传统点火系统结构的认知|汽车电器设备构造与维修

·了解点火系统的作用。

·理解对点火系统的基本要求。

·了解传统点火系统的组成。

传统点火系统在过去很长一段时间存在于汽油发动机上，现已被电控点火系统取代。但还是有必要学习传统点火系统的作用、要求等，这对后续课程的学习仍有非常大的帮助。

一、点火系统的作用

汽油机汽缸内的可燃混合气是靠高压电火花点燃的，而产生电火花的功能是由点火系统实现的。点火系统的作用是将汽车电源供给的低压电转变为高压电，并按照发动机的工作顺序与点火时间的要求，适时地配送给各缸火花塞，在其间隙处产生电火花，点燃气缸内的可燃混合气。

二、对点火系统的要求

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燃混合气。为此，点火装置应满足下列三个基本要求：

1.电火花应具有足够的能量

发动机正常工作时，由于混合气压缩终了的温度已接近其自燃温度，所需的电火花能量很小（3～5 MJ）。但在启动、怠速、大负荷等工况时，都需要较高的火花能量。尤其在启动时，由于混合气雾化不良，废气稀释严重，电极温度低，所需点火能量最高。为了保证可靠点火，点火系统提供的点火能量通常为50～80 MJ。

2.能产生足以击穿火花塞电极间隙的电压

在火花塞电极间产生火花时所需要的电压，称为击穿电压。一般来说，电极间隙愈大、汽缸内混合气压力愈高、温度愈低，击穿电压就愈高。实验证明，当火花塞间隙为0.5～1mm，压缩行程终了气缸内压力为0.6～0.9 MPa时，发动机启动时需要的电压约达5000～8000V。发动机在满负荷低转速时所需要的高电压应达8000～10000V，才能跳火。为了保证点火的可靠性，传统点火系统可提供10000～20000V的高电压，电子点火系统的二次电压则可高达30000V。

3.点火时刻应适应发动机的工作状况

首先，点火系统应按发动机的工作顺序进行点火，如一般直列六缸发动机，点火顺序为1→5→3→6→2→4；四缸发动机的点火顺序则多为1→3→4→2。

其次，必须在最有利的时刻点火。点火时刻是用点火提前角来表示的。在压缩行程中，从点火开始到活塞运行至上止点时曲轴所转过的角度，称为点火提前角。

一般把发动机发出最大功率或油耗时最小的点火提前角，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是发动机的转速和负荷。此外，最佳点火提前角还与所用的汽油的抗爆性、混合气的浓度、发动机的压缩比、发动机水温、进气压力及进气温度等因素有关。

三、传统点火系统的组成

传统点火系统主要由电源（蓄电池和发电机）、点火开关、点火线圈、分电器、火花塞、附加电阻和高压导线等组成，如图5-1所示。

1.电源

电源提供点火系统工作时所需的能量，由蓄电池和发电机构成，其标称电压一般为12V。

2.点火开关

点火开关用来控制仪表电路、点火系统初级电路以及启动机继电器电路的开与闭。

图5-1　传统点火系统的组成及安装位置

1—分缸线；2—中央线；3—点火线圈；4—点火开关；5—附加电阻；6—启动机；7—凸轮轴

图5-2　开磁路式点火线圈结构图

3.点火线圈

点火线圈由初级绕组、次级绕组和铁芯等组成。相当于自耦变压器，用来将电源供给的12V、24V或6V的低压直流电转变为15～20kV的高压直流电。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。

如图5-2所示为开磁路式点火线圈结构图，它由初级绕组、次级绕组、铁芯接线柱、附加电阻、中央高压线插孔、导磁钢套、胶木盖组成。

开磁路式点火线圈采用柱形铁芯，初级绕组在铁芯中产生的磁通，通过导磁钢套构成磁回路，而铁芯上部和下部的磁感线从空气中穿过，磁路的磁阻大，泄漏的磁通量多，转换效率低，一般只有60%左右。

根据低压接线柱数目的不同，分为两接线柱式和三接线柱式两种。它们的内部结构完全相同，区别在于有无配置附件电阻。次级绕组用直径为0.06～0.10 mm的漆包线在绝缘纸管上绕11000～23000匝；初级绕组则用0.5～1.0 mm的漆包线绕240～370匝。

（2）闭磁路式点火线圈。

闭磁路式点火线圈的铁芯呈“日”字形或“口”字形，磁路中只设有一个微小的气隙，闭磁路式点火线圈漏磁少，磁阻小，变换效率高，可使点火线圈小型化。近年来，在汽车的电子点火系统中，采用了能量转换效率较高的闭磁路式点火线圈。

与传统点火线圈相比，其铁芯是一带有小气隙的“口”或“日”字的形状。初级绕组在铁芯中产生的磁通通过铁芯形成闭合磁路，减少了漏磁损失，所以转换效率较高，可达75%。另外，闭磁路式点火线圈还具有体积小、质量轻、对无线电的干扰小等优点。图5-3所示为闭磁路式点火线圈结构图。

4.分电器

分电器由断电器、配电器、电容器和真空提前角调节装置等组成，如图5-4所示。它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与点火顺序，将点火线圈产生的高压电分配到相应汽缸的火花塞上。

图5-3　闭磁路式点火线圈结构图

1—初级绕组；2—次级绕组；3—铁芯；4—正接线柱；5—负接线柱；6—高压接线柱；7—磁感线

图5-4　分电器结构图

5.火花塞

（1）火花塞的结构。

火花塞的作用是将点火线圈或磁电机产生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。火花塞中心电极与侧电极之间的间隙，称为火花塞间隙。火花塞间隙对火花塞及发动机的工作性能均有很大影响。间隙过小，火花微弱，且容易产生积炭而漏电；间隙过大，火花塞击穿电压增高，发动机不易启动，且在高速时容易发生“缺火”现象。因此，火花塞间隙的大小应适当。在传统点火系统中，火花塞间隙一般在0.6～0.7 mm范围内，但若采用电子点火时，则间隙增大到1.0～1.2mm。火花塞间隙的调整可扳动侧电极来实现。火花塞的结构和形式如图5-5所示。

（2）火花塞的热特性。

发动机工作时火花塞绝缘体裙部的温度若保持在500℃～600℃范围内，落在绝缘体裙部的油粒能立即被烧掉，不容易产生积炭。这个温度称为火花塞的自净温度。若裙部温度低于自净温度，落在绝缘体裙部的油粒不能立即烧掉，形成积炭而漏电，将使火花塞间隙不能跳火或火花微弱。

若裙部温度过高，超出800℃～900℃范围，当混合气与炽热的绝缘体接触时，可能在火花塞间隙跳火之前自行着火，称为炽热点火。炽热点火将使发动机出现早燃、爆燃、回火等不正常现象。因此，无论哪一种类型的发动机，在发动机工作时，火花塞裙部的温度都应该保持在自净温度的范围内。

图5-5　火花塞的结构和形式

但是，各种发动机汽缸内的燃烧状况是不同的，所以汽缸内的温度也不尽相同，这就要求配用不同热特性的火花塞。火花塞的热特性主要取决于绝缘体裙部的长度。

不同的发动机，当汽缸内温度及温度分布状况相同时，火花塞绝缘体裙部越长，其受热面积越大，且传热距离越长，散热困难，火花塞裙部的温度越高，这种火花塞称为“热型”火花塞，它适用于低速、低压缩比的小功率发动机。相反，火花塞绝缘体裙部越短，其受热面积越小，且传热距离缩短，容易散热，火花塞裙部的温度越低，这种火花塞称为“冷型”火花塞，它适用于高速、高压缩比的大功率的发动机。裙部长度介于冷型与热型之间的火花塞，称为普通型火花塞。(www.xing528.com)

火花塞的结构类型如图5-6所示。

图5-6　火花塞的结构类型

另外，为了抑制汽车点火系统对无线电的干扰，又生产了电阻型火花塞。电阻型火花塞是在火花塞内装有5～10kΩ的火花塞。

（3）火花塞的型号规格。

根据ZBT37003—1989标准的规定，火花塞产品型号由三部分组成：第一部分为汉语拼音字母，表示火花塞的结构类型及主要型式尺寸，各字母含义如表5-1所示。

表5-1　结构类型及主要型式尺寸

续 表

第二部分为阿拉伯数字，表示火花塞热值。

第三部分为汉语拼音字母，表示火花塞派生产品的结构特征、跳火端特征、材料特性及特殊技术要求，如表5-2所示，无字母者为普通型火花塞，该部分如需用两个以上汉语拼音字母时，则应按表5-2所示的先后顺序排列。

表5-2　火花塞派生产品的特征、特性排列顺序

例如，F5RTC型火花塞表示螺纹旋合长度为19mm、壳体六角对边为20.8mm、热值为5的M14×1.25带电阻及镍铜复合电极的绝缘体突出型平座火花塞。

一、任务准备

1.工作准备

洁具：准备□　清洁□

毛巾：准备□　清洁□

逃生门：位置明确□　通道畅通□

灭火器：红色□　黄色□　绿色□　处理意见：__________________________________。

5S：整理□　整顿□　清洁□　清扫□　素养□

2.工具准备

常用工具一套。

3.实训安排

（1）实训方式：分组交叉轮流。

（2）实训设备：传统点火系统实验台，火花塞若干。

4.安全事项

（1）实验台运转时，注意人员安全。□

（2）实验结束后，注意设备复位。□

二、实施步骤

（1）检查点火开关的技术状态。

（2）检查点火线圈的技术状态。

（3）检查分电器的技术状态。

（4）检查中央高压线的技术状态。

（5）检查分缸高压线的技术状态。

（6）检查火花塞的技术状态。

三、清洁及整理

整理：所用工量具□

清洁场地：座椅□　地板□　工作台□　零件盘□　工位场地□

一、观察传统点火系统的组成，并对部件技术状态进行检查

（1）点火开关：正常□　损坏□　无□

（2）点火线圈：正常□　有裂纹□　损坏□　无□

点火线圈的类型：开磁路□　闭磁路□

（3）分电器：正常□　有裂纹□　损坏□　无□

分电器的组成：配电器□　断电器□　电容器□　真空点火提前装置□

离心点火提前装置□

（4）中央高压线：正常□　有裂纹□　胶皮老化□　损坏□　无□

（5）分缸高压线：正常□　有裂纹□　胶皮老化□　损坏□　无□　有______根

（6）火花塞：正常□　有积炭□　积炭严重□　间隙正常□

火花塞结构类型：标准型□　绝缘体突出型□　细电极型□　锥座型□

多电极型□　沿面跳火型□

二、观察传统点火系统的连接情况，并把连接关系画出来