课件：点火系统.ppt

点火系统的使用、组成及原理,一、点火系统的作用,点火系统简称点火系，其作用是将蓄电池或发电机提供的低电压变为高电压，按照发动机的工作顺序和点火时间的要求，适时、准确地将高压电分配给各缸火花塞，使之跳火，点燃气缸内的可燃混合气。,根据点火系统的作用， 点火系统主要由电源（蓄电 池、发电机）、点火开关、 点火信号发生器、点火控制 器、点火线圈、配电器（分 火头和分电器盖）、火花塞、 高低压导线等部件组成。,二、点火系统的组成,当发动机曲轴转动时，点火信号发生器产生了对应气缸压缩终了的正时点火脉冲信号，此脉冲信号经点火器进行信号放大、波形整理、直流放大后，控制串联在点火线圈初级回路的大功率三极管的导通和截止。三极管导通时，点火线圈初级电流形成回路，点火线圈储存一定的磁场能；在三极管由导通变为截止瞬间，点火线圈初级电流骤然消失，使得次级绕组感应出20000V25000V的高电压；高压电根据点火顺序由配电器分配给工作缸火花塞跳火，点燃可燃混合气。,三、点火系统的工作原理,低压电流回路,蓄电池正极,电流表,点火开关,附加电阻,点火线圈的初级线圈,搭铁,蓄电池负极,点火线圈“”接线柱,点火控制器,开关接线柱,点火线圈“-”接线柱,次级线圈,“开关”接线柱,附加电阻,“+开关”接线柱,点火开关,电流表,蓄电池,火花塞旁电极、中心电极,配电器,次级绕组,搭铁,高压电流回路,分缸高压线,中央高压线,点火系统工作过程可分为三个阶段： 1、初级电路接通，初级电流增长； 2、初级电路断开，次级绕组产生高压； 3、火花塞电极间火花放电。,四、对点火系统的要求,1、能产生足以击穿火花塞间隙的高电压 击穿电压与很多因素有关，主要有以下几个方面： （1）火花塞间隙的大小和 形状 电极间隙越大， 所需击穿电压越高； 电极尖端棱角越分明， 所需击穿电压越低。,（2）气缸内混合气的压力和温度 压力和温度的改变直 接影响到混合气的密度，密 度变小，所需击穿电压变低。,（3）电极的温度和极性 实践证明，当火花塞的电极温度超过混合气的 温度时，击穿电压约降低30%-50%，当受热电极 （中心电极）为负极时， 火花塞的击穿电压约可 降低20%。,（4）发动机的工作情况 发动机工作情况不同时，火花塞的击穿电压也不同，其值随发动机的转速、功率、压缩比、点火提前角以及混合气的额成分而改变。起动时的击穿电压最高。,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15mJ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， 经济性和排气净化等要 求提高也需要较高要求 火花能量更高。电子点 火系一般应具有80100mJ 的火花能量，起动时应 产生高于100mJ的能量。,3、点火时刻应适应发动机的工作情况,点火时刻对发动机工作性能的影响较大。 首先，点火系统应按发动机的工作顺序进行点火。 其次，对于每一个气缸而言，必须是在最有利的点火时刻点火。 点火时刻是用点火提前角来表示的。 点火提前角是指在压缩行程中从火花塞跳火开始到活塞到底上止点为止的一段时间内发动机曲轴所转过的角度。通常把发动机发出功率最大和油耗最小时的点火提前角称为最佳点火提前角。,（1）点火提前角及其过大、过小的危害 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进行，使炙热的气体与气缸壁接触的面积增加，因而转变为有效功的热量相对减小，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行程中进行，气缸内的燃烧压力急剧升高，当活塞到达上止点前即达最大，使活塞受到反冲，发动机做负功，不仅是发动机的功率降低，也有可能引起爆燃和运转不平稳现象，并且会造成运动部件和轴承加速损坏。,实践证明：如果点火时间恰当，燃烧最大压力出现在上止点后1015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。 （2）影响最佳点火提前角的因素 *转速：转速越高， 最佳点火提前角越大。,*负荷,*除此之外还有起动与怠速、汽油的辛烷值、压缩比、混合气的成分、火花塞的数量、进气压力等。,影响击穿电压的因素： 电极间隙、气缸内压力、气缸内温度、电极温度、 发动机转速等 影响点火提前角的主要因素： 发动机转速、负荷,点火线圈的结构、原理,一、点火线圈的结构,二、点火线圈的工作原理 点火线圈采用电磁感应的方法来提供所需的点火能量。当初级绕组接通电源时，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；当开关装置使初级绕组电路断开时，初级绕组的磁场迅速衰减，次级绕组就会感应出很高的电压。初级绕组的磁场消失速度越快，电路断开瞬间的电流越大，两个线圈的匝数比越大，则次级绕组感应出来的电压越高。 点火线圈分为开磁式和闭磁式。,三、开磁路点火线圈的结构与特点 铁芯用0.3mm左右的硅钢片叠成，铁芯上绕有初级绕组与次级绕组，初级绕组放于次级绕组的外侧。 按照低压接线柱的数目不同，点火线圈由两接线柱式和三接线柱式之分，三接柱点火线圈，一侧接有附加电阻。,附加电阻是具有正温度特性的热敏电阻，当受热时其阻值迅速增大，冷却时其阻值迅速降低。它用来调节初级电流的大小，改善高速时的点火性能。当发动机转速低时，如果初级电流大，附加电阻发热量大，其阻值升高，使初级电流减小，防止初级绕组过热；反之，当发动机转速高时，初级电流小，附加电阻发热量小，其阻值减小， 使初级电流增大，保证能有足够 的次级电压。发动机起动时，附 加电阻被短路，使初级电流最大， 以便起动时，产生足够的点火电压。,四、闭磁路点火线圈结构与特点 与开磁路点火线圈相比，其铁芯不是条形的，而是“日”字形或“口”字形。铁芯强化后，其磁感应线经铁芯构成闭合磁路。 漏磁少、磁路的磁阻小，因而能量的损失小，能量的变换率高，可达75%。,火花塞的结构、原理,一、火花塞的作用 火花塞俗称火嘴，它的作用是把高压导线送来的脉冲高压电放电，击穿火花塞两电极间空气，产生电火花以此引燃气缸内的混合气体。,二、火花塞的构造 火花塞的构造是以一根细长的金属电板穿过一个具有绝缘功能的陶瓷材质而制成，绝缘体的下部周围有一个金属材质的壳，以螺牙方式旋紧在汽缸盖上。 从分电器来的高压电流会经过这个中央电极导电，然后在底端的放电间隙放电，这时火花塞发挥功用产生火花燃烧混合气，引擎就得到能源并输出功率。 由此可见，火花塞是将进入发动机燃烧的汽油和空气混合气体加以点燃的装置,工作于高温、高压的恶劣条件下，是汽油发动机的易损件之一，它在发动机的运转中扮演着相当重要的角色，与汽车省油与否，运转是否平稳，都有很大关系。,三、火花塞的工作条件 1、有足够的绝缘强度，能承受20000-30000V的电压； 2、混合气燃烧时，火花塞底部将受到突然的冲击，要求火花塞的主要零件应有足够的机械强度，至少能承受50kg/cm的爆发压力； 3、发动机工作时，由于火花塞的裙部高温燃烧产物的作用，使电极腐蚀，因此火花塞的电极应选用难熔、耐蚀的材料制成； 4、混合气燃烧时，火花塞的下部将受到15002000的高温燃气的作用，而进气时又受到5060的进气突然冷却，所以要求火花塞应能承受温度的强烈变化，且有适当的热特性。,四、火花塞点火过程,火花塞间隙之间从点火到混合气的燃烧可分为四个阶段,五、热值 火花塞作为发动机点火系统的终端部件，起着至关重要的作用。而火花塞热值是指火花塞受热和散热能力的一个指标，其自身所受热量的散发量称为热值。 火花塞热值包括19九个数字，其中1-3为低热值，4-6为中热值，7-9为高热值。原厂的备件火花塞热值一般有5、6、7三种，能够大量散热的称为冷型火花塞，也就是高热值火花塞，冷型火花塞（高热值）的绝缘体裙部相对较短，由于散热途径比较短，散热相对较快，所以不易造成中心电极温度的上升。相对散热量较小的叫做热型火花塞，也就是低热值火花塞。,热型火花塞（低热值）的绝缘体裙部较长，当汽缸内温度布置均匀时，裙部越长，受热面积就越大，传导热量的距离就越长，所以散热少，中心电极温度上升较高。 一般来说低热值的火花塞更适用于低速低压缩比的小功率发动机，而高热值火花塞则适用于高速高压缩比的大功率发动机。这个数值越大，也就越“冷”，这个数值越小，火花塞的散热就越小，也就越“热”，热值的高低，取决于缸内混合气温度和火花塞的设计。火花塞是属于“冷型”还是“热型”直接决定了它自身的散热能力，也就是说，火花塞的原厂热值直接决定了它的工作环境温度。,对于火花塞的工作环境温度要求是非常高的，火花塞的散热不能太大，否则会降低油气混合物的燃烧效率，影响发动机功率；也不能太小，火花塞会因为环境温度过高，自身散热少而烧毁。要确保火花塞的工作温度，就必须与原厂热值相匹配。一般情况下上下落差控制在1个之内，如果落差过大，轻则影响发动机功率输出，重则导致火花塞损坏，进而损坏发动机。 很多人知道换装火花塞的时候火花塞的热值不能低于原厂热值，却认为高于原厂热值问题不大，其实这也是不对的。换装火花塞时，不要过于追求高价格高热值的火花塞，应该参照原厂热值这个关键因素来进行匹配，否则易对发动机性能造成很大影响。,五、常用火花塞的类型与选用,1、标准形：其绝缘体裙部略缩入壳体端面，侧电极在壳体端面以外，是使用最广泛的一种。 2、突出形火花塞：绝缘体裙部较长，突出于壳体端面以外。 3、细电极形：其电极很细，特点是火花强烈，点火能力好，在严寒季节也能保证发动机迅速可靠地起动。,4、锥座形：其壳体和旋入螺纹制成锥形，因此不用垫圈既可保证良好密封。 5、多极形：侧电极一般为两个或两个以上。优点是点火可靠，间隙不需经常调整。 6、沿面跳火形：沿面间隙形，是一种最冷形火花塞，其中心电极与壳体端面之间的间隙是同心的。,火花塞的选用 1、选择火花塞要一定注意外形尺寸： 火花塞外形尺寸主要分为螺纹直径、长度、六角大小，火花塞外形尺寸，必须与原车螺纹直径、长度一致，有时火花塞螺纹直径一致，但长度不一样也不行。 2、更换火花塞要注意热值是否相符： 热值过低，会导致爆燃，使火花塞头部陶瓷烧损，破碎的陶瓷掉入发动机很危险且电极易溶；热值过高，易使火花塞头部产生积炭，跑电，打不出火；火花塞的热值代表散热快慢。 可以向商家要“热值互换表”，同一车型，不同品牌的火花塞热值不同。改装车不要盲目追求高热值，高热值动力会有所提升，但对发动机危害较大。,六、火花塞常见故障 火花塞出现的常见故障归纳为两种：一为火花塞严重烧蚀，另一种为火花塞有沉积物。 火花塞烧蚀当车主发现火花塞顶端有疤痕或是破坏、电极出现熔化、烧蚀现象时，都表明火花塞已经毁坏，此时就应该更换火花塞。在更换过程中车主可以检查火花塞烧蚀的症状以及颜色的变化。 症状1：电极熔化且绝缘体呈白色诊断：这种现象表明燃烧室内温度过高。这可能是燃烧室内积炭过多，从而造成气门间隙过小，进一步引发排气门过热或是冷却装置工作不良造成的。在火花塞未按规定力矩拧紧时也会造成电极熔化，绝缘体呈现白色的现象。,症状2：电极变圆且绝缘体结有疤痕诊断：这就表明发动机早燃，可能是点火时间过早或者汽油辛烷值过低，火花塞热值过高等原因带来的。 症状3：绝缘体顶端碎裂诊断：一般来说，爆震燃烧是绝缘体破裂的主要原因。而点火时间过早、汽油辛烷值低、燃烧室内温度过高，都可能导致发动机爆震燃烧。 症状4：绝缘体顶端有灰黑色条纹诊断：这种条纹的出现表明火花塞已经漏气，车主需要无条件更换新件。,七、火花塞的判断标准,术语 自身清洁温度： 污损领域和最佳运转范围的界限叫火花塞的自身清洁温度；此温度为附着于污损领域的积炭被火花塞点火部绝缘体的热烧失的温度（450 800 ）。,火花塞的三个燃烧状 态，这三个标准是基本的判断基准，此外燃烧状态也随火花塞温度而变化。,熏黑：火花塞点火部位附着积炭 后果：火花塞点火部位附着的积炭，易引起跑电，进而导致失火或熄火； 现象：点火线圈产生的高压电，如果通过积炭跑掉的话会导致车辆行走中出现失火及发动不良等。,如果有附着炭的话，绝缘电阻值降低，点火线圈产生的电压也随之降低，如果火花塞产生的电压比火花塞要求的电压低，则点不着而导致失火！,绝缘电阻值和点火线圈发生电压的关系,过度燃烧 过度燃烧时，发火部绝缘体表面变成白炽状态，附着的熔渣（沉积物）上带有斑点。如果过度燃烧程度进一步发展的话，将发生电极溶解的现象，如果火花塞的温度达到800以上（异常超热状态），在火花塞间隙点火前，发火部位将成为热源导致异常燃烧（提前点火），有可能损伤发动机。,八、火花塞损坏型式,侧电极断裂,绝缘体端部断裂,安装螺丝损伤,主体金属部件损伤,绝缘体裂纹,九、火花塞飞狐、飞线,火花塞飞线是飞狐产生的,十、火花塞的电晕放电污损,电晕放电污损,2019/8/23,49,可编辑,第 50页 共 页,火花塞的电晕放电原因在火花塞间隙间引起的点火高电压，也存在于中心电极和主体金属部件空隙部分的空气被绝缘破坏，这就是电晕放电! 发生的电晕放电向终端螺帽发展，在夜间，电晕放电看上去呈青白色！,十一、火花塞检查、更换,火花塞是耗损件，即使是正确使用也需要进行定期检查和更换： 检查项目包括：间隙调整，侧极是否烧偏，是否有飞线、破损裂纹、熏黑、过度燃烧等； 一般火花塞的使用寿命为2万公里；,点火信号发生器,点火信号发生器主要有磁感应式、霍尔效应式和光电效应式三种。磁感应式结构和工作原理如图所示。,由于信号转子的凸轮逐渐向铁心靠近，凸轮与铁心间的空气间隙越来越小，通过传感线圈的磁通逐渐增多，于是在线圈内便产生一感应电动势（其方向是阻碍磁通的增加，大小与磁通的变化速率成正比）。当信号转子转到铁心位于信号转子的两个凸齿之间的某一位置时，磁通变化速率最大，其感应电动势最高。,可见，信号转子转动时，传感线圈中的感应电动势的方向会发生交替变化，因而传感线圈两端输出的是交变信号，且信号转子每转一圈，所产生的交变信号的个数等于凸齿数，即等于发动机气缸数。点火控制器根据该交变信号的高低，控制点火线圈初级电路的通断，使火花塞跳火。曲轴每转两圈(一个工作循环)，信号转子转一圈，传感线圈产生的交变信号使每缸点一次火，即每一个交变信号，使点火线圈初级电路通断一次，完成一次点火。,磁感应式点火信号发生器输出的交变信号受发动机转速的影响很大。转速升高时，传感线圈中磁通量的变化速率增大，因而感应电动势成正比例增大，信号越强。,霍尔效应式发生器的结构 主要由带叶片的信号转子（又称触发叶轮） 1、霍尔元件2、永久磁铁 3、放大和整形电路等组成。,工作原理如下： 当触发叶轮的叶片在永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙中时，霍尔电压UH为零，霍尔集成电路内的输出级三极管处于截止状态，因此，点火信号发生器输出高电平（接近于电源电压）；而当触发叶轮的叶片离开空气隙时，霍尔元件产生霍尔电压UH，则霍尔集成电路输出级三极管导通，信号发生器输出低电平（约0.30.4V）,霍尔效应式点火信号发生器工作过程。,光电效应式信号 发生器的结构,分电器,(1)离心点火提前机构,离心点火提前机构是装在断电器固定板的下部，在分电器轴4上固定有托板7，两个重块5分别套在托板的柱销9上，重块的另一端由弹簧6拉住。凸轮和拨板为一体套在分电器的上端，而拨板3的孔则插在离心块的销钉8上。,离心提前机构的工作特性,(2) 真空提前机构,工作原理： 发动机负荷很小时，节气门开度很小，小孔处的真空度大，吸动膜片向右拱曲，拉杆拉动活动底板带着点火信号发生器逆分电器轴旋转方向转动一定角度，使点火提前角增大；反之亦然。,真空提前机构的工作特性:,5.点火控制器,不同厂家、不同车型、不同年代所用的点火控制器电路原理及电路参数各不相同，电路的完善程度也存在较大差别，但有一点是共同的，即点火控制器的基本功用为:根据点火信号发生器所产生的点火脉冲信号，控制点火线圈初级绕组中电流的通、断,以便点火线圈次级绕组产生高压电，供火花塞点火。,由于绝大多数点火控制器都采用集成电路结构（或即使是分离元件，也用环氧树脂胶等固化在一起），内部电路发生故障后，修复比较困难。因此，点火控制器一旦内部发生故障，往往是采用换件的方法进行修理。,其他功能与原理 随着人们要求的不断提高，点火控制器逐步增加了其他一些功能，使电路越来越复杂，性能也更加完善。这些功能主要包括：自动断电保护、导通角(闭合角)控制、恒电流控制、点火时间校正等。,点火器按其控制点火线圈初级电流的主要元件分，有晶体管点火器、可控硅点火器、集成电路点火器三种。 1、晶体管点火器 利用大功率三极管的导通和截止来接通和切断初级电流。电路形式多种多样，但基本组成有：传感脉冲整形电路、点火线圈通电时间控制电路、稳压电路、大功率输出电路。,2、可控硅点火器 有脉冲整形器、触发器、逆变升压器、整流器以及可控硅SCR、电容等组成。,3、集成电路点火器 构成与晶体管点火器基本相同，其输出级大多采用单只大功率晶体管或复合晶体管，以控制点火线、初级电路的通断。不过，该电子点火器脉冲的形成、通电时间控制以及稳压等环节，不是采用分立的电子元件而是将它们结合在一起构成集成电路，不仅同样能完成它们所要实现的功能，还具有体积小、接线简单、工作可靠等优点。,6.高压线等,为了减轻无线电干扰，高压线为有一定电阻的高压阻尼线，阻值一般在几k至几十k不等。 火花塞插头和分火头也都有一定的电阻一般为几k。,点火系统的类型及控制电路,计算机控制点火系,按照有无分电器来分，计算机控制点火系分为有分电器计算机控制点火系和无分电器点火系两种。 有分电器计算机控制点火系由低压电源、点火开关、控制单元ECU、点火控制器、点火线圈、分电器、火花塞、高压线和各种传感器等组成 。,控制单元，又称电子控制单元，俗称电脑，简称ECU。根据各传感器输入的信号，计算确定最佳点火提前角和初级电路导通角，并将点火控制信号输送给点火控制器，通过点火控制器快速、准确地控制点火线圈的工作。 传感器是将电信号或非电信号整理或转变为电信号的装置，为控制单元提供转速、节气门开度、负荷、冷却水温度、进气温度和流量、起动开关状态、蓄电池电压、废气中氧的含量等有关发动机运行工况和使用条件的各种信息。,点火控制器，又称点火模块，主要根据控制单元输出的点火控制信号控制点火线圈初级电路的通断。 分电器主要起分配高压电的功能，多数分电器还装有曲轴位置和转速传感器及判缸信号传感器。,工作原理如下: 接通点火开关，电源电压加到点火控制器上。起动发动机，各传感器开始将发动机的各种工况信息转换为电信号并传递给控制单元，控制单元将接收到的信号与只读存储器中贮存的数据进行比较、计算后，输出点火信号至点火控制器，由点火控制器中的功率管接通和切断点火线圈的初级电路。,计算机控制点火系的点火提前角由三部分组成：初始点火提前角（又称为原始点火提前角）、基本点火提前角和修正点火提前角。 实际点火提前角=初始提前角+基本提前角+修正提前角。,初始点火提前角是指曲轴位置传感器在发动机上固定后，由曲轴位置传感器的信号转子和曲轴的相对位置决定的点火提前角。一旦曲轴位置传感器在发动机上固定，初始点火提前角就相应确定。有些车型初始点火提前角可以通过人工 “点火正时” 进行少许调整，有的则不可调。,基本点火