x项目5、汽车点火系统

第四章点火系点火系概述传统点火系的组成、工作原理和特性点火系主要零部件的结构磁感应式无触点电子点火系统霍尔式电子点火系统汽车点火系统点火系是汽油机正常工作所必需的电器系统之一。本章内容首先学习了解传统点火系的分电器、点火线圈、火花塞等组成部件的结构、原理，然后整体把握普通电子点火系的工作原理，掌握磁感应式和霍尔式电子点火系的工作过程。第一节点火系概述一、点火系发展历史二、点火系作用三、点火系种类四、电子点火系的分类五、点火系的要求一、点火系发展历史十九世纪八十年代——出现磁电机为电源的点火系磁电机提供高压给点火线圈，但由于其结构复杂、低速点火性能差，主要应用于摩托车等小型发动机上。二十世纪初——出现传统点火系，即以蓄电池和发电机为电源的点火系二十世纪六十年代——出现电子点火系二十世纪七十年代初——出现无触点的电子点火系。目前广泛使用。二十世纪七十年代末——开始使用微机控制点火时刻的电子控制系统。二、点火系作用1.在汽油发动机中，气缸内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。2.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；3.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；4.还能在更换燃油或安装分电器时进行人工校准点火时刻。三、点火系种类点火系按采用的电源不同，可分为蓄电池点火系和磁电机点火系两大类。蓄电池点火系按是否采用电子元件控制可分为传统点火系电子点火系微机控制点火系统1．传统点火系汽车上的蓄电池或发电机向点火系提供电能，机械触点控制点火时刻，点火时刻的调节采用机械式自动调节机构，储能方式为电感储能。优缺点：传统点火系结构简单，成本低，是一种应用较早、较普遍的点火系。但该点火系工作可靠性差，点火状况受转速、触点技术状况影响较大，需要经常维修、调整。随着汽车技术发展，传统点火系越来越不适应现代发动机对点火的要求，正日趋被新的电子点火系所取代。2．电子点火系蓄电池或发电机向点火系提供电能，晶体管控制点火时刻，点火时刻的调节采用机械式调节机构或电子调节机构，储能方式有电感储能和电容储能两种。特点：电子点火系的点火电压和点火能量高，受发动机工况和使用条件的影响小，结构简单，工作可靠，维护、调整工作量小，节约燃油，减小污染，应用日益广泛。电子点火系的分类1．按储能方式分类（1）电感储能电子点火系：火花能量以磁场形式储存在点火线圈中，如蓄电池点火系；点火系统在点火线圈的初级电路切断时产生高压点火。（2）电容储能电子点火系：火花能量以电场形式储存在储能电容器的电场中；点火系统在储能电容器与点火线圈的初级电路接通时产生高压点火。电子点火系的分类2．按信号发生器型式分类（1）磁感应式；（2）霍尔式；（3）光电式；（4）电磁震荡式。四、点火系的要求无论是哪一类的点火装置，均有共同的技术性能要求，即应在发动机各种工况和使用条件下保证可靠而准确地点火，为此应满足以下三个方面的要求：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作情况1．能产生足以击穿火花塞间隙的高电压火花塞电极击穿而产生火花时所需要的电压称为击穿电压。点火系的次级电压必须高于击穿电压，才能使火花塞跳火。传统的电子点火装置产生的电压均在15-20KV，电子点火系统可达20-30KV。2．火花应具有足够的能量发动机正常工作时，由于混合气压缩终了的温度接近其自燃温度，仅需要1-5mJ的火花能量。但在混合气过浓或是过稀时，发动机起动、怠速或节气门急剧打开时，则需要较高的火花能量。经济性和排气净化要求提高火花能量。电子点火系一般应具有80-100mJ的火花能量，起动时应产生高于100mJ的能量。3．点火时刻应适应发动机的工作情况实践证明，燃烧最大压力出现在上止点后10-15°时，发动机的输出功率最大，此时所对应的点火提前角为最佳点火提前角。影响最佳点火提前角的因素很多，主要有（1）发动机转速（2）发动机负荷（3）汽油辛烷值点火时刻由点火提前角表示。当发动机的转速或负载发生变化时，可以通过点火提前机构进行自动调节。第二节、传统点火系统传统点火系统的组成（1）电源（2）点火线圈（3）点火开关（4）分电器：由配电器、断电器、电容器、点火提前角调节装置等组成。（5）火花塞（6）高压导线（7）附加电阻一、传统点火系统的组成1．电源：蓄电池（起动）或者是发电机（正常工作），供给点火系统的低压电能，标准电压一般是12V。2．点火线圈：为自耦变压器，将12V的低压电变成15~20KV的高压电。3．分电器：（1）信号发生器（断电器和电容器）：产生点火的信号。（2）配电器：将点火线圈产生的高压电，按照发动机的工作顺序送至各缸的火花塞。（3）点火提前机构：随发电机转速、负荷和汽油辛烷值的变化改变点火提前角。4．火花塞：将高压电引入气缸燃烧室，产生电火花点燃混合气。5．点火开关：控制点火系统初级电路，还可以控制仪表电路和起动继电器电路等。6.高压导线：用以连接点火线圈与分电器中心插孔以及分电器旁电极和各缸火花塞。7．附加电阻：改善正常工作时的点火性能和起动时的点火性能。断电器10实际上是一个由凸轮操纵的开关，主要由凸轮、活动触点和固定触点组成。断电器凸轮由发动机凸轮轴驱动，并以同样的转速旋转，即曲轴每转两转，凸轮轴转一圈。为了保证曲轴每转两转各缸轮流点火一次，断电器凸轮的凸桂数与发动机的气缸数相同。断电器的触点与点火线圈的初级绕组串联，用来接通或切断点火线圈初级绕组的电路。配电器由分电器盖与分火头组成，分火头安装在断电器轴上，与轴一起旋转。分电器盖上有中心电极和若干个侧电极，侧电极的数目与发动机气缸数相等，经高压导线与各火花塞相连。点火系能将12V的低压电转变为20kV以上的高压电是靠点火线圈5和断电器10来共同完成的，然后再由配电器1分配到各缸火花塞。点火线圈5实际上是一个自藕变压器，将低电压变为能击穿火花塞间隙所需的高电压，主要由一次绕组、二次绕组和铁心组成。点火线圈一次绕组5的一端经点火开关6与蓄电池相连，另一端接活动触点7，固定触点8已通过断电器外壳接地，断电器触点间并联有电容9。接通点火开关6，当断电器触点7闭合时，低压的一次电流（流进一次绕组中的电流称为一次电流）由蓄电池的正极经点火开关6到点火线圈的一次绕组5（240～370匝的粗导线）到断电器触点臂7、触点8到搭铁流回蓄电池的负极，由于回路中流过的是低压电流，所以称这条电路为低压电路或一次侧电路。一次绕组通电时，其周围产生磁场。当断电器凸轮顶开活动触点7时(图b),一次侧电路被切断,一次电流迅速下降到零,铁心中的磁通随之迅速衰减,在二次绕祖4上感应出高的电压,使火花塞两电极之间的间隙被击穿,产生火花。二、传统点火系的工作原理点火线圈二次绕组中的感应电压称为二次电压，其中通过的电流称为二次电流。二次电流所流过的电路称为二次电路或高压电路。发动机工作时，在断电器触点7与8分开瞬间，二次侧电路中分火头3恰好与侧电极对准。二次电流从点火线圈的二次绕组4→蓄电池正极→蓄电池→搭铁火花塞侧电极11下一火花塞中心电极11上一高压导线一配电器旁电极2→分火头3→配电器中心电极1→点火线圈二次绕组4。二、传统点火系的工作原理链接三、传统点火系的点火过程断电器凸轮转动时，断电器触点交替的闭合和打开，因此传统点火系的工作过程可分为以下3个阶段：（1）触点闭合一次侧电流增长(图a)初级电流按指数规律增长初级电流增长，在一次绕组中产生自感电势，同时在次级绕组中也产生自感电势1.5-2kV，电压较低不能击穿火化塞间隙(图b)。传统点火系工作过程波形图a)初级电流波形；b)次级电压波形；c)次级电流波形（2）触点打开初级电流ik迅速下降到0，磁通也随之减少(图a)。初级绕阻产生自感电动势200—300V；次级绕阻产生高达15—20KV的互感电动势U2max；此后初级电路中自感电动势发生衰减震荡，次级绕组中按图b中曲线衰减震荡之后消失。当U2max〉Uj时，火花塞间隙被击穿，此时的Uj称之为击穿电压。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，火花塞中心电机与侧电极之间均有一定的电容，称为分布电容C2。三、传统点火系的点火过程传统点火系工作过程波形图a)初级电流波形；b)次级电压波形；c)次级电流波形（3）火花塞被击穿放电两部分：电容放电火花塞间隙被击穿时，储存在分布电容C2中的电场能量迅速释放，放电时间极短，但电流很大高大几十安培。电感放电跳火以后，火花间隙的电阻减小，线圈磁场的其余能量将沿着电离的火花间隙缓慢放电，又称火花尾，放电电流较小(约几十毫安)，放电电压较低(约600V)，持续时间较长(达几毫秒)。三、传统点火系的点火过程传统点火系工作过程波形图a)初级电流波形；b)次级电压波形；c)次级电流波形四、传统点火系统工作特性与影响二次电压的因素工作特性：指点火系统发出的最大电压随发动机转速或分电器转速而变化的关系。实际指最高的二次侧电压U2max。1.发动机转速对二次电压的影响二次电压的最大值将随发动机转速的升高而降低。这是发动机高速容易断火的原因。但实际上，转速很低时，由于触点打开慢，触点间的火花损失一部分能量而使二次电压的最大值U2max减小。2.火花塞积炭时对二次电压的影响若化油器调节不当或润滑油过多，会在火花塞绝缘体上形成积炭相当于火花塞电极之间并联了一个分路电阻，使二次电路在火花塞被击穿之前已构成闭合回路，造成漏电，使二次电压降低，降低点火性能，严重时不能形成电火花，丧失点火能力。补救办法：在积炭严重时，不能点火，可以采用吊火的方法。即：拔出高压导线，使其与火花塞间保留3～4毫米的间隙，使次级电压上升过程中不发生泄漏，当次级电压上升到一定值后，将火花塞间隙与附加间隙同时击穿，则火花塞便能正常跳火。此方法只能临时补救，不能长期使用，增加点火线圈的负担。四、传统点火系统工作特性与影响二次电压的因素3.发动机的缸数对二次电压的影响。二次电压最大值随气缸数量升高而降低。为了提高传统点火系在多缸、高速发动机上工作的可靠性，可以通过增大一次断开电流，延长触点闭合时间等方法改善点火特性。4.触点间隙对二次电压的影响间隙过大，二次电压降低，主要是因为闭合时间短。间隙过小，二次电压也会降低，是因为触点火花严重。国产汽车触点最大间隙为0.35～0.45毫米。5.电容对二次电压的影响电容越小，二次电压越高，实际上，电容不能过小。电容器应与点火线圈匹配，取0.15～0.35uF，分布电容可以起到抗干扰的作用。6.点火线圈温度对二次电压的影响通常情况下，点火线圈的温度不超过80度。五、附加电阻附加电阻也称热敏电阻，它由低碳钢丝、镍铬丝或纯镍丝制成，具有温度升高时电阻迅速增大、温度降低时电阻迅速减小的特点。附加电阻作用：改善正常工作时的点火性能和起动时的点火性能。发动机工作时，可利用附加电阻这一特点自动调节初级电流，可以改善点火系工作特性。当发动机低速工作时，初级电流增长时间长（见P124），电流大，附加电阻受热使阻值增大（承担压降），避免了初级电流过大，防止点火线圈过热；当发动机高速工作时，初级电流增长时间短，电流小，附加电阻温度较低而阻值减小（承担压降），可使初级电流下降的少些，保证了发动机在高速工作时点火系统能供给较强的高压电而不断火。所以转速变化时，附加电阻较好地解决了高速断火和低速点火线圈过热的矛盾，改善了点火性能。当发动机起动时，由于蓄电池的端电压会急剧下降，致使初级电流减小，点火线圈不能供给足够的高电压和点火能量。为了克服这一影响，在起动时将附加电阻短路，以增大初级电流，提高次级电压和火花能量，从而改善了发动机的起动性能。五、附加电阻五、附加电阻第三节、点火系统主要零件的结构一、分电器传统分电器构成：1.配电器2.断电器3.电容器