电子点火系统的组成和工作原理中级汽车维修电工考评教程

1.电子点火系统的组成

普通点电子点火系统一般由低压电源、点火信号发生器、电子点火器、配电器、点火线圈、火花塞等主要部件组成，其中点火信号发生器、配电器一般和点火提前机构合在一起，称为分电器，如图7-4所示。

图7-4　电子点火系统的组成

1—电子点火控制器　2—蓄电池　3—专用点火线圈　4—磁感应式分电器 5—火花塞　6—磁感应式点火信号发生器　7—配电器

2.电子点火系统的工作原理

工作原理如图7-5所示，转动的分电器根据发动机做功的需要，使点火信号发生器产生某种形式的电压信号（有模拟信号和数字信号两种），该电压信号经电子点火器大功率晶体管前置电路的放大、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管的导通和截止。大功率晶体管导通时，点火线圈初级通路，点火系统储能；大功率晶体管截止时，点火线圈初级绕组断路，次级绕组便产生高压电。

（1）霍尔效应式电子点火装置工作过程

1）霍尔原理图。霍尔效应原理如图7-6所示。当电流I通过放在磁场中的半导体基片（即霍尔元件），且电流方向与磁场方向垂直时，在垂直于电流和磁场的半导体基片的横向侧面上将产生一个电压U_H（通常称之为霍尔电压）。霍尔电压的高低与通过的电流和磁感应强度成正比。

由上述分析可知，当通过的电流I为一定值时，霍尔电压U_H随磁感应强度B的大小而变化。

2）霍尔效应式点火信号发生器的工作原理。霍尔信号发生器正是利用霍尔现象来产生点火信号的。霍尔式信号发生器的结构组成如图7-7a所示，其工作原理如图7-7b、c所示。

图7-5　电子点火系统的工作原理图

图7-6　霍尔效应原理图

图7-7　霍尔式信号发生器的结构组成

1—专用插接器　2—与分火头制成一体的触发叶轮　3—霍尔集成电路　4—带导板的永久磁铁　5—底板 6—触发叶轮叶片　7—导板　8—霍尔集成块　9—永久磁铁

在与分火头制成一体的触发叶轮的四周，均布着与发动机气缸数相同的缺口。

当触发叶轮由分电器轴带着转动，转到触发叶轮的本体（没有缺口的地方）对着装有霍尔集成块的地方时（叶片在气隙内），通过霍尔集成块的磁路被触发叶轮短路，此时霍尔集成块中没有磁场通过，不会产生霍尔电压。

当触发叶轮转到其缺口对着装有霍尔集成块的地方时（叶片不在气隙内），永久磁铁所产生的磁场，在导板的引导下，垂直穿过通电的霍尔集成块，于是在霍尔集成块的横向侧面产生一个霍尔电压U_H，但这个霍尔电压U_H是mA级，信号很微弱，还需要进行信号处理，这一任务由集成电路完成。

这样霍尔元件产生的霍尔电压U_H信号，经过放大、脉冲整形，最后以整齐的矩形脉冲（方波）信号U_g输出，如图7-8所示。

3）霍尔式电子点火器的工作原理如图7-9所示。霍尔式点火装置的工作电路，其电子点火器的基本工作过程如下：

接通点火开关，发动机转动，当霍尔信号发生器输出信号U_g为高电位，该信号通过点火器插座端子⑥和端子③进入点火器。

此时，点火器通过内部电路，驱动点火器大功率晶体管VT导通，接通初级电路。其电路是：蓄电池（或发电机）“+”极→点火开关→点火线圈初级绕组N₁→点火器大功率晶体管VT→反馈电阻R_s→搭铁→蓄电池（或发电机）“-”极。

当霍尔信号发生器输出信号U_g下跳为低电位时，点火器大功率晶体管VT立即截止，切断点火线圈初级电路，次级绕组产生高压电。

图7-8　整齐的矩形脉冲（方波）信号(www.xing528.com)

图7-9　霍尔式电子点火器的工作原理图

霍尔式点火装置的其他辅助控制的工作过程如下：

①初级电流的恒流控制如图7-10所示。当初级电流略低于限流值时，R_s上的电压值低于基准参考电压UREF，放大器F输出端电位下降，VT₁趋于截止，VT集电极电位升高，使VT向饱和导通偏移，VT更加导通，初级电流再度增大。如此循环反馈并以极高的频率进行控制，使初级电流稳定在某一定值上（一般为7A）。

②闭合角控制（图7-11）

a）图为不同转速下加在点火器上的信号电压U_g与时间的关系，T为点火信号电压的周期。

b）图为不同转速下没有闭合角控制时点火线圈初级电流与时间的关系，t_b为初级电路接通后的通电时间，t₁为初级电流达到某一恒定值的必须时间，t₂为初级电流达到某一恒定值后的富余时间。

c）图为不同转速下有闭合角控制时点火线圈初级电流与时间的关系，t₃为稳定初级电流在某一恒定值的保守时间，Δt为相同转速情况下与无闭合角控制相比，初级电路接通的滞后时间。

③停车断路保护（见图7-12）。当发动机熄火而点火开关处于ON位置时，点火信号发生器因停车后长时间不能发出点火（切断初级电流）信号，而使初级电路处于长时间的接通状态。设置停车保护装置后，当初级电路接通时间大于某一设定时间T_p时，停车保护装置将发出信号，切断点火线圈的初级电流，使点火线圈得到保护。

图7-10　初级电流的恒流控制

图7-11　不同转速下加在点火器上的信号电压U_g与时间的关系

（2）磁脉冲式电子点火装置的工作过程　如图7-13是丰田汽车常用的磁脉冲式无触点电子点火装置。它由点火信号发生器、电子点火器、分电器、点火线圈、火花塞等组成。

1）磁脉冲式点火信号发生器的结构。信号转子上有与发动机的气缸数相同的凸齿。永久磁铁的磁通经信号转子凸齿、线圈铁心构成回路。当信号转子由分电器轴带动旋转时，转子凸齿与线圈铁心间的空气间隙将发生变化，磁路的磁阻随之改变，使通过线圈的磁通量发生变化，因而在线圈内感应出交变电动势，如图7-14所示。

图7-12　停车断路保护图

图7-13　丰田汽车常用的磁脉冲式无触点电子点火装置图

图7-14　磁脉冲式点火信号发生器

1—信号转子　2—传感线圈　3—永久磁铁

磁脉冲式点火信号发生器具有点火信号电压的大小随发动机转速的变化而变化的特点。发动机转速升高时，点火信号发生器磁路的磁阻变化速率提高，相应磁通量的变化速率也提高，传感线圈产生的信号电压也就随之增大。

2）电子点火器的工作原理。当点火信号发生器产生正向脉冲时，信号电压与VT₁的正向电压降叠加后，高于VT₂的导通电压，VT₂导通。VT₂的导通使VT₃的基极电位下降而截止，VT₃的截止使VT₄的基极电位上升而导通、VT₅因R₇的正向偏置而导通。于是初级电流回路为蓄电池（或发电机）正极→点火开关→点火线圈附加电阻R_f→点火线圈初级绕组→VT₅→搭铁→蓄电池（或发电机）负极构成回路，点火线圈储能。

当点火信号发生器产生反向脉冲时，信号电压与VT₁的正向电压降叠加后，使VT₂的基极电位降低，VT₂截止。VT₂的截止使VT₃的基极电位上升而导通，VT₃的导通使VT₄的基极电位下降而截止，晶体管VT₅没有正向偏置电压而截止。于是初级电流被切断，在次级绕组中产生高压，经配电器按点火次序分配到各缸火花塞点火，点燃可燃混合气使发动机做功。

电路中晶体管VT₁的基极和发射极相连，相当于发射极为正、集电极为负的二极管，起温度补偿作用。其原理如下：当温度升高时，VT₂的导通电压会降低，使VT₂提前导通而滞后截止，从而导致点火推迟；VT₁与VT₂的型号相同，具有同样的温度特性系数，故在温度升高时，VT₁的正向导通电压也会降低，使P点电位U_P下降，正好补偿了温度升高对VT₂工作电位的影响，而使VT₂的导通和截止时间与常温时相同。

电路中其他元件的作用：R₃、VD₃为电源稳压电路，使VT₂导通时不受电源系电压波动的影响；VD₁、VD₂为信号稳压，削平高速时感应线圈产生的峰值电压；VD₄的作用是防止初级电流被切断时产生的高压击穿VT₅；C₁是信号滤波，C₂是电源滤波；R₄为正向反馈电阻，起加速VT₂的导通和截止。