详谈汽车点火系统工作「详谈汽车点火系统」

在之前的推文里，我们介绍了偏时点火。这次，为大家介绍汽车的点火系统。

汽车点火系统是点燃式发动机为了正常工作，按照各缸点火次序，定时地供给火花塞以足够高能量的高压电（大约15000～30000V），使火花塞产生足够强的火花，点燃可燃混合气。发动机正常工作时，由于混合气压缩终了的温度接近其自燃温度，仅需要1~5mJ的火花能量。但在混合气过浓或是过稀时，发动机起动、怠速或节气门急剧打开时，则需要较高的火花能量。

1、分类

1.传统点火系统:

蓄电池点火系

磁电机点火系

2.电子点火系统：

（1）晶体管点火系TI-B

（2）半导体点火系SI

（3）无分电器点火系DIS

传统点火

机械式点火系统工作过程是由曲轴带动分电器轴转动，分电器轴上的凸轮转动，使点火线圈次级触点接通与闭合而产生高压电。

这个点火高压电通过分电器轴上的分火头，根据发动机工作要求按顺序送到各个气缸的火花塞上，火花塞发出电火花点燃燃烧室内的气体。分电器壳体可以手动转动来调节基本的点火提前角(即怠速运转时的点火提前角)，同时还有真空提前装置，它根据进气管内真空度的变化提供不同的提前角。

机械式点火系统工作过程是由曲轴带动分电器轴转动，分电器轴上的凸轮转动，使点火线圈次级触点接通与闭合而产生高压电。

这个点火高压电通过分电器轴上的分火头，根据发动机工作要求按顺序送到各个气缸的火花塞上，火花塞发出电火花点燃燃烧室内的气体。分电器壳体可以手动转动来调节基本的点火提前角(即怠速运转时的点火提前角)，同时还有真空提前装置，它根据进气管内真空度的变化提供不同的提前角。

蓄电池点火系统

1）组成：电源(蓄电池或发电机)、点火线圈、分电器、火花塞、点火开关及控制电路。

2）工作原理：起动时：蓄电池正极g起动机火线接柱g起动机短路导电片g点火线圈‘开关’接柱g低压线圈g点火线圈低压接柱g分电器触点g搭铁g蓄电池负极。

起动后：发电机‘电枢’ g 电流表g点火开关g点火线圈‘电源’ g热变电阻g点火线圈‘开关’ g低压线圈g点火线圈低压接柱g分电器触点g搭铁g蓄电池负极。

高压电路：高压线圈g中央高压线g分火头g分缸g线火塞中心极g火花塞旁电极g搭铁。

蓄电池点火系的主要元件：点火线圈、分电器、电容器、火花塞、高压线等。

汽油机运行时带动断电器凸轮转动，使断电器不断闭合与断开，在触点闭合式，蓄电池提供电流，电流从蓄电池正极经点火线圈的一次绕阻、断电器触电，返回到蓄电池负极。电流流经点火线圈的一次绕阻时，铁心中产生一个储能用的强磁场，当断电器触点被顶开时，一次电流迅速衰减以至消失，铁心中的磁通随之减小，而在二次绕阻中就感应出点火所需的高电压。这一电压由高压线输送到分电器，在由此输送到各个相应的火花塞上，产生电火花。

有触点晶体管点火系统

主要不同断电器触点与点火线圈间的一次测电路上。

在辅助触点晶体管式点火系统中，触点闭合时，电流不再直接从闭合触点流到点火线圈的一次绕阻中，而是流到晶体管的基级电路上。

断电器触点已不再起直接控制一次电流通、断的作用，而是作为晶体三极管的触发控制器，因此流过断电器触点的电流可以减小到一次电流的1∕5——1∕10。

无触点电子点火系统

（1）消除了机械触点带来的触点烧蚀，磨损等，免去经常换件，调正闭合角，校正点火正时。

（2）电子点火控制器控制点火线圈一次电流的通、断以及放大与处理来自传感器发出的脉冲信号，除了开关作用外，点火控制器可以根据脉冲步骤来知发动机的转速，提供点火时间随转速的变化。

1．能产生足以击穿火花塞间隙的电压

火花塞电极击穿而产生火花时所需要的电压称为击穿电压。点火系产生的次级电压必须高于击穿电压，才能使火花塞跳火。击穿电压的大小受很多因素影响，其中主要有：

（1）火花塞电极间隙和形状

火花塞电极的间隙越大，击穿电压就越高；

电极的尖端棱角分明，所需的击穿电压低。

（2）气缸内混合气体的压力和温度

混合气的压力越大，温度越低，击穿电压就越高

（3）电极的温度

火花塞电极的温度越高，电极周围的气体密度越小，击穿电压就越低。

2．火花应具有足够的能量

发动机正常工作时，由于混合气压缩终了的温度接近其自燃温度，仅需要1~5mJ的火花能量。但在混合气过浓或是过稀时，发动机起动、怠速或节气门急剧打开时，则需要较高的火花能量。并且随着现代发动机对经济性和排气净化要求的提高，都迫切需要提高火花能量。因此，为了保证可靠点火，高能电子点火系一般应具有80~100mJ的火花能量，起动时应产生高于100mJ的火花能量。

3．点火时刻应适应发动机的工作情况

首先，点火系统应按发动机的工作顺序进行点火。其次，必须在最有利的时刻进行点火。

由于混合气在气缸内燃烧占用一定的时间，所以混合气不应在压缩行程上止点处点火，而应适当提前，使活塞达到上止点时，混合气已得到充分燃烧，从而使发动机获得较大功率。点火时刻一般用点火提前角来表示，即从发出电火花开始到活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度。

如果点火过迟，当活塞到达上止点时才点火，则混合气的燃烧主要在活塞下行过程中完成，即燃烧过程在容积增大的情况下进行，使炽热的气体与气缸壁接触的面积增大，因而转变为有效功的热量相对减少，气缸内最高燃烧压力降低，导致发动机过热，功率下降。

如果点火过早，由于混合气的燃烧完全在压缩过程进行，气缸内的燃烧压力急剧升高，当活塞到达上止点之前即达最大，使活塞受到反冲，发动机作负功，不仅使发动机的功率降低，并有可能引起爆燃和运转不平稳现象，加速运动部件和轴承的损坏。

总结：

1 汽车点火系统的特点

增大初级电流，提高次级电压和点火能量，改善高速性能。减小触点火花，延长触点使用寿命，克服机械触点带来的各种缺陷。维护容易，起动性能好。混合气燃烧完全，排污少。有利于汽车朝多缸、高速方向发展。

2 汽车点火系统的作用

点火正时

汽车上的点火系统必须与发动机的其他部件配合得非常好。 目的是在最恰当的时机点燃燃油，以便膨胀气体做功最大。 如果点火系统在不恰当的时机点火，功率会下降，油耗和排放会上升。

当气缸内的燃油/空气混合物燃烧时，温度上升，燃油转化成排放气体。 这种转化使气缸内的压力显著增大，将活塞下压。

为了从发动机获得最大的扭矩和功率，需要做的是在动力冲程期间，尽量提高气缸的压力。 尽量提高压力还可以得到最佳的发动机效率，其直接表现就是降低油耗。 点火正时是成功的关键。

从产生火花，到燃油/空气混合物全部燃烧且气缸内压力达到最大值之间，存在着短暂的延迟。 如果正好在活塞到达压缩冲程顶点时产生火花，那么在气缸内的气体达到最大压力之前，活塞已经向下运动了部分距离，进入动力冲程。

为最大限度利用燃油，应在活塞到达压缩冲程顶点之前产生火花，这样，在活塞开始向下进入动力冲程时，便能有足够的压力做有用功。

功=力×距离

在气缸内：

因此，就气缸而言，功=压力×活塞面积×冲程长度。由于冲程长度和活塞面积是固定的，因此要使做功最大，唯一的途径就是增大压力。

点火正时很重要，根据条件，正时可以提前，也可以延后。

燃料燃烧耗费的时间基本上不变。 但是，当发动机转速增加时，活塞的速度增加。 这意味着，发动机转速越大，产生火花的时间必须越早。 这称为点火提前： 发动机转速越大，所需的提前越多。

不需要最大功率时，就要优先考虑其他的目标，例如降低排放。 例如，通过延后点火正时（将火花移近压缩冲程的顶点），可以减小气缸最大压力和最高温度。 降低温度有助于减少氮氧化物 (NOx) 的形成，而此类物质是限制排放的污染物。 延后正时还可以消除爆震；有些汽车装配了爆震传感器，可自动延后正时。

火花塞

火花塞的原理非常简单： 它使电荷击穿间隙，就像闪电一样。 电荷电压必须很高，以便穿过间隙，产生很强的火花。 火花塞处的电压可以在4-10万伏之间。

火花塞必须有一个绝缘通道，让高压电荷向下到达电极，在电极处，电荷可以跳过间隙，导电到发动机体并接地。 火花塞还能抵御气缸内的超高温和超高压，其设计必须确保燃油添加剂的沉积物不会堆积在火花塞上。

火花塞使用一个陶瓷衬垫来隔离电极处的高压，以确保火花产生于电极顶端而不是火花塞的其他部位；另外，衬垫还能帮助烧掉沉积物，具有双重作用。 陶瓷导热能力很差，因此材料在运行期间温度会很高。 这些热量有助于烧掉电极处的沉积物。

有些汽车需要热火花塞。 此类火花塞的陶瓷衬垫，与火花塞金属部位的接触面积较小。 这样可以减少来自陶瓷的热传递，提高陶瓷温度，烧掉更多沉积物。 冷火花塞的接触面积较大，运行温度较低。

汽车制造商会为每款车选择合适温度的火花塞。 有些装配有高性能发动机的汽车当然会生成更多热量，因此它们需要温度较低的火花塞。 如果火花塞温度过高，它会在产生火花之前点燃燃油；因此为汽车选择合适类型的火花塞很重要。

线圈

线圈是一个很简单的装置——其实就是由两组线圈构成的高压变压器。 一组线圈称为初级线圈。 缠绕在它周围的是次级线圈。 次级线圈的匝数一般是初级线圈的数百倍。

初级线圈的电流可以被断点或者电子点火的固态设备突然切断。

如果您觉得线圈就像是一个电磁铁，那就对了——不过它同时还是一个电感器。 线圈运行的关键是，当电路被断点突然切断时，会发生什么。 初级线圈的磁场迅速崩溃。 次级线圈被一个强大而剧烈变化的磁场吞没。 这个磁场会在次级线圈中感应出电流——由于次级线圈的匝数非常大，因此这个电流的电压很高（最高可达10万伏）。 次级线圈通过绝缘性很好的高压线，将该电压输送到分电器。

分电器

分电器处理多项工作。 第一项工作是将高压从线圈分配到正确的气缸。 这由盖子和转子完成。 线圈连接到转子，转子在盖子内转动。 转子转过每个气缸的触点。 当转子的尖端经过每个触点时，线圈产生高压脉冲。 脉冲击穿转子和触点之间的间隙（它们不真正接触），然后继续通过火花塞线，到相应气缸的火花塞上。 当您进行保养时，盖子和转子都是发动机上需要更换的部件——由于击穿，它们最终会磨损。 而且，火花塞线最终也会磨损，从而失去部分绝缘性能。 这可能是引起某些奇怪的发动机故障的原因。

老式的带断点的分电器在下半部还有另一个部件——此部件的作用是切断线圈电流。 线圈的接地端连接到断点。

分电器中央的凸轮推动连接到其中一个断点的杆。 只要凸轮推动杆，杆就会打开断点。 这使得线圈突然失去接地，从而产生高压脉冲。

断点还控制点火正时。 它们可以有真空点火提前装置或离心点火提前装置。 这些装置将正时提前，提前量与发动机负载或发动机转速成正比。

点火正时对发动机性能非常关键，所以大多数汽车都不使用断点。 它们使用一个传感器，告诉发动机控制单元(ECU)活塞的精确位置。 然后，发动机计算机控制一个晶体管，切断和接通线圈的电流。

无分电器点火

近年来，您可能听说过，有的汽车在16万公里时才需要首次保养。 之所以能实现如此长的保养间隔，这与其中的一项技术——无分电器点火，是分不开的。

因此，此类系统有许多显著的优点。 此类系统中的线圈与较大的居中线圈的工作方式相同。发动机控制单元切断电路接地端的晶体管，从而产生火花。这使发动机控制单元能完全控制点火正时。

首先，没有分电器这一易磨损的部件。而且，也没有易磨损的高压火花塞线。最后对点火正时的控制更为精确，从而提高效率，降低排放，提高汽车总功率。

好了，本片文章就说到这里，欢迎各位朋友关注、评论、转发。

我们下期见。