1、发动机点火系统工作原理王 立 文 2009-7-72022年9月27日汽车点火系 王立文1点火系统概述概述概述汽油发动机正常工作的三要素：良好的空气燃油混合气；很高的压缩压力；正确的点火正时及强烈的火花。在点火系统中所产生的强烈的电火花在最佳的点火时间点燃空气燃油混合气。对点火系统的要求1.强烈电火花强烈电火花在点火系统中所产生的强烈电火花应产生于火花塞电极之间，以便于点燃空气-燃油混合气。因为空气存在空气电阻，这个电阻随空气密度的增加而增大，所以点火系统必须能产生几万伏的高电压以保证产生强烈火花。2.正确的点火正时正确的点火正时点火系统必须始终根据发动机的转速和载荷的变化提供正确的点火正时。
2、3.持久的耐用性持久的耐用性点火系统必须具备足够的可靠性以经得住发动机产生的振动和高温。点火系统概述点火开关点火器初级线圈次级线圈 点火线圈（带点火器）火花塞传感器：次级电路：初级电路概述概述点火系统用点火线圈产生的高电压来产生火花，点燃已经被压缩的空气燃油混合气。从而产生发动机的推动力。由于自感和互感，初级线圈产生几百伏的电压，次级线圈产生几万伏的电压。点火系统点火系统的变革点火开关离心式点火提前装置分电器IG高压线高压线火花塞断电器触点凸轮真空式点火提前装置电阻ST点火线圈电容器点火系统的类型主要有以下四种：1.断电器触点式这种类型的点火系统具有最基本的构造。在该系统中，是通过机械方式来控
3、制初级电流和点火正时的。点火线圈的初级电流受断电器触点的周期性控制。离心式点火提前装置和真空式点火提前装置控制点火正时。分电器把次级线圈产生的高压分配到火花塞。提示提示:这种类型的点火系统，断电器触点必须经常调整或更换。点火系统点火系统的变革点火开关离心式点火提前装置分电器晶体管高压线高压线火花塞信号发生器真空式点火提前装置点火线圈点火器2.2.晶体管型晶体管型在这种点火系统中，晶体管根据信号发生器产生的电信号周期性地控制初级电流。点火正时控制装置与断电器触点型相同。点火系统点火系统的变革点火开关分电器高压线高压线火花塞ECU传感器点火线圈点火器晶体管3.3.带电子控制点火提前（带电子控制点火
4、提前（ESA）的晶体管式的晶体管式在这种点火系统中，离心式点火提前装置和真空式点火提前装置已不再使用。采用了发动机电控单元（ECU）中的电控点火提前（ESA）控制着点火正时。参考晶体管式的运行原理点火线圈点火器信号发生器分电器火花塞1.信号发生器产生点火信号。2.点火器接收点火信号，并使初级线圈的初级电流间断地流动。3.流往点火线圈的初级电流被突然切断时，从而由次级线圈产生高电压电流。4.分电器向火花塞分配由次级线圈所产生的高电压电流。5.火花塞接受高电压电流，并引燃空气燃油混合气。正时提前是通过使用调速器型点火提前器或真空型点火提前器来控制的。参考晶体管式的运行原理提前器弹簧提前器飞锤驱动板
5、提前器板信号转子轴提前信号转子离心式离心式点火提前器点火提前器离心式点火提前器按发动机转速来控制正时提前角。正常情况下，提前器飞锤的位置由其弹簧所决定。由于信号转子轴的转速随发动机转速而增加，使提前器飞锤向外偏转。其结果是信号转子只能提前至规定的角度。参考晶体管式的运行原理断路器板信号发生器膜片膜片弹簧提前角提前杆提前真空式点火提前器真空式点火提前器 真空式点火提前器按发动机负荷来控制正时提前角。膜片通过真空提前杆与断路器板连接,膜片室有真空提前器歧管端口。当节气门稍稍开启时，来自真空提前器歧管端口来的真空吸住膜片，使断路器板转动。其结果是信号发生器移动，并将点火正时提前。参考带电子控制点火提
6、前（ESA）晶体管化型号的运行原理点火线圈点火器传感器分电器火花塞IGTIGFECUECU1.1.发动机ECU接收多个传感器发来的信号，计算出最佳点火正时，并向点火器送出点火信号。（发动机ECU控制正时提前角。）2.2.点火器接收点火信号，并使初级线圈的初级电流间断地流动。3.3.流往点火线圈的初级电流被突然地关断时，从而由次级线圈产生高电压电流。4.4.分电器向火花塞分配由次级线圈所产生的高电压电流。5.5.火花塞接受高电压电流，并引燃空气-燃油混合气。点火系统点火系统的变革点火器ECU传感器火花塞高压线点火线圈（带点火器）点火线圈点火器点火线圈火花塞型型1 1型型2 2IGT1ECU传感器
7、IGT2IGT3IGT4IGT1IGT24.4.DISDIS（直接点火系统）直接点火系统）这种点火系统取消了分电器，使用多个点火线圈直接向火花塞提供高压电。点火正时由发动机电控单元（ECU）中的电子点火提前功能控制。这种点火系统在目前的汽油机中占主导地位。提示提示:图2是两缸同时点火的直接点火系统。压缩行程和排气行程同时点火。点火线圈概述次级线圈火花塞铁芯点火器初级线圈开概述概述点火线圈可产生足以在火花塞电极间引燃火花的高电压。初级和次级线圈都环绕在铁芯上。次级线圈的匝数大约是初级线圈的100倍。初级线圈的一端连接在点火器上，次级线圈的一端连接在火花塞上。两个线圈各自的另一端则连接在蓄电池上。
8、点火线圈运行初级线圈电压恒定电流控制发动机速度点火规定值高OFF 0V触点闭合角控制IGT 信号ON 5V低初级线圈电流火花塞点火线圈点火器运行运行点火器按发动机电子控制单元（ECU）输出的点火信号（IGT）精确地切断或接通流往点火线圈的初级电流。IGTIGT：点火正时信号：点火正时信号点火线圈运行初级线圈电压恒定电流控制发动机速度点火规定值高触点闭合角控制IGT 信号低初级线圈电流点火线圈点火器ON 5V火花塞OFF 0V恒电流控制器恒电流控制器 当初级电流到达规定值时，点火器将调节电流以限定最大电流值。点火线圈运行初级线圈电压恒定电流控制发动机速度点火规定值高触点闭合角控制IGT 信号低初
9、级线圈电流火花塞点火线圈点火器ON 5VOFF 0V凸轮闭合角控制器凸轮闭合角控制器 为保证当发动机转速升高时初级电流有足够持续时间，此控制器调节电流持续的时间长度（凸轮闭合角）。（在某些现今的发动机型号上，此控制器已通过IGT信号来操作）当IGT信号从接通转换至切断时，点火器关断初级电流。初级电流被关断的瞬间，在初级线圈中产生的几百伏的电压，而在次级线圈中产生几万伏的电压，足以使火花塞引燃火花。点火线圈运行G恒定电压电路NE驱动器IGF 信号产生电路IGTIF1IF2初级线圈电流ECUIGF微处理器IGTIGF点火器点火确认信号（点火确认信号（IGFIGF）点火器按发动机ECU的IGT信号，
10、精确地中断点火线圈中的初级电流。当点火成功后，点火器向发动机ECU输送1个点火确认信号（IGF）。如果发动机ECU未受到IGF信号，则可认定点火系统内存在故障。为防止过热造成的不良影响，发动机ECU停止燃油喷射，并将故障代码储存在诊断ECU中。但是，发动机ECU不能探测次级电流电路中的故障，因此发动机ECU只能监视初级电流电路中的IGF信号。提示提示:在有些发动机型号上，IGF信号是通过初级电压判定的。火花塞概述接地电极电阻中心电极端子玻璃密封剂波纹绝缘管陶瓷绝缘体铜芯外壳上杆垫片作用点火线圈次级绕组产生的高压在火花塞的中心电极和接地电极之间产生火花，点燃气缸中的已经压缩的空气燃油混合气。火花
11、塞点火机理火花塞上产生的火花点燃空气燃油混合气，使其爆发，通常称为燃烧。燃烧不会立刻发生，过程如下所述。火花穿过空气燃油混合气从中心电极到接地电极。空气燃油混合气沿着火花的路径被触发，同时产生热量，形成火焰中心。火焰中心触发周围的空气燃油混合气。这样，火焰中心的热量向外扩展，称之为火焰传播，点燃周围的空气燃油混合气。如果火花塞电极的温度太低或电极的间隙太小，电极将吸收火花产生的热量。火焰中心将被熄灭，导致缺火。这种现象称为电极猝熄。如果电极猝熄效应比较明显，则火焰中心将被熄灭。电极越小，猝熄作用越小。电极越方形，越容易放电。某些火花塞为了改善点火性能在接地电极上有一个U形槽，或在中心电极上有V
12、形槽。那些带槽火花塞比电极上不带槽的火花塞具有较小的猝熄作用，以形成较大的火焰中心。同样，还有些火花塞通过较细的电极减小猝熄效应。火花塞点火性能容易放电1 12 2不易放电火花塞间隙放电电压大以下因素影响火花塞的点火性能：1.电极形状和放电性能电极形状和放电性能圆形电极使放电困难，方形或尖形的电极使放电较容易。火花塞经过长时间的使用，电极成了圆形之后，使放电变得困难。因此，火花塞应定期更换。火花塞的电极越细越尖，越容易产生火花。但是，那样的火花塞损耗比较快，使用寿命较短。因此，有些火花塞电极上带白金或铱金，耐耗损。通常称之为白金或铱金火花塞。2.火花塞间隙和击穿电压火花塞间隙和击穿电压当火花塞
13、耗损后，电极间隙变大，发动机可能会缺火。中心电极和接地电极间隙增大后，使得火花跳过电极更困难。因此需要更高的电压来产生火花。所以每隔一定的里程必须调整火花塞电极间隙或更换火花塞。提示提示:如果点火系统能提供足够高的击穿电压，尽管火花塞间如果点火系统能提供足够高的击穿电压，尽管火花塞间隙较大，也能产生强火花，更容易点火。因此市场上有隙较大，也能产生强火花，更容易点火。因此市场上有些火花塞的电极间隙为些火花塞的电极间隙为1.11.1mmmm。白金或铱金电极的火花塞不需要间隙调整，因为它们不白金或铱金电极的火花塞不需要间隙调整，因为它们不容易耗损（它们只需要更换）。容易耗损（它们只需要更换）。火花塞
14、热值热值范围自然温度发动机速度热塞火花塞范围冷塞火花范围热塞火花塞冷塞火花塞自洁温度中心电极温度（C）热值热值由火花塞散出的热量因其形状和材料的不同而不同。火花塞的散热量称为热值。火花塞能散出较多热量的称之为“冷型火花塞”，因为火花塞自身保持较冷。散热量较少的称之为“热型火花塞”，因为自身能够保持较多的热量。火花塞打印（刻上）有数字和字母的组合代码，用来说明其构造和性能。代码因生产厂家的不同而稍有不同。通常，热值越大，火花塞越冷，因为它散热好。热值越小，火花塞越热，因为它不容易散热。火花塞中心电极温度-自洁温度450和自燃温度950之间性能最佳。维修提示维修提示:对于特殊车辆，要根据车型来确定
15、最适当的火花塞热值。安装不同类型的火花塞会干扰火花塞的自洁温度和自燃温度。为了避免这些问题，必须更换特定类型的火花塞。500火花塞热值正常不正常火花塞1.自洁温度当火花塞达到一定温度后，它能烧掉聚集在点火区域内的积碳，以保持点火区域的清洁，此温度称为自洁温度。火花塞的自洁作用发生在电极温度450以上。如果尚未达到自洁温度，意味着电极温度低于450，积积碳会聚集在点火区域。这将导致火花塞缺火。2.自燃温度自燃温度如果火花塞自身成为了热源，不用火花就点燃了空气燃油混合气，此时的温度称为自燃温度。当火花塞电极温度达到950时会发生自燃。如果发生这种现象，将导致点火正时不正确，使发动机功率下降，同时火
16、花塞电极或活塞可能会熔化。火花塞白金火花塞/铱尖火花塞普通火花塞普通火花塞白金火花塞白金火花塞铱铱金金火花塞火花塞白金电极铱电极白金电极在白金火花塞和铱金火花塞上，中心电极和与其相对的接地电极都覆盖着白金和铱的薄层。所以，这样的火花塞，其使用寿命较常规火花塞更长。由于白金和铱金都耐磨，所以这些火花塞的中心电极可以制作得很小，仍能具有优良的引燃火花性能。1.白金火花塞白金火花塞上，白金是焊在中心电极和接地电极的顶端的。中心电极的直径较常规火花塞的要小。2.铱金火花塞铱金火花塞上，铱（较铂有更高的耐磨能力）是焊在中心电极顶端的，但焊在接地电极上的仍是白金。中心电极的直径较白金火花塞的更小。TDI（
17、直接点火系统）概述常规型常规型分电器点火线圈点火器ECUECU点火线圈点火器DIS DIS 型型ECUECU凸轮轴位置传感器火花塞曲轴位置传感器概述概述在直接点火系统（TDI）中，已不在点火系统中使用常规型分电器。取而代之的是对每个气缸提供一个独立的整体式带点火器的点火线圈。因而此系统不需使用分电器或高压电线，所以能降低高电压区的能耗和提高耐用性。同时，因为在高电压区内不再使用触点，还将电磁干扰降到最低。点火正时控制是通过使用电子控制点火提前（ESA）来控制的。TDI（直接点火系统）概述 进气量（发动机负荷）点火正时（正时提前）高高发动机速度ESA ESA 地图地图说明说明电子控制提前点火（电
18、子控制提前点火（ESAESA）发动机ECU接收多个传感器发出的信号，计算出点火正时，并向点火器输出点火信号。可按发动机条件，根据以ESA地形图方式储存在计算机内的最佳点火正时值，连续地计算出点火正时，和常规系统和机械式点火正时控制器相比，用ESA控制器的方法可有较高的精度和设置点火正时的自由。其结果是此系统可更好地节约燃料和动率输出。TDI（直接点火系统）部件1.曲轴位置传感器2.凸轮轴位置传感器3.爆震传感器4.节气门位置传感器5.空气流量计6.水温传感器7.带点火器的点火线圈9.火花塞8.发动机ECUTDI（直接点火系统）部件1.曲轴位置传感器2.凸轮位置传感器3.爆震传感器4.节气门位置
19、传感器5.空气流量计6.水温传感器7.带点火器的点火线圈ECUECU9.火花塞部件部件直接点火系统由下列元件构成：1.1.曲轴位置传感器（曲轴位置传感器（NENE）探测曲轴角度位置（发动机转速）。2.2.凸轮位置传感器（凸轮位置传感器（G G）辨认气缸和行程，并探测凸轮轴正时。3.3.爆震传感器（爆震传感器（KNKKNK）探测发动机的爆震。4.4.节气门位置传感器（节气门位置传感器（VTAVTA）探测节气门的开启角。5.5.空气流量计（空气流量计（VG/PIMVG/PIM）探测进气量。6.6.水温传感器（水温传感器（THWTHW）探测发动机冷却液温度。7.7.带点火器的点火线圈带点火器的点火线
20、圈在最佳正时时，接通和关断初级线圈电流。向发动机ECU发送IGF信号。8.8.发动机发动机ECUECU根据多个传感器发出的信号，产生IGT信号，并将此信号送往带点火器的点火线圈。9.9.火花塞火花塞产生电火花，引燃空气-燃油混合气。TDI（直接点火系统）部件点火器初级线圈次级线圈磁心旋塞盖1.带点火器的点火线圈带点火器的点火线圈此点火器装置由整合在单一单元中的点火器和点火线圈所构成的。过去，高压电流是通过高压电线送往气缸内。现在通过使用带有点火器的点火线圈，可将点火线圈直接连接在每个气缸的火花塞上。因点火线圈和火花塞直接连接，使高压电流过的距离缩短，从而电压损失和电磁干扰也减少。这样点火系统的
21、可靠性也得到提高。TDI（TOYOTA直接点火系统）运行曲轴位置传感器凸轮轴位置传感器爆燃传感器节气门位置传感器空气流量计水温传感器ECUECUIGT1IGT2IGT3IGT4IGF+B火花塞#1火花塞#2火花塞#3火花塞#41.发动机的ECU接收多个传感器发送来的信号，计算出最佳点火正时。（发动机ECU还能实现正时提前控制。）2.发动机ECU往整体式点火线圈体发送IGT信号。IGT信号将按点火顺序（1-3-4-2）送往各个点火器。3.流往点火线圈的初级电流被快速切断。在点火线圈内产生高电压电流。4.当初级电流超过预定值时，IGF信号被反馈回发动机ECU。5.在次级线圈中产生的高电压电流流往火
22、花塞，完成点火。检查检查正常积碳污染机油污染过热检查火花塞检查火花塞当存在裂纹，电极受污，间隙磨损或过大时，就不会产生火花。当火花塞间隙过小时，可能发生熄弧效应。此时即使产生火花也不能引燃燃料。提示提示:如果使用的火花塞热级不适宜，就会造成火花塞电极积碳或熔化。检查检查点火开关起动发动机火花试验火花试验(1)(1)断开全部喷油器接头，使其不能喷射燃油。(2)(2)拆下带点火器的点火线圈和火花塞。(3)(3)重新将火花塞装入点火线圈内。(4)(4)将接头和其连接，将火花塞接地。在此状态下转动曲轴，检查火花塞是否产生火花。这个试验可查明哪个气缸不产生火花。注意注意:火花试验时，转动曲轴不得超过5-10秒钟。2022年9月27日31汽车点火系 王立文
