中山雷氏学校汽发动机教案(单元6 汽油机点火系的构造与维修).doc

中山雷氏学校汽发动机教案首页第 次授课 授课时间 年 月 日 学时 级 班 教案修改时间 年 月 日 第 次授课 授课时间 年 月 日 学时 级 班 教案修改时间 年 月 日课程名称汽车发动机构造与维修专业名称汽车检测与维修授课教师/职称授课方式三个月班授课题目（章、节）第六章 汽油机点火系的构造与维修教材及参考书目教材：汤定国.汽车发动机构造与维修.北京:人民交通出版社，2005参考书目： 陈家瑞主编汽车构造北京：人民交通出版社，2003清华大学汽车工程系编著汽车维修北京：人民邮电出版社，2000教学目的与要求：1.通过学习掌握汽油机点火系的功用、组成和基本原理； 掌握点火系各元件的结构、工作原理。2.熟悉汽油机点火系各元件的检修 熟悉汽油机点火系常见点火故障的诊断和排除方法。内容和时间安排、教学方法：1.内容和时间安排：12 节课。2.教学方法：以课堂为主讲授结合实训及作业、辅导进行。教学重点和难点：1.重点：点火系的功用与工作原理、电控点火系的组成与工作过程、维修与故障诊断。2.难点：电控点火系的组成与工作过程、维修与故障诊断。复习思考题、作业题：思考题 1、发动机点火系的功用是什么、由哪些元件组成？分析点火系的工作过程？2、影响发动机点火系提前角的因素的哪些？3、电子点火系有哪些优点？4、分析计处算机控制点火系的工作过程？实施情况及分析：第六章 汽油发动机点火系6.1概述6.1.1 点火系的功用点火系的作用：将电池或发动机的低电压变成高电压（2030kv），并按照发动机各气 缸的工作次序和点火时间的要求，适时、准确地点燃气缸中的可燃混合气。6.1.2 点火系发展历史十九世纪八十年代，出现磁电机为电源的点火系二十世纪初，出现传统点火系，即以蓄电池和发电机为电源的点火系 二十世纪六十年代，出现电子点火系二十世纪七十年代初，出现无触点的电子点火系。目前，使用广泛 二十世纪七十年代末开始使用微机控制点火时刻的电子控制系统。 目前，最先进的：无分电器的电子点火系6.1.3点火系的分类（1）按点火电源分：分：电机式 ：应用在摩托车及大型拖拉机上蓄电池式：应用广泛（2）按存储能量的方式分类：电感储能式：应用广泛电容储能式：赛车（3）按点火信号产生的方式分类磁感应式（电子点火系）霍耳效应式 光电式 电磁振荡式6.1.4 汽车发动机对点火系的要求(1)迅速产生足以击穿火花塞间隙的高电压火花塞两电极之间的距离影响火花塞击穿电压气缸压力 击穿电压的因素气缸中空气的温度（2）电火花应具备足够高的能量点火能量不足时，会使发动机启动困难，发动机的动力性下降，油耗和排污增加，甚至 于发动机不能工作。起动时，通常电火花至少应具有 0.1 焦耳的能量，发动机正常工作时，电火花只要0.010.05 焦耳的能量就可以点燃混合气。（3）点火时刻应适应发动机的工况 点火时刻由点火提前角表示。当发动机的转速或负载发生变化时，可以通过点火提前机构进行自动调节。转速负载点火提前角 ，6.2 统点火系的工作原理及个主要元件6.2.1 传统点火系的组成 传统点火系的组成由电源（蓄电池）、发电机（图中未画出）、点火开关、点火线圈、断电器、配电器、电容器、火花塞、高压导线、阻尼电阻等组成。如图：l 一点火开关； 2 一点火线圈 ; 3 一配电器 ; 4 一断电器 ; 5 一电容器 : 6 一火花塞 :7 一高压导线 ; 8 一阻尼电阻 ; 9 一起动机 : 10 一电流表 : 11 一蓄电池 ; 12 一附加电阻6.2.2 传统点火系的工作原理 (一)低压回路：当触点 K 闭合时：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分电器壳体搭铁蓄电池负极（二）高压回路触点 K 断开：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次级线圈6.2.3 统点火系的点火过程1、 触电闭合，一次电流形成并增长阶段2、 触电打开，产生二次侧高压阶段3、火化放电阶段6.3.1 点火线圈6.3 传统点火系的主要元件（1）功用：将电源的低压电转变为点火所需要的高压电。（2）分类：两接线柱：附加电阻点火线圈：开磁路线圈：三接线柱闭磁路线圈：漏磁少，能量损失少开磁路线圈如图：1 绝缘座 ;2 一铁心 ;3 一初级绕组 s4 一次级绕组 :5 一钢套 :6 一外壳 :7 一低压接柱负极 :8 一胶木盖 :9 一高压接线柱 :10一低压接柱正极或 开关 ；如上 11 低压接线柱 开关 : 12 一附加电阻闭磁路点火线圈：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。（3）附加电阻：磁路分布如上图 12，具有正温度系数特性。作用: 低速时,使初级绕组电流增加的速减小;防止点火线圈过热. 高速时,使初级绕组电流的随转速上升而下降的速率减小,从而防止高速时断火. 起动时,将附加电阻短路,以增大初级电流,提高次级电流,以改善起动性能.6.3.2 分电器断电器：触点：控制一次电流的通闭凸轮分火头配电器旁电极分电器：（1）断电器：电容器：减小触点火花，提高二次电压点火提前机构离心点火提前机构：随转速变化而调节 真空点火提前机构：随负荷变化而调节功用：周期性地接通和断开初级电路。由一对触点和断电器凸轮组成。（2） 配电器 按发动机的点火顺序将次级高压电分配给各缸火花塞。由分火头和分电器盖组成。（3）电容器 与断电器并联，其作用是：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，提高次级电压。 (4)、 点火提前调节 装置实现 点火提 前角调 节的方法有 两种：（1）触点不动， 使凸轮 相对于其轴 顺旋转 方向 转过一 个角度 q，如图 9-9b所示。 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。（2）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 q，使点 火也提前。离心式点火提前装置 它是随着发动机转速的变化改变凸轮和轴的相位关系而调节点火提前角的。托板7固定在分电 器轴8上，重块4和10的大头端分别套在托板的两 个轴销6上，两个重块的小头端与托板之间弹簧连接。空式点火提前装置 的变化改变触点与凸轮的相位关系而调节点火提前角的。（5）火花塞：热特性要使火花塞能正常工作，其绝缘体下部裙部的温度应保持在 500750，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，引起积炭而漏电，导致不能点火。 若温度过高，则混合气与炽热的绝缘体接触时，会引起炽热点火而形成爆燃，甚至在进气过 程中燃烧，产生化油器回火现象，使发动机遭受损坏。6.4 传统点火系的工作特性一、传统点火系的工作特性 定义：点火系发出的最大电压随发动机转速或分电器转速而变化的关系。二次电压随发动机转速得升高而降低。 发动机的转速越高，触点闭合时间也越短，二次电压就越低；但发动机转速过低，触点打开慢，反而使二次侧电压降低。 由于二次电压随转速升高而降低，所以发动机在高速时容易断火。 只有nnmax,才能保证可靠点火。二、影响二次电压的因素1、 发动机的汽缸数对二次电压的影响。 二次电压最大值随气缸数量升高而降低。为了提高传统点火系在多缸、高速发动机上工作的可靠性，可以通过增大一次 断开电流，延长触点闭合时间等方法改善点火特性。2、 火花塞积炭时对二次电压的影响 若化油器调节不当或润滑油过多，会在火花塞绝缘体上形成积炭相当于火花塞电极之间并联了一个分路电阻，使二次电路在火花塞被击穿之前已构成闭合回路，造成漏电，使二次电压降低，降低点火性能，严重时，不能形成电火花，丧失点火能力。补救办法：在积炭严重时，不能点火，可以采用吊火的方法，即拔出高压导线，使其与 火花塞间保留 34 毫米的间隙即可。此方法只能临时补救，不能长期使用，增加点火 线圈的负担。3、 电容对二次电压的影响 电容越小，二次电压越高，实际上，电容不能过小。电容器应与点火线圈匹配，取0.150.35uF，分布电容可以起到抗干扰的作用。4、 触点间隙对二次电压的影响 间隙过大，二次电压降低，主要是因为闭合时间短。 间隙过小，二次电压也会降低，是因为触点火花严重。 国产汽车触点最大间隙为 0.350.45 毫米。5、 点火线圈温度对二次电压的影响 通常情况下，点火线圈的温度不超过 80 度。6.5 无触点电子点火系统传统触点式点火系是依靠断电器触点的开闭来通断点火线国的初级电流, 使点火线圈次级产生高压。这样存在触点工作可靠性低、最高次级电压不稳定、点火能量低、对火花塞 积炭敏感,以及对无线电干扰大等缺点，适应不了现代汽车发展的需要,因此逐渐被无触点式电子点火系统所取代。一、无触点电子点火系统组成与分类（1）无触点电子点系的组成 无触点电子点火系主要由点火信号发生器、点火器、点火线圈、分电器和火花塞等组成。（2）无触点电子点火系的分类无触点电子点火系按点火信号发生器的工作原理不同可分为:磁感应式、霍尔效应式、光电式、电磁振荡式等无触点电子点火系。目前汽车上广泛使用的是磁感应式和霍尔效应式。二、 磁感应式无触点电子点火系1、磁感应式点火信号发生器磁感应式点火信号发生器的作用是产生与气缸数及曲轴位置相对应的电压信号，用以触 发电子点火器按发动机各缸的点火需要，及时通断点火线圈初级回路，使次级产生高压。它主要由信号转子、传感器和永久磁铁等组成。2、点火控制器如图：它具有以下特点：（1）恒电流与可变导通角控制功能。（2）停车断电功能。（3）低转速推迟输入信号功能。（4）保护功能。三、霍尔效应式无触点电子点火系1、组成：主要由霍尔传感器（信号发生器）的分电器、点火控制器、点火线圈等组成。2、霍尔信号发生器3、霍尔信号无触点的点火器 其电路控制原理如图：（1）基本点火控制。（2）闭合角控制。（3）电流上升率控制（4）发动机熄火断电保护装置（5）初级电流限制桑塔纳轿车点火器基本电路6.6 计算机控制电子点火系一、计算机控制电子点火系的组成可分为有分电器和无分电器两大类。它主要由各种传感器、电控单元、分电器（点火器）、点火线圈等组成。传感器的作用是检测发动机运行工况。点火系的传感器主要有发动机转速传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、空气流量计、冷却液温度传感器、进气温度传感器、爆震传感器、气门位置传感器等几种 。其基本控制原理如图：计算机控制电子点火系的基本控制原理电控单元是计算机点火系的中枢。它可以实现对点火(初级绕组恒流、闭合角、气缸判别、点火监视功能)、空燃比、废气再循环、怠速等多项参数的综合控制,还具有自我诊断和保护功能。在汽车电控系统中,计算机点火系仅是其中的一个子系统。电控单元主要由微处理器(ECU)、存储器、输入/ 输出(UO)接口、模数(A/D)转换器以及整形、驱动等大规模集成电路组成。目前,国内外已将具有上述各种功能的部分,制作在同一芯片上,形成汽车专用的大规模集成电路一车用单片机。二、计算机控制电子点火系的工作原理发动机工作时,各传感器分别将每一瞬间的发动机转速、负荷、冷却液温度以及是否发生爆震等与发动机工况有关的信号,经接口电路送入控制器,控制器根据转速、负荷信号,按储存器中存放的程序以及与点火提前角和初级电路导通时间有关的数据,计算出该工况对应的最佳点火提前角和初级电路导通时间,并根据冷却液温度予以修正。最后根据计算 结果和点火基准信号,在最佳的时刻向点火控制器发出控制信号,接通点火线圈初级电路。经过最佳的导通时间后,再发出控制信号,切断初级电路,使点火线圈的次级绕组中产生高压电,并经配电器送往火花塞,点燃混合气。发动机工作时若发生爆震,爆震传感器则输出电压信号,并输入控制器,控制器将点火时间适当推迟,爆震消除后再将点火提前角逐渐移回到最佳值,实现对点火提前角的闭环控制。三、无分电器点火系无分电器点火系又称直接点火系,点火系初级回路的导断时刻、导通时间及爆震控制与有分电器的计算机控制电子点火系相同,而点火高压的分配则由电控单元通过多个点火线圈实现。气缸数为2、4、6、8等偶数的发动机，通常采用双火花点火线圈，使同时处于上止点的两个气缸共用一个双火花点火线圈同时点火,其中的一个气缸处于压缩冲程上止点前的正常点火,另一气缸处于排气冲程上止点前,点火火花“浪费”在排气中,如图下图所示。双火花点火线圈的个数为气缸数的一半。大功率三极管截止双火花输出的点火线圈放电电路四缸发动机采用两个双火花点火线圈,其电路原理如下图所示。图中IGF 为反馈信号，IGT为点火正时信号。每个点火线圈次级绕组的两端通过各缸高压线连接一个火花塞。电控单元根据发动机转速传感器、曲轴位置传感器或凸轮轴位置传感器信号判别出各缸上止点位置,控制大功率三极管,使初级绕组适时通断,实现点火高压的分配。气缸数为奇数(3、5缸)时的多缸发动机,由于各气缸处于上止点的时刻不同,每个分别采用一个点火线圈,实现点火高压的分配。6.7 点火系的检修与故障诊断一、传统点火系主要部件的检修1、断电器触点的检修（1）触点技术检查与修换（2）触点间隙的检查与调整（3）检查活动触点臂弹簧的弹力（4）检查分电器轴与衬套间的磨损（5）分电器跳火均匀性的检查2、断电器的检修（1）分电器绝缘性能检查（2）分火头漏电的检查3、真空式点火提前机构的检修（1）真空式点火提前机构调节器弹簧的检修（2）真空式点火提前机构膜片的检修（3）真空式点火提前机构调节性能的检测（4）离心式点火提前机构的检修4、电容器的检修5、点火线圈的检修（1）点火线圈初、次级绕组的检查（2）点火线圈绝缘性能的检查6、火花塞的检修二、电子点火系主要部件的检修1、点火信号发生器的检修（1）磁感应式点火信号发生器的检修 检查导磁转子与铁心间的空气间隙；用万用表检查感应线圈电阻（2）、霍尔效应式点火线圈的检修2、电子点火器的检修（1）模拟点火信号法检查（2）高压试火法三、传统点火系的故障分析点火系常见的故障有断火、火花弱、点火时间不当、缺火、错火等，使发动机不能工作或工作不正常。1. 故障分析汽车运行期间发动机不能起动或起动后运转不匀及中途熄火等,大都由点火系统和 燃油系统故障所致。据统计,点火系统和燃油系统故障占汽车总故障的50% 以上。一般说,若发动机在运转中突然熄火并发动不着,原因多为点火系统故障,发动机在运转中逐渐熄火的多为燃油系统故障。先按喇叭或开大灯,确定电源供电是否正常。确知电源供电正常后,再判断故障是在高压电路还是在低压电路。打开发动机罩,拔出分电器中央高压线,使其距气缸体4-6mm,接通点火开关,摇转曲轴,察看火花情况。2火花情况分析：2.1 火花强表示低压电路和点火线圈良好,故障在分电器和火花塞高压电路中。再从火花塞上端 拆下高压线头,摇转曲轴对机体试火,如无火应检查分火头、分电器盖及高压分线是否漏电；有火花时需检查点火正时和火花塞的工作情况。2.2 无火花表明低压电路有短路、断路或点火线圈、中央高压线有故障,可开、闭触点, 观察电流表指针读数。若电流表指示 3-5A 并间歇摆动,则低压电路良好,表明故障发生在高压电路。若电流表指针不摆动,指示为零,表明低压电路有断路。若电流表指针指示3-5A而不摆动或指示大电流,表示低压电路中有搭铁故障。3. 发动机工作不正常3.1 有一缸或几缸缺火发动机如有一缸或几缸缺火就会运转不匀 ,排气管中排