北京中科高联科技有限公司 点火系统示教板使用说明书
第四部分 相关资料
一、基本原理 （一）发火原理
物质由分子组成，分子由原子组成，原子由原子核（包括质子和中子）和电子组成，电子围绕原子核旋转运动。在通常情况下，电子的负电荷和质子的正电荷相等，两者平衡使原子的总电荷量为零。在外界能量的作用下，原子外层的电子运动的速度加快到一定程度时，就会逸出轨道与其他中性原子结合，这一原子“俘获”电子之后负电荷量增加，呈现负极性，称之为“负离子”。而失去电荷的原子负电荷量减少，呈现正极性，称之为“正离子”。离子有规律的定向运动便形成了电流。根据上述理论，混合气在进入气缸前都会有微量分子游离成正离子和负离子。气缸压缩过程中，由于气体受挤压及摩擦也会产生更多的正离子和负离子。当火花塞两电极加有电压时，离子便在电场力的作用下分别向两极运动，正离子向负极运动、负离子向正极运动形成了电流。但是在电场力较小时(电压低)，原子中的电子运动的速度低，不能摆脫原子核的引力逸出轨道，形成新的离子
所以，气体中也只有原来存在的离子导电，由于他们的数量很微小，放电电流微弱,所为只存在理论导通,电路中相当于串接了一个极大电阻R。随着电压的增高，电场力增大，原子动能增大，大量原子摆脫原子核的引力逸出轨道，混合气中产生了大量离子，同时正离子和负离子向两极运动的速度加快，正、负离子产生的动能轻而易举便能将中性分子击破，使中性分子分离成正离子和负离子，这些新产生正、负离子在电场力的作用下，也以高速向两极运动，又去击破其它中性分子，这样的反应连续发生象雪崩一样,使气体中向两极运动的正离子和负离子的数目剧增，从而使气体失去绝缘性变为导体(R变成较小阻值),形成放电电离通道，即击穿跳火。其中由于正负离子高速运动及摩擦碰撞形成的高温炽热电离通道(几千度)发光，于是我们就见到火花，同时,电离通道周围气体骤然受热膨胀发出“啪啪”声。
（二）点火系统基本要求
在发动机各种工况和使用条件下保证可靠而准确地点火，为此应满足三个方面的要求。
1、能产生足以击穿火花塞间隙的电压
火花塞电极击穿而产生火花时所需要的电压称为击穿电压。点火系产生的次级电压必须高于击穿电压，才能使火花塞跳火。击穿电压的大小受很多因素影响，其中主要有：
（1）火花塞电极间隙和形状
根据柏申的经验公式， 均匀电场下的击穿电压U是气体压力p、两电极间的距离d和绝对温度T的函数，即：
U?f(pdT)火花塞电极的间隙越大，击穿电压就越高。这是因为气体中的电子和离子受电场力的作用越小，气体中的离子和电子距电极和路程增大不易发生碰撞电离；电极的尖端棱角分明，所需的击穿电压低，如图4-1所示。
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图4-1 火化塞击穿电压与火化塞间隙的关系
火化塞间隙对击穿电压的影响可以引申为在高压电路里的“综合间隙”对击穿电压的影响。“综合间隙”可能包括在火化塞电极之间、中央高压线与火化塞之间、分火头与分缸线之间、中央高压线与分电器盖之间、中央高压线与点火线圈之间等处。所以，高压线路的“综合间隙”越大，击穿电压越高。
（2）气缸内混合气体的压力和温度
实际上击穿电压和混合气的压力和温度并无直接关系,而是与混合气的密度有关。因为混合气的密度越大，即每单位体积中气体分子的数量越多，离子自由运动的距离（即两次碰撞之间的距离）越短，故不易发生碰撞电离作用。只有提高加在电极上的电压，增大作用于离子上的电场力，使离子加速才能发生碰撞电离而使火花间隙击穿。因此混合气的密度越大，则击穿电压越高。
压力和温度的改变直接影响着混合气的密度。因为当混合气压力增大时，混合气密度增大，所以击穿电压增大。相反，当混合气温度增高时，混合气密度减小而使击穿电压降低。如图4-2所示。
图4-2 火化塞击穿电压与混合气压力的关系
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（3）电极的温度和极性
当火花塞的电极温度超过混合气的温度时，击穿电压降低约30-50％。这是因为电极温度越高，包括在电极周围的气体密度就越小，容易发生碰撞电离的缘故。此外中心电极是负极时其击穿电压比中心电极是正极时约降低20%～40%。这是因为高温金属发出电子比接收电子的能力要强。
火化塞中心电极是负极，也就是中心电极聚集的是负电荷，有时也称这种现象为“负触发”，相反为“正触发”。也就是说“负触发”要比“正触发”击穿电压要低。所以，对于点火系统一般采用“负触发”。但是，在微机控制的双缸同时点火系统中，一个点火线圈同时接两个火化塞，点火时形成一个电流的回路，一个为“负触发”，另一个必然是“正触发”，所以，对于具有同样“综合间隙”的点火线圈的两个火化塞击穿电压是不同的即“负触发”形式的火化塞击穿电压低，“正触发”形式的火化塞击穿电压高。因此，“正触发”形式的高压电路故障率高。出现故障时，如将同一点火线圈的高压电路上的火化塞互换，有时可正常工作。对带有双缸同时点火系统的点火顺序是1-3-4-2的发动机来说，1缸和3缸是“正触发”，2缸和4缸是“负触发”。
（4）发动机工作状况 1）发动机转速
如图4-3所示，起动时的击穿电压最高，当火花塞间隙为0.7mm时可高达19KV。这是由于起动时气缸壁、活塞以及火花塞的电极处于冷态，吸入的混合气温度低、雾化不良。压缩时混合气的温度升不够高，加之火花塞电极之间可能积有机油或汽油，因此击穿电压最高（实验证明，在火花塞电极上存有机油或汽油油滴时，击穿电压将增高10—20%）。此外，汽车加速时，由于大量的冷混合气突然进入气缸，使火花塞中心电极温度降低，因此，击穿电压也较高。
击穿电压随发动机的转速的增高而上降，这主要是发动机高速工作时，气缸内的温度升高，使气缸的充气量减小，致使气缸中压力减小，因而火花塞的击穿电压随转速的升高而降低。
图4-3 火化塞击穿电压与发动机转速的关系 1-起动 2-加速 3-最大功率的稳定状态
2）混合气空燃比
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图4-4 火化塞击穿电压与空然比的关系
由图可见，混合气过稀和过浓时击穿电压都会升高。
此外，发动机的功率、压缩比以及点火时刻等因素也影响击穿电压的高低。为了保证点火的可靠性，点火系必须有一定的次级电压储备。但过高的次级电压，将造成绝缘困难，使成本提高。
（5）发动机气缸数
对于传动点火系统来说，次级电压的最大值将随发动机的汽缸数的增加而降低。这是因为凸轮的凸起数与汽缸数相同，发动机的汽缸越多，凸轮每转一周触点闭合与打开的次数就越多，于是触点的闭合时间缩短，初级断开电流减小，因而使次级电压降低。
（6）火化塞积炭对次级电压的影响
在发动机工作时，若化油器调整不当或润滑油过多，在火花塞绝缘体上会造成积碳，由于碳层具有一定电阻的导体，因此相当于在火花塞电极间并联了一个分路电阻，使次级电路形成闭合回路。当触点打开，次级电压增长时，在次级电路内会产生泄漏电流，消耗了一部分电磁能，从而最高电压降低。当积炭严重时，由于泄漏严重，会使最高电压低于火花塞跳火电压，迫使发动机停止工作。
当火花塞由于积碳严重而不能跳火时，把高压线拔离火花塞上端头3—4mm高后，火花塞就重新工作。这是因为在火花塞的导线中串联一个附加间隙后，泄漏电流不能产生，而当次级电压达到较高值时，才能同时击穿附加间隙和火花塞间隙，产生火花，点燃混合气。可见附加火花间隙在火花塞积炭时，能起改善点火作用。但这种方法不得长期使用，因为击穿两个串联的火花塞所需的电压比击穿一个间隙所需的电压高，会使点火线圈负担加重而损坏。此外使用时应注意防火安全。为了避免火花塞积炭对次级电压的影响，近年来在有些国家所生产的火花塞中，已在其中心杆的上端预留了2.54—6.35mm的附加间隙。
（7）电容对次级电压的影响
次级电压的最大值随着初级电容Ｃ1和次级电容Ｃ2的减少而增高。当Ｃ1过小时，触点火花加强，消耗了一部分电磁能，且磁势消失减慢，因而使次级火花降低。一般Ｃ1值在0.15—0.35μF之间为宜。Ｃ2减小，则击穿电压会增大，但Ｃ2不可能减小到零，因为次级绕组、配电盘、高压线和火花塞本身都有一定的寄生电容，所以Ｃ2受结构限制不能过小。为了减少无线电干扰，在有些汽车的点火装置上装有屏蔽时，Ｃ2会增加很多。
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