火花塞的工作原理和连接方法

火花塞的工作原理和连接方法不管何种发动机，都必须借助强度适当、时机恰当的火花将混合气引燃，在发动机上，产生这种火花的装置，就是点火系。由于点火系工作时离不开电流，所以，通常把点火系和电气系结合起来讲解。

点火系一般由点火线圈、高压线、火花塞帽和火花塞组成。点火线圈的作用是产生足够电压的高压电流，通过高压线，高压电流到达火花塞，进而在火花塞的中心电极和侧电极之间跳火，产生强烈的电火花。

点火线圈由铁芯和两个线圈组成。附图表示了点火线圈的工作原理。电流在初级线圈A上流过时，在铁芯上将产生磁力线。当初级线圈的电流被切断之后，将使铁芯的磁力线发生变化，变化的磁力线在次级线圈B上产生感应电压。这个感应电压和A、B两线圈的匝数有关。一般来讲，初级线圈的漆包线较粗，只有几百匝，而次级线圈匝数则高达数万。

在四冲直列4缸发动机上，大都使用两个点火线圈，其中一个点火线圈给1缸和4缸供电，另一个点火线圈给2缸和3缸供电。原因是1缸和4缸的曲轴相位相同，2缸和3缸的曲轴相位相同。当然，在相位相同的二个气缸上，即使同时跳火也只能一个气缸燃烧，因为另一个气缸正处于排气上死点之前，火花塞跳火也不能燃烧。为了使点火线圈同时给二个火花塞供电，点火线圈的供电容量应较大，但总比装用4个点火线圈轻，成本也较低。2缸发动机也可以利用这种方法，但二个气缸的曲轴相位角必须相同。

点火时，点火线圈将产生20000V左右的高压电。高压线把高压电输送给火花塞。为了避免过大的电压损失，要求高压线要有良好的绝缘性和较高的传输效率。摩托车高压线普遍采用铜线做芯，外部包覆合成橡胶。

高压线的另一端就是火花塞。一般使用火花塞帽把高压线和火花塞连接在一起。火花塞布置在气缸盖上，其前端伸向燃烧室。火花塞的结构如图所示。中心电极是一个金属芯，从高压线端子一直延伸到中心电极前端。由高压线圈来的高压电接在中心电极上。侧电极焊接在螺纹部下沿上，和气缸盖的地线连接在一起。火花塞的中心电极和侧电极之间有一定的间隙，该间隙叫火花塞间隙，它是跳火点燃混合气的位置。火花塞跳火的时刻，称为点火正时。火花塞间隙越大,跳出的火花越大，混合气越容易点燃。但过大的火花塞间隙要求的放电电压也很高，电极消耗过快，电能消耗也大。所以火花塞必须有一个适当的间隙。一般火花塞间隙约为0.8mm左右。

由于火花塞工作时中心电极的电压会高达20000V左右，为了防止高压电流短路，中心电极采用陶瓷做绝缘材料。在陶瓷外侧是波纹状绝缘体，该绝缘体的作用是进一步加强火花塞的绝缘性能。利用上述绝缘办法，能使高压电顺利地从高压线端子流到中心电极前端，不会在中途产生弧光放电现象。

电流通过时，火花塞中心电极温度高达800℃。在燃烧时，火花接触瞬时温度高达

2000-3000℃高温燃气。在进气行程时，火花塞又接触低温混合气，混合气温度大都低于60℃。火花塞除了承受反复的热冲击之外，又承受着强烈的振动。火花塞工作的环境是非常严荷的，所以绝缘材料的性能十分重要，要求在高温时尽可能少地接受热量，以避免温度上升过高，同时又能把热量顺利地传导出去。一般火花塞的绝缘材料大都是氧化铝。

中心电极和侧电极的材料性能同样也很高：必须具有良好的热传导性和较高的强度，在反复放电过程中烧损少。现在普遍采用的是镍合金。为了进一步提高耐烧蚀性能，也有使用白金及其它贵重金属制造的。有些火花塞为了提高散热性，在中心电极根部封入了一个铜芯。火花塞的螺纹材料是普通碳素钢。

在某些单缸机和2缸发动机上，由于缸径大、排量大、燃烧速度过慢。为了迅速点燃混合气，大都装用了双火花塞。此外，为了防止异常燃烧，有些风冷发动机也装用了双火花塞。这种每个气缸装有两个火花塞的叫双火花塞方式。双火花塞能在气缸内形成两个火源，使混合气快速燃烧。但是采用4气门或更多气门的高性能发动机不宜采用两个火花塞，因为没有足够的空间布置双火花塞。

点火线圈工作时必须规律性地切断电源，这个过程由断电器来控制。根据其结构和工作特性，可以分为触点式点火和无触点点火。

触点式断电器是一个机械触点形状，结构十分简单，利用弹簧压力使触点接通，在需要点火时利用凸轮使触点断开，从而切断初级电流。在二冲程发动机上，用曲轴驱动断电器凸轮，在四冲程发动机上，用凸轮轴驱动断电器凸轮。触点式断电器存在着很多缺点。例如，触点容易被油污损，导致接触不良。而触点反复开闭，很容易产生损伤和磨损，触点接触面产生麻点将使通电困难，触点磨损严重将使通电时间变短，并使点火正时出现变化。所以必须进行经常的检查和保养，到了使用周期后应该更换新品，十分麻烦。

无触点断电器是一种电流感应装置。这种装置相当于一台超小型发电机，发电机定子线圈的作用相当于断电器的凸轮。在需要火花塞点火时，转子的磁铁部位正好转到定子的线圈部位，使线圈产生脉冲电流，在该脉冲电流的触发下，晶体管发火器动作，从而切断点火线圈的初级电流。这种脉冲电流叫作是点火正时信号。无触点点火方式无需保养，大量生产的发火器价格不贵，现在的摩托车几乎全部使用无触点点火方式。

在无触点点火方式的基础上，又发展出了晶体管点火方式。它利用晶体管的接通和截止，瞬间地切断点火线圈的初级电流，从而产生高压电。一般称之为电流切断式点火方式。

点方线圈工作时，必须有电源向其供给初级电流。根据电源的不同，又可分为蓄电池点火方式和磁电机点火方式两种。

蓄电池点火方式就是由蓄电池直接给初级线圈供电，蓄电池点火方式供电稳定，在低转速时也能使火花塞产生稳定的火花。其缺点是必须装用较重的蓄电池。

磁电机也就是发电机，磁电机点火方式直接使用发电机的电流作用为初级电流。磁电机点火方式也分为二种，一种是直接使用磁电机电流，另一种是把磁电机电压升高再供给点火系。磁电机点火方式低速时电流习，高速时电流强。磁电机点火方式不需要蓄电池，能减轻摩托车重量。由于上述优点，赛车大都采用这种点火方式。部分摩托车也装用了这种点火方式。其中在一部分摩托车上，不装用蓄电池，并把照明用电和点火用电分开，点火系直接由发电机供电。也有的摩托车装用小型蓄电池，以便在怠速或低速时确保照明用电。磁电机点火方式又叫飞轮永磁发电机点火方式。

现在很多摩托车都喜欢在车上标注“CDI”三个英文字母，不少购车者也十分注重CDI，认为标注CDI的车辆才有档次。CDI是什么？它是英文“CondenserDrodeIgnite”的缩写，也就是“电容二极管点火”的意思。它的工作过程是这样的：当发动机运转起来，磁电机也随之转动产生电流，电流通过硅二极管整流向电容器充电，此时可控硅处于截止状态，电流无法通过可控硅。当脉冲转子转到点火位置时，脉冲发生器发出电信号，这个电信号加在可控硅的控制极上，触发可控硅导通，于是电容器的电能通过可控硅进入点火线圈。当脉冲转子转过点火位置时，脉冲发生器停止发出电信号，可控硅立即截止，点火线圈的电流被断开，这时点火线圈就会立即产生自耦高压电，使火花塞迸发火花点火。如此反复循环，就能保证发动机正常工作。

CDI是一种并不复杂的电子电路，它实际上是将磁电机的结构简单化，降低了成本，而且提高了点火工作的可靠性，所以绝大多数摩托车都用CDI。电容放电点火方式可以使用蓄电池做电流，也可以使用发电机做电源。

电容放电点火方式能产生强大的电火花，而且次级电流上升快，对高速发动机十分有利，而且也有利于防止火花塞污损。上述特点和二冲程发动机的特殊要求极其吻合，所以高性能二冲程发动机大都使用这种点火方式。

在大多数摩托车方向把的右侧，装有一个红色的断电开关。它是供紧急情况使用，用来切断点火装置供电电流使发动机熄火的应急开关。它只控制点火装置，对照明电路没有影响。所以正常停车不要使用。

利用永久磁铁产生磁场的小型交流发电机，是汽油机点火系统中的点火电源。磁电机点火系统由开关、点火线圈、断电器、电容器、分电器和安全放电装置等组成，它产生高压电并分配给各气缸的火花塞。

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磁电机的结构和分类

磁电机大多采用旋转磁铁式结构，按总体设计可分为单体式和飞轮式。单体式是将上述各部件做成一个整体，安装在内燃机上；飞轮式是将磁铁安装在内燃机飞轮上，其他各部件分别安装在内燃机上，大多用于单缸机。磁电机断电器大多采用机械触点式的，也可用晶体管式的。有些磁电机还装有一些附加的部件。

①起动加速器：装在单体式磁电机上，起动时使磁电机在曲轴上止点附近时的角速度加大，以提高电压，保证发火。

②离心式点火提前角调节装置：装在单体式磁电机上，可随转速升高而加大点火提前角。

③有些磁电机附有单独线圈，作为照明供电之用。

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磁电机基本工作原理

磁电机最基本的工作原理：永久磁铁在铁芯中旋转，铁芯上的初级线圈感应出电动势（称为初级电势），断电器触点闭合时产生电流（称为初级电流），当断电器触点突然打开、突然切断初级电流时，次级线圈感应出相当高的电动势（称为次级电势），使火花塞跳火。为了得到最强的火花塞跳火，应该得到最大的次级电势；为了得到最大的次级电势，断电器触点应在初级电势为零时闭合，初级电势最大时打开。

什么时候初级电势最大？初级电势最大的时刻应是永久磁铁的极点转过中立位

置80°-100°时，这一角度叫做“位角”，保证断电器触点相对于凸轮的正确安装位置即可得到正确的位角，这一要求只要对准记号安装便可得到满足。例如，装配C210型磁电机时，应将断电器底板与机壳上相对的两条刻线对正，并使断电器上的指针与凸轮上的刻痕对正；装配C244型磁电机时，应分别将大小传动齿轮上的刻线、机壳与断电器底板上的刻线对正。

至于断电器触点应在初级电势为零时闭合的这一要求，只要位角正确并调整触点间隙至规定值即可得到满足。当然，调整触点间隙至规定值不仅仅是为了满足这一要求，合适的触点间隙还可使触点打开时火花不至于太大，避免触点过早烧蚀。

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磁电机检查调整顺序

1．首先检查转子

用手转动转子轴，在磁极换向时，先是手感像压缩弹簧一样阻力逐渐增大，至中立点后又会突然自行旋转，但整周转动过程中应无摩擦卡滞感。如有，就可能是轴承过度磨损或已损毁，造成定子和转子相互刮擦。

2. 验看触点状况

以手或工具扳开两触点观察，如有附着污物应加以清洗。如有轻微烧蚀，可用“0”号砂纸条对折，使两砂面向外，夹在触点间来回抽动磨光。如严重烧蚀，就应卸下触点，用油石磨光后装复，或干脆更换新件。

3．电容器状况

此电容损坏率并不高，如确需检查，可卸下，以万用表高阻挡位反复接触外壳和中心电极，如每次表针均摆回“0”，即表明该电容基本正常。需要注意的是，电容外壳与夹持板及底座常由于脏污生锈而接触不良，造成火花塞跳火微弱。

4．正确调整

一般使用说明书上均有调整触点最大间隙0.3mm。对于触点安装底板已经拆卸过而又安装不当的磁电机，仅调整触点间隙是不行的。这是因为磁电机点火的初级电流，不同于汽车用蓄电池点火线圈存在恒定的蓄电池电压供应，只有磁电机转子磁极与定子极掌处于极性交换过渡的某一特定位置时，才会感生出最大的电流，也只有此时断电器断开，次级线圈才会感生出最强的跳火电压。为保证此种关系，触点安装底板下方与壳体间有刻线标识。但遇到下述情况时刻线位置是无法确定的：底板刻线不清，底板与壳体并非原装，交换底板进行左旋和右旋磁电机的改型。采用下述方法可大致确定上述极性交换过渡的某一特定位置：先将两个底板固定螺钉稍加松退，再转动偏心调整螺钉于中位，用手缓慢旋动转子，并观察轴头断电凸轮在快要顶起动触点时，以手感确定磁力由阻力变为引力的交变点并严格固定。此时观察两触点，如刚好微开，便可把两底板固定螺钉紧固，如两触点未开或开得过大，可将底板稍作转动，使触点刚好微开后再紧固。最后验看最大开度是否符合规定，如相差过大，可对偏心螺钉稍加调整后，再重复上述触点开启时间的调整，就会获得满意的效果，即用高压线对机壳作手转动打火试验，打火的距离一般在7mm以上。

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使用磁电机的注意事项

1．当发动机以高速工作时，不应利用点火开关或按钮使发动机熄火，因为此时初级线圈短路，而磁电机不能马上停止转动，初级线圈中的电流产生的磁通会使磁轴

退磁。为保护磁电机，应利用油门先降低发动机转速，关闭油箱开关使发动机自动熄火，或当转速已降低后，再利用点火开关（或按钮）熄火。

2．使用中应经常清除磁电机外部灰尘、油污和水等，并检查磁电机在发动机上的固定情况。

3．定期清洁断电器触点，必要时调整间隙，并定期向凸轮旁毛毡上注以适当的润滑油。

4．检查磁电机和火花塞导线的固定情况，不允许导线靠近发动机过热部分，不允许用汽油或柴油等擦洗导线的绝缘部分。

5．在磁电机经过任何调整和部分拆卸后，要检查点火时间是否正确。

6．不允许经常拆卸磁电机的机件。在拆卸时对磁轴要特别小心，不准撞击和加热。将磁轴拆下后，为防止磁极退磁，要用短的铁块使磁极形成回路。

7．在装回磁电机时，要注意磁轴、断电器、凸轮轴三者的关系。磁轴沿着旋转方向转过中立位置80°-100°。（即位角，这个位置相当于磁铁的磁极离开蹄铁2-3mm，如果不正确，虽然磁电机所有线圈和机件都正常，磁电机也可能完全不给出火花），此时凸轮应使断电触点刚刚打开。如果不是这样，可将触点底板固定螺钉松开进行调整。