第九章 发动机点火系 第一节 发动机点火系概说 一、汽油机的点火机理 在火花塞电极间加上高电压后，电极间的气体便发生电离现象，所加电压愈高，气体电离的程度愈高。当电压增高到一定值时，火花塞两极间的间隙被击穿而产生电火花。使火花塞两电极之间产生电火花所需要的最低电压，称为击穿电压。当火花塞间隙为0.5~1.0mm时，发动机冷起动时所需击穿电压约7000~8000V，实际工作电压一般在10000~15000V。 击穿电压的高低与两电极之间的距离（火花塞间隙）、气缸内压力和温度的大小有关。火花塞间隙愈大，气缸内气体压力愈高，温度愈低时，则击穿电压愈高。 击穿电压的高低与火花塞间隙内的可燃混合气浓度也有关，气缸内稀薄混合气难以点燃。为了提高汽油机压缩比，希望点燃稀薄可燃混合气，但应保证火花塞间隙内混合气浓度较浓，离开火花塞距离愈远，混合气浓度愈稀，这样，既保证了正常的火焰传播速率，又能使气缸内总体空间平均的混合气浓度较为稀薄，远远超过了火焰传播上限（分层充气进气方式）。

二、汽油机点火系 1、定义—能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备，称为发动机点火系。 2、要求—按照发动机各缸的点火次序，在一定的时刻供给火花塞以能量足够的高压电，使火花塞两电极之间产生足够强的电火花，点燃被压缩的可燃混合气，从而使发动机作功。 3、分类—按照点火系的组成及产生高压电的方法不同，分为蓄电池点火系、半导体点火系、磁电机点火系和微机控制点火系。 本章只介绍传统汽车蓄电池点火系的工作原理及组成，磁电机点火系应用在摩托车发动机中，半导体点火系及微机控制点火系内容及电源、起动电机等其它电器知识在以后的《汽车电器及电子控制技术》课程中介绍。 4、蓄电池点火系—由蓄电池或发电机供给12V或24V的低压直流电，借点火线圈和断电器将低压电转变为高压电，再通过配电器分配到各缸火花塞，使两电极之间产生火花，点燃可燃混合气。 汽车一般为12V电源，由蓄电池供给低压直流电，发电机给蓄电池充电。

5、搭铁—汽车发动机点火系线路与其它电器设备线路一样，均采用单线制联结，即电源的一个电极用导线与各用电设备相联，而另一个电极则通过发动机机体、汽车车架和车身与各用电设备相联，称为搭铁，相当于接地。既可以以电源的负极搭铁，也可以以电源的正极搭铁，汽车发动机点火系一般以电源的负极搭铁。此时点火线圈的线路一般使火花塞的中心电极为负极，侧电极为正极，由于电子容易从温度高的中心电极向温度低的侧电极发射（高压电流方向从正极流向负极），因此，可降低击穿电压15~20%左右。

第一节 蓄电池点火系的组成与工作原理 一、组成

二、工作原理 点火线圈和断电器共同完成低压电转变为高压电的作用。 点火线圈由初级绕组和次级绕组组成，相当于变压器的作用。 点火开关闭合时，蓄电池点火系才能工作。当断电器触点组闭合时，低压电路导通，初级绕组通以初级电流，产生磁场，由于铁芯3的作用而加强磁场。当断电器凸轮7顶开触点臂8而使触点组分开时，低压电路断开，初级电流为零，这样，由于初级绕组中电流的变化引起磁通量的变化，从而在线圈较密的次级绕组中产生很高的感应电动势，使火花塞两电极间隙处的气体被击穿，产生火花。

点火线圈次级绕组中的感应电压称为次极电压，其中通过的电流称为次极电流，相应的电路称为次极电路或高压电路。 断电器触点刚断开时，次极电压达到峰值，称为发火电压。随后迅速衰减。次极电压波形应保证必要的火花持续时间，此期间内的次极电压波形大于击穿电压（又叫穿透电压或火花电压）。 断电器触点闭合时，初级电流并不立即达到欧姆定律所指的稳定值（I=V/R），而是经过一定时间后才能达到。因此，初级电流的高低与断电器触点的闭合时间有关。蓄电池点火系发动机转 速愈高，次极电压愈低，就是因为转速升高后，断电器触点闭合

时间缩短，初级电流减小，导致初始磁通量减小，断电器触点断开时引起的磁通量变化率减小，次级绕组中产生的感应电动势降低。 断电器触点旁一般并联一只电容器，其作用是消除自感电流的不利影响。当断电器触点分开时，自感电流向电容器充电，加速初级电流和磁通的衰减，并且减小了触点间的火花，避免触点烧蚀；当断电器触点闭合时，电容器放电，初级电流增大。即作用是消除自感电流不利影响，提高次极电压；避免触点烧蚀。

三、多缸发动机蓄电池点火系工作原理 断电器凸轮由配气凸轮轴驱动，曲轴每旋转2周，断电器凸轮转1周，各缸发火一次，因此，断电器凸轮的凸棱数等于发动机的气缸数。汽车发动机一般只有一个点火线圈，因此次极绕组的接头应按各缸发火次序依次与各缸火花塞的中心电极接通，这是由配电器上的分电器盖（中心电极与次极绕组接通，与气缸数相等的侧电极与各缸火花塞中心电极接通）与分火头实现的。 中心电极为正极

注意初级线圈与次级线圈接头方法与前面不同，导致火花塞中心电极为负极，有利于降低穿透电压。

中心电极为负极

四、如何解决蓄电池点火系高、低速之间的矛盾？ 发动机低速运转时，初级电流大，次极电压高，点火可靠；发动机高速运转时，初级电流小，次极电压低，容易失火。如果点火线圈按高速时设计，低速时初级电流过大，线圈初级绕组易过热；反之，按低速时设计，高速时易失火，点火不可靠。解决的办法是在低压电路中串联一个附加电阻，其电阻值随工作温度高低而变化（温度愈高，电阻值愈大），从而满足高低速时的初级电流大小的要求。起动时，起动电机工作使蓄电池端电压急剧下降，初级电流大幅度 减小，次级电压降低，起动后，起动电机不再工作，初级电流恢复，次级电压升高。为使起动时点火可靠，如图所示，起动时起动继电器触点8闭合，起动机电磁开关的线圈通电，电磁开关触盘7接通附加电阻短路接线柱6，附加电阻短路初级电流增大，次级电压升高。 点火开关接通

起动继电器触点8刚闭合

因继电器触点8刚闭合、起动机电磁开关的线圈通电而使起动开关接触盘7接通附加电阻短路接线柱6

第二节 点火提前 最佳点火提前角随发动机转速和负荷（节气门开度表示）的变化而变化。当节气门开度一定时，发动机转速升高，燃烧过程所占曲轴转角增大，最佳点火提前角增大。否则，后燃损失增加，发动机功率和燃油经济性下降。当发动机转速一定时，随着节气门开度增大，最佳点火提前角应适当减小。因为，节气门开度增大时，气缸内废气稀释现象减轻，混合气浓度增加，而且，进入气缸内的可燃混合气增多，压缩终了时的压力和温度增高，均使发动机爆燃倾向增加，应适当推迟点火提前角，避免爆震现象的发生。 蓄电池点火系中一般都设有两套自动调节点火提前角的装置。一套是离心式点火提前调节装置，一套是真空式点火提前调节装置。

第三节 蓄电池点火系主要元件 一、分电器 由断电器、配电器，电容器以及点火提前调节装置组成。 其作用是在发动机工作时接通与切断点火系统的初级电路，使点火线圈的次级绕组中产生高电压，并按发动机要求的点火时刻与点火次序，将点火线圈产生的高压电分配到相应气缸的火花塞上。

1、断电器 断电器的作用是周期性地接通和断开初级电路，使初级电流发生变化，以便在点火线圈中感应产生较高的次极电压。 一对钨质的触点，固定触点固定于托板3上，活动触点固定在触点臂4的一端。触点臂的另一端有孔，套在销钉5上，触点臂可绕销钉5自由转动。在触点臂中部固定有夹布胶木的顶块，片簧6的弹力使活动触点臂4上的夹布胶木顶块压紧在断电器凸轮上。 凸轮棱数等于气缸数，凸轮轴转速与配气凸轮轴转速相等。 两触点分开时的最大间隙称为触点间隙，一般规定为0.35~0.45mm。触点间隙过小，触点间易出现火花而使初级电路断电不良，甚至触点烧蚀；触点间隙过大，则触点闭合时间缩短，使初级电流减小，次级电压降低，高速时容易缺火。可旋转偏心调节螺钉1来调整触点间隙，首先，要松开固定托板3的螺钉2。

2、配电器 配电器的作用是将点火线圈中产生的高压电，按照发动机的工作次序轮流分配给各气缸的火花塞上。主要由胶木制成的分电器盖1和分火头2组成。分火头套在断电器凸轮的延伸端，此延伸端侧面有一平面，借此保证分火头与凸轮同步旋转。 分电器盖中央插孔装有炭精制成的中心触头，弹簧始终使其与分火头顶部的铜片接触。 分电器盖外围有与气缸数目相等的侧插孔，各嵌有铜套作为侧电极，在分火头旋转时导电片依次与个侧电极接通。 分电器盖中心插孔与点火线圈次级电路接通，分电器侧插孔按发动机各缸发火次序依次与各缸火花塞中心电极接通。

（2）凸轮不动，使触点（连同固定托板）相对于凸轮逆旋转方向转过一个角度，使点火也提前。 3、点火提前调节装置 实现点火提前角调节的方法有两种： （1）触点不动，使凸轮相对于其轴顺旋转方向转过一个角度，如图9-9b所示。这样，在活塞尚未到达上止点时（假定点火提前角调节装置不工作时，点火提前角为零）断电器触点即分开，使点火提前。 （2）凸轮不动，使触点（连同固定托板）相对于凸轮逆旋转方向转过一个角度，使点火也提前。 触点处于分开位置时（点火开始）比较

（1）离心式点火提前装置 它是随着发动机转速的变化改变凸轮和轴的相位关系而调节点火提前角的。托板7固定在分电器轴8上，重块4和10的大头端分别套在托板的两个轴销6上，两个重块的小头端与托板之间弹簧连接。 与断电器凸轮1制成一体的轴套11空套在分电器轴8的上部，轴套的下端面有带腰形孔的拨板2，套在重块4和10上的销钉5上。 当托板随分电器轴旋转时，重块的离心力使小头端克服弹簧3和9的拉力而绕大头端的轴销6转过一个角度，通过销钉5带动轴套11，使断电器凸轮1顺旋转方向转过这个角度，点火提前。

（2）真空式点火提前装置 它是随着发动机负荷（节气门开度）的变化改变触点与凸轮的相位关系而调节点火提前角的。 真空式点火提前装置3固定在分电器外壳1的侧面，其内腔被膜片7分割成两个腔，左室通大气，右室为真空室，借真空软管5接到节气门旁的专用通气孔上。膜片与拉杆8连接成一体，拉杆与断电器底板连接；右室中安装弹簧4。当节气门开度增大时，膜片右室感受到的进气管真空度减小，弹簧力迫使膜片左移，推动断电器底板顺转动方向转动，点火推迟。 反之，当节气门开度减小时，膜片右移，点火提前。但当节气门开度处于怠速位置时，通气孔在节气门前方， 膜片右室真空度为零，点火提前角减至最小或为零。

火花塞的功用是将点火线圈的脉冲高压电引入燃烧室，并在两个电极之间产生电火花，以点燃可燃混合气。 高压电经接线螺柱1、接线螺杆3引到中心电极 11，中心电极与接线螺杆之间有密封剂6，防止气体泄漏；侧电极9焊接在火花塞外壳5上搭铁，陶瓷绝缘体2固定于之间，有紫铜垫圈8以及密封垫圈4防止气体泄漏；火花塞外壳5与气缸盖之间有密封垫圈7防止气体泄漏。 火花塞绝缘体紫铜垫圈8以下的锥形部分10称为火花塞的绝缘体裙部，是吸热部分，所吸收的高温热量经与外壳5接触的紫铜垫圈4传递给气缸盖。当火花塞绝缘体裙部工作温度达到500~600C时，落在裙部的油粒能完全烧尽，此温度称为火花塞的自净温度；若低于此温度，则容易产生积碳，使火花塞裙部绝缘性能下降，使点火不可靠（裙部发黑）；当温度高达800~900 C时，可能产生灼热表面点火（裙部发灰白色）。 二、火花塞

1、火花塞分类及选择依据： 火花塞分类按绝缘体长度A可分为冷型（短）、普通型（标准）、热型（长）火花塞，选择的依据则是视发动机压缩比的高低。对高压缩比的高速发动机，燃烧气体温度高，为防止绝缘体裙部过热，应采用裙部较短的冷型火花塞；对低压缩比、长期在低速运转的发动机，为避免裙部积碳，影响点火性能，应采用 裙部较长的热型火花塞。 2、火花塞间隙：中心电极与侧电极之间的间隙。传统发动机一般0.6~0.8mm。 3、火花塞间隙为什么不能过大或过小？ 答：间隙过小，则火花微弱，并且容易产生积碳而漏电；间隙过大，所需击穿电压增高，发动机不易起动，而且在高速时容易发生“缺火”现象。

三、点火线圈 点火线圈是用来将电源的低电压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线圈。 1、开磁路点火线圈： 柱形铁心，次级绕组在内侧，初级绕组电流大，在外侧，以利于散热。 一次绕组在铁心中产生的磁通，通过导磁钢套3形成磁回路，磁力线经过空气穿过，磁路的磁阻大，泄漏的磁通量多，即磁路损失大，转换效率低。

2、闭磁路点火线圈： 将一次绕组和二次绕组都绕在口子形或日子形铁心上，初级绕组在铁心中产生的磁通，通过铁心形成闭合磁路，因而泄漏的磁通量即磁路损失大大减小，点火线圈的转换效率高。