第十章-汽油机点火系统.ppt

第十章 汽油机点火系统 第十章汽油机点火系统 概述 10 1概述 点火系统功用 根据汽油机各缸发火次序 定时并可靠点火 点燃混合气 使发动机作功 1 汽油机点火系统的发展 蓄电池点火系统是最早的点火系统 以蓄电池和发电机为电源 依靠点火线圈和断电器将低压直流电转变为高压电 通过分电器分配到各缸火花塞 控制点火顺序 在火花塞电极中产生电火花 点燃混合气 电子点火系统是对蓄电池点火系统的改进 主要改进在断电器 其余大体上与蓄电池点火系统相同 计算机控制点火系统是目前采用的点火系统 在电子点火系统的基础上 利用计算机控制点火顺序和点火时刻 第十章汽油机点火系统 10 1概述 磁电机点火系统是汽油机点火系统的一个分支 由磁电机直接产生高压电 无需蓄电池 主要用于赛车 无蓄电池的摩托车以及各种小型汽油机 如大功率柴油机的起动汽油机 2 点火系统的基本要求 能够产生击穿火花塞电极间隙的高压电 火花塞击穿电压 电火花有足够的点火能量 点火时刻恰当 包括 防止出现爆燃 有适当的提前 随发动机工况变化自动调整 第十章汽油机点火系统 10 1概述 影响火花塞击穿电压的因素 电极间隙及形状 缸内气体的温度与压力 电极温度 汽油机的工况以及混合气浓度 A 电极间隙越大 越不易发生碰撞电离 需要更高的击穿电压 B 电极形状尖端棱角越分明 所需的击穿电压越低 C 气缸内的压力越大或者温度越低 则气缸内可燃混合气的密度越大 单位体积中气体分子的数量越多 越不容易发生碰撞电离 所需要的火花塞击穿电压越高 D 电极的温度越高 包围在电极周围的气体的密度越小 越容易发生碰撞电离 所需火花塞击穿电压越小 发动机工况不同时 火花塞的击穿电压随发动机的转速 负荷 压缩比 点火提前角以及混合气浓度的变化而变化 汽油机正常运行击穿电压一般为7 8kV 冷起动时击穿电压为19kV 因此要求火花塞击穿电压在15 20kV 第十章汽油机点火系统 10 1概述 影响火花塞点火能量的因素 使混合气点燃并着火燃烧所需要的点火能量 称为最小点火能量 它与混合气的温度 压力以及浓度有关 发动机工作时由于混合气压缩时的温度接近自燃温度 因此所需的点火能量很小 1 5mJ 在起动 怠速以及突然加速时需要较高的能量 因此为了保证可靠点火 点火能量在汽油机正常工况为50 80mJ 在冷起动时为100mJ 第十章汽油机点火系统 10 1概述 点火时刻应与发动机的工作状况相适应1 首先 应满足发动机工作循环的要求 2 其次 可燃混合气在发动机的气缸内从开始点火到完全燃烧需要一定的时间 所以要使发动机产生最大的功率 应在压缩行程终了之前提前一个角度点火 要求 发动机在任何复杂的工况下都能以最佳的点火提前角准时点火 第十章汽油机点火系统 电火花点火原理 10 2传统点火系统组成与工作原理 蓄电池点火系统的构成 1 点火开关 2 点火线圈 3 电容器 4 断电器 5 配电器 6 火花塞 7 阻尼电阻 8 高压导线 9 起动机 10 电流表 11 蓄电池 12 附加电阻 蓄电池点火系统的构成如图 第十章汽油机点火系统 电火花点火原理 10 2传统点火系统组成与工作原理 1 点火开关 用以控制仪表电路 点火系统初级电路以及起动机继电器电路的开闭 2 点火线圈 将电源供给的12V 24V或6V低压直流电转变为15 20kV的高压直流电 3 断电器 由断电凸轮 触点 活动触点臂组成 当断电器凸轮旋转时 凸轮的凸棱顶推断电器活动触点 使触点不断地开闭 用来接通或切断点火线圈初级绕组电路 以使次级电路中感应出高压电 4 配电器 用来将点火线圈产生的高压电按点火顺序分配到各缸的火花塞 5 第十章汽油机点火系统 电火花点火原理 10 2传统点火系统组成与工作原理 5 电容器 与断电器触点并联 用来减小断电器触点断开瞬间 在触点处产生的电火花 以免触点烧蚀 6 点火提前调节装置 是传统点火系分电器中调整点火提前角度的装置 可以根据发动机燃烧过程的需要 用机械的方式 随发动机工况的变化自动调整点火角度 7 分电器 由断电器 电容器 配电器和点火提前装置组成 8 火花塞 安装在发动机的燃烧室中 用来将点火线圈产生的高压电引入燃烧室 点燃可燃混合气 9 电源 提供点火系统工作时需要的能量 由蓄电池 发电机及其调节器组成 第十章汽油机点火系统 10 2电火花点火原理 2 传统点火系统的工作原理 触点关闭初级线圈 200 300粗匝线 通电 产生感应磁场 触点断开初级线圈断电 导致感应磁场迅速衰减至零 同时在次级线圈 11000 23000的细匝线 中产生强烈的感应电压 称为次级电压 通过的电流叫次级电流 接通点火开关 发动机开始运转 断电器凸轮不断旋转 使断电器触点不断地开闭 第十章汽油机点火系统 10 2电火花点火原理 3 点火时刻 提前点火 在活塞到达压缩行程上止点之前点火 原因 如果正好在压缩行程结束的上止点点火 混合气开始燃烧时 活塞已经开始向下运动 气缸容积增大 燃烧压力下降 发动机功率下降 提前程度 应使燃烧室内的气体压力在活塞到达压缩行程后10 12 时达到最大值 不能过早 也不能过迟 点火过早 在活塞上行的过程中就出现压力的最大值 阻碍活塞的上行 气体压力做负功 使发动机有效功率减小 燃油消耗率增大 起动困难 怠速不稳 严重时曲轴反转 点火过迟 一方面 可燃混合气一边燃烧 活塞一边下行 使气缸容积增大 压力减小 发动机的有效功率下降 起动困难 加速无力 另一方面 还可能使燃烧行程持续到排气行程 使发动机功率大大下降 且易引起排气管放炮 冒黑烟 发动机过热等 第十章汽油机点火系统 10 1概述 4 点火时刻 点火提前角 从点火时刻起到活塞到达上止点这段时间内曲轴转过的角度 最佳点火提前角 能使发动机获得最佳动力性 经济性和最佳排放性的点火提前角 影响点火提前角的因素 随着负荷的加大 节气门开度增大 单位时间内吸入气缸内的可燃混合气数量增加 压缩终了时的压力和温度增高 残余废气在气缸内所占的比例减小 混合气燃烧速度加快 故点火提前角应适当减小 反之 发动机负荷减小时 点火提前角则应适当增大 随着转速增高 燃烧过程所占曲轴转角增大 故应适当加大点火提前角 即点火提前角应随转速增高适当加大 使用辛烷值高 抗暴性能好的汽油 点火提前角应较大 第十章汽油机点火系统 10 2电火花点火原理 3 点火时刻的实现 断电器凸轮由发动机凸轮轴上齿轮驱动 利用凸轮控制触点开关的闭合与开启 则凸轮的转角位置与发动机曲轴位置保持确定关系时 点火时刻就可确定地实现 通过调整凸轮初始位置达到点火提前角调整的目的 在汽车发动机点火系统中 一般设有两套自动调节点火提前角的装置 其中 一套是离心式点火提前调节装置 随发动机转速变化自动调节点火提前角 另一套是真空点火提前调节装置 可以随发动机负荷的变化自动调节点火提前角 第十章汽油机点火系统 点火系统主要元件的结构 10 3点火系统主要元件的结构 1 点火线圈 1 开磁路点火线圈是较早类型 主要用于蓄电池点火系统 点火线圈实际是升压变压器 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 1 点火线圈 1 开磁路点火线圈铁芯的上部和下部的磁力线从空气中穿过 故称为开磁路点火线圈 2 闭磁路点火线圈由于 空气的导磁能力仅为铁芯的万分之一 开磁路点火线圈磁阻大 转换效率低 对其改进成为闭磁路点火线圈 是现在普遍采用的基本类型 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 1 点火线圈 3 点火线圈数目 整机共用1个点火线圈 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 1 点火线圈 3 点火线圈数目 整机用2个点火线圈 每2缸合用1个点火线圈 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 1 点火线圈 3 点火线圈数目 每缸1个点火线圈 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 2 断电器 断电器由触点开关和控制触点开关的凸轮构成 断电器凸轮上的凸楞数与发动机汽缸数相同 当断电器凸轮旋转时 每当凸轮的一个凸楞顶起顶块使触点分开的瞬间 次级电路中产生的高压电达到最大值 此刻 配电器将次级电路接通 使相对应气缸中的火花塞跳火 点燃混合气 断电器功用是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芯中的磁通发生变化 以便在点火线圈次级绕组中产生高压电 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 2 断电器 断电器触点分开时 其触点间的最大间隙称为触点间隙 触点间隙一般规定为0 35 0 45mm 触点受频繁开关产生的电火花烧灼 因而容易损坏 故常用白金材料或钨合金 断电器凸轮的动力来自发动机配气机构的凸轮轴 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 3 配电元件 1 分火头配电器 3 中央高压线插孔 点火线圈高压线插孔中引出的高压导线插入高压线插孔 4 分高压线插孔 旁电极插孔 引出的高压线 按发动机工作顺序分别接火花塞的中心电极 插孔数目与发动机缸数相同 分火头套在凸轮轴顶端的延伸部分 与凸轮同步旋转 分火头与分电器盖上的旁电极保持正确的相对位置 旁电极引出的高压线按发动机工作顺序分别接火花塞的中心电极 连接方法 1 让第一缸的活塞位于压缩行程终了时的上止点位置 使断电器触点断开 2 此时 分火头的铜片恰好与分电器盖上的与第一缸火花塞相连的旁通电极接通 从而将高压电引入第一缸火花塞 3 其他各旁电极上的高压线 应按分火头的旋转方向和发动机工作顺序 分别接各缸的火花塞 发动机工作时 分火头随着断电器凸轮同步旋转 分火头上铜片外端依次与各旁电极接通 将高压电分配到各缸的火花塞 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 4 火花塞 功用将点火线圈或磁电机产生的脉冲高压电 1万V以上 引入燃烧室 在中心电极和侧电极之间产生电火花 点燃混合气 工作条件及性能要求如下 1 受高压燃气冲击 需要有足够的机械强度 2 必须具有耐2万V电压的绝缘强度 3 受1500 2000 燃气加热 必须具有良好的耐热性和散热性 4 良好的密封性 耐辐射性和电击穿性 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 4 火花塞 电极间隙火花塞中心电极和侧电极之间的间隙 电极间隙要适当 过大或过小都不能保证可靠的点火性能 传统火花塞电极间隙一般为0 7 0 9mm 电子点火 间隙增大到1 0 1 2mm 温度与自洁作用发动机工作时 火花塞绝缘体群部的温度若保持在500 600 左右 落在绝缘体群部的油粒能立即烧掉 不容易产生积碳 这个温度叫自洁温度 若群部温度低于火花塞自洁温度 落在绝缘体群部的油粒不能立即烧掉 形成积碳而漏电 将使火花塞间隙不能跳火或火花微弱 炽热温度若群部温度过高超过800 900 时 当混合气与炽热的绝缘体接触时 可能在火花塞间隙跳火之前自行着火 叫做炽热点火 炽热点火将使发动机出现早燃 爆燃 进气管回火等不正常现象 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 4 火花塞 热特性无论哪一种类型的发动机 发动机工作时 火花塞群部的温度都应该保持在自净温度的范围内 各种发动机气缸内具有不同的燃烧状况 气缸内的温度也不尽相同 这就要求应使用具有不同热特性的火花塞与之相适应 热特性有冷型 普通型和热型三种 与火花塞裙部长度A有关 热型火花塞 火花塞绝缘体群部越长 其受热面积越大 传热距离越长 散热困难 火花塞的温度越高 用于低速低压缩比的小功率发动机 冷型火花塞 火花塞绝缘体群部较短 受热面积小 传热距离短 散热容易 用于高速高压缩比大功率发动机 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 5 点火提前角的调整控制装置 点火提前需要在活塞处于压缩行程上止点之前 使断电器触点分开 从触点分开到活塞到达上止点这段时间越长 点火提前角就越大 点火提前角的调节 1 改变触点与断电器凸轮之间相对位置 2 断电器凸轮与分电器轴之间相对位置 备注 分电器轴由发动机的曲轴 通过配气机构凸轮轴上的齿轮驱动 其转速与配气机构凸轮轴转速相同 为曲轴的一半 1 蓄电池点火系统点火提前角的调整装置 具体调节方法 1 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 2 凸轮不动 断电器触点相对于凸轮逆着旋转方向转过一个角度 点火提前 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 5 点火提前角的调整控制装置 发动机工作时 离心点火提前装置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 发动机工作时 曲轴转速达到200 400r min后 重块的离心力克服弹簧拉力的作用向外甩开 重块上的销钉推动拨板连同凸轮 顺着旋转方向相对于分电器轴转过一个角度 将触点提前顶开 点火提前角加大 当分电器轴转速超过1500r min左右时 点火提前角达到最大 不再增大 1 蓄电池点火系统点火提前角的调整装置 离心式点火提前角的调节装置 1 断电器凸轮 2 带孔拨板 3 9 弹簧 4 10 重块 5 销钉 6 销轴 7 托板 8 分电器轴 11 轴套 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 5 点火提前角的调整控制装置 发动机负荷增加时 自动减小点火提前角 真空式点火提前角的调节装置一般用于化油器汽油机 1 蓄电池点火系统点火提前角的调整装置 真空式点火提前角的调节装置 第十章汽油机点火系统 10 3点火系统主要元件的结构 5 点火提前角的调整控制装置 2 点火提前角的计算机控制 在控制单元 ECU 内部储存了一些不同转速 不同负荷工况的点火提前角数值 ECU根据发动机状态的传感器信号 判断并确定相应的点火提前角 然后向点火控制器发出指令 控制点火线圈的接通与断开 点火提前角计算机控制的实质是用程序取代了分电器点火系统的硬件控制 第十章汽油机点火系统 电子点火系统 10 4电子点火系统 传统点火系统的缺点 1 触点容易烧蚀 触点控制电流 触点打开瞬间容易形成火花 将触点氧化 烧蚀 触点反复开闭 触点间隙变化 影响点火系统正常工作 2 触点受允许电流强度限制 初级电流一般不超过5A 次级电压受限制 3 初级电流和次级电压大小随发动机转速升高和汽缸数增多而下降 4 次级电压上升速率比较慢 对火花塞积碳和污染比较敏感 第十章汽油机点火系统 电子点火系统 10 4电子点火