第五節(jié) 電子點(diǎn)火系統(tǒng)

近年來(lái)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)向著多缸、高轉(zhuǎn)速、高壓縮比的方向發(fā)展，人們還力圖通過(guò)改善混合氣的燃燒狀況，以及燃用稀混合氣，以達(dá)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(diǎn)火系統(tǒng)能夠提供足夠高的次級(jí)電壓、火花能量和最佳點(diǎn)火時(shí)刻。傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足這些要求。因此，近幾十年來(lái)各國(guó)都在積極探索改進(jìn)途徑，并研制了一系列的電子點(diǎn)火系統(tǒng)。這是因?yàn)殡娮狱c(diǎn)火系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

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

2)可以不受觸點(diǎn)的限制，增大初級(jí)電流，提高次級(jí)電壓，改善發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)的點(diǎn)火性能。一般傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的低壓電流不超過(guò)5A，而電子點(diǎn)火系統(tǒng)可提高到7～8A，次級(jí)電壓可達(dá)30kV。

3)由于次級(jí)電壓和點(diǎn)火能量的提高，使其對(duì)火花塞積炭不敏感，且可以加大火花塞電極間隙，點(diǎn)燃較稀的混合氣，從而有利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排氣凈化性能。

4)大大減輕了對(duì)無(wú)線電的干擾。

5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，體積小，使用和維修方便。

目前國(guó)內(nèi)外汽車上使用的電子點(diǎn)火系統(tǒng)主要分為有觸點(diǎn)的電子點(diǎn)火系統(tǒng)和無(wú)觸點(diǎn)的電子點(diǎn)火系統(tǒng)兩大類。無(wú)論是哪一類電子點(diǎn)火系統(tǒng)，都是利用電子元件(晶體三極管)作為開關(guān)來(lái)接通或斷開點(diǎn)火系統(tǒng)的初級(jí)電路，通過(guò)點(diǎn)火線圈來(lái)產(chǎn)生高壓電。

一、有觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)

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

接通點(diǎn)火開關(guān) SW，當(dāng)斷電器觸點(diǎn)閉合時(shí)，三極管的基極電路被接通，使三極管飽和導(dǎo)通，接通了點(diǎn)火線圈的初級(jí)電路。其路徑是：三極管的基極電流從蓄電池"＋"→ 點(diǎn)火開關(guān) SW → 點(diǎn)火線圈初級(jí)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(diǎn) K → 搭鐵 → 蓄電池"－"。點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組的電流從蓄電池"＋" →點(diǎn)火開關(guān) SW → 點(diǎn)火線圈初級(jí)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(diǎn)火線圈的鐵心中積蓄了磁場(chǎng)能。

當(dāng)斷電器觸點(diǎn)分開時(shí)，三極管的基極電路被切斷,三極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，切斷了點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組的電路，初級(jí)電流迅速下降到零，在點(diǎn)火線圈次級(jí)繞組中產(chǎn)生高壓電，擊穿火花塞間隙，點(diǎn)燃混合氣。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，斷電器觸點(diǎn)不斷地閉合、分開，控制三極管的導(dǎo)通與截止和初級(jí)電路的通斷，控制點(diǎn)火系統(tǒng)的工作。(如圖)

第五節(jié) 電子點(diǎn)火系統(tǒng)

二、無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)

無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)利用傳感器代替斷電器觸點(diǎn)，產(chǎn)生點(diǎn)火信號(hào)，控制點(diǎn)火線圈的通斷和點(diǎn)火系統(tǒng)的工作，可以克服與觸點(diǎn)相關(guān)的一切缺點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外汽車上應(yīng)用十分廣泛。無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)主要由點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器(傳感器)、點(diǎn)火控制器、點(diǎn)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(jié)構(gòu)和工作原理與傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)應(yīng)部分完全相同。

點(diǎn)擊放大

例如，一汽大眾捷達(dá)轎車的無(wú)觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)原理圖，接通點(diǎn)火開關(guān)，當(dāng)點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器（霍爾效應(yīng)傳感器）發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)，輸出具有一定幅值的正脈沖時(shí)，就會(huì)觸發(fā)點(diǎn)火控制器，使其中的功率三極管導(dǎo)通，于是點(diǎn)火線圈的初級(jí)電路接通。初級(jí)電流由電源的"＋"極齙慊鸝關(guān)齙慊鶼呷Φ"＋"接線柱齙慊鶼呷Φ某跫度譜L1點(diǎn)火線圈的"-"接線柱、點(diǎn)火控制器、搭鐵、電源的"-"極。由于點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組中有電流通過(guò)，于是點(diǎn)火線圈中便形成磁場(chǎng)，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌?chǎng)能儲(chǔ)存起來(lái)。

點(diǎn)擊放大

點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器：點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器取代了傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)斷電器中的凸輪，用來(lái)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(hào)轉(zhuǎn)變成為脈沖電信號(hào)輸送到點(diǎn)火控制器，從而保證火花塞在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻點(diǎn)火。所以點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器實(shí)際就是一種感知發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況，發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)的傳感器。它的類型很多，目前應(yīng)用較多的主要有磁脈沖式、霍爾效應(yīng)式和光電效應(yīng)式。(如下左圖)

點(diǎn)擊放大

點(diǎn)擊放大

1.磁脈沖式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器

磁脈沖式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器是依靠電磁感應(yīng)原理制成的。它一般安裝在分電器的內(nèi)部，由信號(hào)轉(zhuǎn)子和感應(yīng)器兩部分組成。信號(hào)轉(zhuǎn)子由分電器軸驅(qū)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速與分電器軸相同；感應(yīng)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(hào)轉(zhuǎn)子的外緣有凸齒，凸齒數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)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(guò)轉(zhuǎn)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(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，信號(hào)轉(zhuǎn)子不動(dòng)，通過(guò)傳感線圈的磁通量不變，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，傳感線圈兩引線輸出的電壓信號(hào)為零。(如上右圖)

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，穿過(guò)鐵心中的磁通逐漸變化。轉(zhuǎn)子的凸齒每在鐵心旁邊轉(zhuǎn)過(guò)一次，線圈中就產(chǎn)生一個(gè)一正一負(fù)的脈沖信號(hào)。如此，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)轉(zhuǎn)子不斷地旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的凸齒交替地在線圈鐵心的旁邊掃過(guò)，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(yīng)出大小和方向不斷變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。傳感器則不斷地將這種脈沖型電壓信號(hào)輸入點(diǎn)火控制器，作為發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的點(diǎn)火信號(hào)。轉(zhuǎn)速升高時(shí)，傳感線圈中磁通量的變化速率增大，因而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成正比例增加。可見(jiàn)，磁脈沖式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器輸出的交變信號(hào)受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響很大。轉(zhuǎn)速越高，信號(hào)越強(qiáng)，對(duì)點(diǎn)火控制器電路的觸發(fā)越可靠，但可能造成電路中有關(guān)元件的損壞。為此，電路中需增設(shè)穩(wěn)壓管等元件來(lái)限壓。但是，轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)，磁脈沖式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器輸出的交變信號(hào)過(guò)弱，造成對(duì)點(diǎn)火控制器電路的觸發(fā)不可靠，容易引起發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難、怠速轉(zhuǎn)速不能調(diào)低等問(wèn)題。所以設(shè)計(jì)上應(yīng)保證發(fā)動(dòng)機(jī)依最低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器輸出的信號(hào)足夠強(qiáng)。一般情況下，轉(zhuǎn)速變化時(shí)，磁脈沖式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器輸出的信號(hào)電壓的變化范圍可達(dá)0.5～100V。這一信號(hào)除用于點(diǎn)火控制外，還可用作轉(zhuǎn)速等其他傳感信號(hào)。磁脈沖式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，因而應(yīng)用最為廣泛。

2.霍爾效應(yīng)式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器(霍爾傳感器)

點(diǎn)擊放大

點(diǎn)擊放大

霍爾效應(yīng)式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器是利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)工作的，即利用只有在直流電壓和磁場(chǎng)同時(shí)作用于霍爾觸發(fā)器時(shí)，才能在觸發(fā)器中產(chǎn)生電壓信號(hào)的現(xiàn)象制成傳感器，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生點(diǎn)火信號(hào)?；魻柊l(fā)生器的工作原理 ，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)入永久磁鐵與霍爾觸發(fā)器之間時(shí)，永久磁鐵的磁力線被轉(zhuǎn)子葉片旁路，不能作用到霍爾觸發(fā)器上，通過(guò)霍爾元件的磁感應(yīng)強(qiáng)度近似為零，霍爾元件不產(chǎn)生電壓；隨著信號(hào)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子的缺口部分進(jìn)入永久磁鐵與霍爾觸發(fā)器之間時(shí)，磁力線穿過(guò)缺口作用于霍爾觸發(fā)器上，通過(guò)霍爾元件的磁感應(yīng)強(qiáng)度增高，在外加電壓和磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的缺口交替地在永久磁鐵與霍爾觸發(fā)器之間穿過(guò)，使霍爾觸發(fā)器中產(chǎn)生變化的電壓信號(hào)，并經(jīng)內(nèi)部的集成電路整形為規(guī)則的方波信號(hào)，輸入點(diǎn)火控制電路，控制點(diǎn)火系統(tǒng)工作。

霍爾效應(yīng)式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器比磁脈沖式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器的性能穩(wěn)定，耐久性好、壽命長(zhǎng)，點(diǎn)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(hào)不受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，使發(fā)動(dòng)機(jī)低速點(diǎn)火性能良好，容易起動(dòng)，因而其應(yīng)用日益廣泛。

3.光電效應(yīng)式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器

光電效應(yīng)式點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器是利用光電效應(yīng)原理，以紅外線或可見(jiàn)光光束進(jìn)行觸發(fā)的，主要由遮光盤(信號(hào)轉(zhuǎn)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(dòng)、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(zhǎng)，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(qiáng)度，有利于光接收器接收、提高點(diǎn)火信號(hào)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(duì)，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)

點(diǎn)擊放大

點(diǎn)擊放大

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(dòng)機(jī)氣缸數(shù)。缺口處允許紅外線光束通過(guò)，其余實(shí)體部分則能擋住光束。當(dāng)遮光盤隨分電器軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(dǎo)通與截止，形成電脈沖信號(hào)。該電信號(hào)引入點(diǎn)火控制器即可控制初級(jí)電流的通斷，從而控制點(diǎn)火系統(tǒng)的工作。遮光盤每轉(zhuǎn)一圈，光接收器輸出的電信號(hào)的個(gè)數(shù)等于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)，正好供每缸各點(diǎn)火一次。(如上右圖)

點(diǎn)火控制器：點(diǎn)火控制器取代了傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)中斷電器的觸點(diǎn)，將點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器輸出的點(diǎn)火信號(hào)整形、放大，轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)火控制信號(hào)，控制點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組中電流的通、斷，以便在次級(jí)線圈的繞組中產(chǎn)生高壓電，供火花塞點(diǎn)火。點(diǎn)火控制器的基本電路包括整形電路、開關(guān)信號(hào)放大電路、功率輸出電路等。

分電器：電子點(diǎn)火系統(tǒng)的分電器與傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)的分電器不同，主要區(qū)別在于電子點(diǎn)火系統(tǒng)取消了斷電器(觸點(diǎn)和凸輪)和電容器，增加了點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器(信號(hào)轉(zhuǎn)子和傳感部分)。有些點(diǎn)火控制器能夠隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化自動(dòng)調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角，所以這些分電器去掉了離心提前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，只保留真空提前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，配電器的結(jié)構(gòu)則無(wú)變化。電子點(diǎn)火系統(tǒng)中所用的霍爾分電器的結(jié)構(gòu)。

點(diǎn)火線圈：電子點(diǎn)火系統(tǒng)所采用的點(diǎn)火線圈是用點(diǎn)火控制器控制其初級(jí)電路通斷的，所以其初級(jí)電流可以增大，點(diǎn)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(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火線圈互換。電子點(diǎn)火系統(tǒng)多采用閉磁路點(diǎn)火線圈。

火花塞：由于普通電子點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火能量提高，火花塞電極間隙比傳統(tǒng)點(diǎn)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(yīng)稀薄混合氣燃燒，有的甚至達(dá)到1.0～1.2mm，并且各種車型差異也較大，在檢查、調(diào)整、維修時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)原車說(shuō)明書進(jìn)行。高壓線：為了減輕無(wú)線電干擾，電子點(diǎn)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。