项目四++发动机点火系统

1项目四发动机点火系统项目描述：通过本项目学习，可掌握发动机点火系统的作用、组成、电路及工作原理；掌握发动机点火系统各组成部分的作用、构造、工作原理、常见故障维护与调整；掌握点火系统各组成部分的维护调整、掌握电子点火系统常见故障的判断及排除；掌握电子控制点火系统的组成、工作原理；掌握电子控制点火系统的使用维护及故障诊断。工作任务：任务一电子点火系统的认知任务二电子点火系统的检修任务三电控点火系统的认知任务四电控点火系统的检修任务一电子点火系统的认知【任务目标】1、熟悉点火系统的作用、种类及要求2、熟悉电子点火系统的结构组成及工作原理3、掌握电子点火系统正确拆装工艺【任务实施】一、任务需求知识（一）汽车点火系统的作用、种类及要求1、汽车点火系统的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，电子点火系结构如图4-1所示。2图4-1点火系的结构图2、汽车点火系统的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。（1）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。电子点火系按点火信号不同分为三类：磁脉冲式、霍尔式、光电式。3、汽车点火系统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（2）火花应具有足够的能量（3）点火时刻应适应发动机的工作情况（二）电子点火系统结构组成及工作原理普通电子点火系统一般由点火信号发生器、电子点火器、分电器总成、点相线圈、火花塞等主要部件组成，如图4-2所示。3图4-2普通电子点火系组成1、点火线圈按铁心形状不同可分为开磁路式和闭磁路式两种。（1）开磁路点火线圈1）基本结构传统的开磁路点火线圈的基本结构如图4-3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，通常用0.5～1.0mm的漆包线绕230～370匝。次级绕阻的一端连接在盖子上高压插孔中的弹簧片上，另一端与初级绕阻的一端相连；初级绕阻的两端则分别连接在盖子上的低压接线柱上。绕阻与外壳之间装有导磁钢套并填满沥青或变压器油，以减少漏磁、加强绝缘性并防止潮气侵入。传统的开磁路点火线圈中，次级绕组在铁心中的磁通通过导磁钢套构成回路，磁力线的上、下部分从空气中通过，磁路的磁阻大，磁通损失大，转换效率低（约60%）；三接柱点火线圈壳体外部装有一个附加电阻，附加电阻两端连至胶木盖的“+开关”和“开关”接柱。其作用是改善点火性能。两接柱点火线圈无附加电阻在点火开关与点火线圈“+”接柱间，连入一根附加电阻线。4图4-3点火线圈结构示意图1-瓷杯2-铁心3-初级绕组4-次级绕组5-钢片6-外壳7-“—”接柱8-胶木盖9-高压线插座10-“+”或“开关”接柱11-“开关”接柱12-附加电阻（2）闭磁路点火线圈图4-4闭磁路点火线圈的结构1-“曰”字形铁心2-初级绕组接柱3-高压接柱4-初级绕组5-次级绕组闭磁路点火线圈的铁心是“曰”字形或“口”字形，如图4-4所示，铁心内绕有初级绕阻，在初级绕组外面绕有次级绕组，其铁心构成闭合磁路，磁路中只设有一个微小的气隙，其磁路如图4-5所示。闭磁路点火线圈漏磁少，磁阻小，能量损失小，变换效率高，可使点火线圈小型化。5a）开磁路点火线圈的磁路b）闭磁路点火线圈的磁路图4-5点火线圈磁路1-磁力线2-铁心3-初级绕组4-次级绕组5-导磁钢片6-空气隙（3）点火线圈的工作原理点火线圈之所以能将车上低压电变成高电压，是由于有与普通变压器相同的形式，初级线圈与次级线圈的匝数比大。但点火线圈工作方式却与普通变压器不一样，普通变压器是连续工作的，而点火线圈则是断续工作的，它根据发动机不同的转速以不同的频率反复进行储能及放能。当初级线圈接通电源时，随着电流的增长四周产生一个很强的磁场，铁芯储存了磁场能；当开关装置使初级线圈电路断开时，初级线圈的磁场迅速衰减，次级线圈就会感应出很高的电压。初级线圈的磁场消失速度越快，电流断开瞬间的电流越大，两个线圈的匝比越大，则次级线圈感应出来的电压越高。2、火花塞火花塞的作用是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，如图4-6所示。图4-6火花塞（1）结构火花塞主要由接触头、瓷绝缘体、中心电极、侧电极和壳体等部分组成。6在钢质外壳的内部固定有高氧化铝陶瓷绝缘体，在绝缘体中心孔的上部有金属杆，杆的上端有接线螺母，用来接高压导线，下部装有中心电极。金属杆与中心电极之间用导体玻璃密封，铜质内垫圈起密封和导热作用。钢质外壳的上部有便于拆装的六角平面，下部有螺纹以便旋装在发动机气缸盖内，外壳下端固定有弯曲的侧电极。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，电子点火其间隙可增大至1.0～1.2mm。火花塞与气缸盖座孔之间应保证密封，密封方式有平面密封和锥面密封两种。平面密封时，在火花塞与座孔之间应加装铜包石棉垫圈；锥面密封是靠火花塞壳体的锥形面与气缸盖之间相应的锥形面进行密封。（2）火花塞的热特性火花塞正常工作时裙部的温度应保持在500～700℃，这样才能使落在绝缘体上的油滴立即烧掉，不致形成积炭，通常称这个温度为火花塞的“自净温度”。如果温度低于自净温度，就可能使油雾聚积成油层，引起积炭而不能跳火；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。火花塞热特性就是指火花塞发火部位的热量向发动机冷却系统散发的性能。影响火花塞热特性的主要因素是火花塞裙部的长度。裙部较长时，受热面积大，吸收热量多，而散热路径长，散热少，裙部温度较高，把这种火花塞称为“热型”火花塞。反之，当裙部较短时，吸热少，散热多，裙部温度较低，把这种火花塞成为“冷型”火花塞，如图4-7所示。火花塞热特性常用热值表示。国产火花塞热值分别用1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、…阿拉伯数字表示。1、2、3为低热值火花塞；4、5、6为中热值火花塞；7、8、9及以上为高热值火花塞。热值数越高，表示散热性越好。因而，小数字为热型火花塞，大数字为冷型火花塞。火花塞裙部温度还与发动机气缸内的工作温度有关。对于大功率、高压缩比和高转速的发动机来说，燃烧室内温度高，火花塞裙部温度就高。反之，小功率、小压缩比、低转速发动机的燃烧室内温度低，火花塞裙部温度就低。因此不同类型的发动机应选用不同热特性的火花塞。7图4-7冷型和热型火花塞a）热型b）冷型3、磁脉冲式电子点火装置的工作过程（1）点火信号发生器的原理丰田公司TCCS系统使用转子磁脉冲曲轴位置传感器并安装在分电器内，其结构如图4-8所示。该传感器分上下两部分，上部分产生G信号，下部分产生Ne信号。两部分都是运用带齿轮的转子旋转，使信号发生器内的线圈磁通变化，从而产生交变电动势，经放大后，将该信号输入电子控制单元。图4-8转子磁脉冲式曲轴位置传感器1-G信号传感线圈2-Ne信号转子3-G信号转子4-永久磁铁5-Ne信号传感线圈Ne信号用来检测曲轴转角和发动机转速信号，它相当于轮齿式曲轴位置传感器的信号。其传感器位置有固定在分电器内下半部等间隔24个齿轮的转子（即8Ne正时转子），及固定在轮齿转子对面的感应线圈组合而成，如图4-9所示。图4-9Ne信号发生器结构与波形（a）信号发生器结构（b）信号发生器波形当转子转动时，轮齿于感应线圈凸缘（即磁头）的空气间隙变化，使感应线圈的的磁场变化而产生感应电动式。轮齿靠近及远离磁头时，都会产生一次增减磁通的变化。所以，每一个轮齿通过磁头时，都会在感应线圈中产生一个完整的交流电压信号。Ne正时转子上有24个齿，转子转一圈，即曲轴转两圈（720°）时，感应线圈产生24个交流信号，即Ne信号。Ne信号如图4-9所示。它的一个周期的脉冲相当于30°曲轴转角（720°/24=30°）。更精确的转角测量是利用30°转角的时间，由ECU再均分30等分，产生1°曲轴转角的信号。同时，它还用于检测发动机的转速。这是由ECU依照Ne信号的两个脉冲，即60°曲轴转角所经过的时间为基准测量发动机的转速。G信号用于辩证气缸及检测活塞上止点位置，这相当于轮齿磁脉冲式曲轴位置传感器的120°信号。G信号是位于Ne信号发生器上方的凸缘轮(即G正时转子)及其对面对称的两个感应线圈产生的，它的结构如图4-10所示。G信号的产生原理与Ne信号产生原理相同，G信号也利用于作为Ne信号计算曲轴转角的基准信号。9图4-10G信号发生器结构（a）曲轴转角与转速传感器结构（b）曲轴基准位置传感器结构G1、G2信号分别用于检测六缸及一缸上止点信号，由于G1、G2信号发生器设置的关系，当产生G1、G2信号时，实际上活塞并不是正好在上止点，而是在上止点前10°的位置。曲轴位置传感器G1、G2和Ne信号与曲轴转角的关系如图4-11所示。图4-11G和Ne信号曲轴转角的关系10图4-12磁脉冲式无触点电子点火装置1—信号发生器2—电子点火器3—点火线圈4—点火开关5—蓄电池（2）电子点火器的工作原理电子点火器的工作原理如图4-12所示，它由点火信号发生器、电子点火器、分电器、点火线圈、火花塞等组成。接通点火开关时，蓄电池的电压使VT1导通，其电路为：蓄电池正极→点火开关→R3→R1→VT→信号线圈→搭铁→蓄电池负极构成回路。当点火信号发生器产生正向脉冲时，信号电压与VT1的正向电压降叠加后，高于VT2的导通电压，VT2导通。VT2的导通使VT3的基极电位下降而截止，VT3的截止使VT4的基极电位上升而导通、VT5因R7的正向偏置而导通。于是初级电流回路为：蓄电池正极→点火形状→点火线圈附加电阻R→点火线圈初级绕阻→VT5→搭铁→蓄电池负极构成回路，点火线圈储能。当点火信号发生器产生反向脉冲时，信号电压与VT1的正向电压降叠加后，使VT2的基极电位降低，VT2截止。VT2的截止使VT3的积极电位上升而导通，VT3的导通使VT4的基极电位下降而截止，晶体管VT5没有正向偏置电压而截止。于是初级电流被切断，在次级绕组中产生高压，经配电器按点火次序分配到各缸火花塞点火，点燃可燃混合气，发动机作功。电路中晶体管VT1的基极和发射极相连，相当于发射极为正、集电极为负的二极管，起温度补偿作用。其原理如下：当温度升高时，VT2的导通电压会降低，使VT2提前导通而泄后截止，从而导致点或推迟，VT1与VT2的信号相同，具有同样的温度特性系数，故在温度升高时，VT1的正向导通电压也会降低，使P点11电位UP下降，正好补偿了温度升