汽车点火系统

点火系是汽油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及及微机控制点火系的工作原理，掌握磁感应式和霍尔式普通电子点火系的工作过程。点火系统点火系统点火系统的作用是适时地为汽油发动机气缸内已压缩的可燃混合气，提供足够能量的电火花，使发动机能及时、迅速地燃烧做功。点火要求：1．能产生足以击穿火花塞间隙的电压（3万伏以内）2．能产生足以击穿火花塞间隙的能量（50--80）毫焦耳3．点火时间应能适应发动机的各种工况(1)点火顺序——即发动机的工作时间（例：1,5，3，6，2，4）(2)点火时刻——准时点火提前角——从发出电火花开始到活塞上升到上止点为止，在这一段时间内曲轴所转过的角度。用“”表示。最佳点火提前角——指使发动机发出功率最大，油耗最小时的点火提前角。二、发动机对点火系的要求1.点火装置应能产生足以击穿火花塞间隙的高压电（正常工作时一般为10KV，低温起动时一般需要19KV以上），一般最高电压达20—30KV。2.电火花应具有足够的点火能量，一般发动机正常工作时需0.01—0.05J，低温起动时需0.10J。3.能根据发动机工况的变化提供最佳的点火时刻，以使发动机产生最大的功率（包括点火顺序和点火时机）。※为了保证在上止点后6-10°曲轴转角时气缸中出现最高压力，点火提前角应能随曲轴转速和发动机负荷变化，转速提高时，提前角增大。4.在特殊使用条件下(热带、寒带、潮湿及空气稀薄地区)行驶时，点火系统必须可靠地工作。点火系统的分类：（1）传统点火系利用机械开关（即触点的闭合和打开）来控制点火线圈初级电流的通断，完成点火工作的。（2）电子点火系利用半导体器件（如晶体三极管、晶闸管等）作为开关来控制点火线圈初级电流的通断，完成点火工作。随着对汽车发动机燃油经济性和排放指标的要求越来越高，传统点火系已无法适应现代发动机的点火要求，目前已逐渐被电子点火系统所取代。第四章点火系统4.1传统点火系统4.2普通电子点火系统4.3微机控制电子点火系统4.4微机控制无分电器点火系统4.5点火系统的使用与检测4.1传统点火系统4.1.1传统点火系统的组成及工作原理1、组成传统点火系统主要由电源、点火开关、点火线圈、分电器、和火花塞等部分组成，如下图所示。（1）电源及点火开关电源为蓄电池和发电机，标称电压多为12～14V，其作用是供给点火系统所需的电能。点火开关的作用是接通或断开电源电路。传统点火系统的组成l—点火开关2—起动开关3—蓄电池4—起动机5—高压导线6—阻尼电阻7—火花塞8—断电器9—电容器10—点火线圈11—附加电阻12—配电器（2）点火线圈点火线圈的功用是将12V的低压电转变为15～20kV的高压电。（3）分电器分电器主要包括断电器、配电器、电容器和点火提前机构等部分。断电器的作用是用来接通或切断点火线圈初级电路。配电器的作用是将点火线圈产生的高压电按气缸的工作顺序送往各缸的火花塞。电容器与断电器触点并联，其作用是减小断电器触点分开时的火花，延长触点的使用寿命，提高次级电压。点火提前机构的作用是随发动机转速、负荷和汽油辛烷值的变化而改变点火提前角。（4）火花塞火花塞的作用是将高压电引入气缸燃烧室，产生电火花点燃混合气。2、传统点火系的工作原理传统点火系是利用电磁感应原理，把来自蓄电池或发电机的12V低压电，经点火线圈和断电器转变为15～20kV的高压电，由分电器按一定规律送入各缸火花塞，击穿其电极间隙而点燃混合气。其工作原理如图所示。传统点火系统工作原理示意图传统点火系的基本工作过程：1）断电器触点闭合初级电流按指数规律增长。如图a所示。2）断电器触点打开(1)初级电流下降为0，初级绕阻产生自感电动势200—300V;(2)次级绕阻产生更高电动势，互感作用，15—20Kv;如图b中实线所示.3）火花塞电极间火花放电过程电容放电;大电流，短时间;电感放电;小电流，时间较长实验证明：电感放电持续时间越长，点火性能越好;如图c所示.4.1.2影响二次电压的因素1.传统点火系的工作特性点火系统的工作特性是指点火系统所能产生的最大次级电压U2max随发动机转速n变化的规律。即U2max=f（n）。传统点火系的工作特性从传统点火系统工作特性曲线可知：发动机转速对点火系统最高次级电压的影响很大。次级电压随转速升高而降低，是发动机高速时容易断火的原因。2.影响次级电压的其它因素（1）发动机的气缸数—汽缸数多，U2降（2）火花塞积炭-----U2降（3）点火线圈的温度---T大，R线增大U2降4.1.3传统点火系的构造1.点火线圈点火线圈是将电源的低压电转变为高压电的基本元件。由初级线圈、次级线圈和铁心等组成。按磁路的结构形式不同，可分为开磁路式点火线圈和闭磁路式点火线圈。种类:开磁路闭磁路开磁路点火线圈a）电路原理b）结构示意图闭磁路式点火线圈闭磁路优点：1）漏磁少2）磁阻小3）能量变换效率高（75%）4）体积小•包括断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置4部分。•分电器由机油泵或者凸轮轴驱动，分电器轴的转速与曲轴的转速比为1：22、分电器总成（1）配电器作用：将点火线圈产生的高压电，按发动机的工作顺序送到各缸火花塞。组成：分火头，中心电极，旁电极，配电器盖等。（2）断电器作用：——接通与切断初级电路，调节点火时间。•组成：凸轮，触点（下—固定，上—活动），弹簧等。（3）电容器•作用：吸收触点间的火花，提高次级电压。•组成：电极，绝缘体等。（4）点火提前调节装置•最佳点火提前角随发动机的转速和负荷等因素的变化而变化，该变化过程由点火提前调节装置完成。•调节的原理——调整触点断开的时间早晚•触点越早断开，θ越大。反之亦然•要使点火更加提前（θ↑），实现的方法有2种：•①顺转凸轮•②逆转触点1）离心式点火提前装置作用：根据发动机转速变化，调节点火提前角的变化。（N--Q）组成：离心块，拨板，弹簧等。2）真空式点火提前装置•作用：调节发动机负荷变化时，点火提前角的变化。（负荷--Q）•组成：膜片，拉杆，弹簧等。3）辛烷选择器为了适应不同汽油的不同抗爆性能，在换用不同品质的汽油时，应适当调整点火时刻，为此在分电器上常装有辛烷选择器。其原理基本相同，即逆着凸轮旋转方向转动分电器壳体时，点火提前角增大；反之，则点火提前角减小。壳体转动的多少，一般可从刻度板上看出。3.火花塞火花塞的作用是将点火线圈产生的高压电引入发动机燃烧室，在其电极间隙中产生电火花点燃混合气。火花塞的工作条件极其恶劣，它要受到高压、高温以及燃烧产物的强烈腐蚀，因此，必须具有足够的力学强度，能够承受冲击性高压电的作用，能承受剧烈的温度变化，并具有良好的热特性，并要求火花塞采用难熔耐蚀的材料，以抵抗高温燃气的腐蚀。火花塞的热特性（一）1.当吸收和散发的热量达到平衡（实践证明，当火花塞绝缘体裙部的温度保持在500～600℃）时，落在绝缘体上的油滴能立即烧去，不形成积炭，这个温度称为火花塞的自净温度。2.低于这个温度，火花塞常因产生积炭而漏电，导致不点火；高于这个温度，则当混合气与炽热的绝缘体接触时，可能早燃而引起爆燃，甚至在进气行程中燃烧，产生化油器回火。火花塞的热特性（二）火花塞的热特性主要取决于绝缘体裙部的长度。绝缘体裙部长的火花塞，受热面积大，传热距离长，散热困难，裙部温度高，称为热型火花塞；反之，裙部短的火花塞，受热面积小，传热距离短，容易散热，裙部温度低，称为冷型火花塞。热型火花塞适用于低速、低压缩比、小功率发动机；冷型火花塞适用于高速、高压缩比、大功率发动机。4.2普通电子点火系统4.2.1概述1.传统点火系存在的问题火花能量的提高受到限制；触点故障多、寿命短；对火花塞积炭和污染敏感。2.电子点火装置的优点1.因为无机械触点或初级电流不经过触点，所以不存在触点氧化、烧蚀、变形、磨损等问题，使用中几乎不需要维修和经常换件。同时可以增大初级断电电流值，提高次级电压，有效地改善和保证点火性能。2.电磁能量得到充分利用，高电压形成迅速，火花能量大。3.减小了火花塞积炭的影响。4.点火时间精确，混合气能得到完全燃烧，从而保证了发动机在降低油耗的基础上，减少废气污染，获得最好的动力性。5.对无线电干扰小，结构简单，重量轻，体积小，保养维修简便。3.电子点火系统的种类按控制点火线圈初级电流的电子元件分类晶体管点火装置；可控硅点火装置；集成电路点火装置。按点火装置有无触点分类触点式电子点火装置，又称半导体管或晶体管辅助点火装置；无触点电子点火装置，又称全晶体管点火装置。按点火能量的储存方式分类电感储能式电子点火装置，其储能元件是点火线圈；电容储能式电子点火装置，其储能元件是专用的电容器。按点火提前角的控制方式分类普通电子点火系统；微机控制点火系统。普通电子点火系统的主要特点是其点火提前角的控制由机械式点火提前装置完成；微机控制点火系统点火提前角的控制则由发动机电子控制单元ECU来完成，完全取代了离心式点火提前装置和真空式点火提前装置。4.2.2电容放电式电子点火系统（CDl）基本特点是它用于产生电火花的能量不是以磁场的形式储存在点火线圈中，而是以电场能的形式储存在专门的储能电容中。在需要点火时，储能电容向点火线圈的初级绕组放电，几乎同时在次级绕组中感应出高压电动势，使火花塞跳火，而完成点火工作。1、组成与工作原理电容放电式点火系统由直流升压器、储能电容、开关元件（可控硅）、触发器以及点火线圈、分电器等组成，其原理如图所示：电容放电式点火系统有触点电容放电式电子点火系统的工作原理：触点闭合时，触发器发出指令信号，使可控硅关断，直流升压器输出的300～500V直流高压电向储能电容充电；触点打开时，触发器也发出指令信号，使可控硅导通，于是储能电容器向点火线圈的初级绕组放电，在次级绕组中感应出约20～30kV的高压电动势，使火花塞跳火，完成点火工作。无触点电容放电式电子点火系统的工作原理与上述基本相同。2、电容储能式电子点火系统的优缺点次级电压几乎不受转速的影响，而且在发动机高速情况下，次级电压也不降低，可保证在高转速的发动机中可靠工作。电容放电式电子点火系统的能量利用率较高。电容放电式电子点火系统的主要缺点是放电时间过短，不能确保气缸内混合气的充分燃烧，尤其是燃气混合不良及燃用稀混合气时更是如此，使得发动机在起动和低速工况下点火不良，同时，还会使排放增加。电容放电式点火系统的另一个缺点是由于高的次级电压上升率，会对无线电产生严重的干扰。此外，该系统结构复杂，体积较大，而且成本高，因此，不适于大批量生产。电感储能无触点电子点火系统该系统去掉了原有的断电器触点，用点火信号发生器（传感器）替代，从根本上消除了由机械触点所带来的一切问题。同时采用先进的电子技术，采用各种电子控制形式可获取稳定的火花参数。因此对提高发动机的动力性、经济性以及排气净化等方面均极为有利，目前已在国内外得到广泛应用。4.2.3电感储能式电子点火系统电感储能无触点电子点火系统无触点电子点火系统的基本组成如图所示，主要由点火信号发生器（传感器）、点火器（点火控制器）、点火线圈、分电器、高压阻尼线（高压线）及火花塞等组成。1—火花塞2—分电器总成3—信号发生器（传感器）4—点火开关5—点火线圈6—点火器7—蓄电池1.磁感应式电子点火系统磁感应式电子点火系统又称为磁脉冲式或磁电式电子点火装置，这种系统结构简单，性能可靠，已在国内外普遍使用。丰田车无触点式磁感应电子点火系统主要由磁感应式点火信号发生器、点火器、分电器、专用点火线圈、火花塞等组成，如下图所示。磁感应式无触点电子点火系统电路图1—点火信号发生器2—点火器3—分电器4—火花塞5—点火线圈（l）信号发生器信号发生器的功用是产生信号电压，控制点火装置的工作。它装在分电器内的底版上，如图所示。它主要由装在分电器轴上的信号转子、永久磁铁、铁芯（支座）和绕在铁芯上的感应线圈等组成。