谈汽油发动机点火系统教学方法
摘要：随着汽车技术的飞速发展，传统汽油发动机的点火系统也经历了巨大的变革，各种控制方式，各种分配形式层出不穷，在教授学生的过程中，部分老师自己都难以梳理清楚，这就给教学带来了麻烦。本文把各种点火的形式梳理清楚，帮助师生更好的学习和理解其工作原理、技术状态及应用状况。
关键词：汽油发动机; 点火系统; 发展
历程汽车专业的教学内容中，传统汽车的基本工作原理教学还是占有绝大部分的篇幅，其中汽油发动机的点火工作原理是一个重要的知识点，在‘汽车电器’这门专业课的教学中，点火系统的教学内容占有很大的比例。但是，由于从汽车发明到现在汽车的普及，发动机技术经历了巨大的进步，其中汽油发动机的点火方式也同样发生了巨大的改变，造成现在路上跑的汽车各种点火方式都有。这就给教师的教学增加了难度，不同的时代，不同的点火方式，各自的优缺点，特别是年轻的专业教师，很难搞得清楚。在此，我们从汽油发动机点火系统的工作原理入手，讲解该系统的发展历程和结构变化，给从事汽车电器教学的青年教师梳理出一条清晰的路径。汽油发动机点火系统从发明至今大致可以分为3代。第一代是触点式点火系统（也有的叫蓄电池点火系统）。这是最早使用的点火系统，该系统随着汽油机的诞生而出现，一直使用到上个世纪90年代，是一种非常经典的点火系统。该系统的工作原理是通过凸轮的旋转，带动断电器K的接通和断开。当断电器K接通时，点火线圈的初级线圈W2通电，在线圈中储存电能；当断电器K断开时，线圈中的电流突然中断，引起磁通的突变，在点火线圈的次级线圈W1中会激发出感应电动势，由于点火线圈是一个升压的变压器，所以在次级会产生一个2万伏左右的高压，通过高压线输送到配电器的中心，然后再依次配送到各个火花塞上，高压击穿火花塞前端的空气间隙，引发火花，点火成功。凸轮由发动机的曲轴或凸轮轴带动旋转，这样就能在正确的时刻（气缸的压缩上止点位置）在火花塞前端产生火花，点燃混合气，产生爆炸，完成发动机的做功行程。
触点式点火系统已在汽车上应用了近百年，技术很成熟。具有简单、价格便宜、维护方便的优点。但其缺点也非常的明显。（1）断电器的触点容易产生火花，使触点烧蚀，造成接触不良，从而引起发动机缺火的故障，使发动机运行抖动、无力。系统触点采取了很多措施来减少火花的产生，例如，并联一个电容器，断电器的接触点用铂金制作等改进措施，但毕竟不能彻底消除火花。（2）断电器是由弹簧和触点构成的，是纯机械部件，存在触点接触不良和弹簧金属疲劳而断裂等故障隐患。（3）点火提前角控制不精确。在触点式点火系统中，点火提前角的控制是由离心提前和真空提前两部分组成的。其控制由机械装置完成，只能进行大致的控制，很不精确。只适用于在对发动机的综合控制要求还不严格的早期。现代社会，对汽车动力性的要求和尾气排放控制越来越苛刻，这种机械控制方式已达不到要求。针对以上缺点的改进，电子式点火方式就应运而生了。第二代汽油发动机点火系统是电子式点火系统。如果用一个开关三极管代替断电器的触点（如下图1所示）。三极管有B（基极）、C（集电极）和E（发射极）三个极，C和E之间相当于一个开关，一个没有触点的电子开关，当B极出现一个正的触发信号时，C和E就导通了，当B极的信号消失时，C和E又断开了。当C和E接通时，点火线圈的初级充电，C和E断开时，点火线圈的次级产生感应电动势，形成高压，再送到高压电分配装置上，最终到达火花塞产生火花，点燃混合气。三极管B端子的触发信号可以由曲轴或凸轮轴信号盘产生，以保证能在正确的时刻产生火花。由于CE间是三极管构成的电子开关，所以不存在前一代接触不良的故障，同时也不会在触点两端产生火花。故而克服了触点式的缺点。CE开关的通和断受B极信号的控制。在此，我们把这个起开关作用的三极管叫做点火控制器或点火模块。整个电路的工作原理还是同触点式点火系统，只是在点火控制器的输入端增加了信号触发电路。普通电子点火系统相对于触点式点火系统来说，由于利用晶体管的开关特性控制点火线圈初级电路的导通与切断，取消了分电器内的断电器触点，并增加了闭合角控制电路，点火特性的动、静态电路控制等，使点火系的性能有了很大的提高。但其调整精度距发动机最佳点火控制的要求相差很远。随着计算机技术的发展及运用，由计算机控制的点火系统应运而生了。第三代是ECU（电控单元）式点火系统。
微机控制点火系统主要由电控单元（ECU）、执行器(VT点火器)、点火线圈、火花塞和各种传感器组成。ECU根据各个传感器输入信号的变化，对发动机点火系统的点火提前角、闭合角和爆震三个方面进行控制和调节。由于计算机功能的逐渐强大，点火系统的电控单元通过各种传感器，能够随时监测汽车发动机的各种状况变化，随时调整点火的控制参数，使点火越来越精确，结果就是发动机运行更加平稳安静，加速性增强，燃烧更充分，尾气的排放控制更加清洁。例如，通过爆震传感器，监测发动机是否发生爆震，从而改变点火提前角；根据水温传感器的信号，感知发动机的温度而决定点火提前角避免水温过高；通过油门踏板位置信号、发动机转速和车速信号判断出是在运用发动机制动功能下坡时，可以不喷油不点火，从而节省燃油等等诸多功能。综上所属，点火的控制分成了3代，其中第1和第2代均已淘汰，目前市面上的车都采用的是第三代：电脑控制点火系统。在第3代点火系统中，高压电的分配又有3种形式，分别代表了不同的技术水平。第1种分配形式是：分电器式。该形式是利用一个高压线圈产生高压电，再用一套分配电装置把高压电传到各个气缸的火花塞上。该形式运动部件很多，对高压电的传输有损失。同时，高压线太多、太长，高压线时间长了会发生老化，开裂，造成漏电现象。漏电引起的后果，轻则能量损失，重则引起汽车火灾。所以，分电器式现在已经基本淘汰，只有在老旧的车上还可看见。第2种分配形式是：同时点火式。该形式配有2套点火线圈，每套点火线圈产生的高压电分别同时送到2个气缸点火。比如4缸直列发动机，一套点火线圈的高压电就同时送到1、4两缸，另一套点火线圈产生的高压电就同时送到2、3两个缸。此种点火形式减少了运动部件，高压线的数量也有减少，提高了系统的可靠度。该方式也叫分组点火式。第3种形式是：独立点火式。该形式为每个气缸都配一个单独的点火线圈和点火模块，由于只给一个火花塞供电，体积可以做得很小，因此直接装在火花塞的上面。点火的控制电路和点火线圈集成封装为一体，极大地提高了可靠度，且与外界的联系均为低压线路，消除了高压线漏电的缺点。当某个缸出现点火故障时，可以直接单独更换该缸的点火模块迅速排出故障。给故障的修理提供了极大地便利。把前面叙述的知识进行总结，把点火系统前面的控制部分和后面的分配部分进行组合，可以得到如下几种点火分配形式：（1）触点控制分电器形式，已经淘汰，在老爷车上还可看见。（2）电子控制分电器形式，已经淘汰。（3）电子控制分组点火形式，在汽车界已经淘汰，但在摩托车上大量存在于非电脑控制点火车型上。2016年后，国内推行摩托车的国4排放标准，强迫摩托车改用电脑控制的点火系统。（4）电脑控制分电器形式，在上世纪80年代大量运用，现在基本见不到了，只在那个年代留下来的车上还可看见，只是数量越来越少了。（5）电脑控制分组点火形式，在此前10年该种汽油发动机点火形式大量流行，一通江湖。近几年的新车只有部分经济型车型采用，技术成熟、便宜。如微型轿车车、小型面包车等。（6）电脑控制独立点火形式，目前采用的主流形式。了解了点火系统的不同形式，有助于我们辨别汽车发动机的不同生产年代和技术水平，对于修理，销售以及2手车的鉴别都有着极大地帮助。例如，修理、翻新老爷车就具有潜在的市场；修理上世纪八九十年代的进口车等等。但愿我的这些经验积累对大家的教学、工作有些许帮助。
参考文献：
[1]侯岳峰主编.汽车电气设备构造与维修.上海交通大学出版社，ISBN：9787313133335.
[2]曹建华主编.汽车电气设备构造与维修.哈尔滨工业大学出版社，ISBN：9787560348667.
作者：江舸 单位：湖北交通职业技术学院
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