汽油發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)的教學(xué)方法研究

江舸

摘 要：隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)汽油發(fā)動機(jī)的點火系統(tǒng)也經(jīng)歷了巨大的變革，各種控制方式，各種分配形式層出不窮，在教授學(xué)生的過程中，部分老師自己都難以梳理清楚，這就給教學(xué)帶來了麻煩。本文把各種點火的形式梳理清楚，幫助師生更好的學(xué)習(xí)和理解其工作原理、技術(shù)狀態(tài)及應(yīng)用狀況。

關(guān)鍵詞：汽油發(fā)動機(jī) 點火系統(tǒng) 發(fā)展歷程

汽車專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容中，傳統(tǒng)汽車的基本工作原理教學(xué)還是占有絕大部分的篇幅，其中汽油發(fā)動機(jī)的點火工作原理是一個重要的知識點，在‘汽車電器這門專業(yè)課的教學(xué)中，點火系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容占有很大的比例。但是，由于從汽車發(fā)明到現(xiàn)在汽車的普及，發(fā)動機(jī)技術(shù)經(jīng)歷了巨大的進(jìn)步，其中汽油發(fā)動機(jī)的點火方式也同樣發(fā)生了巨大的改變，造成現(xiàn)在路上跑的汽車各種點火方式都有。這就給教師的教學(xué)增加了難度，不同的時代，不同的點火方式，各自的優(yōu)缺點，特別是年輕的專業(yè)教師，很難搞得清楚。

在此，我們從汽油發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)的工作原理入手，講解該系統(tǒng)的發(fā)展歷程和結(jié)構(gòu)變化，給從事汽車電器教學(xué)的青年教師梳理出一條清晰的路徑。

汽油發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)從發(fā)明至今大致可以分為3代。

第一代是觸點式點火系統(tǒng)（也有的叫蓄電池點火系統(tǒng)）。這是最早使用的點火系統(tǒng)，該系統(tǒng)隨著汽油機(jī)的誕生而出現(xiàn)，一直使用到上個世紀(jì)90年代，是一種非常經(jīng)典的點火系統(tǒng)。

該系統(tǒng)的工作原理是通過凸輪的旋轉(zhuǎn)，帶動斷電器K的接通和斷開。當(dāng)斷電器K接通時，點火線圈的初級線圈W2通電，在線圈中儲存電能;當(dāng)斷電器K斷開時，線圈中的電流突然中斷，引起磁通的突變，在點火線圈的次級線圈W1中會激發(fā)出感應(yīng)電動勢，由于點火線圈是一個升壓的變壓器，所以在次級會產(chǎn)生一個2萬伏左右的高壓，通過高壓線輸送到配電器的中心，然后再依次配送到各個火花塞上，高壓擊穿火花塞前端的空氣間隙，引發(fā)火花，點火成功。

凸輪由發(fā)動機(jī)的曲軸或凸輪軸帶動旋轉(zhuǎn)，這樣就能在正確的時刻（氣缸的壓縮上止點位置）在火花塞前端產(chǎn)生火花，點燃混合氣，產(chǎn)生爆炸，完成發(fā)動機(jī)的做功行程。

觸點式點火系統(tǒng)已在汽車上應(yīng)用了近百年，技術(shù)很成熟。具有簡單、價格便宜、維護(hù)方便的優(yōu)點。

但其缺點也非常的明顯。

（1）斷電器的觸點容易產(chǎn)生火花，使觸點燒蝕，造成接觸不良，從而引起發(fā)動機(jī)缺火的故障，使發(fā)動機(jī)運行抖動、無力。

系統(tǒng)觸點采取了很多措施來減少火花的產(chǎn)生，例如，并聯(lián)一個電容器，斷電器的接觸點用鉑金制作等改進(jìn)措施，但畢竟不能徹底消除火花。

（2）斷電器是由彈簧和觸點構(gòu)成的，是純機(jī)械部件，存在觸點接觸不良和彈簧金屬疲勞而斷裂等故障隱患。

（3）點火提前角控制不精確。在觸點式點火系統(tǒng)中，點火提前角的控制是由離心提前和真空提前兩部分組成的。其控制由機(jī)械裝置完成，只能進(jìn)行大致的控制，很不精確。只適用于在對發(fā)動機(jī)的綜合控制要求還不嚴(yán)格的早期。現(xiàn)代社會，對汽車動力性的要求和尾氣排放控制越來越苛刻，這種機(jī)械控制方式已達(dá)不到要求。

針對以上缺點的改進(jìn)，電子式點火方式就應(yīng)運而生了。

第二代汽油發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)是電子式點火系統(tǒng)。

如果用一個開關(guān)三極管代替斷電器的觸點（如下圖1所示）。

三極管有B（基極）、C（集電極）和E（發(fā)射極）三個極，C和E之間相當(dāng)于一個開關(guān)，一個沒有觸點的電子開關(guān)，當(dāng)B極出現(xiàn)一個正的觸發(fā)信號時，C和E就導(dǎo)通了，當(dāng)B極的信號消失時，C和E又?jǐn)嚅_了。當(dāng)C和E接通時，點火線圈的初級充電，C和E斷開時，點火線圈的次級產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成高壓，再送到高壓電分配裝置上，最終到達(dá)火花塞產(chǎn)生火花，點燃混合氣。三極管B端子的觸發(fā)信號可以由曲軸或凸輪軸信號盤產(chǎn)生，以保證能在正確的時刻產(chǎn)生火花。

由于CE間是三極管構(gòu)成的電子開關(guān)，所以不存在前一代接觸不良的故障，同時也不會在觸點兩端產(chǎn)生火花。故而克服了觸點式的缺點。

CE開關(guān)的通和斷受B極信號的控制。

在此，我們把這個起開關(guān)作用的三極管叫做點火控制器或點火模塊。

整個電路的工作原理還是同觸點式點火系統(tǒng)，只是在點火控制器的輸入端增加了信號觸發(fā)電路。

普通電子點火系統(tǒng)相對于觸點式點火系統(tǒng)來說，由于利用晶體管的開關(guān)特性控制點火線圈初級電路的導(dǎo)通與切斷，取消了分電器內(nèi)的斷電器觸點，并增加了閉合角控制電路，點火特性的動、靜態(tài)電路控制等，使點火系的性能有了很大的提高。

但其調(diào)整精度距發(fā)動機(jī)最佳點火控制的要求相差很遠(yuǎn)。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及運用，由計算機(jī)控制的點火系統(tǒng)應(yīng)運而生了。

第三代是ECU（電控單元）式點火系統(tǒng)。

微機(jī)控制點火系統(tǒng)主要由電控單元（ECU）、執(zhí)行器（VT點火器）、點火線圈、火花塞和各種傳感器組成。

ECU根據(jù)各個傳感器輸入信號的變化，對發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)的點火提前角、閉合角和爆震三個方面進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

由于計算機(jī)功能的逐漸強(qiáng)大，點火系統(tǒng)的電控單元通過各種傳感器，能夠隨時監(jiān)測汽車發(fā)動機(jī)的各種狀況變化，隨時調(diào)整點火的控制參數(shù)，使點火越來越精確，結(jié)果就是發(fā)動機(jī)運行更加平穩(wěn)安靜，加速性增強(qiáng)，燃燒更充分，尾氣的排放控制更加清潔。例如，通過爆震傳感器，監(jiān)測發(fā)動機(jī)是否發(fā)生爆震，從而改變點火提前角;根據(jù)水溫傳感器的信號，感知發(fā)動機(jī)的溫度而決定點火提前角避免水溫過高;通過油門踏板位置信號、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和車速信號判斷出是在運用發(fā)動機(jī)制動功能下坡時，可以不噴油不點火，從而節(jié)省燃油等等諸多功能。

綜上所屬，點火的控制分成了3代，其中第1和第2代均已淘汰，目前市面上的車都采用的是第三代：電腦控制點火系統(tǒng)。

在第3代點火系統(tǒng)中，高壓電的分配又有3種形式，分別代表了不同的技術(shù)水平。

第1種分配形式是：分電器式。該形式是利用一個高壓線圈產(chǎn)生高壓電，再用一套分配電裝置把高壓電傳到各個氣缸的火花塞上。

該形式運動部件很多，對高壓電的傳輸有損失。同時，高壓線太多、太長，高壓線時間長了會發(fā)生老化，開裂，造成漏電現(xiàn)象。漏電引起的后果，輕則能量損失，重則引起汽車火災(zāi)。

所以，分電器式現(xiàn)在已經(jīng)基本淘汰，只有在老舊的車上還可看見。

第2種分配形式是：同時點火式。

該形式配有2套點火線圈，每套點火線圈產(chǎn)生的高壓電分別同時送到2個氣缸點火。比如4缸直列發(fā)動機(jī)，一套點火線圈的高壓電就同時送到1、4兩缸，另一套點火線圈產(chǎn)生的高壓電就同時送到2、3兩個缸。

此種點火形式減少了運動部件，高壓線的數(shù)量也有減少，提高了系統(tǒng)的可靠度。

該方式也叫分組點火式。

第3種形式是：獨立點火式。

該形式為每個氣缸都配一個單獨的點火線圈和點火模塊，由于只給一個火花塞供電，體積可以做得很小，因此直接裝在火花塞的上面。點火的控制電路和點火線圈集成封裝為一體，極大地提高了可靠度，且與外界的聯(lián)系均為低壓線路，消除了高壓線漏電的缺點。當(dāng)某個缸出現(xiàn)點火故障時，可以直接單獨更換該缸的點火模塊迅速排出故障。給故障的修理提供了極大地便利。

把前面敘述的知識進(jìn)行總結(jié)，把點火系統(tǒng)前面的控制部分和后面的分配部分進(jìn)行組合，可以得到如下幾種點火分配形式：

（1）觸點控制分電器形式，已經(jīng)淘汰，在老爺車上還可看見。

（2）電子控制分電器形式，已經(jīng)淘汰。

（3）電子控制分組點火形式，在汽車界已經(jīng)淘汰，但在摩托車上大量存在于非電腦控制點火車型上。2016年后，國內(nèi)推行摩托車的國4排放標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)迫摩托車改用電腦控制的點火系統(tǒng)。

（4）電腦控制分電器形式，在上世紀(jì)80年代大量運用，現(xiàn)在基本見不到了，只在那個年代留下來的車上還可看見，只是數(shù)量越來越少了。

（5）電腦控制分組點火形式，在此前10年該種汽油發(fā)動機(jī)點火形式大量流行，一通江湖。近幾年的新車只有部分經(jīng)濟(jì)型車型采用，技術(shù)成熟、便宜。如微型轎車車、小型面包車等。

（6）電腦控制獨立點火形式，目前采用的主流形式。

了解了點火系統(tǒng)的不同形式，有助于我們辨別汽車發(fā)動機(jī)的不同生產(chǎn)年代和技術(shù)水平，對于修理，銷售以及2手車的鑒別都有著極大地幫助。例如，修理、翻新老爺車就具有潛在的市場;修理上世紀(jì)八九十年代的進(jìn)口車等等。

但愿我的這些經(jīng)驗積累對大家的教學(xué)、工作有些許幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯岳峰主編.汽車電氣設(shè)備構(gòu)造與維修.上海交通大學(xué)出版社，ISBN：9787313133335.

[2]曹建華主編.汽車電氣設(shè)備構(gòu)造與維修.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，ISBN：9787560348667.