第四章 汽油机点火控制3

1四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术汽车点火系的功用在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时、准确、可靠的产出电火花，以点燃可燃混合气，使汽油发动机实现作功点火系将电源的低电压变成高电压（一般为15~20KV），再按照发动机点火顺序轮流送至各气缸，点燃压缩混合气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2四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术传统点火系统组成与工作原理一、传统点火系统的组成汽车点火系基础知识回顾电源:提供点火工作系统所需的能量点火线圈点火开关：用来控制点火系统初级电路，控制仪表电路、起动继电器电路等。火花塞：将高压电引入气缸燃烧室产生火花点燃混合气。附加电阻：用来改善点火性能和起动性能。3四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术电容器：减小断电器触点火花，延长触点使用寿命和提高次级电压。点火提前调节装置：随发动机转速、负荷和汽油辛烷值变化改变点火提前角。分电器：包括断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置。断电器：接通与切断初级电路，产生点火的信号。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火花塞。4四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术dtdN二、传统点火系统的工作原理点火线圈和断电器共同完成低压电转变为高压电的作用5四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术点火线圈由初级绕组和次级绕组组成，相当于变压器的作用。当断电器触点组闭合时，低压电路导通，初级绕组通以初级电流，产生磁场，由于铁芯的作用而加强磁场。当断电器凸轮顶开触点臂而使触点组分开时，低压电路断开，初级电流为零，由于初级绕组中电流的变化引起磁通量的变化，从而在线圈较密的次级绕组中产生很高的感应电动势，使火花塞两电极间隙处的气体被击穿，产生火花。dtdN6四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术（1）低压回路当触点sw闭合时：蓄电池正极→点火开关→附加电阻→初级线圈→断电器活动触点臂→触点→分电器壳体搭铁→蓄电池负极7四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术（2）高压回路触点sw断开：次级线圈→附加电阻→蓄电池正极→蓄电池→搭铁→火花塞侧电极→火花塞中心电极→高压线→配电器→次级线圈8四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术视频9四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术分电器断电器配电器三、点火系主要部件10四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术分电器实物图11四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术12四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术火花塞功用：将高压电引入燃烧室产生火花并点燃混合气。热特性工作温度：500～600℃以上，800～900℃以下电极材料：镍锰硅铬合金13四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术火花塞裙部温度过低或过高对发动点火有何影响?当火花塞绝缘体裙部工作温度500~600C时，落在裙部的油粒能完全烧尽，此温度称为火花塞的自净温度；若低于此温度，则容易产生积碳，使火花塞裙部绝缘性能下降，使点火不可靠（裙部发黑）；当温度高达800~900C时，可能产生灼热表面点火（裙部发灰白色）。不同类型的发动机，燃烧工作时燃烧状况不同，气缸的温度也不相同，怎么办？14四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术热型火花塞：裙部长，散热慢。冷型火花塞：裙部短，散热快。火花塞绝缘体紫铜垫圈以下的锥形部分称为火花塞的绝缘体裙部类型：15四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术火花塞的绝缘体裙部是吸热部分，所吸收的高温热量经与外壳接触的紫铜垫圈传递给气缸盖。冷型：裙部短高速高压缩比的大功率的发动机。H=8mm中型（普通型）：H=11或14mm热型：低速低压缩比的小功率发动机H=16或20mm16四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术火花塞选择依据：火花塞选择的依据则是视发动机压缩比的高低。对高压缩比的高速发动机，燃烧气体温度高，为防止绝缘体裙部过热，应采用裙部较短的冷型火花塞；对低压缩比、长期在低速运转的发动机，为避免裙部积碳，影响点火性能，应采用裙部较长的热型火花塞。17四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术1、什么是击穿电压？2、为什么转速愈高，次极电压愈低？其解决方法是什么？3、电容器的作用是什么？四、点火系重点问题4、起动时候起动机的分流作用如何解决？18四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术1、什么是击穿电压使火花塞两电极之间产生电火花所需要的最低电压，称为击穿电压。击穿电压产生原理：在火花塞电极间加上高电压后，电极间的气体便发生电离现象，所加电压愈高，气体电离的程度愈高。当电压增高到一定值时，火花塞两极间的间隙被击穿而产生电火花。19四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术因素：气缸内压力越大或者温度越低，气体密度越大，所要求的火花塞击穿电压越高；电极的温度越高，包围在电极周围的气体密度越小，越容易发生碰撞电离，所需的火花塞击穿电压越小；发动机工况不同，击穿电压将随发动机的转速、负荷、压缩比、点火提前角及混合气的浓度变化而变化试验表明：发动机冷起动时所需击穿电压约19kV，实际正常工作电压一般在7-8kV。为了使发动机在各种不同的工况下均能可靠点火，要求火花塞击穿电压15-20kv。20四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术火花塞间隙为什么不能过大或过小？间隙过小，则火花微弱，并且容易产生积碳而漏电；间隙过大，所需击穿电压增高，发动机不易起动，而且在高速时容易发生“缺火”现象。火花塞间隙：中心电极与侧电极之间的间隙。21四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术2、为什么转速愈高，次极电压愈低？断电器触点闭合时，初级电流并不立即达到欧姆定律所指的稳定值（I=V/R），而是经过一定时间后才能达到。因此，初级电流的高低与断电器触点的闭合时间有关。蓄电池点火系发动机转速愈高，次极电压愈低，就是因为转速升高后，断电器触点闭合时间缩短，初级电流减小，导致初始磁通量减小，断电器触点断开时引起的磁通量变化率减小，次级绕组中产生的感应电动势降低。22四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术矛盾发动机低速运转时，初级电流大，次极电压高，点火可靠；发动机高速运转时，初级电流小，次极电压低，容易失火。如果点火线圈按高速时设计，低速时初级电流过大，线圈初级绕组易过热；反之，按低速时设计，高速时易失火，点火不可靠。3、如何解决蓄电池点火系高、低速之间的矛盾？在低压电路中串联一个附加热敏电阻，其电阻值随工作温度高低而变化（温度愈高，电阻值愈大），从而满足高低速时的初级电流大小的要求。解决的办法23四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术附加电阻的作用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，阻值小，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，如何解决？24四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术起动时候点火如何解决？为使起动时点火可靠，起动时起动继电器触点闭合，起动机电磁开关的线圈通电，电磁开关触盘接通附加电阻短路接线柱，附加电阻短路初级电流增大，次级电压升高，从而改善了发动机的起动性能。25四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术26四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术4、电容器的作用？断电器触点旁一般并联一只电容器，其作用是消除自感电流的不利影响，提高次极电压；避免触点烧蚀。当断电器触点分开时，自感电流向电容器充电，加速初级电流和磁通的衰减，并且减小了触点间的火花，避免触点烧蚀；当断电器触点闭合时，电容器放电，初级电流增大。27四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术六、点火系统的特点搭铁—采用单线制相连，即电源的一个电极用导线与各用电设备相联，而另一个电极则通过发动机机体、汽车车架和车身与各用电设备相联，称为搭铁，相当于接地。既可以以电源的负极搭铁，也可以以电源的正极搭铁，汽车发动机点火系一般以电源的负极搭铁。此时点火线圈的线路一般使火花塞的中心电极为负极，侧电极为正极。由于电子容易从温度高的中心电极向温度低的侧电极发射（高压电流方向从正极流向负极），因此，可降低击穿电压15~20%左右。分电器28四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术传统蓄电池点火系统的缺点断电器分开时，在触点触形成火花，使触点逐渐烧蚀。断电器寿命短。火花塞积碳时，火花塞间隙漏电，初级电压升不上去。次级电压随着发动机转数的增高和气缸数的增多而下降，以至于缺火，燃烧不好，污染增大。29四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术四、点火系统的类型蓄电池点火系：蓄电池或发电机提供低压直流电，借点火线圈和断电器产生高压电，通过配电器按工作顺序把高压电送到各缸的火花塞，产生电火花点燃可燃混合气晶体管点火系：也叫半导体点火系。以蓄电池、发电机为电源，借助点火线圈和晶体管元件将低压电变成高压电按照点火系的组成及产生高压电的方法不同，分为蓄电池点火系、半导体点火系、磁电机点火系和微机控制点火系。30四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术微机控制的点火系：蓄电池或发电机提供低压直流电，由点火线圈和微机控制装置产生的点火信号，将电源的低压电变成高压电。取消分电器，由微机系统直接进行高压电的分配，是现代最新型的无分电器点火系磁电机点火系：由磁电机本身直接产生高压电，而不需要另设低压电源。在中、高速时，产生的电压高，工作可靠，在发动机低转速时，产生的高压电低，不利于发动机起动，所以多用于某些高速满负荷下工作的竞赛汽车以及某些不带蓄电池的摩托车发动机上31四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术五、汽车发动机对点火系的要求（1）迅速产生足以击穿火花塞两电极间隙的高电压（火花塞击穿电压）（2）电火花应具备足够高的能量（3）点火时刻应适应发动机的工况32四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术（1）迅速产生足以击穿火花塞两电极间隙的高电压（火花塞击穿电压）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33四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术火花塞电极间隙和形状间隙：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；形状：电极的尖端棱角分明，所需的击穿电压低。34四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术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35四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术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%，36四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术发动机的工作情况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。击穿电压与发动机转速的关系37四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术发动机的工作情况混合气过稀和过浓时击穿电压都会升高。击穿电压与混合气空燃比的关系38四川理工学院机械工程学院汽车电子控制技术（2）电火花应具备足够高的能量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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。一般要保