车型电子点火系统常见解析

2023-08-26 理论教育版权反馈

【摘要】：6）附加电阻：改善点火性能和起动性能。它由点火信号发生器、电子点火器、分电器、点火线圈、火花塞等组成。使点火的击穿电压提前到达，点火相应提前。霍尔集成块2的外层为霍尔元件，同一基板的其他部分制成集成电路。

1.传统点火系统

传统点火系统的组成如图6-10所示。主要包括：

图6-10 传统点火系统的组成

1—配电器 2—高压导线 3—火花塞 4—附加电阻 5—点火线圈 6—点火开关 7—蓄电池 8—起动机 9—电容器 10—断电器

1）电源：供给点火系统所需的电能，由蓄电池和发电机提供。

2）点火线圈：将电源12V的低压电变成15～20kV的高压电。

3）分电器：它包括断电器、配电器、电容器和点火提前机构等部分。各部分作用如下：

①断电器：接通与切断点火线圈一次电路。

②配电器：将点火线圈产生的高压电按气缸的工作顺序送至各缸火花塞。

③电容器：减小断电器触点火花，延长触点使用寿命并提高二次电压。

④点火提前机构：随发动机转速、负荷和汽油辛烷值变化改变点火提前角。

4）火花塞：将高压电引入气缸燃烧室产生电火花，点燃混合气。

5）点火开关：控制点火系统的一次电路。

6）附加电阻：改善点火性能和起动性能。

2.无触点电子点火系统

无触点电子点火系统取消了断电器的触点，用点火信号发生器产生点火信号，控制点火系统工作。它可以避免由触点引起的各种故障，减少了保养和维护工作；还可以增大一次电流，提高二次电压和点火能量；改善混合气的燃烧状况，提高发动机的动力性和经济性并减少排气污染。

无触点电子点火系统一般由点火信号发生器、电子点火器、点火线圈、火花塞等组成，如图6-11所示。

3.磁脉冲式无触点电子点火装置

图6-12是丰田汽车常用的磁脉冲式无触点电子点火装置。它由点火信号发生器、电子点火器、分电器、点火线圈、火花塞等组成。

图6-11 无触点电子点火系统的基本组成

1—点火信号发生器 2—电子点火器 3—附加电阻 4—点火线圈 5—点火开关 6—火花塞

图6-12 磁脉冲式无触点电子点火装置

1—信号发生器 2—电子点火器 3—点火线圈 4—点火开关 5—蓄电池

（1）磁脉冲式点火信号发生器的工作原理

该点火信号发生器（或叫传感器）是一个磁脉冲式信号发生器，用来产生点火信号，控制电子点火器的工作。它安装在分电器内，由分电器轴带动的信号转子、永久磁铁和绕在支架上的传感线圈等组成，如图6-13所示。其信号转子上的凸齿数与发动机的气缸数相同。永久磁铁的磁通经信号转子凸齿、线圈铁心构成回路。当信号转子由分电器轴带动旋转时，转子凸齿与线圈铁心间的空气间隙将发生变化，磁路的磁阻随之改变，使通过传感线圈的磁通量发生变化，因而在传感线圈内感应出交变电动势，如图6-13c所示。

图6-13 磁脉冲式点火信号发生器的工作原理

a）点火信号发生器的结构 b）原理示意图 c）输出信号

1—传感线圈 2—永久磁线 3—信号转子

该点火信号发生器具有点火信号电压的大小随发动机转速的变化而变化的特点。发动机转速升高时，点火信号发生器磁路的磁阻变化速率提高，相应磁通量的变化速率也提高，传感线圈产生的信号电压也就随之增大。使点火的击穿电压提前到达，点火相应提前。利用这一特点，若其结构设计合理，使点火提前角随发动机转速的变化正好满足发动机转速变化对点火提前角的实际需要，就可以省去离心点火提前调节器。

（2）电子点火器工作原理

电子点火器（见图6-12）将从点火信号发生器得到的信号进行整形、放大，以控制点火线圈一次电路的通断。它由点火信号检出电路（晶体管VT₂）、信号放大电路（晶体管VT₃、VT₄）和功率放大电路（大功率晶体管VT₅）等组成。其工作原理如下：VT₂为触发管，当它导通时，其集电极的电位降低，使VT₃截止。VT₃截止时，蓄电池通过R₅向VT₄提供偏流，使VT₄导通。VT₄导通时R₇上的电压降又加在VT₅的发射极上，使VT₅导通。

这样一次绕组便有电流通过，其电路是：蓄电池正极→点火开关4→附加电阻R_f→点火线圈一次绕组→大功率晶体管VT₅→搭铁→蓄电池负极。当VT₂截止时，蓄电池通过R₂向VT₃提供偏流，使VT₃导通。VT₃导通则VT₄截止，VT₅也截止。于是，点火线圈的一次电流被切断，二次绕组产生高压电，击穿火花塞间隙，点燃混合气。电路中晶体管VT₁的基极和发射极相连，相当于发射极为正、集电极为负的二极管，起温度补偿作用。其原理如下：当温度升高时，VT₂的导通电压会降低，使VT₂导通提前而截止滞后，从而导致点火推迟。VT₁与VT₂的型号相同，具有同样的温度特性系数，故在温度升高时，VT₁的正向导通电压也会降低，使P点电位U_P下降，正好补偿了温度升高对VT₂工作电位的影响，而使VT₂的导通和截止时间与常温时相同。

图6-14 霍尔效应原理

4.霍尔效应式无触点电子点火装置

（1）霍尔效应

霍尔效应的原理如图6-14所示。

当电流I通过放在磁场中的半导体基片（即霍尔元件）且电流方向和磁场方向垂直时，在垂直于电流和磁场的半导体基片的横向侧面上会产生一个电压，这个电压称为霍尔电压U_H。霍尔电压的高低与通过的电流和磁感应强度成正比，可用下式表示：

式中R_H——霍尔系数；

d——半导体基片厚度；

I——电流；

B——磁感应强度。

由上式可知，当通过的电流I为一定值时，霍尔电压U_H随磁感应强度B的大小而变化；同时也可看出，霍尔电压U_H的高低与磁通的变化速率无关。

（2）霍尔效应式点火信号发生器

霍尔效应式点火信号发生器是根据霍尔效应原理制成的。它装在分电器内，其基本结构如图6-15a所示，由触发叶轮和信号触发开关等组成。

图6-15 霍尔效应式点火信号发生器的组成和原理

a）结构 b）触发叶轮的叶片进入空气隙 c）触发叶轮的叶片离开空气隙

1—触发叶轮 2—霍尔集成块 3—信号触发开关 4—永久磁铁 5—导磁板 6—导线

触发叶轮1与分火头制成一体由分电器轴带动，其叶片数与气缸数相等。信号触发开关3由霍尔集成块2和带导磁板的永久磁铁4组成。霍尔集成块2的外层为霍尔元件，同一基板的其他部分制成集成电路。由于霍尔信号发生器工作时，霍尔元件产生的霍尔电压U_H是毫安级，信号很微弱，还需要进行信号处理，这一任务由集成电路完成。这样霍尔元件产生的霍尔电压U_H信号，经过放大、脉冲整形，最后以整齐的矩形脉冲（方波）信号输出。其工作原理如图6-15b、c所示。

触发叶轮1的叶片在霍尔集成块2和永久磁铁4之间转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，磁场即被叶片旁路，霍尔元件上不产生霍尔电压。当触发叶轮的叶片离开空气隙时，永久磁铁的磁通便通过霍尔元件经导磁板构成回路，霍尔元件产生霍尔电压。电子点火器就是依靠信号发生器输出的方波信号进行触发并控制点火系统工作的。

（3）电子点火器

电子点火器一般多由专用点火集成块IC和一些外围电路组成。除具有开关功能（即接通和切断一次电路）外，还具有许多功能，如限流控制、闭合角控制、停车断电保护等功能。这使该点火系统显示出更多的优越性，如点火能量高，在发动机转速范围内基本保持恒定，高速不断火，低速耗能少，起动可靠等优点。

5.光电式无触点电子点火装置

光电式无触点电子点火装置是采用光电式点火信号发生器产生点火信号，控制电子点火器和点火系统的工作。光电式点火信号发生器也安装在分电器内，它由安装在分电器轴上的转盘和安装在分电器底板上的光触发器组成。转盘的外缘开有与发动机气缸数相对应的缺口。光触发器由发光二极管和光敏晶体管组成，当发光二极管的光线照射光敏晶体管时，光敏晶体管导通，产生与曲轴位置相对应的电压脉冲，即点火信号，如图6-16所示。

光电式点火信号发生器的缺点是抗污能力差，发光元件和光敏元件上沾灰和油污就会影响正常的信号电压的产生，故这种点火信号发生器对分电器的密封性要求高。因此，光电式点火信号发生器不如磁脉冲式和霍尔效应式应用广泛。

图6-16 光电式点火信号发生器示意图

1—发光二极管 2—转盘 3—光敏晶体管

6.微机控制点火系统

采用微机控制点火系统，可使发动机实际点火提前角接近理想点火提前角。在各种运转条件下，点火提前角可获得复杂而精确的控制。在怠速时，最佳点火提前角的主要目标是运转平稳、排放污染最低、油耗最小；在部分负荷时，主要要求降低油耗和提高行驶特性；在大负荷时，重点是提高最大转矩和避免工作中产生爆震。

微机控制点火系统

主要由传感器、电子控制器、点火器、点火线圈等组成，如图6-17所示。

图6-17 微机控制点火系统原理图

1）传感器：传感器（包括各种开关）主要有曲轴位置传感器、空气流量计（或绝对压力传感器）、水温传感器、进气温度传感器、氧（O₂）传感器、节气门位置传感器、车速传感器、爆震传感器、空调开关信号等。

2）电子控制器：电子控制器的作用是根据发动机各传感器输入的信息及内存的数据，进行运算、处理、判断，然后输出指令（信号）控制有关执行器（如点火器）动作，达到快速、准确地控制发动机工作的目的。

基本构成如图6-18所示，包括输入回路、输出回路、A/D转换器、微型计算机，以及电源电路、备用电路等。

图6-18 电子控制器的基本组成

在微机的只读存储器ROM中，存放着各种程序和该车在各种工况下最优化的点火提前角等数据。发动机工作时，微机根据各传感器及开关信号输入的发动机信息，时刻检测曲轴位置及发动机负荷和转速。根据此时的发动机负荷和转速，查出此时此刻的基本点火提前角，并根据此时的工况进行修正，计算出最佳点火提前角。微机适时按最佳点火提前角向输出回路发出指令，控制点火器切断点火线圈一次电流，产生高压电，并按发动机的点火顺序分配到各缸火花塞进行点火。

3）点火器：点火器的作用是根据电子控制器输出的指令，通过内部大功率晶体管的导通和截止，控制一次电流的通断，完成点火工作。

车型电子点火系统常见解析

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