前角为零）断电器触点即分开，使点火提前。火提前角为零）断电器触点即分开，使点火提前。（2 2）凸轮不动，使触点（连同固定托板）相对于凸轮逆旋转方向转过一）凸轮不动，使触点（连同固定托板）相对于凸轮逆旋转方向转过一个个角度角度 ，使点火也提前。，使点火也提前。点火提前装置点火提前装置装置装置 1.离心式点火提前调节装置离心式点火提前调节装置 2.真空式点火提前调节装置真空式点火提前调节装置 3.辛烷值校正器辛烷值校正器离心式点火提前调节装置和真空式点火提前调节装置可以实现自离心式点

24、火提前调节装置和真空式点火提前调节装置可以实现自动调节点火提前角。动调节点火提前角。（1 1）离心式点火提前装置）离心式点火提前装置 它是随着发动机转速的变化改变凸轮和轴的相位关它是随着发动机转速的变化改变凸轮和轴的相位关系而调节点火提前角的。系而调节点火提前角的。发动机转速发动机转速点火提前角点火提前角（2 2）真空式点火提前装置）真空式点火提前装置 它是随着发动机负荷（节气门开度）的变化改变触点与凸轮的相位关它是随着发动机负荷（节气门开度）的变化改变触点与凸轮的相位关系而调节点火提前角的。系而调节点火提前角的。 发动机负荷发动机负荷节气门开度节气门开度点火提前角点火提前角节气门下方真空度节

25、气门下方真空度固定托板顺时针旋转固定托板顺时针旋转5 5、火花塞、火花塞 功用：将高压电引入燃烧室产生火花并点燃混合气。功用：将高压电引入燃烧室产生火花并点燃混合气。热特性：工作温度：热特性：工作温度：500600以上，以上，800900 以下。以下。电极材料：镍锰硅铬合金电极材料：镍锰硅铬合金 冷型：冷型： 裙部短，用于压缩比高的发动机。裙部短，用于压缩比高的发动机。H=8mm 中型：中型： 转速较低的发动机。转速较低的发动机。 H=11mm或或14mm 热型：热型： 裙部长，散热慢。裙部长，散热慢。 H=16mm或或20mm接负极接负极火花塞的结构与分类火花塞的结构与分类 当火花塞绝缘体裙

26、部工作温度当火花塞绝缘体裙部工作温度500 C 600 C时，落在裙部的油粒能时，落在裙部的油粒能完全烧尽，此温度称为火花塞的完全烧尽，此温度称为火花塞的自净温度自净温度；若低于此温度，则容易；若低于此温度，则容易产生积碳，使火花塞裙部绝缘性能下降，使点火不可靠（裙部发产生积碳，使火花塞裙部绝缘性能下降，使点火不可靠（裙部发黑）；当温度高达黑）；当温度高达800 C 900 C时，可能产生灼热表面点火（裙时，可能产生灼热表面点火（裙部发灰白色）。部发灰白色）。 火花塞选择的依据则是视发动机压缩比的高低。火花塞选择的依据则是视发动机压缩比的高低。 对高压缩比的高速发动机，燃烧气体温度高，为防止绝

27、缘体裙部对高压缩比的高速发动机，燃烧气体温度高，为防止绝缘体裙部过热，应采用裙部较短的冷型火花塞。过热，应采用裙部较短的冷型火花塞。 对低压缩比、长期在低速运转的发动机，为避免裙部积碳，影响对低压缩比、长期在低速运转的发动机，为避免裙部积碳，影响点火性能，应采用裙部较长的热型火花塞。点火性能，应采用裙部较长的热型火花塞。热型热型 中型中型 冷型冷型 n裙部裙部紫铜片紫铜片缸体缸体 火花塞间隙：中心电极与侧电极之间的间隙。火花塞间隙：中心电极与侧电极之间的间隙。 火花塞间隙的大小应适当。火花塞间隙的大小应适当。 传统点火系统中，火花塞间隙一般为传统点火系统中，火花塞间隙一般为0.6mm0.7mm。 采用电子点火时，间隙增大到采用电子点火时，间隙增大到1.0mm1.2mm。 火花塞间隙的调整可扳动侧电极来实现。火花塞间隙的调整可扳动侧电极来实现。 间隙过小，则火花微弱，并且容易间隙过小，则火花微弱，并且容易产生积碳而漏电；间