本系列主要針對汽車的構(gòu)造來進(jìn)行簡單說明，一共分為23個(gè)專題，分別為：（1）發(fā)動機(jī)；（2）曲柄連桿機(jī)構(gòu)；（3）配氣機(jī)構(gòu)；（4）燃料供給系；（5）排放控制；（6）冷卻系；（7）潤滑系；（8）點(diǎn)火系；（9）啟動系；（10）傳動系；（11）離合器；（12）變速器；（13）萬向傳動；（14）驅(qū)動橋；（15）行駛系；（16）車架；（17）車橋與車輪；（18）懸架；（19）轉(zhuǎn)向系；（20）制動系；（21）車身；（22）電子控制；（23）新能源汽車。

前期文章有：汽車構(gòu)造系列之十---傳動系，汽車構(gòu)造系列之二---曲柄連桿機(jī)構(gòu)，汽車構(gòu)造系列之一---發(fā)動機(jī)（開篇），汽車構(gòu)造系列之十三---萬向傳動，汽車構(gòu)造系列之七---潤滑系汽車構(gòu)造系列之十六---車架，汽車構(gòu)造系列之十七---車橋與車輪，汽車構(gòu)造系列之十八---懸架。

本篇主要介紹汽車構(gòu)造系列之八--點(diǎn)火系。

一、點(diǎn)火系的概述

在汽油發(fā)動機(jī)中，點(diǎn)火系統(tǒng)是汽油發(fā)動機(jī)組成中最重要的電氣系統(tǒng)之一，它的基本功能是在火花塞兩電極之間產(chǎn)生電火花。為適應(yīng)發(fā)動機(jī)的工作，還要求點(diǎn)火系統(tǒng)能在規(guī)定的時(shí)刻，按發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火次序供給火花塞以足夠能量的高電壓，使其兩電極間產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃混合氣使發(fā)動機(jī)做功，從而保證發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行。點(diǎn)火系工作性能的好壞直接影響到汽車的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性等。

在汽車100多年的發(fā)展歷程中，點(diǎn)火系也經(jīng)歷了不斷改進(jìn)、不斷完善的過程。概括起來汽油機(jī)點(diǎn)火系主要經(jīng)歷了磁電機(jī)點(diǎn)火系、機(jī)械控制式點(diǎn)火系、電子點(diǎn)火系和微機(jī)控制點(diǎn)火系4個(gè)主要階段。每一種點(diǎn)火系都是在當(dāng)時(shí)的制造工藝、對發(fā)動機(jī)不同的要求以及科學(xué)技術(shù)發(fā)展的支持下克服上一代產(chǎn)品的缺陷而產(chǎn)生的。汽車點(diǎn)火系的結(jié)構(gòu)工作原理圖如下：

二、點(diǎn)火系的分類

（一）磁電機(jī)點(diǎn)火系

電機(jī)點(diǎn)火系是最早的一種點(diǎn)火系，其電源是磁電機(jī)本身。磁電機(jī)是低壓電源、斷電—配電器、點(diǎn)火線圈等的組合體。低壓電源為永磁式交流發(fā)電機(jī)。永磁式交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在初級繞組中產(chǎn)生低壓交流電流；斷電器觸點(diǎn)打開時(shí)，初級電流被切斷，在次級繞組中產(chǎn)生高壓電動勢，經(jīng)配電器送往火花塞跳火。其點(diǎn)火系統(tǒng)示意圖具體如下：

如下圖，磁電機(jī)點(diǎn)火系的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、高速點(diǎn)火可靠，但在多缸、低速的情況下點(diǎn)火性能較差。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜?維修不便?加之在長期使用中永久磁鐵磁性不夠穩(wěn)定?會使次級電壓下降?所以現(xiàn)代汽車上已不使用這種點(diǎn)火系。

（二）機(jī)械控制式點(diǎn)火系

機(jī)械控制式點(diǎn)火系又稱為傳統(tǒng)點(diǎn)火系或蓄電池點(diǎn)火系，由電源、點(diǎn)火線圈、分電器、點(diǎn)火開關(guān)和火花塞等組成。分電器軸由發(fā)動機(jī)凸輪軸驅(qū)動，斷電器凸輪的凸角數(shù)與發(fā)動機(jī)氣缸數(shù)相等。其電源為蓄電池和發(fā)電機(jī)。

機(jī)械控制式點(diǎn)火系高壓電的產(chǎn)生原理：發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，分電器內(nèi)斷電器凸輪軸隨之轉(zhuǎn)動，斷電器觸點(diǎn)交替地閉合和打開。斷電器觸點(diǎn)閉合時(shí)，電流通過蓄電池正極→點(diǎn)火開關(guān)→點(diǎn)火線圈初級線圈→斷電器觸點(diǎn)→搭鐵→蓄電池負(fù)極而構(gòu)成回路，此回路又稱為初級電路或低壓電路。斷電器觸點(diǎn)打開時(shí)，在點(diǎn)火線圈初級線圈中感應(yīng)出300 V左右的自感電動勢，而點(diǎn)火線圈初級線圈和次級線圈為緊耦合，耦合系數(shù)約為1 ，這樣就在次級線圈上自感產(chǎn)生15～25 kV高壓電，配電器按發(fā)動機(jī)點(diǎn)火順序?qū)⒏邏弘姺峙浣o各缸火花塞，產(chǎn)生電火花。

機(jī)械式點(diǎn)火系統(tǒng)最大的缺點(diǎn)是因?yàn)閿嚯娖髋c驅(qū)動凸輪之間機(jī)械聯(lián)動因此閉合角不能變化，而閉合時(shí)間和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化有很大的關(guān)系，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)觸點(diǎn)閉合時(shí)間縮短，初級線圈電流減小點(diǎn)火能量降低；當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)閉合時(shí)間又過長，造成線圈中電流過大容易損壞。

1. 電子點(diǎn)火系

電子點(diǎn)火系統(tǒng)與機(jī)械式點(diǎn)火系統(tǒng)完全不同，它有一個(gè)點(diǎn)火用電子控制裝置，內(nèi)部有發(fā)動機(jī)在各種工況下所需的點(diǎn)火控制曲線圖(MAP圖)。通過一系列傳感器如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、進(jìn)氣管真空度傳感器(發(fā)動機(jī)負(fù)荷傳感器)、節(jié)氣門位置傳感器、曲軸位置傳感器等來判斷發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)，在MAP圖上找出發(fā)動機(jī)在此工作狀態(tài)下所需的點(diǎn)火提前角，按此要求進(jìn)行點(diǎn)火。然后根據(jù)爆震傳感器信號對上述點(diǎn)火要求進(jìn)行修正，使發(fā)動機(jī)工作在最佳點(diǎn)火時(shí)刻。

電子點(diǎn)火系統(tǒng)也有閉環(huán)控制與開環(huán)控制之分:帶有爆震傳感器，能根據(jù)發(fā)動機(jī)是否發(fā)生爆震及時(shí)修正點(diǎn)火提前角的電控系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)；不帶爆震傳感器，點(diǎn)火提前控制僅根據(jù)電控單元內(nèi)設(shè)定的程序控制的稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。

例如霍爾式電子點(diǎn)火系統(tǒng)，主要由霍爾式分電器、點(diǎn)火電子組件、高能點(diǎn)火線圈、火花塞等組成。發(fā)動機(jī)工作時(shí)，霍爾信號發(fā)生器的信號轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動。當(dāng)信號轉(zhuǎn)子上的葉片進(jìn)入霍爾元件與永久磁鐵間的空氣隙時(shí)，葉片在磁力線旁路?霍爾元件無磁力線穿過，不產(chǎn)生霍爾電壓，當(dāng)信號轉(zhuǎn)子上的葉片離開空氣隙時(shí)，霍爾元件有磁力線穿過，產(chǎn)生霍爾電壓。

分電器軸帶動霍爾信號發(fā)生器的觸發(fā)葉輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)觸發(fā)葉輪的葉片進(jìn)入空氣隙時(shí)，信號發(fā)生器輸出高電壓信號?使電子控制模塊集成電路中末級的大功率三極管導(dǎo)通，點(diǎn)火系初級電路接通，電流經(jīng)點(diǎn)火線圈和點(diǎn)火控制器大功率三極管，同時(shí)火花能量以磁場形式儲存在點(diǎn)火線圈中。其工作原理圖如下：

（四）微機(jī)控制點(diǎn)火系

隨著微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展 由微電腦控制的發(fā)動機(jī)已經(jīng)取代了點(diǎn)火模塊的功能。微電腦強(qiáng)大快捷的計(jì)算功能和控制功能 能隨時(shí)檢測發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、水溫、爆震信號、負(fù)荷的變化以及自動變速箱的工作狀況 隨時(shí)根據(jù)需要改變點(diǎn)火提前角 達(dá)到精確控制的目的。

如下圖所示，微機(jī)控制點(diǎn)火系主要由各類傳感器(如車速傳感器、曲軸位置傳感器、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、爆燃傳感器等)/發(fā)動機(jī)控制微機(jī)(ECU)和點(diǎn)火執(zhí)行器(即點(diǎn)火模塊、點(diǎn)火線圈、分電器及火花塞等)三部分組成。水溫傳感器、爆震傳感器、曲軸位置傳感器、曲軸轉(zhuǎn)速傳感器等各種傳感器把發(fā)動機(jī)的各種有關(guān)信息傳遞給ECU 經(jīng)ECU綜合處理后 向電子點(diǎn)火器發(fā)出點(diǎn)火指令I(lǐng)GT 由電子點(diǎn)火器、高壓線圈、火花塞完成點(diǎn)火任務(wù) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)將點(diǎn)火執(zhí)行情況的信號IGT反饋給微機(jī)ECU。整個(gè)控制過程的實(shí)現(xiàn)是依靠計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的分析處理數(shù)據(jù)的能力 根據(jù)發(fā)動機(jī)的不同運(yùn)行工況不斷修正點(diǎn)火提前角 以獲得最佳的點(diǎn)火時(shí)刻 改善發(fā)動機(jī)性能 使發(fā)動機(jī)工作時(shí)其動力性和經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最佳、排放污染最小。

隨著時(shí)間的發(fā)展，微機(jī)控制點(diǎn)火系不斷的改進(jìn)與完善：

（1）采用閉環(huán)控制。大量的實(shí)踐證明，輕微爆燃對提高汽油機(jī)的性能有利，于是利用爆燃傳感器反饋控制的閉環(huán)控制方式被采用，CU根據(jù)爆燃傳感器的信號，判斷是否發(fā)生爆燃及爆燃的強(qiáng)度，并根據(jù)判斷結(jié)果對點(diǎn)火提前角進(jìn)行反饋控制：有爆燃時(shí)，逐漸減小點(diǎn)火提前角，使點(diǎn)火推遲，直到爆燃消失；無爆燃時(shí)，則逐漸增大點(diǎn)火提前角，使點(diǎn)火提前；當(dāng)再次出現(xiàn)爆燃時(shí)，ECU又逐漸減小點(diǎn)火提前角，如此反復(fù)。通過對點(diǎn)火提前角進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，使發(fā)動機(jī)處于爆燃的邊緣工作，有效提高發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性。

（2）采用直接點(diǎn)火方式。微機(jī)控制點(diǎn)火系采用分電器將點(diǎn)火線圈高壓電分配至各缸火花塞時(shí)，由于分火頭與分電器蓋旁電極間產(chǎn)生火花，會對無線電產(chǎn)生干擾，同時(shí)分電器工作時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械磨損會影響點(diǎn)火時(shí)刻的準(zhǔn)確性，分電器安裝位置和占據(jù)的空間也會給發(fā)動機(jī)的布置造成一定困難，所以，越來越多的電控汽車采用直接點(diǎn)火方式，即取消分電器。點(diǎn)火線圈的高壓電在點(diǎn)火控制器的控制下，按照一定的點(diǎn)火順序直接加到火花塞上，使發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊、工作更加可靠。

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