陈家瑞《汽车构造》发动机点火系统

汽车构造第二十三讲主讲教师：冯原学时：４８发动机点火系统第一节概述一、功用在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混和气，使汽油发动机实现作功。汽油机在压缩接近上止点时，可燃混合气是由火花塞点燃的，从而燃烧对外作功，为此，汽油机的燃烧室中都装有火花塞。火花塞有一个中心电极和一个侧电极，两电极之间是绝缘的。当在火花塞两电极间加上直流电压并且电压升高到一定值时，火花塞两电极之间的间隙就会被击穿而产生电火花。能够在火花塞两电极间产生电火花所需要的最低电压称为击穿电压；能够在火花塞两电极间产生电火花的全部设备称为发动机点火系统。二、点火系统的类型按照组成和产生高压电方式的不同，可以分为分类电源产生高压电的方法1、传统蓄电池点火系统蓄电池和发电机点火线圈和断电器2、半导体点火系统蓄电池和发电机点火线圈和半导体元件3、微机控制点火系统蓄电池和发电机点火线圈和微机控制装置4、磁电机点火系统无磁电机三、点火系统的基本要求1.能产生足以击穿火花塞两电极间隙的电压。2.电火花应具有足够的点火能量。3.点火时刻应与发动机的工作状况相适应。四、点火系统的特点汽车发动机的点火系统与汽车上其他电器设备一样，采用单线制连接，即电源的一个电极用导线与各用电设备相连，而电源的另一个电极则通过发动机机体、汽车车架和车身等金属构件与各用电设备相连，称为搭铁，其性质相当于一般电路中的接地。搭铁的电极可以是正极也可以是负极。第二节传统点火系统组成和工作原理一、组成电源（蓄电池和发电机）、点火开关、点火线圈、断电器、配电器、电容器、火花塞、阻尼电阻、高压导线等组成。二、工作原理点火系统将12v或24v的低压电转变为1000v以上的高压电是由点火线圈和断电器共同完成的，并由配电器分配到各缸火花塞。点火线圈配电器断电器火花塞1、电容器电容器与断电器触点并联当触点断开时，有两个作用：（1）保护触点，自感电流向电容器充电，防止触点烧损，使初级电流迅速衰减为零。（2）加速断电，提高次极电压。三、几个元件的作用2、附加电阻附加电阻与点火线圈初级绕组串联，调节初级电流大小，维持初级电流基本稳定。当发动机转速降低时，初级电流加大，附加电阻的电阻值随其温度升高而增大，使初级电流减小，点火线圈不致过热。当发动机转速升高时，初级电流减小，附加电阻的电阻值随其温度降低而减小。第三节点火时刻一、点火提前角点火时刻对发动机性能影响很大，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。因此要在压缩接近上止点点火，即点火提前。把火花塞点火时，曲轴曲拐位置与压缩行程终了活塞到达上止点时曲轴曲拐位置之间的夹角称为点火提前角。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。二、点火过迟、过早的后果点火过迟：混合气开始燃烧时活塞已开始下行，气缸容积增大，燃烧压力降低，发动机功率下降。点火过早：则气体压力作用的方向与活塞运动的方向相反，发动机功率下降。PPPVVV三、最佳点火提前角的影响因素最佳的点火提前角随许多因素变化，最主要的因素是发动机转速和混合气的燃烧速度，混合气的燃烧速度又和混合气的成分、燃烧室形状、压缩比等因素有关。当发动机转速一定时，随着负荷的加大，节气门开大，进入气缸的可燃混合气量增多，压缩终了时的压力和温度增高，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。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。点火提前角应随转速增高适当加大。另外，点火提前角还和汽油的抗爆性能有关，使用辛烷值高，抗爆性能好的汽油，点火提前角应较大。四、点火提前角自动调节装置自动调节装置手动调节装置：辛烷值校正器离心式点火提前调节装置真空式点火提前调节装置汽车构造第二十四讲主讲教师：冯原学时：４８第四节传统点火系统主要元器件的结构一、分电器功用：接通或断开初级电路，将点火线圈产生的高压电按照发动机工作顺序分配给各缸火花塞，根据发动机转速和负荷自动调节点火时刻。组成：分电器是由断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置组成。分电器实物图分电器构造1、断电器接通和切断初级绕组的电路，使其电流发生变化，以便在次级绕组中产生高压电。触点闭合触点断开活动触点固定触点凸棱2、配电器将点火线圈产生的高压电按点火顺序分配给各缸火花塞。中心电极分火头侧电极分电器盖3、电容器4、点火提前调节装置（1）离心点火提前调节装置凸轮拨板分电器轴弹簧重块托板销钉（2）真空点火提前调节装置（3）辛烷值校正器二、点火线圈点火线圈把电源的低压电转变成火花塞点火所需要的高压电。1、开磁路点火线圈：开磁路点火线圈采用柱形铁芯，其上下两端没有连接在一起，磁力线从空气中穿过。特点：产生高压电稳定，但是磁路损失较大。2、闭磁路点火线圈：闭磁路点火线圈的铁芯用“口”字形或“日”字形的铁片叠制而成。磁路闭合。特点：形成闭合的磁路，减少磁通损失，提高次级电压。三、火花塞功用：将点火线圈产生的高压电引进然烧室，并在电极间产生电火花点燃可燃混和气。电极材料：多采用镍锰合金。结构：中心电极，侧电极，绝缘体，接线螺母等电极间隙中心电极侧电极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，并且容易因产生积碳而漏电；电极间隙过大：所需的击穿电压增高，发动机不易启起动，且在高速时易发生“缺火。一般的电极间隙为：0.6～0.7mm。火花塞绝缘体裙部越长，其受热面积越大，且受热距离长，散热困难，火花塞裙部的温度越高，这种火花塞称为热型火花塞。火花塞绝缘体裙部越短，其受热面积越小，且受热距离缩短，容易散热，火花塞裙部的温度越低，这种火花塞称为冷型火花塞。裙部长度介于冷型和热型之间的火花塞，称为普通型（中型）火花塞。自净温度：发动机工作时火花塞绝缘体裙部的温度若保持在500-600°C左右，落在绝缘体裙部的油粒能立即被烧掉，不容易产生积碳，这个温度称为火花塞的自净温度。我国是以绝缘体裙部长度来标定的，用热值（1-11的自然数）来表示。1、2、3为低热值火花塞；4、5、6为中热值火花塞；7以上为高热值火花塞。热值小的为热型火花塞，热值大的为冷型火花塞。第五节电子点火系统1.触点易烧蚀；2.随气缸数和转速的增加，次级电压下降；3.点火能量的提高受限；4.易产生积碳，使次极电压降低。一、传统点火系统的不足二、电子点火系统的优点1.可以减少触点火花，避免触点烧蚀，延长触点的使用寿命；有的还可以取消触点，因而克服了与触点相关的一切缺点，改善了点火性能。2.可以不受触点的限制，增大初级电流，提高次级电压，改善发动机高速时的点火性能。一般传统点火系统的低压电流不超过5A，而电子点火系统可提高到7～8A，次级电压可达30kV。3.由于次级电压和点火能量的提高，使其对火花塞积炭不敏感，且可以加大火花塞电极间隙，点燃较稀的混合气，从而有利于改善发动机的动力性、经济性和排气净化性能。4.大大减轻了对无线电的干扰。5.结构简单，质量轻，体积小，使用和维修方便。三、有触点电子点火系统四、无触点电子点火系统1、组成：无触点电子点火系统利用传感器代替断电器触点，产生点火信号，控制点火线圈的通断和点火系统的工作，可以克服与触点相关的一切缺点。主要由点火信号发生器(传感器)、点火控制器、点火线圈、分电器、火花塞等组成。2、原理3、点火信号发生器点火信号发生器取代了传统点火系统断电器中的凸轮，用来判定活塞在气缸中所处的位置，并将非电量的活塞位置信号转变成为脉冲电信号输送到点火控制器，从而保证火花塞在恰当的时刻点火。所以点火信号发生器实际就是一种感知发动机工作状况，发出点火信号的传感器。它的类型很多，目前应用较多的主要有磁脉冲式、霍尔效应式和光电效应式。（1）磁感应式点火信号发生器磁感应式传感器安装在分电器内，主要由分电器轴1、爪形转子2、传感线圈3、爪形定子4、塑性永磁片5、导磁板6和底板7等组成。1234567结构：（2）霍尔效应式点火信号发生器霍尔效应式点火信号发生器安装在分电器内。由霍尔触发器、永久磁铁和由分电器轴驱动的带缺口的转子组成。主要由霍尔触发器、永久磁铁和带缺口的转子等组成。1、永久磁铁2、外加电流3、霍尔电压4、霍尔触发器5、接触面6、磁力线7、剩余电子。2134567UHI当电流I通过放在磁场中的半导体基片（霍尔元件）且电流方向和磁场方向垂直时，则在垂直于电流和磁场的方向上产生一电压UH,称为霍尔电压。IBdRUHH即：点火信号电压。霍尔效应原理霍尔效应式无触点点火装置组成：主要由霍尔分电器、点火控制器、点火线圈等。（3）光电效应式点火信号发生器主要由遮光盘(信号转子)、遮光盘轴、光源、光接收器(光敏元件)等组成。例如，磁感应发生器产生的脉冲信号由②、③端输入，经内部电路，最后控制达林顿管Q的导通和截止。B+Q89S01工作:4、点火控制器作用：将点火信号发生器输出的点火信号整形、放大，转变为点火控制信号，控制点火线圈初级绕组中电流的通、断，以便在次级线圈的绕组中产生高压电，供火花塞点火。电子点火系统的分电器与传统点火系统的分电器不同，主要区别在于电子点火系统取消了断电器(触点和凸轮)和电容器，增加了点火信号发生器(信号转子和传感部分)。有些点火控制器能够随着发动机转速变化自动调节点火提前角，所以这些分电器去掉了离心提前调节机构，只保留真空提前调节机构，配电器的结构则无变化。5、分电器由于普通电子点火系统的点火能量提高，火花塞电极间隙比传统点火系统的火花塞电极间隙增大，一般为0.8～1.0mm；为了适应稀薄混合气燃烧，有的甚至达到1.0～1.2mm，并且各种车型差异也较大，在检查、调整、维修时，应严格根据原车说明书进行。6、火花塞汽车构造第二十五讲主讲教师：冯原学时：４８第六节微机控制点火系统一、有分电器微机控制点火系统1.组成：一般由传感器、微机控制器、点火执行器等组成。二、无分电器微机控制点火系统1.无分电器微机控制点火系统的优点1)在不增加电能消耗的情况下，进一步增大了点火能量。2)对无线电的干扰大幅度降低。3)避免了与分电器有关的一些机械故障，工作可靠性提高。4)高速时点火能量有保证。5)节省了安装空间，有利于发动机的合理布置，为汽车车身的流线型设计提供了有利条件。6)无需进行点火正时方面的调整，使用、维护方便。2.组成由低压电源、点火开关、微机控制单元(ECU)、点火控制器、点火线圈、火花塞、高压线和各种传感器等组成。有的无分电器点火系统还将点火线圈直接安装在火花塞上方，取消了高压线。电控单元火花塞双点火线圈点火控制器3.工作原理（1）独立点火方式（2）同时点火方式4.主要元器件的结构及原理1）微机控制单元2)(1)独立点火方式配电用的点火线圈：采用独立点火方式时，发动机每个气缸都有自己的点火线圈，每个点火线圈的结构完全相同。(2)点火线圈配电方式配用的点火线圈发动机采用点火线圈配电方式时，点火线圈实际是由若干个相互屏蔽的、独立的点火线圈组装起来形成的一个点火线圈组件。第七节汽车电源汽车上的点火系统及全车电器设备的电源由蓄电池、发电机及其调节器组成，其在汽车电路中的连接关系，两电源并联后与用电设备相连。发动机正常运行时，发电机向点火系统及其他用电设备供电，并同时向蓄电池充电。汽车的用电设备用电量过大，超过发电机的供电能力时，蓄电池和发电机共同向点火系统及其他用电设备供电。发动机起动或低速运行时，发电机不发电或电压很低，起动机、点火系统及其他用电设备所需要的电能，全部由蓄电池供给。一、蓄电池蓄电池是一个化学电源。充电时，其内部的化学反应将外接电源的电能转变为化学能储存起来；用电时，再通过化学反应将储存的化学能转变为电能，输出给用电设备。二、发电机车用发电机是