汽油发动机点火系统的发展

[摘 要]在汽车工业100多年的发展历程中，汽油机点火系经历了不断改进、不断完善的过程，其性能的好坏对于整个发动机的性能好坏有着重大影响。同时，它的不同的发展阶段亦能间接反映出我国科技发展的巨大进步。本文通过对汽油机点火系统发展的回顾，介绍了几种点火系统的基本结构及其工作原理，并对其工作特点，存在的问题及优缺点等进行了分析。

[关键词]汽车 汽油机 点火系

作者简介：李敏（1973-），女，本科，讲师，从事机电一体化教学与研究；李磊（1978-），男，本科，从事汽车电器教学与研究。

发动机点火系自1910年首次装在汽车上以来，主要经历了传统的触点式点火、半导体辅助点火、普通电子点火、微机控制点火系(全电子点火系)等发展阶段。

传统触点式点火系，是以蓄电池和发电机为电源的点火系。它的优点是结构简单、更换方便， 但存在较多问题没有点火能量调节装置， 存在高速失火和低速点火线圈过热问题；真空和离心点火提前角机械调整装置反应速度慢、控制精度低；初级电流不能太大(≤4A) ， 否则会烧蚀白金触点， 同时触点反应慢， 影响了次级点火电压的提升(≤15kV) 以上问题导致汽油燃烧不充分， 引发低温启动困难、排污大、输出动力小、油耗大和怠速偏高等一系列问题；另一方面， 触点容易烧蚀， 需要驾驶员经常维护和更换； 分电器凸轮磨损严重， 工作寿命受到限制， 由此显见白金触点式点火这种机械装置已不能适应现代发动机向高速、大动力化发展和汽车排污净化严格的要求。传统触点式点火系，如图1-1所示。

二十世纪六十年代出现了半导体辅助点火系，如图1-2所示。该系统是基于白金触点式点火系统的上述缺陷而提出的， 是最早机电相结合的典型代表之一。这种系统保留了原分电器中的白金触点， 但增加了包含大功率开关晶体三极管在内的电子驱动电路，其优点是: 通过线圈初级的电流被晶体三极管放大了， 这样当三极管截止时， 初级绕组的断开电流大、相应次级绕组的电压提高了；通过白金触点的电流明显减小(约为初级的1/10～1/ 20) ， 因而消除了触点严重烧蚀现象， 延长了触点的使用寿命；安装时无需对原车点火系统作重大改动， 且成本低。 问题是: 仍然采用离心和真空点火提前角调整装置；没有点火能量调节功能；机械触点还存在着。

二十世纪七十年代初出现了普通电子点火系统，如图1-3所示。

该系统因不用白金触点装置而不存在机械触点， 故又称无触点电子点火系统，系统根据采用的曲轴传感器类型不同而又分为磁电式(如解放CA1092)、光电式(如苏联伏尔加A3 - 21)、霍尔式(如桑塔纳)和电磁振荡式(如神龙·富康)。电子处理部分主要由脉冲信号处理、初级线圈电流控制、稳压电路、开关晶体管输出驱动电路和过压、反接、停车断电(磁电式除外) 保护电路组成.该系统除了点火提前角还不能实现准确控制之外， 基本上克服了触点的诸多缺陷如: 无触点、无机械磨损， 工作寿命长 点火线圈初级电路的通断响应快， 再加上初级电流可达6A ， 以在次级激发出较高的点火电压( ≥30kV) 若采用低阻点火线圈， 则为所谓高能无触点电子点火系统， 点火能量可高达100mJ 致使燃油燃烧比较充分， 提高了输出动力， 降低了油耗和排放污染；能够根据转速和低值采样电阻实现闭合角控制， 避免了高速失火和低速点火线圈过热现象。目前，这种系统使用广泛。

由于以上点火系统均采用离心提前与真空提前点火机构， 点火正时不够理想。 一方面， 机械装置反应慢， 实时性差、精度低；另一方面， 点火提前角不仅与发动机转速和负载有关， 而且与汽油的抗爆性能、混合气的空燃比、发动机工作温度、进气终了的压力等因素有关。二十世纪七十年代末，随着微处理机技术的发展， 汽车上开始使用微机控制点火时刻的电子控制系统。如图1-4所示。

该系统在高能无触点点火系统的基础上， 采用微处理机来控制点火提前角和闭合角， 使发动机处于最佳点火状态，从而大大改善了排放污染和油耗等指标。微处理机控制点火仍采用分电器，但在系统中，分电器只起到高压电的分配作用，取消了离心提前和真空提前机械机构。微机控制的点火系统根据曲轴位置传感器提供的位置信号，判断出发动机各缸的活塞上止点位置，并由这些脉冲信号计算出发动机转速值，再通过燃油喷射系统的节气门位置传感器或空气流量传感器确定出负载大小。根据发动机转速和负荷大小，微处理机从存储单元中查出此工况的点火提前角和初级导通时间，根据这些数据对点火进行控制，从而实现点火系统的精确控制。

目前，最先进的是无分电器电子控制点火系统，如图1-5所示。

无分电器电子控制点火系统，是在微处理机控制点火基础上进行。一种方法是每个汽缸配置一个点火线圈。另一种方法是每对汽缸配置一个点火线圈，汽缸组合的原则是：两个汽缸的活塞运动位置为同一曲轴转角，而作功间隔为360°。这样可保证每次只有一个汽缸处于点火上止点，而另一个为排气上止点，发动机曲轴转过一周后，两缸的工作行程正好相反。在无分电器系统中需要采用专门的小型闭磁路点火线圈，次级线圈的两端分别与两个火花塞相联接，同时需要获得活塞上止点位置信号和增加汽缸辩别电路。与微处理机控制点火系统相比， 无分电器系统没有分电器，它直接把点火线圈的高压送到火花塞进行点火，因此减少了分电器分火头与旁电极这一中间跳火间隙的能量损耗，以及由此产生的电磁波对无线电的干扰。这种形式的点火系统是未来发动机点火系统的发展趋势。

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