第一章 點火系統

第一節 點火系統的類型及功能

一、點火系統的發展及其類型

圖1-1 觸點斷電分電器式點火系統

點火系統是發動機上較早采用計算機控制的系統之一。從20世紀20～70年代的這50年間，圖1-1所示的發動機都裝備觸點斷電分電器式點火系統，一直變化不大。70年代，推出了圖1-2所示，由傳感器觸發點火模塊（電子觸點斷電）的分電器式點火系統，但仍采用分電器調整和控制點火提前。70年代末至80年代初，開始采用由計算機控制的點火系統。分電器在計算機點火系統中，主要用于分火和安置傳感器，所以被稱為分電器式計算機點火系統，如圖1-3所示。80年代中期，開始采用不用分電器的計算機點火系統即無分電器點火系統，如圖1-4所示。無分電器點火系統中，每一個或兩個火花塞就有一個點火線圈，由計算機根據曲軸（凸輪軸）位置信號按既定的點火順序控制這些點火初級線圈的通斷，消除了分電器觸點和傳動件磨損對點火性能的影響，點火正時控制精度和點火能量都得到了較大提高，是對點火系統的一次重大改進。隨著人們對無分電器點火技術的深入研究，又開發出適合某些發動機結構的點火方式。將點火線圈和火花塞做成一體，如圖1-5所示。這種點火方式，取消了火花塞導線，減少了能量損失和電磁干擾，被稱為無分電器直接點火系統。將計算機嵌入點火模塊，增大點火模塊的控制作用，有利于改善起動性能，提高點火系統的可靠性。進入90年代，隨著越來越多的發動機開始采用無分電器點火系統，計算機技術也越來越深入、越來越廣泛地應用于發動機點火系統。本書主要講述計算機點火系統。發動機控制用的計算機，也稱為電子控制單元，或簡稱為ECU。

二、點火系統的功能

盡管現在使用的計算機點火系統從外表上看與其他點火系統不同，但功能是相同的，只是計算機點火系統的功能更完善些，這些功能如下：

（1）產生火花 點火系統必須能夠產生足以點燃混合氣的高壓電，并能夠維持滿足完全燃燒所需要的火花持續時間。實現這一功能的關鍵在于提供足夠的點火初級線圈通電時間（通電閉合角）。雖然在一定條件下，點燃混合氣所需電壓是一定的，但多余的能量可以延長火花持續時間。

圖1-2 由傳感器觸發點火模塊（電子觸點斷電）的分電器式點火系統

圖1-3 分電器式計算機點火系統

圖1-4 無分電器點火系統

圖1-5 無分電器直接點火系統點火線圈及火花塞總成及其布置

（2）控制點火提前角 點火系統必須能隨發動機轉速和負荷的變化以及特殊工況（如起動時、發生爆燃時）的需求改變點火提前角。

（3）分配火花 點火系統必須按設定的點火順序，在壓縮行程的適當時刻向確定的氣缸輸送火花。分配火花與控制點火提前角都要求系統能夠及時獲得盡可能精確的曲軸位置與轉速信號。

發動機不論在哪個工況下工作，點火系統必須都能在適當的時刻在火花塞的兩個電極之間產生火花，即電流。這聽起來似乎很簡單，但如果考慮到火花塞需要發火的次數以及發動機工況的變化范圍，理解為什么要采用計算機去控制點火系統就容易多了。

假如一臺六缸發動機正以3000r/min的速度運轉，那么點火系統每分鐘必須產生9000次以上的火花，或者說每分鐘將12V的蓄電池電壓轉換成8～20kV的點火電壓9000次以上而不缺火。而且火花塞的發火時刻必須精確，以保證燃燒產生的最大壓力出現在上止點以后（ATDC）15°～20°。如果點火系統做不到這些，對發動機的動力性、燃油經濟性和排放性都會產生不利的影響。

綜上所述，計算機點火系統一般應具備如下功能：

1）點火提前角控制。

2）點火線圈初級通電時間（通電閉合角）控制。

3）按照發火順序向各氣缸分配火花。