传统点火系统的组成与工作原理

汽车蓄电池电压只有12V，而发动机汽缸内的混合气需要15～30k V的高压电来点燃。点火系统的作用是将蓄电池12V电压转变成15～30k V的高压电。

5.2.1 高压的产生

1.自感原理

电流流过线圈就会产生磁场，其结果是出现一个产生磁通的电动势，而这个电动势的方向正是阻止在线圈内产生磁通。所以，电路接通时，电流不能立即流过线圈，而是需要一段时间，电流才能增大。而且电流流过线圈并被突然切断时，在线圈内就产生一个电动势，其方向则正是电流流动的方向(也就是阻止磁通消失的方向)。这样，当电流开始在线圈内流动或者电流切断时，线圈就产生电动势。这个电动势阻止线圈内磁通变化。这一现象称做自感效应，如图5-1所示。

图5-1 自感原理

2.互感原理

当两个线圈直线排列，并且流过其中一个线圈(初级线圈)的电流量变化时，在另一个线圈(次级线圈)内就产生电动势，其方向是阻止初级线圈内磁通的变化。这一现象称做互感效应。当一个恒定电流流过初级线圈时，磁通没有变化，所以次级线圈内没有电动势产生。但是，当开关关掉，切断初级线圈内电流时，已经产生的磁通就突然消失，所以次级线圈内就会产生一个电动势，其方向阻止初级线圈产生磁通(这与电流切断时正好相反)。当断电器(白金)触点分开而导致初级线圈电流突然切断时，在初级线圈与次级线圈之间便会产生互感效应，导致点火线圈产生高压电流，如图5-2所示。

图5-2 互感原理

(a)电流接通瞬间;(b)电流切断瞬间

5.2.2 传统断电器点火系统的工作原理

1.断电器触点闭合时

如图5-3(a)所示，电流从蓄电池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磁场线。

图5-3 传统断电器点火系统组成

2.断电器触点张开时

当曲轴带动凸轮轴时，分电器凸轮使触点张开，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，每个线圈内都产生电动势，阻止已有的磁通减弱。自感电动势升至约0.5k V，而互感电动势升至约30k V，火花塞就产生火花放电。随着电流中断时间变短、磁通变化增加，每个单位时间内都产生非常高的电压。

3.断电器触点再次闭合

如图5-4所示，当断电器触点再次闭合时，电流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，产生一个反电动势，阻止初级线圈内的电流增加。结果，电流并非突然增加，次级线圈内也仅有微不足道的互感电动势产生。

图5-4 断电器触点再次闭合

5.2.3 断电器

断电器实物图如图5-5所示。断电器的功用是周期性地接通和切断点火线圈初级线圈的电流。其结构主要由一对触点和凸轮等组成，如图5-6所示。断电器触点由钨材料制成，一触点固定，另一触点活动。固定触点装在活动底板上，且直接接地，可借助于偏心螺钉的转动来调整触点间隙。轿车发动机白金间隙为0.35～0.45mm(微型汽车为0.4～0.5 mm)。活动触点固定在活动触点臂的一端，臂的另一端套装在销钉上，臂的中部带有胶木顶块，依靠弹簧片的弹力将其压紧在凸轮上。凸轮的凸起数与发动机汽缸数完全相等。凸轮与(点火提前)离心调节装置中的拨板制为一体，活装在分电器轴上。

图5-5 断电器实物图

图5-6 点火提前角的调整方法

(a)点火提前角为零;(b)改变凸轮与轴的相对位置;(c)改变触点与凸轮的相对位置

1—触点;2—凸轮;3—凸轮轴;4—固定盘;θ—点火提前角

5.2.4 点火线圈

点火线圈实物连接如图5-7所示。点火线圈实际上是一升压变压器，其功用是将汽车蓄电池或发电机输出的低压电升高至15～30k V，以供火花塞产生高压电火花。点火线圈是根据电磁感应原理制成的。当初级线圈有通电电流时，次级线圈产生很强的高压电。在初级线圈的前面有一个热敏电阻，对点火线圈和白金触点起保护作用。点火线圈与启动机之间有一根连线，当启动时直接供给点火线圈的初级线圈大电流，使次级线圈产生的高压电更强。

图5-7 点火线圈连接

5.2.5 电容器

在分电器壳体上装一电容器，其外形及结构如图5-8所示。该电容器与断电器触点并联，用来减弱触点火花，加速点火线圈中磁通的变化，以提高次级线圈输出的高压电。

图5-8 电容器外形与结构

1—纸带;2—箔带;3—软导线;4—外壳;5—引线

5.2.6 配电器

配电器的主要任务是把点火线圈次级线圈所产生的高压电，按发动机工作顺序适时地分配给各缸火花塞。配电器主要由分火头、分电器盖组成，其实物如图5-9所示。分火头插装在凸轮的顶端，和凸轮一起随分电器轴旋转，并且分火头上有金属导电片。分电器盖的中间有中央高压线插孔，其内部装有带弹簧的炭柱，该炭柱压于分火头的导电片上。分电器盖的四周制有与发动机汽缸数相等的旁电极，并通至盖上的金属套座孔，以插装高压分线。当分火头旋转时，其导电片在距离旁电极的间隙(0.2～0.8mm)处越过，即把由中央高压线传来的高压电，通过高压电火花的形式跳传给与其相对应的旁电极，再经高压分线传送给火花塞。

图5-9 分电器结构

5.2.7 火花塞

火花塞的作用是把高压电引进缸内，在电极间产生的火花点燃汽缸内的混合气。因为火花塞工作环境比较恶劣，要求火花塞有良好的机械强度、良好的耐热性能和良好的绝缘性能。火花塞对工作环境的温度有一定的要求，正常温度一般在500～700℃ ，这样火花塞才能把混合气充分点燃。温度高于800℃时，混合气一接触就会燃烧，称为触燃。火花塞工作温度在500℃以下时，混合气燃烧不充分，会在火花塞电极形成积炭造成断火。

火花塞结构如图5-10所示。

图5-10 火花塞结构

1—接线螺母;2—绝缘体;3—金属杆;4—内垫圈;5—壳体;6—导体玻璃;7—密封垫圈;8—内垫圈;9—中心电极;10—侧电极;11—绝缘体裙部

火花塞的热值与它的通电电压无关，是指火花塞传导来自燃烧室热量的能力。火花塞可分为冷型和热型(图5-11)，还有普通型。其中热型火花塞与燃烧气体的接触面积大，散热缓慢，但预热快;冷型火花塞与燃烧气体的接触面积小，散热快，但预热慢;普通型火花塞介于两者之间。

如果火花塞端部温度过低，说明火花塞上可能会有积炭、机油和其他沉积物;如果火花塞底部温度过高，会发生早燃，火花塞可能会遭到破坏。当使用太冷的火花塞，怠速时会发生炭和机油的沉积;当使用太热的火花塞，在全负荷时会出现电极烧蚀和早燃。

图5-11 火花塞

(a)热型;(b)冷型

5.2.8 点火提前装置

由于发动机的怠速转速和高速转速相差将近10倍，所以怠速和高速的点火提前角度不相同，而白金触点的张开和闭合是由发动机在转动时所带动的，要想使点火提前角能够符合发动机各种工况，必须在点火系统当中设置点火时间自动提前装置，普通车型的提前装置有两种，即真空提前和离心提前。

1.真空提前装置

发动机怠速时，真空管在节气门上方，真空提前装置不起作用。如图5-12(a)所示，当中高速时，真空管处于节气门下方，真空管的吸力吸动膜片克服弹簧的弹力移动，通过拉杆拉动白金固定盘，逆凸轮轴转动的方向转一个角度，白金触点被提前顶开，初级线圈电流被切断，磁场变化，根据互感原理次级线圈就会产生高压电，点火时间自动提前。如图5-12 (b)所示，当中高速时，由于节气门的开大，真空管的吸力减小，真空提前装置不起作用。

2.离心提前装置

离心调节器是随发动机转速的变化而自动调节其点火提前角的。该装置安装在分电器、断电器固定板的下部，其结构原理如图5-13所示。在分电器轴上装有托板，两个离心块分别套装在托板的柱销上，离心块的另一端由弹簧拉住。凸轮和拨板为一整体且在分电器轴的上端，而拨板的孔则插在离心块的销钉上。

工作中，当发动机转速增高时，在离心力的作用下，离心块便克服弹簧拉力向外甩开，销钉推动拨板及凸轮沿原来旋转的方向并相对于分电器轴转过一个角度，使凸轮提前顶开断电器触点，而使高压电火花提前到来，使点火提前角增大;而当发动机转速降低时，弹簧又将离心块拉回，使点火提前角自动减小。