第五節(jié) 電子點火系統(tǒng)

近年來，汽車發(fā)動機向著多缸、高轉速、高壓縮比的方向發(fā)展，人們還力圖通過改善混合氣的燃燒狀況，以及燃用稀混合氣，以達到減少排氣污染和節(jié)約燃油的目的。這些都要求汽車的點火系統(tǒng)能夠提供足夠高的次級電壓、火花能量和最佳點火時刻。傳統(tǒng)點火系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足這些要求。因此，近幾十年來各國都在積極探索改進途徑，并研制了一系列的電子點火系統(tǒng)。這是因為電子點火系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1)可以減少觸點火花，避免觸點燒蝕，延長觸點的使用壽命；有的還可以取消觸點，因而克服了與觸點相關的一切缺點，改善了點火性能。

2)可以不受觸點的限制，增大初級電流，提高次級電壓，改善發(fā)動機高速時的點火性能。一般傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的低壓電流不超過5A，而電子點火系統(tǒng)可提高到7～8A，次級電壓可達30kV。

3)由于次級電壓和點火能量的提高，使其對火花塞積炭不敏感，且可以加大火花塞電極間隙，點燃較稀的混合氣，從而有利于改善發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排氣凈化性能。

4)大大減輕了對無線電的干擾。

5)結構簡單，質量輕，體積小，使用和維修方便。

目前國內外汽車上使用的電子點火系統(tǒng)主要分為有觸點的電子點火系統(tǒng)和無觸點的電子點火系統(tǒng)兩大類。無論是哪一類電子點火系統(tǒng)，都是利用電子元件(晶體三極管)作為開關來接通或斷開點火系統(tǒng)的初級電路，通過點火線圈來產生高壓電。

一、有觸點電子點火系統(tǒng)

有觸點電子點火裝置用減小觸點電流的方法，減小觸點火花，改善點火性能，它是一種半導體輔助點火裝置。除了與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)一樣具有電源、點火開關、分電器、點火線圈、火花塞之外，還在點火線圈初級繞組的電路中，增加了由三極管VT和電阻、電容等組成的點火控制電路，斷電器的觸點串聯(lián)在三極管的基極電路中，控制三極管的導通與截止。

接通點火開關 SW，當斷電器觸點閉合時，三極管的基極電路被接通，使三極管飽和導通，接通了點火線圈的初級電路。其路徑是：三極管的基極電流從蓄電池"＋"→ 點火開關 SW → 點火線圈初級繞組 N₁ →附加電阻 R_f → 三極管的發(fā)射極 e、基極 b → 電阻 R₂ → 斷電器觸點 K → 搭鐵 → 蓄電池"－"。點火線圈初級繞組的電流從蓄電池"＋" →點火開關 SW → 點火線圈初級繞組 N₁ →附加電阻 R_f →三極管的發(fā)射極 e、集電極 c→搭鐵 → 蓄電池"－"。使點火線圈的鐵心中積蓄了磁場能。

當斷電器觸點分開時，三極管的基極電路被切斷,三極管由導通變?yōu)榻刂?，切斷了點火線圈初級繞組的電路，初級電流迅速下降到零，在點火線圈次級繞組中產生高壓電，擊穿火花塞間隙，點燃混合氣。

發(fā)動機工作時，斷電器觸點不斷地閉合、分開，控制三極管的導通與截止和初級電路的通斷，控制點火系統(tǒng)的工作。(如圖)

第五節(jié) 電子點火系統(tǒng)

二、無觸點電子點火系統(tǒng)

無觸點電子點火系統(tǒng)利用傳感器代替斷電器觸點，產生點火信號，控制點火線圈的通斷和點火系統(tǒng)的工作，可以克服與觸點相關的一切缺點，在國內外汽車上應用十分廣泛。無觸點電子點火系統(tǒng)主要由點火信號發(fā)生器(傳感器)、點火控制器、點火線圈、分電器、火花塞等組成。其中分電器主要包括配電器和離心提前裝置、真空提前裝置，它們的作用、結構和工作原理與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)對應部分完全相同。

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例如，一汽大眾捷達轎車的無觸點點火系統(tǒng)原理圖，接通點火開關，當點火信號發(fā)生器（霍爾效應傳感器）發(fā)出點火信號，輸出具有一定幅值的正脈沖時，就會觸發(fā)點火控制器，使其中的功率三極管導通，于是點火線圈的初級電路接通。初級電流由電源的"＋"極齙慊鸝關齙慊鶼呷Φ"＋"接線柱齙慊鶼呷Φ某跫度譜L1點火線圈的"-"接線柱、點火控制器、搭鐵、電源的"-"極。由于點火線圈初級繞組中有電流通過，于是點火線圈中便形成磁場，將電能轉變?yōu)榇艌瞿軆Υ嫫饋怼?/p>

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點火信號發(fā)生器：點火信號發(fā)生器取代了傳統(tǒng)點火系統(tǒng)斷電器中的凸輪，用來判定活塞在氣缸中所處的位置，并將非電量的活塞位置信號轉變成為脈沖電信號輸送到點火控制器，從而保證火花塞在恰當?shù)臅r刻點火。所以點火信號發(fā)生器實際就是一種感知發(fā)動機工作狀況，發(fā)出點火信號的傳感器。它的類型很多，目前應用較多的主要有磁脈沖式、霍爾效應式和光電效應式。(如下左圖)

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1.磁脈沖式點火信號發(fā)生器

磁脈沖式點火信號發(fā)生器是依靠電磁感應原理制成的。它一般安裝在分電器的內部，由信號轉子和感應器兩部分組成。信號轉子由分電器軸驅動，其轉速與分電器軸相同；感應器固定在分電器底板上，由永久磁鐵、鐵心和繞在鐵心上的傳感線圈組成。信號轉子的外緣有凸齒，凸齒數(shù)與發(fā)動機的氣缸數(shù)相等。永久磁鐵的磁力線從永久磁鐵的N極出發(fā)，經(jīng)空氣隙穿過轉子的凸齒，再經(jīng)空氣隙、傳感線圈的鐵心回到永久磁鐵的S極，形成閉合磁路。當發(fā)動機不工作時，信號轉子不動，通過傳感線圈的磁通量不變，不會產生感應電動勢，傳感線圈兩引線輸出的電壓信號為零。(如上右圖)

轉子旋轉，穿過鐵心中的磁通逐漸變化。轉子的凸齒每在鐵心旁邊轉過一次，線圈中就產生一個一正一負的脈沖信號。如此，發(fā)動機工作時轉子不斷地旋轉，轉子的凸齒交替地在線圈鐵心的旁邊掃過，使線圈鐵心中的磁通不斷地發(fā)生變化，在傳感器的線圈中感應出大小和方向不斷變化的感應電動勢。傳感器則不斷地將這種脈沖型電壓信號輸入點火控制器，作為發(fā)動機工作時的點火信號。轉速升高時，傳感線圈中磁通量的變化速率增大，因而感應電動勢成正比例增加?？梢?，磁脈沖式點火信號發(fā)生器輸出的交變信號受發(fā)動機轉速的影響很大。轉速越高，信號越強，對點火控制器電路的觸發(fā)越可靠，但可能造成電路中有關元件的損壞。為此，電路中需增設穩(wěn)壓管等元件來限壓。但是，轉速過低時，磁脈沖式點火信號發(fā)生器輸出的交變信號過弱，造成對點火控制器電路的觸發(fā)不可靠，容易引起發(fā)動機起動困難、怠速轉速不能調低等問題。所以設計上應保證發(fā)動機依最低轉速運轉時，點火信號發(fā)生器輸出的信號足夠強。一般情況下，轉速變化時，磁脈沖式點火信號發(fā)生器輸出的信號電壓的變化范圍可達0.5～100V。這一信號除用于點火控制外，還可用作轉速等其他傳感信號。磁脈沖式點火信號發(fā)生器結構簡單，成本較低，因而應用最為廣泛。

2.霍爾效應式點火信號發(fā)生器(霍爾傳感器)

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霍爾效應式點火信號發(fā)生器是利用霍爾元件的霍爾效應工作的，即利用只有在直流電壓和磁場同時作用于霍爾觸發(fā)器時，才能在觸發(fā)器中產生電壓信號的現(xiàn)象制成傳感器，在發(fā)動機工作時產生點火信號。霍爾發(fā)生器的工作原理 ，當轉子葉片進入永久磁鐵與霍爾觸發(fā)器之間時，永久磁鐵的磁力線被轉子葉片旁路，不能作用到霍爾觸發(fā)器上，通過霍爾元件的磁感應強度近似為零，霍爾元件不產生電壓；隨著信號轉子的轉動，當轉子的缺口部分進入永久磁鐵與霍爾觸發(fā)器之間時，磁力線穿過缺口作用于霍爾觸發(fā)器上，通過霍爾元件的磁感應強度增高，在外加電壓和磁場的共同作用下，霍爾元件的輸出端便有霍爾電壓輸出。發(fā)動機工作時，轉子不斷旋轉，轉子的缺口交替地在永久磁鐵與霍爾觸發(fā)器之間穿過，使霍爾觸發(fā)器中產生變化的電壓信號，并經(jīng)內部的集成電路整形為規(guī)則的方波信號，輸入點火控制電路，控制點火系統(tǒng)工作。

霍爾效應式點火信號發(fā)生器比磁脈沖式點火信號發(fā)生器的性能穩(wěn)定，耐久性好、壽命長，點火精度高，且不受溫度、灰塵、油污等影響，特別是輸出的電壓信號不受發(fā)動機轉速的影響，使發(fā)動機低速點火性能良好，容易起動，因而其應用日益廣泛。

3.光電效應式點火信號發(fā)生器

光電效應式點火信號發(fā)生器是利用光電效應原理，以紅外線或可見光光束進行觸發(fā)的，主要由遮光盤(信號轉子)、遮光盤軸、光源、光接收器(光敏元件)等組成。光源可用白熾燈，也可用發(fā)光二極管。由于發(fā)光二極管比白熾燈耐振動、耐高溫，能在150℃的環(huán)境溫度下持續(xù)工作，而且工作壽命很長，所以現(xiàn)在絕大多數(shù)采用發(fā)光二極管作光源。發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線光束一般還要用一只近似半球形的透鏡聚焦，以便縮小光束寬度，增大光束強度，有利于光接收器接收、提高點火信號發(fā)生器的工作可靠性。光接收器可以是光敏二極管，也可以是光敏三極管。光接收器與光源相對，并相隔一定的距離，以便使光源發(fā)出的紅外線光束聚焦后照射到光接收器上。(如下左圖)

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遮光盤一般用金屬或塑料制成，安裝在分電器軸上，位于分火頭下面。遮光盤的外緣介于光源與光接收器之間，遮光盤的外緣上開有缺口，缺口數(shù)等于發(fā)動機氣缸數(shù)。缺口處允許紅外線光束通過，其余實體部分則能擋住光束。當遮光盤隨分電器軸轉動時，光源發(fā)出的射向光接收器的光束被遮光盤交替擋住，因而光接收器(光敏二極管或光敏三極管)交替導通與截止，形成電脈沖信號。該電信號引入點火控制器即可控制初級電流的通斷，從而控制點火系統(tǒng)的工作。遮光盤每轉一圈，光接收器輸出的電信號的個數(shù)等于發(fā)動機氣缸數(shù)，正好供每缸各點火一次。(如上右圖)

點火控制器：點火控制器取代了傳統(tǒng)點火系統(tǒng)中斷電器的觸點，將點火信號發(fā)生器輸出的點火信號整形、放大，轉變?yōu)辄c火控制信號，控制點火線圈初級繞組中電流的通、斷，以便在次級線圈的繞組中產生高壓電，供火花塞點火。點火控制器的基本電路包括整形電路、開關信號放大電路、功率輸出電路等。

分電器：電子點火系統(tǒng)的分電器與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的分電器不同，主要區(qū)別在于電子點火系統(tǒng)取消了斷電器(觸點和凸輪)和電容器，增加了點火信號發(fā)生器(信號轉子和傳感部分)。有些點火控制器能夠隨著發(fā)動機轉速變化自動調節(jié)點火提前角，所以這些分電器去掉了離心提前調節(jié)機構，只保留真空提前調節(jié)機構，配電器的結構則無變化。電子點火系統(tǒng)中所用的霍爾分電器的結構。

點火線圈：電子點火系統(tǒng)所采用的點火線圈是用點火控制器控制其初級電路通斷的，所以其初級電流可以增大，點火線圈的電感和電阻一般較小。因此，一般情況下，不能和傳統(tǒng)點火系統(tǒng)點火線圈互換。電子點火系統(tǒng)多采用閉磁路點火線圈。

火花塞：由于普通電子點火系統(tǒng)的點火能量提高，火花塞電極間隙比傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的火花塞電極間隙增大，一般為0.8～1.0mm；為了適應稀薄混合氣燃燒，有的甚至達到1.0～1.2mm，并且各種車型差異也較大，在檢查、調整、維修時，應嚴格根據(jù)原車說明書進行。高壓線：為了減輕無線電干擾，電子點火系統(tǒng)采用的高壓線為有一定電阻的高壓阻尼線，阻值一般在幾千歐至幾十千歐不等；火花塞插頭和分火頭也都有一定的電阻，一般為幾千歐。