汽车构造与原理(补充)

第8章汽油机点火系统8.1点火系统基本要求1、点火提前角概念：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。点火提前角对发动机性能的影响：适当点火提前角，可使发动机每循环所做的机械功最多（曲线阴影部分）点火提前角过大，易爆燃；点火提前角过小，排气温度升高，功率降低。A：不点火B：点火过早C：点火适当D：点火过迟最佳点火提前角:概念：当发动机转速和节气门开度一定时，能使发动机获得最佳动力性、经济性和最佳排放性能的点火提前角。影响最佳点火提前角的因素：发动机转速：转速升高，点火提前角增大。发动机负荷：歧管压力高（真空度小、负荷大），点火提前角小，反之点火提前角大。燃料性质：汽油辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可增大。其他因素：燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃比、大气压力、冷却水温度。基本点火提前角点火提前角常用的计算方法：实际点火提前角＝初始点火提前角＋基本点火提前角＋修正点火提前角实际点火提前角＝基本点火提前角×点火提前角修正系数起动时起动后基本点火提前角初始点火提前角修正点火提前角实际点火提前角点火正时控制起动点火控制起动后点火控制初始点火提前角基本点火提前角修正点火提前角预热修正过热修正怠速稳定修正爆燃修正其他修正等初始点火提前角2、点火系统性能指标（1）击穿电压概念：火花塞两个电极板之间产生的击穿电压。点火线圈次级绕组中的感应电压称为次极电压，其中通过的电流称为次极电流，相应的电路称为次极电路或高压电路。断电器触点刚断开时，次极电压达到峰值，称为发火电压。随后迅速衰减。次极电压波形应保证必要的火花持续时间，此期间内的次极电压波形大于击穿电压（又叫穿透电压或火花电压)影响击穿电压的因素：火花塞电极板之间的距离：火花塞间隙越大击穿电压越高。气缸压力：气缸压力越高击穿电压就越高。温度：温度越低击穿电压越高。（2）点火能量概念：点火能量即点火所需要的能量，是的电流和和电压的函数。点火能量的大小影响的着发动机的动力性、经济性和排放性。3、汽油机点火系统的分类分类：传统点火系、电子点火系、微机控制点火系、磁电机点火系212LI8.2传统点火系统组成：传统点火系主要由电源、点火开关、点火线圈、分电器、电容器、火花塞、高压导线、附加电阻等组成。（1）点火线圈功用：将低压电转变为高压电的升压变压器。组成：由初级绕组、次级绕组和铁心等。分类：开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两种。1）开磁路点火线圈（2）闭磁路点火线圈（2）分电器组成：断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置等。功用：（1）接通或断开初级电路。（2）将点火线圈产生的高压电按照发动机分配给各缸火花塞。（3）根据发动机转速和负荷自动调节点火时刻。工作原理：在发动机工作时接通与切断点火系统的初级电路，使点火线圈的次级绕组中产生高电压，并按发动机要求的点火时刻与点火次序，将点火线圈产生的高压电分配到相应气缸的火花塞上。1）断电器功用：周期地接通和切断点火线圈初级绕组的电路，使初级电流和点火线圈铁心中的磁通发生变化，以便在点火线圈的次级绕组中产生高压电。2）配电器功用：将点火线圈中产生的高压电，按发动机的工作次序轮流分配到各气缸的火花塞。3）电容器功用：减少触点断开时的火花，延长触点使用寿命，加快初级电流的衰减速度，提高次级电压。4）点火提前调节装置调节点火提前角的方法有两种：保持触点不动：将断电器凸轮相对于分电器轴顺旋转方向转过一个角度θ，凸轮提前将触点顶开，使点火提前。凸轮相对于轴转过的角度越大，点火提前角越大。凸轮不动：使断电器触点相对于凸轮逆着旋转方向转过一个角度θ，也可使点火提前。触点相对于凸轮转过的角度越大，点火提前角越大。1）离心点火提前调节装置：发动机工作时，它利用改变断电器凸轮与分电器轴之间的相对位置的方法，在发动机转速变化时自2）真空点火提前调节装置：（3）火花塞功用：将点火线圈或磁电机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。结构：连接螺母金属杆垫圈火花塞壳体侧电极中心电极绝缘体裙部绝缘体分类：火花塞一般按其热特性分，有热型火花塞、普通型火花塞、冷型火花塞。“热型”火花塞：适用于低速、低压缩比的小功率发动机。“冷型”火花塞：适用于高速、高压缩比大功率的发动机。工作原理：传统点火系统存在的缺陷：1）触点容易烧蚀，触点间隙需要经常调整2）火花能量的提高受到初级电流允许值的限制3）多缸、高速时次级电压显著下降4）对火花塞积碳较敏感5）无线电干扰大8.3电子点火系系统一、电子点火系统特点：1）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，改善发动机高速时的点火性能。3）且可以加大火花塞电极间隙，点燃较稀的混合气，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。分类：触点式电子点火系统和无触点的电子点火系统。（1）触点式点火系统触点式电子点火系统又称为半导体辅助点火系统，它是将一只高反电压的晶体管VT串联在点火线圈的一次电路中，控制一次电路的通断。而触点开闭控制着晶体管导通和截止。工作原理：（2）无触点式电子点火系统无触点式电子点火系统取消了断电器触点，利用各种信号发生器代替断电器触点，产生点火信号，通过电子元件组成的点火控制器，控制点火系工作。组成：无触点电子点火系统与传统点火系统比较：１、结构上，取消了断电器。用信号发生器代替凸轮；用点火器取代了白金触点。２、原理上，初级绕组电流的通、断由信号发生器和点火器配合完成，其他工作过程变化不大３、点火器除了控制初级绕组电流的通、断外，内有控制电路（闭合角控制和恒流控制）可改善点火性能。分类：磁电式、霍尔式、光电式电磁振荡式1）磁电式电子点火系统磁电式电子点火系统主要由点火线圈、火花塞、分电器、磁电式信号发生器和点火控制器等组成。工作原理：利用电磁感应原理，信号转子转动时，信号转子的凸齿与铁心的空气隙发生变化，使通过传感线圈的磁通发生变化，因此传感线圈中便产生感应的交变电动势，该交变电动势输入到点火器，以控制点火系统工作。电磁式信号发生器：点火控制器：点火器中各三极管作用：VT1——发射极与集电极相连，相当于一个二极管，VT2——触发管，起信号检测作用；VT3、VT4——放大作用，将VT2输出放大以驱动VT5VT5——大功率管，控制初级电流的通断。2）霍尔式电子点火系统霍尔效应：当电流垂直于磁场方向通过导体时，在垂直于磁场和电流的导体的两个端面之间出现电势差的现象就称为霍尔效应。该电势差称为霍尔电压。霍尔式信号发生器：如图：工作原理：当触发叶轮转动时，每当叶片进入永久磁铁与霍尔集成块之间的空气隙时，霍尔集成块中的磁场即被触发叶轮的叶片所旁路(或称隔磁)，这时霍尔元件不产生霍尔电压，集成电路输出级的晶体管处于截止状态，信号发生器输出高电位。当触发叶轮的叶片离开空气隙时，永久磁铁的磁通便通过霍尔集成块和导板构成回路，这时霍尔元件产生霍尔电压，集成电路输出级的晶体管处于导通状态，信号发生器输出低电位。霍尔点火控制器：霍尔信号发生器的优点：1）工作可靠性高，霍尔信号发生器无磨损部件，不受灰尘、油污的影响，无调整部件，小型坚固，寿命长。2）发动机起动性能好，霍尔信号发生器的输出电压信号与叶轮叶片的位置有关，但与叶轮叶片的运动速度无关，也就是说它与磁通变化的速率无关，它与磁感应信号发生器不同，它不受发动机转速的影响，明显地增强了发动机的起动性能，有利于低温或其他恶劣条件下起动。霍尔信号发生器目前已经得到广泛的应用。3）光电式点火系统采用光电式点火信号发生器产生点火信号，控制电子点火器和点火系的工作。组成：转盘、光触发器：发光二极管、光敏二极管缺点：抗污能力差，对分电器的密封要求高，应用不广泛。光电感应原理：利用光敏二极管的光敏效应制成；当光敏二极管接收到光线时，光敏二极管导通；当光敏二极管没接收到光时，就截止。光电感应式传感器的安装位置：一般安装在分电盘上。遮光盘、发光二极管和光敏二极管实物图工作原理：遮光盘位于发光二极管和光敏二极管之间。当缝隙对准发光二极管和光敏二极管时，光线照到光敏二极管上，使点火控制系的晶体管导通。从而初级线圈初级绕组通电；当遮光盘的转动挡住发光二极管的光线时，光敏二极管截止，使点火控制系的晶体管导通截止，初级线圈初级绕组断电，次级绕组产生自感电动式。4）振荡式电子点火系统振荡式电子点火系统采用振荡式信号发生器产生点火信号，并利用点火控制器控制点火。振荡式信号发生器：点火控制器：无触点电子点火系统的优、缺点：优点：１、由于采用了信号发生器，从根本上消除了由触点引起的一系列问题。２、在所有转速范围内都能可靠点火（闭合角控制和恒流控制），在提高点火电压和点火能量方面很有成效。缺点：对点火时刻的控制依然依靠离心式和真空式两套机械式点火提前装置来完成，不能保证发动机点火时刻始终处于最佳状况。（因为最佳点火提前角除了与转速和负荷有关外，还和其他因素有关。）8.4微机控制的点火系统微机控制点火系统的特点：1）由微机控制点火提前角取代了机械式点火提前装置，提高了点火精度，确保在任何工况下发动机都采用最佳点火提前角。2）采用爆燃传感器闭环控制，在确保发动机发生爆燃的可能性降低的情况下，尽可能的提高发动机热效率3）对于无分电器点火方式，减少了点火能量损失，并增加了点火线圈数量，确保发动机在高速时具有足够的次级电压和点火能量。4）具有故障自诊断功能微机控制点火系统的分类：根据高压配电方式可分为有分电器式和无分电器式，无分电器式按点火方式分为单独点火方式和双缸同时点火方式。根据反馈控制有无可分为开环控制方式和闭环控制方式。1、有分电器式微机点火系统该系统仍然保留分电器，点火线圈产生的高压电是经过分电器中的配电器进行分配的，即由分火头和分电器盖组成的配电器，依照点火顺序适时地将高压电分配至各气缸，使各缸火花塞依次点火。有分电器微机控制点火系统一般由传感器、微机控制器、点火执行器等组成。有分电器式点火系统存在的缺陷：1）高压电经分火头、旁电极、高压线时，点火能量损失大，对高速、多缸的点火能量达不到最佳。2）点火正时误差大，无线电干扰严重。2、无分电器式微机控制点火系统直接点火系统取消了分电器，该系统中点火线圈上的高压线直接与火花塞相连，工作时，点火线圈产生的高压电直接送至各火花塞，由微机根据各传感器输入的信息，依照发动机的点火顺序，适时的控制各缸火花塞点火。无分电器微机控制点火系统概述：无分电器微机控制点火系统由低压电源、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。优点：1）在不增加电能消耗的情况下，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.6）无需进行点火正时方面的调整，使用、维护方便分类：1）同时点火方式：两个气缸合用一个点火线圈，对两个气缸同时点火。2）单独点火方式：每个气缸的火花塞配一个点火线圈，单独对本缸点火。工作原理：1）单独点火方式独立点火方式是一个缸的火花塞配一个点火线圈，各个独立的点火线圈直接安装在火花塞上，独立向火花塞提供高压电，各缸直接点火。这种结构的特点是去掉了高压线，因此可以使高压电能的传递损失和对无线电的干扰降低到最低水平。这种线圈的初级电流可以设计得较大，即使在发动机以9000r/min高速运行时，也能够提供足够的点火能量2）共同点火方式共同点火方式是一种直接用点火线圈分配高压电的同时点火方式。每个点火线圈供给配对的两个缸的火花塞以高压电。微机控制点火系统的组成：1）传感器用来检测发动机工作状况，并将各种信号传给微机控制器。2）微机控制单元微机控制单元根据曲轴位置传感器或气缸判别信号传感器确定需要控制的点火线圈初级绕组。同理，输出接口电路也不只输出一路点火控制信号，而是依次输出多路点火控制信号，分别控制点火控制器中与各点火线圈