汽车电气设备构造与维修-项目四 点火系统

1.单缸独立点火方式
优点
①
由于无机械分电器和高压导线，因而能量损失、漏电损失小，各缸的点火线圈
和火花塞均由金属罩包覆，其电磁干扰大大减小。
②
由于采用了与气缸数相同的特制点火线圈，该点火线圈的充放电时间极短，能 在发动机转速高达9000r/min 时，提供足够的点火电压和点火能量。
③
由于无机械分电器，又恰当地将点火线圈安装在双凸轮轴的中间，充分利用了 有限空间，因而节省了发动机周围的安装空间。
1.微机控制器
微机控制点火系统是发动机集中控制系统的一个 子系统，电脑控制单元ECU既是燃油喷射控制系统 的核心，也是点火控制系统的核心。
在电脑控制单元ECU的只读存储器中，除存储有 监控和自检等程序外，还存储有该型发动机在各种 工况下的最佳点火提前角。电脑控制单元ECU不断 接收各种传感器和开关发送的信号，并按预先编制 的程序进行计算和判断后，向点火控制器发出控制 信号，实现最佳点火提前角和点火时刻的最佳控制 。
火花塞的热特性常用热值或炽热数来标定。我国是以火花塞绝缘体裙部长度来标定，并以1～11的 阿拉伯数值作为热值代号，见表4-1。
火花塞的热特性选用是否合适，其判断方法是：若火花塞经常由于积炭而导致断火，表示它偏冷， 热值选用过高；若经常发生炽热点火而早燃，则表示火花塞偏热，热值选用过低。
常用火花塞的类型如图4-6所示。
当火花塞的间隙被击穿时，在点火线圈次级绕组的电路中有电流通过，该电流称为次级电流。次级电流 流经的电路，称为次级电路，也称高压电路。其路径是：点火线圈次级绕组→点火开关→蓄电池→搭铁→ 火花塞侧电极→火花间隙→火花塞中心电极→高压导线→配电器的旁电极→分火头→配电器的中央电极→ 高压导线 →点火线圈次极绕组，如图4-7（b）所示。
2.传感器
传感器
①发动机曲轴位置、转速传感器和判缸信号传感器
可以装于曲轴前端或中部、凸轮轴前端或后端、飞轮上方或分电器内。常见的 结构形式有光电效应式、磁感应式和霍尔效应式3种。
②发动机负荷传感器
主要包括节气门位置传感器、空气流量传感器或进气歧管绝对压力传感器，另 外还包括空调开关和动力转向开关等。
霍尔效应的原理如图4-12所示，当电流通过放在磁场中的半导体基片（称霍尔元件）且电流方向和磁场 方向垂直时，在垂直于电流和磁通的半导体基片的横向侧面上即产生一个电压，这个电压称为霍尔电压。
霍尔效应式点火信号发生器装在分电器内，其基本结构如图4-13（a）、（b）所示，由触发叶轮和信号 触发开关等组成。
2.电子点火系统
由蓄电池或发电机向点火系提供电能，初级电路的通断由晶体管控制并且采用机械式提前角调节装 置的点火系统，也称“晶体管点火系统”或“普通电子点火系统”。点火时刻的调节采用机械式调节 机构或电子调节机构，储能方式有电感储能和电容储能两种。电子点火系的点火电压和点火能量高， 具有高速性能好，受发动机工况和使用条件的影响小，结构简单，工作可靠，维护、调整工作量小， 节约燃油，减小污染等特点，应用日益广泛，已经逐渐取代传统点火系统。电子点火系由电源、信号 发生器、点火控制器、分电器、点火线圈、高压线、火花塞等组成，如4-8图所示。
如图4-20所示在该点火系统中，点火线圈直接与 火花塞连接，点火线圈的次级绕组有两个高压输出 端，次级绕组利用高压线将两个气缸的火花塞，通 过它们的接地点串联成一个闭合回路，一个点火线 圈产生的高压电可以向两个气缸的火花塞提供。
1.点火提前角控制
（1）点火提前角及其影响因素
①最佳点火提前角
对于现代汽车而言，最佳的点火提前角不 仅应保证发动机的动力性和燃油经济性都 达到最佳，还必须保证排放污染最小。
（1）分电器
①点火信号发生器。点火 信号发生器的作用是产生 与发动机曲轴位置相对应 的电压脉冲信号。信号发 生 器根据其信号触发方 式的不同可分为磁脉冲式、 霍尔效应式和光电效应式 等类型，如图4-9所示。
②配电器。其作用是将点 火线圈产生的高压电按气 缸的工作顺序送至各缸火 花塞。
④离心点火提前调节装置。 离心点火提前调节装置的 作用是在发动机转速变化 时自动地调整点火提前角。
②影响点火提前角的因素
最佳点火提前角除了与发动机的转速和 进气歧管绝对压力（负荷）有关之外， 还与发动机燃烧室形状、燃烧室内温度 、空燃比、燃油品种、大气压力、冷却 液温度等因素有关。
如图4-21所示，图中A是气缸内不燃烧时的压力 波形，以上止点为中心左右对称。B、C、D分别是 不同点火时刻的燃烧压力波形。在c时刻点火，燃 烧压力做功最多（阴影部分）。在b时刻点火，最 大燃烧压力最高，但是却发生了锯齿波形的爆震。
磁脉冲式信号发生器信号转子上的凸齿数与发动机的气缸数相同。永久磁铁的磁通经信号转子凸齿、线 圈铁心构成回路，如图4-11（b）所示。当信号转子由分电器轴带动旋转时，转子凸齿与线圈铁心间的空 气间隙将发生变化，磁路的磁阻随之改变，使通过传感线圈的磁通量发生变化，因而在传感线圈内感应 出交变电动势。
（2）霍尔效应式信号发生器的原理
单缸独立点火方式是一个火花塞上配一个点火线圈，因此称它为集成式火花塞，也有的称它为单 火花点火线圈，如图4-19所示。这种点火方式，点火线圈产生的高压电单独地直接向每一个气缸点 火。该点火系统中，点火线圈、火花塞及控制用的功率管数目是一致的。
2.同时点火 ①
由于取消了分电器，所以节省空间。
②
由于取消了配电器，不存在分火头与分 电器盖旁电极间产生的火花，因此可有 效地降低点火系对无线电的干扰。同时 因点火系高压电路中阻抗减小，点火更 加可靠。
4.点火线圈
点火线圈多采用闭磁路型式，实现小型化。有的与分电器合为一体，进一步减少了高压损失和无线电干扰。
5.分电器
分电器取消了机械式的离心提前机构和真空提前机构，主要起分配高压电的功能。
有分电器计算机控制点火系统由低压电源、点火开关、计算机控制单元（ECU）、点火控制器、 点火线圈、分电器、火花塞、高压线和各种传感器等组成。
图4-17为丰田公司的一种有分电器式计算机控制点火系统的原理图。曲轴位置传感器和转速 传感器装于分电器壳内，与点火线圈、点火控制器组合为一体。
无分电器点火系统又称为直接点火系统，其取消 了分电器总成，高压配电由原来的机械式改为电子 式，它除了具有有分电器计算机控制点火系统的优 点外，还具有如下优点：在不增加电能消耗的情况 下，进一步增大了点火能量，有利于采用稀混合气 燃烧，以降低排放污染物含量和消耗量；避免了与 分火头有关的一些机械故障，提高了工作可靠性； 对无线电的干扰大幅度降低，几乎降至零干扰；无 需进行点火正时方面的调整，使用维护更加简便。
③其他传感器
为改善发动机的工作性能，还增加了一些其他传感器，以修正点火正时。主要 有水温传感器、爆震传感器、氧传感器、进气温度传感器、起动开关等。
3.点火控制器
各种发动机的点火控制器的结构和功能不尽相同，简单的只有大功率晶体管，单纯起开关作用；有的除了 大功率晶体管外，还有其他控制电路，不但起开关作用，还有恒流控制、气缸判别、闭合角控制和点火反 馈监视等功能，向微机控制单元反馈点火信号，以便进一步控制燃油喷射。
①电感储能电子点火系统
火花能量以磁场形式储存在点火线圈中， 如蓄电池点火系。
②电容储能电子点火系统
火花能量以电场的形式储存在专门的储 能电容器中。
2.按信号发生器型式分类
01
02
03
04
3.按初级电路的控制方式分类
①
普通电子点火系统。
②
微机控制点火系统。
4.按高压电的配电方式分类
①
机械配电点火系（有分电器点火系）。
（5）点火开关
控制点火系统的初级电路。
（6）传统点火系的工作原理
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。凸轮转动时，断电器触点交替地 闭合和打开。当触点闭合时，接通点火线圈初级绕组的电路；当触点分开时，切断初级绕组的电路，使点 火线圈的次级绕组产生高压电；当火花塞的电极间隙被击穿时，产生电火花，点燃可燃混合气。
无分电器点火系统的高压配电方式有单缸独立点 火（简称单独点火）和同时点火之分。如图4-18所 示，单独点火方式是一个缸的火花塞配用一个点火 线圈，单独向各缸直接点火。同时点火方式是利用 一个点火线圈对活塞接近压缩上止点和排气上止点 的两个气缸同时进行点火的高压配电方法。同时点 火方式又分为点火线圈配电方式和二极管配电方式 两种。
光电式点火信号发生器如图4-15所示，它由安装在分电器轴上的转盘和安装在分电器底板上的光触发器组 成。转盘的外线开有与发动机气缸数相对应的缺口。光触发器由发光二极管和光电二极管组成。当发光二极 管的光线照射光电二极管时，光电二极管导通，产生与曲轴位置相对应的电压脉冲，即点火信号。
1.按储能方式分类
其工作原理如图4-14（a）、（b）所示。当触发叶轮1的叶片在霍尔集成块2和永久磁铁3之间转动，叶片进入永久 磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，磁场即被叶片旁路，霍尔元件上不产生霍尔电压。当触发叶轮的叶片离开空气隙时 ，永久磁铁的磁通便通过霍尔元件经导磁板构成回路，霍尔元件产生霍尔电压。
（3）光电效应式信号发生器
汽车电气设备构造 与维修一体化教程
CONTENTS
任务一 点火系统概述
汽车点火系统的作用是在发动机各种工况和使用条件下，使火花塞适时、可靠地产生足够强的电火 花，以点燃气缸内的可燃混合气。
1.传统点火系统
传统点火系统是指初级电路通断由断电器触点控制的点火系统。传统点火系统主要由电源（蓄电池 和发电机）、点火线圈、分电器、火花塞、点火开关和附加电阻等部件组成，如图4-1所示。
（3）分电器
ห้องสมุดไป่ตู้01
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03
04
（4）火花塞
火花塞的作用是将点火线圈产生的高压电引入发 动机燃烧室内，在其电极间形成火花，以点燃可燃 混合气。
火花塞拧装在发动机气缸盖的螺孔内，下部电极 伸入燃烧室。火花塞主要由中心电极、侧电极、绝 缘瓷体、壳体、导电玻璃、导电金属杆、紫铜内垫 圈和密封垫圈等组成，如图4-5所示。
接通点火开关，起动发动机，发动机开始工作。断电器凸轮在发动机凸轮轴的驱动下不断旋转，凸轮旋 转时交替地使断电器的触点断开和闭合。
当断电器触点闭合时[图4-7（a）]，接通了点火线圈初级绕组的电路，即初级电路，又称低压电路。流 经初级电路的电流，称为初级的电流，其路径是 ：蓄电池正极→点火开关→点火线圈→点火线圈初级绕 组→断电器触点→搭铁→蓄电池负极。
（1）电源
供给点火系统所需的电能，由蓄电池和发电机提供。
（2）点火线圈
将电源12V的低压电变成15～20kV的高压电。点火线圈按磁路结构特点，可 分为开磁路和闭磁路两种类型。
开磁路点火线圈：主要由铁心、初级绕组、次级绕组、胶木盖、瓷座、接线柱和外壳等组成，根据低压接线柱的 数目不同，点火线圈有两接线柱式和三接线柱式之分，开磁路点火线圈的基本结构如图4-2所示。
闭磁路点火线圈的结构如图4-3所示。传统的开 磁路点火线圈中，次级绕组在铁心中的磁通通过导 磁钢套构成回路，磁力线的上、下部分从空气中通 过，磁路的磁阻大，磁通损失大，转换效率低（约 60%）；闭磁路点火线圈的铁心是“日”字形或“ 口”字形，铁心内绕有初级绕组，在初级绕组外面 绕有次级绕组，其铁心构成闭合磁路，磁路中只设 有一个微小的气隙。闭磁路点火线圈漏磁少，磁阻 小，能量损失小，变换效率高，可使点火线圈小型 化。
②
计算机配电点火系（无分电器点火系） 。
基本要 求
①
能产生足以击穿火花塞间隙的电压。
②
电火花要有足够的能量。
③
点火时间应适应发动机的工作情况。
任务二 微机控制点火系统
微机控制点火系统主要由电源（蓄电池和发电机）、点火开关、传感器和各种控制开关、电脑控制单 元 ECU、点火控制器、点火线圈以及火花塞等部件组成，如图4-16所示。
③真空点火提前调节装置。 真空点火提前调节装置的 作用是在发动机负荷变化 时自动地调整点火提前角。
（2）点火控制器
点火控制器（图4-10）的作用是根据点火信号发生器输入的电压脉冲信号，及时地接通和切断 点火线圈的初级回路，使点火线圈的次级产生高压。
（3）点火信号发生器的工作原理
①磁脉冲式信号发生器。磁脉冲式信号发生器主要是用来产生点火信号的部件。它安装在分电器内 ，由分电器轴带动的信号转子、永久磁铁和绕在支架上的传感线圈等组成，如图4-11（a）所示。