第4讲点火系统

第4讲点火系统

蓄电池点火系（传统点火系）：电源是蓄电池，初级电流由触点控制。磁电机点火系：电源是自身的磁电机。电子点火系：电源也是蓄电池，初级电流的控制由晶体管完成。

作用：对每个气缸交替传出具有一定强度的电火花，以点燃混合气。4.1对点火系统的要求

能产生足以击穿火花塞电极间隙的电压；火花具有足够的能量；点火时刻应能适应发动机的工作情况。

点火提前角——指从火花塞电极间隙跳火开始，到活塞运行到上止点为止的一段时间内曲轴所转过的角度。

1.传统点火系组成2.传统点火系各部件构造1）点火线圈：将蓄电池或发电机供给的12V的低压电转变为高压电

4.2传统点火系组成及工作原理

（1）铁芯:由硅钢片叠成；（2）次级线圈:11000~23000匝；（3）初级线圈:240~370匝；（4）钢套:导磁用圆筒形硅钢片；（5）外壳：内填绝缘物或油；（6）绝缘瓷杯：位于外壳底部；（7）胶木盖:装有连接断电器导线的低压接线柱，接起动开关的接线柱，接点火开关的接线柱、高压接线柱；（8）附加电阻:接在起动开关接线柱和点火开关接线柱之间，以改变点火系统的工作特性。2）分电器作用：准时切断点火线圈初级绕组中的电流，使次级绕组产生高压电，并按照发动机的工作顺序，适时将高压电准确地分配给各汽缸的火花塞。a）断电器：周期性地接通和切断点火线圈初级绕组的电流。包括断电器底板4、静触点及支架12、动触点及臂13、压簧和凸轮3等。工作过程：凸轮的凸棱接触胶木顶块→触点打开（0.35-0.45mm）→点火线圈磁场变化最快，次级电压最高，火花塞跳火。最佳点火提前角及其调整：

点火提前角：从点火到活塞行至上止点时的曲轴转角。

最佳点火提前角：使发动机能在动力性及经济性最有利的条件下工作的点火提前角。

传动关系：活塞←连杆←曲轴→传动机构→机油泵驱动轴→分电器→点火提前角调节装置→断电器凸轮→顶块（点火）。故调整分电器轴与断电器凸轮的相对角位置，即可调整点火提前角。b）配电器：将高压电适时分配给各缸火花塞。组成：（1）配电器盖：用绝缘胶木制成；（2）插座：用于插高压线与火花塞相连；（3）中心插孔：用高压线引来点火线圈次级高压电；（4）碳棒：导通中心插孔高压线和分火头；（5）分火头：装在断电器凸轮顶端，随凸轮一起旋转；工作过程：高压线引入次级高压电→中心、插孔→碳棒→分火头→按发火次序依次导通插座内高压线→火花塞。c）电容器：减小触点火花，提高次级电压。a）离心提前机构：

随发动机转速变化自动调节点火提前角。发动机转速升高，点火提前角增大，转速降低，点火提前角减小。点火提前装置b）真空提前机构：随负荷变化自动调整点火提前角。负荷小时，点火提前角增大；负荷增大时，点火提前角减小。c）辛烷值选择器：根据燃料人工调整点火提前角。

：产生电火花，点燃混合气。3）火花塞工作条件：机械、电、热负荷大，化学腐蚀、电腐蚀严重。构造：（1）接线螺母：与配电器盖上插座通过高压线连接；（2）金属杆：与接线螺母相连，传导高压电；（3）中心电极：由镍锰合金制造，上与金属杆相连，下为电极；（4）绝缘体：瓷制，对高压电进行绝缘；（5）钢制外壳：包在绝缘体外侧；（6）侧电极：在外壳下端；（7）内垫圈：铜制，密封，导热作用；安装：

通过钢壳的螺纹旋入气缸盖，之间用密封垫圈进行密封。温度对火花塞工作性能的影响。

绝缘体下端正常工作时的温度：500-600℃到800-850℃之间。

当温度过低，易积碳，高压电将通过积碳（电阻）流过，导致断火。

当温度过高，混合气将直接被火花塞点燃，形成早燃。

4.3传统点火系工作原理及工作过程分析

1．工作原理

工作原理：低压电路：蓄电池→点火开关→初级线圈→断电臂→触点→蓄电池负极。脉动电流的产生：配气机构→断电器凸轮→周期性打开触点→低压回路周期性断、通→直流电变成脉动电流。高压电路：初级线圈中的脉动电流→次级线圈感应出高压电→配电器中心插孔→配电臂（分火头）→高压线→火花塞。2．工作过程分析

（1）触点闭合，初级电流增长

图：触点闭合时的初级电路简图在闭合回路中，初级电流i1为：

其中：UB——蓄电池端电压；i1——初级电流；R——初级电路的电阻，R＝R1＋Rf；L1——初级绕组的电感；t——触点闭合时间。

（2）触点打开，次级绕组产生高压电

初级断电电流

次级电压的最大值

C2——高压电路中的分布电容；η——转换效率。

（3）火花放电

电容放电：放电电流大，放电时间短。

电感放电：放电电流较小，放电时间较长。

4.4传统点火系的工作特性

1．发动机转速与汽缸数对次级电压的影响（1）转速

转速越高，次级电压越低，但转速很低时，次级电压下降。

图：发动机转速对次级电压的影响

（2）汽缸数次级电压随汽缸数增加而下降。

图：汽缸数不同时次级电压与转速的关系

2．火花塞积炭对次级电压的影响积炭越多，电阻越小，次级电压越低。

图：火花塞积炭的分路作用3．电容对次级电压的影响

4．触点间隙对次级电压的影响：间隙过大过小，都会使U2max减小。5．点火线圈温度对次级电压的影响：点火线圈过热，Ip减小，U2max减小，火花减弱。4.5电子点火系统

1.传统点火系存在哪些问题？（1）触点易烧蚀；引起触点烧蚀的原因主要有：

a.低速运转时，触点火花较强，触点烧蚀严重；

b.触点间隙变化，引起次级电压下降，点火时间改变，影响点火系统正常工作；

c.发动机在高转速的机械惯性使闭合角减小影响次级电压和火花能量。（2）火花能量的提高受到限制；（3）不能精确地控制点火时间。电子点火系统与传统点火系统的主要区别：利用半导体器件作为开关，接通和切断初级电流。

2.电子点火系统的分类

按储能方式分

电感点火系统：储能元件是点火线圈。电容点火系统：储能元件是电容器。

按有无断电器触点分

有触点电子点火系统：保留断电器触点，利用大功率晶体三极管的开关作用，来控制点火线圈初级电流。

无触点电子点火系统：取消断电器触点，用新型的点火信号发生器（触发器）代替。

按控制方式是否采用微机分

普通电子点火系统：点火时机靠机械式点火提前装置进行控制。

微机控制点火系统；利用微机根据传感器的信号精确控制点火提前角。

3．BD—71F型电感储能有触点电子点火装置

图：BD-71型负极搭铁半导体辅助点火装置组成：触点、点火器、点火线圈、火花塞，与传统分电器配套使用，只比传统点火系增加了点火器。

点火器作用：在触点通过电流较小的情况下，得到较大初级电流，放大电流5-10倍，避免触点烧蚀。电路工作原理：

汽油机工作时，点火开关SW闭合。

当触点K闭合，三极管T1因基极与发射极短接无基极电流而截止。三极管T2由R1和R2提供偏流而导通，接通初级电路。

初级回路：蓄电池正极→点火开关SW→附加电阻Rf→初级线圈W1

→三极管T2集电极→三极管T2发射极→蓄电池负极。初级线圈W1有电流通过，储存磁场能。

当触点K打开，三极管T1由R3提供偏流而导通，三极管T2因基极电位下降而截止，初级电流突然中断，使次级线圈W2中产生15kV以上的点火高压。图：BD-71型负极搭铁半导体辅助点火装置4．无触点电子点火系统

特点：点火信号发生器→控制点火器→控制点火线圈初级电流的通断。

1）磁电式电子点火装置

传感器（脉冲信号发生器）：将曲轴转过的角度或活塞在气缸中所处的位置，转换成相应的脉冲电信号，再输送给电子点火控制器。结构：信号转子；传感线圈和永久磁铁。原理：分电器轴带动导磁材料制成的定时转子→定时转子的轮齿凸起及凹下部分交替靠近永久磁铁，其间空气隙发生变化→定时转子内磁通变化→磁路磁通变化→传感线圈磁通变化→传感线圈产生感应电动势（正负脉冲电压）。

电子点火控制器：接收传感器送来的脉冲电信号，控制点火线圈初级电路的通断。工作原理：汽油机工作时，点火开关SW闭合。当传感线圈输出正向脉冲电压（A正B负）时，T1集电极反向偏置而截止，P点保持高电位，T2导通，T3截止，T4、T5导通，初级线圈接通。初级回路：蓄电池正极→点火开关SW→附加电阻Rf→初级线圈→三极管T5集电极→三极管T5发射极→蓄电池负极。初级线圈N1有电流通过，储存磁场能。当传感线圈输出负向脉冲电压（B正A负）时，T1导通，P点电位被负向脉冲拉低，T2截止，T3导通，T4因基极电位下降而截止，T5无正向偏流也截止，初级电流突然中断，使次级线圈N2中产生点火高压。2）光电式电子点火装置

光电信号发生器原理：分电器轴带动开有与缸数相同缺口的遮光盘→光敏器件接受通过遮光盘缺口交替射来的光束→将光信号转换为电脉冲信号。图：光电信号发生器电路工作原理：

光敏三极管的T1特性：受光照时，导通；无光照时，截止。当光敏三极管T1无光照时，T1截止；T1发射极无电流，T2基极也无电流，T2截止；同理，T3截止；T4导通，T5导通，初级线圈接通。初级回路：蓄电池正极→初级线圈→附加电阻→三极管T5集电极→三极管T5发射极→蓄电池负极。初级线圈有电流通过，储存磁场能。当光敏三极管T1有光照时，T1导通；T1发射极为T2提供正向偏流，T2导通；同理，T3导通；T4因基极电位下降而截止；T5无正向偏流也截止，初级电流突然中断，使次级线圈中产生点火高压。

4.6数字点火控制系统

优点：控制点火时刻（点火提前角的自动控制）。带分电器的电控点火系统：即通过分电器分火，它类似于传统点火装置，用一套高压发生装置产生高压，通过分电器把高压依次分配到各缸。无分电器（DLI）的直接点火系统：其特点是没有分电器，主要包括判缸和对各缸的高压发生系统进行点火控制。每只气缸用一套高压发生装置、点火线圈及其驱动电路。1.二极管分配式电控点火系工作原理：当第1缸需要点火时，ECU向点火控制器发出点火信号→控制器使三极管Tr1截止→初级线圈A电流突然中断→次级线圈感应出下“+”上“－”的点火高压→经第1缸和第４缸火花塞构成回路，两个火花塞均跳火→第1缸接近压缩终点，混合气被点燃；第４缸正在排气，火花塞点空火。2、点火线圈分配式电控点火系分为同时点火和单独点火两类。（1）同时点火：两个火花塞配一个点火线圈。用一个点火线圈对到达压缩和排气行程上止点的两个气缸同时实施点火，处于压缩行程上止点的气缸混合气被点燃而作功，处于排气行程的气缸火花塞点空火。（2）单独点火：每个火花塞配一个点火线圈，根据ECU指令单独直接对每个气缸点火。

例：一例中高速下点火异常故障实例分析故障现象，发动机在低速下正常，而中高速出现断火现象，在高速下产生断火，放炮并伴随回火。故障原因：点火电路火线接在交流发电机调节器的磁场接柱上。

图：双级电磁振动式电压调节器原理电路故障分析：（1）当发动机转速低时，U发<14V，不足以吸开调节器触点，此时发动机运转正常。（2）当发动机转速继续提高至中速，发电机端电压达到工作电压时，调节器开始工作，一级触点不断开闭，触点打开时，调节电阻Rr串入回路中，电流减小。因此造成点火困难，出现断火现象。而调节器触点开闭频率远大于分电器白金触点开闭频率，所以还是能点火。（3）当发动机转速达到高速后，二级触点闭合使磁场线圈及点火线圈短路断电，此时无电流通过点火电路。但由于调节器动铁振动频率远高于分电器白金触点开闭频率，所以在分电器触点的闭合角范围内，动铁不断振动，触点不断开闭，仍将可能产生点火电流，所以产生高压跳火形成点火正时不固定的二次点火现象，反映到发动机上就产生断火、放炮和回火现象。

故障现象：点火开关开到二档时起动机转动并可使之发动，当点火开关退回第一档时，发动机随之熄火。故障原因：起动机电磁开关附加电阻短路接柱与起动机吸引线圈在内部接通。点火系故障一例：

故障分析：起动时（吸引线圈应被短路），接通短路附加电阻线，点火线圈可以产生高压火花，发动机能发动。当断开点火开关至一档位置时，由于起动机电磁开关的吸引线圈和附加电阻短路，接线柱接通时吸引线圈只有0.84Ω的电阻，而初级线圈却有1.5Ω的电阻，这时从点火开关到点火线圈的电流便有一大部分经附加电阻短路线→短路附加电阻线接柱→起动机吸引线圈→起动机正极电刷→起动机电枢线圈→起动机负极电刷→接地。因而使流过初级线圈的电流很小，不产生火花，发动机便迅速熄火。1.由于传统点火系故障引起发动机不能起动或停转的原因有哪些？怎样判断故障是出在低压电路和高压电路？由于传统点火系故障引起发动机不能起动或停转的原因有：1.蓄电池无电或存电不足、极桩脏污、接头松动；2.低压线路断路或短路；3.点火开关损坏；4.断电器触点严重烧蚀或过脏，触点间隙过大或过小，使触点不能闭合或断开；5.点火线圈或电容器被击穿损坏；6.分火头或分电器盖漏电；7.中央高压线脱落、老化或潮湿而漏电；8.点火不正时，高压线错乱。

判断故障在高压线路还是在低压线路的方法：接通点火开关，踩下踏板或摇转发动机，观察电流表指针，如在3A～5A放电，并间隙摆动，则表示低压线路正常，故障在高压电路。若电流表指针不摆动，指示为零或指示大电流放电，表示低压电路有故障。2．点火线圈的附加电阻有何作用？（在发动机转速变化以及起动机起动时它是如何发挥作用的）

低速时，低压回路闭合时间长，初级电流大，附加电阻受热阻值增大，限制初级电流增加。高速时，阻值增加少，使初级电流下降