1、 第七节第七节 发动机点火系统发动机点火系统本节内容 一、点火系概述一、点火系概述 二、传统点火系的结构和工作原理二、传统点火系的结构和工作原理 三、点火系重点问题三、点火系重点问题 四、蓄电池点火系主要元件四、蓄电池点火系主要元件 五、电控点火系的组成与工作原理五、电控点火系的组成与工作原理第七节第七节 点火系统点火系统 一、点火系统的功用一、点火系统的功用 点火系统的功用是产生高压电火花，适时地点燃气缸中的可燃混合气，使汽油机作功。汽油机可燃混合气是由安装在气缸盖上的火花塞产生的电火花点燃的，要使火花塞两电极间的间隙被击穿而产生电火花，其击穿电压要高达10 00015 000V。因此，要求
2、点火系能按照汽油机的点火次序，在一定时刻供给火花塞足够能量的高压电，产生电火花，点燃可燃混合气，使汽油机工作。点火系发展历史点火系发展历史:十九世纪八十年代，出现磁电机为电源的点火系二十世纪初，出现传统点火系，即以蓄电池和发电机为电源的点火系二十世纪六十年代，出现电子点火系二十世纪七十年代初 出现无触点的电子点火系。目前，使用广泛二十世纪七十年代末 开始使用微机控制点火时刻的电子控制系统。目前，最先进的：无分电器的电子点火系（在汽车上使用）GA电磁感应定律电磁感应定律一一.电磁感应现象电磁感应现象法拉第法拉第 于于1831年年 8月月29日发现日发现了电磁感应现象了电磁感应现象 表明电磁感应现
3、象的实验：表明电磁感应现象的实验：1.一一 通电线圈电流的变化使通电线圈电流的变化使另一线圈产生电流另一线圈产生电流.+B_K电键电键K闭合和断开的瞬闭合和断开的瞬间线圈间线圈A中电流计指针中电流计指针发生偏转发生偏转AG2.闭合电路的一部分切割闭合电路的一部分切割磁感线也产生感应电流磁感线也产生感应电流.3.闭合线圈在磁场中平动和转闭合线圈在磁场中平动和转动或者改变面积时动或者改变面积时,闭合线圈闭合线圈中产生感应电流中产生感应电流.4.磁铁运动引起感应电流磁铁运动引起感应电流 磁铁与线圈有相对运动时，磁铁与线圈有相对运动时，电流计的指针发生偏转电流计的指针发生偏转AGSNSNG结论：结论：
4、当穿过一个闭合导体回当穿过一个闭合导体回路所围面积的磁通量发生变化路所围面积的磁通量发生变化时，不管这种变化是由于什么时，不管这种变化是由于什么原因引起的，回路中就有电流。这种现象叫做原因引起的，回路中就有电流。这种现象叫做电磁感应现象电磁感应现象.回路中所出现的电流叫做感应回路中所出现的电流叫做感应电流电流.回路中的电动势叫做感应电动势回路中的电动势叫做感应电动势.由楞次定律判定感应电动势由楞次定律判定感应电动势(或感应电流或感应电流)的方向的方向:i 0,3.确定确定d 的正负的正负;d0,4.确定确定 i的正负的正负.(确定回路法线的正向确定回路法线的正向)(B与法矢与法矢n 相同取正相
5、同取正)(回路内回路内B变大变大d 为正为正)v i 0 时，时，i 与回路绕行方与回路绕行方向相同；反之相反向相同；反之相反.楞次定律楞次定律：闭合回路中的感：闭合回路中的感应电流的应电流的方向方向,总是企图总是企图使感应使感应电流本身所产生的通过回路面电流本身所产生的通过回路面积的磁通量积的磁通量,去去抵偿抵偿引起感应电引起感应电流的磁通量的改变流的磁通量的改变.为方便讨论为方便讨论,作有关规定作有关规定:1.回路的绕行方向回路的绕行方向L与回路的正法与回路的正法线线n 的方向关系的方向关系:遵守右手螺旋定遵守右手螺旋定则则.Ln2.电动势方向与回路绕行方向电动势方向与回路绕行方向的关系的
6、关系:楞次定律的讨论楞次定律的讨论:回路绕行方向回路绕行方向 0,NBnd 0vi可见感应电流产生的磁场穿过可见感应电流产生的磁场穿过回路面积的磁通量，总是抵消回路面积的磁通量，总是抵消原磁通量的变化原磁通量的变化楞次定律。楞次定律。法拉第定律中的负号反映法拉第定律中的负号反映这种抵抗。这种抵抗。由法拉第定律由法拉第定律:tidd i 与回路反方向与回路反方向.又例又例:由楞次定律判定感应电动势由楞次定律判定感应电动势(或感应电流或感应电流)的方向的方向:i 0,3.确定确定d 的正负的正负;d0,4.确定确定 i的正负的正负.(确定回路法线的正向确定回路法线的正向)(B与法矢与法矢n 相同取
7、正相同取正)(回路内回路内B变大变大d 为正为正)v（1）迅速产生足以击穿火花塞间隙的高电压 火花塞两电极之间的距离影响火花塞击穿电压 气缸压力 击穿电压的因素 气缸中空气的温度 （2）电火花应具备足够高的能量 点火能量不足时，会使发动机启动困难，发动机的动力性下降，油耗和排污增加，甚至于发动机不能工作。起动时，通常电火花至少应具有0.1焦耳的能量，发动机正常工作时，电火花只要有0.010.05焦耳的能量就可以点燃混合气。（3）点火时刻应适应发动机的工况点火时刻由点火提前角表示。当发动机的转速或负载发生变化时，可以通过点火提前机构进行自动调节。转速转速 点火提前角点火提前角 ，负载负载 212
8、LI点火方式不同点火方式不同 二、点火系统的类型二、点火系统的类型 按照点火系组成和产生高压电方法的不同，有蓄电池点火系、磁电机点火系和半导体点火系等形式。蓄电池点火系由蓄电池或发电机供给6V、12V或24V的低压直流电，通过点火线圈和断电器将低压电变成高压电，再由配电器分配到相应气缸的火花塞点火；目前在大、中型汽油机上得到广泛应用。磁电机点火系是由磁电机本身直接产生高压电，在小型汽油机上得到应用。传统点火系的结构和工作原理传统点火系的结构和工作原理 组成组成 蓄电池点火系蓄电池点火系主要由电源、主要由电源、点火开关、点点火开关、点火线圈、断电火线圈、断电器、配电器、器、配电器、电容器、火花电
9、容器、火花塞、高压导线、塞、高压导线、附加电阻等组附加电阻等组成。成。二、工作原理二、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，由于铁芯芯3的作用而加强磁场。当断电器凸轮的作用而加强磁场。当断电器凸轮7顶开触
10、点臂顶开触点臂8而使触点组而使触点组分开时，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。生火花。dtdN 三、飞轮磁电机点火系统的组成、三、飞轮磁电机点火系统的组成、构造及工构造及工作原理作原理 小型汽油机上常采用飞轮磁电机点火系统，目前飞轮磁电机有触点式和无触点式两种。飞轮磁电机点火系由飞轮磁电机、高压线
11、和火花塞组成。(一)飞轮磁电机 1有触点式飞轮磁电机 磁电机实际是一台简单的交流发电机。它先由点火线圈中的低压线圈产生低压交流电，通过互感作用在高压线圈中产生高压电，因此磁电机又有变压器的作用。图1-31 有触点飞轮磁电机的构造1.线圈2、7.铁芯固定镙钉 3、8.铁芯 4.电容器 5.点火提前角调节螺钉6.照明线圈 9.凸轮油毛刷 10.凸轮触块 11.白金间隙调节镙钉12.白金间隙 14.飞轮 15.平衡块 16.点火凸轮 17.磁钢 飞轮磁电机由定子和转子两部分组成。其结构如图131所示。转子部分：由飞轮轮壳；磁钢、断电凸轮组成，磁钢具有永磁性90角固定在飞轮轮壳上。转子装在曲轴后半轴上
12、。定子部分：由点火线圈、照明线圈、断电器(包括定、动触点)等组成。它们安装在同一底板上，用两个螺钉紧固在后半曲轴箱上。顺时针转动底板点火提前角加大，反之减小。点火线圈是在铁芯上绕有初级(低压)和次级(高压)两组线圈。铁芯由矽钢片迭成，以避免产生有害的涡流。初级线圈粗且圈数少(0.590.7mm的漆包线约180匝)，一端搭铁、一端引出。次级线圈细且圈数多(0.040.06mm漆包线约10 00014 000匝)绕在初级线圈外面，一端与初级线圈引出端相接，另一端与高压线、火花塞相接。磁电机的工作原理(图1-32)当磁钢由飞轮带动旋转时，通过铁芯的磁通量是不断变化的，即由最大逐渐减小到零，再逐渐增加
13、到最大，此时磁通方向与前次相反，然后再逐渐减少至零。转子不断地旋转，铁芯中的磁量周期地变化，因此在初级线圈中会产生方向和大小都不断变化的感应电动势，当断电器触点闭合时便有交流电产生。此时电流回路为初级线圈-断电器触点-搭铁-初级线圈。这时，次级线圈中虽有电动势产生，但很小，无法在火花塞间隙处跳火形成回路。当初级线圈中感应电流达最大值时，转子上凸轮将断电器触点突然断开，低压回路中的电流由最大值立刻变为零，使初级线圈产生的磁场突然消失。这个高速变化的磁通量，在初、次级线圈中均感应出电动势，初级线圈电动势为300V左右，而次级线圈中则感应出高达10 00015000V的高压电动势，高压电流将击穿火花
14、塞间隙形成回路，在火花塞两极间形成高压电火花。其电流回路为次级线圈-高压导线-火花塞-搭铁-次级线圈。为了防止触点打开瞬间在动、定触点之间产生电弧放电而使触点表面烧蚀，在断电器两端并联一电容器。当触点打开瞬间，低压电流给电容器充电，保护了白金触点。同时，在短暂的充电过后，又迅速放电，产生与原低压电流相反方向的电流，加速了初级线圈内自感电流的消失，并促进其磁场的消失，使次级线圈互感出更高的电动势。停火按钮是汽油机的熄火开关，与断电器触点并联，按下按钮，触点被短路，因而不再产生高压电而熄火。电容器的作用？电容器的作用？断电器触点旁一般并联一只电容器，其作用是断电器触点旁一般并联一只电容器，其作用是
15、消除自感电流的不利影响。当断电器触点分开时，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；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。电压；避免触点烧蚀。图1-32 磁电机工作原理1.初级线圈 2.磁钢 3.初级线圈 4.飞轮 5.点火线圈铁芯6.电容器 7.熄火按钮 8.触点 9.凸
16、轮 10.火花塞影响次级电压的因素影响次级电压的因素1.发动机的汽缸数对二次电压的影响。二次电压最大值随气缸数量升高而降低。为了提高传统点火系在多 缸、高速发动机上工作的可靠性，可以通过增大一次断开电流，延长触点闭合时间等方法改善点火特性。2.火花塞积炭时对二次电压的影响 若化油器调节不当或润滑油过多，会在火花塞绝缘体上形成积炭相当于火花塞电极之间并联了一个分路电阻，使二次电路在火花塞被击穿之前已构成闭合回路，造成漏电，使二次电压降低，降低点火性能，严重时，不能形成电火花，丧失点火能力。补救办法：在积炭严重时，不能点火，可以采用吊火的方法，即拔出高压导线，使其与火花塞间保留34毫米的间隙即可。
17、此方法只能临时补救，不能长期使用，增加点火线圈的负担。3.电容对二次电压的影响 电容越小，二次电压越高，实际上，电容不能过小。电容器应与点火线圈匹配，取0.150.35uF，分布电容可以起到抗干扰的作用。4.触点间隙对二次电压的影响 间隙过大，二次电压降低，主要是因为闭合时间短。间隙过小，二次电压也会降低，是因为触点火花严重。触点最大间隙为0.250.35毫米。5.点火线圈温度对二次电压的影响 通常情况下，点火线圈的温度不超过80度。图1-33无触点飞轮磁电机电路图1.充电线圈 2.充电线圈铁芯 3.飞轮 4.点火线圈铁芯 5.点火线圈 6.火花塞 2无触点式飞轮磁电机 由于有触点式磁电机的触
18、点表面易烧蚀和磨损，需经常维护和调节，并经常会出现弹簧折断等故障，目前很多小型汽油机上采用无触点式飞轮磁电机。无触点式飞轮磁电机一般常用电容放电式。以可控硅代替断电器，由电容放电来产生高压电。无触点式飞轮磁电机工作原理(图133)。(1)充电、整流过程 当飞轮带动磁钢旋转，掠过充电线圈L时，在L中感应出一个交变电动势，此交变电势经二极管D1整流后变成直流电向电容器C1充电，把电能储存起来，即为充电、整流过程。(2)触发导通过程 飞轮转子继续旋转，当磁钢掠过点火线圈时，在初级线圈N1中也感应出一个交变电动势，经过电阻R1作用在可控硅CT的控制极上，当正向电压达到规定值时，可控硅的阳极和阴极便触发
19、导通。此电流回路为：初级线圈搭铁端-二极管D2搭铁端-二极管D2-限流电阻R1 -可控硅控制极-可控硅-初级线圈。(3)放电点火过程 可控硅触发导通后，电容Cl立即通过可控硅CT向初级线圈N1放电，由于放电速度极快，点火线圈内磁通量变化极大，于是在次级线圈N2中便互感出高达1000015000伏高压电势，此高压电势击穿火花塞间隙形成电火花。此时的电流回路为：电容器C1一可控硅的阳极一可控硅阴极一初级线圈N1并在次级线圈N2中感应出高压电势一火花塞间隙产生电火花一搭铁一电容器Cl。当初级线圈N1中感应出反向电压作用于可控硅C1的控制极上时，可控硅迅速反向截断，电容C1放电停止，火花塞停止点火。无
20、触点(亦称可控硅，或称晶体管)飞轮磁电机的点火提前角是随汽油机的转速变化而变化的，当汽油机转速减低时，磁场旋转速度随之降低，磁场变化率降低，因而初级线圈Nl内交变电势也变小，推迟了可控硅导通的时间，点火提前角变小，反之则加大。(二二)火花塞火花塞 火花塞是点燃混合气的执行部件，其功用是将磁电机产生的高压电引进燃烧室，变成强烈电火花点燃可燃混合气。图1-34 火花塞结构图1瓷绝缘体 2.外壳 3.中心电极4.侧电极 5.接头 6.密封垫圈功用：功用：将高压电引入燃烧室产生火花并点燃混合气。将高压电引入燃烧室产生火花并点燃混合气。热特性热特性工作温度工作温度：500600以上，以上，800900
21、以下以下热型火花塞：裙部长，散热慢。热型火花塞：裙部长，散热慢。冷型火花塞：裙部短，散热快。冷型火花塞：裙部短，散热快。火花塞作用作用：将点火线圈产生的高压电引进然烧室，并在电极将点火线圈产生的高压电引进然烧室，并在电极间产生电火花点燃间产生电火花点燃电极材料：电极材料：镍锰硅铬合金镍锰硅铬合金火花塞的散热火花塞的散热 群部紫铜片缸体 工作温度500-600摄氏度 自净温度800-900摄氏度 火花塞用耐高压陶瓷作绝缘体，绝缘体固定在外壳内并加以密封，其中心孔内装有中心电极。外壳下部有螺纹与气缸盖上火花塞螺孔相配，侧电极焊在外壳下端。中心电极与侧电极间隙为0608mm。火花塞结构见图1-34。
22、思考题 如果火花塞群部温度过低或过高对发动点火有何影响火花塞的结构 思考题 火花塞的点火间隙过大或过小对发动有何影响？火花塞的热值 冷型：裙部短裙部短 压缩比压缩比高的发动机。高的发动机。H=8mm 中型：转速较低的发转速较低的发动机。动机。H=11或或14mm 热型：群部长散热慢群部长散热慢 H=16或或20mm火花塞火花塞 火花塞的功用是将点火线圈的脉冲高压电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，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。以点燃可燃混合气。高压电经接线螺柱高压电经接线螺柱1、接线螺杆、接线螺杆3引到中心引到中心电极电极
23、11，中心电极与接线螺杆之间有密封剂，中心电极与接线螺杆之间有密封剂6，防止气体泄漏；侧电极防止气体泄漏；侧电极9焊接在火花塞外壳焊接在火花塞外壳5上上搭铁，陶瓷绝缘体搭铁，陶瓷绝缘体2固定于之间，有紫铜垫圈固定于之间，有紫铜垫圈8以及密封垫圈以及密封垫圈4防止气体泄漏；火花塞外壳防止气体泄漏；火花塞外壳5与与气缸盖之间有密封垫圈气缸盖之间有密封垫圈7防止气体泄漏。防止气体泄漏。火花塞绝缘体紫铜垫圈火花塞绝缘体紫铜垫圈8以下的锥形部分以下的锥形部分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收的高温热量经与外壳5接触的紫铜垫圈接触的紫
24、铜垫圈4传递传递给气缸盖。给气缸盖。裙部位置裙部位置裙部：裙部：火花塞绝缘体紫火花塞绝缘体紫铜垫圈铜垫圈8以下的以下的锥形部分锥形部分10称为称为火花塞的绝缘体火花塞的绝缘体裙部，是吸热部裙部，是吸热部分，所吸收的高分，所吸收的高温热量经与外壳温热量经与外壳5接触的紫铜垫接触的紫铜垫圈圈4传递给气缸传递给气缸盖。盖。火花塞的分类 冷型：裙部短裙部短 压缩比高压缩比高的发动机。的发动机。H=8mm 中型：转速较低的发动转速较低的发动机。机。H=11或或14mm 热型：裙部长散热慢裙部长散热慢 H=16或或20mm火花塞选择依据：火花塞选择依据：火花塞选择的依据则是视发动机压缩比的高火花塞选择的依
25、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，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，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。长的热型火花塞。答：答：当火花塞绝缘体裙部工作温度当火花塞绝缘体裙部工作温度500600 C时，落在裙部的油粒能完全烧尽，此温度时，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，称为火花塞的自净
26、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）；当温下降，使点火不可靠（裙部发黑）；当温度高达度高达800900 C时，可能产生灼热表面时，可能产生灼热表面点火（裙部发灰白色）。点火（裙部发灰白色）。火花塞的散热火花塞的散热 裙部紫铜片缸体火花塞的间隙 火花塞间隙：中心电极与侧电极之间的间隙。火花塞间隙：中心电极与侧电极之间的间隙。火花塞间隙为什么不能过大或过小？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
27、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不易起动，而且在高速时容易发生“缺火缺火”现象。现象。火花塞分冷型、中型和热型3种。热型火花塞的绝缘体裙部较长，因伸人气缸中的瓷体长而吸热较多，传热较慢。冷型则相反。中型介于二者之间。国产火花塞绝缘体长度：冷型h=8mm、中型h=1lmm和热型h=16mm或h=20mm。国外有的用火花塞热特性来表示，指标为“炽热数”。炽热数大的为冷型，反之为热型。一般选用原则为：发动机转速低、压缩比小的则发动机工作温度低、热负荷低，应选用热型；反之则选冷型。若热负荷低的错用了冷型，则火花塞易积炭、沾油、影响点火。热负荷高的汽油机错用了热型
28、，可能产生炽热点火(自行着火)，引起早燃、发生化油器回火。国产火花塞连接螺纹尺寸有M101.0；M141.25、M181.5三种规格，国外有螺纹直径为12mm的火花塞。一般小型二冲程汽油机，采用冷型火花塞，如4118(旧型号为4Z8型)，其中“4”为螺纹直径14mm，放人高度11mm，8为热值。“7”以上为高热值。火花塞常见故障排除火花塞常见故障排除 火花塞是点火系统末端的组件，其作用是将点火线圈所产生的脉冲高压电引进燃烧室，利用电极产生的点火花点燃混合气，完成燃烧，因此火花塞的工作条件是高温高压，虽然小但却很重要。一部发动机，其工作性能的正常与否、发挥好坏，燃油的节约与浪费，火花塞起到的作用
29、功不可没。对于发动机的维护与修理，小小的火花塞却属于故障率较高的部件，因此常见到更换火花塞后的汽车行驶较以前轻松有力，油耗降低，排烟干净，无黑烟现象需更换火花塞时大致有几个原因：一 为更换的火花塞出现积油。用手摸(或眼看)火花塞均会发现油渍。出现这种故障的原因多半是发动机长时间起动而未着火，也就是说，已经向火花塞喷油但油却未燃烧。这样油层覆盖火花塞电极，起动更为困难。所以在起动时油门不能过大，以防止发动机起动出现“油闷”现象。二 是火花塞出现一层沉积的黑炭。故障原因大多因为发动机的供油混合气浓度过高或者内部润滑油上窜发生燃烧所致。出现积炭，容易造成发动机间歇断火，使之运转不灵。发动机有时感觉没
30、力，往往是由于此原因。三 是发现火花塞两极(阴、阳极)之间的间隙过大。阴阳极之间的间隙大导致击穿电压高而且时间长。故高速运转时，容易出现个别气缸断火现象。故障原因大多因为火花塞电极间隙调整不合适。这种故障容易解决，只是要求高速时需专用工具进行测量。四 是发现火花塞外面的绝缘体出现裂缝。当然，这个火花塞是不能用了，需要更换。为什么会出现这种情况呢？一般是因为发动机的温度剧变到强烈机械冲击所致。我们都知道，火花塞工作在高温的环境中，周围的散热条件又极其有限，所以由于高温爆裂是经常发生的现象。基于以上四种原因，要求我们对发动机点火系统中火花塞的使用必须合理调整电极间隙，并且按时清洁火花塞，做好保养工作：从发动机上拆下火花塞，假如出现积炭，可将火花塞浸泡在丙酮(一种化学溶剂)或煤油中一段时间，然后用细铜刷轻轻涮洗，直至将积炭清除干净后用压缩空气吹干后装回使用。
