汽车构造与原理(二).ppt

第8章汽油机点火系统 8 1点火系统基本要求 1 点火提前角概念 从点火时刻起到活塞到达压缩上止点 这段时间内曲轴转过的角度 点火提前角对发动机性能的影响 适当点火提前角 可使发动机每循环所做的机械功最多 曲线阴影部分 点火提前角过大 易爆燃 点火提前角过小 排气温度升高 功率降低 最佳点火提前角 概念 当发动机转速和节气门开度一定时 能使发动机获得最佳动力性 经济性和最佳排放性能的点火提前角 影响最佳点火提前角的因素 发动机转速 转速升高 点火提前角增大 发动机负荷 歧管压力高 真空度小 负荷大 点火提前角小 反之点火提前角大 燃料性质 汽油辛烷值越高 抗爆性越好 点火提前角可增大 其他因素 燃烧室形状 燃烧室内温度 空燃比 大气压力 冷却水温度 基本点火提前角 发动机转速 进气量 歧管压力 高 高 点火提前角常用的计算方法 实际点火提前角 初始点火提前角 基本点火提前角 修正点火提前角实际点火提前角 基本点火提前角 点火提前角修正系数 2 点火系统性能指标 1 击穿电压概念 火花塞两个电极板之间产生的击穿电压 点火线圈次级绕组中的感应电压称为次极电压 其中通过的电流称为次极电流 相应的电路称为次极电路或高压电路 断电器触点刚断开时 次极电压达到峰值 称为发火电压 随后迅速衰减 次极电压波形应保证必要的火花持续时间 此期间内的次极电压波形大于击穿电压 又叫穿透电压或火花电压 影响击穿电压的因素 火花塞电极板之间的距离 火花塞间隙越大击穿电压越高 气缸压力 气缸压力越高击穿电压就越高 温度 温度越低击穿电压越高 2 点火能量概念 点火能量即点火所需要的能量 是的电流和和电压的函数 点火能量的大小影响的着发动机的动力性 经济性和排放性 3 汽油机点火系统的分类分类 传统点火系 电子点火系 微机控制点火系 磁电机点火系 8 2传统点火系统 组成 传统点火系主要由电源 点火开关 点火线圈 分电器 电容器 火花塞 高压导线 附加电阻等组成 1 点火线圈功用 将低压电转变为高压电的升压变压器 组成 由初级绕组 次级绕组和铁心等 分类 开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两种 1 开磁路点火线圈 2 闭磁路点火线圈 2 分电器组成 断电器 配电器 电容器和点火提前调节装置等 功用 1 接通或断开初级电路 2 将点火线圈产生的高压电按照发动机分配给各缸火花塞 3 根据发动机转速和负荷自动调节点火时刻 工作原理 在发动机工作时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 并按发动机要求的点火时刻与点火次序 将点火线圈产生的高压电分配到相应气缸的火花塞上 1 断电器功用 周期地接通和切断点火线圈初级绕组的电路 使初级电流和点火线圈铁心中的磁通发生变化 以便在点火线圈的次级绕组中产生高压电 2 配电器 功用 将点火线圈中产生的高压电 按发动机的工作次序轮流分配到各气缸的火花塞 3 电容器功用 减少触点断开时的火花 延长触点使用寿命 加快初级电流的衰减速度 提高次级电压 4 点火提前调节装置调节点火提前角的方法有两种 保持触点不动 将断电器凸轮相对于分电器轴顺旋转方向转过一个角度 凸轮提前将触点顶开 使点火提前 凸轮相对于轴转过的角度越大 点火提前角越大 凸轮不动 使断电器触点相对于凸轮逆着旋转方向转过一个角度 也可使点火提前 触点相对于凸轮转过的角度越大 点火提前角越大 1 离心点火提前调节装置 发动机工作时 它利用改变断电器凸轮与分电器轴之间的相对位置的方法 在发动机转速变化时自动地调节点火提前角 2 真空点火提前调节装置 3 火花塞功用 将点火线圈或磁电机产生的脉冲高压电引入燃烧室 并在其两个电极之间产生电火花 以点燃可燃混合气 结构 连接螺母 金属杆 垫圈 火花塞壳体 侧电极 中心电极 绝缘体裙部 绝缘体 分类 火花塞一般按其热特性分 有热型火花塞 普通型火花塞 冷型火花塞 热型 火花塞 适用于低速 低压缩比的小功率发动机 冷型 火花塞 适用于高速 高压缩比大功率的发动机 工作原理 传统点火系统存在的缺陷 1 触点容易烧蚀 触点间隙需要经常调整2 火花能量的提高受到初级电流允许值的限制3 多缸 高速时次级电压显著下降4 对火花塞积碳较敏感5 无线电干扰大 8 3电子点火系系统 一 电子点火系统特点 1 克服了与触点相关的一切缺点 改善了点火性能 2 可以不受触点的限制 改善发动机高速时的点火性能 3 且可以加大火花塞电极间隙 点燃较稀的混合气 改善发动机的动力性 经济性和排气净化性能 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 分类 触点式电子点火系统和无触点的电子点火系统 1 触点式点火系统触点式电子点火系统又称为半导体辅助点火系统 它是将一只高反电压的晶体管VT串联在点火线圈的一次电路中 控制一次电路的通断 而触点开闭控制着晶体管导通和截止 工作原理 2 无触点式电子点火系统无触点式电子点火系统取消了断电器触点 利用各种信号发生器代替断电器触点 产生点火信号 通过电子元件组成的点火控制器 控制点火系工作 组成 无触点电子点火系统与传统点火系统比较 结构上 取消了断电器 用信号发生器代替凸轮 用点火器取代了白金触点 原理上 初级绕组电流的通 断由信号发生器和点火器配合完成 其他工作过程变化不大 点火器除了控制初级绕组电流的通 断外 内有控制电路 闭合角控制和恒流控制 可改善点火性能 分类 磁电式 霍尔式 光电式电磁振荡式 1 磁电式电子点火系统磁电式电子点火系统主要由点火线圈 火花塞 分电器 磁电式信号发生器和点火控制器等组成 工作原理 利用电磁感应原理 信号转子转动时 信号转子的凸齿与铁心的空气隙发生变化 使通过传感线圈的磁通发生变化 因此传感线圈中便产生感应的交变电动势 该交变电动势输入到点火器 以控制点火系统工作 电磁式信号发生器 点火控制器 点火器中各三极管作用 VT1 发射极与集电极相连 相当于一个二极管 VT2 触发管 起信号检测作用 VT3 VT4 放大作用 将VT2输出放大以驱动VT5VT5 大功率管 控制初级电流的通断 2 霍尔式电子点火系统霍尔效应 当电流垂直于磁场方向通过导体时 在垂直于磁场和电流的导体的两个端面之间出现电势差的现象就称为霍尔效应 该电势差称为霍尔电压 霍尔式信号发生器 如图 工作原理 当触发叶轮转动时 每当叶片进入永久磁铁与霍尔集成块之间的空气隙时 霍尔集成块中的磁场即被触发叶轮的叶片所旁路 或称隔磁 这时霍尔元件不产生霍尔电压 集成电路输出级的晶体管处于截止状态 信号发生器输出高电位 当触发叶轮的叶片离开空气隙时 永久磁铁的磁通便通过霍尔集成块和导板构成回路 这时霍尔元件产生霍尔电压 集成电路输出级的晶体管处于导通状态 信号发生器输出低电位 霍尔点火控制器 霍尔信号发生器的优点 1 工作可靠性高 霍尔信号发生器无磨损部件 不受灰尘 油污的影响 无调整部件 小型坚固 寿命长 2 发动机起动性能好 霍尔信号发生器的输出电压信号与叶轮叶片的位置有关 但与叶轮叶片的运动速度无关 也就是说它与磁通变化的速率无关 它与磁感应信号发生器不同 它不受发动机转速的影响 明显地增强了发动机的起动性能 有利于低温或其他恶劣条件下起动 霍尔信号发生器目前已经得到广泛的应用 3 光电式点火系统采用光电式点火信号发生器产生点火信号 控制电子点火器和点火系的工作 组成 转盘 光触发器 发光二极管 光敏二极管缺点 抗污能力差 对分电器的密封要求高 应用不广泛 光电感应原理 利用光敏二极管的光敏效应制成 当光敏二极管接收到光线时 光敏二极管导通 当光敏二极管没接收到光时 就截止 光电感应式传感器的安装位置 一般安装在分电盘上 遮光盘 发光二极管和光敏二极管实物图 工作原理 遮光盘位于发光二极管和光敏二极管之间 当缝隙对准发光二极管和光敏二极管时 光线照到光敏二极管上 使点火控制系的晶体管导通 从而初级线圈初级绕组通电 当遮光盘的转动挡住发光二极管的光线时 光敏二极管截止 使点火控制系的晶体管导通截止 初级线圈初级绕组断电 次级绕组产生自感电动式 4 振荡式电子点火系统振荡式电子点火系统采用振荡式信号发生器产生点火信号 并利用点火控制器控制点火 振荡式信号发生器 点火控制器 无触点电子点火系统的优 缺点 优点 由于采用了信号发生器 从根本上消除了由触点引起的一系列问题 在所有转速范围内都能可靠点火 闭合角控制和恒流控制 在提高点火电压和点火能量方面很有成效 缺点 对点火时刻的控制依然依靠离心式和真空式两套机械式点火提前装置来完成 不能保证发动机点火时刻始终处于最佳状况 因为最佳点火提前角除了与转速和负荷有关外 还和其他因素有关 8 4微机控制的点火系统 微机控制点火系统的特点 1 由微机控制点火提前角取代了机械式点火提前装置 提高了点火精度 确保在任何工况下发动机都采用最佳点火提前角 2 采用爆燃传感器闭环控制 在确保发动机发生爆燃的可能性降低的情况下 尽可能的提高发动机热效率3 对于无分电器点火方式 减少了点火能量损失 并增加了点火线圈数量 确保发动机在高速时具有足够的次级电压和点火能量 4 具有故障自诊断功能 微机控制点火系统的分类 根据高压配电方式可分为有分电器式和无分电器式 无分电器式按点火方式分为单独点火方式和双缸同时点火方式 根据反馈控制有无可分为开环控制方式和闭环控制方式 1 有分电器式微机点火系统该系统仍然保留分电器 点火线圈产生的高压电是经过分电器中的配电器进行分配的 即由分火头和分电器盖组成的配电器 依照点火顺序适时地将高压电分配至各气缸 使各缸火花塞依次点火 有分电器微机控制点火系统一般由传感器 微机控制器 点火执行器等组成 有分电器式点火系统存在的缺陷 1 高压电经分火头 旁电极 高压线时 点火能量损失大 对高速 多缸的点火能量达不到最佳 2 点火正时误差大 无线电干扰严重 2 无分电器式微机控制点火系统直接点火系统取消了分电器 该系统中点火线圈上的高压线直接与火花塞相连 工作时 点火线圈产生的高压电直接送至各火花塞 由微机根据各传感器输入的信息 依照发动机的点火顺序 适时的控制各缸火花塞点火 无分电器微机控制点火系统概述 无分电器微机控制点火系统由低压电源 点火开关 微机控制单元 ECU 点火控制器 点火线圈 火花塞 高压线和各种传感器等组成 有的无分电器点火系统还将点火线圈直接安装在火花塞上方 取消了高压线 优点 1 在不增加电能消耗的情况下 增大了点火能量2 对无线电的干扰大幅度降低 3 避免了与分电器有关的一些机械故障 工作可靠性提高4 高速时点火能量有保证 5 节省了安装空间 有利于发动机的合理布置 6 无需进行点火正时方面的调整 使用 维护方便分类 1 同时点火方式 两个气缸合用一个点火线圈 对两个气缸同时点火 2 单独点火方式 每个气缸的火花塞配一个点火线圈 单独对本缸点火 工作原理 1 单独点火方式独立点火方式是一个缸的火花塞配一个点火线圈 各个独立的点火线圈直接安装在火花塞上 独立向火花塞提供高压电 各缸直接点火 这种结构的特点是去掉了高压线 因此可以使高压电能的传递损失和对无线电的干扰降低到最低水平 这种线圈的初级电流可以设计得较大 即使在发动机以9000r min高速运行时 也能够提供足够的点火能量 2 共同点火方式共同点火方式是一种直接用点火线圈分配高压电的同时点火方式 每个点火线圈供给配对的两个缸的火花塞以高压电 微机控制点火系统的组成 1 传感器用来检测发动机工作状况 并将各种信号传给微机控制器 2 微机控制单元微机控制单元根据曲轴位置传感器或气缸判别信号传感器确定需要控制的点火线圈初级绕组 同理 输出接口电路也不只输出一路点火控制信号 而是依次输出多路点火控制信号 分别控制点火控制器中与各点火线圈初级绕组对应的大功率三极管的通断 或者输出接口电路在输出一路点火控制信号的同时输出一路判别气缸信号 由点火控制器根据点火控制信号和判别气缸信号控制与各点火线圈初级绕组对应的大功率三极管的通断 使需要点火气缸的火花塞适时跳火 3 点火控制器由于无分电器点火系统有两个或多个点火线圈或点火线圈初级绕组 所以点火控制器一般除了具有自动断电功能 导通角控制 恒流控制等电路外 还有气缸判别电路和多个大功率三极管及相应的控制电路 4 点火线圈 独立点火方式配电用的点火线圈 采用独立点火方式时 发动机每个气缸都有自己的点火线圈 每个点火线圈的结构完全相同 独立点火方式特别适合在双凸轮轴发动机上配用 点火线圈安装在两根凸轮轴中间 每一点火线 圈压装在各缸火花塞上 在布置上很容易实现 奥迪轿车四气门五缸发动机的点火线圈安装情况 每个点火线圈通过导向座用四个螺钉固定在气缸盖的盖板上 然后再扣压到各缸火花塞上 点火线圈配电方式配用的点火线圈 发动机采用点火线圈配电方式时 点火线圈实际是由若干个相互屏蔽的 独立的点火线圈组装起来形成的一个点火线圈组件 每个独立的点火线圈初级绕组的一端通过点火开关与电源正极相连 另一端由点火控制器的大功率三极管控制搭铁 次级绕组两端分别接到两个气缸的火花塞上 使两个气缸的火花塞同时跳火 工作原理 微机控制点火系统的功能 1 点火提前角的控制2 通电时间的控制3 爆燃的控制 一 点火提前角的控制 1 最佳点火提前角确定依据2 控制点火提前角的基本方法3 点火提前角的修正 发动机转速 随着转速的升高点火提前角增大 采用电控点火系统 更接近理想的点火提前角 发动机负荷 歧管压力高 真空度小 负荷大 点火提前角小 反之点火提前角大 采用电控点火 ESA 系统时 可以使发动机的实际点火提前角接近于理想的点火提前角 燃料性质 汽油辛烷值越高 抗爆性越好 点火提前角可增大 反之应减小 其他因素 燃烧室形状 燃烧室内温度 空燃比 大气压力 冷却水温度 1 最佳点火提前角确定依据 发动机起动时 按ECU内存储的初始点火提前角 设定值 对点火提前角进行控制 起动时点火提前角的设定值随发动机而异 对一定的发动机而言 起动时的点火提前角是固定的 一般为10 左右 发动机正常运转时 起动后 主ECU根据发动机的转速和负荷信号 确定基本点火提前角 并根据其他有关信号进行修正 最后确定实际的点火提前角 并向电子点火控制器输出点火执今信号 以控制点火系的工作 2 控制点火提前角的基本方法 丰田汽车TCCS系统点火提前角的控制 点火提前角确定 1 起始点火提前角设定起始点火提前角为原始设定的 也称固定点火提前角 一般为上止点前10 在下列情况实际点火提前角等于初始点火提前角 发动机起动时 由于转速变化很大 无法正确计算点火提前角 当发动机的起动转速在400r min以下时 当发动机ECU内的后备系统工作时 发动机起动过程中 进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号不稳定 ECU无法正确计算点火提前角 一般将点火时刻固定在设定的初始点火提前角 此时的控制信号主要是发动机转速信号 Ne信号 和起动开关信号 STA信号 2 起动时点火提前角的控制 3 起动后基本点火提前角的确定 发动机起动后怠速运转时 ECU根据节气门位置传感器信号 IDL信号 发动机转速传感器信号 Ne信号 和空调开关信号 A C信号 确定基本点火提前角 发动机起动后在除怠速以外的工况下运转时 ECU根据发动机的转速和负荷 单位转数的进气量或基本喷油量 确定基本点火提前角 不同的发动机控制系统中 对点火提前角的修正项目和修正方法也不同 修正方法有修正系数法和修正点火提前角法两种 主要修正项目有 1 水温修正 2 怠速稳定修正 3 空燃比反馈修正 4 发动机爆燃修正 5 最大提前和推迟修正 3 点火提前角的修正 1 水温修正 水温修正又可分为暖机修正和过热修正 发动机冷车起动后的暖机过程中 随冷却水温的提高 混合气的燃烧速度加快 燃烧过程所占的曲轴转角减小 点火提前角也应适当减小 如右图所示 ECU根据实际转速与目标转速的差来修正点火提前角 低于目标转速 应增大点火提前角 反之 推迟点火提前角 控制信号有 发动机转速信号 Ne信号 节气门位置传感器信号 IDL信号 车速传感器信号 SPD信号 空调开关信号 A C信号 2 怠速稳定修正 由于空燃比反馈控制系统 是根据氧传感器的反馈信号调整喷油量的多少来达到最佳空燃比控制的 所以这种喷油量的变化必然带来发动机转速的变化 为了稳定发动机转速 点火提前角需根据喷油量的变化进行修正 如右图所示 3 空燃比反馈修正 4 发动机爆燃控制当发动机产生爆燃时 对基本点火提前角进行适当修正 以迅速减少爆燃 5 最大提前和推迟控制根据发动机实际工况和状态 微机点火时刻控制系统设定了一个实际点火提前角的数值范围 以控制发动机工作时其点火提前角不会超出正常的工作极限值 最大点火提前角 35 45 最小点火提前角 10 0 二 通电时间控制 闭合角控制 1 通电时间对发动机工作的影响2 通电时间的控制方法3 点火线圈的恒流控制 1 通电时间对发动机工作的影响 在发动机工作时 必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间 但如果通电时间过长 点火线圈又会发热并增大电能消耗 要兼顾上述两方面的要求 就必须对点火线圈初级电路的通电时间进行控制 现代电控点火系统和传统的分电器不同 传统的点火线圈初级电路的通电时间取决于断电器触点的闭合角和发动机转速 而现代点火线圈初级电路的通电时间由ECU控制 根据发动机的转度信号和电源电压信号确定最佳的闭合角 通电时间 并控制点火器输出指令信号 IGt信号 以控制点火器中晶体管的导通时间 2 通电时间的控制方法 3 点火线圈的恒流控制 由于现代车采用了高能点火线圈 改善点火性能 为了防止初级电流过大烧坏点火线圈 在部分电控点火系统的点火控制电路中增加了恒流控制电路 恒流的基本方法是 在点火器功率晶体管的输出回路中增设一个电流检测电阻 用电流在该电阻上形成的电压降反馈控制晶体管的基极电流 只要这种反馈为负反馈 就可使晶体管的集电极电流稳定 从而实现恒流控制 爆燃的危害会导致冷却液过热 功率下降油耗上升 控制方法推迟点火提前角 利用爆震传感器中的压电晶体的压力效应 三 爆燃的控制 8 5汽车电源 功用 兼顾发动机任何工况 适时的向汽车点火系 起动系 灯光 信号等全车用电器设备供电 组成 汽车电源主要由蓄电池和发电机及其电路组成基本工作原理 1 在发动机起动时 蓄电池向起动机 点火系供电 2 当发动机处于低转速或不运转时 由蓄电池向全车供电 3 当发动机转速大于一定值时 由发电机向全车电器供电 并同时给蓄电池供电 4 当车用电器所需功率超过发电机的额定功率时 蓄电池和发电机同时供电 1 蓄电池功用 在发动机起动时向起动机提供200 600A的起动电流 分类 普通蓄电池 干荷蓄电池 免维护蓄电池构造 蓄电池主要由极板 隔板 壳体 电解液组成 1 极板正极板 活性物质为二氧化铅 呈深棕色负极板 活性物质为海绵状纯铅 呈青灰色 2 隔板功用 防止正极板短路和减少蓄电池内阻和尺寸 3 壳体功用 用来承装电解液和极板组 4 电解液电解液是由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配置而成 并通过硫酸水溶液的电化学反应从而发生导电作用 工作原理 正极 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O负极 Pb SO42 2e PbSO4总反应 PbO2 2H2SO4 Pb 2PbSO4 2H2O 阳极 电解液 阴极 PbO2 2H2SO4 Pb PbSO4 2H2O PbSO4 放电反应 硫酸铅 水 硫酸铅 阳极 电解液 阴极 PbSO4 2H2O PbSO4 PbO2 2H2SO4 Pb 充电反应 过氧化铅 硫酸 海绵状铅 从以上的化学反应方程式中可以看出 铅酸蓄电池在放电时 正极的活性物质二氧化铅和负极的活性物质金属铅都与硫酸电解液反应 生成硫酸铅 在电化学上把这种反应叫做 双硫酸盐化反应 在蓄电池刚放电结束时 正 负极活性物质转化成的硫酸铅是一种结构疏松 晶体细密的结晶物 活性程度非常高 在蓄电池充电过程中 正 负极疏松细密的硫酸铅 在外界充电电流的作用下会重新变成二氧化铅和金属铅 蓄电池就又处于充足电的状态 正是这种可逆转的电化学反应 使蓄电池实现了储存电能和释放电能的功能 免维护蓄电池 所谓免维护蓄电池 是指在规定的使用条件下 使用期间不需要进行维护的蓄电池 免维护蓄电池因其在正常充电电压下 电解液仅产生少量的气体具有内阻小 低温起动性能好 比常规蓄电池使用寿命长等特点 由于免维护蓄电池采用铅钙合金栅架 充电时产生的水分解量少 水份蒸发量低 加上外壳采用密封结构 释放出来的硫酸气体也很少 蓄电池的正确使用和维护主要有以下7点 1 检查蓄电池在支架上的固定螺栓是否拧紧 安装不牢靠会因行车震动而引起壳体损坏 另外不要将金属物放在蓄电池上以防短路 2 时常查看极柱和接线头连接得是否可靠 为防止接线柱氧化可以涂抹凡士林等保护剂 3 不可用直接打火 短路试验 的方法检查蓄电池的电量这样会对蓄电池造成损害 4 普通铅酸蓄电池要注意定期添加蒸馏水 干荷蓄电池在使用之前最好适当充电 必要时补充蒸馏水有助于延长使用寿命 5 蓄电池盖上的气孔应通畅 蓄电池在充电时会产生大量气泡若通气孔被堵塞使气体不能逸出当压力增大到一定的程度后就会造成蓄电池壳体炸裂 6 在蓄电池极柱和盖的周围常会有黄白色的糊状物 这是因为硫酸腐蚀了根柱 线卡 固定架等造成的 这些物质的电阻很大 要及时清除 7 当需要用两块蓄电池串联使用时蓄电池的容量最好相等 否则会影响蓄电池的使用寿命 蓄电池型号 蓄电池型号主要由三部分组成 第一部分 串联的单体的蓄电池数第二部分 蓄电池类型和特征代号蓄电池类型代码 Q表示起动用G表示固定用D表示电车用A表示干荷点式F表示防酸式FM表示阀控式W表示无需维护J表示激活式B表示半密封式TK表示坦克用M摩托车用蓄电池特征代码 见书 第三部分 额定容量为20h放电率额定容量20h放电率额定容量 一个全充电的12V蓄电池在电解液温度为25 时 连续20h输出最大稳定电流而电池电压不低于10 5V是所输出的电量 例 6 QA 90由六个单格蓄电池组成 额定电压为12V 额定容量为90Ah 起动用的干荷蓄电池8 MW 60 2 发电机功用 车用发电机是在发动机的驱动下 将机械能转变为电能的装置 它作为汽车的主要电源 其作用是在发动机怠速以上转速运行时 为电气设备供电且不断地给蓄电池充电 1 硅整流交流发电机分类 按总体结构的不同分 普通交流发电机 指无特殊装置和特殊功能的汽车交流发电机 如JF132交流发电机 整体式交流发电机 指内装电子调节器的交流发电机 如一汽大众奥迪 高尔夫 捷达和上海桑塔纳等轿车用JFZ1613Z型交流发电机 带泵交流发电机 指带真空泵的交流发电机 如JFB1712系列交流发电机 无刷交流发电机 指无电刷和滑环结构的交流发电机 如JFW1913型交流发电机 永磁交流发电机 指转子磁极采用永磁材料的交流发电机 按整流器结构不同分 六管交流发电机 八管交流发电机 九管交流发电机 十一管交流发电机 按励磁绕组搭铁方式不同 内搭铁交流发电机 指励磁绕组一端通过发电机外壳直接搭铁 另一端通过调节器接电源的交流发电机 如JF132N交流发电机 外搭铁交流发电机 指励磁绕组一端直接接电源 另一端通过调节器搭铁的交流发电机 多数采用电子调节器的发电机都是这种类型 硅整流交流发电机的结构 硅整流交流发电机由一台三相同步交流发电机和硅二极管整流器组成 发电机工作时产生的三相交流电通过整流器进行三相桥式全波整流后转变为直流电 硅整流交流发电机是由转子 定子 整流器 端盖 风扇叶轮等组成 1 转子功用 通过轴承固定在发电机上 由发动机驱动旋转 用来产生旋转的磁场 组成 爪形磁极 磁场绕组 滑环2 定子功用 固定在发电机壳体上 用来产生感应电动势组成 定子铁芯 三项定子绕组3 整流器功用 将三相定子绕组产生的交流电转变成直流电4 端盖和冷却风扇功用 密封 散热 工作原理 发电机工作时 通过电刷和滑环将直流电压作用于励磁绕组1的两端 则在励磁绕组中有电流通过 并在其周围产生磁场 使转子轴和轴上的两块爪形磁极被磁化 一块为N极 另一块为S极 由于它们的极爪相间排列 便形成了一组交错排列的磁极 当转子旋转时 在定子中间形成旋转的磁场 使安装在定子铁心上的三相定子绕组中感应生成三相交流电 经整流器整流为直流电 3 电压调节器功用 在发电机转速变化时 保持发电机端电压恒定 分类 触点振动式 晶体管电压调节器 集成电路电压调节器1 触点振荡式电压调节器触点振荡式电压调节器简称为触点式电压调节器 是一种机械式电压调节器 它包括单级触点式电压调节器 双级触点式电压调节器其基本原理都是以发电机的转速为基础 通过改变触点的开闭时间 改变励磁电流 维持发电机电压的恒定 由于触点振荡式电压调节器存在体积大 触点易烧蚀 机械惯性大 被调电压起伏幅度大等缺点 压起伏幅度大等缺点 已逐步被晶体管和集成电路电子电压调节器所取代 2 晶体管电压调节器 晶体管电压调节器利用晶体管的开关作用 控制发电机励磁电路的通 断 调节励磁电流和磁极磁通 在发电机转速超过一定数值以后维持发电机电压恒定 3 集成电路电压调节器集成电路电压调节器的组成和工作原理与晶体管电压调节器相似 但集成电路调节器中的所有元件都制作在同一个半导体基片上 形成一个独立的 相互不可分割的电子电路 集成电路调节器具有体积小 工作可靠 无需维护等特点 在现代汽车上应用十分广泛 由于集成电路调节器体积小巧 外部结构十分简单 它可以安装在发电机的内部或安装在发电机的壳体上 与发电机组成一个完整的充电系统 简化了充电系统的结构 安装在发电机内部的调节器 称为内装式调节器 具有内装式调节器的发电机和调节器安装在发电机壳体上的发电机都称为整体式交流发电机 本章小结 1 点火提前角的影响因素2 传统点火系的组成及工作原理和缺陷3 电子点火系的种类4 微机点火系统的分类和基本组成5 汽车电源的组成和蓄电池的工作原理 第9章发动机冷却系统 9 1冷却系统概述 冷却系统的功用 使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内 防止发动机过热或过冷 并且在发动机冷起动后使发动机迅速升温 尽可能缩短暖机时间 冷却系统的分类 发动机常见的冷却方式可分为风冷和水冷 1 水冷系水冷却系一般指强制循环水冷系 通常以冷却液为冷却介质 汽车发动机就采用强制循环水冷却系统 水冷却系的最大优点是冷却强度高 发动机内部和外部冷却较均匀 冷却水路设计自由度大等 最大缺点是容易漏水 需要经常维修等 组成 水冷系由水泵 散热器 冷却风扇 节温器 补偿水桶 发动机机体和气缸盖中的水套以及其它附属装置组成 冷却水在强制循环水冷系中的流动 散热器底部经过冷却的冷却水经水泵加压 经过分水管进入发动机机体的冷却水套 吸热后向上流入气缸盖水套 再次吸热后经节温器主阀门通过出水软管进入散热器 对着散热器的冷却风扇加速流经散热器芯的空气 促使热水加速冷却 然后经进水软管被水泵有一定真空度的进水口吸入 2 风冷系风冷系发动机是以空气作为冷却介质的发动机 它在气缸及缸盖的外壁铸造出一些散热片 并用冷却风扇使空气高速吹过散热片表面 带走发动机散出的热量 使发动机冷却 风冷发动机的特点是结构简单 质量轻 维护使用方便 对气候变化适应性强 起动快 不需要散热器 因此它被一些军用汽车和个别载货汽车采用 风冷发功机大量用于摩托车 使摩托车不必安装散热器 风冷发动机还用于缺水地区 因为它不用水作冷却介质 它的缺点是 缸体和缸盖刚度差 振动大 噪声大 容易过热 结构 3 冷却液冷却液是汽车发动机不可缺少的一部分 它在发动机冷却系统中循环流动 将发动机工作中产生的多余热能带走 使发动机能以正常工作温度运转 汽车常用的冷却液有水及加有防冻液的冷却液 1 水冷却液 水冷却液是指直接用水作冷却液 具有简单方便的优点 要求添加雨水 雪水 或离子交换水 不宜添加河水 井水等含矿物质的水 以免产生水垢 导致散热不良 并注意在冬季 应放水过夜 以防水结冰胀裂机体等部件 2 防冻液采用防冻液可以提高汽车冷却液的防冻和防沸能力 不同的冷却液有不同的凝固点和沸点 可根据发动机使用条件进行选用 一般采用乙二醇或酒精为防冻材料 冷却液一般具有一定毒性 使用时应当注意 正常冷却要求及冷却不足的后果 正常冷却要求 冷却不足的后果 9 2水冷系的基本组成 构成 主要有散热器 冷却风扇 冷却水泵 节温器组成 1 散热器结构 散热器由上水室 下水室 散热器芯等组成 散热器上水室顶部有加水口 冷却水由此注入整个冷却系并用散热器盖盖住 在上水室和下水室分别装有进水管和出水管 进水管和出水管分别用橡胶软管和气缸盖的出水管和水泵的进水管相连 这样 既便于安装 而且当发动机和散热器之间产生少量位移时不会漏水 在散热器下面一般装有减震垫 防止散热器受振动损坏 在散热器下水室的出水管上还有放水开关 必要时可将散热器内的冷却水放掉 分类 纵流式和横流式 功用 将水套出来的热水自上而下或横向的分成许多小股并将其热量散给周围的空气 增大散热面积 加速水的冷却 冷却水经过散热器后 其温度可 横流式散热器1 上水室 2 进水管 3 散热器芯 4 散热器盖 5 下水室 6 出水管 纵流式散热器 降低10 15 为了将散热器传出的热量尽快带走 在散热器后面装有风扇与散热器配合工作 散热器芯 散热器芯由许多冷却管和散热片组成 对于散热器芯应该有尽可能大的散热面积 采用散热片是为了增加散热器芯的散热面积 散热器芯的构造形式有多样 常用的有管片式 管带式和板式1 管片式散热器冷却管的断面大多为扁圆形 它连通上 下水室 是冷却水的通道 和圆形断面的冷却管相比 不但散热面积大 而且万一管内的冷却水结冰膨胀 扁管可以借其横断面变形而避免破裂 采用散热片 不但可以增加散热面积 还可增大散热器的刚度和强度 这种散热器芯强度和刚度都好 耐高压 但制造工艺较复杂 成本高 2 管带式散热器采用冷却管和散热带沿纵向间隔排列的方式 散热带上的小孔是为了破坏空气流在散热带上形成的附面层 使散热能力提高 这种散热器芯散热能力强 制造工艺简单 成本低 但结构刚度不如管片式大 一般多为轿车发动机采用 3 板式散热器板式散热器的冷却液通道由成对的金属薄板焊接而成 这种散热器芯散热效果好 制造简单 但焊缝多不坚固容易沉积水垢不易维修 散热器盖 散热器盖主要功用是将水冷系密封住 以防冷却水溅出 其次 散热器盖具有空气 蒸汽阀的功用 当水冷系过热而使水蒸气多时 冷却系统压力过高 可能导致散热器芯涨破 此时散热器盖中的蒸汽阀打开 多余的水蒸气经溢流管流入补偿水桶 当水冷系过冷而使水蒸气凝结 冷却系统压力过低 可能导致散热器芯压瘪而破裂 此时散热器盖中的空气阀打开 冷空气补充入冷却系统 因此 散热器盖可以确保密封加压的水冷系压力稳定 补偿水桶 功用 补偿冷却液损失消除水冷系中的所有气泡 散热器百叶窗作用 通过改变吹过散热器的空气流量来调节发动机的冷却强度 以保证发动机经常在适当的温度范围内工作 2 冷却风扇作用 提高流经散热器的空气流速和流量 以增强散热器的散热能力并冷却发动机附件 安装位置 风扇多为轴流式 装在发动机与散热器之间 与水泵同轴驱动 风扇用螺钉安装在水泵轴前端的皮带轮或凸缘盘上 风扇扇风量的相关因素 风扇的扇风量主要与风扇的直径 转速 叶片形状 叶片安装角及叶片数目有关 结构型式 1 目前汽车水冷发动机上常用螺旋桨式风扇 2 风扇叶片材料有钢板 塑料和铝合金 为了减轻振动噪声 叶片间夹角不等 3 叶片数 4 6片 4 叶片与叶轮旋转平面之间有一偏扭角 偏扭角可为定值 30 50 也可制成变偏扭角 因风扇旋转时叶和叶尖的气流速度外大内小 为了提高风扇的效率 叶片从叶根到叶尖偏扭角逐渐减小 a 叶尖前弯的风扇 b 尖窄根宽的风扇 c 尼龙压铸整体风扇1 叶片 2 连接板 硅油液力离合器 功用 利用流经散热器的空气温度来控制风扇转速的变化结构 工作原理 当发动机冷起动或小负荷下工作时 冷却水及通过散热器的气流温度不高 进油孔被阀片关闭 工作腔内无硅油 离合器处于分离状态 当发动机负荷增加时 冷却水和通过散热器的气流温度随之升高 感温器受热变形而带动阀片轴及阀片转动 当流经感温器气流温度超过65 时 进油孔A被完全打开 于是硅油从贮油腔进入工作腔 硅油十分粘稠 主动板即可利用硅油的粘性带动壳体和风扇转动 此时风扇离合器处于接合状态 风扇转速迅速提高 当发动机负荷减小 流经感温器的气流温度低于35 时 感温器恢复原状 并带动阀片将进油孔关闭 工作腔中油液继续从回油孔流回贮油腔 直到甩空为止 硅油液力离合器又回到分离状态 风扇驱动 1 皮带驱动风扇常和发电机一起由曲轴通过三角皮带带动 皮带 发电机 风扇 曲轴 2 电动风扇电动风扇是指用电动机驱动的风扇 他不用发动机作为直接动力源 而是使用蓄电池的电能 所以其转速与发动机的转速无关 原理 电动机的开关由散热器的水温开关控制 并且有高低速两个档位 低速档在沸点内使用 高速档在沸点外使用 需要冷却时自动起作用 这样 在一般行驶条件下 电动风扇几乎不转 功率消耗减少 油耗率降低 而在低速大负荷时又能得到充分的冷却 3 水泵功用 对冷却水加压 使之在冷却系中循环流动 由于离心式水泵具有尺寸小 出水量大 结构简单 损坏后不妨碍水在冷却系中自然循环的特点 故为强制循环式冷却系普遍采用 常见的水泵在机体外安装与风扇同轴驱动 也有装在机体内 内藏式 单独驱动的 离心式水泵结构组成 水泵由壳体 叶轮 泵盖板 水泵轴 支承轴承 水封等组成 离心式水泵结构1 水泵外壳 2 叶轮 3 夹布胶木密封垫圈 4 密封垫圈 5 螺钉 6 水封皮碗 7 弹簧 8 垫圈 9 泵盖板 10 水封座圈 11 球轴承 12 水泵轴 13 半圆键 14 凸缘盘 15 轴承卡环 16 隔离套筒 17 滑脂嘴 18 水封环 19 管接头 2 离心式水泵的工作原理 1 压水 当叶轮旋转时 水泵中的水被叶轮带动一起旋转 由于离心力的作用 水被甩向叶轮边缘 在蜗形壳体内将动能转变为压能 经外壳上与叶轮成切线方向的出水管被压送到发动机水套内 2 吸水 与压水同时 叶轮中心处压力降低 散热器中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分 4 节温器功用 随发动机负荷和水温的大小而自动改变冷却液的流量和循环路线 保证发动机在适宜的温度下工作 减少燃料消耗和机件的磨损 蜡式节温器的结构 蜡式节温器由上支架 下支架 主阀门 旁通阀 感应体 中心杆 橡胶管和弹簧等组成蜡式节温器 节温器的上支架和下支架与阀座铆成一体 中心杆上端固定在上支架的中心 其下部插入橡胶管的中心孔内 中心杆下端呈锥形 橡胶管与感应体外壳之间的空腔里装有石蜡 为了提高导热性 石蜡中常掺有铜粉和铝粉 感应体外壳上下部有联动的主阀门和旁通阀门 主阀门上有通气孔 它的作用是在加水时使水套内的空气经小孔排出 保证能加满水 为了防止通气孔阻塞 有的加装一个摆锤 1 主阀门 2 盖和密封垫3 上支架 4 胶管 5 阀座 6 通气孔 7 下支架 8 石蜡 9 感应体 10 旁通阀 11 中心杆 12 弹簧 工作原理 1 当水温低于349K 76 时 主阀门完全关闭 旁通阀完全开启 由气缸盖出来的水经旁通管直接进入水泵 故称小循环 由于水只是在水泵和水套之间流动 不经过散热器 且流量小 所以冷却强度弱 2 当冷却水温度在349K 359K 76 86 之间时 大小循环同时进行 如图所示 当发动机水温达349K 76 左右时 石蜡逐渐变成液态 体积随之增大 迫使橡胶管收缩 从而对中心杆下部锥面产生向上的推力 由于杆的上端固定 故中心杆对橡胶管及感应体产生向下的反推力 克服弹簧张力使主阀门逐渐打开 旁通阀开度逐渐减小 3 当发动机内水温升高到359K 86 主阀门完全开启 旁通阀完全关闭 冷却水全部流经散热器 称为大循环 由于此时冷却水流动路线长 流量大 冷却强度强 5 冷却液温度传感器功用 感测发动机冷却液温度的变化 结构 工作原理 热敏电阻式冷却液温度传感器采用热敏电阻制成 工作温度范围为 20 130 一般安装在发动机缸体 缸盖的水套或节温器壳内并伸入水套中 与冷却液直接接触 用来检测发动机的冷却液温度 并向发动机ECU传送信息 9 3冷却系统工作原理 1 冷却水路 工作原理 1 小循环 2 大循环 本章小结 1 发动机冷却方式的分类2 发动机水冷系的组成3 发动机水冷系的工作原理 第10章发动机润滑系统 10 1润滑系统的作用及类型 润滑系统的基本功用 1 在发动机工作时连续不断地把数量足够 温度适当的洁净机油输送到全部传动件的摩擦表面 并在摩擦表面之间形成油膜 实现液体摩擦 从而减小摩擦阻力 降低功率消耗 减轻机件磨损 以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的 2 润滑油在流经摩擦表面时可以带走炙热表面的热量 3 润滑油在润滑过程中可以带走磨损留下的铁屑及其他杂质 起到清洁的功用4 润滑油涂抹在汽缸壁与活塞和活塞环之间 起到增加活塞环的密封作用 润滑方式分类 1 压力润滑 压力润滑是以一定的压力把机油供入摩擦表面的润滑方式 2 飞溅润滑 利用发动机工作时运动件溅泼起来的油滴或油雾润滑摩擦表面的润滑方式 称飞溅润滑 可使裸露在外面承受载荷较轻的气缸壁 相对滑动速度较小的活塞销 以及配气机构的凸轮表面 挺柱等得到润滑 3 润滑脂润滑 通过润滑脂嘴定期加注润滑脂来润滑零件的工作表面 例如水泵及发电机轴承等 它不属于润滑系的工作范畴 10 2润滑系统的组成 润滑系统的组成 油底壳 机油集滤器 机油泵 机油滤清器 机油冷却器等 润滑油路分类 润滑系部件结构原理 1 油底壳功用 存储润滑油2 机油集滤器功用 滤除润滑油中粗大的杂质分类 浮子式和固定式 1 油底壳功用 存储润滑油2 机油集滤器功用 滤除润滑油中粗大的杂质分类 浮式集滤器和固定集滤器 a 滤网不阻塞b 滤网阻塞1 外罩2 滤网3 浮子4 吸油管5 固定管 3 机油泵功用 保证机油在润滑系统内循环流动 并在发动机任何转速下都能以足够高的压力向润滑部位输送足够数量的机油 分类 按结构分可分为转子式和齿轮式 齿轮式又可分为外接齿轮式和内接齿轮式 1 外齿轮式机油泵结构 工作原理 当机油进入机油泵时 通过主动齿轮和被动齿轮的啮合旋转 进油腔的容积由于轮齿逐渐脱离啮合而增大 腔内产生一定的真空度 润滑油从底壳被吸入进油腔 然后被旋转齿轮带到过渡油腔 在进入出油腔 通过容积的变化 使润滑油压力升高 送往各润滑油道 2 内齿轮式机油泵结构 工作原理 内齿轮与主动齿轮啮合 当主动齿轮旋转时 带动从动齿轮旋转 进油容积由小变大 不断进油 出油容积不断由大变小 油压升高 3 转子式机油泵结构 工作原理 机油泵工作时 内转子带动外转子旋转 进油腔容积由小变大 腔内产生一定的真空度 润滑油被吸入油腔 经过过渡油腔进入出油腔 容积不断由大变小 油压升高 送往各润滑油道 4 安全阀功用 防止因发动机转速过快 导致机油泵转速增加 机油压力过高的现象 5 机油滤清器功用 滤掉机油中机械杂质和胶质 保持机油清洁分类 全流式滤清器和分流式滤清器结构 1 出油口2 4 密封圈3 进油口5 滤清器壳体6 纸滤芯7 滤芯衬网8 旁通阀弹簧9 旁通阀片10 弹簧 6 机油冷却器功用 防止机油温度过高氧化变质 降低粘度 降低润滑效果 分类 风冷式和水冷式 润滑油路 现代汽车发动机润滑系油路布置方案大致相似 只是由于润滑系的工作条件和某些具体结构的不同而稍有差别 工作原理 10 3润滑剂 分类 汽车发动机润滑剂包括机油和润滑脂两种 功用 1 润滑2 冷却3 清洗4 密封5 防锈 润滑油机油主要性能指标 1 粘度粘度标准 单极油 0W 5W 10W 15W 20W 25W 冬季用油 20 30 40 50 60 夏季用油 多级油 同时满足高温和低温测试的机油如 SAE10W 30 SAE15W 40 2 凝点与倾点润滑油在规定条件下冷却至停止流动时的最高温度称为凝点 规定条件下 被冷却的润滑油能够流动的最低温度称为倾点 凝点和倾点都是表示油品低温流动性的指标 二者无原则差别 只是测定方法有所不同 3 闪点闪点又叫闪燃点 是指可燃性液体表面上的蒸汽和空气的混合物与火接触而初次发生闪光时的温度 润滑油越轻 闪点越低 润滑油的危险等级是根据闪点来划分的 4 粘温性指润滑油粘度随温度而变化的特性 4 抗氧化安定性指润滑油抵抗氧化作用不使其性质发生永久变化的能力 5 酸值和腐蚀性我国润滑油的分类 1 汽油机润滑油 SC SD SE SF SG SH 2 柴油机润滑油 CC CD CD II CF CF 4 3 二冲程汽油机 ERA ERB ERC CF 4润滑油的选用 1 根据发动机的种类不同2 根据发动机强化程度不同3 根据气温的不同 润滑脂润滑脂是稠厚的油脂状半固体 用于机械的摩擦部分 起润滑和密封作用 也用于金属表面 起填充空隙和防锈作用 分类 钙基润滑脂 钠基润滑脂 钙钠基润滑脂 复合钙基润滑脂 通用锂基润滑脂 石墨钙基润滑脂 本章小结 1 润滑方式的分类 2 润滑系统的组成 3 润滑油路 4 润滑剂分类 第十一章发动机起动系统 11 1起动系统概述 发动机的起动 要使发动机由静止状态过渡到工作状态 必须先用外力转动发动机的曲轴 使活塞作往复运动 气缸内的可燃混和气燃烧膨胀做功 推动活塞向下运动使曲轴旋转 发动机才能自行运转 工作循环才能自动进行 因此 曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程 称为发动机的起动 完成起动过程所需的装置 称为发动机的启动系 起动系统的作用 在发动机起动时 按照发动机的需求 提供一定的转矩 使发动机达到规定的转速 顺利完成起动过程所需要的装置 发动机起动方式的分类 用手起动 电起动 汽油机起动 压缩空气起动 拖动起动 电起动系的基本组成 蓄电池 起动机 起动继电机 点火开关 安全开关 低温启动预热装置 起动系统的工作原理 起动时 接通起动开关起动机电路通电 继电器的吸引线圈和保持线圈通电 产生很强的磁力 吸引铁芯左移 并带动驱动杠杆绕其销轴转动 使齿轮移出与飞轮齿圈啮合 与此同时 由于吸引线圈的电流通过电动机的绕组 电枢开始转动 齿轮在旋转中移出 减小冲击 当驾驶员将点火开关转到点火位时 切断起动机控制点火电路 驱动齿轮退回 起动机停止运转 11 2电起动机 功用 起动机的作用是将蓄电池的电能转化成机械能组成 直流电动机 控制装置 传动机构直流电动机工作原理 PS 两个定则和两个定理电磁感应定理 在磁场中运动的导体将会感应电势 若磁场 导体和导体的运动方向三者互相垂直 则作用导体中感应的电势大小为 e B l v电磁力定律 载流导体在磁场中将会受到力的作用 若磁场与载流导体互相垂直 作用在导体上的电磁力大小为 f B l i B 磁场的磁感应强度V 导体运动速度I 导体有效长度e 感应电势f 电磁力 电势的方向用右手定则 电势的方向用左手定则 直流电动机工作原理 当线圈边在不同极性的磁极下 利用磁感现象 通过换向器将流过线圈中的电流方向及时地加以变换 即进行所谓 换向 从而保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向 就可以使电动机能连续朝一个方向的旋转 直流电动机构造 转子 电枢铁芯 直流电动机 定子 转向极 换向器 主磁极 基座 端盖 电刷装置 电枢绕阻 电枢轴 风扇 电