点火线圈的原理和日常使用故障排查

点火线圈作用： 点火线圈实际上就是一个变压器（里边有初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘物质等），能将汽车12伏的电压转变为3万伏的高压，汽车点火系统利用此高压使火花塞放电，点燃压缩混合气体，从而产生发动机的推动力。

图1 点火系统工作原理

点火线圈的工作原理：点火线圈之所以能将12V的电压转换成3万伏的高压，主要是因为初级线圈和次级线圈都环绕在铁芯上，次级线圈的匝数大约是初级线圈的100倍。初级线圈的一端连接在点火器上，次级线圈的一端连接在火花塞上。两个线圈各自的另一端则连接在蓄电池上。当发动机运转时，根据发动机ECU输出的点火正时信号（IGT），蓄电池的电流通过点火器流到初级线圈，并在线圈周围产生磁力线。ECU通过精准的控制电流的通断，来控制初级线圈的自感和次级线圈的互感，在阻止现存磁通量衰减的方向上产生电动势（EMF）。自感效应产生约为500V的电动势，而与其相伴的次级线圈互感效应产生约为30kV高压电动势，这样火花塞就可以间歇性放电引燃压缩气体

图2 点火线圈产生高压

点火线圈常见故障：点火线圈常见故障表现形式是不能释放足够高压促使火花塞点火。而造成点火线圈故障的原因通常有以下几种：一次绕组或二次绕组断路、短路、搭铁，造成二次电压下降或不产生二次电压；绝缘盖破裂漏电，使二次电压下降或不产生二次电压；附加电阻烧断，造成点火线圈一次电路断路。而点火线圈故障通常会导致发动机抖动、汽车加速无力、甚至熄火等。
故障检测方法：（1）直观检查：检查点火线圈的绝缘盖有无脏污破裂，接线柱是否松动锈蚀。若有脏污锈蚀可清理后进一步检查，若绝缘盖有破损则应更换点火线圈。（2）检查绕组：用万用表的电阻挡测量点火线圈一、二次绕组的电阻，其值与标准值比较，以此来判断点火线圈绕组是否有短路和断路。（3）检查绝缘性：用万用表的电阻挡测量点火线圈任意一个接线柱与外壳之间的电阻，其值应不小于50MΩ，否则说明点火线圈绝缘不良，应更换点火线圈。（4）检查附加电阻：用万用表的电阻挡测量附加电阻，其值应与标准值相符，若测得电阻值为无穷大，说明附加电阻已烧断，需更换点火线圈。（5）性能检验：点火线圈性能好坏的检查需专用的电器试验台。它是将点火线圈的高压接于一个可调间隙的三针放电器，测定跳过规定间隙时的分电器转速是否达到要求。跳过规定间隙时的最高转速低或在规定的转速下能够不间断跳火的间隙小，都说明点火线圈性能不良，应更换点火线圈。（6）排查火花塞故障：当排查点火线圈未发现故障时，需要进一步排查故障是由火花塞引起，可以通过观察火花塞外观或者通过替换倒缸来验证。

一汽-大众EA211系列发动机，采用博格华纳、德尔福、艾尔多等全球著名零部件供应商点火线圈。设计领先性能卓越，产品开发过程经过严苛的实验，路试模拟极端路况且里程高达10万公里，耐久性能强。

在日常用车时，我们也要对点火线圈进行正确使用和维护保养：防止点火线圈受热或受潮；发动机不运转时不要开点火开关；经常检查、清洁、紧固线路接头，避免其短路或搭铁；控制发动机性能，防止电压过高；火花塞不得长期“吊火'；点火线圈上的水分只能用布擦干，绝不能用火烘烤，否则会损坏点火线圈。

从繁到简：点火线圈进化史

除了极少部分应用汽油压燃技术的厂家外（如马自达的Skyactiv-X压燃发动机就能通过16.3的超高压缩比，将汽油硬生生压缩到自燃），绝大多数制造商生产的发动机都需要通过电火花将可燃混合气点燃。此前的文章中我们也提到过，在蓄电池、小型电路技术尚未成熟时，工程师们为了实现发动机的顺利点火，做出了许多精巧的设计：例如单纯依靠机械发电的磁电机点火（Ignition Magneto）与略显笨重的震动线圈（Trembler Coil）。当电路技术逐渐成熟，汽车工业中便出现了今天文章中的主角：点火线圈（Ignition Coil）。不过点火线圈也不是打出生以来，就长成现今大家熟悉的这副模样，其发展也经历了缓慢且曲折的过程。

图：无论点火线圈如何进化，其基础原理是不变的，那便是通过电磁感应将弱电的电压升高，以满足火花塞的用电需求。

若要为点火线圈确定一个诞辰，时间可追溯到1911年的2月；若要为点火线圈确定一个生父，那便是Charles Franklin Kettering（查尔斯·富兰克林·凯特林，1876年8月29日-1958年11月25日）。曾几何时，汽车也是使用手摇装置作为启动器的。什么是手摇启动器？大家都有见过拖拉机吧？拖拉机师傅每次着车时猛摇的就是启动器。其原理也很简单，就是靠人力硬生生将发动机内的机械结构搅动。这种结构的好处就是简单且成本低，坏处自然是比较费人：司机摇动启动器时不但需要消耗巨大体力，若操作不当还容易被摇把击伤。于是美国汽车制造商凯迪拉克（Cadillac）设想开发出一套电动的启动装置以优雅着车。但当时凯迪拉克的工程师们实在搞不定自动启动器的开发工作，只好求助于电气工程专家：查尔斯·富兰克林·凯特林。（补充一个历史：正式因为电启动装置的诞生，连同轻质汽油的生产工艺一道，将BEV电动车推进了历史的坟墓。现今的这次诈尸，不知又能蹦跶多久了。）

图：查尔斯·富兰克林·凯特林是一位美国发明家、工程师、商人，拥有186项专利。他一生中的研究、发明范畴十分广泛：小到油漆，大到导弹，都曾烙印上他的大名。他的功绩太多，这里就不多赘述了。

富有创造力的查尔斯·富兰克林·凯特林为凯迪拉克开发出来的并不只是一个简单的电动启动器，而是一整套汽车电气系统，其中还包含照明系统与今天的主角：点火线圈。这套系统一经诞生就被大量投入使用；1912年，凯迪拉克就向其订购了12000套自动启动器，迫使查尔斯·富兰克林·凯特林的公司Delco从研发企业转变为生产企业。

图：虽然这套系统有很多亮点，但本文只讨论点火线圈的部份。这套装置仅有一组点火线圈，点火线圈将弱电升压后，就会将电流导入一个叫分配器（Distributor）的部件中。分配器就像一把加特林机枪，电流就像是一颗颗子弹，被高速旋转的转子送入“枪膛”，最终到达不同气缸的火花塞上实现对点火时机的控制。

这套系统的先进之处，在于它能在缺乏电控技术的上世纪初，利用机械的结构控制各气缸的点火时机。但这样的结构无可避免地拥有一些缺点：首先是处于恶劣机舱环境的分配器很容易因为高温、潮湿等影响而损坏；其次，无论分配器内的转子转得再快，也很难很精确地控制点火时机。于是，在分配器使用数十年后，一些车企开始使用没有分配器的点火线圈系统，其中就包括法国汽车制造商雪铁龙（Citro?n）。

图：这是雪铁龙在1948年推出的车型2CV上的点火系统示意图。这种点火系统不需要分配器，因为2CV上搭载的是一台双缸四冲程发动机，一个气缸点火，另一个气缸会正好处于排气冲程，因此两个火花塞由同一个点火线圈控制同时点火并不会造成恶劣影响。这种点火系统被称为浪费火花系统（Wasted Spark System），毕竟一个气缸点火，另一个气缸内的电火花能量是被白白浪费掉的。

由于没有过于复杂的机械结构，浪费火花系统的耐用度高了不少。这种系统也并非双缸发动机的专利，更多气缸的发动机也同样能使用。就拿四缸四冲程发动机为例，系统只要增加一套点火线圈，再在曲轴上增加接触式断路器，就能控制四个气缸的点火了。但这种系统也并非无敌。首先，火花塞在排气冲程放电实属是浪费能量；其次，这样的工作逻辑会让每个火花塞的工作负担增加一倍（本来四个冲程放一次电，现在四个冲程放两次电），火花塞的损耗加剧。因此，在上世纪90年代汽车电控系统开始普及后，上述的结构都渐渐被各气缸独立的点火线圈所取代了。

图：电控系统普及后，控制发动机运行的ECU会通过电信号直接控制各气缸上的点火线圈工作，以精确控制点火时机。不过，这种电控的点火线圈系统起初也并非如今日所见的样子，当时各个气缸的点火线圈都被集成到一起，通过线路传输到不同火花塞上。

要知道由点火线圈出来的可都是上千伏的高压电，直接用导线将其引入火花塞的做法并不安全，毕竟软质的导线很容易因为外壁破损而漏电。因此，后来有些车企干脆将点火线圈做成插入缸盖的形式，避免使用导线传输高压电。

图：其实这种设计并没有改变现代点火线圈的原理，仅仅是结构上作出优化罢了。

再到后面，消费者对这种将多个点火线圈集成到一个模块的做法十分反感，毕竟一个线圈坏了，整块模块都要更换，维修成本太贵。而且，这样的结构也不利于车企对点火系统进行故障排查。所以，后来车企干脆要求供应商生产各气缸独立的点火线圈模块，以节省检修成本。

图：现在大家维修点火线圈，只需要将损坏的更换掉就好了，成本更低。而车企在检修时，可以通过点火线圈的对调，简单判别哪个点火线圈存在问题。

如今，随着电路技术的精进，电子设备的体积越做越小，点火线圈也不例外。于是现在的新车上，大家看到的点火线圈几乎都外露在缸盖外，通过弹簧将高压电导入火花塞。这样设计的好处是优化点火线圈的散热效能，毕竟初级线圈和次级线圈两个发热大户都不再被缸盖包裹，热量自然更容易散发走。

图：左为现在的点火线圈结构，右边的旧式结构在近5年的新车上已经很难再见到了。这样的改进有多大作用？大家上网查查宝马和大众一些旧车型的点火系统故障率有多高便能略知一二。

纵观点火线圈的进化历程，可以看到这一小小机构，从繁琐的机械-电路混合结构，不断简化成现今大家所看到的纯电路结构。正是这样的简单化，让点火线圈成为了发动机升级中操作较为简易的项目。大家若想升级该部位，大可购买一套升级点火线圈，在家中地库通过简单的螺丝拆装，自行施工，安全、轻松且便捷。

图解点火系统的基本结构、原理

功 能

点火系统的功能就是在最适当的时间，在汽缸内产生电火花，点燃汽缸内的空气燃油混合物。

点火系统都有三个主要功能：

① 必须能够生成具有足够能量的电火花，该电火花具有足够的热量，能够点燃燃烧室中的混合气；

② 能够使该火花维护足够长的时间，以保证燃烧室中的燃料燃烧；

③ 必须给每个汽缸都提供点火火花，以保证燃烧过程能在压缩行程的适当时刻开始。

分电器点火系统

分电器具有下列功能：

■ 按正确顺序将次级线圈的高压分配到各缸的火花塞上。

■ 在适当时间断开点火线圈初级电流。

■ 根据发动机工况（负荷、转速等）控制点火正时。

分电器点火系统基本结构见下图 ▼

维修提示：分电器由凸轮轴驱动，因此转速只有发动机转速的1/2。

分电器点火系统回路及解析 （一） ▼

解析：

如上图所示，发动机启动时，电流传递。

初级电路：电瓶→点火开关→点火线圈正极接线端→点火线圈负极接线端→分电器的断电器触点→接地。分电器凸轮旋转，触点开启，初级回路的磁场强度减弱。

次级电路：次级线圈绕组里感应产生高压，并从线圈的中心接线端输出→分电器盖→分火头→分电器盖火花塞导线接线端→火花塞导线→火花塞→接地。

分电器点火系统回路及解析 （二） ▼

解析：

如上图所示，如果发动机已经熄火，但分电器断电器的触点如果正好处于闭合的情况下，点火线圈就会通电，这时加装整流电阻可以保护点火线圈，防止过热。

电瓶→点火开关→镇流电阻→点火线圈初级线圈正极接线端→点火线圈负极接线端→分电器断电器触点→接地。

电控点火系统

1—点火开关；2—蓄电池；4—火花塞；

3—带点火器的点火线圈；5—发动机ECU ；

6—凸轮轴位置传感器；7—曲轴位置传感器

图 解

如上图，点火系统由电源（蓄电池）、传感器、ECU、点火器、点火线圈、火花塞等组成，点火系统在高电压下产生火花，在最佳的正时点燃在汽缸内的压缩混合气。根据所收到的由各个传感器发来的信号，发动机ECU（电子控制单元）实施控制，达到最佳的点火正时。

大众捷达/ 桑塔纳点火系统（老款车型）

1—点火导线；2—点火线圈（带有点火导线的标识：A—汽缸1，B—汽缸2，C—汽缸3， D—汽缸4）；3，9—螺栓（10N·m）；4，6，11—连接插头；5—火花塞；7—螺栓（20N·m）； 8—爆震传感器；10—霍尔传感器（G40）；12—O形环

图 解

如上图，每个点火线圈有两个高压输出端，可直接驱动两个火花塞同时点火，点火线圈连接的两个火花塞装在同一曲柄方向的两个汽缸上。当其中的一个汽缸处于正常点火位置时，另一汽缸则处于排气行程的终了阶段，此时汽缸内压力较低，火花塞处的气体密度较小，仅需数千伏的电压就能击穿放电。因此，虽然两个火花塞同时点火，但大部分点火能量释放给主点火的汽缸，仅有很少的能量损失在第二个火花塞上，而这部分能量可从无配电损失中得到弥补。

独立点火系统（点火线圈）

独立点火系统：如上图所示，每个点火线圈直接安装在火花塞上，也就是说，一个汽缸有一个独立的点火线圈。现在使用独立点火系统的车辆非常多，大众车系基本都使用这种点火系统。