第四章点火系.

第四章汽车点火系统 4 1发动机对点火系统的要求 4 2传统点火系统的组成与工作原理 4 3电子点火系统概述 4 4电子点火系统的工作原理 4 5电子点火装置的结构原理 按电能来源不同 按结构形式 传统点火系 触点点火系电子点火系微机控制点火系统 蓄电池点火系磁电机点火系 赛车 分类 点火系功用点火系把电源系统10 15V的低压电转变成15 20kV的高压电 再按照发动机工作顺序适时地引入气缸 在火花塞上产生电火花 点燃混合气 从而使发动机正常工作 4 1发动机对点火系统的要求 点火系统中汽油机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况 1 能产生足以击穿火花塞间隙的电压 火花塞电极击穿而产生火花时所需要的电压称为击穿电压 点火系产生的次级电压必须高于击穿电压 才能使火花塞跳火 击穿电压的大小受很多因素影响 其中主要有 a 火花塞电极间隙和形状 b 气缸内混合气体的压力和温度 c 电极的温度和极性 d 发动机的工况 火花塞电极间隙和形状 火花塞电极的间隙越大 气体中的电子和离子受电场力的作用越小 不易发生碰撞电离 击穿电压就越高 见图4 1 电极的尖端棱角分明 所需的击穿电压低 气缸内混合气体的压力和温度 混合气的压力越大 温度越低 其密度就越大 离子自由运动距离就越短 不易发生碰撞电离 击穿电压就越高 见图4 2 10kPa 电极的温度和极性 火花塞电极的温度越高 电极周围的气体密度越小 击穿电压就越低 针状的中心电极为负极且温度较高时 击穿电压就较低 中心电极是负极时其击穿电压比中心电极是正极时约降低20 40 见图4 3 发动机的工况 发动机转速击穿电压与发动机转速的关系见图4 4 发动机高速工作时 气缸内的温度升高 使气缸的充气量减小 致使气缸中压力减小 因而火花塞的击穿电压随转速的升高而降低 发动机在起动和急加速时击穿电压升高 而全负荷且稳定工作状态时击穿电压较低 火花塞的击穿电压还随发动机工况的不同而不同 起动发动机时 击穿电压最高 汽车加速时 由于大量的冷混合气突然吸入气缸 使火花塞中心电极的温度降低 气缸压力升高 因此击穿电压也较高 混合气空燃比见图4 5 由图可见 混合气过稀和过浓时击穿电压都会升高 此外 发动机的功率 压缩比以及点火时刻等因素也影响击穿电压的高低 为了保证点火的可靠性 点火系必须有一定的次级电压储备 但过高的次级电压 将造成绝缘困难 使成本提高 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1 5mJ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 经济性和排气净化要求提高火花能量 电子点火系一般应具有80 100mJ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况 首先 点火系统应按发动机循环顺序点火 其次 应具有最佳点火提前角 影响最佳点火提前角的因素 a 发动机转速 b 发动机负荷 c 起动与怠速 d 汽油辛烷值 e 压缩比 f 混合气成分 g 进气压力 4 2传统点火系的组成与工作原理 1 电源 蓄电池和发电机 标称电压12V 作用是供给点火系电能 2 点火线圈 功用是将12V低压电转变为15 20kV的高压电 3 分电器 包括断电器 配电器 电容器 点火提前机构 1 断电器 由触点和凸轮组成 作用是接通和断开初级电路 2 配电器 由分电器盖和分火头组成 分电器盖上有旁电极 功用是将高压电按发动机气缸工作顺序分别传给各缸火花塞 一 传统点火系的组成 3 电容器 与断电器并联 功用是减小触点间电火花 延长触点寿命 提高次级电压 4 点火提前机构 a 离心点火提前机构随发动机转速自动调节点火提前角 b 真空点火提前机构随发动机负荷自动调节点火提前角 4 火花塞 功用是将点火线圈高压电引入气缸燃烧室 并在电极间产生电火花 点燃混合气 5 点火开关 功用是控制点火系统的初级电路的通断 二 传统点火系统的工作原理 1 低压电路 初级电路 低压电路 初级电路 点火开关SW接通 断电器触点闭合 初级电路接通电源 电流表 点火开关SW 点火线圈 开关 接柱 附加电阻Rf 点火线圈 开关 接柱 点火线圈初级绕组 点火线圈 接柱 断电器触点 搭铁 电源 2 高压电路 次级电路 高压电路 次级电路 断电器触点由闭合变成断开时 初级电路断开 次级绕组产生高压电 产生次级电流 点火线圈次级绕组 点火线圈 开关 接柱 附加电阻Rf 点火线圈 开关 接柱 点火开关SW 电流表 电源 搭铁 火花塞旁电极 火花塞中心电极 高压导线 分电器 高压导线 次级绕组旁电极为正 中心电极为负 可降低击穿电压 三 传统点火系统的缺陷 1 触点容易烧蚀 2 活化能量的提高受到限制 3 高速时次级电压低 4 对火花塞积炭和污染比较敏感 4 3电子点火系概述 1 电源 蓄电池和发电机 标称电压12V 作用是供给点火系电能 2 点火线圈 功用是将12V低压电转变为15 20kV的高压电 3 分电器 包括点火信号发生器 配电器 点火提前机构 1 点火信号发生器 功用是根据发动机气缸点火时刻要求产生控制点火的脉冲信号 2 配电器 由分电器盖和分火头组成 分电器盖上有旁电极 功用是将高压电按发动机气缸工作顺序分别传给各缸火花塞 一 电子点火系的组成 3 点火提前机构 a 离心点火提前机构随发动机转速自动调节点火提前角 b 真空点火提前机构随发动机负荷自动调节点火提前角 4 点火控制器 由半导体元件组成的电子开关电路 功用是根据点火信号发生器产生的点火脉冲信号 接通和切断点火线圈初级电路 5 火花塞 功用是将点火线圈高压电引入气缸燃烧室 并在电极间产生电火花 点燃混合气 6 点火开关 功用是控制点火系统的初级电路的通断 二 电子点火系统的分类 1 按储能方式 1 电感储能电子点火系 火花能量以磁场形式储存在点火线圈中 如蓄电池点火系 2 电容储能电子点火系统 火花能量以电场的形式储存在专门的储能电容器中 2 按点火信号的产生方式 1 有触点式 2 无触点式 3 按信号发生器产生点火信号的原理 1 磁感应式 磁感应式传感器 2 霍尔式 霍尔式传感器 3 光电式 光电式传感器 三 电子点火系统的优点 1 无触点 可保证稳定的点火正时 避免对出点的维修 2 可适当增大初级电流 初级电流上升快 刺激电压稳定 火花能量大 3 方便的通过恒流控制 闭合角控制 点火正时控制等电路 进一步改善点火特性 4 4电子点火系统的工作原理 动力 发动机运转 配气凸轮轴旋转 信号发生器转子旋转 信号发生器产生信号电压 点火控制器 控制大功率三极管导通与截至 低压电路 初级电路 点火开关SW接通 大功率三极管VT导通时 初级电路接通电流为i1 电源 电流表 点火开关SW 点火线圈 15 接柱 点火线圈初级绕组W1 点火线圈 1 接柱 点火控制器 大功率三极管VT 搭铁 电源 高压电路 次级电路 大功率三极管VT截至时 初级电路断开 次级绕组产生高压电 产生次级电流i2 点火线圈次级绕组W2 点火线圈 15 接柱 点火开关SW 电流表 电源 搭铁 火花塞旁电极 火花塞中心电极 高压导线 分电器 高压导线 点火线圈高压插孔 4 次级绕组旁电极为正 中心电极为负 可降低击穿电压 4 5电子点火装置的结构原理 一 信号发生器和点火控制器 一 磁感应式信号发生器和点火控制器1 丰田20R发动机用磁感应式电子点火系1 磁感应式信号发生器 1 组成由信号转子 永久磁铁 铁心 传感线圈组成 2 作用 产生点火控制信号 送到点火控制器 3 安装 安装在分电器内的底板上 4 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 假设信号转子顺时针转动 当信号转子顺时针转动 信号转子的凸齿逐渐接近铁心 凸齿与铁心间的空气隙越来越小 通过传感线圈的磁通逐渐增大 当信号转子凸齿的齿角与铁心边缘相对时 磁通急剧增加 磁通变化率最大 2 点火控制器 日本丰田汽车装用的磁脉冲式无触点电子点火系的电路原理图 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 起温度补偿作用 VT2 触发管 起信号检测作用 检测P点电压 UP Ube 导通 UP Ube 截止 VT3 VT4 放大作用 将VT2输出放大以驱动VT5 VT5 大功率管 控制初级电流的通断 点火系的基本电路及工作原理分析 传感线圈中产生正向信号电压时 VT1截止 VT2导通 VT3截止 VT4 VT5导通 初级电路仍然接通 传感线圈中产生负向信号电压时 VT1导通 VT2截止 VT3导通 VT4 VT5截止 初级电路切断 磁场迅速消失 次级绕组产生高压 信号发生器的输出电压与三极管VT2 VT5以及次级电压U2的关系见图 其它元件作用 VD1 VD2 反向串联后与点火信号发生器的传感线圈并联 在高转速时 使传感线圈输出的正向和负向电压稳定在某一数值 保护VT2不受损害 VD3 与R4组成稳压电路 保证VT1 VT2保证在稳定电压下工作 VD4 当VT5管截止时 将初级绕组的自感电动势限制在某一值内 保护VT5管 C1 消除点火信号发生器传感线圈输出电压波形上的毛刺 防止误点火 C2与R4组成组容吸收电路 吸收瞬时过电压 防止误点火 R3 的作用是加速VT2级VT5的翻转 二 霍尔式普通电子点火系统 霍尔式电子点火系由内装霍尔信号发生器的分电器 点火器 火花塞 点火线圈等组成 1 霍尔信号发生器 1 霍尔效应原理图见图4 29 当电流通过放在磁场中的半导体基片 且电流方向和磁场方向垂直时 在垂直于电流和磁场的半导体基片的横向侧面上产生一个与电流和磁场强度成正比的电压 这个电压称为霍尔电压 2 组成霍尔信号发生器位于分电器内 其结构见图4 30 主要由分电器轴带动的触发叶轮 永久磁铁 霍尔元件等组成 3 电路霍尔元件实际上是一个霍尔集成块电路 内部原理图见图4 31所示 因为在霍尔元件上得到的霍尔电压一般为20mV 因此必须将其放大整形后再输出给点火控制器 4 工作原理分电器轴转动 触发叶轮转动 叶片进入或离开空气隙 当叶片进入磁铁与霍尔元件之间的空气隙时 磁场被旁路 霍尔元件不产生霍尔电压 霍尔集成电路末级三极管截止 信号发生器输出高电位 当触发叶轮离开空气隙 永久磁铁的磁力线通过霍尔元件而产生霍尔电压 集成电路末级三极管导通 信号发生器输出低电位 5 霍尔信号 叶片不停的转动 信号发生器输出一个矩形波信号 作为控制信号给点火器 由点火器控制初级电路的通断 2 点火控制器 二 点火线圈 1 开路磁式点火线圈 2 闭磁路点火线圈 3 点火线圈的型号规格 D Q 产品代号 电压等级代号1 12V 用途代号1 9 设计序号 变形代号 DQ点火线圈DQG干式点火线圈DQD电子式点火线圈 三 分电器 电子点火系统用分电器是由点火信号发生器 离心提前装置 真空提前装置和配电器等组成 1 配电器 1 功用 将点火线圈产生的高压电按汽缸工作顺序分配至各缸火花塞 2 组成 分电器盖和分火头 2 离心提前机构 1 功用 随发动机转速的升高 自动增大点火提前角 2 结构在分电器轴上固定有托板 两个重块分别套在托板的柱销上 重块的另一端由弹簧拉向轴心 信号发生器的转子与拨板一起套在分电器轴上 拨板的两端有长形孔 套于离心块的销钉上 3 真空点火提前机构 1 功用随发动机负荷增大 自动减小点火提前角 2 结构在外壳内固定有弹性金属片制成的膜片 膜片中心一侧与拉杆固连 另一侧压有弹簧 拉杆由壳底座孔中伸出 与底板相连 拉动底板带着信号发生器的定子相对于轴产生角位移 4 分电器型号 F D 产品代号 缸数代号 结构代号 设计序号 变形代号 FD642 6缸有触点 FDW4518 4缸霍尔式 五 火花塞 1 功用 将点火线圈产生的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 2 安装 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 3 火花塞要求 a 应有足够的绝缘强度 能承受30kV高压 b 火花塞不但耐高温 而且能承受温度剧变 不出现局部过冷或过热 c 火花塞必须有足够的机械强度 d 火花塞要耐腐蚀 e 要有合适的电极间隙 4 火花塞构造 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 如图4 19所示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 8mm 电子点火其间隙可增大至1 0 1 2mm 5 火花塞的热特性 要使火花塞能正常工作 其下部绝缘体 裙部的温度应保持在500 700 C 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