汽车点火系统组成及工作原理

1. 传统点火系统的组成

传统点火系统的基本组成如图6.1 所示，主要由电源（蓄电池或者发电机）、点火开关、点火线圈、电容器、断电器、配电器、高压阻尼电阻和高压导线等组成。

图6.1　传统点火系统的组成

1）电　源

点火系统的电源为蓄电池或发电机，标称电压一般为12 V，作用是供给点火系低压直流电源。

2）点火线圈

点火线圈相对于自耦变压器，功用是将12 V 低压直流电转变为15～20 kV 的高压直流电。它由初级线圈、次级线圈和铁心等组成。按磁路的结构形式不同，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：开磁路点火线圈的结构如图6.2（a）所示。它的上端装有胶木盖，其中央突出部分为高压插孔，其余的接线柱为低压接线柱。点火线圈中心是用硅钢片叠成的铁心，铁心外套有绝缘的纸板套管，套管上绕有次级绕组，它是用直径为0.06～0.10 mm 的漆包线绕11 000～23 000 匝而成。初级绕组是用直径为0.5～1.0 mm 的高强漆包线绕230～370 匝而成，绕在次级绕组的外面，以利于散热，绕组绕好后在真空中浸以石蜡和松香的混合物，以增强绝缘。绕组和外壳之间装有导磁钢套，底部有瓷质绝缘支座，外壳内充满沥青或变压器油等绝缘物，以加强绝缘并防潮。根据低压接线柱的数目不同，点火线圈有两接线柱和三接线柱之分，如图6.2（b）、（c）所示。

图6.2　开磁路点火线圈

1—“一”接线柱；2—次级绕组引出头及弹簧；3—橡胶罩；4—高压阻尼线；5—高压线插座；6—螺母；7—绝缘盖；8—橡胶密封圈；9—螺钉及螺母；10—附加电阻盖；11—附加电阻绝缘体；12—附加电阻及接线片；13—固定夹；14—初级绕组；15—次级绕组；16—绝缘纸；17—铁心；18—瓷绝缘体；19—沥青材料；20—外壳；21—导磁钢套

在触点式点火系统中，一个点火周期内触点闭合时间比例固定，当发动机转速升高时，点火周期缩短，触点闭合时间缩短，初级断开电流减小，感应的次级电压下降：反时，当发动机转速降低时，触点闭合时间延长，初级电流增大，次级电压升高。若点火线圈按发动机高速时的需要设计，则低速时初级电流将过大，使点火线圈过热；若按低速时点火线圈不过热设计，则高速时由于初级电流过小而次级电压过低，不能保证可靠地点火。为此，点火线圈初级绕组的电路中串联有附加电阻，以改善点火系统的高速性能。

三接线柱式点火线圈上装有一附加电阻，接在标有“开关”和“开关电源"的两接线柱上。附加电阻由低碳钢丝或镍铬丝制成，具有受热时电阻迅速增大、冷却时电阻迅速降低的特性。因此，在发动机工作时，可自动调节初级电流，从而改善高速时的点火特性。在安装时，应将附加电阻的两接线柱接下起动机的辅助开关触点上，以便起动时将其短路隔除。以提高起动时的初级电流，使起动容易，如图6.3（a）所示。

两接线柱式无附加电阻，其“－”接线柱接至分电器点，“＋”接线柱上接有两根导线，其中一根蓝色导线接至起动机电磁开关的附加电阻短路电线柱上，另一根白色导线接至点火开关。这根白色导线就是附加电阻线，阻值为1.7 Ω，相当于三接线柱式点火线圈的附加电阻，如图6.3（b）所示。

图6.3　带附加电阻的点火线圈接线图

1—点火线圈；2—附加电阻；3—断电器触点；4—蓄电池；5—起动机；6—附加电阻短路接线柱；7—起动开关接触盘；8—起动继电器触点；9—点火开关；10—附加电阻线

当初级电流通过开磁路点火线圈时，使铁心磁化，其磁路如图6.4 所示。从图可见，磁路的上、下部分是从空气中通过的，因此漏磁较多，能量损失大。

图6.4　开磁路点火线圈磁路

1—磁力线；2—铁心；3—初级绕组；4—次级绕组；5—导磁钢片

（2）闭磁路点火线圈：闭磁路点火线圈的结构如图6.5 所示。在“口”字形或“日”字形铁心内，绕有次级绕组，在次级绕组外面绕有初级绕组，初级绕组产生的磁通通过铁心构成闭合磁路。与开磁路点火线圈相比，闭磁路点火线圈具有漏磁少、能量损失小、转换效率高、体积小、质量轻和易散热等优点，在电子点火系统中得到广泛应用。

图6.5　闭磁路点火线圈

1—初级绕组；2 一次级绕组；3—铁心；4—正接线柱；5—负接线柱；6—高压接线柱；7—磁力线

3）分电器(www.xing528.com)

分电器由断电器、配电器、电容器和点火提前角调节机构等组成，用来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压电，并按发动机要求的点火时刻和点火顺序，将点火线圈产生的高压电分配到相应汽缸的火花塞上。如图6.6 所示，分电器的壳体通常由铸铁制成，下部压有石墨青铜衬套，分电器由凸轮轴直接或间接驱动。

（1）断电器：断电器是一个串联在点火线圈初级绕组电路中控制低压电流的开关设备，由活动触点、固定触点及凸轮组成。其作用是周期性地接通和切断点火线圈低压电路。凸轮将顶块完全顶起时，触点之间的间隙一般为0.35～0.45 mm。

（2）配电器：配电器安装在断电器上方，由胶木制的分电器盖和分火头组成，其作用是按发动机点顺序，将高压电分配到各汽缸火花塞上。分火头插装在凸轮的顶端，和凸轮一起旋转，上有金属导电片。分电器盖的中间有高压线插孔，其内装有带弹簧的炭柱，压在分火头导电片上。分电器盖的外围有与发动机汽缸数相等的旁电极插孔，以安装分缸高压线。火头上的导电片距离旁电极有0.2～0.8 mm 间隙，当分火头旋转时，断电器触点断开，而时分火头正好对准某一旁电极，于是高压电自导电片跳至与其相对的旁电极，再经高压线送至相应的火花塞，按点火顺序将高压电送至各缸火花塞。

（3）电容器：电容器装在分电器壳体上。电容器的两极由铝箔或锡箔制成，两条箔带覆在绝缘纸带上并卷成筒状。其中，一条箔带与外壳相连，作为搭铁电极；另一条箔带则通过与外壳的导线引出，作为另一极，接分电器接线柱。电容器的容量为0.15～0.25 μF，在600 V交流电的作用下应历时1 min 不被击穿。

（4）点火提前角调节机构：点火提前角调节机构分为离心式和真空式点火提前调节机构，它们随发动机转速和负荷变化而改变点火提前角。

图6.6　分电器结构示意图

1—联轴节；2—电容器；3—触点及断电器底板总成；4—凸轮；5—分火头；6—分电器盖；7—分电器壳体；8—真空提前角调节器；9—油环；10—接线柱；11—活动触点臂；12—固定触点及支架；13—偏心螺钉；14—活动底板；15—油毡及夹圈；16—触点臂簧片；17—螺母；18—弹簧；19—真空提前角调节器外壳；20—真空提前角调节器膜片；21—拉杆

4）火花塞

火花塞安装在发动机的燃烧室中，用以将点火线圈产生的高压电引入燃烧室，点燃燃烧室内的可燃混合气。

如图6.7 所示为火花塞的结构。它由中心电极和侧电极组成，其中，中心电极用镍铬合金制成，具有良好的耐高温、耐腐蚀性能，导体玻璃起密封作用。火花塞间隙多为0.6～0.7 mm，但当采用电子点火时，间隙可增大至1.0～1.2 mm。火花塞的热特性是指火花塞吸收的热量与散出的热量达到平衡状态时的温度。实践证明，火花塞绝缘体裙部温度保持在500～600 °C时，落在绝缘体上的油滴能立即烧去。这个不形成积炭的温度称为火花塞的自净温度，当低于这个温度时，火花塞易产生积炭而漏电：当高于这个温度时，又易产生炽热点火，形成早燃。因此，火花塞的热特性必须与发动机相适应。

火花塞的热特性主要取决于绝缘体裙部的长度，绝缘体裙部的长度分别用热值来表，见表6.1。绝缘体裙部长的火花塞的受热面积大，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。热型火花塞用于低压缩比、低转速、小功率的发动机中；冷型火花塞用于高压缩比、高转速、大功率的发动机中。

图6.7　火花塞的结构

1—接线螺母；2—绝缘体；3—金属杆；4—内垫圈；5—壳体；6—导体玻璃；7—密封垫圈；8—内垫圈；9—中心电极；10—侧电极；11—绝缘体裙部

火花塞的热特性选用得是否合适的判断（表6.1）方法如下：若火花塞经常由于积炭而导致断火，则表示太冷；若发生炽热点火（易引起爆燃），则表示太热。

表6.1　火花塞裙部长度与热值

2. 传统点火系统的工作原理

传统点火系统的电路分为低压电路和高压电路。低压电路的作用是控制点火线圈初级电路的通断，使点火线圈内磁场产生突变而使点火线圈次级绕组产生高压电。低压电路主要包括电源、电流表（有些车型上没有此器件）、点火开关、附加电阻、点火线圈初级绕组、断电器、电容器等。高压电路的作用是在点火线圈初级电路被切断时互感出高压电，击穿火花塞间隙，点燃可燃混合气。高压电路主要包括点火线圈次级绕组、中心高压线、配电器、分缸高压线、火花塞等。传统点火系统工作示意图如图6.8 所示。

图6.8　传统点火系统工作示意图

1—火花塞；2—配电器；3—分火头；4—点火线圈次级绕组；5—点火线圈初级绕组；6—点火开关；7—电容器；8—断电器凸轮；9—断电器固定触点；10—断电器活动触点；11—分电器接线柱

点火线圈初级绕组的一端经点火开关与蓄电池相连，另一端经分电器接线柱接断电器的活动触点臂，断电器固定触点通过分电器壳体接地，触点弹簧作用于断电器活动触点臂上，使活动触点与固定触点保持闭合的趋势。电容器并联在断电器触点之间。点火线圈次级绕组的一端在点火线圈内与初级绕组相连，另一端经高压导线接分电器盖的中心电极。

接通点火开关，发动机开始运转。发动机在运转过程中，断电器凸轮不断旋转，使断电器触点不断地断开、闭合。当断电器触点闭合时，蓄电池电流的流向如下：蓄电池正极→点火开关→点火线圈初级绕组→断电器活动触点臂触点→分电器壳体→搭铁→蓄电池负极，如图6.8（a）所示。由于上述电路中流过的电流是低压电流，所以这条电路被称为低压电路。

当断电器的触点被凸轮顶开时，初级电路被切断，点火线圈初级绕组中的电流迅速下降到零，线圈周围和铁心中的磁场也迅速衰减至消失，因此在点火线圈的次级绕组中产生感应电压，称为次级电压，电流流过的电路称为次级电路。在断电器触点分开的瞬间，次级电路中分火头恰好对着分电器盖上的一个旁电极，如图6.8（b）所示。次级电流的流向如下：点火线圈次级绕组→蓄电池正极→蓄电池负极→机体（搭铁）→火花塞侧电极→中心电极→高压导线配电器→点火线圈次级绕组。点火线圈次级绕组的匝数多（11 000～23 000），产生的感应电压很高，此高压电经配电器分送到各缸火花塞的中心电极和侧电极之间，达到火花塞间隙的击穿电压时，火花塞的间隙被击穿，产生电火花，点燃可燃混合气。