1、第五章第五章 汽车点火系统汽车点火系统第二节 传统触点式点火系统的组成与构造一、基本组成 点火系内有两个相互独立的电路：初级电路和次级电路。初级电路也叫做低压电路，其电压就是蓄电池电压，大约12V。次级电路也叫做高压电路，高压电路的工作电压在500050000V之间，具体电压值由所用的点火系统类型而定。点火系的初次级电路主要由蓄电池、发电机、点火开关、点火线圈、附加电阻、分电器、电容器及火花塞等电器件组成。1蓄电池、发电机是点火系的能量来源。2点火开关的作用是接通或切断提供给点火系的电流。3点火线圈的作用是将汽车电源的低电压变为高电压。4附加电阻的作用是在发动机运转期间控制流经点火线圈初级线圈
2、的电流大小。5分电器的作用是接通和切断低压电路，使点火线圈及时产生高压电，并按发动机各缸的点火顺序送至火花塞，同时能根据发动机的转速和负荷调整点火时间（提前和推迟）。6电容器的作用是减少断电器触点火花电能，避免触点烧蚀，延长其使用寿命，提高点火的电压。7火花塞的作用是将高电压引入燃烧室，产生电火花，点燃混合气。其中低压电路为电源电流表点火开关断电器触点点火线圈初级线圈；而高压电路为高压点火线圈次级线圈分电器配电器分缸高压线火花塞。二、点火线圈 将蓄电池的12V电压升高为几万伏的高压，点火线圈是利用电磁互感原理制成的。下图显示初级线圈和次级线圈之间的关系。当断电器触点分开而导致初级线圈的电流突然
3、切断时，在初级线圈与次级线圈之间便会产生互感效应，导致点火线圈的次级产生高压电。电动势的大小磁通量、线圈绕阻数、磁通变化速率（一）点火线圈的构造 点火线圈按按有无附加电阻可分为带附加电阻型和不带附加电阻型；冷却方式的不同，可分为沥青式和油浸式；按接线柱的多少可分为两接柱式和三接柱式。点火线圈的基本功用是将蓄电池或发电机提供的低电压，变成能击穿火花塞间隙的高电压(可达1020kV)。下图左是两接柱式点火线圈，下图右是带有附加电阻的三接柱式点火线圈。(1)绝缘座 由陶瓷或玻璃制成，一面有突起的环形瓷裙，用作外壳底部与绕组之间的绝缘。(2)铁芯 由条形硅钢片叠成，片间利用氧化薄层或涂绝缘漆隔离，作用
4、是增强磁通进行电磁感应。(3)高压绕组 又称次级绕组，由一定规格的漆包铜线绕匝而成，其作用是产生互感高电压。(4)低压绕组 或称初级绕组，也是用一定规格的漆包铜线绕匝而成，其功能 是 利 用 绕 组 内 电 流 的 变 化 实 现 电 磁 互 感。绕组一般在次级绕组的外面，以便散热。(5)导磁钢套 用硅钢片卷成，套装于绕组的外围，使铁芯形成半封闭式磁路，减少漏磁，提高电磁互感效果。(6)外壳 用薄钢板冲压而成，用于封装内部构件并与胶木盖相扣合。(7)胶木盖 用优质绝缘胶木粉在钢模中热压制成，有较好的耐热耐高电压性能，其外部中心凸起，为高压输出的插线孔，旁边有三个低压接线柱；内部有环形凸缘以增强
5、绝缘。其作用除与外壳扣接构成整体以外，主要是连接高、低压电路。（二）点火线圈的工作原理 1.断电器触点闭合 电流从蓄电池流经初级线圈的正端子、负端子、断电器触点至接地。结果，线圈周围便产生了磁力线。2.断电器触点分开 当凸轮轴转动时，分电器凸轮使触点分开，于是流经初级线圈的电流便突然中断。结果，在初级线圈内产生的磁通开始减弱。由于初级线圈的自感效应和次级线圈的互感效应，每个线圈内部产生电动势，阻止已有的磁通减弱。自感电动势升至约500V，而互感电动势升至约30kV，火花塞间隙被击穿放电。电流中断时间越短，磁通变化越快，产生的感应电动时就越高。3.断电器触点再次闭合 当断电器触点再次闭合时，电流
6、又开始流入初级线圈，初级线圈的磁通开始增加。由于初级线圈自感效应，产生一反电动势，阻止初级线圈内的电流增加。结果，电流并非突然增加，次级线圈内产生的互感电动势很低，不能击穿火花塞间隙。（三）点火线圈附加电阻 附加电阻为热敏电阻，一般用低碳钢丝或纯镍丝、铁铬铝丝、镍铬丝绕成螺管形，夹在两块绝缘瓷板之间。电阻的两端分别压接在点火开关和起动开关两个接柱上。三、分电器 分电器又称配电器总成，是点火系中结构最复杂、功能最多的一个组件。分电器包括下列部件：断电器部件（断电器触点等），配电器部件（分电器盖、分火头等），转子，点火提前装置（调速器点火提前调节装置、真空点火提前调节装置、辛烷值选择器等）和电容器
7、。其构造如图所示。（一）断电器 断电器的作用是周期地接通和断开初级电路，从而在点火线圈中感应生成次级电压，其构造如图所示，核心部分是一对钨质的触点。其中的固定触点及托板套在销钉上并用螺钉固定在底板上。活动触点臂的一端固定有活动触点，另一端通过绝缘套安装在销钉上。断电器触点接触面很容易被初级线圈自感电动势所产生的高压电火花烧蚀，形成氧化层，如果氧化过多或有其它相关故障，则必须更换触点。断电器触点对发动机的性能好坏至关重要，所以，必须定期检查，特别注意下述几点：（1）断电器触点接触不良；（2）触点间隙或顶块间隙；（3）触点闭合角。1.断电器触点接触不良，如下图。2.断电器触点间隙与顶块间隙 两触点
8、分开时的最大间隙称为触点间隙，一般规定为0.35mm0.45mm。间隙过小，触点间易出现火花而烧毁触点，导致初级电路接触不良。间隙过大，则触点闭合时间缩短，使初级电流减小，次级电压变低。触点间隙的大小可以通过如图中的偏心调节螺钉调整。3.触点闭合角 触点闭合角是指断电器触点由断电器臂弹簧闭合至下一个凸轮凸起部将其分开的这段时间内，分电器轴(凸轮)所转过的角度,如图所示。1）触点间隙大 触点间隙越宽，触点闭合的时间就越短(触点分开得早，闭合得迟)。结果，触点闭合角越小，点火提前角越大。2）触点间隙小 触点间隙越小，触点闭合时间就会越长(触点分开得迟，闭合得早)。结果，触点闭合角就会越大，点火提前
9、角越小。（二）配电器 配电器的功用是将点火线圈中产生的高压电，按照发动机的点火次序轮流分配到各气缸的火花塞上。它主要由分电器盖和分火头组成，如图所示。由点火线圈的高压接线头引出的中央高压导线插入高压中心插孔中，在中心插孔的下部装有中心高压炭精触头，并借弹簧力与分火头上的导电片紧密接触，由侧插孔引出的高压线应按发动机工作次序分别与相应各气缸火花塞的中心电极相连。注意：如果分电器盖上有灰尘或湿气，可能在盖的表面发生跳火(高压电流产生电弧)，在电极间产生短路。（三）电容器 汽车发动机点火系用的电容器通常是纸质的如图所示。电容器的外壳通过固定螺钉与分电器外壳相连接地，引出线与分电器的低压接线柱相连，从
10、而实现与断电器触点并联，如图5-27所示。当初级电流切断的速度越快，次级线圈的感应电动势就越大。但是由于自感效应，初级电流的突然切断会在初级线圈产生约500V电压。如果没有电容器，那么在断电器触点分开的瞬间，电流以电火花的形式跨过触点，初级电流将不能立刻切断。而当电容器与触点并联时，断电器触点分开，初级线圈产生的自感电动势就暂时“存储”在电容器中，使初级电流迅速切断。（四）点火提前调节装置1.点火正时 当活塞在压缩尚未到达上止点以前的某一时刻点火，使混合气充分燃烧，产生出最大爆发力，正好全力推动活塞下行做功，这个时间上的配合就称作点火正时，如图所示。从某缸火花塞跳火到该缸活塞到达压缩行程上止点
11、曲轴转过的角度称为点火提前角。能够实现发动机输出功率最大、排放合理的点火提前角就称为最佳点火提前角。最佳点火提前角最主要的影响因素是发动机转速和负荷。在发动机点火系中，一般设有两套自动调节点火提前角的装置。一套能随发动机转速的变化而自动改变点火提前角（即离心式点火提前调节装置）；另一套则主要按发动机负荷不同而自动调节点火提前角（即真空式点火提前调节装置）。此外，最佳点火提前角还与所用的汽油品质有关，当发动机更换不同牌号的汽油时，必须相应的调节点火提前角，因此点火系中还专门设计了辛烷值调节装置。2.初始点火正时 初始点火正时是指点火提前装置尚未运作，发动机怠速运转中的时间配合。初始点火正时对应的
12、曲轴角称作“基本曲轴角”。基本曲轴角也正是点火发生时，1号气缸压缩到一定阶段的适当时刻。初始点火正时由改变分电器相对于发动机的安装位置来调整。其方法是：转动分电器，直至曲轴皮带轮上的装配记号和发动机正时齿轮箱上的记号对正(用正时灯检查)。注意，因为火焰扩散速度取决于发动机排量及燃烧室形状，所以初始点火正时随发动机型号而异。其调整程序细节及规范，因动机不同而异，请参看有关发动机的修理手册。3.离心式点火提前调节装置 离心式点火提前调节装置通过改变凸轮与断电器顶块之间的相对位置来改变触点打开的时刻，从而改变点火提前角。不管发动机的转速是多少(只要空-燃比不变)，火焰扩散时间几乎是不变的，所以在火焰
13、扩散期内曲轴转角随发动机转速升高而增大。换言之，随发动机转速的提高，火焰扩散时间就相对变长(12)，如图所示，最大燃烧压力点推后。所以，随发动机转速的增加，离心式点火提前调节装置将点火正时提前，使最大燃烧压力总是最佳位置（一般为上止点后10左右）。离心式点火提前调节装置通过改变凸轮与断电器顶块之间的相对位置来改变触点打开的时刻，从而改变点火提前角。此装置的构造及工作原理如图所示，在分电器轴上固定有托板，两个重块分别套在托板的轴销上，另一端由弹簧拉在托板上。凸轮和带孔拨板套在分电器的上端，而带孔拨板的长方形孔则插在重块的销钉上。当发动机转速增大时，重块的小端在离心力作用下克服弹簧拉力向外甩开，其
14、上的销钉推动带孔拨板和凸轮沿原来旋转方向相对于轴转过一个角度，使凸轮提前顶开触点，点火提前角增大。当发动机转速增加到一定程度，销钉靠在拨板长方形孔的外缘时，重块便不能继续向外甩，点火提前角也就不能再继续增加。当发动机转速降低时，弹簧将重块拉回，提前角自动减小。发动机不工作时，弹簧将两重块的小端拉至图虚线所示的位置。离心式点火提前调节装置的工作特性取决于并联的两个弹簧的总刚度(两个弹簧的刚度不同，一根弹簧粗、一根弹簧细，或两个弹簧的长度不同，一根长、一根短，导致两根弹簧起作用的时间不同)。当发动机转速增至相当高时，混合气在气缸内的紊流使火焰扩散速度加快。因此，在发动机高转速时，就没有必要根据转速
15、提前点火正时。而采用两个不同刚度的弹簧，当发动机转速低的时候，弹簧的总刚度比较低，飞块容易张开，点火提前角随着转速的增加将增大得比较快；当发动机转速高时，弹簧的总刚度就比较高，飞块比较难继续张开，点火提前角随着转速的增加将增大得比较慢。离心式点火提前装置特性如图所示。4.真空式点火提前调节装置。它的作用主要是随发动机负荷的变化(歧管真空度)而自动调节点火提前角。发动机载荷越轻，真空点火提前调节装置将点火时刻提前的越大，使最大燃烧压力总是保持在最佳位置（一般为上止点后10左右）。真空式点火提前调节装置依靠改变触点与凸轮的相位关系的方法来进行调节的。其结构及工作原理见图，调节装置外壳固定在分电器外
16、壳上，其内腔被膜片分隔成两个气室：左气室通大气，右气室是真空室，通过真空连接管与化油器下体上的一个专设的小通气孔相通，该孔在节气门怠速开度时，正处于节气门前方。拉杆一端固定于膜片的中央，另一端与断电器底板的销钉相连。当发动机小负荷工作时，节气门开度小，节气门后的真空度增大并从小通气孔经真空连接管传入右气室，克服弹簧的预紧力，将膜片带动拉杆向右吸过一段距离(如上图a)。与此同时，断电器底板连同触点相对于凸轮逆向转动一个角度，从而实现了点火提前。在发动机转速一定时，节气门后的真空度只取决于节气门开度。节气门开度越小(负荷越小)，通气孔处真空度就越高，点火提前角也越大。当发动机全负荷工作时，节气门全
17、开，通气孔处的真空度不大，真空式调节装置不工作。弹簧通过膜片和拉杆使断电器底板处于点火提前角调节量为零的位置(如上图b)。当发动机怠速运转时，节气门接近全关(如上图c)。此时因通气小孔的位置在节气门前方，而该处的真空度几乎为零，于是真空式调节装置的弹簧将断电器底板推回到点火提前角真空调节量为零的位置，真空式调节装置不起作用。这是因为怠速时转速很低，不需要点火提前。5.辛烷值校正器 在发动机换用不同辛烷值的汽油时，用此装置改变初始的点火时刻(前述两种自动调节装置即在此基础上进行工作)。要最大限度地利用气缸内的爆发力，点火正时就必须根据汽油辛烷值进行调整。如果使用低辛烷值汽油，汽油着火点(温度)低
18、于标准汽油，从发生火花至点火和燃烧的时间较短，燃烧速率(火焰扩散率)快。这样，最高燃烧压力发生在上止点后10度以前。这样将导致气缸内压力变得太大，容易使发动机产生爆震。从下图可以看出，使用低辛烷值汽油，点火正时必须滞后，而使用高辛烷值汽油，点火正时必须提前。辛烷值校正器可以通过改变真空调节器的弹簧来改变点火提前角，也可以通过改变触点与凸轮的相位关系(如下图)的方法来调节点火提前角的。由以上所述可知，离心式点火提前调节装置、真空式点火提前调节装置和辛烷值校正器三者在工作时能各自独立起作用，实际的点火提前角是三者作用效果的综合。注意：由于用辛烷值选择器改变了点火提前角，对发动机的排放性能有很大影响
19、，所以安装有废气排放污染物控制系统的发动机上，不安装辛烷值选择器。四、火花塞（一）火花塞的结构型式 火花塞的功能是将点火线圈产生的高压电引进燃烧室，并在其两个电极间产生电火花以点燃空气-燃油混合气。中心电极是一根穿过火花塞中心的粗金属线，它的作用是将电流从高压线传到燃烧室，它的上部和下部暴露在外面。绝缘体是一个包住中心电极的陶瓷壳。高压导线接头套接在螺母的上端。火花塞金属壳带有螺纹，用于将火花塞安装到气缸盖上。弯曲的侧电极焊接在金属壳体的底端，借此直接搭铁。中心电极和侧电极一般都分别采用不同的镍锰合金钢制成侧电极距离中心电极0.6-0.8mm，这个距离也就是火花塞的跳火间隙。（二）火花塞的热值
20、 火花塞热值是指火花塞的热特性，即火花塞将燃烧热从点火端传给发动机气缸盖的速度快慢程度，如下图。其中火花塞绝缘体裙部的工作温度直接影响到火花塞热值。火花塞绝缘体裙部指紫铜垫圈以下的绝缘体部分，它与燃烧的气体直接接触而吸收大量的热。冷型火花塞：绝缘体裙部短的火花塞，吸热面积小，传热路程短，火花塞裙部的工作温度低。热型火花塞：绝缘体裙部长的火花塞，吸热较多而传热较慢，火花塞裙部的工作温度高。对于具有高压缩比的高速发动机，由于燃烧过程中缸内气体温度高，火花塞散热时间又短，要想使火花塞绝缘体裙部温度适宜，需要使用冷型火花塞，而对于低压缩比且转速较低的发动机，气缸内的温度较低，火花塞散热时间较长，所以应
21、该选用热型火花塞。在国产火花赛中，绝缘体群部T长度为8mm的可划为冷型，长度为11mm和14mm的属于中型，长度为16mm和20mm的则为热型。（三）影响火花塞温度的因素（四）影响火花塞跳火电压的因素 火花塞所需的电压也会随各种各样的因素而变化。下图表明新型和老型火花塞需要点火系提供不同的电压。图中顶部的曲线是点火系所能提供的电压曲线，底部的曲线是新型火花塞跳火所需的电压曲线。使用老型火花塞时，产生火花所需的电压更高，所以当老型火花塞在加速时可能会失火，如图中中间曲线所示。另有一些因素也会影响火花塞跳火电压，下图列举了一部分影响因素。图a表明，随着压缩压力的增加，火花塞跳火所需的电压也增加；图
22、b表明，加大火花塞间隙时，所需的电压也增加；图c表明，随着节气门开度或负荷的增加，所需电压也增加；图d表明当发动机点火正时提前时，所需电压下降。（五）火花塞设计变型 汽车制造厂家根据实际需要，往往设计了许多结构不同的火花塞，我们可以从火花塞编号看出各个火花塞的特征，且各个火花塞制造厂家的火花塞的编号规则不同。以RVl8YC4为例，说明各位数码的含义如下：R-电阻型火花塞；V-火花塞壳的结构型式；18-火花塞热值；Y-点火端的结构型式；C-点火端的结构形式；4-大间隙火花塞。（六）长寿命火花塞（白金火花塞）目前，许多制造厂家推荐使用长寿命火花塞，其结构如图所示。它采用了镀镍壳体，提高了耐腐蚀性。
23、它的中心电极通采用铜芯，这样可减轻低速时的火花塞积炭。此外，中心电极和侧电极均采用铂尖，这样可以减轻电火花烧蚀和腐蚀现象。一般情况下，这种火花塞每隔60000-10000公里更换一次。然而，铂尖火花塞的价格往往高于标准火花塞。（七）长尖火花塞 长尖火花塞的火花塞尖部深深地伸入燃烧室中，如左下图所示。长尖火花塞有助于减轻低温时的火花塞积炭。（八）大间隙火花塞 目前，为了降低汽车的排放污染物，常常采用稀混合气。间隙为0.8mm的普通火花塞产生的火花可能无法点燃这样的稀混合气，于是，制造厂家就开发了高能点火系和计算机控制点火系，这些系统采用了具有更大间隙的火花塞，火花塞间隙(1.5-2.0mm)有助
24、于提高发动机性能，并降低排放，如右下图所示。（九）火花塞密封面 密封面是用于实现燃烧室的密封，不让可燃混合气通过火花塞而泄漏到大气中。在火花塞上采用了两种密封面。最常见的火花塞密封形式是使用平的密封面和一个压缩垫圈。当将火花塞拧紧到规定力矩时，密封垫圈压缩，因而有助于气缸和燃烧室的密封。另一种密封就是采用锥形的密封面，如图所示)，这种密封锥面不需要采用压缩垫圈，将火花塞与气缸盖之间直接密封。当火花塞被拧紧至规定力矩时，密封锥面被挤入气缸盖，从而实现可靠的密封。五、点火开关 目前大多数点火开关做成钥匙锁形式。点火开关的种类较多，通常按接线柱的多少可分为两接柱式、三接柱式和四接柱式，如图所示。三接柱式点火开关有三个接柱，一个接电源，一个接点火线圈的低压“电源-开关”接柱，另一个接其他用电设备(如电气仪表等)。而四接柱式点火开关比三接柱点火开关多了一个锁止档。目前，汽车点火开关朝着一体化多功能的方向改进，即点火开关除接通与切断点火系电源外，还可控制起动机、收音机、录音机、汽车防盗系统等。
