汽车点火系统的作用及工作原理

一． 点火系统的功能和基本工作原理 点火系统的基本功能是依据发动机的工作顺序适时的向发动机提供强烈的高压火花。点火系统的功能体现在点火的时机和产生点火火花的强度。要实现摩托车上的12V低压直流电转化为可以产生足够强度火花的高压电，只有采用变压器通过次级线圈和初级线圈的较大比值来产生高压电。点火系统一般由控制初级线圈通断的开关、产生高压电的点火线圈和将高压电变成点火火花的火花塞构成。系统的蓄电池提供12V的电源，通过断电开关接通和切断初级线圈中的电流，这样在次级线圈中就会产生高达上万伏的高压电。当断电开关闭合时初级线圈中有电流通过并且电流值随着闭合时间的增长而不断的提高，当开关突然打开时由于电磁感应在次级线圈中便产生足够的电压并将该电压加到火花塞上使其产生火花点燃混合气。 二． 点火系统基本参数 1． 闭合角。点火系统中初级线圈电流的大小决定了点火系统的能量的高低，直接影响着发动机性能的发挥。初级电流的大小是由初级线圈的接通时间决定的，因此初级电路的接通时间便成为点火控制的一个重要的指标。当初级线圈接通时间越长线圈电流越大开关断开时在次级线圈上产生的感应电动势越高，点火的能量也就越强混合气越容易点燃；但电流过大会造成点火线圈过热和电源负荷的增加。因此，科学的控制初级线圈电路的接通时间成为点火控制的主要内容之一。由于在传统触点控制点火系统中，初级点火线圈电路中的开关为分电器机械触点，初级电路中的电流大小是通过触点闭合时间对应的分电器轴转角即闭合角来控制的，因此通常用闭合角来表示初级线圈电路的接通时间。为了使发动机在每一工况下点火系统都能产生一定强度的高压火花，要求初级线圈在开关断开是的电流具有稳定的值。而决定初级线圈中电流大小的因素主要是线圈通电时间和发动机系统电压。因此要求初级线圈电路接通时间能随电源电压的变化而变化，当电源电压降低是增加通电时间；当电源电压升高时能够缩短通电时间。对于闭合角控制来说，就是要求其值不但能够随着电源电压的变化而变化，而且要随着发动机转速的变化而变化。因为在对应同样的时间，发动机转速越高，分电器转过的角度越大，闭合角也越大；反之则然。 2． 点火提前角。点火时刻是点火系统控制的最重要的要素，因为点火时刻决定了 高压点火产生的时刻与发动机工作过程之间的配合关系。为了提高发动机的燃烧效率，提高其动力性、经济性及获得较低的排放污染，要求在发动机压缩行程进行到上止点前一定的曲轴转角处切断点火线圈初级线圈中的电流开始点火。这样对于理论意义上的点火时刻来说就是提前了一个曲轴转角，这个提前的角度就是点火提前脚。发动机工作中，对应不同的工况都有一个使其燃烧过程进行得最佳的点火时刻，这样的时刻用点火提前角表示即为最佳点火提前角。在正常情况下，发动机工作的最佳点火提前角与发动机的转速和负荷关系密切。 三． 点火系统的种类与特点 由于发动机点火时刻和初级线圈电流的不同控制方法，产生了不同的点火系统。按点火系统的不同发展阶段可分为：传统机械触点点火系统、无触点点火系统、微机控制式电子点火系统和微机控制式无分电器电子点火系统。 1． 传统机械式触点点火系统：传统的点火系统其点火时刻和初级线圈电流的控制是由机械传动的断电器触点来完成的。由发动机凸轮轴驱动的分电器轴控制着断电器触点的张开、闭合的角度和时刻与发动机工作行程的关系。为了使点火提前角能随发动机转速和负荷的变化自动调节，在分电器上装有离心式机械提前装置和真空式提前装置来感知发动机的转速和负荷的变化。机械式点火系统最大的缺点是因为断电器与驱动凸轮之间机械联动因此闭合角不能变化，而闭合时间和发动机转速的变化有很大的关系，当发动机转速升高时触点闭合时间缩短，初级线圈电流减小点火能量降低；当发动机转速降低时闭合时间又过长，造成线圈中电流过大容易损坏。这是机械触点点火系统无法克服的缺点。 2． 无触点电子点火系统：为了避免机械触点点火系统触点容易烧蚀损坏的缺点，在晶体管技术广泛应用后产生了非接触式传感器作为控制信号，以大功率三极管为开关代替机械触点的无触点电子点火系统。这种系统显著优点在于初级电路电流由晶体三极管进行接通和切断，因此电流值可以通过电路加以控制。不足之处在于这种系统中的点火时刻仍采用机械离心提前装置和真空提前装置，对发动机工况适应性差。 3． 微机控制式电子点火系统：为了提高点火系统的调整精度和各种工况的适应性，在电子点火系统的基础上，采用了微机控制。系统的特点是：不但没有分电器，而且在提前角的控制方面也没有离心提前装置和真空提前装置。从初级线圈电流的接通时间到点火时刻全部采用微机进行控制。其工作原理如下：微机系统通过传感器检测发动机的转速和负荷的大小，由此查阅存在内部存储器中的最佳控制参数，从而获得这一工况下的最佳点火提前角和点火线圈初级电路的最佳闭合角，通过控制三极管的通断时间实现控制目的。 四． 无触点电子点火系统（CDI点火器） 无触点电子点火系统一般由曲轴传感器、电子点火器、点火线圈、火花塞等构成。出触点电子点火系统采用晶体管作为点火初级电路的电子开关，因此初级电流的控制比触点点火系统容易且控制精度较高。在机械式式触点点火系统中，触点的闭合时间与曲轴转角靠机械关系连接，也就是靠触点提供发动机曲轴转角信号；但在无触点电子点火系统中点火系统无机械触点，故需要曲轴位置传感器。测量曲轴转角的传感器一般有三种： 磁脉冲式、光电式、霍尔式。电子点火器的作用是控制点火线圈中初级电路电流的接通时间和断开时间。为此，它必须对来自曲轴位置传感器的脉冲信号进行放大、处理、识别。由曲轴位置传感器的脉冲信号求出发动机的转速，并根据发动机的转速来控制点火线圈初级电路的通电时间。电子点火器一般由脉冲处理电路、初级线圈电流控制电路、稳压器和晶体管输出驱动电路四部分组成。①脉冲处理电路的作用是由曲轴位置传感器输出的脉冲信号进行放大、整形、处理交变成标准脉冲。由于脉冲的频率决定与发动机的转速，故根据脉冲信号的频率与发动机的倍数关系可获得发动机的转速。②初级电路电流控制包括通电时间和断电时间的控制。通电时间决定了初级线圈中电流的大小从而决定了点火能量；初级线圈电路中电流断开时间也就是点火时刻，因此断开时刻的控制就是对点火提前角的控制，在一般的无触点电子点火系统中点火提前角是由点火器根据经验设计一个基本的角度，在发动机运行中再由分电器上的机械提前装置进行调整。③稳压电路的作用是对电源电压进行稳压，降低电源电压对点火线圈初级电路中电流的影响。因为在电路通电时间一定的情况下，电压的高低对初级电路电流的影响较大，所以在没有对初级电路通电时间进行电源修正的系统中稳压电路格外重要。④晶体管输出驱动电路是把控制电路的控制信号转换成直接接通和断开点火初级电路的执行器，因为在控制电路发出的控制信号的驱动能力往往很低，一般只能驱动一些小功率晶体管，对于象初级电路如此大地电流，只能通过大功率晶体管来驱动。 五． 微机控制电子点火系统 为了提高摩托车的动力性，降低油耗，减少排放污染，要求点火系统不仅要提供较高的点火能量，而且在对点火时刻的控制方面有较高的精度及对发动机各种工况变化的自适应性。故在采用电控燃油喷射系统的电喷摩托车上，微机系统除了控制喷油量同时还控制点火系统。 1． 微机控制点火系统的基本原理：微机根据曲轴位置传感器提供的曲轴位置信号，判断出发动机的活塞位置并且根据信号频率计算出发动机的转速值，再通过电控燃油喷射系统的节气门传感器（或空气流量器）确定负荷的大小从而对发动机的运行工况作出比较精确的判断。根据发动机的转速和负荷的大小微机从存储单元中查找出对应此工况地点火提前角和点火初级电路导通时间，由这些数据对电子点火器进行控制从而实现精确控制。另外微机系统还可以根据其它影响因素对这两个因素进行修正实现点火系统的智能控制。 2． 点火提前角的控制：因点火提前角对发动机的工作影响较大，因此对点火提前角控制就成为点火系统控制的重点。发动机的工作原理和各类实验都表明：发动机的最佳点火提前角与发动机转速及负荷有密切关系，并且发动机运行工况不同时，对其动力性、经济性和排放污染物量有不同的控制标准，这也意味着发动机最佳点火提前角在不同的工况有不同的标准；在怠速时最佳点火提前角应保证在发动机运转平稳的前提下排放污染物控制在最低限度；在部分负荷工况下以经济性为主，最佳提前角应保证发动机的最低燃油消耗量；在大负荷和加速工况下，以动力性为主，最佳提前角应保证使发动机获得最大的输出扭矩。最佳提前角是对发动机进行实验而得，设计人员将这些数据存储到微机的存储单元中，在发动机工作时，微机根据各传感器的测量数据确定发动机的运行工况，查出最佳点火提前角数值，再通过电子点火器对点火提前角进行控制。 3． 通电时间控制：点火线圈初级电流的大小与电路的接通时间有关，通电时间越长电流越大点火能量越就越大，但是电流过大将导致点火线圈发热甚至损坏且也造成能量的浪费；同时线圈中的的电流也受电源电压的影响，在相同的通电时间内，电源电压越高线圈电流越大。因此有必要对线圈电路的接通时间进行修正。通电时间的控制方法一般是由微机从通电时间与电源电压关系曲线中查出通电时间，再根据发动机转速换算出曲轴转角以决定线圈中电流的大小。

汽车点火系统是点燃式发动机为了正常工作，按照各缸点火次序，定时地供给火花塞以足够高能量的高压电（大约15000～30000V），使火花塞产生足够强的火花，点燃可燃混合气。

传统点火

机械式点火系统工作过程是由曲轴带动分电器轴转动，分电器轴上的凸轮转动，使点火线圈初级触点接通与闭合而产生高压电。

这个点火高压电通过分电器轴上的分火头，根据发动机工作要求按顺序送到各个气缸的火花塞上，火花塞发出电火花点燃燃烧室内的气体。分电器壳体可以手动转动来调节基本的点火提前角(即怠速运转时的点火提前角)，同时还有真空提前装置，它根据进气管内真空度的变化提供不同的提前角。

电子点火

电子点火系统与机械式点火系统完全不同，它有一个点火用电子控制装置，内部有发动机在各种工况下所需的点火控制曲线图(MAP图)。通过一系列传感器如发动机转速传感器、进气管真空度传感器(发动机负荷传感器)、节气门位置传感器、曲轴位置传感器等来判断发动机的工作状态，在MAP图上找出发动机在此工作状态下所需的点火提前角，按此要求进行点火。然后根据爆震传感器信号对上述点火要求进行修正，使发动机工作在最佳点火时刻。

电子点火系统也有闭环控制与开环控制之分:带有爆震传感器，能根据发动机是否发生爆震及时修正点火提前角的电控系统称为闭环控制系统；不带爆震传感器，点火提前控制仅根据电控单元内设定的程序控制的称为开环控制系统。

祈艾特电子科技有限公司是目前国内最大的点火系统组件生产厂家之一。

所开发生产的产品以汽车点火系统的混合集成电路（HIC）、点火模块、点火线圈、点火分电器为主。

1．能产生足以击穿火花塞间隙的电压

火花塞电极击穿而产生火花时所需要的电压称为击穿电压。点火系产生的次级电压必须高于击穿电压，才能使火花塞跳火。击穿电压的大小受很多因素影响，其中主要有：

（1）火花塞电极间隙和形状

火花塞电极的间隙越大，击穿电压就越高；

电极的尖端棱角分明，所需的击穿电压低。

（2）气缸内混合气体的压力和温度

混合气的压力越大，温度越低，击穿电压就越高，

（3）电极的温度

火花塞电极的温度越高，电极周围的气体密度越小，击穿电压就越低。

2．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接近其自燃温度，仅需要1~5mJ的火花能量。但在混合气过浓或是过稀时，发动机起动、怠速或节气门急剧打开时，则需要较高的火花能量。并且随着现代发动机对经济性和排气净化要求的提高，都迫切需要提高火花能量。因此，为了保证可靠点火，高能电子点火系一般应具有80~100mJ的火花能量，起动时应产生高于100mJ的火花能量。

3．点火时刻应适应发动机的工作情况

首先，点火系统应按发动机的工作顺序进行点火。其次，必须在最有利的时刻进行点火。

由于混合气在气缸内燃烧占用一定的时间，所以混合气不应在压缩行程上止点处点火，而应适当提前，使活塞达到上止点时，混合气已得到充分燃烧，从而使发动机获得较大功率。点火时刻一般用点火提前角来表示，即从发出电火花开始到活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度。

如果点火过迟，当活塞到达上止点时才点火，则混合气的燃烧主要在活塞下行过程中完成，即燃烧过程在容积增大的情况下进行，使炽热的气体与气缸壁接触的面积增大，因而转变为有效功的热量相对减少，气缸内最高燃烧压力降低，导致发动机过热，功率下降。

如果点火过早，由于混合气的燃烧完全在压缩过程进行，气缸内的燃烧压力急剧升高，当活塞到达上止点之前即达最大，使活塞受到反冲，发动机作负功，不仅使发动机的功率降低，并有可能引起爆燃和运转不平稳现象，加速运动部件和轴承的损坏。

结构编辑

蓄电池点火系统

1）组成：电源(蓄电池或发电机)、点火线圈、分电器、火花塞、点火开关及控制电路。

2）工作原理：起动时：蓄电池正极g起动机火线接柱g起动机短路导电片g点火线圈‘开关"接柱g低压线圈g点火线圈低压接柱g分电器触点g搭铁g蓄电池负极。

起动后：发电机‘电枢" g 电流表g点火开关g点火线圈‘电源" g热变电阻g点火线圈‘开关" g低压线圈g点火线圈低压接柱g分电器触点g搭铁g蓄电池负极。

高压电路：高压线圈g中央高压线g分火头g分缸g线火塞中心极g火花塞旁电极g搭铁。

蓄电池点火系的主要元件：点火线圈、分电器、电容器、火花塞、高压线等。

汽油机运行时带动断电器凸轮转动，使断电器不断闭合与断开，在触点闭合式，蓄电池提供电流，电流从蓄电池正极经点火线圈的一次绕阻、断电器触电，返回到蓄电池负极。电流流经点火线圈的一次绕阻时，铁心中产生一个储能用的强磁场，当断电器触点被顶开时，一次电流迅速衰减以至消失，铁心中的磁通随之减小，而在二次绕阻中就感应出点火所需的高电压。这一电压由高压线输送到分电器，在由此输送到各个相应的火花塞上，产生电火花。

有触点晶体管点火系统

主要不同断电器触点与点火线圈间的一次测电路上。

在辅助触点晶体管式点火系统中，触点闭合时，电流不再直接从闭合触点流到点火线圈的一次绕阻中，而是流到晶体管的基级电路上。

断电器触点已不再起直接控制一次电流通、断的作用，而是作为晶体三极管的触发控制器，因此流过断电器触点的电流可以减小到一次电流的1∕5——1∕10。

无触点电子点火系统

（1）消除了机械触点带来的触点烧蚀，磨损等，免去经常换件，调正闭合角，校正点火正时。

（2）电子点火控制器控制点火线圈一次电流的通、断以及放大与处理来自传感器发出的脉冲信号，除了开关作用外，点火控制器可以根据脉冲步骤来知发动机的转速，提供点火时间随转速的变化。

汽车点火系统（以汽油机为例）工作原理——

汽油机点火系统是汽油机、煤气机中用电火花点燃混合气的装置。它的功用是按气缸点火次序定时地向火花塞提供足够能量的高压电，使火花塞电极间产生火花，从而点燃气缸内被压缩的可燃混合气。

点火系统通常由电源、点火线圈、分电器（包括断电器）和火花塞等组成（见图）。其中电源、断电器和点火线圈的初级线圈构成低压电路部分；点火线圈的次级线圈、分电器和火花塞构成高压电路部分。

点火线圈由初、次级线圈和铁芯组成。初级线圈的导线粗而匝数少，次级线圈导线细而匝数多，相当于一个升压变压器。

断电器有机械式和晶体管式两种，机械式的应用较普遍。当发动机运转时，凸轮轴驱动分电器中凸轮旋转，控制断电器触点启闭。当断电器将低压电路闭合时，初级线圈中即产生低压电流，在点火线圈内形成磁场。当电流达到一定值时，断电器将低压电路断开，磁通消失，在次级线圈中感应出10～24千伏的电动势，通过分电器依次传到相应气缸的火花塞电极上，即产生电火花。当触点断开时，初级线圈会感应出自感电动势，使触点间产生电弧而引起烧蚀，并减缓磁通消失速度，降低次级线圈感应的电动势。为了消除自感电动势，与触点并联有一只0.15～0.30微法的电容器。

点火系统按电源的不同可分为蓄电池点火系统和磁电机点火系统，两者工作原理基本相同，仅低压电路稍有差别。汽车上通常带有蓄电池，都采用蓄电池点火系统。

在要求工作可靠又不带蓄电池的场合，如飞机用汽油机、拖拉机用汽油机和小型汽油机则多使用磁电机点火系统。

点火系统，是汽车发动机最为核心的组成部分，一般来讲，由电源、点火线圈、分电器、火花塞、点火开关及控制电路组成，是点燃式发动机为了正常工作，按照各缸点火次序，定时地供给火花塞以足够高能量的高压电(大约15000～30000V)，使火花塞产生足够强的火花，点燃可燃混合气。

在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。

点火系统的基本功能是依据发动机的工作顺序适时的向发动机提供强烈的高压火花。点火系统的功能体现在点火的时机和产生点火火花的强度。要实现车上的直流电转化为可以产生足够强度火花的高压电，只有采用变压器通过次级线圈和初级线圈的较大比值来产生高压电。点火系统一般由控制初级线圈通断的开关、产生高压电的点火线圈和将高压电变成点火火花的火花塞构成。系统的蓄电池提供电源，通过断电开关接通和切断初级线圈中的电流，这样在次级线圈中就会产生高达上万伏的高压电。当断电开关闭合时初级线圈中有电流通过并且电流值随着闭合时间的增长而不断的提高，当开关突然打开时由于电磁感应在次级线圈中便产生足够的电压并将该电压加到火花塞上使其产生火花点燃混合气。