汽车点火系统-汽车电器

2019/8/161汽车点火系统点火系是发动机正常工作所必需的电器系统之一，对本章内容来说，在学习了解传统点火系的分电器、点火线圈、火花塞的等各组成部件的结构、原理基础上，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普通电子点火系的工作过程。2019/8/162第一节点火系概述一、点火系作用二、点火系种类三、电子点火系的分类四、点火系的要求2019/8/163一、点火系作用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。2019/8/164二、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2019/8/1651．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。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。随着汽车技术的发展，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。2019/8/1662．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。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。2019/8/167三、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；（2）电容储能电子点火系统：火花能量以电场的形式储存在专门的储能电容器中。2019/8/168三、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。2019/8/169四、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2019/8/16101．能产生足以击穿火花塞间隙的电压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。点火系产生的次级电压必须高于击穿电压，才能使火花塞跳火。击穿电压的大小受很多因素影响，其中主要有：（1）火花塞电极间隙和形状（2）气缸内混合气体的压力和温度（3）电极的温度和极性（4）发动机的工作情况2019/8/1611火花塞电极间隙和形状火花塞电极的间隙越大，气体中的电子和离子受电场力的作用越小，不易发生碰撞电离，击穿电压就越高，见图4-1；电极的尖端棱角分明，所需的击穿电压低。2019/8/1612气缸内混合气体的压力和温度混合气的压力越大，温度越低，其密度就越大，离子自由运动距离就越短，不易发生碰撞电离，击穿电压就越高，见图4-2。2019/8/1613电极的温度和极性火花塞电极的温度越高，电极周围的气体密度越小，击穿电压就越低；针状的中心电极为负极且温度较高时，击穿电压就较低。中心电极是负极时其击穿电压比中心电极是正极时约降低20%~40%，见图4-3。2019/8/1614发动机的工作情况发动机转速击穿电压与发动机转速的关系见图4-4。发动机高速工作时，气缸内的温度升高，使气缸的充气量减小，致使气缸中压力减小，因而火花塞的击穿电压随转速的升高而降低。发动机在起动和急加速时击穿电压升高，而全负荷且稳定工作状态时击穿电压较低。2019/8/1615发动机的工作情况②混合气空燃比见图4-5，由图可见，混合气过稀和过浓时击穿电压都会升高。此外，发动机的功率、压缩比以及点火时刻等因素也影响击穿电压的高低。为了保证点火的可靠性，点火系必须有一定的次级电压储备。但过高的次级电压，将造成绝缘困难，使成本提高。2019/8/16162．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。2019/8/16173．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2019/8/16183．点火时刻应适应发动机的工作情况2019/8/1619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）分电器：断电器；配电器；电容器；点火提前角机构。（4）火花塞（5）点火开关2019/8/1620传统点火系统的组成2019/8/1621二、传统点火系的工作原理基本工作过程如下：（1）触点闭合一次侧电流增长初级线圈电流按指数规律增长2019/8/1622传统点火系的工作原理（2）触点分开下降为0，一次绕阻产生自感电动势200—300V二次绕阻产生更高电动势，互感作用，15—20Kv2019/8/1623传统点火系的工作原理（3）火花塞被击穿放电：电容放电大电流，短时间电感放电小电流，时间较长2019/8/1624传统点火系统工作特性与影响二次电压的因素(1)发动机缸数，缸数多触点闭合时间短。(2)火花塞积碳，形成并联电阻，短路，击穿。（3）电容值大小2019/8/1625传统点火系统工作特性与影响二次电压的因素C1影响过大放电周期长，二次电压低，不宜着车。过小，火花过大，烧坏白金。C2应尽量小应选配合适的高压线、火花塞触点间隙影响触点闭合角触点火花降低次级电压，烧坏触点点火线圈温度影响点火线圈质量保证温度不可过高2019/8/1626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。发动机工作时，利用附加电阻这一特点自动调节初级电流，可以改善点火系的工作特性。2019/8/1627附加电阻当发动机低速工作时，初级电流增长时间长，电流大，附加电阻受热阻值增大，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，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止断火。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。2019/8/1628附加电阻及恒流控制附加电阻的作用发动机在任何转速下Ip保持恒定存储能量恒定次级线圈U2max恒定缺点电流上升速度慢点火电压低（满足高速时）2019/8/1629第三节、点火系统主要零件的结构一、分电器的结构和工作原理断电器2．配电器3．离心调节器4．真空调节器2019/8/1630断电器2019/8/1631触点间隙的调整2019/8/1632配电器配电器装于信号发生器的上部，由分电器盖、分火头组成，见图4-11。其作用是将高压电按点火顺序分配至火花塞。2019/8/1633配电器2019/8/1634配电器2019/8/1635离心调节器2019/8/1636离心调节器其作用是在转速变化时，利用离心力自动使信号发生器提前产生点火信号来调节点火提前角。其结构如图4-12所示。在分电器轴上固定有托板，两个重块分别套在托板的柱销上，重块的另一端由弹簧拉向轴心。信号发生器的转子与拨板一起套在分电器轴上，拨板的两端有长形孔，套于离心块的销钉上。2019/8/1637真空调节器2019/8/1638真空调节器2019/8/1639真空调节器2019/8/1640真空调节器其作用是在发动机负荷变化时，自动调节点火提前角。装于分电器壳体一侧。其结构见图4-13所示。在外壳内固定有弹性金属片制成的膜片，膜片中心一侧与拉杆固连，另一侧压有弹簧。拉杆由壳底座孔中伸出，与底板相连，拉动底板带着信号发生器的定子相对于轴产生角位移。2019/8/1641二、点火线圈2019/8/1642点火线圈2019/8/1643点火线圈2019/8/1644二、点火线圈传统的开磁路点火线圈的基本结构如图4-15所示，主要由铁心、绕组、胶木盖、瓷杯等组成。开磁路点火线圈其铁心用0.3～0.5mm厚的硅钢片叠成，铁心上绕有初级绕组和次级绕阻。次级绕阻居内，通常用直径为0.06～0.10mm的漆包线绕11000～26000匝；初级绕阻居外，通常用0.5～1.0mm的漆包线绕230～370匝。2019/8/1645闭磁路点火线圈传统的开磁路点火线圈中，次级绕组在铁心中的磁通通过导磁钢套构成回路，磁力线的上、下部分从空气中通过，磁路的磁阻大，磁通损失大，转换效率低（约60%）；2019/8/1646闭磁路点火线圈闭磁路点火线圈的铁心是“曰”字形或“口”字形，磁路中只设有一个微小的气隙，其磁路图4-17所示。闭磁路点火线圈漏磁少，磁阻小，变换效率高，可使点火线圈小型化。2019/8/1647三、火花塞火花塞的作用是将高压电引进发动机燃烧室，在电极间形成火花，以点燃可燃混合气。火花塞拧装于气缸盖的火花塞孔内，下端电极伸入燃烧室。上端连接分缸高压线。火花塞是点火系中工作条件最恶劣、要求高和易损坏部件。其外形图见图4-18。2019/8/1648火花塞要求2019/8/1649火花塞要求1．混合气燃烧时，火花塞下部将承受高压燃气的冲击，要求火花塞必须有足够的机械强度。2．火花塞承受着交变的高电压，要求它应有足够的绝缘强度，能承受30kv高压。3．混合气燃烧时，燃烧室内温度很高，可达1500～2200℃，进气时又突然冷却至50～60℃，因此要求火花塞不但耐高温，而且能承受温度剧变，不出现局部过冷或过热。4．混合气的燃烧产物很复杂，含有多种活性物质，如臭氧、一氧化碳和氧化硫等，易使电极腐蚀。因此要求火花塞要耐腐蚀。5．火花塞的电极间隙影响击穿电压，所以要有合适的电极间隙。火花塞安装位置要合适，以保证有合理的着火点。火花塞气密性应当好，以保证燃烧室不漏气。2019/8/1650火花塞火花塞主要由接触头、瓷绝缘体、中心电极、侧电极和壳体等部分组成，如图4-19所示电极一般采用耐高温、耐腐蚀的镍锰合金钢或铬锰氮、钨、镍锰硅等合金制成，也有采用镍包铜材料制成，以提高散热性能。火花塞电极间隙多为0.6～0.7mm，电子点火其间隙可增大至1.0～1.2mm。2019/8/1651火花塞的热特性要使火花塞能正常工作，其下部绝缘体——裙部的温度应保持在500～700°C，这样才能使落在绝缘体上的油滴立即烧掉，不致形成积炭，通常称这个温度为火花塞的“自净温度”。如果温度低于自净温度，就可能使油雾聚积成油层，引起积炭而不能跳火；如果温度过高，例如超过850℃，会形成炽热点，发生表面点火，使发动机遭受损坏。2019/8/1652火花塞的热特性火花塞裙部的工作温度取决于火花塞热特性和发动机气缸的工作温度。火花塞热特性就