第7章  汽油机点火系统 内容提要 1．   汽油机对点火系统的基本要求 2．   传统点火系统的组成、结构、工作原理及存在的缺陷 3．   电子点火系统的分类、组成、结构与工作原理 4．   微机控制的电子点火系统的特点、分类、组成与工作原理 5．   蓄电池的构造与工作原理 6．   硅整流交流发电机的结构与工作原理 7．   电压调节器的分类、结构与工作原理

图7-1  点火提前角与转速和负荷的关系

当汽油机转速升高（节气门开度等其它条件不变），由于单位时间转过的曲轴转角增大，燃烧的延续角变大，后燃增加，就必需把**佳点火提前角加大。

图7-2  点火能量对汽油机燃料消耗的影响

2. 点火能量  即点火所需要的能量，它是电流和电压的函数。点火能量小，火花弱，难于可靠点燃混合气，尤其是燃用稀混合气，有时会产生断火现象。

图7-3 传统点火系的组成 1-电容器  2-断电器  3-配电器  4-点火线圈  5-附加电阻  6-点火开关 7-电流表  8-蓄电池  9-起动机 10-高压导线  11-阻尼电阻  12-火花塞

图7-4  开磁路式点火线圈 1-高压接线头  2-胶木盖 3-负极接线柱  4-外壳  5-导磁钢套    6-次级绕组  7-初级绕组  8-铁心  9-绝缘座  10-起动机接线柱  11-正极接线柱  12-附加电阻

图7-5  闭磁路式点火线圈 1-“日”字形铁心  2-初级绕组接线柱  3-高压接线柱  4-初级绕组  5-次级绕组

图7-6  闭磁路式点火线圈的磁路 1-空气隙  2-“日”字形铁心  3-次级绕组  4-初级绕组

（2）闭磁路式点火线圈（图7-5）采用“日”字形铁心，初级绕组绕在里面，次级绕组绕在初级绕组的外面。其磁路如图7-6所示，磁力线经铁心形成闭合磁路（为了减小磁滞现象，常设有一个很微小的间隙），由于铁比空气的导磁性能好一万倍，故磁损比开磁路点火线圈小得多。在相同初级能量情况下，次级获取的能量大，能量变换效率高。此外，闭磁路式点火线圈体积小，结构紧凑，广泛用于电子点火系统中。

图7-7  分电器 1-分电器盖  2-分火头  3-断电器凸轮  4-分电器盖弹簧夹  5-断电器活动触点臂弹簧及固定夹  6-固定触点及支架  7-调整螺钉  8-接头  9-弹簧  10-真空点火提前器膜片  11-真空点火提前器外壳  12-拉杆  13-油杯  14-固定销及联轴器  15-联轴器钢丝  16-扁尾联轴器  17-离心点火提前器底板  18-离心调节器弹簧  19-离心调节器重块  20-横板  21-断电器底板  22-真空点火提前器拉杆销及弹簧  23-电容器  24-油毡  25-断电器接线柱  26-分电器轴  27-分电器壳体  28-中心电极  29-高压分线插孔  30-中央高压线插孔

（3）电容器   安装在分电器的外壳上，它与断电器触点并联，其作用是减

图7-8  断电器 1-接线柱  2-活动触点臂与活动触点  3-固定触点及支架  4-固定螺钉  5-偏心调整螺钉  6-断电器活动底板  7-分电器壳  8-断电器凸轮  9-分电器轴  10-油毡  11-胶木顶块  12-触点臂弹簧片

当发动机转速达一定值时，重块离心力克服弹簧拉力向外飞开，通过销钉，带动断电凸轮顺着旋转方向转过一定角度，使点火时刻随转速升高而提前。

图7-9  离心式点火提前调节装置 1-凸轮固定螺钉  2-断电器凸轮  3-拨板  4-分电器轴  5-重块  6-弹簧  7-托板  8-销钉  9-柱销

2）真空式点火提前调节装置能随发动机负荷变化调节点火提前角。它位于分电器外壳侧面（图7-10）内，由膜片7分隔成二室 ，右室有弹簧4压住膜片，并通过连接管5与进气管相通；左室通大气，并有拉杆8连接膜片和断电器底板2。

图7-10  真空式点火提前调节装置 a)  节气门部分开启（小负荷时）   b)  节气门全开（满负荷时） 1-分电器壳体  2-断电器底板  3-真空点火提前调节装置外壳  4-弹簧  5-真空连接管  6-节气门  7-膜片  8-拉杆  9-断电器触点  10-断电器凸轮

（1）火花塞的作用  用来将高压电引入燃烧室，产生电火花，点燃混合气。

图7-11  普通型火花塞 1-接线螺母  2-绝缘体  3-接线螺杆  4-垫圈  5-火花塞壳体  6-密封剂  7-密封垫圈  8-紫铜垫圈  9-侧电极  10-绝缘体裙部  11-中心电极

（2）火花塞结构  它有多种形式，普通型火花塞结构如图7-11所示，在钢质壳体5的内部固定有高氧化铝陶瓷绝缘体2，在绝缘体中心孔的上部有金属杆3，杆的上端有接线螺母1，用来接高压导线，下部装有中心电极11，金属杆与中心电极之间用导体玻璃密封，铜制内垫圈4起密封和导热作用。壳体的上部有便于拆装的六角平面，下部有螺纹，用于把火花塞安装到发动机气缸盖内，壳体下端焊接有弯曲的侧电极9。

图7-12  火花塞的类型 a)  冷型     b)  普通型    c)  热型

火花塞绝缘体紫铜垫圈8（图7-11）以下的锥形部分10称为绝缘体裙部（图7-12的A段）。试验表明，发动机工作时，火花塞绝缘体裙部的温度若保持在500℃～600℃之间时，落在绝缘体上的油粒能立即被烧掉，不会产生积炭，这个温度称之为火花塞的自净温度。当裙部温度低于自净温度时，火花塞容易产生积炭，使点火不可靠，甚至不点火；若裙部温度高于自净温度，混合气与其接触时，可能在火花塞点火之前就自行着火，出现早燃等不正常燃烧现象。

图7-13  火花塞的构型 a) 多极型（2极）  b) 多极型（4极）  c) 沿面跳火型  d)绝缘体突出型  e)U型槽型      f) 电阻型  g) 锥座型  h) 标准型  I) 细电极型

冷型火花塞裙部短，吸热面积小，传热距离短，散热快，裙部温度低，它适用于高压缩比、高转速发动机，这种发动机燃烧过程中气缸温度高，散热较慢；热型火花塞裙部长，受热面积大，传热距离长，散热慢，裙部温度高，它适用于低压缩比、低转速的发动机；普通型火花塞性能介于两者之间。

图7-14  传统点火系统的工作原理 1-蓄电池  2-电流表  3-点火开关  4-附加电阻  5-点火线圈  6-初级绕组  7-次级绕组  8-电容器  9-断电器  10-分电器    11-火花塞

当断电器触点被顶开时，分电器10的分火头正好对准分电器盖上的某缸旁电极，二次电流从点火线圈的次级绕组→点火开关→蓄电池→搭铁→火花塞的侧电极→中心电极→配电器→次级绕组。

图7-15  触点式电子点火系统工作原理图

触点式电子点火系又称半导体辅助点火系统，它是将一只高反压的晶体三极管VT串联在点火线圈的一次电路中（图7-15），控制一次电路的通断。断电器的触点串联在三极管的基极电路中，触点开闭控制三极管导通和截止。

图7-17  磁电式信号发生器 1-底板  2-活动底板  3-信号发生器线圈  4-永久磁铁  5-信号转子

图7-16  磁电式电子点火系统 1-分电器  2-火花塞  3-蓄电池  4-点火开关  5-点火线圈  6-点火控制器  7-磁电式信号发生器

1.磁电式电子点火系统  它主要由点火线圈、火花塞、分电器、磁电式信号发生器和点火控制器等组成（图7-16）。该系统的结构特点是用磁电式信号发生器和点火控制器取代传统点火系统中的断电器，控制点火线圈的初级绕组通断。

发动机运转时，信号转子旋转。当凸齿与铁心正对时，磁通量**大；当铁心位于两凸齿之间时，磁通量**小。根据电磁感应原理，当磁通量变化时，位于磁场中的

图7-18  磁通量与输出信号的波形

线圈产生感应电动势，感应电动势的大小与磁通量变化率成正比（图7-18）。当磁通量为**大或**小时，其变化率为零，线圈中感应电动势为零。磁通量变化率**大时（图中a、c点），线圈产生的感应电动势**大。由于磁通方向的变化，感应电动势的方向也不同，有正、负半波之分。

图7-19  霍尔式信号发生器 1-触发叶轮  2-霍尔集成块  3-永久磁铁

发动机工作时，信号发生器就有信号输出。当信号发生器输出正脉冲信号时，A点为正，B点为负，VT₁管受反向偏置电压而截止，P点仍保持较高的电位。这样VT₂导通，VT₃截止，VT₄和VT₅导通，点火线圈初级绕组有电流通过。

图7-20  霍尔式信号发生器的工作原理 a)  触发叶轮的叶片进入空气隙  b)  触发叶轮的叶片离开空气隙 1-导磁板  2-永久磁铁  3-触发开关板  4-触发叶轮的叶片  5-霍尔元件

当触发叶轮转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时（图7-20a），磁场被触发叶轮的叶片旁路，霍尔元件不受磁场的作用，不产生霍尔电压。当触发叶轮的叶片离开永久磁铁与霍尔元件对之间的空气隙时（图7-17b），永久磁铁的磁通便通过导磁板作用于霍尔元件上，在霍尔元件上产生霍尔电压。

图7-21  点火控制器电路（L479集成块）

（2）点火控制器  它采用多功能专用点火集成电路模块，功能强、性能优越、工作可靠、价格低。图7-21所示是以L497专用点火集成电路模块为核心组成的电子点火控制器电路。它除了具有点火控制功能外，还具有点火线圈限流保护功能、闭合角控制功能、停车断电保护功能、电流上升率控制功能、过电压保护功能等。

图7-22  光电式信号发生器 1-遮光盘  2-分火头  3-光源  4-光接受器  5-集成电路  6-活动底板

（1）光电式信号信号发生器  它由光源、光接受器、遮光盘、集成电路等组成（图7-22）。光源为砷化镓发光二极管，通电时发出红外线光束。为增强光线强度，采用一近似半球形的透镜聚集。发光二极管耐震、耐高温，当环境温度达150⁰C时仍可正常工作，具有性能可靠、寿命长等优点。

图7-23  光电式电子点火系电路图

发动机运转时，信号发生器的遮光盘随分电器轴旋转。当遮光盘的缺口处于光源与接受器之间时，发光二极管的红外线光束照射到光敏三极管基极上，光敏三极管导通；当遮光盘的缺口离开光源与接受器后，发光二极管的红外线光束被遮光盘遮住，光敏三极管基极失电，由导通转为截止。分电器旋转一圈，光敏三极管导通、截止各N次（N为发动机气缸数）。集成电路将光敏三极管输出的开关信号进行放大等处理。

图7-24  振荡式信号发生器 1-正反馈线圈（L2）  2-振荡线圈（L3）  3-铁氧体  4-E形铁心  5-负反馈线圈（L1）  6-分火头  7-信号转子  8-铁氧体耦合杆

（1）振荡式信号发生器  它由信号转子与振荡式信号发生器等组成（图7-24）。信号转子7为一塑料圆鼓，在其周围嵌入与气缸数相等的铁氧体耦合杆8。信号转子安装在分火头6驱动的轴上，通过离心提前机构由分电器轴驱动。

发动机运转时，当信号转子的铁氧体耦合杆未对准传感器的E形铁心时，磁路的磁阻大，L₂与L₃的耦合很弱，而L₁此时为VT₁提供负反馈，振荡器不工作，VF₂无正向偏压处于截止状态。复合三极管VT₃获得正向偏压而导通。VT₃的基电流电路：蓄电池正极→点火开关（S）→控制器接柱→R₉→R₆→R₇→VT₃其极→发射极

→R₈→搭铁→蓄电池负极。

图7-26  安装在火花塞顶部的点火线圈 1-火花塞   2-点火线圈

有分电器点火系统存在以下缺陷：高压电经分火头、旁电极、高压线等点火能量损失大，高速、多缸时点火能量得不到保证（受闭合角限制），点火正时误差大（由于机械传动误差），无线电干扰严重等。

图7-27  双缸同时点方式

2.双缸同时点火方式  双缸同时点火方式一个点火线圈同时给两个缸点火（图7-27）。这种点火方式要求共用一个点火线圈的两缸工作相位相差360º曲轴转角。这样当一缸接近压缩行程上止点时，另一缸接近排气行程上止点，点火时两缸的火花塞同时跳火，处于排气行程的气缸的点火是无效点火，处于压缩行程的气缸的点火是有效点火。目前双缸同时点火方式应用较多。

图7-28  微机控制的点火系统

它主要由各种传感器、微机控制器、点火器、点火线圈、火花塞等组成(图7-28)。

图7-29  基本点火提前角与发动机转速、负荷关系图（脉谱图）   a)微机控制   b)机械式调节

（1）点火提前角控制  影响点火提前角的因素众多，关系复杂，其中**主要的是发动机的转速和负荷。因此，人们通过对发动机进行大量的试验，测出在不同工况下，使其动力性、燃油经济性、排放净化性能等达到**佳值时的点火提前角数值，对这些数据进行处理，得出点火提前角与发动机转速、负荷之间的关系图，称之为脉谱图（图7-29a是微机控制的脉谱图。图7-29b表示机械式点火提前角调节装置，只是由几个简单的曲面组成）。将该图以数据形式储存到ECU的存储器(ROM)中。还储存有根据试验确定的的各种修正和控制程序，用于在发动机温度变化、起动工况、爆震情况下的点火提前角控制。在发动机实际工作时，利用这些数据控制发动机点火提前角，使其动力性、燃油经济性、排放净化性达到**佳值。

图7-30  暖机点火提前角修正特性

4）修正点火提前角控制：它是基本点火提前角乘以适当的系数得到的点火提前角。不同的型号的发动机，其修正系数各不相同，所修正的项目也不尽相同。

图7-31  怠速稳定点火提前角修正特性

怠速稳定修正：发动机在怠速运行期间，因负荷变化而出现转速波动，怠速不稳。当转速低于所设定的目标转速时，微机根据其目标转速的差值大小适当增大点火提前角；当发动机的转速高于设定的目标转速时，则适当减小点火提前角。ECU根据发动机的转速信号、节气门位置信号、车速信号、空调开关信号等作出怠速稳定点火提前角修正，修正特性如图7-31。

图7-32  空燃比反馈点火提前角修正

空燃比反馈修正：装有氧传感器的发动机，当电子控制根据氧传感器的反馈信号空燃比进行修正时，随着喷油量的增加或减少，会引起发动机转速在一定范围内波动，为了提高发动机转速稳定性，控制器在控制喷油量减少的同时，适当地增大点火提前角。ECU根据氧传感器反馈信号、节气门位置信号、发动机冷却液温度信号、车速信号作出空燃比反馈点火提前角修正（图7-32）。

图7-33  发动机过热点火提前角修正

ECU根据发动机冷却液温度信号、节气门位置信号作出过热点火提前角修正，其特性如图7-33所示。

图7-34  闭合角脉谱图

（2）闭合角控制  闭合角控制是指对点火线圈初级电路通电时间的控制。一方面，当点火线圈的初级电路被接通后，只有通电时间达到一定长度，初级电流才能达到饱和值，才能保证在断开初级电路时，能产生足够的次级电压和点火能量。另一方面，当发动机低速运转时，如果通电时间过长，点火线圈由于过热而易损坏。因此需要对点火线圈初级电路通电时间即闭合角进行控制。

图7-35  蓄电池的构造 1-正极板  2-负极板  3-肋条  4-隔板  5-护板  6-封口料  7-负极接线柱  8-加液孔盖  9-连接板  10-正极接线柱  11-接线柱衬套  12-壳体

其主要功用是向起动机供电。当发动机起动时，为起动机提供200A～600A的起动电流，大功率柴油机启动电流达到1000A。目前，汽车上普遍采用的铅酸蓄电池(简称蓄电池)，具有内阻小，能在短时间内输出大电流，起动性能好，工艺简单，造价低等特点。下面介绍这种蓄电池的构造与工作原理。

PbO2 +  Pb +  H2SO4        PbSO4 +  PbSO4 + 2H2O

放电

正极板

负极板

电解液

电解液

正极Pb→Pb2++2e 板

负极板

充电

 

图7-36  蓄电池放电原理

由此可见，放电过程正负极活性物质不断变成Pb²⁺，溶于电解液，与电解液中的SO₄^2-反应生成PbSO₄，分别沉附在正负极板表面，使电解液中H₂SO₄减少，H₂O增加，电解液密度降低，所以通过密度计测量电解液密度，就可以知道蓄电池存电情况，一般蓄电池充足电时的电解液密度为1.24～1.31g/cm³,每降低0.01 g/cm³,相当蓄电池放电6％。

图7-37  免维护蓄电池 1-电池接线柱  2-模压代号  3-壳体  4-下滑面  5-袋状隔板  6-铅钙合金栅架  7-高密度活性物质  8-极板连接夹和单格连接器  9-液、气隔板  10-安全通气孔  11-电解液密度观测孔

1）加液盖通气采用安全通气装置，可以阻止水蒸气和硫酸气体排出，因而减少了电解液的消耗，并可避免可燃分解气体与外部火花接触而产生爆炸，也减少正负极接线柱的腐蚀。有的免维护电池在通气塞中装有催化剂钯，可帮助水解的氢氧离子结合成水后再回到蓄电池中去，进一步减少了电解液的消耗。

串联的单格电池数

蓄电池类型

额定容量

蓄电池特征

图7-38  硅整流发电机的构造 1-后端盖  2-滑环  3-电刷  4-电刷弹簧  5-电刷架  6-磁场绕组  7-定子绕组  8-定子铁芯  9-前端盖  10-风扇  11-皮带轮  12-整流器总成  13-硅二极管  14-爪形磁极

（2）定子  固定在发电机壳体上，用来产生感应电动势。它由定子铁心8和三相定子绕组7组成。定子铁心由相互绝缘且内圆带槽的环状硅钢片叠成，三相定子绕组对称安放在定子铁心槽内。

硅整流二极管通常直接压在散热板上或发电机后盖上，其中压装在发电机后

图7-39  硅二极管安装示意图

端盖上的三只硅二极管引线为负极，外壳为正极，俗称“负极管”，管壳底部用黑字标记；压装在散热板上的三只二极管，其引线为正极，外壳为负极，俗称“正极管”，管壳底部用红字标记。这样发电机后端盖和散热板便组成了发电机整流器总成。散热板通常用铝合金制成，以利于散热，它与后端盖用绝缘材料制成的垫片隔开，并用螺栓通至后端盖外部，作为发电机的火线接柱“+”。

图7-40  硅整流交流发电机工作原理 a）内部电路   b）电压波形 1-励磁绕组  2-三相定子绕组  3-磁场接线柱（F1）  4-磁场接线柱（F2）  5-输出接线柱（+）  6-正极二极管  7-负极二极管  8-搭铁接线柱（E）  9-中性接线柱（N）

（4）端盖和冷却风扇  硅整流发电机前端安装有前端盖9（图7-38），内有轴承支承转子轴；后端装有后端盖，也装有支承转子轴的轴承。还装有整流器支架，炭刷和炭刷架及所有的接线柱。整体式交流发电机的电压调节器（后述）也装在后端盖上。为了使硅二极管散热良好，端盖一般都由铝合金制成，前端盖外侧还安装有冷却风扇10，许多发电机上有前后2个风扇进行冷却。

图7-41  单触点振动式电压调节器 1-铰链  2-衔铁  3-触点  4-触点  5-支架  6-绝缘条  7-铁心  8-磁化线圈  9-磁轭  10-支架  11-弹簧

1. 电压调节器作用  汽车发电机由发动机通过风扇传动皮带驱动，由于发动机转速在很大范围内变化，使发电机的转速也随之变化，从而引起发电机的输出电压变化。而汽车用电设备和蓄电池的充电电压是恒定的（一般为12V），因此汽车发电机必须配用电压调节器，以便在发电机转速变化时，保持发电机输出电压在规定范围（13.8～14.8V）内。

图7-42  发电机电压波动曲线

当发电机未转动时，调节器触点在弹簧作用下保持闭合，电流从蓄电池→调节器触点→发电机磁场绕组→发电机→搭铁形成回路。此时调节器线圈中虽也有电流流过，但由于电压较低，调节器线圈电流较小，产生的电磁力矩还不能克服弹簧所产生的力矩，故触点保持闭合。

图7-43  双触点振动式电压调节器 1-电压调节器  2-交流发电机  3-电流表  4-蓄电池  5-用电设备  6-点火开关  K1-低速触点  K2-高速触点

2) 双触点振动式电压调节器:单触点振动式电压调节器存在触点火花大，调节范围小等问题，人们又开发了双触点振动式电压调节器（图7-43）。

图7-44   晶体管调节器的工作原理

图7-44所示的晶体管调节器由功率开关三极管、信号放大和控制电路、电压信号的检测电路等三部分组成。V₂是功率开关三极管，用来接通和切断发电机的磁场电路，它串联在磁场绕组的电源端，晶体三极管V₁构成信号的放大和控制电路，它将电压检测电路送来的信号进行放大处理后控制功率三极管的导通和截止；发电机电压信号的检测电路由电阻R₁、R₂和稳压管VD组成，电阻R₁、R₂构成一分压器，接入发电机的输出端和搭铁端之间，用来检测发电机的输出电压。从电阻R₁上取出总电压U_AC的一部分U_AB作为调节器的输入信号电压，由于

图7-45   整体式交流发电机 1-发电机  2-励磁二极管  3-输出整流二极管  4-中性点整流二极管  5-三相定子绕组  6-励磁绕组  7-内装式电压调节器  8-电压调节器的传感器  9-充电指标灯接线柱  10输出接线柱

集成电路调节器由于体积小巧，可以安装在发电机外部，也可以安装在发电机内部，与发电机组成一个完整的充电系统，称为内装式调节器。具有内装式调节器的交流发电机称为整体式交流发电机（图7-45）。

本章小结 1.          汽油机要求点火系按发动机转速、负荷、温度等运转工况变化，自动准确调节点火提前角，提供足够的点火能量，可靠点燃混合气。 2.          点火系统分为传统点火系、电子点火系、微机控制点火系和磁电机点火系等几种。 3.          传统点火系由点火线圈、分电器、火花塞、电源、点火开关和高压导线等组成。 4.          电子点火系由电子点火器、分电器、点火信号发生器、点火线圈、火花塞、高压导线等组成。点火信号发生器有磁电式、霍尔式、光电式和震荡式等种类。 5.          微机控制点火系由传感器（转速传感器、位置传感器、爆燃传感器、节气门位置传感器、温度传感器等）、微机控制器、点火器、火花塞等组成。它具有控制精度高，考虑因素全面，点火能量大，高速适应性好，故障自诊断等优点，可有效提高汽油机的动力性、经济性和排放性能。 6.          汽车电源由蓄电池和发电机组成。蓄电池是个化学电源，其充放电是可逆的。发电机一般采用硅整流发电机，并通过电压调节器调节，保持输出电压基本稳定。集成电路电压调节器具有体积小、工作可靠、使用中不需保养与维护等特点，在现代汽车上已得到广泛应用。

F

5

TC

汉语拼音字母，表示火花塞的结构类型及主要型式尺寸。各字母的含义见附表1

阿拉伯数字，表示火花塞的热值

汉语拼音字母，表示火花塞的派生产品、结构特性、材料特性及特殊技术要求。各字母的含义见附表2

 

发表于 @ 2008年06月05日 10:49:00 |点击数（）

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