传统点火系统的组成、工作原理及特性

传统点火系统的组成、工作原理及特性一、组成
传统点火系统的组成如图4—1所示
各装置在汽车上的布置如图4—2所示
各装置的作用如下：
1．电源
点火系统的电源是蓄电池或发电机，作用是供给点火系统所需的电能。

发动机起动时由蓄电池供电，正常工作时由发电机供电。

2．点火开关
接通或断开点火系统初级电路，控制发动机起动、工作和熄火。

3.点火线圈
为自耦变压器，将低电压变为能击穿火花塞间隙所需的高电压。

4．分电器
分电器由断电器、配电器、点火提前角调节装置和电容器等组成，其功用是接通和断开点火线圈初级电流，使点火线圈次级产生高压电，并按发动机点火顺序将高压电分送到各气缸火花塞，随发动机转速、负荷和燃油牌号的变化，自动或人为地调节点火提前角。

电容器与断电触点并联，以减小触点分开时的火花，延长触点使用寿命。

5．高压导线
用以连接点火线圈与分电器中心插孔以及分电器旁电极和各缸火花塞。

6．火花塞
将高压电引入气缸燃烧室，产生电火花点燃可燃混合气。

7．附加电阻
改善正常工作时的点火性能和起动时的点火性能。

二、工作原理
在传统点火系统中，蓄电池或发电机供给12V低电压，经点火线圈和断电器转变为高电压，再经配电器分送到各缸火花塞，使电极间产生电火花。

发动机工作时，断电器轴连同凸轮一起在发动机凸轮轴的驱动下旋转。

断电器凸轮转动时，断电器触点交替地闭合和打开，因此传统点火系统的工作原理可分为触点闭合，初级电流增长；触点打开，次级绕组产生高压；火花塞电极间火花放电三个阶段进行分析。

传统点火系统的工作原理如图4—3所示。

1、触点闭合，初级电流增长的过程
点火系统的初级电路包括蓄电池、点火开关、附加电阻、点火线圈初级绕组、分电器的断电触点及电容器。

初级电路等效电路如图4—4所示。

触点闭合时，初级电流由蓄电池附加电阻Rf流过点火线圈初级绕组N1，初级电流按指数规律增长，并逐渐趋于极限值UB/R，初级电流波形如图4—5(a)所示。

对汽车上的点火线圈而言，在触点闭合后约20ms，初级电流就接近于其极限值。

初级电流增长时，不仅在初级绕组中产生自感电势，同时在次级绕组中也会感出电势，约为1.5—2 kV，不能击穿火花塞间隙，次级电压
波形如图4—5(b)所示。

2、触点打开，次级绕组产生高压的过程
触点闭合后，初级电流按指数规律增长，当闭合时间为tb、i1增长到Ip时，触点被凸轮顶开，Ip称为初级断电电流。

触点打开后，初级电流Ip迅速降到零，磁通也随之迅速减少，如图4—5(a)所示。

此时，在初级绕组和次级绕组中都产生感应电动势，初级绕组匝数少，产生200～300V的自感电势，次级绕组由于匝数多，产生高达15～20kV的互感电势U2，如图4—5(b)所示。

触点打开后，初级电路由L、R、C组成振荡回路，产生衰减振荡。

在次级绕组中的感应电动势也发生相应的变化。

如果次级电压值不能击穿火花塞间隙，则U2将按图4—5(b)中虚线变化，在几次振荡之后消失。

如果U2升到Uj时火花塞间隙被击穿，则电压的变化如图4—5(b)实线所示，Uj称为击穿电压。

在次级绕组中，高压导线和发动机机体之间，次级绕组匝与匝之间，火花塞中心电极与侧电极之间均有一定的电容，称为分布电容，用
C2表示。

实际上有热损失和磁损失。

3、火花塞电极间火花放电过程
通常火花塞的击穿电压Uj总低于U2max，在这种情况下，当次级电压U2达到Uj时，就使火花间隙击穿而形成火花，这时在次级电路中出现i2，次级电流波形如图4—5(c)所示。

同时次级电压突然下降，如图4—5(b)所示。

火花放电一般由电容放电和电感放电两部分组成。

所谓电容放电是指火花间隙被击穿时，储存在C2中的电场能迅速释放的过程，其特点是放电时间极短(1μs左右)，但放电电流很大，可
达几十安培；跳火以后，火花间隙的电阻减小，线圈磁场的其余能量将沿着电离的火花间隙缓慢放电，形成电感放电，又称火花尾，其特点是放电时间持续较长，达几毫秒，但放电电流较小，约几十毫安，放电电压较低，约600V。

实验证明，电感放电持续的时间越长，点火性能越好。

发动机工作期间，断电器凸轮每转一周（曲轴转两周），各缸按点火顺序轮流点火一次。

若要停止发动机的工作，只要断开点火开关，切断初级电路即可。

三、工作特性
图4-6为传统点火系统的工作特性。

点火系统供给的点火能量与电压高低，直接影响发动机的性能，而影响次级电压的因素很多，下面着重论述使用条件对次级电压的影响。

1．发动机转速的影响
次级电压随转速升高而降低的现象，是发动机高速时容易断火的原因。

如果在图4—6中作一条相当于发动机最不利情况下所需击穿电压的水平虚线，则水平虚线与特性曲线的交点即为发动机的极限转速，超过此转速将不能保证可靠点火，即发生所谓“高速断火现象”。

2．发动机气缸数的影响
由前述可知，次级电压的最大值将随发动机气缸数的增加而降低。

这是因为凸轮的凸角数与气缸数相同，发动机的气缸数越多，凸轮每转一周触点闭合与打开的次数就越多，于是，触点闭合时间缩短，次级电压最大值U2max下降。

3．火花塞积炭的影响
如图4—7a所示，当积炭渣存在于火花塞绝缘体时，相当于在火花塞电极之间并联了一个电阻Rj，使次级电路闭合，于是在次级电压还未上升到火花塞击穿电压时，就通过积炭产生漏电，使次级电压下降，造成点火困难。

当火花塞由于积炭严重，而不能跳火时，可用“吊火”的方法临时补
救。

即拔出高压线使它与火花塞间保留3～4mm的附加间隙，如图4—7b所示，使次级电压上升过程中不发生泄漏，当次级电压上升到一定值后，将火花塞间隙与附加间隙同时击穿，则火花塞便能正常跳火，但这种方法只能应急，不能长期使用，否则会使点火线圈负担过重而损坏。

4．触点间隙的影响
在使用中触点间隙大小是否合适，将影响U2max值，如图4—8所示。

当触点间隙大时，触点闭合角卢变小，如图4—8(a)所示，使Ip减小，U2max下降。

触点间隙小时，β角增大，Ip增大，故U2max可以提高。

但是如果间隙太小，会使触点分开时，火花加强而扎下降缓慢，反而会降低次级电压。

因此，触点间隙应按制造厂规定进行调整。

5．电容的影响
由前述可知，U2max随C1、C2的减小而增高，但实际上当C1过小时，U2max反而要降低，如图4—9所示。

这是因为C1过小时，起不到灭弧作用，触点分开时将产生较强的火花，消耗一部分初级线圈中的磁场能量，从而降低了U2max火花严重时，i1下降速率减慢，U2max也要下降，一般C1取0．15～0．25μF为宜。

次级分布电容C2也有同样影响，但受结构限制，C2不可能过小。

为了避免无线电干扰，有时在点火装置中有屏蔽，此时C2将有所增加。

6．点火线圈温度的影响
使用中当点火线圈过热时，由于初级绕组的电阻值增大(铜有正的温度系数)，初级电流减小，从而使U2max降低。

点火线圈过热的原因有：夏季天气炎热、发动机过热、调节器调节电
压过高，使初级电流增大等。