半导体点火系统

半导体点火系统是在传统点火系统的基础上加以改进的，主要针对一次电路中的触点进行改造，用电子元件代替这个具有开关作用的触点，因而它的性能得到了很大的提高。

1. 半导体点火系统的优点

(1)电子点火装置可以增大一次电流，提高二次电压和点火能量，改善高速性能。

(2)减少触点火花，延长触点寿命。

(3)容易维护，启动性能好，混合气燃烧完全，排污少；有利于向多缸、高速方向发展。

2. 半导体点火系统的组成

半导体点火系统的组成如图4.1所示。 主要由电源、点火线圈、分电器、火花塞、点火信号发生器、点火控制器、点火开关、高压导线等组成。

(1)电源。

电源的作用是供给点火系统所需的电能，由蓄电池或发电机提供。

(2)点火线圈。

点火线圈的作用是将电源12V的低压电转变成15～20k V的高压电，相当于一个变压器。

(3)分电器。

分电器的作用是把点火线圈产生的高压电分配到各缸。 分电器包括断电器、配电器、电容器和点火提前调节机构等部分。

1)断电器的作用是控制点火线圈一次绕组所在的电路的通断。

2)配电器的作用是将点火线圈产生的高压电按发动机的工作顺序分配到各缸火花塞。

3)电容器的作用是减小断电器触点间火花，延长触点使用寿命并提高二次电压。

4)点火提前调节机构随发动机转速、负荷和汽油辛烷值变化改变点火提前角。 包括离心点火提前调节机构、真空点火提前调节机构、辛烷值选择器。 离心点火提前调节机构、真空点火提前调节机构分别是随着汽车运行时转速和负荷的变化自动调节的，而辛烷值选择器是在出现拆装分电器或者更换不同牌号的燃油的情况下，人工来进行调整的。

(4)火花塞。

火花塞的作用是将高压电引入气缸燃烧室产生电火花，点燃可燃混合气。

图4.1 半导体点火系统的组成

(a)电路图；(b)实物图1—电源；2—点火开关；3—附加电阻；4—点火线圈；5—分电器；6—火花塞；7—点火信号发生器；8—点火控制器

(5)点火信号发生器。

点火信号发生器又称传感器，一般装在分电器内，用来将汽车发动机曲轴旋转的角度或活塞在气缸中所处的位置转换成电信号，送到点火控制器。

(6)点火控制器。

点火控制器又称电子控制单元，它根据信号发生器送来的信号，控制点火线圈一次绕组电流的通断，来控制点火线圈二次绕组产生的高压电。

(7)点火开关。

点火开关的作用是接通或切断点火系低压电路。

(8)高压导线。

高压导线的作用是输送点火系统产生的高压电。

3. 半导体点火系统的主要元件

(1)点火线圈。

1)点火线圈的组成。 由一次绕组、二次绕组和铁芯等组成，如图4.2所示。

图4.2 点火线圈

(a)几种常见的开磁路式点火线圈；(b)点火线圈的分解图

2)点火线圈的安装位置。 点火线圈通常安装在汽车发动机罩内的前挡板或者侧面支架上。

3)点火线圈的分类。 点火线圈按有无附加电阻，可以分为带附加电阻的和不带附加电阻的；按接线方式不同，可以分为两柱式和三柱式；按磁路的结构形式不同，可分为开磁路式点火线圈和闭磁路式点火线圈。

a.三接线柱式点火线圈。如图4.3(b)所示，三接线柱式点火线圈的绝缘盖上有“-”接线柱、“开关”、“＋开关”和高压插孔，它们分别接断电器、起动机附加电阻短路接线柱、点火开关和配电器。 其与二接线柱式点火线圈(图4.3(c))的主要区别是外壳上装有一个附加电阻。为固定该电阻，增加了一个低压接线柱。附加电阻就接在标有“开关”和“＋开关”的两接线柱之间，与点火线圈的一次绕组串联。 附加电阻是一个热敏电阻，可用低碳钢丝、镍铬丝或纯镍丝制成。 具有受热时电阻迅速增大，而冷却时电阻迅速降低的特性。 因此，在发动机工作时，可自动调节一次电流，确保发动机低速运转时点火线圈不会过热，发动机高速运转时点火线圈不会断火，而启动时被短路，提高一次电流，从而提高二次电压，保证正常启动。

b. 开磁路式点火线圈。 开磁路式点火线圈的实物如图4.2所示，内部结构如图4.3(a)所示。 点火线圈的中心是用硅钢片叠成的铁芯，在铁芯外面套上绝缘的纸板套管，套管上绕有二次绕组，它一般用直径为0.06～0.10mm的漆包线绕20000～40000匝。 作用是通过互感，产生高压电动势。 一次绕组用直径为0.5～1.0mm的高强漆包线，绕在二次绕组的外面，以利于散热，一般绕300～400匝。 绕组绕好后在真空中浸以石蜡和松香的混合物，以增强绝缘。 绕组和外壳之间装有导磁钢套，底部有瓷质绝缘支座，上部有绝缘盖，外壳内充满沥青或变压器油等绝缘物，加强绝缘并防止潮气侵入。

图4.3 开磁路式点火线圈

(a)结构示意图；(b)三接线柱式原理图；(c)二接线柱式原理图1—“—”接线柱；2—二次绕组引出头及弹簧；3—橡胶罩；4—高压阻尼线；5—高压线插座；6—螺母及垫片；7—绝缘盖；8—橡胶密封圈；9—螺钉及螺母；10—加电阻盖；11—附加电子瓷质绝缘体；12—附加电阻及接线片；13—固定夹；14—一次绕组；15—二次绕组；16—绝缘纸；17—铁芯；18—瓷绝缘体；19—沥青材料；20—外壳；21—导磁钢套

一次电流在流过开磁路式点火线圈的一次绕组时，使铁芯磁化，其磁路如图4.4所示。 由于磁路的上、下部分都是从空气中通过的，一次绕组在铁芯中产生的磁通，需经壳体内的导磁钢套形成回路，磁路的磁阻大，漏磁较多，能量损失较大。

图4.4 开磁路式点火线圈的磁路

1—磁力线；2—铁芯；3—一次绕组；4—二次绕组；5—导磁钢套

c. 闭磁路式点火线圈。 闭磁路式点火线圈的实物如图4.5所示，内部结构如图4.6所示。 在“口”字形或“日”字形铁芯内绕有一次绕组，在一次绕组外面绕有二次绕组，一次绕组在铁芯中产生的磁通，通过铁芯形成闭合磁路，故称其为闭磁路式点火线圈。 与开磁路式点火线圈相比，闭磁路式点火线圈具有漏磁少、能量转换效率高、体积小、质量轻、铁芯裸露易于散热等优点，所以目前在高能电子点火系统中被广泛使用。

图4.5 常见的闭磁路式点火线圈

图4.6 闭磁路式点火线圈内部结构

(a)闭磁路式点火线圈；(b)“口”字形铁芯；(c)“日”字形铁芯1—一次绕组；2—二次绕组；3—铁芯；4—正接线柱；5—负接线柱；6—高压接线柱；7—磁力线

4)点火线圈的型号。

根据QC/T73—1993的规定，点火线圈的型号由以下几部分组成:

产品代号:DQ表示传统点火系统用的点火线圈，DQD表示电子点火系统用的点火线圈。

电压等级代号:见表4.1。

用途代号:见表4.2

设计序号:用数字来表示。

变型代号:用数字来表示。

表4.1 点火线图电压等级代号

表4.2 点火线圈用途代号

(2)分电器。

分电器壳体一般由铸铁制成，下部压有石墨青铜衬套，分电器由凸轮轴上螺旋斜齿轮驱动。分电器轴在衬套内旋转，用油杯内的润滑脂进行润滑。分电器由配电器、离心点火提前调节机构、真空点火提前调节机构组成，一般信号发生器也装在其中，如图4.7所示。内部结构如图4.8所示。

图4.7 常见分电器实物图

图4.8 分电器结构示意图

1—屏蔽罩；2—分电器盖；3—分火头；4—防尘罩；5—弹簧夹；6—分电器轴；7—信号转子；8—真空提前调节机构；9—霍尔触发器；10—离心提前调节装置；11—分电器壳体；12—橡胶密封圈；13—驱动齿轮

1)配电器。 配电器由绝缘胶木制成的分电器盖和分火头组成。 如图4.9所示，分电器盖的中央有一高压线插孔，其内部装有带弹簧的炭柱，压在分火头的导电片上。 分电器盖的四周均布有与发动机气缸数相等的旁电极，可通过分缸高压导线与各缸火花塞相连。 分火头装在分电器凸轮轴的顶端，利用弹簧卡片卡紧，随分电器轴一同旋转。 分火头顶面铆着铜质的导电片，其端部与旁电极有0.2～0.8mm的气隙，当一次电路断开时，分火头上的导电片总是正对某一旁电极，将来自点火线圈的高压电经中央电极，以电火花塞的形式跳到旁电极上，再经高压导线送往火花塞。

图4.9 配电器实物图

2)点火提前调节机构。 点火时刻对发动机的工作影响很大，从火花出现到混合气大部分燃烧完毕从而使气缸内压力升到最高值，是需要一定时间的。 虽然这段时间很短，不过几毫秒，但发动机转速很高，在此短时间内转过的角度却可达相当大的数值。 若恰好在活塞到达上止点时点火，则混合气一面燃烧，活塞一面下移使气缸容积增大，这将导致燃烧压力降低，发动机功率减少，损失能量。 因此，应当在活塞达到上止点前点火，这样，气体能在做功行程中得到比较完全的膨胀，使热能得到最有效的利用。

从开始点火到活塞到达上止点这段时间内，曲轴转过的角度称为点火提前角。 若点火提前角过大，混合气在压缩行程就开始燃烧，气缸压力渐渐上升，增加了活塞上行的阻力，白白消耗发动机的功率，还易出现爆震等不正常燃烧现象。 点火提前角过小，混合气将在做功行程燃烧甚至在排气管中燃烧，使气缸中的压力降低，发动机过热，功率下降。

最佳点火提前角随许多因素而变，最主要的因素是发动机转速和负荷。 因此，对一定的发动机而言，当转速一定时，随着负荷的加大，进入气缸的可燃混合气的增多，压缩终了时的压力和温度增高；同时残余废气在缸内混合气中的百分数下降，因而混合气燃烧速度增大，这时点火提前角应适当减小。 反之，发动机负荷减小时，点火提前角应当加大。

当负荷一定时，发动机转速增高，燃烧过程所占曲轴转角增大，这时应适当加大点火提前角。 否则，燃烧会延续到膨胀过程中，造成功率和经济性下降。 因此，点火提前角应随转速提高适当增大，但是增加量是逐渐减少的，呈非线性增加。

在传统的点火系统中，在分电器中一般设有两套自动调节点火提前角的装置。 一套是能随发动机转速的变化而自动调节点火提前角的离心式点火提前角调节装置，另一套是按发动机负荷不同而自动调节点火提前角的真空式点火提前角调节装置。

离心式点火提前角调节装置。 离心点火提前角调节装置是在发动机不同转速下自动调节点火提前角的装置，它使点火提前角随发动机转速的增大而适当地增大，但在高速时增加量是减小的，其结构如图4.10所示。

图4.10 离心点火提前角调节装置

1—凸轮固定螺钉及垫片；2—凸轮；3—拨板；4—分电器轴；5—离心块；6—弹簧；7—托板；8—销钉；9—柱销

离心式点火提前角调节装置一般在信号发生器底板的下面。 分电器轴上固定有托板，两个离心块分别套在托板的柱销上，可绕柱销转动。 离心块另外一端由弹簧拉向轴心，凸轮及拨板制成一体，信号发生器转子活络地套在轴上，其拨板的长方形孔套着离心块的销钉，从而可通过拨板带动信号发生器转子转动，轴的上端装有限位螺钉，紧定后仍然有一定的轴向间隙，以保证信号发生器转子能和轴做相对转动，螺钉的上面装上带有润滑油的油毡，对信号发生器转子与轴之间的接触面进行浸透润滑。

离心式提前角调节机构的工作原理如图4.11所示。 当发动机转速升高时，离心块在离心力的作用下克服弹簧拉力向外甩开，其上的销钉推动拨板连同凸轮沿原旋转方向相对于分电器轴转动一个角度，使凸轮提前顶开触点，点火提前角增大。 当发动机转速降低时，重块的离心力相应减小，弹簧将离心块拉回一些，点火提前角减小。

在发动机高速范围，转速的变化对混合气的燃烧速度影响较大，这时，希望随着转速的升高点火提前角的增量小一些。 为此，有些离心点火调节装置的每个离心块设有一粗一细两个弹簧。 细弹簧只要在离心块一开始甩开就起作用，而粗弹簧要在转速达到一定值，离心块外甩的角度较大时才能起作用。 由于离心块在发动机高速时有两个弹簧起作用，相应的点火提前角的增量也就较小，使之更符合发动机的要求。

真空式点火提前角调节机构。 真空式点火提前角调节机构能根据发动机负荷的变化自动调节点火提前角，使点火提前角随发动机负荷的增大而减小。 真空式点火提前角调节机构装在分电器壳体的外侧，其结构如图4.12所示。

图4.11 离心式点火提前角调节机构的工作原理图

(a)离心式点火提前角调节机构未作用时；(b)离心式点火提前角调节结构工作时

图4.12 真空式点火提前角调节机构

1—外壳；2—活动底板；3—偏心螺钉；4—固定触点；5—活动触点；6—接线柱；7—拉杆；8—膜片；9—真空调节器外壳；10—弹簧；11—螺母；12—触点臂弹簧

真空式点火提前角调节机构内膜片的左侧通大气，右侧通过真空管与节气门处的通气孔相通。

当发动机启动和怠速时，由于曲轴转速低，混合气燃烧时间只占很小的曲轴转角，故点火提前角应当很小，或为零。 此时，节气门接近关闭，因通气孔在节气门的上方，该处的真空度几乎为零，真空式点火提前角调节装置内的膜片在弹簧力作用下向左拱曲至最大，拉杆拉动信号发生器顺分电器轴旋转方向转动最大角度，使点火提前角最小或不提前，如图4.13(c)所示。

当发动机小负荷工作时，在节气门开度小于1/4开度(图4.13(a))时，随着负荷增大，节气门开度增大，通气孔处的真空度也增加，膜片克服弹簧力向右拱曲，拉杆拉动信号发生器逆分电器轴旋转方向转动一个角度，使控制器功率晶体管提前截止，点火提前角增大。

当发动机大负荷工作时，随着负荷增大，节气门开度增大，通气孔处的真空度减小，弹簧推动膜片使点火提前角减小，如图4.13(b)所示。

辛烷值选择器。 为适应不同汽油的不同抗爆性能，在换用不同品质的汽油时，常需调整点火时间，为此在分电器上常装有辛烷值选择器。 通常可将分电器总成的固定螺丝旋松，使分电器外壳相对于轴转过一个角度后再紧固以改变点火提前角。 为了使调整时能看到调整的角度，在有些分电器壳体的下部装有指针和刻度板，即辛烷值选择器。 它可以指示出壳体转过的角度，如图4.14所示。

图4.13 真空式点火提前角调节装置结构原理示意图

(a)小负荷；(b)大负荷；(c)启动和怠速1—分电器外壳；2—断电器凸轮；3—断电器触点；4—真空点火提前调节机构的外壳；5—弹簧；6—连接管；7—化油器；8—节气门；9—膜片；10—拉杆；11—固定销

图4.14 辛烷值选择器

(a)构造；(b)顺时针转动外壳；(c)逆时针转动外壳1—调节臂；2—夹紧螺钉及螺母；3—托板；4—调节底板；5—拉杆

3)分电器的型号。 根据QC/T73—1993的规定，分电器的型号为:

产品代号:用FD表示，FDW表示无触点分电器。

缸数代号:见表4.3。

表4.3 分电器缸数代号

结构代号:见表4.4。

表4.4 分电器的结构代号

设计序号:用数字来表示。

变型代号:用数字来表示。

(3)火花塞。

1)对火花塞的要求。 火花塞的工作条件极其恶劣，它要受到高压、高温以及燃烧产物的强烈腐蚀。 因此火花塞必须具备以下的特点:

a. 火花塞必须具有足够的力学强度，以适应往复运动气体的冲击力。

b. 火花塞在点火产生的高压电的冲击下，仍然要可靠地绝缘。

c. 能承受剧烈的温度变化，在高温下不能损坏或者局部变形，并具有良好的热特性。

d. 火花塞的材料能抵抗燃料的腐蚀。

e. 火花塞应具有尽可能低的击穿电压，以提高点火系统的可靠性，同时也减轻高压电路的负担，延长使用寿命。

f. 火花塞具有合理的安装和良好的密封。

2)火花塞的结构。 火花塞的结构如图4.15所示。 在图4.15(b)中钢制壳体5的内部固定有高氧化铝陶瓷绝缘体2，使中心电极与侧电极之间保持足够的绝缘强度。 绝缘体孔的上部装有金属杆3，通过接线螺母与高压线相连，下部装有中心电极10。 金属杆与中心电极之间用导电玻璃6密封。 中心电极用镍锰合金制成，具有良好的耐高温、耐腐蚀和导电性能。 中心电极与侧电极之间的间隙一般为0.6～0.7mm。 火花塞借壳体下部的螺纹旋入气缸盖中，旋紧时密封垫圈受压变形保证壳体与缸盖之间密封良好。 为了适应不同发动机的需要，火花塞因下部的形状和绝缘体裙部长度的不同有多种形式。

3)火花塞的热特性。 火花塞工作时，周期性地受到高温燃气作用，使绝缘体裙部温度升高，这部分热量主要通过壳体、绝缘体、中心电极、金属杆等传至缸体或散发到空气中，当吸收和散发的热量达到平衡时，火花塞的各个部分将保持一定的温度。

火花塞的发火部位吸热并向发动机冷却系散发的性能，称为火花塞的热特性。 实践证明，当火花塞绝缘体裙部的温度保持在500℃～600℃时，落在绝缘体上的油滴刚好能立即烧去，不形成积炭，这个温度称为火花塞的自净温度。

图4.15 火花塞的构造

(a)实物；(b)剖面1—接线柱；2—绝缘体；3—金属杆；4—垫圈；5—壳体；6—导电玻璃；7—多层密封垫圈；8—内垫圈；9—侧电极；10—中心电极

低于这个温度时，火花塞常因产生积炭而漏电，严重时不能点火；高于这个温度时，则当混合气与炽热的绝缘体接触时，可能引起表面点火，甚至在进气行程中燃烧，产生回火。

4)火花塞的分类。

a. 按照电极材料分。 常听说普通火嘴、铂金火嘴、铱金火嘴，这是根据火花塞电极材料不同而区分出来的特殊称谓。

一般汽车的原厂火花塞，即普通的火花塞，其电极材料由镍锰合金制成，一般在行驶1万km或一年后要进行检查，3万km左右进行更换。

现在的奔驰、宝马等高档轿车和部分丰田轿车原厂配用铂金火花塞，铂金火花塞则可以实现1万km免检查，使用里程可以达到15万km更换，这给用车带来极大的方便。 近年来又出现了铱合金火花塞，使用寿命更长，但是价格较高。

b. 按照火花塞裙部的长短分。 火花塞的热特性主要取决于绝缘体裙部的长度。 绝缘体裙部长的火花塞，一般16～20mm，受热面积大，传热距离长，散热困难，裙部温度高，称为热型火花塞；反之，裙部短的火花塞，一般小于8mm，受热面积小，传热距离短，容易散热，裙部温度低，称为冷型火花塞。 长度介于两者之间的，称为标准型的或者是中型火花塞。

热型火花塞适用于低速、低压缩比、小功率发动机；冷型火花塞适用于高速、高压缩比、大功率发动机。

火花塞的热特性常用热值或炽热数表示。 我国是以绝缘体裙部长度标定的热值(1～11)表示火花塞的热特性。 热值代号1、2、3为热型火花塞；4、5、6为中型火花塞；7、8、9、10、11为冷型火花塞。 如图4.16所示为不同型号的火花塞。

图4.16 冷型、中型和热型火花塞

c. 按照火花塞的结构特征分。 按照火花塞结构特征可将火花塞分为标准型、绝缘体突出型、细电极型、锥座型、多极型、沿面跳火型、电阻型、屏蔽型，如图4.17所示。

图4.17 不同结构特征的火花塞

标准型火花塞的绝缘体裙部缩入壳体端面，侧电极在壳体端面以外，使用广泛。

绝缘体突出型火花塞绝缘体裙部较长，突出壳体端面以外。 具有吸热面积大、抗污染能力强等优点，且能直接受到进气的冷却而降低温度，因而也不容易引起炽热点火，故热适应范围宽。

细电极型火花塞电极很细，火花强，点火性能好，在严寒冬季也能保证发动机迅速可靠启动，热范围较宽，能满足多种用途。

锥座型火花塞的壳体和旋入螺纹制成锥形，不用垫圈即可以保持良好密封，缩小了火花塞体积，对发动机的设计有利。

多极型火花塞侧电极一般为两个或者两个以上，点火可靠，间隙不需要经常调整，在电极容易烧蚀或火花塞间隙不能经常调节的一些汽油车上采用。

沿面跳火型火花塞是一种最冷型的火花塞，其中心电极与壳体端面之间的间隙是同心的。

电阻型火花塞是在绝缘体中心部位内藏有电阻值为5000Ω的陶瓷电阻体的火花塞。 可以放缓电流变化并抑制产生电磁波，减少电磁干扰，如图4.18所示。

图4.18 电阻型火花塞

屏蔽型火花塞是利用金属壳体把整个火花塞屏蔽密封起来。 可以防止无线电干扰，还可以用于防水、防爆的场合。

5)火花塞的规格和型号。 根据现行国家专业标准ZB/T37003—1989《火花塞产品型号编制方法》的规定，国产火花塞型号由三部分组成:

第一部分为汉语拼音字母，表示火花塞的结构类型及主要形式尺寸。 各字母的含义见表4.5。

表4.5 火花塞结构类型代号

第二部分为阿拉伯数字，表示火花塞热值。

第三部分为汉语拼音字母，表示火花塞派生产品、结构特性、材料特性及特殊技术要求等。无字母者为普通型火花塞。 在同一产品型号中，需用两个字母表示时，按下列顺序排列:

P——屏蔽型火花塞；

R——电阻型火花塞；

B——半导体型火花塞；

T——绝缘体突出型火花塞；

Y——沿面跳火型火花塞；

J——多电极火花塞；

H——环状电极火花塞；

U——电极缩入型火花塞；

V——V型电极火花塞；

C——镍铜复合电极火花塞；

G——贵金属火花塞；

F——非标准火花塞。

(4)点火信号发生器。

点火信号发生器的作用是产生对应于气缸数及曲轴位置的电压信号，用以触发点火控制器，使点火线圈产生高压电供火花塞跳火。

常见的点火信号发生器有电磁感应式、霍尔效应式、光电式。 电磁感应式信号发生器结构简单，性能可靠稳定，已经被普遍采用。 霍尔效应式信号发生器性能优于电磁感应式信号发生器，目前使用的车型也越来越多。 光电式信号发生器则应用较少。

(5)电子控制器。

电子控制器又称电子控制单元，它根据信号发生器送来的信号控制点火线圈一次绕组电流的通断，以便点火线圈的一次绕组产生高压电。

4. 半导体点火系统的工作原理

半导体点火系统的工作原理如图4.19所示，当发动机曲轴运转时，点火信号发生器产生了对应于气缸压缩终了的正时点火脉冲信号。 此脉冲信号通过整形、放大后，控制点火线圈一次绕组所在电路的三极管的导通和截止。 三极管导通时，点火线圈一次绕组所在的低压电路构成回路，点火线圈储存磁场能。 当三极管截止瞬间，点火线圈一次电路断开，在二次绕组中感应出和匝数比成正比的20000～25000V的高压电，点火线圈二次绕组所在的高压电路构成通路，产生的高压电根据点火顺序通过配电器分配给各缸，击穿火花塞间隙，产生电火花，点燃气缸中的可燃混合气。

图4.19 半导体点火系统的工作原理图

影响击穿火花塞间隙的电压的因素主要包括火花塞间隙的大小和形状、气缸内混合气的压力与温度、电极的温度和极性、发动机的工况等因素。

5. 触点式电子点火系统

触点式电子点火系统是使用最早的一种电子点火装置，它将一只晶体管串联在点火线圈的一次电路中，代替原有的触点，起到开关作用。 断电器的触点串联在三极管的基极电路中，控制三极管的导通和截止。

(1)电感储能触点式电子点火系统。

1)实例:国产BD—71F型点火装置组成。

BD—71F型触点式晶体管点火装置可与传统分电器配套使用，其电路图如图4.20所示，主要由触点、点火控制器、点火线圈、火花塞等组成。

2)工作原理。

接通点火开关S，当断电器触点K闭合时，因三极管VT1的基极与蓄电池的负极相连，故VT1截止。这时蓄电池通过R2、VD、R1构成回路，在R2、R1的分压作用下，三极管VT2获得正向偏压而饱和导通，接通一次电路。

其电路是:蓄电池正极→点火开关S→一次绕组L1→附加电阻Rf→三极管VT2集电极、发射极→搭铁→蓄电池负极。此时，点火线圈一次绕组储存磁场能。

图4.20 BD—71F型触点式晶体管点火装置

当触点K打开时，蓄电池通过R3向三极管VT1提供基极电流，使VT1导通，VT2截止，点火线圈一次绕组中的电流中断，磁场迅速消失，于是在二次绕组中产生高压电，击穿火花塞间隙，点燃可燃混合气。

图4.20中电阻R1、R2是VT2的偏流电阻，R2同时又是VT1管的负载电阻；R3是VT1管的偏置电阻；电容C用来保护VT2管；二极管VD是用来保证VT1管导通时VT2管能可靠截止。

(2)电容储能触点式电子点火系统。

电容储能触点式电子点火系统与传统点火系统和电感式电子点火系统的不同之处在于它用于产生火花的能量是以电场的形式储存在专门的储能电容中。 在需要点火时，储能电容向点火线圈的一次绕组放电，在二次绕组中感应出高压电，击穿火花塞间隙，产生电火花，点燃可燃混合气。

1)电容储能触点式电子点火系统的组成。 电容储能触点式电子点火系统的基本组成如图4.21所示。 该点火系统与电感式的不同，它增加了直流升压器、储能电容、晶闸管和触发器等。

直流升压器的作用是将电源的12V低压直流电转变为交流电并升压，再经整流器整流为300～500V的直流电，向储能电容器充电。 储能电容用于储存点火能量。 晶闸管起开关作用，由触发器在规定的点火时间触发晶闸管。 触发器按获得触发信号的不同，又可分为有触点式和无触点式两类。

图4.21 电容储能触点式电子点火系统的基本组成

2)电容储能触点式电子点火系统的工作原理。 有触点电容放电式电子点火系统的工作原理如下:

当点火开关闭合并且断电器触点闭合时，触发器发出指令信号，使晶闸管截止，直流升压器输出的300～500V的直流高压电向储能电容器充电；当触点打开时，触发器也发出指令信号，使晶闸管导通，储能电容器向点火线圈的一次绕组放电，在二次绕组中感应出和线圈匝数比成正比的20～30k V的高压电，击穿火花塞间隙，产生电火花，点燃气缸内的可燃混合气。

无触点电容放电式电子点火系统的工作原理与上述基本相同，其区别仅在于触发信号的获得方式不同。

3)电容储能触点式电子点火系统的特点。

与电感储能式点火系统相比，电容储能触点式电子点火系统具有如下优点:

a. 二次电压不受发动机转速影响。 由于储能电容的充电电压高，充、放电时间极短，而晶闸管的导通速率又极高，因此二次电压几乎不受发动机转速的影响。 故特别适用于高速发动机。

b. 对火花塞积炭不敏感。 因二次电压上升的时间极短，一般为3～20μs，故在火花塞积炭或污染时，仍能产生较高的二次电压，保持良好的点火性能。

c. 延长点火线圈的使用寿命。 由于电容储能方式只在点火的瞬间有较大的电流通过点火线圈，而其他时间里点火线圈不通电流，因此点火线圈的平均电流小，其工作温度低，使用寿命长。

d. 对蓄电池极为有利。 由于电容储能方式电能的消耗随发动机转速的增加而增加，而在发动机怠速时电能消耗最少，因此对蓄电池极为有利。

e. 能量利用率高。 由于整个储能过程能量损失小，点火线圈的能量转换效率高。

电容储能触点式点火系统的上述优点是很吸引人的，但是至今其应用远不及电感储能式的多，原因是它有如下缺点:点火持续时间过短、对无线电产生严重干扰、成本高等。

上述缺陷限制了电容储能触点式点火系统在一般汽油机上的推广使用，从而使电容储能触点式点火系统仅用于转速较高的汽油机，如赛车发动机等。

6. 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，首先对触点进行固化处理，因而也称为第一代固态点火系统。 第一代固态点火系统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。因此，无触点点火系统已在国内外得到广泛应用。

(1)无触点电子点火系统的组成。

无触点电子点火系统一般由电源、点火开关、分电器、点火信号发生器、点火控制器、点火线圈、火花塞等组成，如图4.22所示。

图4.22 无触点电子点火系统的基本组成

1—点火信号发生器；2—点火控制器；3—附加电阻；4—点火线圈；5—点火开关；6—火花塞

电源、点火开关、分电器、点火线圈、火花塞的结构原理与传统点火系统相同，这里主要介绍一下点火信号发生器和点火控制器。

1)点火信号发生器。

点火信号发生器的作用:点火信号发生器安装在分电器内，它是一种将非电量转化为电量的传感器，通过一定的转换方式，将汽车发动机曲轴转过的角度或者是活塞在气缸中所处的位置转换成相应的电脉冲信号，最后传送到点火控制器。

点火信号发生器的分类:常见的点火信号发生器有磁脉冲式、光电式、霍尔效应式三种。

2)点火控制器。

点火控制器的作用:点火控制器又称为点火组件或者是电子点火器。 它将点火信号发生器传来的脉冲信号经过相应的放大和其他的处理后，控制点火线圈的一次绕组的所在电路的通断。

点火控制器的组成及其作用:

尽管点火控制器电路各异，但是其基本组成与功能是一样的，一般由脉冲整形电路、点火线圈通电时间控制电路、功放电路和稳压电路组成。

脉冲整形电路的作用是将点火信号发生器送来的脉冲信号整形，使其信号幅值不受发动机转速的影响。

点火线圈通电时间控制电路的作用是把经过整形电路送出的数字脉冲信号输入到通电时间控制电路，以确定一次绕组通电时间的开始时刻，从而达到控制一次绕组通电时间长短以适应发动机转速变化的目的。

功放电路的作用是把通电时间控制电路送来的信号放大，以便对一次电流进行控制。

稳压电路的作用是提供点火装置所需要的稳定电压，以保证点火装置正常工作。

(2)无触点电子点火系统的工作原理。

分电器转动时，点火信号发生器产生脉冲电压信号，此脉冲电压信号经点火控制器大功率晶体管前置电路的放大、整形等处理后，控制串联在点火线圈一次电路的大功率晶体管的导通和截止。 大功率晶体管导通时，点火线圈一次电路导通，点火系统储能；当输入电子控制器的点火信号脉冲电压使大功率晶体管截止时，点火线圈一次电路断路，二次绕组便产生高压电，击穿火花塞间隙，产生电火花，点燃燃烧室内的可燃混合气。

(3)磁脉冲式无触点电子点火装置。

图4.23所示是丰田汽车常用的磁脉冲式无触点电子点火装置。 它主要由点火信号发生器、点火控制器、分电器、点火线圈、火花塞等组成。

图4.23 磁脉冲式无触点电子点火装置

1—点火信号发生器；2—点火控制器；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。 磁脉冲式点火信号发生器安装在分电器内，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器线圈等组成，如图4.24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、线圈铁芯构成回路。

当信号转子由分电器轴带动旋转时，转子凸齿与线圈铁芯间的空气间隙将发生变化，磁路的磁阻随之改变，使通过传感器线圈的磁通量发生变化，因而在传感器线圈内感应出交变电动势，如图4.25所示。

图4.24 点火信号发生器的结构原理图

1—传感器线圈；2—永久磁铁；3—信号转子(a)点火信号发生器的结构；(b)原理示意图

图4.25 磁脉冲式点火信号发生器产生的感应电动势

磁脉冲式点火信号发生器具有一个特点:其点火信号电压的大小会随发动机转速的变化而变化。 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，传感器线圈产生的信号电压也就随之增大。 这一结果会使点火的击穿电压提前到达，点火相应提前。

利用这一特点，若将其结构设计合理，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角调节装置。 目前丰田、三菱多采用此种方式的点火信号发生器。

2)电子控制器的工作原理。 电子控制器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低压电路的通断。它由点火信号检出电路(三极管V2)、信号放大电路(三极管V3、V4)和功率放大电路(大功率三极管V5)等组成。其工作原理如下:V2为触发管，当它导通时，其集电极的电位降低，使V3截止。V3截止时，蓄电池通过R5向V4提供偏置电流，使V4导通。V4导通时R7上的电压降又加在V5的发射极上，使V5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SW→附加电阻Rf→点火线圈一次绕组L1→大功率三极管V5→搭铁→蓄电池负极。

当V2截止时，蓄电池通过R2向V3提供偏置电流，使V3导通。V3导通则V4截止，V5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。

电路中三极管V1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，V2的导通电压会降低，使V2导通提前而截止滞后，从而导致点火推迟。V1与V2型号相同，具有同样的温度特性系数。故在温度升高时，V1的正向导通电压也会降低，使P点电位UP下降，正好补偿了温度升高对V2工作电位的影响，而使V2的导通和截止时间与常温时相同。

(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4.26所示。

图4.26 霍尔效应原理

当电流I通过放在磁场中的半导体基片(霍尔元件)且电流方向和磁场方向垂直时，在既垂直于电流又垂直于磁场的半导体基片的横向侧面上会产生一个电压，这种现象叫霍尔效应，这个电压称为霍尔电压UH。霍尔电压的高低与通过的电流和磁感应强度成正比，可用式(4.1)表示:

式中 RH——霍尔系数；

d——半导体基片厚度，m；

I——电流，A；

B——磁感应强度，T。

由式(4.1)可知，当通过的电流I为一定值时，霍尔电压UH随磁感应强度B的大小而变化；同时也可看出，霍尔电压UH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4.27(a)所示，它由触发叶轮和信号触发开关等组成。

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UH是毫伏级，信号很微弱，还需要信号处理，这一任务由集成电路完成。 这样霍尔元件产生的霍尔电压UH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。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。

霍尔信号发生器的工作原理如图4.27(b)和4.27(c)所示。 触发叶轮转动时，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，这时霍尔元件上不产生霍尔电压。 集成电路输出级的三极管处于截止状态，信号发生器输出高电平。

图4.27 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

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，集成电路输出级的三极管处于导通状态，信号发生器输出低电平。 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。

霍尔效应式点火信号发生器输出的点火信号(波形)中，高低电平的时间比由触发叶轮的叶片分配角决定。 如桑塔纳轿车的霍尔式分电器中，高低电平的时间比为7∶3。 如图4.28为霍尔集成电路框图。

图4.28 霍尔集成电路框图

3)点火控制器。 与霍尔效应式点火信号发生器相匹配的点火控制器一般多由专用点火集成块IC和一些外围电路组成。 该点火器除具有丰田汽车点火器的开关功能外，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。 由于该点火器具备较多的功能，因而使该点火系统显示出更多的优越性，如点火能量高，且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，启动可靠等优点。

(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三极管组成。 当发光二极管的光线照射光敏三极管时，光敏三极管导通，产生与曲轴位置相对应的电压脉冲，即点火信号，如图4.29所示。

图4.29 光电式点火信号发生器示意图

1—发光二极管；2—转盘；3—光敏三极管

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很高。 因此，光电式点火信号发生器的应用不如磁脉冲式和霍尔效应式的广泛，而主要是在早期的伏尔加车上有所应用。