第4講點火系統(tǒng)

第4講點火系統(tǒng)

蓄電池點火系（傳統(tǒng)點火系）：電源是蓄電池，初級電流由觸點控制。磁電機點火系：電源是自身的磁電機。電子點火系：電源也是蓄電池，初級電流的控制由晶體管完成。

作用：對每個氣缸交替?zhèn)鞒鼍哂幸欢◤姸鹊碾娀鸹ǎ渣c燃混合氣。4.1對點火系統(tǒng)的要求

能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的電壓；火花具有足夠的能量；點火時刻應(yīng)能適應(yīng)發(fā)動機的工作情況。

點火提前角——指從火花塞電極間隙跳火開始，到活塞運行到上止點為止的一段時間內(nèi)曲軸所轉(zhuǎn)過的角度。

1.傳統(tǒng)點火系組成2.傳統(tǒng)點火系各部件構(gòu)造1）點火線圈：將蓄電池或發(fā)電機供給的12V的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘?/p>

4.2傳統(tǒng)點火系組成及工作原理

（1）鐵芯:由硅鋼片疊成；（2）次級線圈:11000~23000匝；（3）初級線圈:240~370匝；（4）鋼套:導(dǎo)磁用圓筒形硅鋼片；（5）外殼：內(nèi)填絕緣物或油；（6）絕緣瓷杯：位于外殼底部；（7）膠木蓋:裝有連接斷電器導(dǎo)線的低壓接線柱，接起動開關(guān)的接線柱，接點火開關(guān)的接線柱、高壓接線柱；（8）附加電阻:接在起動開關(guān)接線柱和點火開關(guān)接線柱之間，以改變點火系統(tǒng)的工作特性。2）分電器作用：準(zhǔn)時切斷點火線圈初級繞組中的電流，使次級繞組產(chǎn)生高壓電，并按照發(fā)動機的工作順序，適時將高壓電準(zhǔn)確地分配給各汽缸的火花塞。a）斷電器：周期性地接通和切斷點火線圈初級繞組的電流。包括斷電器底板4、靜觸點及支架12、動觸點及臂13、壓簧和凸輪3等。工作過程：凸輪的凸棱接觸膠木頂塊→觸點打開（0.35-0.45mm）→點火線圈磁場變化最快，次級電壓最高，火花塞跳火。最佳點火提前角及其調(diào)整：

點火提前角：從點火到活塞行至上止點時的曲軸轉(zhuǎn)角。

最佳點火提前角：使發(fā)動機能在動力性及經(jīng)濟(jì)性最有利的條件下工作的點火提前角。

傳動關(guān)系：活塞←連桿←曲軸→傳動機構(gòu)→機油泵驅(qū)動軸→分電器→點火提前角調(diào)節(jié)裝置→斷電器凸輪→頂塊（點火）。故調(diào)整分電器軸與斷電器凸輪的相對角位置，即可調(diào)整點火提前角。b）配電器：將高壓電適時分配給各缸火花塞。組成：（1）配電器蓋：用絕緣膠木制成；（2）插座：用于插高壓線與火花塞相連；（3）中心插孔：用高壓線引來點火線圈次級高壓電；（4）碳棒：導(dǎo)通中心插孔高壓線和分火頭；（5）分火頭：裝在斷電器凸輪頂端，隨凸輪一起旋轉(zhuǎn)；工作過程：高壓線引入次級高壓電→中心、插孔→碳棒→分火頭→按發(fā)火次序依次導(dǎo)通插座內(nèi)高壓線→火花塞。c）電容器：減小觸點火花，提高次級電壓。a）離心提前機構(gòu)：

隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化自動調(diào)節(jié)點火提前角。發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高，點火提前角增大，轉(zhuǎn)速降低，點火提前角減小。點火提前裝置b）真空提前機構(gòu)：隨負(fù)荷變化自動調(diào)整點火提前角。負(fù)荷小時，點火提前角增大；負(fù)荷增大時，點火提前角減小。c）辛烷值選擇器：根據(jù)燃料人工調(diào)整點火提前角。

：產(chǎn)生電火花，點燃混合氣。3）火花塞工作條件：機械、電、熱負(fù)荷大，化學(xué)腐蝕、電腐蝕嚴(yán)重。構(gòu)造：（1）接線螺母：與配電器蓋上插座通過高壓線連接；（2）金屬桿：與接線螺母相連，傳導(dǎo)高壓電；（3）中心電極：由鎳錳合金制造，上與金屬桿相連，下為電極；（4）絕緣體：瓷制，對高壓電進(jìn)行絕緣；（5）鋼制外殼：包在絕緣體外側(cè)；（6）側(cè)電極：在外殼下端；（7）內(nèi)墊圈：銅制，密封，導(dǎo)熱作用；安裝：

通過鋼殼的螺紋旋入氣缸蓋，之間用密封墊圈進(jìn)行密封。溫度對火花塞工作性能的影響。

絕緣體下端正常工作時的溫度：500-600℃到800-850℃之間。

當(dāng)溫度過低，易積碳，高壓電將通過積碳（電阻）流過，導(dǎo)致斷火。

當(dāng)溫度過高，混合氣將直接被火花塞點燃，形成早燃。

4.3傳統(tǒng)點火系工作原理及工作過程分析

1．工作原理

工作原理：低壓電路：蓄電池→點火開關(guān)→初級線圈→斷電臂→觸點→蓄電池負(fù)極。脈動電流的產(chǎn)生：配氣機構(gòu)→斷電器凸輪→周期性打開觸點→低壓回路周期性斷、通→直流電變成脈動電流。高壓電路：初級線圈中的脈動電流→次級線圈感應(yīng)出高壓電→配電器中心插孔→配電臂（分火頭）→高壓線→火花塞。2．工作過程分析

（1）觸點閉合，初級電流增長

圖：觸點閉合時的初級電路簡圖在閉合回路中，初級電流i1為：

其中：UB——蓄電池端電壓；i1——初級電流；R——初級電路的電阻，R＝R1＋Rf；L1——初級繞組的電感；t——觸點閉合時間。

（2）觸點打開，次級繞組產(chǎn)生高壓電

初級斷電電流

次級電壓的最大值

C2——高壓電路中的分布電容；η——轉(zhuǎn)換效率。

（3）火花放電

電容放電：放電電流大，放電時間短。

電感放電：放電電流較小，放電時間較長。

4.4傳統(tǒng)點火系的工作特性

1．發(fā)動機轉(zhuǎn)速與汽缸數(shù)對次級電壓的影響（1）轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速越高，次級電壓越低，但轉(zhuǎn)速很低時，次級電壓下降。

圖：發(fā)動機轉(zhuǎn)速對次級電壓的影響

（2）汽缸數(shù)次級電壓隨汽缸數(shù)增加而下降。

圖：汽缸數(shù)不同時次級電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系

2．火花塞積炭對次級電壓的影響積炭越多，電阻越小，次級電壓越低。

圖：火花塞積炭的分路作用3．電容對次級電壓的影響

4．觸點間隙對次級電壓的影響：間隙過大過小，都會使U2max減小。5．點火線圈溫度對次級電壓的影響：點火線圈過熱，Ip減小，U2max減小，火花減弱。4.5電子點火系統(tǒng)

1.傳統(tǒng)點火系存在哪些問題？（1）觸點易燒蝕；引起觸點燒蝕的原因主要有：

a.低速運轉(zhuǎn)時，觸點火花較強，觸點燒蝕嚴(yán)重；

b.觸點間隙變化，引起次級電壓下降，點火時間改變，影響點火系統(tǒng)正常工作；

c.發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速的機械慣性使閉合角減小影響次級電壓和火花能量。（2）火花能量的提高受到限制；（3）不能精確地控制點火時間。電子點火系統(tǒng)與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的主要區(qū)別：利用半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，接通和切斷初級電流。

2.電子點火系統(tǒng)的分類

按儲能方式分

電感點火系統(tǒng)：儲能元件是點火線圈。電容點火系統(tǒng)：儲能元件是電容器。

按有無斷電器觸點分

有觸點電子點火系統(tǒng)：保留斷電器觸點，利用大功率晶體三極管的開關(guān)作用，來控制點火線圈初級電流。

無觸點電子點火系統(tǒng)：取消斷電器觸點，用新型的點火信號發(fā)生器（觸發(fā)器）代替。

按控制方式是否采用微機分

普通電子點火系統(tǒng)：點火時機靠機械式點火提前裝置進(jìn)行控制。

微機控制點火系統(tǒng)；利用微機根據(jù)傳感器的信號精確控制點火提前角。

3．BD—71F型電感儲能有觸點電子點火裝置

圖：BD-71型負(fù)極搭鐵半導(dǎo)體輔助點火裝置組成：觸點、點火器、點火線圈、火花塞，與傳統(tǒng)分電器配套使用，只比傳統(tǒng)點火系增加了點火器。

點火器作用：在觸點通過電流較小的情況下，得到較大初級電流，放大電流5-10倍，避免觸點燒蝕。電路工作原理：

汽油機工作時，點火開關(guān)SW閉合。

當(dāng)觸點K閉合，三極管T1因基極與發(fā)射極短接無基極電流而截止。三極管T2由R1和R2提供偏流而導(dǎo)通，接通初級電路。

初級回路：蓄電池正極→點火開關(guān)SW→附加電阻Rf→初級線圈W1

→三極管T2集電極→三極管T2發(fā)射極→蓄電池負(fù)極。初級線圈W1有電流通過，儲存磁場能。

當(dāng)觸點K打開，三極管T1由R3提供偏流而導(dǎo)通，三極管T2因基極電位下降而截止，初級電流突然中斷，使次級線圈W2中產(chǎn)生15kV以上的點火高壓。圖：BD-71型負(fù)極搭鐵半導(dǎo)體輔助點火裝置4．無觸點電子點火系統(tǒng)

特點：點火信號發(fā)生器→控制點火器→控制點火線圈初級電流的通斷。

1）磁電式電子點火裝置

傳感器（脈沖信號發(fā)生器）：將曲軸轉(zhuǎn)過的角度或活塞在氣缸中所處的位置，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖電信號，再輸送給電子點火控制器。結(jié)構(gòu)：信號轉(zhuǎn)子；傳感線圈和永久磁鐵。原理：分電器軸帶動導(dǎo)磁材料制成的定時轉(zhuǎn)子→定時轉(zhuǎn)子的輪齒凸起及凹下部分交替靠近永久磁鐵，其間空氣隙發(fā)生變化→定時轉(zhuǎn)子內(nèi)磁通變化→磁路磁通變化→傳感線圈磁通變化→傳感線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢（正負(fù)脈沖電壓）。

電子點火控制器：接收傳感器送來的脈沖電信號，控制點火線圈初級電路的通斷。工作原理：汽油機工作時，點火開關(guān)SW閉合。當(dāng)傳感線圈輸出正向脈沖電壓（A正B負(fù)）時，T1集電極反向偏置而截止，P點保持高電位，T2導(dǎo)通，T3截止，T4、T5導(dǎo)通，初級線圈接通。初級回路：蓄電池正極→點火開關(guān)SW→附加電阻Rf→初級線圈→三極管T5集電極→三極管T5發(fā)射極→蓄電池負(fù)極。初級線圈N1有電流通過，儲存磁場能。當(dāng)傳感線圈輸出負(fù)向脈沖電壓（B正A負(fù)）時，T1導(dǎo)通，P點電位被負(fù)向脈沖拉低，T2截止，T3導(dǎo)通，T4因基極電位下降而截止，T5無正向偏流也截止，初級電流突然中斷，使次級線圈N2中產(chǎn)生點火高壓。2）光電式電子點火裝置

光電信號發(fā)生器原理：分電器軸帶動開有與缸數(shù)相同缺口的遮光盤→光敏器件接受通過遮光盤缺口交替射來的光束→將光信號轉(zhuǎn)換為電脈沖信號。圖：光電信號發(fā)生器電路工作原理：

光敏三極管的T1特性：受光照時，導(dǎo)通；無光照時，截止。當(dāng)光敏三極管T1無光照時，T1截止；T1發(fā)射極無電流，T2基極也無電流，T2截止；同理，T3截止；T4導(dǎo)通，T5導(dǎo)通，初級線圈接通。初級回路：蓄電池正極→初級線圈→附加電阻→三極管T5集電極→三極管T5發(fā)射極→蓄電池負(fù)極。初級線圈有電流通過，儲存磁場能。當(dāng)光敏三極管T1有光照時，T1導(dǎo)通；T1發(fā)射極為T2提供正向偏流，T2導(dǎo)通；同理，T3導(dǎo)通；T4因基極電位下降而截止；T5無正向偏流也截止，初級電流突然中斷，使次級線圈中產(chǎn)生點火高壓。

4.6數(shù)字點火控制系統(tǒng)

優(yōu)點：控制點火時刻（點火提前角的自動控制）。帶分電器的電控點火系統(tǒng)：即通過分電器分火，它類似于傳統(tǒng)點火裝置，用一套高壓發(fā)生裝置產(chǎn)生高壓，通過分電器把高壓依次分配到各缸。無分電器（DLI）的直接點火系統(tǒng)：其特點是沒有分電器，主要包括判缸和對各缸的高壓發(fā)生系統(tǒng)進(jìn)行點火控制。每只氣缸用一套高壓發(fā)生裝置、點火線圈及其驅(qū)動電路。1.二極管分配式電控點火系工作原理：當(dāng)?shù)?缸需要點火時，ECU向點火控制器發(fā)出點火信號→控制器使三極管Tr1截止→初級線圈A電流突然中斷→次級線圈感應(yīng)出下“+”上“－”的點火高壓→經(jīng)第1缸和第４缸火花塞構(gòu)成回路，兩個火花塞均跳火→第1缸接近壓縮終點，混合氣被點燃；第４缸正在排氣，火花塞點空火。2、點火線圈分配式電控點火系分為同時點火和單獨點火兩類。（1）同時點火：兩個火花塞配一個點火線圈。用一個點火線圈對到達(dá)壓縮和排氣行程上止點的兩個氣缸同時實施點火，處于壓縮行程上止點的氣缸混合氣被點燃而作功，處于排氣行程的氣缸火花塞點空火。（2）單獨點火：每個火花塞配一個點火線圈，根據(jù)ECU指令單獨直接對每個氣缸點火。

例：一例中高速下點火異常故障實例分析故障現(xiàn)象，發(fā)動機在低速下正常，而中高速出現(xiàn)斷火現(xiàn)象，在高速下產(chǎn)生斷火，放炮并伴隨回火。故障原因：點火電路火線接在交流發(fā)電機調(diào)節(jié)器的磁場接柱上。

圖：雙級電磁振動式電壓調(diào)節(jié)器原理電路故障分析：（1）當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速低時，U發(fā)<14V，不足以吸開調(diào)節(jié)器觸點，此時發(fā)動機運轉(zhuǎn)正常。（2）當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高至中速，發(fā)電機端電壓達(dá)到工作電壓時，調(diào)節(jié)器開始工作，一級觸點不斷開閉，觸點打開時，調(diào)節(jié)電阻Rr串入回路中，電流減小。因此造成點火困難，出現(xiàn)斷火現(xiàn)象。而調(diào)節(jié)器觸點開閉頻率遠(yuǎn)大于分電器白金觸點開閉頻率，所以還是能點火。（3）當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速達(dá)到高速后，二級觸點閉合使磁場線圈及點火線圈短路斷電，此時無電流通過點火電路。但由于調(diào)節(jié)器動鐵振動頻率遠(yuǎn)高于分電器白金觸點開閉頻率，所以在分電器觸點的閉合角范圍內(nèi)，動鐵不斷振動，觸點不斷開閉，仍將可能產(chǎn)生點火電流，所以產(chǎn)生高壓跳火形成點火正時不固定的二次點火現(xiàn)象，反映到發(fā)動機上就產(chǎn)生斷火、放炮和回火現(xiàn)象。

故障現(xiàn)象：點火開關(guān)開到二檔時起動機轉(zhuǎn)動并可使之發(fā)動，當(dāng)點火開關(guān)退回第一檔時，發(fā)動機隨之熄火。故障原因：起動機電磁開關(guān)附加電阻短路接柱與起動機吸引線圈在內(nèi)部接通。點火系故障一例：

故障分析：起動時（吸引線圈應(yīng)被短路），接通短路附加電阻線，點火線圈可以產(chǎn)生高壓火花，發(fā)動機能發(fā)動。當(dāng)斷開點火開關(guān)至一檔位置時，由于起動機電磁開關(guān)的吸引線圈和附加電阻短路，接線柱接通時吸引線圈只有0.84Ω的電阻，而初級線圈卻有1.5Ω的電阻，這時從點火開關(guān)到點火線圈的電流便有一大部分經(jīng)附加電阻短路線→短路附加電阻線接柱→起動機吸引線圈→起動機正極電刷→起動機電樞線圈→起動機負(fù)極電刷→接地。因而使流過初級線圈的電流很小，不產(chǎn)生火花，發(fā)動機便迅速熄火。1.由于傳統(tǒng)點火系故障引起發(fā)動機不能起動或停轉(zhuǎn)的原因有哪些？怎樣判斷故障是出在低壓電路和高壓電路？由于傳統(tǒng)點火系故障引起發(fā)動機不能起動或停轉(zhuǎn)的原因有：1.蓄電池?zé)o電或存電不足、極樁臟污、接頭松動；2.低壓線路斷路或短路；3.點火開關(guān)損壞；4.斷電器觸點嚴(yán)重?zé)g或過臟，觸點間隙過大或過小，使觸點不能閉合或斷開；5.點火線圈或電容器被擊穿損壞；6.分火頭或分電器蓋漏電；7.中央高壓線脫落、老化或潮濕而漏電；8.點火不正時，高壓線錯亂。

判斷故障在高壓線路還是在低壓線路的方法：接通點火開關(guān)，踩下踏板或搖轉(zhuǎn)發(fā)動機，觀察電流表指針，如在3A～5A放電，并間隙擺動，則表示低壓線路正常，故障在高壓電路。若電流表指針不擺動，指示為零或指示大電流放電，表示低壓電路有故障。2．點火線圈的附加電阻有何作用？（在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化以及起動機起動時它是如何發(fā)揮作用的）

低速時，低壓回路閉合時間長，初級電流大，附加電阻受熱阻值增大，限制初級電流增加。高速時，阻值增加少，使初級電流下降