汽车点火系图解.doc

汽车点火系统1、点火系作用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；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；在更换燃油或安装分电器时进行人工校准点火时刻。2、点火系种类传统点火系：由蓄电池或发电机向点火系提供电能，用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。传统点火系电路如图1所示。图1 传统点火系的组成电子点火系：电子点火系由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，现已普遍使用。电子点火系有晶体管点火和集成电路点火装置两种形式。晶体管点火装置：由蓄电池或发电机向点火系提供电能；由晶体管控制点火电路的通断；由信号发生器控制点火时刻；由机械式自动调节点火时刻。常用的信号发生器有磁感应式、霍尔式和光电式三种。晶体管点火装置电路如图2所示。图2 晶体管点火装置集成电路点火装置：由蓄电池或发电机向点火系提供电能；由集成电路控制点火电路的通断；由信号发生器控制点火时刻；由机械式自动调节点火时刻，信号发生器的种类与晶体管点火装置相同，电路如图3所示。图3 集成电路点火装置3、对点火系的要求能产生足以击穿火花塞间隙的电压火花应具有足够的能量点火时刻应适应发动机的工作情况传统点火系1、组成由蓄电池（发电机）、点火开关、点火线圈、分电器、高压线和火花塞等元件组成，如图1所示。2、点火系的初级、次级电路初级电路：蓄电池正极点火开关附加电阻“+”接柱点火线圈的初级绕组“-”接线柱断电器触点搭铁蓄电池负极。次级电路：点火线圈初级绕组附加电阻点火开关蓄电池搭铁火花塞旁电极火花塞中心电极高压线分火头高压线点火线圈高压接线柱点火线圈次级。3、工作过程断电器的触点闭合时：断电器触点闭合时，接通初级电路，电流流过点火线圈的初级线圈，在线圈周围产生磁场，把电能转换成磁场能。断电器触点打开时：初级电路断开，电流突变在初级线圈中产生自感电动势，约200-300V；由于电磁感应，在次级绕组中会产生感应电动势，其值取决于两线圈的匝数比（47-70），该电压值约为12000-21000V之间，此电压加在火花塞电极两端，其中旁电极为正极；如果该电压达到一定的数值，在压缩终了时足以击穿火花塞之间的混合气，产生电火花，点燃混合气。结论：断电器的开闭由断电器凸轮轴控制，凸轮由发动机的凸轮轴或汽油泵驱动，凸轮的凸角数与气缸数相等。这样，发动机的曲轴旋转两周，凸轮轴旋转一周，每个气缸按顺序点火一次。4、点火系的工作特性（1）定义：次级电压与发动机转速的关系，如图4所示。图4 传统点火系的工作特性（2）分析：nU2max，理论上，n越低，次级电压应越高，但实际上n很低时，触点打开速度变慢，U2max下降。（3）影响因素：发动机转速与气缸数、火花塞积炭、电容器、断电器触点间隙和点火线圈温度点火系的元件1、 点火线圈结构：由初级绕组、次级绕组、铁心、高低压接线柱、附加电阻等组成。两个绕组都绕在同一个铁心上，次级绕组在内，初级绕组在外。次级绕组的匝数大于初级绕组的匝数。如图5所示。图5 点火线圈的结构点火线圈的工作原理：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。附加电阻（1）材料：点火线圈的附加电阻是由低碳钢丝、镍铬丝或纯镍丝制成。（2）特点：阻值是随着电阻自身温度的升高而增加，随着温度的降低而阻值减小。（3）作用：用于改善点火系的工作特性，使发动机转速较低时，阻值增大，而高转速时阻值减小。（4）工作过程：发动机转速低时触点闭合时间长初级电流增加流过附加电阻的电流增加附加电阻的温度升高阻值加大初级电流下降，限制了初级电流的增加，使点火线圈不至于过热；当发动机转速升高闭合时间下降初级电流下降电阻阻值减少使初级电流下降较少，避免了高速时发生断火现象。而在起动时，由于蓄电池电压下降较多，为了增加初级电流，将附加电阻短路，防止初级电流下降太多，保证了可靠点火。点火线圈的种类按低压绕组的接线柱分：二接线柱和三接线柱两种；按有无附加电阻分：有附加电阻和无附加电阻两种；按铁心的形状分：开磁路和闭磁路两种；按点火能量分：普通型和高能型两种。2、 普通分电器组成：由断电器、配电器、电容器和点火提前装置等组成，如图6所示。上部为配电器、中间是断电器，下面为点火提前装置。通常安装在发动机的左侧，由发动机的凸轮轴或机油泵驱动。1-分电器盖；2分火头；3凸轮；4触点及断电器底板总成；5电容器；6联轴节；7油杯；8真空提前机构；9分电器壳体；10活动底板；11偏心螺钉；12固定触点与支架；13活动触点臂；14接线柱；15拉杆；16膜片；17真空提前机构外壳；18弹簧；19螺母；20触点臂弹簧片；21油毡及夹圈图6 分电器的结构工作情况断电器：发动机旋转时，凸轮的凸角将活动触点顶开，切断初级电路，在次级产生高压，实现点火。凸轮的凸角数与气缸数相等，曲轴转两圈，各缸点火一次。配电器：分火头套在凸轮上，与凸轮轴同步旋转。分火头上有导电铜片，通过炭棒与主高压线连通。在旋转时将高压电按作功顺序依次分配给各分高压线插孔，实现点火。电容器：触点断开一瞬，初级绕组产生自感电动势，约200-300V，该电动势通过初级电路加载到触点两端，足以击穿触点间的空气，产生电火花，使触点加快烧蚀。在触点间并联一个电容器，为自感电动势提供一个放电回路（续流），从而保护了触点。点火提前装置为什么需要点火提前装置：火花塞产生火花点燃混合气后，火焰需要一定的时间才能传播至整个燃烧室，即从开始点火到混合气燃烧到产生最大压力，有一定的时间延迟。如果到压缩终了再点火，产生最大压力时活塞已处于下行位置，此时不可能获得最大功率。点火时刻对发动机工作的影响：点火过迟：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，炽热的气体与气缸壁接触的面积增大，转变为有效功的热量相对减少，气缸内最高燃烧压力降低，导致发动机过热，功率下降。点火过早：如果点火时刻提前过多，由于混合气的燃烧完全在压缩过程进行，气缸内的燃烧压力急剧升高，当活塞到达上止点之前即达最大，使活塞受到反冲，发动机作负功，不仅使发动机的功率降低，并有可能引起爆燃和运转不平稳现象，加速运动部件和轴承的损坏。影响点火提前角的因素：发动机的转速和发动机的负荷。随着发动机转速的增加，点火提前角应增大；随着发动机负荷的增加，点火提前角应减小。点火提前装置的种类：离心调节器：随着转速的变化自动调节点火提前角；真空调节器：随着负荷的变化自动调节点火提前角；离心式点火提前装置：离心式点火提前装置的结构如图7所示，其调节点火提前角的基本原理是：当发动机的转速上升时, 当发动机的转速升高时，分电器的转速随之升高，两重块在离心力作用下，克服弹簧外力向外甩开，同时带动拨板和凸轮沿凸轮旋转的方向相对于分电器轴转动一个角度，点火提前角增大。转速越高，离心块离心力越大，点火提前角越大。当发动机的转速下降时，当转速降低时，弹簧将重块拉回，凸轮逆旋转方向回转，点火提前角减小。说明，为了使点火提前角的变化基本适应发动机的要求，离心调节器中的两个弹簧的弹力是不同的，低速时，只有弹力小的弹簧起作用，提前角的增加幅度较大；高速时，两个弹簧共同起作用，提前角增加的幅度较小。当转速达到一定值时，点火提前角不再增加。图7 离心式点火提前装置真空式点火提前装置：真空式点火提前装置的结构如图7所示，其调节点火提前角的基本原理是：小负荷时，节气门开度也小，节气门下方及管道的真空度增大，真空吸力吸引膜片压缩弹簧而拱曲，通过拉杆拉动底板带着断电器触点逆着分电器轴旋转方向转动一定角度（凸轮位置相对不变），使凸轮提前将触点打开，于是点火提前角增大。负荷越小，节气门开度也越小，真空度越高，点火提前角越大。大负荷时，节气门开度增大，真空度减小，膜片在弹簧力的作用下压向左方，拉杆拉动断电器底板顺着凸轮的旋转一个角度，使点火提前角减小。怠速时，节气门接近关闭，吸入孔在节气门的上方，该处的真空度几乎为零，弹簧失去膜片使点火提前角最小或接近为零。图8 真空式点火提前装置3、电子点火装置分电器组成：由配电器、信号发生器和点火提前装置等组成。信号发生器：信号发生器相当于传统分电器的断电器，但没有触点。常用的信号发生器主要有三种:磁感应式、霍尔式和光电式三种，具体的结构和工作情况后面介绍。4、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。安装位置：火花塞安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。对火花塞的要求：足够的机械强度、足够的绝缘强度、良好的温度特性、良好的耐腐蚀性、良好的密封性。结构：火花塞主要由接触螺母、瓷绝缘体、中心电极、侧电极和壳体等部分组成。如图9所示。图9 火花塞火花塞的热特性：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热的性能。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。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。火花塞的选择方法: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，应选用冷型火花塞。对于小功率、小压缩比、低转速的发动机而言,燃烧室内温度低，火花塞裙部温度就低，应选择热型火花塞。电子点火装置1、特点：增大初级电流，提高次级电压和点火能量，改善高速性能。减小触点火花，延长触点使用寿命，克服机械触点带来的各种缺陷。维护容易，起动性能好。混合气燃烧完全，排污少。有利于汽车朝多缸、高速方向发展。2、种类l按使用元件分：晶体管、集成电路和微机控制。l按储能方式分：电感储能、电容储能两种。l按有无分电器分：有分电器和无分电器两种。l按使用的信号发生器分：电磁感应式、霍尔式和光电式。3、电子点火装置的组成：由点火线圈、信号发生器、电子点火器等组成。信号发生器：将非电量转换为电量的传感器，它通过一定的方式将汽车发动机曲轴转过的角度或活塞在气缸在位置转换成相应的电脉冲信号，最后送到电子控制器中，控制初级电路的通断，产生点火信号。信号发生器通常安装在分电器内部，常用的信号发生器有电磁感应式、霍尔式和光电式三种。电子点火器：根据信号发生器送来的信号，通过电子元件控制点火线圈初级电路的通断，从而在次级电路产生高压，并通过分电器送入各缸的火花塞中，实现点火。根据使用的电子元件不同，有晶体管式、集成电路式、计算机控制式和整体式等几种点火器。点火线圈：使用闭磁路高能点火线圈。4、磁感应式点火装置（1）信号发生器结构：由永久磁铁、感应线圈、转子等组成，如图10所示。转子由分电器轴驱动，其上有与发动机等缸数的齿数。图10 磁感应信号发生器的结构工作过程：当信号转子的两个凸齿中央正对铁心的中心线时，磁路中凸齿与铁心间的空气隙最长，通过线圈的磁通量最小，磁通的变化率为零；当信号转子的凸齿逐渐接近铁心时，凸齿与铁心间的气隙越来越小，线圈的磁通量不断增大，当凸齿的齿角与铁心边线相对时，磁通的变化率最大。随着转子的旋转，凸齿逐渐对正铁心，此时磁通的变化率在下降。当凸齿的中心与铁心正对时，空气隙最小，通过线圈的磁通量最大，但磁通的变化率为零，感应电动势为零。当凸齿离开铁心时，气隙在逐渐增大，磁通的变化率开始减小，感应电动势的方向发生改变，大小也随着凸齿的位置发生变化。整个工作过程如图11所示。图11 磁感应信号发生器工作过程说明：磁感应信号发生器是无源的。（2）电子点火器电路：如图12所示。图12 电子点火器电原理图工作过程：接通点火开关而信号发生器无信号输入时，VT1导通VT2导通VT3截止VT4导通VT5导通，接通初级电路。当信号发生器输出的电压为A正B负时，VT1截止，但P点仍保持高电位，VT2导通VT3截止VT4导通VT5导通，初级电路接通的。当信号发生器输出的电压为A负B正时，VT1导通，P点为低电位，VT2截止VT3导通VT4截止VT5截止，切断初级电路，在次级产生高压，点火。5、霍尔式电子点火装置（1）信号发生器结构：由与分火头制成一体的触发叶轮、霍尔集成电路、带导磁板的导磁板的永久磁铁、触发开关和专用插座等组成。触发叶轮与分火头一体，其上有与发动机气缸数相等的叶片；霍尔集成电路的外层是霍尔元件；集成电路的作用是放大霍尔电压。由于产生的霍尔电压值太小(20mV)，需要进行放大到几百mv。图13 霍尔信号发生器霍尔效应：处在磁场中的半导体基片（霍尔元件）通电时，在垂直于磁场的方向上便会产生一个与电流和磁通密度成正比的电压，此电压即为霍尔电压，这种现象称为霍尔效应。此电压大小取决于磁通的大小，而与其变化率无关，如图14所示。霍尔式传感器的基本思路：通过控制半导体上的磁通，即可控制霍尔电压的产生和消失。图14 霍尔效应原理图工作情况：当叶片处在永久磁铁与霍尔元件之间时，永久磁铁的磁场被叶片短路，霍尔元件上的磁通量为零，没有霍尔电压输出，集成电路输出高电压。当叶片离开永久磁铁时，霍尔元件上又有磁通，产生霍尔电压，集成电路输出低电压。由于霍尔电压的值较弱，不能直接作为点火系的控制信号，要经过集成电路放大、整形后使用。此信号发生器始终需要电流供电，故为有源的。如图15所示。图15 霍尔传感器工作原理（2）电子点火器霍尔式电子点火装置电路图，如图16所示。图 16 霍尔式电子点火装置电路图电子点火器电原理图：霍尔式电子点火装置采用的是集成电路点火器，具有限流、点火角控制、停车断电保护、闭合角控制等功能，电路如图17所示。图17 集成电路点火装置电路图工作原理：接通点火开关，发动机转动，分电器中霍尔信号发生器触发叶轮的叶片，周期性地通过传感器的空气间隙。当叶片进入空气隙时，霍尔元件上的磁场被屏蔽，不产生霍尔电压，经霍尔信号发生器输出的信号电压为高电压，该信号通过点火器插座和进入点火器，通过点火器内部电路使大功率三极管VT导通，接通初级电路。其回路是：蓄电池“+”点火开关点火线圈初级绕组点火器大功率管搭铁蓄电池“-”极。当触发叶轮离开空气隙时，磁场加在霍尔元件上，产生霍尔电压，信号发生器输出低电压，点火器大功率管VT截止，切断初级回路，次级产生高压，经火花塞跳火，点燃混合气。6、光电式电子点火装置（1）信号发生器结构：信号发生器由信号转子、光源和光接收器等组成，如图18所示。光源是一个钾化镓发光二极管，发射接近红外线频率的不可见光束经其前面的半球形透镜聚集，限制了光线的宽度。通过一个光敏二极管作为光接收器接收发光二极管发射的光源。图18 光电式信号发生器特点：输出电压的幅值不受发动机转速的影响，可靠性较高。工作情况：信号转子由分电器轴驱动，其上的叶片（遮光片）数与发动机的气缸数相等。当信号转子随分电器轴旋转时，叶片和缺口不断地经过光源和光敏二极管之间，光敏管在光源照射下，输出低电平，在没有光源的情况下，输出高电平，故产生脉冲信号，经过电子控制器处理后，输出点火信号。（2）电子点火装置电路图：光电式电子点火装置电路图如图19所示。图19 光电式电子点火装置电路图工作情况分析：镓砷红外线二极管GA为红外线光源，硅光敏二极管VT1为接收器。发动机工作时，遮光盘随分电器轴转动。当遮光盘上的缺口通过光源时，红外线通过缺口照到硅光敏二极管VT1上，使其导通VT2导通VT3导通VT4截止VT5导通，接通初级回路。当遮光盘的实体部分遮住红外线时，VT1 、VT2 截止VT3 导通VT4 截止。切断初级电路，在次级产生高压。点火系使用注意事项1.在停车、检查或进行必要的拆装时，应先关闭点火开关；2.蓄电池要处于充足电的状态，点火系中各导线要联接好，特别是搭铁必须良好。3.在更换点火系部件时，一般应更换同型号的，避免各种型号混用，不能用普通点火线圈取代专用点火线圈。4.在车上进行焊接时，要先拆除蓄电池接线。5.冲洗车辆时，应避免水溅入电子器件内。6.判断故障时，不要使用刮火的方法试电；7.发动机运转时，严禁拆卸蓄电池。点火系元器件的检测1、 点火线圈用万用表电阻档分别测量初、次绕组的电阻。若测量得电阻无穷大，则为绕组有断路故障；若电阻过大或过小，则说明绕组有接触不良或短路故障。用万用表测点火线圈接线柱与点火线圈外壳之间的电阻，若电阻为零，说明绕组搭铁；若电阻小于50M说明绝