第九章发动机点火系 第一节发动机点火系概说 汽油机的点火机理 在火花塞电极间加上高电压后,电极间的气体便发生电离现象, 所加电压愈高,气体电离的程度愈高。当电压增高到一定值时, 火花塞两极间的间隙被击穿而产生电火花。使火花塞两电极之间 产生电火花所需要的最低电压,称为击穿电压。当火花塞间隙为 0.5~1.0mm时,发动机冷起动时所需击穿电压约70008000V,实 际工作电压一般在10000~15000V。 击穿电压的高低与两电极之间的距离(火花塞间隙)、气缸内 压力和温度的大小有关。火花塞间隙愈大,气缸内气体压力愈高, 温度愈低时,则击穿电压愈高。 击穿电压的高低与火花塞间隙内的可燃混合气浓度也有关, 气缸内稀薄混合气难以点燃。为了提高汽油机压缩比,希望点燃 稀薄可燃混合气,但应保证火花塞间隙内混合气浓度较浓,离开 火花塞距离愈远,混合气浓度愈稀,这样,既保证了正常的火焰 传播速率,又能使气缸内总体空间平均的混合气浓度较为稀薄, 远远超过了火焰传播上限(分层充气进气方式)
第九章 发动机点火系 第一节 发动机点火系概说 一、汽油机的点火机理 在火花塞电极间加上高电压后，电极间的气体便发生电离现象， 所加电压愈高，气体电离的程度愈高。当电压增高到一定值时， 火花塞两极间的间隙被击穿而产生电火花。使火花塞两电极之间 产生电火花所需要的最低电压，称为击穿电压。当火花塞间隙为 0.5~1.0mm时，发动机冷起动时所需击穿电压约7000~8000V，实 际工作电压一般在10000~15000V。 击穿电压的高低与两电极之间的距离（火花塞间隙）、气缸内 压力和温度的大小有关。火花塞间隙愈大，气缸内气体压力愈高， 温度愈低时，则击穿电压愈高。 击穿电压的高低与火花塞间隙内的可燃混合气浓度也有关， 气缸内稀薄混合气难以点燃。为了提高汽油机压缩比，希望点燃 稀薄可燃混合气，但应保证火花塞间隙内混合气浓度较浓，离开 火花塞距离愈远，混合气浓度愈稀，这样，既保证了正常的火焰 传播速率，又能使气缸内总体空间平均的混合气浓度较为稀薄， 远远超过了火焰传播上限（分层充气进气方式）
、汽油机点火系 1、定义一能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备,称为 发动机点火系。 2、要求一按照发动机各缸的点火次序,在一定的时刻供给火花塞 以能量足够的高压电,使火花塞两电极之间产生足够强的电火花, 点燃被压缩的可燃混合气,从而使发动机作功。 3、分类一按照点火系的组成及产生高压电的方法不同,分为蓄电 池点火系、半导体点火系、磁电机点火系和微机控制点火系。 本章只介绍传统汽车蓄电池点火系的工作原理及组成,磁电机 点火系应用在摩托车发动机中,半导体点火系及微机控制点火系 内容及电源、起动电机等其它电器知识在以后的《汽车电器及电 子控制技术》课程中介绍。 4、蓄电池点火系一由蓄电池或发电机供给12V或24V的低压直流 电,借点火线圈和断电器将低压电转变为高压电,再通过配电器 分配到各缸火花塞,使两电极之间产生火花,点燃可燃混合气。 汽车一般为12V电源,由蓄电池供给低压直流电,发电机给蓄电 池充电
二、汽油机点火系 1、定义—能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备，称为 发动机点火系。 2、要求—按照发动机各缸的点火次序，在一定的时刻供给火花塞 以能量足够的高压电，使火花塞两电极之间产生足够强的电火花， 点燃被压缩的可燃混合气，从而使发动机作功。 3、分类—按照点火系的组成及产生高压电的方法不同，分为蓄电 池点火系、半导体点火系、磁电机点火系和微机控制点火系。 本章只介绍传统汽车蓄电池点火系的工作原理及组成，磁电机 点火系应用在摩托车发动机中，半导体点火系及微机控制点火系 内容及电源、起动电机等其它电器知识在以后的《汽车电器及电 子控制技术》课程中介绍。 4、蓄电池点火系—由蓄电池或发电机供给12V或24V的低压直流 电，借点火线圈和断电器将低压电转变为高压电，再通过配电器 分配到各缸火花塞，使两电极之间产生火花，点燃可燃混合气。 汽车一般为12V电源，由蓄电池供给低压直流电，发电机给蓄电 池充电
5、搭铁一汽车发动机点火系线路与其它电器设备线路一样,均采 用单线制联结,即电源的一个电极用导线与各用电设备相联,而 另一个电极则通过发动机机体、汽车车架和车身与各用电设备相 联,称为搭铁,相当于接地。既可以以电源的负极搭铁,也可以 以电源的正极搭铁,汽车发动机点火系一般以电源的负极搭铁。 此时点火线圈的线路一般使火花塞的中心电极为负极,侧电极为 正极,由于电子容易从温度高的中心电极向温度低的侧电极发射 (高压电流方向从正极流向负极),因此,可降低击穿电压 15~20%左右
5、搭铁—汽车发动机点火系线路与其它电器设备线路一样，均采 用单线制联结，即电源的一个电极用导线与各用电设备相联，而 另一个电极则通过发动机机体、汽车车架和车身与各用电设备相 联，称为搭铁，相当于接地。既可以以电源的负极搭铁，也可以 以电源的正极搭铁，汽车发动机点火系一般以电源的负极搭铁。 此时点火线圈的线路一般使火花塞的中心电极为负极，侧电极为 正极，由于电子容易从温度高的中心电极向温度低的侧电极发射 （高压电流方向从正极流向负极），因此，可降低击穿电压 15~20%左右
第一节蓄电池点火系的组成与工作原理 、组成 12 9-1蓄电池点火系的组成 1一点火开关;2点火线圈;3配电器;4-断电器;5-电容器;6火花塞;7-高压导线;8-阻尼电阻;9起动机;10-电 流表;11-蒿电池;12-附加电阻
第一节 蓄电池点火系的组成与工作原理 一、组成
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 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3的作用而加强磁场。当断电器凸轮7顶开触点臂8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 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 生火花 图9-2点火系电路简图 1-薔电池;2-点火线圈;3-铁芯;4-初级绕组;5-次级绕组;6-电容器;7-断 电器凸轮;8-触点臂;9断电器触点;10-断电器;11-火花塞
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 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3的作用而加强磁场。当断电器凸轮7顶开触点臂8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 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 生火花。 dt d N = −
点火线圈次级绕组中的感应电,阻查画是师五 1 压称为次极电压,其中通过的电嘿 点火阄_ 流称为次极电流,相应的电路称 为次极电路或高压电路。 断电器触点刚断开时,次极 电压达到峰值,称为发火电压。 99 蓄电池电压 随后迅速衰减。次极电压波形应 保证必要的火花持续时间,此期 发火也压 间内的次极电压波形大于击穿电15 压(又叫穿透电压或火花电压) 发火线 °会jC 断电器触点闭合时,初级电3一 流并不立即达到欧姆定律所指的憝 稳定值(IV/R),而是经过 0 定时间后才能达到。因此,初级 电流的高低与断电器触点的闭合 10 20 ( 时间有关。蓄电池点火系发动机 愈高,次极电压愈低,就是因为转速升高后,断电器触点闭合
点火线圈次级绕组中的感应电 压称为次极电压，其中通过的电 流称为次极电流，相应的电路称 为次极电路或高压电路。 断电器触点刚断开时，次极 电压达到峰值，称为发火电压。 随后迅速衰减。次极电压波形应 保证必要的火花持续时间，此期 间内的次极电压波形大于击穿电 压（又叫穿透电压或火花电压）。 断电器触点闭合时，初级电 流并不立即达到欧姆定律所指的 稳定值（I=V/R），而是经过一 定时间后才能达到。因此，初级 电流的高低与断电器触点的闭合 时间有关。蓄电池点火系发动机 转速愈高，次极电压愈低，就是因为转速升高后，断电器触点闭合
时间缩短,初级电流减小,导致初始磁通量减小,断电器触点断 开时引起的磁通量变化率减小,次级绕组中产生的感应电动势降 低。 断电器触点旁一般并联一只电容器,其作用是消除自感电流的不 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。 「再 11个1 20} 175/m肉 J3000 n/(r min-IN 图10=6蠕杋璁对初级电流与次级电压的影响 图10=49级电流的变化 )内癌桃秤器对囊电的影响b)次级电压随内燃怜变化的规你
时间缩短，初级电流减小，导致初始磁通量减小，断电器触点断 开时引起的磁通量变化率减小，次级绕组中产生的感应电动势降 低。 断电器触点旁一般并联一只电容器，其作用是消除自感电流的不 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
多缸发动机蓄电池点火系工作原理 断电器凸轮由配气凸轮轴驱动,曲轴每旋转2周,断电器凸轮转 1周,各缸发火一次,因此,断电器凸轮的凸棱数等于发动机的气 缸数。汽车发动机一般只有一个点火线圈,因此次极绕组的接头 应按各缸发火次序依次与各缸火花塞的中心电极接通,这是由配 电器上的分电器盖(中心电极与次极绕组接通,与气缸数相等的 侧电极与各缸火花塞中心电极接通)与分火头实现的。 11 图9-3蕃电池火系工作示意图 B)触点闭合;b)触点分开 配电器的中心电极;2-侧电极;3-分火头;4-次级绕组;5初级绕组,6-点火开关;7-活动触点臂;8-固定触点 9-电容器;10-凸轮;11-火花塞
三、多缸发动机蓄电池点火系工作原理 断电器凸轮由配气凸轮轴驱动，曲轴每旋转2周，断电器凸轮转 1周，各缸发火一次，因此，断电器凸轮的凸棱数等于发动机的气 缸数。汽车发动机一般只有一个点火线圈，因此次极绕组的接头 应按各缸发火次序依次与各缸火花塞的中心电极接通，这是由配 电器上的分电器盖（中心电极与次极绕组接通，与气缸数相等的 侧电极与各缸火花塞中心电极接通）与分火头实现的
四、如何解决蓄电池点火系高、低速之间的矛盾? 发动机低速运转时,初级电流大,次极电压高,点火可靠;发动机 高速运转时,初级电流小,次极电压低,容易失火。如果点火线圈 按高速时设计,低速时初级电流过大,线圈初级绕组易过热;反之, 按低速时设计,高速时易失火,点火不可靠。解决的办法是在低压 电路中串联一个附加电阻,其电阻值随工作温度高低而变化(温度 愈高,电阻值愈大),从而满足高低速时的初级电流大小的要求 起动时,起动电机工作使蓄电池端电压急剧下降,初级电流大幅度 减小,次级电压降低,起动 后,起动电机不再工作,初 级电流恢复,次级电压升高 为使起动时点火可靠,如图 所示,起动时起动继电器触 点8闭合,起动机电磁开关 的线圈通电,电磁开关触盘 7接通附加电阻短路接线柱6, 附加电阻短路初级电流增大 图9-4具有附加电阻的点火线圈接线示意图 l1-点火线图;2-附加电阻;3-断电器触点;4“蓄电池;5-起动机; 次级电压升高。 6-附加电阻短路接线柱;7-起动机开关接触盘;8-起动继电器触 点;9-点火开关
四、如何解决蓄电池点火系高、低速之间的矛盾？ 发动机低速运转时，初级电流大，次极电压高，点火可靠；发动机 高速运转时，初级电流小，次极电压低，容易失火。如果点火线圈 按高速时设计，低速时初级电流过大，线圈初级绕组易过热；反之， 按低速时设计，高速时易失火，点火不可靠。解决的办法是在低压 电路中串联一个附加电阻，其电阻值随工作温度高低而变化（温度 愈高，电阻值愈大），从而满足高低速时的初级电流大小的要求。 起动时，起动电机工作使蓄电池端电压急剧下降，初级电流大幅度 减小，次级电压降低，起动 后，起动电机不再工作，初 级电流恢复，次级电压升高。 为使起动时点火可靠，如图 所示，起动时起动继电器触 点8闭合，起动机电磁开关 的线圈通电，电磁开关触盘 7接通附加电阻短路接线柱6， 附加电阻短路初级电流增大， 次级电压升高
第二节点火提前 最佳点火提前角随发动机转速和负荷(节气门开度表示)的变 化而变化。当节气门开度一定时,发动机转速升高,燃烧过程所 占曲轴转角增大,最佳点火提前角增大。否则,后燃损失增加, 发动机功率和燃油经济性下降。当发动机转速一定时,随着节气 J开度增大,最佳点火提前角应适当减小。因为,节气门开度增 大时,气缸内废气稀释现象减轻,混合气浓度增加,而且,进入 气缸内的可燃混合气增多,压缩终了时的压力和温度增高,均使 发动机爆燃倾向增加,应适当推迟点火提前角,避免爆震现象的 发生。 蓄电池点火系 中一般都设有两 套自动调节点火 提前角的装置。 套是离心式点 火提前调节装置, 套是真空式点 图9-5不同点火时刻的发动机示功图 火提前调节装置。 a)点火过迟;b)点火适时;c)点火过早
第二节 点火提前 最佳点火提前角随发动机转速和负荷（节气门开度表示）的变 化而变化。当节气门开度一定时，发动机转速升高，燃烧过程所 占曲轴转角增大，最佳点火提前角增大。否则，后燃损失增加， 发动机功率和燃油经济性下降。当发动机转速一定时，随着节气 门开度增大，最佳点火提前角应适当减小。因为，节气门开度增 大时，气缸内废气稀释现象减轻，混合气浓度增加，而且，进入 气缸内的可燃混合气增多，压缩终了时的压力和温度增高，均使 发动机爆燃倾向增加，应适当推迟点火提前角，避免爆震现象的 发生。 蓄电池点火系 中一般都设有两 套自动调节点火 提前角的装置。 一套是离心式点 火提前调节装置， 一套是真空式点 火提前调节装置
