模块五 点火系统 5.1 点火系统概述 5.1.1点火系统基本组成

Presentation on theme: "模块五 点火系统 5.1 点火系统概述 5.1.1点火系统基本组成"— Presentation transcript:

1 模块五 点火系统 5.1 点火系统概述 5.1.1点火系统基本组成
模块五 点火系统 5.1 点火系统概述 5.1.1点火系统基本组成 汽油发动机点火系统的作用是适时地为发动机气缸内已压缩的可燃混合气提供足够能量的电火花，使发动机能及时、迅速地起动并连续运转。 图5-1 点火系统基本结构

2 5.1.2汽油发动机连续运转（正常着车）的必备条件
为使汽油发动机连续运转（正常着车），必须具备“有油、有电、有压缩”这三个基本条件。 （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。 5.1.3对点火系统的基本要求 点火系统性能好坏对发动机的工作有十分重要的影响。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。 为此，对点火系统有下列要求：

3 （1）点火系统应能产生足以击穿火花塞电极间隙的高电压。
能够击穿火花塞电极间隙，在火花塞电极间产生电火花的最低电压，称为火花塞击穿电压。汽车在行驶中，发动机在满载低速时需8~10kV的高压电，正常点火一般均在15kV以上，起动时可达19kV。 为保证点火可靠，点火系统所能产生的最高电压必须总是高于火花塞的击穿电压。考虑各种不利因素的影响，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，因混合气压缩终了的温度已接近其自燃温度，这时所需电火花能量为1～5mJ即可点火。但在发动机起动、怠速运转以及节气门急剧打开时，则需较高的电火花能量。 为保证发动机能在较高经济性和污染物排放指标的基础上正常工作，其可靠的点火能量应达到50～80mJ，起动时应产生大于100mJ的电火花能量。

4 （3）点火系统应按照发动机的工作顺序进行点火。
一般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。 发动机的负荷、转速和燃油品质等，都直接影响到气缸内混合气的燃烧速度。为使发动机输出功率最大、油耗最小、排放污染物最少，点火系统必须能适应各种工况的变化，在最有利的时刻点火（实现最佳点火）。 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。 如果点火提前角过大（即点火过早），混合气的燃烧主要在压缩过程中进行，气缸压力急剧上升，在活塞到达上止点之

5 前即达到较大压力，给正在上升的活塞一个很大的阻力，会阻止活塞向上运动。这样不仅使发动机功率下降，油耗增加，还会引起爆燃，加速机件损坏。
如果点火提前角过小（即点火过迟），则混合气边燃烧，活塞边下行，即燃烧过程是在容积增大的情况下进行的，不仅导致发动机功率下降，还会引起发动机过热，油耗增加。 一般把发动机发出最大功率或油耗最小时的点火提前角，称为最佳点火提前角。发动机在不同工况和不同使用条件下最佳点火提前角也不相同，影响最佳点火提前角的主要因素有： ①发动机转速。点火提前角应随转速的升高而增大，但不是线性关系。 ②发动机负荷。在发动机转速不变的情况下，发动机的点火提前角应随发动机负荷的增加而减小。 ③起动及怠速。发动机起动和怠速时，要求点火提前角减小甚至不提前点火。

6 5.1.4点火系统的发展历程 1. 传统点火系统 ④汽油的辛烷值。随着汽油辛烷值的增大，点火提前角可适当增加。
⑤发动机压缩比。随着发动机压缩比的增高，点火提前角可相应减小。 ⑥混合气的浓度。混合气的浓度直接影响燃烧速率，当过量空气系数 时，燃烧速度最快，最佳点火提前角最小。过稀或过浓的混合气，由于燃烧速率降低，故必须相应增加点火提前角。 5.1.4点火系统的发展历程 1. 传统点火系统 传统点火系统也称蓄电池点火系统、触点式点火系统。这种点火系统具有最基本的结构，在该系统中，通过机械凸轮接通和断开触点，使点火线圈的初级电流间歇流动，从而在点火线圈次级产生点火高压，如图5-2所示。

7 传统点火系统的断电器触点因为使用中会发生氧化、烧蚀，需要定期保养，且触点的机械惯性大，响应速度慢，因而性能不佳，已经被新型点火系统取代。
图5-2 传统点火系统结构 传统点火系统的断电器触点因为使用中会发生氧化、烧蚀，需要定期保养，且触点的机械惯性大，响应速度慢，因而性能不佳，已经被新型点火系统取代。

8 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，利用电子控制的方法使点火线圈的初级电流间歇流动，从而在点火线圈次级产生点火高压。 图5-3 无触点电子点火系统结构

9 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。 图5-4 电控电子点火系统结构

10 4.无分电器点火系统 无分电器点火系统简称DLI（Distributor-less Ignition）系统。该系统使用多个点火线圈，直接向火花塞输送高电压，取消了机械式分电器结构，沿用了发动机电子控制单元控制点火提前角的方法。 图5-5 无分电器点火系统结构

11 5.1.5点火系统的分类 1.按照点火能量的储存方式分类 2.按照点火信号发生原理分类
①电感储能式电子点火系统（亦称电感放电式电子点火系）。在这类点火系统中，电火花的点火能量以磁场的形式储存在点火线圈中。 ②电容储能式电子点火系统（亦称电容放电式电子点火系）。在这类点火系统中，电火花的点火能量以电场的形式储存在专门的储能电容器中。 2.按照点火信号发生原理分类 ①电磁感应式电子点火系统（如一汽解放车系、丰田车系）。 ②霍尔效应式电子点火系统（如德国大众车系）。 ③光电式电子点火系统（如日本日产车系）。

12 3.按初级电路的控制方式分类 4.按照高压电的配电方式分类 ①传统点火系统。传统点火系统只在早期生产的汽车上使用，现已淘汰。
②电子点火系统。电子点火系统多应用于采用化油器供油的发动机上，如解放CA1092、东风EQ1091以及早期生产的普通桑塔纳、捷达、奥迪100、红旗等车型。 ③电控电子点火系统。目前，电控电子点火系统广泛应用于电控发动机上。 4.按照高压电的配电方式分类 ①机械配电式点火系统（有分电器点火系统）。 ②计算机配电式点火系统（无分电器点火系统）。

13 在以上各种点火装置中，相对于电容储能式点火系统而言，电感储能式点火系统应用广泛；而在电感储能式点火系统中，以电磁感应式和霍尔效应式点火系统的应用最为广泛；对于高压电的配电方式而言，有分电器点火系统在中低档车型中应用较多，无分电器点火系统在中高档车型中应用较多。 总体来说，采用电子控制无分电器点火系统是汽车点火技术的发展趋势。 注：限于篇幅并考虑到课程体系和认知规律，本书只讲授无触点电子点火系统。关于电控电子点火系统（包括计算机配电式无分电器点火系统）将在汽车电子控制技术课程中进行详细介绍，读者可参阅本书参考文献[2]、[3]项。

14 5.2 点火系统构造与工作原理 5.2.1点火系统的工作原理 1.点火系统的基本组成
无触点电子点火系统一般由点火信号发生器、点火控制器、点火线圈、火花塞等组成。 1-电源；2-点火开关；3-附加电阻； 4-点火线圈；5-分电器；6-火花塞； 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

15 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。 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。

16 图5-7 无触点电子点火系统工作原理

17 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。

18 火花塞电极间隙击穿以后，储存在C中的电场能首先放出。这部分由电容器储存的能量维持的放电称为“电容放电”，其特点是放电时间极短，放电电流很大。由于电火花是在次级电压达到最大值 以前发生的，所以电容放电只消耗了磁场能的一部分。 火花塞间隙击穿以后，阻力大大减小，铁心中剩余的磁场能将沿着电离了的火花塞间隙缓慢放电，形成“电感放电”（又称“火花尾”），其特点是放电时间较长，放电电流较小，放电电压较低。实验证明，电感放电的持续时间越长，点火性能越好。 发动机工作期间，点火信号发生器转子每转一周各缸按点火顺序轮流点火一次。若要停止发动机的工作，只要断开点火开关，切断初级电路即可。

19 5.2.2点火系统的构造 1.点火线圈 点火线圈（Ignition coil）由初级绕组、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。 1）开磁路式点火线圈

20 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

21 1-磁力线； 2-铁心； 3-初级绕组； 4-次级绕组；5-导磁钢套
当初级电流流过开磁路式点火线圈的初级绕组时，使铁心磁化，其磁路如图5-10所示。由于磁路的上、下部分都是从空气中通过的，初级绕组在铁心中产生的磁通，需经壳体内的导磁钢套形成回路，磁路的磁阻大，漏磁较多，能量损失较大。 图5-10 开磁路点火线圈的磁路 1-磁力线； 2-铁心； 3-初级绕组； 4-次级绕组；5-导磁钢套

22 a）日字铁心的磁路分布 b）口字铁心的磁路分布
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

23 与开磁路点火线圈相比，闭磁路点火线圈具有漏磁少、转换效率高、体积小、重量轻、铁心裸露易于散热等优点，故已在高能电子点火系中广泛应用。
图 常见的闭磁路式点火线圈 与开磁路点火线圈相比，闭磁路点火线圈具有漏磁少、转换效率高、体积小、重量轻、铁心裸露易于散热等优点，故已在高能电子点火系中广泛应用。

24 3）点火线圈的型号 2.分电器 根据QC／T73－93的规定，国产点火线圈的型号由以下几部分组成。 其中，产品代号用汉语拼音字母表示。
电压等级代号：1表示12V；6表示6V。 点火线圈用途代号用数字表示，具体含义见表5-1。 2.分电器 分电器（Distributor）由配电器、点火信号发生器和点火提前机构等组成。分电器的壳体通常用铝合金或铸铁制成，下部压有石墨青铜衬套，分电器轴由发动机曲轴直接或间接驱动。

25 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；
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

26 1）配电器 配电器安装在点火信号转子的上方，由绝缘材料制造的分电器盖和分火头组成。分电器盖的中央有一高压线（中央电极）座孔，其内装有带弹簧的炭柱，压在分火头的导电片上。分电器盖的四周均布有与发动机气缸数相等的旁电极，可通过高压分线与各缸火花塞相联。 分火头装在分电器轴的顶端，随分电器轴一起旋转，当点火控制器大功率晶体三极管截止（点火线圈初级电路断开）时，分火头上的导电片总是正对某一旁电极。 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。 2）点火信号发生器 常用的点火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。

27 当分电器轴转动时，点火信号发生器转子连同分火头随分电器轴一起转动。这时，即在点火信号发生器内产生反映曲轴位置的电信号，点火信号发生器将该信号送入点火控制器，以控制点火线圈产生高压电，进行点火。
关于各种点火信号发生器的具体结构和工作原理将在5.3节作详细介绍。 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。

28 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
（1）离心点火提前调节器。离心点火提前调节器是在发动机不同转速下自动调节点火提前角的装置，它使点火提前角随发动机转速的增大而适当地增大，其结构如图5-15所示。 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

29 （2）真空点火提前调节器。真空点火提前调节器能根据发动机负荷的变化自动调节点火提前角，使点火提前角随发动机负荷的增大而减小。真空点火提前调节器装在分电器壳体的外侧，其结构原理如图5-16所示。
a）小负荷（节气门1／4开度） b）大负荷 c）起动和怠速 图 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

30 1-调节臂；2-紧固螺钉；3-托板及指针；4-底板；5-拉杆
为适应不同品质汽油的不同抗爆性能，在换用不同品质的汽油或季节发生变化时，常需调整点火时间。为此，一般在分电器上还装有辛烷选择器，如图5-17所示。 图5-17 辛烷选择器 1-调节臂；2-紧固螺钉；3-托板及指针；4-底板；5-拉杆 通常可将分电器总成的紧固螺钉旋松，使分电器外壳相对于轴转过一个角度后再紧固以改变点火提前角。为了使调整时能看到调整的角度，在分电器壳体的下部装有指针和刻度板，可以指示出壳体转过的角度。

31 4）分电器的型号 3.火花塞 1）火花塞的工作条件及对火花塞的要求 根据QC／T73－93的规定，国产分电器的型号由以下几个部分组成。
火花塞（spark-plugs，亦称火星塞，俗称火嘴）的工作条件极其恶劣，它要受到高压（5.88～6.86MPa）、高温以及燃烧产物的强烈腐蚀。

32 因此，火花塞必须具有足够的力学强度，能够承受冲击性高压电的作用，能承受剧烈的温度变化（混合气燃烧时承受1500～2000℃高温燃气的炙烤，而在进气时，又要承受50～60℃的进气突然冷却），并具有良好的热特性，并要求火花塞的材料能抵抗燃气的腐蚀。 2）火花塞的结构 在钢制壳体的内部固定有高氧化铝陶瓷绝缘体，使中心电极与侧电极之间保持足够的绝缘强度。绝缘体孔的上部装有金属杆，通过接线柱与高压分线相连，下部装有中心电极。 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

33 金属杆与中心电极之间用导电玻璃密封。中心电极用镍锰合金制成，具有良好的耐高温、耐腐蚀和导电性能。
中心电极与侧电极之间的间隙一般为0.6～0.7mm。与高能点火系统配套的火花塞，其间隙可达1.0～1.2mm。火花塞借壳体下部的螺纹旋入气缸盖中，旋紧时密封垫圈受压变形保证壳体与缸盖之间密封良好。 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

34 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）
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）。 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

35 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。 图5-20 火花塞的吸热与放热 图 火花塞各部分的温度及散热途径

36 4）火花塞的热特性 火花塞的发火部位吸热并向发动机冷却系统散发热量的性能，称为火花塞的热特性。实践证明，当火花塞绝缘体裙部的温度保持在500～600℃时，落在绝缘体上的油滴能立即烧掉，不会形成积炭，这个温度称为火花塞的自净温度。 低于自净温度时，火花塞常因产生积炭而漏电，导致不点火；高于自净温度时，则当混合气与炽热的绝缘体接触时，可能早燃而引起爆燃（爆震），甚至在进气行程中燃烧，产生进气管回火。 火花塞的热特性主要取决于绝缘体裙部的长度。绝缘体裙部长的火花塞，受热面积大，传热距离长，散热困难，裙部温度高，称为热型火花塞；反之，裙部短的火花塞，受热面积小，传热距离短，散热容易，裙部温度低，称为冷型火花塞。 热型火花塞适用于低速、低压缩比、小功率发动机；冷型火花塞适用于高速、高压缩比、大功率发动机。

37 5）火花塞的选用 火花塞的热特性常用热值或炽热数表示。我国是以绝缘体裙部长度标定的热值（1～11）来表征火花塞的热特性。
热值代号1、2、3为热型火花塞； 4、5、6为中型火花塞； 7、8、9、10、11为冷型火花塞。 5）火花塞的选用 火花塞热值根据发动机及汽车设计、试验结果而定，在各车型的说明书中都对此作了明确规定。 火花塞的热特性选用是否合适，其判断方法是：若火花塞经常由于积炭而导致断火，说明火花塞偏冷，热值选用过高；若经常发生炽热点火而引发早燃，则说明火花塞偏热，热值选用过低。

38 6）火花塞的型号编制规则 根据我国现行火花塞产品型号编制方法QC/T430-2005的规定，国产火花塞型号由以下几部分组成。
第一部分为汉语拼音字母（单字母或双字母），表示火花塞的结构类型及主要型式尺寸。各字母的含义见表5-4。 第二部分为阿拉伯数字，表示火花塞热值。由热型至冷型，分别以1～11表示。热值代号越大则越冷，热值代号越小则越热。火花塞热值代号与绝缘体裙部长度及热特性的对应关系见表5-5。

39 表5-5 火花塞热值代号与绝缘体裙部长度及热特性的对应关系
表5-5 火花塞热值代号与绝缘体裙部长度及热特性的对应关系 裙部长度（mm） 15.5 13.5 11.5 9.5 7.5 5.5 3.5 热值 3 4 5 6 7 8 9 热特性 热 ←————————→ 冷 第三部分用若干汉语拼音字母和阿拉伯数字表示火花塞派生产品结构、发火端特性、材料特性及技术要求，按表5-6所列的先后顺序排列。 示例1：A7—3型火花塞即为螺纹旋合长度12.7 mm，壳体六角对边16 mm，热值代号为7，螺纹规格M10×1，瓷绝缘体涂硅胶平座火花塞。 示例2：DF7REC2型火花塞即为螺纹旋合长度19 mm，壳体六角对边16 mm，热值代号为7，螺纹规格M12×1.25，带电阻，Ni—Cu复合中心电极，快热结构，绝缘体突出型点火位置为3 mm平座火花塞。

40 示例3：VH6RLPPX4型火花塞即为螺纹旋合长度26. 5 mm，壳体六角对边14 mm，热值代号为6，螺纹规格M12×1
示例3：VH6RLPPX4型火花塞即为螺纹旋合长度26.5 mm，壳体六角对边14 mm，热值代号为6，螺纹规格M12×1.25，带电阻，中心电极和侧电极均为铂金，绝缘体突出型点火位置为4mm，点火间隙为1.1 mm，整体接线螺杆平座型火花塞。 7）常见的火花塞 图5-23 常用火花塞的结构类型

41 ①标准型火花塞。其绝缘体裙部缩入壳体端面，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，突出于壳体端面之外。它具有吸热量大，抗污能力好的优点，且能直接受到进气的冷却而降低温度，因而也不易引起炽热点火，故热适应范围宽，是应用最广泛的火花塞。

42 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。
图5-26日本电装细电极火花塞

43 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。

44 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。 图5-25三侧极电极突出型火花塞

45 4.高压电线 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。

46 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 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。 在无触点电子点火系统中，由装在分电器内的点火信号发生器取代了传统点火系统的断电凸轮和断电器触点。点火信号发生器能产生电压信号，接通点火控制器的大功率晶体管，以断开点火线圈的初级电流，完全可以实现传统断电器的功能。

47 1）电磁感应式点火信号发生器基本结构与原理
5.3.1点火信号发生器 点火信号发生器的作用是产生与气缸数及曲轴位置相对应的电压信号，用以触发点火控制器按发动机各缸的点火需要，及时通断点火线圈初级回路，使次级产生高压。 常见的点火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 电磁感应式点火信号发生器由靠分电器轴带动且转速与之相等的信号转子、安装在分电器底板上的永久磁铁和绕在导磁铁心上的传感线圈等组成。 信号转子有数目与发动机气缸数相等的凸齿。永久磁铁的磁通经转子的凸齿、传感线圈的铁心、永久磁铁构成回路。

48 1-传感线圈；2-永久磁铁；3-信号转子；4-导磁铁心
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。 （a）结构图 （b）工作原理图 图5-28 电磁感应式信号发生器 1-传感线圈；2-永久磁铁；3-信号转子；4-导磁铁心 根据电磁感应原理，当穿过线圈的磁通量发生变化时，线圈中将产生感应电动势，感应电动势的大小与磁通的变化率成正比。

49 1—信号转子；2—传感线圈；3—铁心；4—永久磁铁
（a）靠近时 （b）对正时 （c）离开时 图5-29 电磁感应式信号发生器的磁路变化 1—信号转子；2—传感线圈；3—铁心；4—永久磁铁 图5-30 穿过线圈的磁通及线圈中的感应电动势

50 2）CA1092型汽车电磁感应式信号发生器 图5-31 CA1092型汽车用电磁感应式信号发生器外形结构
1-分电器轴；2-信号转子；3-传感线圈；4-定子； 5-电线插接器；6-分电器外壳；7-真空式点火提前装置

51 图5-32 CA1092型汽车用电磁感应式信号发生器分解图
1-分电器轴；2-信号转子；3-传感线圈； 4-定子；5-塑性永磁片；6-导磁板；7-底板

52 2.霍尔效应式点火信号发生器 1）霍尔效应 ——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。 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

53 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
由式5-1可知，当通过的电流为一定值时，霍尔电压随磁感应强度的大小而变化；同时也可看出，霍尔电压的高低与磁通的变化速率无关。 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

54 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。
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

55 （a）磁感线被转子叶片旁路 （b）磁感线通过转子缺口 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
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。 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。

56 UH-霍尔电压；UG-霍尔信号发生器输出电压
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。 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。

57 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
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

58 GA—光源（发光二极管）；VTC—光接收器（硅光电晶体管）
2）光电式点火信号发生器的工作原理 图5-39 光电式电子点火系统的工作原理 GA—光源（发光二极管）；VTC—光接收器（硅光电晶体管） 当转子的缺口通过光源时，VT4导通；当转子的实体部分遮住光源时，VT4截止 。 与磁感应式半导体点火系统相比，光电式信号发生器有信号和闭合角不受转速的影响、点火正时性能稳定等优点，但是受灰尘影响较大，密封性要求高。

59 5.3.2点火控制器 1. 点火控制器的作用 点火控制器（又称点火器、电子点火器、电子点火组件、点火模块。）的基本作用是：对输入的点火触发信号进行处理后，准确、可靠地控制大功率三极管的导通与截止，及时通断点火线圈初级电流，使点火线圈次级适时地产生高压。

60 点火控制器的电路结构多种多样，基本功能电路如图5-41所示，现代汽车一些点火控制器中又增加了闭合角控制、停车断电保护、点火能量恒定控制等功能电路。
图5-41 点火控制器基本功能电路

61 1—点火信号发生器；2—点火控制器；3—点火线圈；
2.日本丰田汽车装用的点火控制器 图5-42 丰田20R型发动机半导体点火系统电路 1—点火信号发生器；2—点火控制器；3—点火线圈； 4—点火开关；5—蓄电池；6—火花塞

62 3.解放CA1092型汽车装用的6TS2107型点火控制器 1）基本结构
6TS2107型点火控制器主要由美国摩托罗拉公司生产的89S01型点火专用集成电路芯片和一些辅助半导体元件组成，辅助半导体元件采用厚膜混合电路技术制成。内部电路为全密封结构，底板为一铝质散热板。用两个螺钉固定在点火线圈支架上。

63 6TS2107型点火控制器内部电路 6TS2107点火控制器具有恒能控制、停车断电保护、低速推迟点火和过电压保护等功能。端子⑤接点火开关，端子⑥和①分别接点火线圈“－”接线柱和搭铁，端子②和③与信号发生器输出端相连。

64 2）工作原理 ①恒能控制。 为了使点火能量恒定，电子点火系统一般采用限定点火线圈初级电流峰值和控制其流通时间比率的方法。
图5-44 闭合率 点火线圈初级电流导通时间与点火周期T之比（ ）×100%，称为闭合率；初级电流上升到限定值后的继续通电时间与点火周期T之比（ ）×100%，称为过量闭合率。 当分电器转速低于150r／min时，闭合率约为50％；当分电器转速在200r／min以上，且电源电压为10～16V时，过量闭合率约为16%；当电源电压超过16V时，过量闭合率减至8％～13％，使点火线圈初级电电流峰值为5.5±0.5A。

65 ②停车断电保护。 ③低速推迟点火正时。 4.奥迪、桑塔纳轿车使用的点火控制器
如果由于某种原因使发动机即将停止运转或已停止运转，而点火开关仍然处于闭合状态，6TS2107型点火控制器可在0.5s之内切断点火线圈初级电流，以免点火线圈长时间通电温度过高，造成点火控制器和点火线圈损坏。 ③低速推迟点火正时。 在起动工况时，发动机转速很低，为便于起动，6TS2107型点火控制器设置了低速（转速小于150r／min时）推迟点火正时功能，使起动时点火提前角适当减小。 4.奥迪、桑塔纳轿车使用的点火控制器 奥迪、桑塔纳轿车采用以L497点火集成模块为核心的霍尔效应式电子点火系统，这种结构使用的点火芯片L497功能强大，价格较低，因而在高尔夫、雪铁龙等轿车上广泛应用。

66 （a）引脚排列 （b）内部电路 图5-45 L497点火集成模块

67 图5-46 霍尔效应式电子点火系统点火装置电路图
图5-46 霍尔效应式电子点火系统点火装置电路图

68 5.3.3集成式点火总成 在一些日本丰田车上，还采用一种称之为IIA（Integrated Ignition Assembly）的集成式点火总成。 图5-47 集成式点火总成结构

69 5.4 电容储能式点火系统 5.4.1电容储能式点火系统的特点
5.4 电容储能式点火系统 5.4.1电容储能式点火系统的特点 电容储能式点火系统又称为电容放电式点火系统，与电感储能式点火系统相比，主要特点有： （1）次级电压上升速率极大、上升时间极短，使次级电压对火花塞积炭或污染不敏感，提高了火花塞抗污染的能力。 （2）次级电压高，且不受转速影响，可保证转速高达10000r／min的四缸四行程发动机和转速高达5000r／min的八缸四行程发动机可靠工作。 （3）各转速下点火能量恒定，且能量利用率高，使点火线圈的工作温度明显降低，有利于延长点火线圈的使用寿命。 （4）耗电量随点火频率（发动机转速）增大而增大，但一般情况下，最大电流不超过2A，有利于保持蓄电池处于良好的工作状态，延长蓄电池使用寿命。

70 5.4.2电容储能式点火系统的基本组成 由于抗火花塞积炭和污染的能力强，使电容储能式点火系统在二行程汽油机上的应用比较广泛。
（5）放电持续时间（火花持续时间）太短，容易造成发动机起动和低速时点火不良，引起发动机起动和低速时的有害排放物增多。 （6）由于次级电压上升速率很高，电磁波相对较强，对无线电产生严重干扰。 （7）结构比较复杂，成本较高。 所以，电容储能式点火系统在一般汽油机上应用较少，在高速大功率汽油机（如赛车发动机）上应用较多。 由于抗火花塞积炭和污染的能力强，使电容储能式点火系统在二行程汽油机上的应用比较广泛。 5.4.2电容储能式点火系统的基本组成 电容储能式点火系统主要由电源、点火开关、直流升压器、储能电容、晶闸管、触发器（点火信号发生器）以及点火线圈、分电器、高压线、火花塞等组成，如图5-48所示。

71 电容储能式点火系统每个工作循环包括三个阶段： 晶闸管截止（关断），直流升压器为储能电容充电；
图5-48 电容储能式电子点火系统组成及工作原理图 1—蓄电池；2—点火开关；3—振荡器；4—直流升压器；5—储能电容； 6—晶闸管；7—点火线圈；8—分电器；9—触发器；10—火花塞 电容储能式点火系统每个工作循环包括三个阶段： 晶闸管截止（关断），直流升压器为储能电容充电； 晶闸管在触发器信号触发下导通，储能电容经点火线圈初级绕组放电； 火花塞跳火，直流升压器的振荡器停止振荡。

72 5.5无触点电子点火系统的使用与维护 5.5.1注意事项 ①当点火开关处于接通位置或发动机正在运转时，不得断开或连接任何线束或点火控制器的插接器。 ②中央高压线必须可靠地插在点火线圈的插孔中，如果高压线在孔中插不到底或脱开，点火线圈次级绕组将产生过高的电压，容易造成点火线圈击穿，并且初级绕组中的自感电动势也会增大，对点火控制器的工作寿命将产生不利影响。 ③当用起动机带动发动机转动而又不希望发动机起动时，应从分电器盖的中心插孔中拔出中央高压线，并将中央高压线端部与发动机机体接触（搭铁），以防中央高压线悬空、次级电压过高，产生不良后果。 ④发动机运转时，不要用手接触点火控制器，否则可能造成触电。

73 5.5.2维护项目 ⑤如需要拆接点火系统导线或元件，应首先关闭点火开关。
⑥使用中接线应正确无误，特别是蓄电池搭铁极性不能接错，导线及线束的插接器不应松脱，点火控制器要可靠搭铁。 ⑦洗车时不得用水冲洗点火控制器和分电器。 5.5.2维护项目 ①检查分电器盖是否有裂缝，盖内各电极是否有严重烧蚀情况。如发现上述任一情况，应及时更换。 ②检查分火头端部是否严重烧蚀。如端部烧蚀，应及时更换。 ③点火线圈和各高压线是否有积垢或油污。如有积垢或油污，应用酒精清洗。 ④检查所有的高压线是否连接适当。 ⑤电子点火控制器与传感线圈的插接器应保持清洁。

74 5.5.3调整点火正时 1.点火正时 ⑥定期往分电器轴与分电器轴套间加少许机油润滑。 ⑦定期检查火花塞。
点火正时就是让分电器轴的位置与发动机曲轴（活塞）的位置相匹配，使点火系统能有正确的初始点火提前角。发动机在工作时，真空、离心点火提前调节器是在初始点火提前角的基础上调节点火提前角的。 因此，点火正时的准确与否对发动机的点火是否准确影响极大。在安装分电器总成或更换燃油品种后，都要进行“点火正时”作业。

75 2.传统触点式点火系统点火正时基本步骤 3.无触点电子点火系统点火正时基本步骤 1）检查断电器触点的间隙 2）找出第一缸压缩终了上止点
3）确定断电器触点刚刚打开的位置 4）按点火顺序接好高压线 5）检查点火正时 6）路试中进一步检验点火正时 3.无触点电子点火系统点火正时基本步骤 1）找到第1缸压缩终了上止点 2）安装分电器 3）安装分火头

76 安装分火头，并转动分电器轴使分火头指向分电器壳体上的标记或规定方向，或者使信号转子与传感部分的相对位置符合要求。
桑塔纳轿车要求分火头指向分电器壳体上的第一缸标记，如图5-49所示；切诺基轿车2.5L发动机要求分火头的位置应位于2点钟的位置。 图5-49 桑塔纳轿车分火头位置标记 1—分火头；2—分电器壳上的标记

77 4）连接高压线 插好中央高压线，按发动机的点火顺序，插接好分缸高压线。插接时，第一缸的高压线应插接在正对分火头的旁电极座孔内，然后顺分火头的旋转方向，按点火次序插接好其余各缸的高压线。 表5-7 汽车发动机的点火顺序及分火头旋向 车型 点火顺序 分火头旋向 天津华利（大发）、夏利 1→2→3 顺时针 BJ2120、NJ1061、标致 1→2→4→3 逆时针 奥迪100、桑塔纳2000Gli 1→3→4→2 切诺基2.5L 奥迪Audi E 五缸发动机 1→2→4→5→3 CA1091、CA1092、EQ1091、EQ1092 1→5→3→6→2→4

78 5）检查点火是否正时 ①发动机空转检验。起动发动机，使水温升到70～80℃，在发动机怠速运转时突然加速，如发动机转速能迅速增加，仅有轻微的爆燃敲击声并立即消失，表明点火时间正确；如爆燃敲击声严重，表示点火过早；如发动机转速不能随节气门打开立刻升高，并有发“闷”之感，排气管出现“突、突”声且冒黑烟，则为点火过迟。 ②路试。起动发动机，待发动机水温达70～80℃后，选择平坦道路以直接挡行驶。突然将加速踏板踩到底，如果在车速急增时能听到微弱的敲击声，但很快消失，表明点火时间正确；如果听到有明显的金属敲击声，表示点火过早；如果加速时感到发“闷”，表示点火过迟。 ③用正时灯校正点火正时。安装正时灯，把正时灯的红色和黑色导线分别接至蓄电池的正、负极上，把正时灯的传感器信号接至第一缸火花塞上，如果是霓虹灯，则可将其红线接

79 至第一缸火花塞上，黑色线接在火花塞高压线上，如图5-50所示。
图5-50 霓虹正时灯

80 连接转速表，将转速表的红线接点火线圈负接线柱，黑线接机体（搭铁）。
用粉笔或白漆在点火标记上画上细线，并在相应的标记上涂上白色记号。起动发动机，调整发动机转速至规定值（一般为750～850r／min），打开正时灯照射正时标记，每次第一缸点火时，正时灯发出的光正好照射到点火正时记号上。 预涂的白色细线与白色标记应刚好对正，说明点火正时，如与指标不能对正，说明点火过早或过迟，便要调整分电器的位置，达到点火正时的要求。 过早应顺分火头旋转方向转动分电器外壳；过迟则相反。