第10章--讲义发动机点火系统(4h)改

第10章发动机点火系统§10.1点火系功用及分类§10.2传统点火系统组成与工作原理§10.3电子点火系统§10.4微机控制点火系统§10.5汽车电源一、功用：按照发动机各缸的点火次序，在各种工况和使用条件下，适时、可靠的供给火花塞足够的高压电，使火花塞两电极之间产生足够强的电火花，点燃可燃混合气，从而使发动机作功。二、分类：按照点火系的组成及触发产生高压电的方法不同，分为：1、传统蓄电池点火系：蓄电池、发电机、点火线圈、断电器（机械）2、电子点火系：蓄电池、发电机、点火线圈和三级管3、微机控制点火系：蓄电池、发电机、点火线圈和微机4、磁电机点火系：磁电机直接产生高压电§10.1概述传统蓄电池式点火系三、汽车发动机对点火系的要求1、击穿电压足够高：15～20kV；使火花塞两极之间的间隙击穿而产生电火花所需要的电压为击穿电压；影响击穿电压的因素：缸内气体压力、温度、电极距离。2、电火花应具备足够高的能量：正常工作：1～5mJ；怠速：50～80mJ；冷机起动：100mJ以上。3、点火时刻应适应发动机的工况。单线制联结：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。负极搭铁：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的方法，称为搭铁。现常用负极搭铁。四、点火系的特点负极搭铁的优点：对车身、车架电化学腐蚀小，对无线电干扰小。点火线圈的线路使点火瞬间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，因此，可降低击穿电压15～20%左右。（一）点火线圈功用：将电源的低电压转变为高压电的升压变压器。分类：开磁路点火线圈；闭磁路点火线圈。§10.2传统点火系统组成与工作原理一、传统点火系统组成：1、点火线圈（1）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。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，利于散热，通常用0.5～1.0mm的漆包线绕230～370匝。基本工作过程：（一）低压电路：触点K闭合时（充电）：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（电容器）→分电器壳体搭铁→蓄电池负极。初级电流：在点火线圈初级绕组中产生的电流。基本工作过程：（二）高压电路：触点K断开（放电）：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→配电器旁电极→分火头→中心触点→中央高压线→次级线圈。次级电流：在点火线圈二级绕组中产生的电流。RL电路的零状态响应回路方程式：SRIRiuLLSddIitiRLLL微分方程式：最后求得：时间常数:RL)e1()e1(SSτttLRLIIittLLURItiLueeddSSSIRSLiLuLRL电路的零输入响应)e1()e1(SSτttLRLIIittLLURItiLueeddSS存在问题：一次电流按照指数规律增长，触点保持闭合时间往往小于达到电流稳定的时间。点火线圈按高速设计：低速一次电流过大，线圈过热；点火线圈按低速设计：高速一次电流过小，二次电压过低，不能可靠点火。附加电阻特点:附加电阻也称热敏电阻，温度升高时电阻迅速增大、温度降低时电阻迅速减小。作用：利用附加电阻特点自动调节初级电流，可以改善点火系的工作特性。附加电阻低速时：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；高速时：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至断火。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。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。（2）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。闭磁路点火线圈漏磁少，磁阻小，转换效率高，达75％，可使点火线圈小型化。开磁路点火线圈转换效率达60%。闭磁路点火线圈：将一次绕组和二次绕组都绕在口子形或日子形铁心上，初级绕组在铁心中产生的磁通，通过铁心形成闭合磁路，因而泄漏的磁通量即磁路损失大大减小，点火线圈的转换效率高。（二）分电器组成：断电器、配电器，电容器以及点火提前调节装置。作用：①接通与切断点火系统的初级电路，使点火线圈的次级绕组中产生高电压；②将点火线圈产生的高压电分配到相应气缸的火花塞上。③随工况变化调整点火角度。分电器的组成分电器实物图1、断电器作用：周期性的接通断开一次绕组，使初级电流发生变化，在点火线圈中生成次级电压。结构：片簧，活动触点，胶木，凸轮触点间隙：两触点分开时的最大间隙称为触点间隙0.35—0.45mm☆凸轮棱数=气缸数；凸轮轴转速=配气凸轮轴转速。①触点间隙过小，触点间易出现火花而使初级电路断电不良，甚至触点烧蚀；②触点间隙过大，则触点闭合时间缩短，使初级电流减小，次级电压降低，高速时容易缺火。③调整：可旋转偏心调节螺钉1来调整触点间隙，首先，要松开固定托板3的螺钉2。1、调节螺钉2、固定螺钉，3、托板4、活动触点臂，5、销钉6、片簧。组成:分电器盖、分火头。作用:将高压电按点火顺序分配至火花塞。2、配电器配电器配电器3、电容器作用:（与断电器并联）当触点断开时，减小触点间的电火花，防止触点烧蚀。同时吸收初级绕组的自感电动势，使初级电流迅速切断，加速初级电流和磁通衰减，提高次级电压。1-金属箔2-盖板3-外壳4-绝缘纸4、点火提前装置作用：实现点火角度随工况、燃油抗爆性改变。方法：1.触点不动，使凸轮相对分电器轴旋转一个角度；2.凸轮不动，使触点相对凸轮转一个角度。装置：1.离心式点火提前调节装置；2.真空式点火提前调节在装置；3.辛烷值校正器。☆点火提前角是从火花塞发出电火花，到该缸活塞运行至压缩上止点时曲轴转过的角度。最佳点火提前角数值应视燃料性质、转速、负荷、过量空气系数等很多因素而定。1、点火提前角过大（早）；2、点火提前角过小（晚）3、点火提前角最佳。①过大，则大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞上行所消耗的压缩功增加，发动机容易过热，有效功率下降，工作粗爆程度增加。同时由于混合气的压力过高，末端混合气燃烧前的温度较高，爆燃倾向加大。②过小，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，功率下降，耗油量增多。③为最佳值时，最高压力出现在上止点后10～12度，示功图面积最大，完成的循环功最多，发动机的动力性、经济性最好。☆转速负荷一定，n↑，单位时间内转过的曲轴转角增大。应该相应加大点火提前角。n↑→紊流↑，混合气燃烧速度加快，最佳点火角度增加幅度减缓。呈非线性关系。转速增加时，火焰速度增加，爆燃倾向亦减小。☆负荷转速一定，负荷Pe↓时，进入气缸的新鲜混合气量↓,而残余废气量基本不变，故γ↑。因为残余废气对燃烧反应起阻碍作用，使火焰速度↓,燃烧恶化。为保证燃烧过程在上止点附近完成，需增大点火提前角。当负荷↓→气缸的（温度+压力）↓→爆燃的倾向↓。进气管真空度：点（1）离心点火提前角调节装置当n↑→θ↑；当n↓→θ↓。发动机要求触点不动：使凸轮相对于轴顺旋转方向转过一个角度，这样，在活塞尚未到达上止点时（假定点火提前角调节装置不工作时，点火提前角为零）断电器触点即分开，使点火提前（图b）。a）点火提前角为零b）转动凸轮使点火提前角增大1-触点2-凸轮3-凸轮轴4-断电器底板θ－点火提前角(1)离心点火提前调节装置在转速变化时，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。断电凸轮套在调节器横板上，该调节器横（拨）板既随分电器轴一同转动，又可相对该轴发生摆动，其摆角是通过离心块感应发动机转速来调节的。作用：随发动机负荷的变化（节气门开度变化）自动的调节点火提前角。工作原理：断电凸轮不动，使触点（连同固定托板）相对于凸轮逆旋转方向转过一个角度，使点火也提前（图c）。1-触点2-凸轮3-凸轮轴4-固定盘（2）真空式点火提前角调节装置(2)真空式点火提前角调节装置（三）火花塞作用: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。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。4．缸内燃烧产物复杂，含多种活性物质，如臭氧、一氧化碳和氧化硫等，易使电极腐蚀。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。1-接线螺母2-绝缘体3-接线螺杆4-垫圈5-火花塞壳体6-密封剂7-密封垫圈8-紫铜垫圈9-侧电极10-绝缘体裙部11-中心电极组成：火花塞主要由接触头、陶瓷绝缘体、中心电极、侧电极和壳体等部分。材料: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，电子点火系统其间隙可增大至1.0～1.2mm。火花塞的热特性1、自净温度：能使落在绝缘体上的油滴立即烧掉，不致形成积炭，绝缘体裙部应保持的温度（500～600°C）。如果温度低于自净温度，就可能使油雾聚积成油层，引起积炭而漏电，火花塞间隙不能跳火或弱火；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。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。火花塞的热特性2、火花塞热特性:指火花塞发火部位吸收的热量向发动机冷却系统散发的性能。主要影响因素：火花塞裙部的长度。冷型：裙部高度在7.5mm以下,能耐较强的热负荷；中型：裙部高度在9.5mm～13.5mm,耐热能力一般；热型：裙部高度在14.5mm以上,适于低热负荷的发动机.火花塞未来的两种演变形式：火花塞缸压传感器火花塞燃烧传感器（四）点火开关学以致用——如何将发动机停止下来？点火开关接线柱12340ⅠⅡⅢ点火开关结构：0：停止，方向盘锁死，防盗。Ⅰ：运行，发动机工作，用电设备工作。Ⅱ：起动，起动机接通，用电设备断开。传统分电器式点火系基本工作过程：（一）低压电路：触点K闭合时（充电）：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（电容器）→分电器壳体搭铁→蓄电池负极。初级电流：在点火线圈初级绕组中产生的电流。基本工作过程：（二）高压电路：触点K断开（放电）：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→配电器旁电极→分火头→中心触点→中央高压线→次级线圈。次级电流：在点火线圈二级绕组中产生的电流。§10.3电子点火系统电子点火系统的一些优点: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，改善点火性能。2）可以不受触点的限制，增大一次电流，提高二次电压，改善发动机高速时的点火性能。3）由于二次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。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。如何解决传统点火系触点容易烧蚀的缺点？一、有触点电子点火系统原理：采用减小触点电流的方法，减小触点火花，改善点火性能。是一种半导体辅助点火装置。流过触点的电流是