汽车电器第4章点火系统.

第四章点火系统第一节传统点火系统第二节普通电子点火系统第三节微机控制电子点火系统第四节微机控制无分电器点火系统第五节点火系统的使用与检测第四章点火系统点火系统的作用是适时地为汽油发动机气缸内已压缩的可燃混合气，提供足够能量的电火花，使发动机能及时、迅速地燃烧做功。点火系的要求1.能产生足以击穿火花塞间隙的高电压；2.火花应具有足够的能量；3.点火时刻应适应发动机的工况变化。第四章点火系统点火系统的分类：(1)传统点火系利用机械开关（即触点的闭合和打开）来控制点火线圈初级电流的通断，完成点火工作的。(2)电子点火系利用半导体器件（如晶体三极管、晶闸管等）作为开关来控制点火线圈初级电流的通断，完成点火工作。(3)微机控制点火系统随着对汽车发动机燃油经济性和排放指标的要求越来越高，传统点火系已无法适应现代发动机的点火要求，目前已逐渐被微机控制点火系统所取代。第一节传统点火系统1.组成(1)电源电源及点火开关，电源为蓄电池和发电机，标称电压多为12～14V，其作用是供给点火系统所需的电能。1.1、传统点火系统的组成及工作原理(2)点火线圈点火线圈的功用是将12V的低压电转变为15～20kV的高压电。(3)分电器分电器主要包括断电器、配电器、电容器和点火提前机构等部分。(4)火花塞火花塞的作用是将高压电引入气缸燃烧室，产生电火花来点燃混合气。图4-1传统点火系统的组成1.点火开关2.起动开关3.蓄电池4.起动机5.高压导线6.阻尼电阻7.火花塞8.断电器9.电容器10.点火线圈11.附加电阻12.配电器第一节传统点火系统2.工作原理点火过程可分为以下三个阶段：一、初级电路触点闭合，初级电流增长；二、初级电路触点打开，次级绕组产生高压的过程；三、火花塞电极间的火花放电。1.1、传统点火系统的组成及工作原理点火系统的一次电路包括蓄电池、点火开关、附加电阻、点火线圈一次绕组、断电器触点和电容器。触点闭合后，一次电流按指数规律增长，其回路电压方程为：当闭合时间为tP，i1增长到IP时，触点被凸轮顶开。初级绕组储存的磁场能量为：第一节传统点火系统I.初级电路触点闭合，初级电流增长1.1、传统点火系统的组成及工作原理0E)RR(iULf11BdtdiLE11L)e1(RUitLRB112P1PiL21W第一节传统点火系统II.触点打开，次级绕组产生高压的过程1.1、传统点火系统的组成及工作原理在次级绕组中，高压导线和发动机机体之间，次级绕组匝与匝之间，火花塞中心电极与侧电极之间均有一定的电容，称为分布电容，用C2表示。触点打开后，在初级绕组产生200～300V的自感电势U1，次级绕组产生高达15～20kV的互感电势U2。初级电路由L1、R、C1组成振荡回路，产生衰减振荡。次级绕组L2与电容C2也形成次级衰减的振荡回路。第一节传统点火系统1.1、传统点火系统的组成及工作原理2max11CUC21W1C1中储存的能量：2max22CUC21W2C2中储存的能量：2max222max112P1UC21UC21iL21忽略电路中电阻的热损耗，能量平衡式为：假设W1和W2具有完全的磁路联系，即无磁损失，其耦合系数等于1，则：式中N1、N2为一次和二次绕组的匝数。代入能量平衡式，可得：由上式可知，当点火线圈结构一定时，二次电压的最大值与一次断电电流iP成正比，并随C1、C2的增大而减小。另外，二次电压上升的时间对火花塞的工作能力影响极大，电压上升的时间越短则损失越小，用于点火的能量就越多。max221max1max2max121UNNUUUNNII.触点打开，次级绕组产生高压的过程222111Pmax2C)NN(CLiU第一节传统点火系统III.火花塞电极间的火花放电过程1.1、传统点火系统的组成及工作原理通常火花塞的击穿电压Uj总低于U2max，在这种情况下，当次级电压U2达到Uj时，就使火花间隙击穿而形成火花，火花放电一般由电容放电和电感放电两部分组成。电容放电是指火花塞间隙被击穿时，储存在C2中的电场能迅速释放的过程，其特点是放电时间极短，为1μs左右，但放电电流很大，可达几十安培。电感放电是指经电容放电消耗剩余下的线圈磁场能，沿着电离的火花间隙缓慢放电，又称火花尾，其的特点是放电时间持续较长达几毫秒，但放电电流较小，约几十毫安，放电电压较低，约600V。电感放电持续的时间越长，点火性能越好。电容放电时，伴随有迅速消失的高频振荡，频率约为106~107Hz，它是产生无线电干扰的主要因素，必须加以抑制。第一节传统点火系统①传统点火系统的工作特性1.2、影响二次电压的因素传统点火系统发出的最大电压随发动机（或分电器）转速而变化关系称为传统点火系统的工作特性。发动机转速升高时，角速度增大，触点闭合时断电器凸轮转过的角度不变，故闭合时间减少。)e1(RUib1tLRBPdtdEM感应电势发动机转速较低时，触点断开过程所需的时间较长，即初级回路中电流的变化率降低，从而造成线圈中磁通的变化率降低。第一节传统点火系统②影响二次电压的其他因素1.2、影响二次电压的因素a)发动机的气缸数；b)火花塞积炭；火花塞的积炭层是具有一定电阻的导体，因此相当于在火花塞电极间并联了一个分路电阻，会在二次电路内会产生泄漏电流，消耗部分电磁能，从而使U2max降低。c)点火线圈的温度使用中，当点火线圈过热时，由于一次绕组的电阻增大，使一次断电电流减小，也会使二次电压降低。图4-7缸数不同时U2max与发动机转速的关系二次电压的因素还有很多，如电容器的容值、断电器触点间隙等。第一节传统点火系统①闭磁路式点火线圈闭磁路式点火线圈的结构如图4-10a所示。1.3、传统点火系统的构造1、点火线圈点火线圈是将电源的低压电转变为高压电的基本元件，由一次绕组、二次绕组和铁心等组成。按磁路的结构形式不同，可分为开磁路式点火线圈和闭磁路式点火线圈。图4-10a开磁路式点火线圈的磁路1.铁心磁力线2.低压接线柱3.高压接线柱4.一次绕组5.二次绕组②开磁路式点火线圈如图4-8、图4-9所示，点火线圈的中心是用硅钢片叠成的铁心，在铁心外面套上绝缘的纸板套管，套管上绕二次绕组，用直径为0.06～0.10mm的漆包线绕11000～23000匝。图4-9开磁路式点火线圈的磁路1.磁力线2.铁心3.一次绕组4.二次绕组5.导磁钢片第一节传统点火系统1.3、传统点火系统的构造1.“-”接线柱2.外壳3.导磁钢套4.二次绕组5.一次绕组6.铁心7.绝缘座8.附加电阻9.“+”接线柱10.接起动机的接线柱11.高压线接头12.胶木盖13.弹簧14.橡胶罩15.高压阻尼线16.橡胶密封圈17.螺钉18.附加电阻盖19.附加电阻瓷质绝缘体20.附加电阻固定架21.绝缘纸22.封料图4-8开磁路式点火线圈a)电路原理b)结构示意图第一节传统点火系统1.3、传统点火系统的构造2、分电器分电器由断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置等组成。断电器功用是周期地接通和切断点火线圈初级绕组的电路，使点火线圈的次级绕组中产生高压电。断电器是由一对钨质的触点和断电器凸轮组成的。配电器用来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。电容器安装在分电器的壳体上，与断电器触点并联。第一节传统点火系统1.3、传统点火系统的构造点火提前机构分电器上装有随发动机转速和负荷的变化而自动改变点火提前角的离心式点火提前机构和真空式点火提前机构。①离心式点火提前机构离心式点火提前调节装置是在发动机转速变化时，自动改变断电器凸轮与分电器轴之间的相位关系，从而改变点火提前角的。重块拨板重块拨板销钉销钉第一节传统点火系统1.3、传统点火系统的构造②真空式点火提前机构真空式点火提前调节装置是在发动机负荷(即节气门开度)发生变化时，自动改变断电器触点与凸轮之间的相位关系，从而改变点火提前角的。图4-14真空式点火提前机构工作原理图a)节气门开度小b)节气门开度大1.分电器壳体2.活动底板3.触点副4.拉杆5.膜片6.弹簧7.真空连接管8.节气门9.凸轮③辛烷选择器为了适应不同汽油的不同抗爆性能，在换用不同品质的汽油时，应适当调整点火时刻，为此在分电器上常装有辛烷选择器。第一节传统点火系统1.3、传统点火系统的构造真空式点火提前机构第一节传统点火系统1.3、传统点火系统的构造3、火花塞将点火线圈产生的高压电引入气缸内，使电极间产生电火花点燃混合气。工作要求主要有：1.必须有足够的机械强度；2.耐高温，能承受温度剧变；3.耐腐蚀；4.有足够的绝缘强度；5.有合适的电极间隙。火花塞结构火花塞的热特性火花塞发火部位的热量向发动机冷却系统散发的性能，主要取决于下部绝缘体（裙部）的长度，此处的温度应保持在500～700°C的自净温度。热型：裙部较长，吸热多，散热难，温度高。适用于功率转速和压缩比较低的发动机冷型：裙部较短，吸热少，散热易，温度低。适用于大功率高压缩比高转速的发动机第二节普通电子点火系统1.传统点火系统存在的问题①火花能量的提高受到限制现代汽车发动机以其高转速、高压缩比及燃用稀混合气为特点，对点火能量的要求越来越高。②触点故障多、寿命短传统点火系统中，一次电流的通断由断电器触点控制。③对火花塞积炭和污染敏感传统点火系统中二次电压上升速率低(一般需120μs)，故对火花塞积炭和污染很敏感。2.1、概述2.电子点火装置的优点①因为无机械触点或一次电流不经过触点，所以不存在触点氧化、烧蚀、变形、磨损等问题。②电磁能量得到充分利用，一次断电电流值得到增大，二次电压得到提高，高电压形成迅速，火花能量大，有效地改善和保证点火性能。③减小了火花塞积炭的影响。④点火时间精确，混合气能得到完全燃烧，可以在稀混合气工况下照常点火，从而保证了发动机在降低油耗的基础上，减少废气污染，获得最好的动力性。⑤对无线电干扰小，结构简单，重量轻，体积小，保养维修简便。第二节普通电子点火系统3.电子点火系统的种类①按点火装置有无触点分类a)触点式电子点火装置，又称半导体管或晶体管辅助点火装置。b)无触点电子点火装置，又称全晶体管点火装置。②按点火能量的储存方式分类a)电感储能式电子点火装置。b)电容储能式电子点火装置。③按点火提前角的控制方式分类a)普通电子点火系统。b)微机控制点火系统。2.1、概述第二节普通电子点火系统2.2、电容放电式电子点火系统(CDI)1.组成与基本原理图4-16电容放电式点火系统1.直流升压器2.晶闸管3.分电器4.火花塞5.触发器6.点火线圈7.储能电容器8.振荡器来控制晶闸管2导通和关断的触发信号，由和发动机曲轴同步传感器产生1.触点闭合时，相当于传统点火系统的一次电路导通，触发器发出指令信号，使可控硅关断，直流升压器输出的300~500直流高压电向储能电容充电，电容储能；2.触点打开时，相当于传统点火系统的一次电路断开，触发器也发出指令信号，使可控硅导通于是储能电容器向点火线圈的一次绕组放电，在二次绕组中感应出约20~30KV的高压电动势，使火花塞跳火，完成点火工作。第二节普通电子点火系统2.2、电容放电式电子点火系统(CDI)2.储能式电子点火系统的优缺点1.优点：a)由于储能电容充电、放电的时间极短，且可控硅的动作速率极高（5~10μs），所以二次电压几乎不受转速的影响；b)利用电容储能，在储能电容向一次绕组放电的同时产生高压火花，因此能量利用率较高。2.缺点：1.是放电时间过短，仅5~50μs，而电感储能式可达1~2ms以上；2.由于二次电压上升率较高，会对无线电产生严重的干扰；3.结构复杂，体积较大，而且成本高，因此，不适于大批量生产。上述缺陷限制了CDI在一般汽油机上的推广使用，而仅用于转速较高的汽油机，如赛车发动机等。另外，在摩托车上，省去了成本较高的直流升压器，因而在目前生产的两轮摩托车上得到了广泛的应用，如上图为五羊-本田CHA125点火系统电路。第二节普通电子点火系统2.2、电容放电式电子点火系统(CDI)3.电容放电式电子点火系统的应用前景电容放电式