第9章 汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)

第9章汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)

9.2電子點(diǎn)火系統(tǒng)

9.3電控點(diǎn)火系統(tǒng)

9.4汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)9.19.1汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)概述

點(diǎn)火系統(tǒng)的基本功用就是在發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況和使用條件下，在氣缸內(nèi)適時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地產(chǎn)生電火花，以點(diǎn)燃可燃混合氣，使發(fā)動(dòng)機(jī)做功。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)有很多種類型，本教材按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和控制方式，將其分為觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)（傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)）、電子點(diǎn)火系統(tǒng)、電控點(diǎn)火系統(tǒng)3大類。9.1.4點(diǎn)火提前角從火花塞點(diǎn)火起到活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)，這段時(shí)間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度稱為點(diǎn)火提前角。點(diǎn)火提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作和性能有很大的影響，點(diǎn)火提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的影響如圖9-1所示。圖9-1點(diǎn)火提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的影響能使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最佳動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和最佳排放性能的點(diǎn)火提前角，稱為最佳點(diǎn)火提前角。點(diǎn)火提前角應(yīng)隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高而增大。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，隨著負(fù)荷增加，點(diǎn)火提前角應(yīng)適當(dāng)減小。反之，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷減小時(shí)，點(diǎn)火提前角應(yīng)當(dāng)加大。汽油的牌號(hào)越高，其辛烷值就越高，抗爆性就越好，點(diǎn)火提前角就可以適當(dāng)加大；反之，低牌號(hào)的汽油辛烷值較低，抗爆性越差，點(diǎn)火提前角應(yīng)適當(dāng)減小。9.2觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)

9.2.1觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)的組成和工作原理觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)主要由電源、點(diǎn)火開關(guān)、點(diǎn)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(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)組成①電源：即蓄電池和發(fā)電機(jī)（起動(dòng)時(shí)蓄電池供電，起動(dòng)后由發(fā)電機(jī)供電），用于為點(diǎn)火系統(tǒng)提供所需的電能。②點(diǎn)火開關(guān)：其作用是接通或斷開電源電路。③點(diǎn)火線圈：其功用是將電源12V的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)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(diǎn)火提前機(jī)構(gòu)等部分。其中，斷電器的作用是用來接通或切斷點(diǎn)火線圈初級(jí)電路；配電器包括分電器蓋和分火頭。其作用是將點(diǎn)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(diǎn)并聯(lián)，其作用是減小斷電器觸點(diǎn)分開時(shí)產(chǎn)生的火花，延長(zhǎng)觸點(diǎn)用壽命，提高次級(jí)電壓；點(diǎn)火提前機(jī)構(gòu)的作用是隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的變化而改變點(diǎn)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(diǎn)燃混合氣。⑥附加電阻：其作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同時(shí)，自動(dòng)調(diào)整點(diǎn)火線圈的初級(jí)電流的大小，防止低速時(shí)點(diǎn)火線圈過熱，高速時(shí)點(diǎn)火電壓不足。⑦阻尼電阻：其作用是減小無線電干擾。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，斷電器凸輪在分電器軸的驅(qū)動(dòng)下而旋轉(zhuǎn)，交替將觸點(diǎn)閉合或打開（見圖9-3）。圖9-3觸點(diǎn)式點(diǎn)火系的組成斷電器觸點(diǎn)閉合時(shí)初級(jí)線圈內(nèi)有電流流過，并在線圈鐵心中形成磁場(chǎng)。觸點(diǎn)打開時(shí)，初級(jí)電流被切斷，使磁場(chǎng)迅速消失。此時(shí)，在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈中均產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于次級(jí)線圈匝數(shù)多，可感應(yīng)出高達(dá)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(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，點(diǎn)火開關(guān)轉(zhuǎn)至起動(dòng)擋ST，將附加電阻短路，電源不經(jīng)附加電阻直接進(jìn)入點(diǎn)火線圈，以防止起動(dòng)時(shí)蓄電池電壓下降影響高壓火花的產(chǎn)生。9.2.2觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)1．點(diǎn)火線圈點(diǎn)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(jié)構(gòu)形式不同，點(diǎn)火線圈可分為開磁路點(diǎn)火線圈和閉磁路點(diǎn)火線圈2種。現(xiàn)在廣泛使用的是閉磁路式點(diǎn)火線圈。圖9-4開磁路式點(diǎn)火線圈開磁路式點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)火線圈的磁路圖1—磁力線2—鐵心3—初級(jí)繞組

4—次級(jí)繞組5—導(dǎo)磁鋼套圖9-6閉磁路式點(diǎn)火線圈1—“日”字形鐵心2—初級(jí)繞組接線柱3—高壓接線柱

4—初級(jí)繞組5—次級(jí)繞組6—空氣隙2．火花塞（1）火花塞的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)（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(dǎo)至發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)越好。裙部長(zhǎng)的火花塞吸熱多，散熱相對(duì)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(jié)構(gòu)類型常用火花塞的結(jié)構(gòu)類型如圖9-9所示。圖9-9常用火花塞的結(jié)構(gòu)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(diǎn)火系的分電器其主要包括斷電器、配電器、電容器、離心點(diǎn)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(diǎn)火線圈產(chǎn)生的高壓電按發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸的點(diǎn)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(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)的分電器1—聯(lián)軸節(jié)2—電容器3—觸點(diǎn)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(jié)構(gòu)（2）斷電器斷電器由觸點(diǎn)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(jí)電路。

圖9-13斷電器1—接線柱2—活動(dòng)觸點(diǎn)3—固定觸點(diǎn)4—固定螺釘

5—偏心調(diào)整螺釘6—斷電器活動(dòng)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(diǎn)火提前裝置離心點(diǎn)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，自動(dòng)調(diào)整點(diǎn)火提前角。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，點(diǎn)火提前角應(yīng)越大。如圖9-14所示。圖9-14離心點(diǎn)火提前裝置

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

9.3.1電子點(diǎn)火系統(tǒng)組成和工作原理電子點(diǎn)火系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖9-16所示。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)氣缸壓縮終了的脈沖信號(hào)，此脈沖信號(hào)經(jīng)電子器進(jìn)行信號(hào)放大、波形整理、直流放大后，控制點(diǎn)火模塊內(nèi)的大功率三極管的導(dǎo)通和截止。圖9-16電子點(diǎn)火系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

三極管導(dǎo)通時(shí)，點(diǎn)火線圈初級(jí)電流形成回路，點(diǎn)火線圈儲(chǔ)存磁場(chǎng)能；在三極管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟乃查g，點(diǎn)火線圈初級(jí)電流驟然消失，使得次級(jí)繞組感應(yīng)出20～30kV的高電壓，經(jīng)配電器按點(diǎn)火順序配送至工作缸火花塞跳火。9.3.2電子點(diǎn)火系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)1．點(diǎn)火器點(diǎn)火器的作用是按照信號(hào)發(fā)生器輸入的點(diǎn)火信號(hào)接通或斷開點(diǎn)火系統(tǒng)的初級(jí)電路，使點(diǎn)火線圈次級(jí)繞組產(chǎn)生點(diǎn)火高壓電。如圖9-17所示。圖9-17簡(jiǎn)化的點(diǎn)火器電路2．信號(hào)發(fā)生器（1）磁感應(yīng)式信號(hào)發(fā)生器磁感應(yīng)式信號(hào)發(fā)生器主要由導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子、感應(yīng)線圈、定子、永久磁片等組成，如圖9-18所示。圖9-18磁感應(yīng)式信號(hào)發(fā)生器它是利用電磁感應(yīng)原理，將運(yùn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成傳感線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出。該信號(hào)加在電子點(diǎn)火控制器上，作為點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)。圖9-19所示。圖9-19傳感線圈的磁通與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變化規(guī)律圖（2）霍爾式信號(hào)發(fā)生器霍爾式信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)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(dòng)，其葉片數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)相等；定子（即觸發(fā)開關(guān)）由帶導(dǎo)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(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)霍爾式信號(hào)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(hào)輸出，如圖9-22所示。圖9-21霍爾式信號(hào)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(diǎn)火系統(tǒng)

電控點(diǎn)火系統(tǒng)主要由各種傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)（ECU）、點(diǎn)火控制器、點(diǎn)火線圈和火花塞等組成。電控點(diǎn)火系統(tǒng)通過各種傳感器準(zhǔn)確獲知發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工作參數(shù)，并通過電子控制的方式精確控制點(diǎn)火提前角，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況和使用條件下的點(diǎn)火提前角都能更加接近相應(yīng)的最佳點(diǎn)火提前角。9.4.1電控點(diǎn)火系統(tǒng)的類型和組成1．分電器式電控點(diǎn)火系統(tǒng)分電器式電控點(diǎn)火系統(tǒng)由各種傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)、點(diǎn)火控制器、點(diǎn)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(diǎn)火系統(tǒng)在分電器式電控點(diǎn)火系統(tǒng)中，ECU根據(jù)傳感器的信號(hào)，按特定的程序計(jì)算最佳點(diǎn)火提前角和初級(jí)電路導(dǎo)通時(shí)間，并將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)火控制信號(hào)，通過點(diǎn)火控制器控制點(diǎn)火線圈初級(jí)電路的導(dǎo)通和斷開，使之在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻產(chǎn)生點(diǎn)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(shí)點(diǎn)火系統(tǒng)同時(shí)點(diǎn)火系統(tǒng)是在分電器式電控點(diǎn)火系統(tǒng)的基礎(chǔ)上取消了分電器，采用2個(gè)氣缸共用一個(gè)點(diǎn)火線圈，同時(shí)對(duì)2個(gè)處于上止點(diǎn)的氣缸進(jìn)行點(diǎn)火的方式，如圖9-25所示。圖9-25同時(shí)點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)傳感器的信號(hào)，通過點(diǎn)火控制器分別控制各個(gè)點(diǎn)火線圈初級(jí)電路的導(dǎo)通和斷開，讓每個(gè)點(diǎn)火線圈在發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)工作循環(huán)內(nèi)各點(diǎn)火2次。當(dāng)接近壓縮上止點(diǎn)的氣缸點(diǎn)火后，混合氣燃燒做功，其點(diǎn)火有效；而此時(shí)另一個(gè)接近上止點(diǎn)的氣缸處于排氣行程，該缸的點(diǎn)火無效。同時(shí)點(diǎn)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(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)無線電的干擾；點(diǎn)火系統(tǒng)為全電子電路，無機(jī)械零件，無機(jī)械故障，可靠性高。3．獨(dú)立點(diǎn)火系統(tǒng)獨(dú)立點(diǎn)火系統(tǒng)是在每個(gè)氣缸的火花塞上方設(shè)置一個(gè)點(diǎn)火線圈和點(diǎn)火控制器總成（見圖9-26），每個(gè)點(diǎn)火線圈的次級(jí)繞組直接與火花塞相連，把高壓電直接送給火花塞進(jìn)行點(diǎn)火。圖9-26獨(dú)立點(diǎn)火系統(tǒng)1—發(fā)動(dòng)機(jī)ECU

2—點(diǎn)火線圈和點(diǎn)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(dú)立點(diǎn)火系統(tǒng)由于無機(jī)械分電器和高壓導(dǎo)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(diǎn)火線圈，減少了點(diǎn)火線圈的工作負(fù)荷，能在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)9

000r/min時(shí)，提供足夠的點(diǎn)火電壓和點(diǎn)火能量。由于取消了故障率較大的機(jī)械分電器和高壓線，且點(diǎn)火線圈和點(diǎn)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(jié)構(gòu)更加緊湊，故障率更小。9.4.2電控點(diǎn)火系統(tǒng)主要部件的構(gòu)造1．同時(shí)點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火線圈同時(shí)點(diǎn)火系統(tǒng)一般將幾個(gè)點(diǎn)火線圈和點(diǎn)火控制器布置在一起，形成點(diǎn)火線圈和點(diǎn)火控制