第二节传统触点式点火系统_汽车电器与电子控制系统（第3版）-QQ阅读男生武侠网

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第二节传统触点式点火系统

一、传统触点式点火系统的工作原理

1.基本工作原理

传统触点式点火系统的工作原理如图3-3所示。点火线圈6实际上是一个带有附加电阻的自耦变压器，其初级绕组通过断电器7的触点搭铁。由发动机凸轮轴驱动的分电器轴转动时，带动断电器凸轮一起旋转，使断电器触点不断地闭合和张开。

图3-3 传统触点式点火系统的工作原理

1—蓄电池 2—电流表 3—点火开关 4—点火线圈附加电阻 5—点火线圈 6—分电器 7—断电器 8—配电器 9—火花塞 10—电容器

触点闭合时，点火线圈初级绕组通路，其初级电流从蓄电池正极→电流表（有的汽车上没有电流表）→点火开关→点火线圈附加电阻→点火线圈初级绕组→断电器触点→搭铁回到蓄电池负极。由于在触点闭合瞬间，点火线圈初级绕组产生一个阻碍初级电流增长的自感电动势，使得初级电流按图3-4a所示缓慢增长，点火线圈铁心中磁通量的变化速率也较低，因此，次级绕组产生的互感电动势也不大，约1500V左右（图3-4b），此电动势不能用于点火，但点火线圈的磁场能量则随初级电流的上升而逐渐增加，因此，触点闭合的这段时间实际上是点火系统的储能过程。

触点张开时，点火线圈初级回路断路，点火线圈初级电流突然减小，引起点火线圈铁心中的磁通量的迅速减小，点火线圈次级绕组产生一个很高的互感电动势。此时，与断电器凸轮同步旋转的分火头正好转到对着分电器盖某一旁电极，使次级绕组与需要点火缸的火花塞电极接通，使火花塞电极两端电压迅速升高。当火花塞电极电压升至击穿电压时，火花塞电极就产生电弧放电，点燃混合气。点火线圈次级的电流通路：次级+→点火线圈附加电阻→点火开关→电流表→蓄电池→搭铁→火花塞电极→高压分线→分电器盖旁电极→分火头→中央高压线→次级-。

图3-4 传统触点式点火系统工作时电压电流波形

a）初级电流波形 b）次级电压波形

触点式点火系统的工作原理：分电器轴转，断电器触点适时地通断点火线圈初级回路，使点火线圈次级绕组产生高压，并由配电器将高压电按点火顺序送入各缸火花塞。

2.几点说明

（1）电容器的作用触点断开瞬间，初级绕组产生的自感电动势约为300V，此电动势很容易击穿刚刚张开的触点气隙而产生较强的触点火花。触点间的火花放电使初级电流继续保持通路，会导致铁心中磁通量的下降速率减小，使次级绕组的互感电动势降低。触点间较强火花还会使触点很快烧蚀，导致点火系统不能工作。触点间并联一个电容，利用电容两端的电压不能突变的特性，在触点断开瞬间吸收初级绕组的自感电动势，可避免触点间产生强的火花放电，提高初级电流的下降速率，提高次级电压。

可见，触点式点火系统触点并联一个电容器，就是用来减小触点火花，提高次级电压。

（2）放电情况如果火花塞电极不被击穿，次级电压就会形成如图3-4b虚线所示的LRC衰减振荡，但实际上当火花塞电极间的电压在达到最大次级电压前，火花塞电极间气隙就被击穿而产生电弧放电，此时火花塞电极上集聚的电荷迅速放电，形成很大的放电电流，电压随之迅速下降，这一阶段为电容放电，其主要作用是使火花塞电极间气体电离，形成一个火焰核心。之后，点火线圈次级绕组电感尚余的能量继续维持火花放电，此时火花塞电极间的电压约在600V左右，放电电流也很小，但放电的时间较长，这一电感放电过程可加热混合气，使其迅速燃烧。当火花不能维持而消失时，电感线圈剩余的能量则形成LCR衰减振荡（图3-4b）。

（3）附加电阻的作用发动机的转速变化范围很大，在发动机低速时，触点的闭合时间相对较长，初级电流可上升至最大值或接近最大值，使通过点火线圈初级绕组的平均电流过大而温度过高，并会使触点的火花加大而容易烧蚀；在发动机高速时，触点的闭合时间很短，在初级电流还很小时触点就已断开，使点火线圈不能产生足够高的次级电压，导致发动机容易断火。

点火线圈初级回路串入一个正温度系数比较大的附加电阻后，在发动机低速时，较大的初级电流流经附加电阻，附加电阻会因温度升高而使其电阻值显著增大，使初级电流的增长受到限制；在发动机高速时，流经附加电阻的初级电流较小，附加电阻的温度随之降低，其电阻值也相应减小，初级电流随发动机转速的上升而下降的幅度可减小。点火线圈初级回路串联附加电阻后的点火特性改善如图3-5所示。

图3-5 附加电阻对点火特性的改善

1—加附加电阻后的点火特性

2—无附加电阻时的点火特性

IP—初级通路阶段点火线圈所形成的初级电流

可见，点火线圈附加电阻的作用就是在发动机转速变化时，自动调节初级电流，改善点火特性。

发动机起动时，通过起动机电磁开关的附加电阻短路触点（或直接用点火开关的起动档）将附加电阻短路，这是为了在起动中蓄电池端电压下降很多的情况下，仍保证点火线圈初级绕组能形成足够大的初级电流，以使起动容易。

二、传统触点式点火系统的结构

传统触点式点火系统的组成部件如图3-6所示。

图3-6 传统触点式点火系统的组成

1—蓄电池 2—易熔线 3—点火开关 4—火花塞 5—分电器 6—点火线圈 7—点火线圈附加电阻

图3-7 开磁路点火线圈结构简图

a）二低压接线柱式 b）三低压接线柱式

1—绝缘座 2—铁心 3—初级绕组 4—次级绕组 5—钢套 6—外壳 7—低压接柱“-” 8—胶木盖 9—高压接线柱 10—低压接柱“+” 11—低压接柱（接起动开关） 12—附加电阻

1.点火线圈

点火线圈的作用是将电源的低压转变为高压，以使火花塞电极产生点燃混合气的电火花。点火线圈按磁路的结构形式不同，分为开磁路和闭磁路两种。传统触点式点火系统基本上都使用开磁路的点火线圈，闭磁路点火线圈多应用于电子点火系统。

（1）开磁路点火线圈开磁路点火线圈的结构简图如图3-7所示。由硅钢片叠成的铁心外套有绝缘套管，套管上分层绕有次级绕组和初级绕组。初级绕组通过的电流大，产生的热量多，将其绕在次级绕组的外面有利于散热。在绕组与外壳之间，装有导磁用钢套，当初级绕组通电时，铁心被磁化，形成如图3-8所示磁路。由于其磁路上、下部分是经过空气，磁阻较大，漏磁损失较多，因此，这种点火线圈初、次级能量转换效率不高（约为60%左右）。为加强绝缘、防止潮气侵入和有利于散热，点火线圈外壳内一般都充满沥青或变压器油，因此，这种开磁路点火线圈也称为湿式点火线圈。

二低压接线柱和三低压接线柱点火线圈的内部结构相同。三低压接线柱式点火线圈的三个低压接线柱中，有两个低压接线柱之间跨接了一个附加电阻。附加电阻被安放在点火线圈外壳的瓷板中。二低压接线柱式点火线圈则本身不带附加电阻。

图3-8 开磁路点火线圈的磁路

1—磁力线 2—铁心 3—初级绕组 4—次级绕组 5—导磁钢套

（2）闭磁路点火线圈闭磁路点火线圈也称干式点火线圈，采用日字形铁心的闭磁路点火线圈如图3-9所示。这种点火线圈的磁路均由导磁率极高的铁心构成，因而漏磁少，点火线圈的能量转换效率高。铁心中留一小空隙是为了减少铁心的磁滞现象。

（3）点火线圈的型号根据QC/T 73—1993《汽车电气产品型号编制方法》的规定，点火线圈的型号由如下5部分组成。

图3-9 闭磁路点火线圈

a）闭磁路点火线圈 b）闭磁路点火线圈的磁路

1—日字形铁心 2—低压接线柱 3—高压接线柱 4—初级绕组 5—次级绕组 6—空气隙

1）产品代号：由汉语拼音字母DQ表示，而“DQG”、“DQD”则分别表示干式点火线圈和无触点电子点火系统用点火线圈。

2）电压等级代号：用一位阿拉伯数字表示，1—12V；2—24V；6—6V。

3）用途代号：用一位阿拉伯数字表示，各代号的含义见表3-1。

表3-1 点火线圈用途代号

4）设计序号：用阿拉伯数字表示产品设计的先后次序。

5）变形代号：以大写的汉语拼音字母A、B、C……顺序表示（不用O、I）。

2.分电器总成

分电器总成包括断电器、配电器、点火提前调节器以及电容器等，如图3-10所示。

图3-10 分电器总成

1—分电器盖 2—分火头 3—凸轮 4—触点及断电器底板总成 5—电容器6 —联轴器 7—油杯 8—真空点火提前调节器 9—分电器壳体 10—活动底板 11—偏心螺钉 12—固定触点及支架 13—活动触点臂 14—低压接线柱 15—真空点火提前调节器拉杆 16—膜片 17—真空点火提前调节器壳体 18—弹簧 19—接头螺母 20—触点臂弹簧 21—油毡及油毡夹

分电器壳体一般由铸铁制成，下部压有石墨青铜衬套，分电器轴在衬套内旋转，靠油杯中的润滑油润滑。分电器各部的结构原理分述如下。

（1）断电器断电器用于周期性地通断点火线圈初级回路，它由触点和凸轮组成。触点安装在能相对分电器外壳转动的活动底板上，其中固定触点搭铁，固定触点支架用紧固螺钉固定在活动底板上。活动触点与壳体之间是绝缘的，它通过触点臂经触点弹簧片与分电器低压接线柱相通。活动触点臂有孔端松套在活动底板的销轴上，通过触点臂弹簧片的弹力使其靠向断电器凸轮的轴心，在断电器凸轮转动时，可使触点周期性地开闭。

需要调整触点的间隙时，可松开固定触点支架上的紧固螺钉，旋动偏心螺钉即可改变固定触点的位置，使触点间隙改变。

（2）配电器配电器的作用是将点火线圈次级产生的高压按点火顺序送至各缸火花塞，它由套在断电器凸轮上的分火头和分电器盖组成。分电器盖的中央插孔内有一弹簧和一个接触电刷（小炭柱），接触电刷靠小弹簧将其压在分火头的导电片上。分电器盖中央插孔的周围均布有与气缸数相同的旁插孔，通过插入高压分线与各缸火花塞相连。旁插孔内连接着旁电极，工作时，分火头和断电器凸轮一起旋转，当断电器触点刚刚张开时，点火线圈次级产生的高压电经分火头导电片跳至与其相对的旁电极，再经高压分线送至火花塞电极。

（3）点火提前调节装置点火提前调节装置包括离心点火提前调节器和真空点火提前调节器，用于在发动机工况改变时，自动调整点火提前角。

1）离心点火提前调节器。离心点火提前调节器在断电器触点底板的下面。其结构如图3-11所示。

离心点火提前装置的托板7固定在分电器轴4上，两个重块5分别套在托板的重块销轴9上，离心重块可绕销轴转动，其另一端由弹簧拉向分电器轴心。与断电器凸轮2为一体的拨板松套在分电器轴上，拨板的槽插在重块的销钉上。分电器轴转动时，通过托板和销轴带动重块转动，并通过插入拨板槽内的重块销钉带动拨板及断电器凸轮转动。

当发动机的转速上升时，重块的弹簧端在离心力的作用下克服弹簧的拉力向外甩开，重块上的销钉则带动拨板及断电器凸轮沿着原旋转方向相对于分电器轴转动一个角度，使凸轮顶开触点提前点火，即增大了点火提前角。当发动机转速降低时，重块的离心力相应减小，弹簧将重块拉回一些，使点火提前角自动减小。

图3-11 离心点火提前调节器

1—断电器凸轮固定螺钉 2—断电器凸轮 3—拨板 4—分电器轴 5—重块 6—弹簧 7—托板 8—销钉 9—重块销轴

可见，离心点火提前调节器在发动机转速变化时起作用，使点火提前角随发动机转速的上升而增大。

在发动机高速范围，转速变化对混合气的燃烧速度影响较大，这时，随着发动机转速的提高，点火提前角增量应小一些。为此，一些分电器中离心点火提前装置的每个重块设有一粗一细两个弹簧。细弹簧只要重块一开始甩开就起作用，而粗弹簧的两端钩环呈椭圆形，只有在转速达到一定值，重块外甩的角度较大时才能起作用。这样，发动机在高速范围内，重块有两个弹簧的作用，相应的点火提前角的增量减小。

2）真空点火提前调节器。真空点火提前调节器装在分电器壳体的外侧，其内部结构参见图3-10。

真空点火提前调节器的工作原理如图3-12所示，其内膜片的左侧通大气，右侧通过真空管与化油器下体上位于节气门上方的小孔相通。当发动机的负荷增大时，由于节气门的开度增大，节气门小孔处的真空度减小，真空点火提前调节器内的膜片在弹簧力的作用下向左拱，通过拉杆的作用使活动底板顺着分电器轴旋转方向转动一个角度，断电器凸轮顶开触点的时间推迟，从而使点火提前角适当减小。当发动机负荷减小时，节气门开度减小，节气门处的真空度增大，其真空吸力使膜片克服弹簧力向右拱，膜片带动拉杆移动，使活动底板逆着分电器轴旋转方向转动一个角度，从而使点火提前角增大。

图3-12 真空点火提前调节器工作原理

a）小负荷时 b）大负荷时

1—分电器壳 2—活动底板 3—断电器触点 4—拉杆 5—膜片 6—弹簧 7—真空管 8—节气门 9—断电器凸轮

发动机怠速时，节气门关闭，节气门上方小孔处真空度接近0，弹簧力将膜片推至左拱的极限位置，使点火提前角处于最小状态，以满足怠速工况点火提前角小或不提前的要求。

由上所述，真空点火提前调节器在发动机负荷改变时起作用，它使点火提前角随发动机的负荷增大适当减小。

（4）电容器电容器装在分电器的外壳上，它的两个电极由两条铝箔或锡箔组成，在两箔带之间夹有绝缘蜡纸，然后卷成筒状，抽去层间的空气，再经浸蜡处理后装在金属外壳中。电容器中的一条箔带与金属外壳相接触，装在分电器外壳上后，通过分电器的壳体搭铁，另一条箔带则通过与金属外壳绝缘的导电片由导线引出，接在分电器低压接线柱上，使电容器与断电器并联相接。

（5）分电器的型号根据QC/T 73—1993《汽车电气产品型号编制方法》的规定，分电器的型号由如下5部分组成：

1）产品代号：由汉语拼音字母“FD”表示，“FDW”则表示无触点分电器。

2）气缸数代号：以发动机气缸数表示，分别以2、4、6、8、9数字代表2缸、4缸、6缸、8缸及8缸以上。

3）结构代号：以阿拉伯数字表示，各结构代号见表3-2。

表3-2 分电器结构代号

4）设计序号：与点火线圈的相同。

5）变形代号：与点火线圈的相同。

3.火花塞

（1）火花塞的结构火花塞的作用是将高压引入气缸燃烧室，并产生电火花，点燃混合气。火花塞主要由中心电极、旁电极、钢壳、瓷绝缘玻璃等组成，如图3-13所示。

火花塞的钢质壳体内部固定有高氧化铝陶瓷绝缘体，绝缘体的中心孔装有金属杆和中心电极，金属杆和中心电极之间用导体玻璃密封。铜制内垫圈起密封和导热作用，壳体的下端是弯曲的旁电极，火花塞通过壳体上的螺纹装在气缸盖上。

触点式点火系统火花塞的电极间隙一般为0.6～0.7mm，间隙过大，所需的击穿电压就高，火花塞跳火的可靠性就较差，特别是在发动机高转速时，由于点火系统最高次级电压较低，易发生断火现象；过高的击穿电压还会使点火系统高压电路的工作负担加大而容易出现故障。间隙过小时，火花塞电极放电时的火焰核小，火花与周围混合气的接触面积小，传给混合气的有效热能相对较少，而电极吸热相对较多。电极吸收的热量通过气缸盖和高压导线散失，是一种热传导损失。因此，火花塞电极间隙小，虽跳火相对容易，但电极的热传导损失增加，有效的点火能量相对减少了，这会使火花塞点燃混合气的可靠性降低。

图3-13 火花塞的结构

1—插线螺母 2—绝缘瓷体 3—金属杆 4、8—内垫圈 5—壳体 6—导体玻璃 7—密封垫圈 9—旁电极 10—中心电极

可见，火花塞电极间隙过大，增大了点火系统高压电路的工作负担，且发动机高速时容易断火；火花塞电极间隙过小，则使电火花的有效点火能量减小，也会降低点火性能。

（2）火花塞的类型火花塞的结构形式有多种，在汽车上较为常见的几种火花塞如图3-14所示。

1）标准型：绝缘体裙部略缩入壳体下端面，这种形式的火花塞最为常见。

2）绝缘体突出型：绝缘体裙部突出壳体端面，其特点是抗污能力较强，又不容易引起炽热点火，因此，这种火花塞的热适应能力强。

3）细电极型：电极较细，可降低跳火电压，同样的跳火电压则可增大电极的间隙，这种火花塞的突出特点是火花较强，有较强的点火能力。

4）锥座型：壳体及旋入螺纹部分成锥形，因而不用加垫圈就可保持良好的密封性，可减小火花塞的安装体积。

5）多极型：旁电极有两个或两个以上，其特点是点火较为可靠，间隙不用经常调整。

6）沿面跳火型：与中心电极组成一对电极的是壳体下端内侧的圆突面，这种火花塞通常与电容储能式点火系统配合使用，其优点是可完全避免炽热点火、抗污能力强，其缺点是稀混合气下的点燃率低、中心电极容易烧蚀。

为抑制点火系统对无线电的干扰，现代汽车上出现了电阻型和屏蔽型火花塞。电阻型火花塞是在火花塞内串联了5～10kΩ的电阻，屏蔽型火花塞则是利用金属壳体将整个火花塞屏蔽密封起来。屏蔽型火花塞还适用于需防水、防爆的场合。

（3）火花塞的热特性火花塞绝缘体裙部（图3-13中内垫圈8以下部分）的温度对火花塞的工作良好与否有很大的影响。发动机工作时，如果火花塞绝缘体裙部的温度过低，粘上去的汽油滴或机油不能自行烧掉，就容易在绝缘体表面形成积炭；绝缘体温度如果过高，则容易引起炽热点火。实践证明，火花塞绝缘体上的温度保持在500～700℃时，落在绝缘体上的油滴能自行烧掉而又不会引起炽热点火，这个温度称之为火花塞的自洁温度。

图3-14 常见的火花塞结构形式

火花塞绝缘体的温度取决于它的受热情况和散热条件。火花塞的绝缘体裙部长，受热面积就大，吸热容易，而传热距离相对较长，散热困难。因此，绝缘体裙部长的火花塞其裙部温度容易升高，此类火花塞称之为“热型”火花塞（图3-15a）。火花塞绝缘体裙部短的，其受热面积小，吸热少，而其传热距离相对较短，散热容易。因此，这类火花塞其裙部的温度不易升高。温度不易升高的火花塞称为“冷型”火花塞（图3-15b）。介于热型和冷型之间的为“中型”火花塞。

图3-15 热特性不同的火花塞

a）“热型”火花塞 b）“冷型”火花塞

热型火花塞适用于压缩比小、转速低、功率小的发动机，因为这些发动机的燃烧室温度较低；冷型火花塞则适用于高压缩比、高转速、大功率的发动机。不同类型的发动机应该配用热特性相适应的火花塞，否则发动机就不能正常工作。比如，燃烧室温度较低的发动机，错用了偏冷型的火花塞，火花塞就很容易积炭；燃烧室温度高的发动机如装用了偏热型的火花塞，则容易引起炽热点火，发动机易产生爆燃。

可见，火花塞的热特性是指其绝缘体裙部的温度对点火性能的影响，不同类型的发动机，必须配置热特性与之相符的火花塞，以确保发动机工作时，火花塞绝缘体裙部为自洁温度。

我国火花塞热特性是以绝缘体裙部长度来标定的，并分别用热值（3～9的自然数）表示，见表3-3。

表3-3 火花塞裙部长度与热值