发动机点火系

汽油机点火系统第一节点火系统功用、要求与分类第二节传统点火系统第三节半导体点火系统第四节微电脑点火控制系统一、点火系的功用在汽油发动机中，气缸内的混合气是由高压电火花点燃的，而产生电火花的功能是由点火系来完成的。点火系将电源的低电压变成高电压，再按照发动机点火顺序轮流送至各气缸，点燃压缩混合气；并能适应发动机工况和使用条件的变化，自动调节点火时刻，实现可靠而准确的点火；还能在更换燃油或安装分电器时进行人工校准点火时刻。第一节点火系统功用、要求与分类二、对点火系统的要求1．能产生足以击穿火花塞电极间隙的高压电影响击穿电压的因素（1）火花塞电极间隙的大小（2）气缸内混合气的压力与温度（3）电极的温度和极性（4）发动机的工作情况（a）击穿电压与火花塞间隙的关系（b）击穿电压与混合气压力的关系节气门的开度与跳火高压节气门的开度大小是与发动机的转速成正比的。根据需要节气门可以有多种控制方法，节气门可以连续半开，连续全开，急加速瞬时全开等多种状态。而它们所需要的点火高压也是不同的，当汽缸内的高压增加时，所需的跳火高压也升高。在节气门全开时，所需的跳火电压最大。而在全开中，连续全开与瞬时全开所需的跳火电压也有很大的差别。连续全开时，汽缸温度与火花塞电极的温度都很高，所需跳火电压就较低。而极加速瞬时全开时，就没有这个高温度条件。因此，要能使其跳火良好时就必须再增高高电压。2．火花塞应具有足够的能量●混合气压缩终了的温度接近自燃温度●传统点火系统能够发出10－50mJ的火花能量●在启动、怠速、节气们突然打开时需要较高能量一般50－80mJ，启动大于100mJ3．点火时刻应适应发动机的工作情况•最佳点火时刻•从火花塞点火到气缸内大部分混合气燃烧，并产生很高的爆发力需要一定的时间，虽然这段时间很短，但由于曲轴转速很高，在这段时间内，曲轴转过的角度还是很大的。若在压缩上止点点火，则混合气一面燃烧，活塞一面下移而使气缸容积增大，这将导致燃烧压力低，发动机功率也随之减小。因此最佳点火时刻应在活塞接近压缩行程上止点前。•把火花塞点火时，曲轴曲拐位置与活塞位于压缩上止点时曲轴曲拐位置之间的夹角称为点火提前角。最佳点火提前角最佳点火提前角对应最佳点火时刻※为了保证在上止点后6-10°曲轴转角时气缸中出现最高压力，点火提前角应能随曲轴转速和发动机负荷变化。（1）转速（2）负荷（3）起动及怠速（4）汽油的辛烷值（5）压缩比（6）混合气成分（7）进气压力影响最佳点火提前角的因素有：•最佳点火提前的影响因素•当发动机节气门开度一定时，随着转速增高，燃烧过程所占曲轴转角增大，这时，应适当加大点火提前角。•发动机转速一定时，负荷大节气门开度大，进入的可燃混合气多，压缩终了的压力和温度增高，同时，残余废气在气缸内所占的比例减小，混合气燃烧速度加快，这时，点火提前角应适当减小。反之，发动机负荷减小时，点火提前角则应适当增大。（a）最佳点火提前角与转速的关系（b）最佳点火提前角与负荷的关系（c）最佳点火提前角与压缩比的关系（d）最佳点火提前角与混合气成分的关系4.在特殊使用条件下(热带、寒带、潮湿及空气稀薄地区)行驶时，点火系统必须可靠地工作。三、点火系统的分类1）传统点火系统传统点火系统以蓄电池和发电机为电源，也称为蓄电池点火系统。它靠点火线圈和分电器的作用，将电源提供的12V、24V或6V的低压直流电转变为高压电，并分配到各缸火花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。传统点火系统由于产生的高压电比较低、高速时工作不可靠、需要经常检查和维护等许多缺点，目前正在被半导体点火系统和微机控制点火系统所代替。1、按初级电路控制方式分2）半导体点火系统半导体点火系统也是以蓄电池和发电机为电源。它由传感器产生点火信号，经由半导体器件组成的点火控制和点火线圈，将电源的低压电转变为高压电，是目前国内外汽车上比较广泛应用的点火系统。3）微机控制点火系统微机控制点火系统与上述两种点火系统相同，也以蓄电池和发电机为电源。它由微机控制装置即电脑，根据各种传感器提供的反映发动机工况的信号，确定点火时刻，并发出点火控制信号，通过点火线圈将电源的低压转变为高压，由配电器将高压电分配到各个缸火花塞，它还可以进一步取消分电器，由微机控制系统直接进行高压电的分配，是现代最新型的点火系统，已广泛应用在轿车上。4）磁电点火系统磁电点火系统是由磁电机内的永远磁铁和电磁线圈的作用产生高压电的，因此它不需要另设低压电源。与传统点火系统相比，磁电机点火系统在发电机中转速和高转速范围内，产生的高压电比较高，发动机能可靠的工作。但在发动机低速时，产生的电压比较低，不利于发动机起动。因此，磁电机点火系统多用于主要在高速满负荷下工作的赛车发动机，以及某些不带蓄电池的摩托车发动机和大功率柴油机的起动发动机上。2.按点火系储存能量的方式分1）电感储能式（点火能量以磁场能形式储存在点火线圈中）。2）电容储能式（点火能量以电场能的形式储存在储能电容中）。3.按点火信号发生器的原理分（1）磁感应式（如日本丰田车系）（2）霍尔效应式（如德国大众车系）（3）光电式（如日本日产车系）。1）机械配电点火系（有分电器）。2）计算机配电点火系（无分电器）。说明：电感储能式中电磁感应式和霍尔效应式应用广泛。有分电器点火系在中低档车中应用广泛，无分电器点火系在中高档车中应用广泛。4.按高压电的配电方式分第二节传统点火系统一、传统点火系统的组成（1）电源电源为蓄电池和发电机，供给点火系统所需电能，标称电压一般是12V（2）点火开关点火开关的作用是接通或断开点火系统初级电路。（3）点火线圈点火线圈即变压器，其功用是将蓄电池12V的低压电变为15kV-20kV的高压电。(4）分电器分电器的功用是接通和切断低压电路，使点火线圈及时产生高压电，按发动机各气缸的点火顺序送至火花塞；同时可调整点火时间。（5）电容器减小断电器的火花，防止触点烧蚀，延长其使用寿命，同时加速点火线圈中磁通的变化速率，提高点火高电压。（6）火花塞其功用是将高压电引入燃烧室产生电火花，点燃混合气。（7）高压导线用以连接点火线圈至分电器中心电极和分电器旁电极至各缸火花塞。二、传统点火系统的工作原理在传统点火系统中，由蓄电池或发电机供给12V的低压电，是借点火线圈和断电器将其转变为高电压，再通过分电器分配到各缸火花塞，使其电极之间产生电火花。初级电压次级电压在点火过程中，与触点并联的电容器具有重要作用。当电容器第一次放电时，电流以相反的方向通过一次侧绕组，加速了磁场的消失，使二次侧感应电动势显著提高。可见有了电容器后就能减小触点火花，延长触点寿命并增强了二次侧电压。a没有电容器b触点并联有电容器初级电流的变化观看视频和动画三、传统点火系统各组件的构造1．点火线圈功用：点火线圈是将电源的低压电转变为高压电的基本元件。（1）构造：初级绕组(0.5-1.0高强度漆包线200匝）、次级绕组（0.06-0.10mm漆包线2万匝）、铁芯接线柱、附加电阻、中央高压线插孔、胶木盖等。（2）原理：与自耦变压器类似（3）附加电阻的作用1)材料：用低碳钢制成(热敏电阻)2)特点：阻值随温度上升而增加。20℃时电阻为1.27-1.7Ω3)位置：点火开关与点火线圈之间4)作用：改善点火性能。①低速时通电时间长，阻值增大，限制电流，防止线圈过热②高速时通电时间短，阻值减小，保证电流，防止缺火5)两柱式点火线圈一般用附加电阻线，直接连接点火开关和点火线圈开磁路点火线圈的磁路l-磁力线2-铁芯3-初级绕组4-次级绕组5-导磁钢片（2）闭磁路点火线圈闭磁路点火线圈，将初级绕阻和次级绕组都绕在口字形或日字形的铁芯上。初级绕组在铁芯中产生的磁通，通过铁芯构成闭合磁路。结构：用带气隙的“日”形或“口”形铁芯。初级绕组230-370匝，0.5-1.0mm漆包线绕制，次级绕组11000-26000匝，0.06-0.10mm漆包线绕制。特点：漏磁小，转换效率高(从60%提到70%)，无外壳，无绝缘盖，故易散热、结构简单、体积小、质量轻。2．分电器分电器由断电器、配电器、电容器和点火提前机构等组成分电器的壳体由铸铁制成，下部压有石墨青铜衬套，分电器轴装在机油泵的顶端，利用速比1：1的斜齿轮由凸轮轴，轴在衬套内旋转。分电器原结构(a)整体构造(b)内部构造1-分电器盖2-分火头3-凸轮4-触点及断电器底板总成5-电容器6-轴节7-油杯8-真空提前机构9-分电器壳体10-活动底板11-偏心螺钉12-固定触点与支架13-活动触点臂14-接线柱15-拉杆16-膜片17-真空提前机构外壳18-弹簧19-螺母20-触点臂弹簧片21-油毡及夹圈（1）断电器断电器装在固定板上，固定板上又装有活动板，其上装有触点副。触点由钨制成，一触点固定，另一触点活动。固定触点搭铁，它固定在活动板上，可借助转动偏心螺钉调整触点间隙。活动触点固定在触点臂的一端，臂的另一端有孔，套在销钉上。臂中部连有夹布胶木顶块，靠弹簧片压紧在凸轮上。触点臂经弹簧片和导线与壳体外面的绝缘接线柱连接。凸轮的凸角数和发动机的气缸数相同，凸轮与拨板制成一体，装在分电器轴上，经离心提前机构的离心重块由分电器轴驱动。作用：周期性的接通断开一次绕组，使初级电流发生变化，在点火线圈中生成次级电压。（2）配电器配电器的作用是将高压电按发动机各气缸的点火顺序配送火花塞。1）组成：配电器盖和分火头2）结构：①分电器盖：由耐高温、高压的胶木制成，上有中央高压线插孔、分缸高压线插孔、炭柱等。②分火头：绝缘体和导电片。导电片距旁电极间有0.2-0.8mm间隙（3）电容器电容器由两条铝箔或锡箔组成，在两条箔带之间夹以绝缘蜡纸，然后卷成筒状在真空中抽去层间的空气，再经浸蜡处理后装在金属外壳中，其中一条箔带的底部与外壳紧密接触，另一条箔带则通过外壳绝缘的导电片由导线引出。电容器1-蜡纸2-铝箔3-外壳4-引出线（4）点火提前机构①离心提前机构离心提前机构的功能是在发动机转速变化时，自动调节点火提前角。②真空提前机构作用：随发动机负荷的变化（节气门开度变化自动的调节点火提前角（5）火花塞火花塞的功用是将点火线圈产生的脉冲高压电引入燃烧室，并在其两个电极之间产生电火花，以点燃可燃混合气。1）受高压燃气冲击及发动机振动，故应有足够的机械强度。2)受冲击性高电压作用，故应有足够的绝缘强度。3)应能承受温度的剧烈变化。4)火花塞的电极应采用耐腐蚀材料。5)应有适当的电极间隙和安装位置，气密性要良好。1.火花塞的工作条件及对其要求：1)组成：壳体、金属杆、绝缘体、中央电极、侧电极和垫片。2)电极间隙：指的是中心电极与侧电极之间的间隙。电极间隙过小：火花微弱，并且容易因产生积炭而漏电；电极间隙过大：所需的击穿电压增高，发动机不易起动，且在高速时易发生“缺火。一般的电极间隙为：0.6～0.8,现代的汽车甚至采用1.0～1.2，可以改善排气净化。2.火花塞的结构：(1)热特性概念：火花塞瓷绝缘体裙部的炽热端的热量向发动机冷却系散发的性能。(2)自洁温度：500-600℃过低—易产生积炭而造成火花塞漏电；过高—会引起可燃混合气自燃、爆震燃烧，甚至点燃进气冲程的可燃混合气而产生回火现象，造成发动机输出功率下降，甚至造成活塞顶烧熔。3.火花塞的热特性：A.热型火花塞绝缘体裙部长(16-20mm)，适于低速、低压缩比的小功率发动机。B.标准型火花塞绝缘体裙部长度为11-14mmC.冷型火花塞—绝缘体裙部短(8mm)，适于高速高压大功率发动机(3)分类：(1)标准型火花塞其绝缘体裙部略缩入壳体端面，侧电极在壳体端面以外，使用最广泛的一种。(2)绝缘体突出型火花塞其绝缘体裙部较长，突出于壳体端面以外。它具有吸收热量大，抗污能力好的优点，且能直接受到进气的冷却而降低温度，因而也不易引起炽热点火，故热适应范围宽。(3)细电极型火花塞其电极很细，火花强烈，点火能力好，在严寒季节也能保证发动机迅速可靠地起动。热适应范围较宽，能满足多种用途。(4)锥座型火花塞其壳体和旋人螺纹制成锥形，因此不用垫圈也可保证良好密封，从而缩小了火花塞体积，