汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理（彩色大圖圖解）

09-06

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的三要素：良好的可燃混合氣、很高的壓縮壓力、正確的點(diǎn)火正時(shí)和強(qiáng)烈的火花。點(diǎn)火系統(tǒng)中所產(chǎn)生的強(qiáng)烈的火花在最佳點(diǎn)火正時(shí)點(diǎn)燃可燃混合氣。點(diǎn)火系統(tǒng)通過(guò)點(diǎn)火線圈產(chǎn)生的高電壓來(lái)產(chǎn)生火花，點(diǎn)燃已經(jīng)被壓縮的可燃混合氣。可燃混合氣在氣缸內(nèi)被壓縮、點(diǎn)燃并燃燒，從而產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)的推動(dòng)力。

點(diǎn)火系統(tǒng) ▲

· 強(qiáng)烈的火花　在點(diǎn)火系統(tǒng)中強(qiáng)烈的火花應(yīng)產(chǎn)生于火花塞電極之間，以便于點(diǎn)燃可燃混合氣。因?yàn)榇?#x5728;空氣電阻，這個(gè)電阻隨空氣壓縮程度的增高而增大。點(diǎn)火系統(tǒng)必須要產(chǎn)生幾萬(wàn)伏的高電壓才能保證產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花去點(diǎn)燃可燃混合氣。

由于自感和互感，點(diǎn)火線圈產(chǎn)生點(diǎn)火所必需的高電壓。初級(jí)線圈產(chǎn)生幾百伏的電壓，次級(jí)線圈產(chǎn)生幾萬(wàn)伏的電壓。

· 正確的點(diǎn)火正時(shí)　點(diǎn)火系統(tǒng)必須始終根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和載荷的變化提供正確的點(diǎn)火正時(shí)。

· 零部件的耐用性　點(diǎn)火系統(tǒng)中的火花塞和點(diǎn)火線圈須具備足夠的可靠性，以經(jīng)得住發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)和高溫。

高壓產(chǎn)生

（1）點(diǎn)火線圈工作

點(diǎn)火線圈可產(chǎn)生足以在火花塞電極間引燃火花的高電壓。

初級(jí)線圈和次級(jí)線圈都環(huán)繞在鐵芯上。次級(jí)線圈的匝數(shù)大約是初級(jí)線圈的100倍。初級(jí)線圈的一端連接在點(diǎn)火器上，次級(jí)線圈的一端連接在火花塞上。兩個(gè)線圈各自的另一端則連接在蓄電池上。

點(diǎn)火線圈工作示意▲

（2）流往初級(jí)線圈的電流

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)ECU輸出的點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)（IGT），蓄電池的電流通過(guò)點(diǎn)火器流到初級(jí)線圈。結(jié)果，在線圈周?chē)a(chǎn)生磁力線，此線圈在中心包含一個(gè)磁芯。

流往初級(jí)線圈的電流示意▲

（3）電流停止流往初級(jí)線圈

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，點(diǎn)火器按發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制單元（ECU）輸出的點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)（IGT）快速地停止流往初級(jí)線圈的電流，其結(jié)果是初級(jí)線圈的磁通量開(kāi)始減小。因此，通過(guò)初級(jí)線圈的自感和次級(jí)線圈的互感，在阻止現(xiàn)存磁通量衰減的方向上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（EMF）。自感效應(yīng)產(chǎn)生約為500V的電動(dòng)勢(shì)，而與其相伴的次級(jí)線圈互感效應(yīng)產(chǎn)生約為30kV高壓電動(dòng)勢(shì)，這樣火花塞就產(chǎn)生火花放電。初級(jí)電流切斷越迅速，以及初級(jí)電流值越大，則相應(yīng)的次級(jí)電壓也越高。

電流停止流往初級(jí)線圈示意▲

火花機(jī)理

點(diǎn)火線圈次級(jí)繞組產(chǎn)生的高電壓在火花塞的中心電極和接地電極之間產(chǎn)生火花，點(diǎn)燃?xì)飧字?#x7684;已壓縮的可燃混合氣。火花塞上產(chǎn)生的火花點(diǎn)燃空氣-燃油混合氣，汽車(chē)維修工作中通常將這一過(guò)程稱(chēng)為燃燒。

火花穿過(guò)可燃混合氣從中心電極到接地電極。結(jié)果，可燃混合氣沿著火花的路徑被觸發(fā)，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)（通過(guò)氧化作用），同時(shí)產(chǎn)生熱量，形成火焰中心。

火焰中心觸發(fā)周?chē)?#x7684;可燃混合氣，這樣，火焰中心的熱量向外擴(kuò)展（稱(chēng)為火焰?zhèn)鞑ィc(diǎn)燃可燃混合氣。如果火花塞電極的溫度太低或電極的間隙太小，電極將吸收火花產(chǎn)生的熱量。結(jié)果，火焰中心將被熄滅，導(dǎo)致缺火，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“電極猝熄”。如果電極猝熄作用比較明顯，則火焰中心將被熄滅。電極越小，猝熄作用越小；電極形狀越接近方形，越容易放電。

火花塞產(chǎn)生火花的機(jī)理▲

為了改善點(diǎn)火性能，有些火花塞在接地電極上有一個(gè)U形槽，或在中心電極上有V形槽。

V形槽電極火花塞▲

電極上帶槽的火花塞比不帶槽的火花塞具有較小的猝熄作用，以形成較大的火焰中心。同樣，還有些火花塞通過(guò)較細(xì)的電極減小猝熄作用。

點(diǎn)火性能

以下因素影響火花塞的點(diǎn)火性能：

（1）電極形狀和放電性能

圓形電極會(huì)使放電困難，方形或尖形電極可使放電較容易。火花塞經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用，電極成了圓形之后，會(huì)使放電困難，因此火花塞應(yīng)定期更換。火花塞的電極越細(xì)越尖，越容易產(chǎn)生火花。但是，那樣的火花塞耗損較快，使用壽命較短。因此，有些火花塞電極上帶白金或銥金，耐耗損，通常稱(chēng)為白金或銥金電極火花塞。

（2）火花塞間隙和擊穿電壓

當(dāng)火花塞耗損后，電極間隙變大，發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)缺火。中心電極和接地電極間隙增大后，使得火花跳過(guò)電極非常困難，因此需要更高的電壓來(lái)產(chǎn)生火花，所以每隔一定的里程必須調(diào)整火花塞電極間隙或更換火花塞。

（3）自潔溫度

當(dāng)火花塞達(dá)到一定溫度后，它能燒掉聚集在點(diǎn)火區(qū)域內(nèi)的積炭，以保持點(diǎn)火區(qū)域的清潔，此溫度稱(chēng)為自潔溫度。火花塞的自潔作用發(fā)生在電極溫度在450℃以上時(shí)，如果尚未達(dá)到自潔溫度，意味著電極溫度低于450℃，積炭會(huì)聚集在點(diǎn)火區(qū)域，這將導(dǎo)致火花塞缺火。

（4）自燃溫度

如果火花塞自身成為熱源，不用火花就點(diǎn)燃了空氣-燃油混合氣，此時(shí)的溫度稱(chēng)為自燃溫度。當(dāng)火花塞電極溫度達(dá)到950℃時(shí)會(huì)發(fā)生自燃。如果發(fā)生這種現(xiàn)象，由于不正確的點(diǎn)火正時(shí)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，同時(shí)火花塞電極或活塞可能會(huì)熔化。

本期內(nèi)容來(lái)自新書(shū) 《汽車(chē)電工從入門(mén)到精通》周曉飛主編 2019年11月出版