掌握点火系统的组成与工作原理

2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民12020/2/4山东农业大学机电学院郭新民2掌握点火系统的组成与工作原理掌握分电器、点火线圈、火花塞的组成与工作原理掌握磁感应式普通电子点火系和霍尔式普通电子点火系的组成与工作过程掌握微机控制点火系的组成、分类和工作原理概论点火系组成与工作原理分电器点火线圈火花塞2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民3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。在此基础之上，掌握先进的微机控制点火系统的组成与工作原理。最后，了解奥迪、别克、雅阁等点火系统，拓宽知识面。2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民4第一节概论第二节点火系组成与工作原理第三节分电器第四节点火线圈第五节火花塞2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民5第一节概论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。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和电子点火系。2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民62020/2/4山东农业大学机电学院郭新民71．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。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。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。2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民8三、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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。（2）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。（3）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。2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民9（4）发动机的工作情况①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。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。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。并且随着现代发动机对经济性和排气净化要求的提高，都迫切需要提高火花能量。因此，为了保证可靠点火，高能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的火花能量，见图4-6。2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民103．点火时刻应适应发动机的工作情况首先，点火系统应按发动机的工作顺序进行点火。一般六缸发动机的点火顺序为1-5-3-6-2-4，四缸发动机的点火顺序为1-3-4-2或1-2-4-3。其次，必须在最有利的时刻进行点火。由于混合气在气缸内燃烧占用一定的时间，所以混合气不应在压缩行程上止点处点火，而应适当提前，使活塞达到上止点时，混合气已得到充分燃烧，从而使发动机获得较大功率。点火时刻一般用点火提前角来表示，即从发出电火花开始到活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度。如果点火过迟，当活塞到达上止点时才点火，则混合气的燃烧主要在活塞下行过程中完成，即燃烧过程在容积增大的情况下进行，使炽热的气体与气缸壁接触的面积增大，因而转变为有效功的热量相对减少，气缸内最高燃烧压力降低，导致发动机过热，功率下降。如果点火过早，由于混合气的燃烧完全在压缩过程进行，气缸内的燃烧压力急剧升高，当活塞到达上止点之前即达最大，使活塞受到反冲，发动机作负功，不仅使发动机的功率降低，并有可能引起爆燃和运转不平稳现象，加速运动部件和轴承的损坏。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。2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民11影响最佳点火提前角的因素很多，主要有：（1）发动机转速图4-7为东风EQ1090汽车发动机的最佳点火提前角与发动机转速的关系，发动机转速越高，最佳点火提前角越大。低转速时，点火提前角增大发动机转速上升快，高转速时，点火提前角增大转速上升慢；起动或怠速时，点火提前角应很小或不提前。转速变化时点火提前角的调节由分电器的离心调节机构来实现。（2）发动机负荷图4-8所示为跃进NJ130型汽车的发动机不同转速时，最佳点火提前角与负荷的关系。同一转速下，随着发动机负荷的增大，最佳点火提前角减小。负荷变化时点火提前角的调节由分电器的真空调节机构来实现。（3）汽油辛烷值点火提前较小，不易产生爆燃。汽油辛烷值高，抗爆性好。因此，燃用低辛烷值汽油时，应将点火提前角减小。汽油品质改变时，点火提前角的调整由分电器的辛烷值选择器来实现。除此之外，点火提前角还与排气净化、混合气成分、发动机压缩比、发动机水温等诸多因素有关。因此，单靠离心调节机构或真空调节机构是不能满足要求的，必须有一种更为先进的控制手段，这就是微机控制电子点火系。2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民12第二节点火系组成与工作原理一、普通电子点火系的组成1．电源：蓄电池或者是发电机，供给点火系统的低压电能，标准电压一般是12V。2．点火线圈：将12V的低压电变成15～20KV的高压电3．分电器（1）信号发生器：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．点火器：将信号发生器产生的信号放大，最后控制大功率三极管的导通与截止，达到控制点火线圈初级电流通断的目的。5．火花塞：将高压电引入燃烧室产生电火花点燃混合气。6．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。7．附加电阻：改善点火性能和起动性能。2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民13二、工作原理普通电子点火系由信号发生器产生触发或控制点火的信号，经过点火器内部的放大等电路，最后控制大功率三极管的导通与截止，来控制点火线圈初级电流的通断，当初级电流被切断时，次级绕组中产生高压，通过配电器送达各缸的火花塞上，点燃可燃混合气。见图4-9。2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民14第三节分电器一、分电器的结构和工作原理分电器形式很多，但结构和工作原理基本相同，都由信号发生器、配电器、离心点火提前装置和真空点火提前装置组成。见图4-10。1．信号发生器信号发生器的作用是产生信号电压，输出给点火控制器，通过点火控制器来控制点火系的工作。信号发生器按其工作原理不同可分为磁感应式、霍尔式、光电式、电磁震荡式。常用的为前两种。磁感应信号发生器和霍尔式信号发生器的结构和工作原理分别见第六节和第七节。2．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。分电器盖由胶木粉在钢模中热压而成，装于分电器顶端，用两弹性夹卡固。分火头套装在分电器轴的顶端随轴一起旋转，其上有金属导电片。分电器盖的中间有高压线座孔，其内装有带弹簧的碳柱，压在分火头的导电片上。分电器盖的四周有与发动机气缸数相等的旁电极通至盖上的金属套座孔，以安插分缸高压线。分火头旋转时，导电片在距离旁电极0.2～0.8mm间隙处越过，当信号发生器产生点火信号时，高电压自导电片跳至与其相对的旁电极，在经分缸高压线送至火花塞。2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民15高压线有中央高压线和分缸高压线两种。一般为耐压绝缘包层的铜芯线或全塑高压阻尼线。常为竖直排列，也有水平布置，可避免折损，缩短长度，抗高电压，延长寿命。3．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。点火提前角无需调整时，离心调节器处于不工作位置，两离心块在拉簧作用下抱向轴心。当发动机转速升高时，两离心块在离心力作用下向外甩开，离心块上的销钉拨动拨板和信号发生器转子，顺着分电器轴的旋转方向相对于轴转动一个角度，提前产生点火信号，点火提前角增大。转速越高，离心块离心力越大，点火提前角越大。反之，转速降低，点火提前角减小。4．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。2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民16当发动机负荷较小时，节气门开度也小，节气门下方及管道的真空度增大，真空吸力吸引膜片压缩弹簧而拱曲，通过拉杆拉动底板带着信号发生器的定子逆着分电器轴旋转方向转动一定角度，提前产生点火信号，于是点火提前角增大。负荷越小，节气门开度也越小，真空度越高，点火提前角越大，反之，负荷变大则点火提前角减小。二、分电器的型号根据《汽车电气产品型号编制方法》（QC/T73—1993）规定，分电器型号为：1．产品代号：FD代表有触点分电器，FDW代表无触点分电器2．缸数代号表4-1缸数代号2020/2/4山东农业大学机电学院郭新民17第四节点火线圈点火线圈的作用是将电源的低压电转变为高压电。其外形见图4-14。一、分类点火线圈按冷却方式不同分为沥青式、油浸式和气冷式。按有无附加电阻可分为带附加电阻型和不带附加电阻型，按接线柱的多少可分为两接柱式和三接柱式。按铁心形状不同可分为开磁路式和闭磁路式。按功能差异分为普通型和高能型。二、开磁路点火线