汽车发动机点火系统的基础知识储备
2022-02-21 08:54 艾森ECU升级(北京运营中心)
汽车点火系统工作的原理其实不是很复杂，主要有点火线圈和火花塞两个核心部件。下面我们用最通俗和简单的话语包括比喻和车友们讲述一下点火的工作过程和基础原理，尽量避免用太过于专业的词语。
一：主要组成
1.点火线圈和普通变压器原理类似，作用就是将车辆的低压供电升压输送给火花塞用于点火。点火线圈和普通变压器最大的差异就是工作方式不同，普通变压器工作频率固定50Hz。点火线圈以脉冲形式工作，会根据发动机不同的转速以不同的频率反复进行充电和放电。
2.火花塞是将点火线圈输出的高压电转变成电火花产生热量点燃混合气的部件。点燃混合气的是火花塞火花所产生的热量，而不是电流（所以专业描述火花能量的是热量单位：毫焦MJ，而不是用电流单位：安培 A）。火花塞间隙就是控制电火花的一个重要参数（ngk火花塞型号后面的11就是指间隙1.1毫米），火花塞间隙大了，产生电火花的电压就提升，反之间隙小了产生火花需要的击穿电压就会下降。同样的一支点火线圈，只需要把火花塞间隙调整一下，点火时产生的电压就是完全不同的，影响点火击穿电压的因素除了火花塞间隙之外，混合气密度（密度高击穿空气要求的击穿电压高，密度低击穿电压低），温度，缸内积碳等等都会影响点火击穿电压产生波动。汽车点火线圈的电压变化完全不是简单的欧姆电路中那么简单，有很多影响因素。所以如果火花塞间隙过大，那么需要点火的击穿电压要求会升高，点火线圈的负荷也就提高，间隙超过一定范围后，需要击穿电压过高，超出点火线圈能力就无法正常点火了。
二：那么我们再来说如何提升点火效果？
当然也要从点火线圈和火花塞入手。当火花塞间隙一定的情况下，产生火花所需要的击穿电压相差不是很大，要想更充足的点火能量可以从提高线圈储能能力入手，更强的磁场或电流可以让线圈可以储存更多地能量。这样在点火放电的瞬间高压包可以释放更多的能量，现在主流的点火线圈能达到50MJ左右的放电能量。力爽的点火系统总成就是从提升点火线圈的储能能力入手来提高点火性能的。
当然也要从点火线圈和火花塞入手。当火花塞间隙一定的情况下，产生火花所需要的击穿电压相差不是很大，要想更充足的点火能量可以从提高线圈储能能力入手，更强的磁场或电流可以让线圈可以储存更多地能量。这样在点火放电的瞬间高压包可以释放更多的能量，现在主流的点火线圈能达到50MJ左右的放电能量。力爽的点火系统总成就是从提升点火线圈的储能能力入手来提高点火性能的。
三：火花塞的升级
其实现在最多的点火系统升级方法就是换个火花塞。影响火花塞点火性能相关的几个比较重要的属性，热值、火花塞间隙、电极、安装力矩、等等：
其中热值是代表火花塞的散热能力，热型火花塞散热差，冷型火花塞散热好。用错热值会有各种故障。自吸的车辆用冷了会出现散热过快，燃烧不好产生积碳的症状。涡轮车用热了会出现过度烧蚀，爆震的故障。
高压包储存的能量是特定的，火花塞内有个大概5千欧姆左右的电阻，最终用于点火的能量会损失一些。能量一定的情况下，火花塞的间隙大了，需要点火的击穿电压就会升高，火花燃烧的时间会缩短；间隙小了，点火的击穿电压会降低，火花燃烧的时间会适当延长。所以根据不同类型的发动机调节火花塞间隙本身就是一门学问。要保证点火击穿电压和燃烧时间的完美搭配。电极是车友们最为关注的一点，其实不同的材料耐性不同影响的是使用寿命，电极的结构形态则会影响点火的电压，间隙一样的情况下，电极越尖接触面积越小需要的点火击穿电压就越低，越容易跳火，所以说识别火花塞不要只是看是什么样的电极材质，形态结构也很重要。
四：安装力矩
很多人理解是不能用太大力，会把火花塞扭坏，安装力矩是防止用力过度导致损坏的参数。这只是其中一点，还有一点是按照规定的安装力矩安装其实是保证了火花塞垫片与缸体，火花塞螺牙与缸体的充分紧密接触，是为了保证更好的散热，如果因为安装力矩达不到要求，散热不好也会出现火花塞过度烧蚀和爆震的故障。
五：火花塞火花电人危险吗？
不要被上万伏的电压吓到，其实电流十分微弱，现在主流的点火线圈输出的点火能量也就是50毫焦左右，并且火花塞上还有5千欧姆左右的电阻，实际火花塞间隙中的火花能量更小。被火花塞间隙中的火花电到充其量就是瞬间欢快的缩手，和针扎一下类似。基本上实操型电子工程师都有被电容高压放电的经历（很多纯理论没实操的除外），以前用火花塞对缸体做放电测试被电到的师傅不在少数，当然还是不建议安装心脏起搏装置的朋友主动去摸。
其实现在最多的点火系统升级方法就是换个火花塞。影响火花塞点火性能相关的几个比较重要的属性，热值、火花塞间隙、电极、安装力矩、等等：
其中热值是代表火花塞的散热能力，热型火花塞散热差，冷型火花塞散热好。用错热值会有各种故障。自吸的车辆用冷了会出现散热过快，燃烧不好产生积碳的症状。涡轮车用热了会出现过度烧蚀，爆震的故障。
高压包储存的能量是特定的，火花塞内有个大概5千欧姆左右的电阻，最终用于点火的能量会损失一些。能量一定的情况下，火花塞的间隙大了，需要点火的击穿电压就会升高，火花燃烧的时间会缩短；间隙小了，点火的击穿电压会降低，火花燃烧的时间会适当延长。所以根据不同类型的发动机调节火花塞间隙本身就是一门学问。要保证点火击穿电压和燃烧时间的完美搭配。电极是车友们最为关注的一点，其实不同的材料耐性不同影响的是使用寿命，电极的结构形态则会影响点火的电压，间隙一样的情况下，电极越尖接触面积越小需要的点火击穿电压就越低，越容易跳火，所以说识别火花塞不要只是看是什么样的电极材质，形态结构也很重要。
四：安装力矩
很多人理解是不能用太大力，会把火花塞扭坏，安装力矩是防止用力过度导致损坏的参数。这只是其中一点，还有一点是按照规定的安装力矩安装其实是保证了火花塞垫片与缸体，火花塞螺牙与缸体的充分紧密接触，是为了保证更好的散热，如果因为安装力矩达不到要求，散热不好也会出现火花塞过度烧蚀和爆震的故障。
五：火花塞火花电人危险吗？
不要被上万伏的电压吓到，其实电流十分微弱，现在主流的点火线圈输出的点火能量也就是50毫焦左右，并且火花塞上还有5千欧姆左右的电阻，实际火花塞间隙中的火花能量更小。被火花塞间隙中的火花电到充其量就是瞬间欢快的缩手，和针扎一下类似。基本上实操型电子工程师都有被电容高压放电的经历（很多纯理论没实操的除外），以前用火花塞对缸体做放电测试被电到的师傅不在少数，当然还是不建议安装心脏起搏装置的朋友主动去摸。
六：点火提前角
发动机（汽油机）工作时，点火时刻对发动机的工作性能有很大的影响。提前点火就是活塞到达压缩上止点之前火花塞跳火，点燃燃烧室内的可燃混合气。从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度称为点火提前角。能使发动机获得最佳动力性、经济性和最佳排放时的点火提前角称为最佳点火提前角。
缸内混合气燃烧有一定的速度，即火花塞跳火到气缸内的可燃混合气完全燃烧时需要一定时间，但是由于发动机的转速很高，在这样短的时间内曲轴却可以转过很大的角度。若恰好在活塞到达上止点时点火，混合气开始燃烧时，活塞已经开始向下运动，导致发动机的功率下降，因此需要通过提前点火保证可燃混合气产生的能量能够有效的利用，提高发动机的输出功率。
当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率和耗油率随点火提前角的改变而变化。对应于发动机每一工况都存在一个最佳点火提前角。
七：最佳点火提前角
点火过早，会造成爆震，活塞上行受阻，效率降低，热负荷、机械负荷、噪声和振动加剧，这是应该防止的。点火过晚，气体做功困难，油耗大，效率低，排气声大。不论点火过早或过晚，都会影响发动机的工作效率。除了发动机转速外，最佳点火角还受很多其它因素影响：
1、缸温缸压越高，混合气则燃烧越快，点火提前角就要越小。影响缸温缸压的因素有发动机压缩比、气温、缸温、负荷等。
2、汽油辛烷值，也就是汽油标号，其标号越高表示汽油的抗爆震能力越强，相应允许更大的点火提前角。
3、燃气混合比，过浓过稀的混合气，燃烧速度都比较慢，需增加点火提前角，而燃气混合比主要看节气门开度、海拔高度等。
汽车的发动机上都加装了爆震传感器，当检测到发生爆震时，发动机电脑会控制点火系统减小点火提前角。要完成相对复杂、精确的调制，靠传统的机械式点火器是难以胜任的。只有微机点火器，才能高速、精确、稳定地实现最佳点火提前角。
点火过早，会造成爆震，活塞上行受阻，效率降低，热负荷、机械负荷、噪声和振动加剧，这是应该防止的。点火过晚，气体做功困难，油耗大，效率低，排气声大。不论点火过早或过晚，都会影响发动机的工作效率。除了发动机转速外，最佳点火角还受很多其它因素影响：
1、缸温缸压越高，混合气则燃烧越快，点火提前角就要越小。影响缸温缸压的因素有发动机压缩比、气温、缸温、负荷等。
2、汽油辛烷值，也就是汽油标号，其标号越高表示汽油的抗爆震能力越强，相应允许更大的点火提前角。
3、燃气混合比，过浓过稀的混合气，燃烧速度都比较慢，需增加点火提前角，而燃气混合比主要看节气门开度、海拔高度等。
汽车的发动机上都加装了爆震传感器，当检测到发生爆震时，发动机电脑会控制点火系统减小点火提前角。要完成相对复杂、精确的调制，靠传统的机械式点火器是难以胜任的。只有微机点火器，才能高速、精确、稳定地实现最佳点火提前角。
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