发动机点火系统

发动机点火系统

一、概述

发动机点火方式有炽热点火、压缩着火和电火花点火三种，柴油机用压缩着火，汽油机一般采用电火花点火。

1、对点火系统的要求

点火系统应在发动机各种工况和使用条件下，保证可靠而准确的点火。为此，点火装置应满足下列三个基本要求

1．能产生足以击穿火花塞电极间隙的高压电

实践证明，汽车发动机在满负荷低速时需8~10kV的高压，启动时则常需9~17kV的高压，正常点火一般在15kV以上，为了保证点火可靠，考虑各种不同因素的影响，点火高电压必须有一定的储量，所以点火装置产生的电压一般在15~20kV之间，而且高电压的升值要快。

2．火花塞应具有足够的能量

要使混合气可靠点燃，火花塞产生的火花应具有一定的能量，发动机正常工作时，由于混合气压缩终了的温度已接近其自燃温度，因此所需的火花能量很小（1~5MJ）。蓄电池点火系统能发出15~50 MJ的火花能量，足以点燃混合气。但在发动机启动、怠速运转以及节气门急剧打开时，则需较高的火花能量。

启动时，由于混合气雾化不良，废气稀释严重，电极温度低，故所需的点火能量最高。另外，为了提高发动机的经济性，当采用空燃比α=1.2~1.25的稀混合气时，由于稀混合气难于点燃，也需增加火花能量。考虑上述情况，为了保证可靠点火，火花塞一般应保证有50~80MJ 的点火能量，启动时应产生大于100MJ的火花能量。

3．点火时刻应适应发动机的工作情况

因为混合气在发动机的气缸内从开始点火到完全燃烧需要一定的时间（千分之几秒），所以要使发动机产生最大的功率，就不能在压缩行程终了活塞行至上止点才点火，而是需要适当提前一些。

因为发动机气缸的多少，负荷的大小，转速的变化，燃油品质的不同，即是同一发动机由于工况和使用条件的不同等等，都直接影响气缸内混合气的点火时间，为了使发动机能发出最大工功率，点火装置必需适应上述情况的变化实现最佳点火。

2、点火系统的分类

按照点火系统的组成和产生高压的方式不同，发动机的点火系统分为：传统点火系统、半导体点火系统、微机控制点火系统以及磁电机点火系统。

1）．传统点火系统

2）．半导体点火系统

3）．微机控制点火系统

4）．磁电机点火系统

二、传统点火系统组成与工作原理

1、传统点火系统的组成

传统点火系统主要由电源、点火开关、点火线圈、配电器、火花塞等组成，如图9-3所示。

（1）电源电源为蓄电池和发电机，供给点火系统所需电能，标称电压一般是12V。

（2）点火开关点火开关的作用是接通或断开点火系统初级电路。

（3）点火线圈点火线圈即变压器，其功用是将蓄电池12V的低压电变为15~20kV的高压电。

（4）配电器配电器的功用是接通和切断低压电路，使点火线圈及时产生高压电，按发动机各气缸的点火顺序送至火花塞；同时可调整点火时间。

（5）电容器减小断电器的火花，防止触点烧蚀，延长其使用寿命，同时加速点火线圈中磁通的变化速率，提高点火高电压。

（6）火花塞其功用是将高压电引入燃烧室产生电火花，点燃混合气。

（7）高压导线用以连接点火线圈至配电器中心电极和配电器旁电极至各缸火花塞。

图9-3 传统点火系统的组成

1-点火开关 2-电流表 3-蓄电池 4-启动机 5-高压导线 6-阻尼电阻 7-火花塞 8-断电器 9-

电容器

10-点火线圈 11-附加电阻 12-配电器

2、传统点火系统的工作原理

在传统点火系统中，由蓄电池或发电机供给12V的低压电，是借点火线圈和断电器将其转变为高电压，再通过配电器分配到各缸火花塞，使其电极之间产生电火花。其工作原理如图9-4所示。

发动机工作时，断电器凸轮在配气凸轮轴的驱动下也随之旋转。凸轮旋转时，交替地将触点闭合和打开。

在点火开关（SW）接通的情况下，当触点闭合时，初级绕组中有电流流过（初级电流I1

用实线表示），电流从蓄电池正极→点火开关SW→点火线圈“+开关”接线柱→附加电阻→“开关”接线柱→点火线圈的初级绕组→“-”接线柱→断电器触点→搭铁→蓄电池负极。

初级电流在线圈的铁芯中形成磁场，经过一定时间后，当凸轮将触点打开时，初级电路被切断，初级电流消失，它所形成的磁场也随之迅速变化，在两个绕组中都感应出电动势。由于次级绕组的匝数多，因而在次级绕组内就感应出15~20kV的电动势，它足以击穿火花塞的电极间隙，产生火花点燃混合气。

高压电流（I2用虚线箭头表示）的回路为：次级绕组→“开关”接线柱→附加电阻→“+开关”接线柱→点火开关→电流表→蓄电池→搭铁→火花塞旁电极、中心电极→配电器（旁电极、分火头）→次级绕组。

配电器轴每转一圈，各缸按点火顺序轮流点火一次。

由上述可知，在点火系统中有两个电路：初级电流I1流经的电流为低压电路，而高压电流I2流经的电路为高压电路。

发动机工作时，上述过程周而复始的重复着，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。

图9-4 传统点火系统的工作示意图

3、传统点火系统各组件的构造

1）．点火线圈

点火线圈是将电源的低压电转变为高压电的基本元件。常用的点火线圈分为开磁路点火线圈和闭磁路点火圈两种形式。

（1）开磁路点火线圈

开磁路点火线圈是利用电磁互感原理制成的。其结构主要由硅钢片叠成的铁芯上的初级线圈和次级线圈、壳体及其外的附加电阻等组成。开磁路点火线圈有两接线柱式和三接线柱式之分（图9-6）。

（a）两接线柱式（b）三接线柱式

图9-6 开磁路点火线圈

1-瓷杯 2-铁芯 3-初级绕组 4-次级绕组 5-钢片 6-外壳 7-“-”接线柱 8-胶木盖 9-

高压线接柱

10-“+”或开关接线柱 11-“+开关”接线柱 12-附加电阻

图9-7 开磁路点火线圈的磁路

l-磁力线 2-铁芯 3-初级绕组 4-次级绕组 5-导磁钢片

（2）闭磁路点火线圈

闭磁路点火线圈，将初级绕阻和次级绕组都绕在口字形或日字形的铁芯上。初级绕组在铁芯中产生的磁通，通过铁芯构成闭合磁路。图9-8是闭合磁路点火线圈及磁路示意图。

（a）

（b）（c）图9-8 闭磁路点火线圈及磁路示意图

（a）日字形铁芯的点火线圈（b）日字形铁芯的磁路（c）口字形铁芯的磁路1-铁芯 2-低压接线柱 3-高压插孔 4-初级绕组 5-次级绕组

闭磁路点火线圈的优点是漏磁少，磁路的磁阻小，因而能量损失小，能量变换率高，可达75%（开磁路式点火线圈只有60%）。并且闭磁路式点火线圈采用热固性树脂作为绝缘填充物，外壳以热熔性塑料注塑成型，其绝缘性、密封性均优于开磁式点火线圈。体积小，可直接装在配电器盖上，不仅结构紧凑，又省去了点火线圈与配电器之间的高压导线，并可使次级电容减小，故已在电子点火系统中广泛采用。

2）．配电器

配电器由断电器、配电器、电容器和点火提前机构等组成，如图9-9所示。配电器的壳体由铸铁制成，下部压有石墨青铜衬套，配电器轴装在机油泵的顶端，利用速比1∶1的斜齿轮由凸轮轴经机油泵驱动。轴在衬套内旋转，用油杯进行润滑。