第10章-发动机点火系统

第十章发动机点火系统第一节概述点火系的功用一、点火系统的功用：点火系统的基本功用是在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气，使发动机作功。第一节概述1、传统点火系2、普通电子点火系3、微机控制点火系已淘汰正在淘汰正在广泛应用二、点火系的种类思考题1：点火系统的基本功用和基本要求有哪些？三、发动机对点火系的要求1）能产生足以击穿火花塞间隙的电压（一般7～8kV，冷启动19kV，现在要求15～20kV）2）点火花应具有足够的能量（50～80mJ，起动时＞100mj）3）点火时刻应适应发动机的工况（最佳点火时间）4）持久耐用第一节概述第一节概述汽车发动机的点火系统与汽车上其他电器设备一样，采用单线制连接，即电源的一个电极用导线与各用电设备相连，而电源的另一个电极则通过发动机机体、汽车车架和车身等金属构件与各用电设备相连，称为搭铁，其性质相当于一般电路中的接地。搭铁的电极可以是正极也可以是负极。因为热的金属表面比冷的金属表面容易发射电子，发动机工作时，火花塞的中心电极较侧电极温度高，因而电子容易从中心电极向侧电极发射，使火花塞间隙处离子化程度高，火花塞间隙容易被击穿，击穿电压可降低15％～20％。因此，无论整车电气系统采用正极搭铁还是负极搭铁，点火线圈的内部连接或外部接线，均应保证点火瞬间火花塞中心电极为负极，即火花塞电流应从火花塞的侧电极流向中心电极。第二节传统点火系统组成与工作原理一、传统点火系统的组成传统点火系统主要由电源(蓄电池和发电机)、点火开关、点火线圈、电容器、断电器、配电器、火花塞、5•点火开关：作用是控制电路通电。电源：作用是供给电能•点火线圈：作用是将12V低压电变为15～25KV高压电。•分电器：作用是适时控制初级电路通断，按顺序分配火花到各缸•火花塞：作用是将高压电引入气缸并产生火花点燃混合气。•附加电阻：作用是改善点火性能和起动性能第二节传统点火系统组成与工作原理一、组成第二节传统点火系统组成与工作原理二、工作原理三点火时刻发动机工作时，点火时刻对发动机的工作和性能有很大的影响。混合气燃烧有一定的速度，即从火花塞跳火到气缸内的可燃混合气完全燃烧是需要一定时间的。虽然这段时间很短，不过千分之几秒，但是由于发动机的转速很高，在这样短的时间内曲轴却转过较大的角度。因此，应提前点火，即在活塞到达压缩行程上止点之前火花塞跳火，使燃烧室内的气体压力在活塞到达压缩行程上止点后10°～12°时达到最大值。这样混合气燃烧时产生的热量，在作功行程中得到最有效的利用，可以提高发动机的功率。从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度称为点火提前角。能使发动机获得最佳动力性、经济性和最佳排放性能的点火提前角，称为最佳点火提前角。发动机工作时，最佳点火提前角不是固定值，它随很多因素而改变。影响点火提前角的主要因素是发动机的转速和混合气的燃烧速度。混合气的燃烧速度又与混合气的成分、发动机的结构及其他(燃烧室的形状、压缩比等)一些因素有关。此外，最佳点火提前角还与所用汽油的抗爆性有关。使用辛烷值较高即抗爆性较好的汽油时，点火提前角应适当增大。8思考题5：什么是点火提前角？影响点火提前角的因素有哪些？三点火时刻若恰好在活塞到达上止点时点火（点火过迟），混合气开始燃烧时，活塞已开始向下运动，使气缸容积增大，燃烧压力降低，发动机功率下降。但是，若点火过早，则活塞还在向上止点移动时，气缸内压力已达到很大数值，这时气体压力作用的方向与活塞运动的方向相反，在示功图上出现了套环，此时，发动机有效功减小，发动机功率也将下降。9思考题6：点火过迟或过早会对发动机造成哪些危害？第三节传统点火系统主要元件的结构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。二、点火线圈点火线圈是将蓄电池或发电机输出的低压电转变为高压电的升压变压器，它由初级绕组、次级绕组和铁心等组成。按其磁路的形式，可分为开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两种。10路点火线圈和闭磁路点火线圈两种。1.第三节传统点火系统主要元件的结构火花塞的功用是将点火线圈或磁电机产生的脉冲高压电引入燃烧室，并在其两个电极之间产生电火花，以点燃可燃混合气。火花塞中心电极与侧电极之间的间隙，称为火花塞间隙。火花塞间隙对火花塞及发动机的工作性能均有很大影响。间隙过小，火花微弱，并容易产生积炭而漏电；间隙过大，火花塞击穿电压增高，发动机不易起动，且在高速时容易发生“缺火”现象。因此，火花塞间隙的大小应适当。在传统点火系统中，火花塞间隙一般为0.6～0.7mm，但若采用电子点火时，则间隙增大到1.0～1.2mm。火花塞间隙的调整可扳动侧11第三节传统点火系统主要元件的结构五节三、火花塞：火花塞火花塞的工作条件及对其要求：1、受高压燃气冲击及发动机振动，故应有足够的机械强度。2、受冲击性高电压作用，故应有足够的绝缘强度。3、应能承受温度的剧烈变化。4、火花塞的电极应采用耐腐蚀材料。5、应有适当的电极间隙和安装位置，气密性要良好。火花塞的结构1、接线螺母2、高氧化铝陶瓷绝缘体3、商标4、钢质壳体（六角形）5、内垫圈（密封导热）6、密封垫圈7、中心电极导电杆8、火花塞裙部螺纹9、电极间隙10、中心电极和侧电极11、型号12、去干扰电阻提高对点火系电磁干扰的抑制能力其他一些型式的火花塞多极火花塞改善点火性能“V”型电极火花塞其他一些型式的火花塞火花塞的热特性火花塞裙部的温度：1、500~700℃为自净温度，适当。2、温度过高，形成炽热点火，损坏发动机。决定受热情况和散热条件热型：裙部较长，吸热多，散热难，温度高冷型：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功率转速和压缩比较低的发动机火花塞的散热热型和冷型火花塞火花塞的型号E4T1989年标准：1、表示火花塞结构类型和主要型式尺寸。2、表示火花塞热值。3、表示火花塞派生产品结构特征，发火端特征材料特性及特殊技术要求。123火花塞使用中常见的故障集炭烧蚀烧蚀第四节电子点火系统近年来，汽车发动机向着多缸、高转速、高压缩比的方向发展，人们还力图通过改善混合气的燃烧状况，以及燃用稀混合气，以达到减少排气污染和节约燃油的目的。这些都要求汽车的点火系统能够提供足够高的次级电压、火花能量和最佳点火时刻。传统点火系统已经不能满足这些要求。因此，近几十年来各国都在积极探索改进途径，并研制了一系列的电子点火系统。这是因为电子点火系统具有以下优点：21第四节电子点火系统1)可以减少触点火花，避免触点烧蚀，延长触点的使用寿命；有的还可以取消触点，因而克服了与触点相关的一切缺点，改善了点火性能。2)可以不受触点的限制，增大初级电流，提高次级电压，改善发动机高速时的点火性能。一般传统点火系统的低压电流不超过5A，而电子点火系统可提高到7～8A，次级电压可达30kV。3)由于次级电压和点火能量的提高，使其对火花塞积炭不敏感，且可以加大火花塞电极间隙，点燃较稀的混合气，从而有利于改善发动机的动力性、经济性和排气净化性能。4)大大减轻了对无线电的干扰。5)结构简单，质量轻，体积小，使用和维修方便。22第四节电子点火系统23一、有触点电子点火系统有触点电子点火装置用减小触点电流的方法，减小触点火花，改善点火性能，它是一种半导体辅助点火装置。除了与传统点火系统一样具有电源、点火开关、分电器、点火线圈、火花塞之外，还在点火线圈初级绕组的电路中，增加了由三极管VT和电阻、电容等组成的点火控制电路，断电器的触点串联在三极管的基极电路中，控制三极管的导通与截止。第四节电子点火系统无触点电子点火系统利用传感器代替断电器触点，产生点火信号，控制点火线圈的通断和点火系统的工作，可以克服与触点相关的一切缺点，在国内外汽车上应用十分广泛。无触点电子点火系统主要由点火信号发生器(传感器)、点火控制器、点火线圈、分电器、火花塞等组成。其中分电器主要包括配电器和离心提前装置、真空提前装置，它们的作用、结构和工作原理与传统点火系统对应部分完全相同。24思考题7-1:无触点式电子点火系统由哪些部分组成？第四节电子点火系统二、无触点电子点火系统1、点火信号发生器：点火信号发生器取代了传统点火系统断电器中的凸轮，用来判定活塞在气缸中所处的位置，并将非电量的活塞位置信号转变成为脉冲电信号输送到点火控制器，从而保证火花塞在恰当的时刻点火。所以点火信号发生器实际就是一种感知发动机工作状况，发出点火信号的传感器。它的类型很多，目前应用较多的主要有磁脉冲式、霍尔效应式和光电效应式。25第四节电子点火系统二、无触点电子点火系统（1）磁脉冲式点火信号发生器磁脉冲式点火信号发生器是依靠电磁感应原理制成的。它一般安装在分电器的内部，由信号转子和感应器两部分组成。信号转子由分电器轴驱动，其转速与分电器轴相同；感应器固定在分电器底板上，由永久磁铁、铁心和绕在铁心上的传感线圈组成。信号转子的外缘有凸齿，凸齿数与发动机的气缸数相等。永久磁铁的磁力线从永久磁铁的N极出发，经空气隙穿过转子的凸齿，再经空气隙、传感线圈的铁心回到永久磁铁的S极，形成闭合磁路。当发动机不工作时，信号转子不动，通过传感线圈的磁通量不变，不会产生感应电动势，传感线圈两引线输出的电压信号为零。2627第四节电子点火系统二、无触点电子点火系统282.霍尔效应式点火信号发生器(霍尔传感器)霍尔效应式点火信号发生器安装在分电器内。由霍尔触发器、永久磁铁和由分电器轴驱动的带缺口的转子组成。霍尔触发器(也称霍尔元件)是一个带集成电路的半导体基片。当直流电压作用于触发器的两端时，便有电流I在其中通过，如果在垂直于电流的方向还有外加磁场的作用，则在垂直于电流和磁场的方向上产生电压UH，该电压称为霍尔电压，这种现象称为霍尔效应。第四节电子点火系统二、无触点电子点火系统29霍尔触发器(也称霍尔元件)是一个带集成电路的半导体基片。当直流电压作用于触发器的两端时，便有电流I在其中通过，如果在垂直于电流的方向还有外加磁场的作用，则在垂直于电流和磁场的方向上产生电压UH，该电压称为霍尔电压，这种现象称为霍尔效应。图10-27霍尔发生器的工作原理示意图1-永久磁铁；2-外加电压；3-霍尔电压；4-霍尔触发器；5-接触面；6-磁力线；剩余电子。第四节电子点火系统二、无触点电子点火系统（3）光电效应式点火信号发生器光电效应式点火信号发生器是利用光电效应原理，以红外线或可见光光束进行触发的，主要由遮光盘(信号转子)、遮光盘轴、光源、光接收器(光敏元件)等组成。光源可用白炽灯，也可用发光二极管。由于发光二极管比白炽灯耐振动、耐高温，能在150℃的环境温度下持续工作，而且工作寿命很长，所以现在绝大多数采用发光二极管作光源。发光二极管发出的红外线光束一般还要用一只近似半球形的透镜聚焦，以便缩小光束宽度，增大光束强度，有利于光接收器接收、提高点火信号发生器的工作可靠性。光接收器可以是光敏二极管，也可以是光敏三极管。光接收器与光源相对，并相隔一定的距离，以便使光源发出的红外线光束聚焦后照射到光接收器上。30第四节电子点火系统二、无触点电子点火系统2、点火控制器点火控制器取代了传统点火系统中断电器的触点，将点火信号发生器输出的点火信号整形、放大，转变为点火控制信号，控制点火线圈初级绕组中电流的通、断，以便在次级线圈的绕组中产生高压电，供火花塞点火。点火控制器的基本电路包括整形电路、开关信号放大电路、功率输出电路等。31第四节电子点火系统二、无触点电子点火系统3、分电器电子点火系统的分电器与传统点火系统的分电器不同，主要区别在于电子点火系统取消了断电器(触点和凸轮)和电容器，增加了点火信号发生器(信号转子和传感部分)。有些点火控制器能够随着发动机转速变化自动调节点火提前角，所以这些分电器去掉了离心提前调节机构，只保留真空提前调节机构，配电器的结构则无变化。电子点火系统中所用的霍尔分电器的结构。32第四节电子点火系统二、无触点电子点火系统4、点火线圈电子点火系统所采用的点火线