第5章_点火系统__汽车电气设备(第2版)凌永成_电子课件

3、点火系统应按照发动机的工作顺序进行点火。 直列四缸发动机的点火顺序为1→3→4→2，直列六缸发 动机的点火顺序为1→5→3→6→2→4。但也有采用其他点火 顺序的，应以制造厂商提供的技术数据为准。 4、点火时刻应适应发动机各种工况的变化。 点火时刻一般用点火提前角来表示，压缩行程中，从点火 开始到活塞运行到上止点时曲轴所转过的角度，称为点火提前 角。
a）低热值火花塞 b）中热值火花塞 c）高值火花塞 （热型火花塞） （中型火花塞） （冷型火花塞） 图5-19 不同热值和绝缘体裙部长度的火花塞
3）火花塞的散热
火花塞工作时，周期性地受到高温燃气作用，使绝缘体 裙部温度升高，这部分热量主要通过壳体、绝缘体、中心电 极、金属杆等传至缸体或散发到空气中，当吸收和散发的热 量达到平衡时，火花塞的各个部分将保持一定的温度。
5.3 无触点电子点火系统
无触点电子点火系统又称晶体管点火系统或半导体点火系统。
5.3.1点火信号发生器
信号发生器有电磁感应式、霍尔效应式、光电式等几种。
1.电磁感应式点火信号发生器 1）电磁感应式点火信号发生器基本结构与原理
当转子转动时，转子凸齿与线圈铁心间的空气间隙不断 发生变化，穿过线圈铁心中的磁通也不断变化。
图5-7 无触点电子点火系统工作原理
3. 点火系统工作过程分析
（1）大功率晶体三极管导通，初级电流增长。 （2）大功率晶体三极管截止，次级绕组中产生高压电。 （3）火花塞电极间隙被击穿，产生电火花，点燃混合气。
5.2.2点火系统的构造 1.点火线圈
初级绕组、次级绕组和铁心等组成。 按磁路的结构形式不同，可分为开磁路式点火线圈和闭 磁路式点火线圈。
图5-26日本电装细电极火花塞
④铜芯电极型火花塞。 高速发动机普遍采用铜 芯火花塞。这种火花塞 把抗蚀性优良的镍合金 与传导性好的无氧铜结 合在一起，因铜导热性 好，热值上限提高，高 速时能限制炽热点火， 裙部的加长热、室容积 的扩大，使得热值下限 拓宽，提高了电极耐油 污、抗烧蚀的能力。
⑤多极型火花塞。 多极型火花塞的侧 电极一般为两个或 两个以上，优点是 点火可靠，间隙不 需经常调整，故在 电极容易烧蚀和火 花塞间隙不能经常 调整的一些汽油机 上采用。如神龙富 康轿车采用了二电 极型火花塞，上海 桑塔纳轿车采用了 四电极型火花塞。
在图5-36b所示状态，信 号转子的窗口和霍尔触发 器正对时，永久磁铁的磁 感应强度B最大，使霍尔 电压瞬时达到最大值。
图5-37 霍尔集成电路的工作原理方框图 UH-霍尔电压；UG-霍尔信号发生器输出电压
当霍尔电压为零时，霍尔集成电路使霍尔发生器的输出 电压急剧上升至数伏；而当产生霍尔电压时，霍尔信号发生 器的输出电压则降至0.4～0.5V。
2.霍尔效应式点火信号发生器 1）霍尔效应
UH
UH
RH
图5-33 霍尔效应原理 I-流过霍尔元件的电流； B-磁感应强度； d-霍尔元件基片厚度； UH-霍尔电压
RH IB d
——霍尔电压，单位为V； ——霍尔系数； ——半导体基片厚度，单位为m； ——电流，单位为A； ——磁感应强度，单位为T。
5.1.3对点火系统的基本要求
点火系统应在发动机各种工况和使用条件下保证可靠而 准确地点火。
1、点火系统应能产生足以击穿火花塞电极间隙的高电压。 通常将点火装置的设计能力控制在30kV以内。 2、电火花应具有足够的点火能量。
发动机正常工作时，所需电火花能量为1～5mJ即可点
火。 起动时应产生大于100mJ的电火花能量。
2.分电器
图5-14 分电器 1-屏蔽罩；2-分电器盖；3-分火头；4-防尘罩；5-弹簧夹；6-分电器轴；7-点火信号转子； 8-真空提前装置；9-点火信号发生器；10-离心提前装置；11-分电器壳体；12-橡胶密封圈；13-驱动齿轮
1）配电器
发动机工作时，在点火线圈初级电路断开的瞬间，来自 点火线圈的高压电经中央电极的炭柱、分火头上导电片，以 火花形式跳到旁电极上，再经高压分线送往相应的火花塞。
1）开磁路式点火线圈
1-瓷杯；2-铁心；3-初级绕组；4-次级绕组；5-导磁钢套；6-外壳；7-低压接线柱负 极；8-绝缘胶木盖；9-高压接线柱；10-低压接线柱正极或“开关”；11-低压接线柱 “+开关”；12-附加电阻
2）闭磁路式点火线圈
a）日字铁心的磁路分布
b）口字铁心的磁路分布
图5-11 闭磁路点火线圈的磁路 1-初级绕组； 2-次级绕组；3-铁心
2）点火信号发生器
信号发生器有三种类型，分别是电磁感应式、霍尔效应 式和光电式。
3）点火提前调节机构
在分电器中一般设有两套自动调节点火提前角的装置。 一套是能随发动机转速的变化自动调节点火提前角的离心式 点火提前角调节装置，另一套是能按发动机负荷不同自动调 节点火提前角的真空式点火提前角调节装置。 但在电控电子点火系统中，则取消了这两套自动调节点 火提前角的装置，改由发动机电子控制单元直接控制点火提 前角。
图5-25三侧极电极突出型火花塞
⑥电阻型火花塞。电阻型火花塞是在电阻 内装有5～10 kΩ的电阻，可以抑制汽车 点火系统对无线电的干扰。 ⑦屏蔽型火花塞。屏蔽型火花塞利用金属壳体把整个火花塞 屏蔽起来，不仅可以防止无线电干扰，还可用于防水、防爆 的场合。
4.高压电线
带阻尼的高压线可抑制和衰减点火系统产生的高频电磁波， 降低对无线电设备及电控装置的干扰。
汽车电气设备
第5章 点火系统
5.1 点火系统概述
5.1.1传统点火系统基本组成
图5-1传统 点火系统基本结构
5.1.2汽油发动机连续运转（正常着车）的必备条件
1、进入气缸的可燃混合气浓度必须适宜，既不能太浓，也 不能太稀。 2、点火系统必须在正确的点火时刻进行点火，且电火花要足 够强烈。 3、在压缩行程接近终了时，燃烧室内要有较高的压缩压力。
图5-35 霍尔效应式信号发生器的结构原理 1—霍尔触发器；2—信号转子；3—永久磁铁
（a）磁感线被转子叶片旁路 （b）磁感线通过转子缺口 图5-36 霍尔效应式信号发生器工作原理 1—分电器轴；2—永久磁铁；3—信号转子叶片；4—霍尔触发器； 5—分电器外壳
在图5-36a所示状态，信号转子的叶片处 在霍尔触发器和永久磁铁之间时，永久磁 铁的磁场被信号转子的叶片旁路而迅速减 弱，磁感应强度B随之迅速下降，导致霍 尔电压趋近于零。
大功率晶体三极管导通时，点火线圈初级通路，点火系 统储能；当输入点火控制器的点火信号脉冲使大功率晶体三 极管截止时，点火线圈初级断路，次级绕组便产生高压电。
在点火系统中，电源（蓄电池或发电机）供给的12V低 压电，经点火线圈和点火控制器转变为高压电，再经配电器 分送到各缸火花塞，使其电极间产生电火花。其工作原理如 图5-7所示。
图5-20 火花塞的吸热与放热
图5-21 火花塞各部分的温度及散热途径
①标准型火花塞。 绝缘体裙部其缩入 壳体端面，侧电极 在壳体端面以外。
②电极突出型火花塞。 电极突出型火花塞的 绝缘体裙部较长，
③细电极型火花塞。 细电极型火花塞的 电极很细，特点是 火花强烈，点火能 力好，在严寒季节 也能保证发动机迅 速可靠的起动，热 范围较宽，能满足 各种用途。
3.火花塞
1）火花塞的工作条件及对火花塞的要求
高温以及燃烧产物的强烈腐蚀
2）火花塞的结构
图5-18 火花塞 1-高压分线接线柱； 2-陶瓷绝缘体； 3-导电金属杆； 4-壳体； 5-导电玻璃； 6-中心电极； 7-紫铜垫圈； 8-密封垫圈； 9-侧电极
为了适应不同发动机的需要，火花塞因下部的形状和绝 缘体裙部长度的不同有多种形式（图5-19）。
霍尔信号发生器的优点是点火正时性能稳定，精度高， 耐久性好，不受灰尘、油污的影响，并且霍尔电压与转速无 关，所以低速性能好。
3.光电式点火信号发生器 1）光电式点火信号发生器的结构
（a） 结构 （b）工作原理 图5-38 光电式点火信号发生器结构 1-分火头；2-光源（发光元件）；3-光接收器（光电元件、光敏元件）； 4-遮光盘（遮光转子）；5-输出信号；6-电源
d
I B
2）霍尔效应式点火信号发生器的结构与原理
图5-34 霍尔式点火信号发生器外形结构 1-触发叶轮；2-霍尔集成电路；3-触发开关；4-永久磁铁；5-点火信号输出线
霍尔效应式点火信号发生器主要由霍尔触发器1、带窗口的 信号转子2和永久磁铁3组成。信号转子与分电器同步转动， 如图5-35所示。
7-点火信号发生器；8-点火控制器
图5-6 无触点电子点火系统组成
2.点火系统的基本原理
无触点电子点火系统的基本原理为：转动分电器使点火 信号发生器产生脉冲电压信号，此脉冲电压信号经点火控制 器大功率晶体三极管前置电路的放大、整形等处理后，控制 串联于点火线圈初级回路的大功率晶体三极管的导通和截止。
（1）离心点火提前调节器。
图5-15 离心点火提前调节器 1-螺钉及垫片； 2-点火信号发生器转子（凸轮）； 3-拨板； 4-分电器轴；5-离心重块； 6-弹簧； 7-托板； 8-销钉； 9-柱销
（2）真空点火提前调节器
a）小负荷（节气门1／4开度）
b）大负荷
c）起动和怠速
图5-16 真空点火提前调节器结构原理示意图 1-分电器外壳； 2-点火信号发生器转子（凸轮）； 3-点火信号发生器（触点）； 4-真空点火提前调节器外壳； 5-弹簧； 6-真空连接管；7-进气道； 8-节气门； 9-膜片； 10-拉杆； 11-固定销
5.1.4点火系统的发展历程
1. 传统点火系统
图5-2 传统点火系统结构
2.无触点电子点火系统
在无触点电子点火系统中，用信号发生器取代凸轮触点机构
图5-3 无触点电子点火系统结构
3.电控电子点火系统
在电控电子点火系统中，电控点火提前装置取代了传统 的点火提前机构（真空及离心提前机构），并开始利用发动 机电子控制单元控制点火提前角。