汽车保养与维修-起动机和点火系统

第三章、起动机,主要内容一、概述二、起动机结构与工作原理三、常用起动电路分析四、起动机测试与故障分析,3-1、概述,汽车发动机由静止状态变为运转状态的过程称为起动，发动机的起动必须借助外力实现，起动机就是使发动机由静止变为运转的一个器件。,一、起动系统的基本组成（教材P47）,起动系统一般由蓄电池、起动机、起动开关（点火开关）、起动继电器和安全起动开关（空档起动开关）等组成。,根据起动机的传动机构和控制装置的不同，起动机可以分为以下四种：,起动机种类,惯性啮合式起动机,机械啮合式起动机,电磁啮合式起动机,电枢移动式起动机,二、起动机的分类（教材P48）,电磁啮合式起动机由于结构简单、工作可靠等特点，因而在现代汽车上被广泛应用，在各种轿车上几何都采用电磁啮合式起动机。,电枢移动式起动机主要应用于大功率的柴油发动机上。,惯性啮合式起动机和机械啮合式起动机，由于其结构的限制，目前已基本不采用。,3-2、起动机的结构与工作原理,一、起动机的结构（教材P47）,电磁啮合式起动机,电磁啮合式起动机的由直流电动机、电磁操纵机构和传动机构等几部分组成。,串励直流电动机具有起动转矩大的特点，因而在电磁啮合式起动机中，广泛采用串励直流电动机。,串励直流电动机,电枢绕组,励磁绕组,1、串励直流电动机（教材P49）,传动机构的作用是将直流电动机的转矩传递给发动机的飞轮，以带动发动的转动。传动机构的主要部件是单向离合器，它的作用是单方向传递转矩。单向离合器有滚柱式、摩擦片式和扭簧式三种。,单向离合器只传递起动机到发动机飞轮的转矩，以免发动机起动后，飞轮带动起动机电机超速旋转而损坏。,2、传动机构（教材P51）,滚柱式单向离合器具有结构简单，能可靠地传递中小扭矩，因而在汽油发动机中被广泛应用。,滚柱式单向离合器（教材P51）,摩擦片式单向离合器的结构复杂，但它能传递较大的力矩，工作十分可靠，因此，在柴油发动机上得到应用。,起动时，花键套筒在电动机驱动下旋转，内接合鼓左移，摩擦片被压紧而传递转矩；发动机起动后，内接合鼓的转速高于花键套筒的转速，内接合鼓右移，摩擦片被放松而打滑。,摩擦片式单向离合器（教材P52）,扭簧式（弹簧式）单向离合器的结构简单、成本低、工作可靠，因而在柴油发动机中被广泛应用。,起动时，单向离合器弹簧在两端摩擦力的作用下被扭紧而传递转矩；发动机起动后，驱动齿轮的转速高于电动机的转速，单向离合器弹簧被放松。,扭簧式单向离合器（教材P53）,电磁操纵机构又称电磁开关、控制装置等。它用来控制起动机主电路的通与断，并操纵传动机构的工作。,电磁操纵机构有二个线圈，一个与电枢绕组串联，能产生较大的磁场力，称为吸引线圈；另一个与电动机并联，在吸引线圈被短路后，提供磁场力，保持铁芯被吸住，称为保持线圈。,3、电磁操纵机构（教材P53）,减速起动机在直流电动机与驱动齿轮之间增加一套减速机构，以达到减速增扭的目的。这样，电动机的体积和重量可以减小，工作电流也减小，从而延长了蓄电池的使用寿命。,减速起动机（教材P56）,行星齿轮减速器是应用最广泛的一种。它具有重量轻、噪声低，安装方便等特点，因而中高档轿车上得到广泛应用。,行星齿轮减速器,减速起动机的减速机构分为外啮合式、内啮合式和行星齿轮式三种：,永磁起动机的电动机磁极用永磁材料制成，它具有体积小、重量轻，机械特性和换向性能得到改善，换向火花造成的高频干扰减小，起动机的工作可靠性提高等特点。永磁减速起动机具有永磁起动机和减速起动机的共同特点，因此起动机的体积和重量大大减小，电路简化，起动机的拆装和维修十分方便，目前已广泛应用于各种轿车上。,永磁起动机（教材P58）,起动时，保持线圈和吸引线圈同时通电，产生的磁场力使动铁芯向左移动，一方面使电磁开关接通，使电动机通电运转；另一方面带动拔叉将驱动齿轮推出，使之与发动机的飞轮啮合。,二、起动机的工作原理（教材P54）,汽车的起动系统电路种类繁多，功能不同，但基本原理相同。起动系统一般由蓄电池、起动开关、起动继电器、安全开关（又称空档起动开关）和起动机组成。,3-3、常用起动电路分析,一、基本起动电路,二、具有安全开关的起动电路,三、具有防盗功能的起动电路,别克轿车的防盗起动系统,四、具有安全带监控的起动电路,德国产的帕萨特轿车,一、起动机的测试采用空载试验、制动试验及电磁开关的性能测试等，来判别其性能和技术状况的好坏。1、空载（空转）试验（教材P64）,150A电流表,小线夹与S端相接触，观察运转是否正常？并读取电流值。,空转时间不超过分钟。,3-4、起动机测试与故障分析,将驱动齿轮锁止（堵转）,按SB，读取电流值和转矩。,注意：按SB的时间秒,制动试验要在起动机试验台上进行。,2、制动（堵转）试验（教材P64）,拆除M点与电动机的连线,此时虽然保持线圈通电，但由于电磁力小，衔铁不移动。,A与M端相连，能听到电磁开关内发出“叭”的吸合声，且驱动齿轮推出，,移开A，电磁开关保持吸合，电磁开关的两个触点之间电阻为“0”。,3、电磁开关的性能试验,电压降的测试主要检查起动机主电路的导线连接情况，用数字万用表的直流电压档，按下图所示进行测量，每个地方测量得到的电压值应0.2V。如果测得某处电压0.2V，说明该处的连线有问题。,二、起动系统的电压降测试,1、起动机不转可能原因有：蓄电池无电或连线松动；点火开关触点不通；起动继电器工作不正常；起动机的电磁开关故障；起动机的直流电动机故障。2、起动机转动无力可能原因有：蓄电池充电不足或连线松动；电磁开关氧化造成接触不良；电刷磨损或弹簧弹力不足；直流电动机的绕组局部短路。,三、常见故障分析,可能的原因有：单向离合器打滑；拨叉损坏；飞轮或驱动齿轮打坏。4、起动机不能停止可能的原因有：点火开关不能复位；电磁开关触点熔焊；铁心卡死而不能复位。5、起动机工作有异常响声可能的原因有：轴承磨损；驱动齿轮磨损或损坏；减速起动机的减速传动机构损坏；起动机安装螺栓松动；电枢轴向间隙过大。,3、起动机转动但发动机不转,第四章、点火系统,一、概述二、传统点火系的结构与原理三、传统点火系的故障分析四、电子点火系的结构与原理,主要内容,点火系统是发动机的重要组成部分，其工作状况的好坏对发动机的工作有十分重要的影响，为此要求点火系统必须能在各种工况下准确可靠地点燃混合气。,4-1、概述,汽油发动机的点火系统用来在汽缸活塞压缩行程终了时，产生电火花点燃混合气，混合气迅速燃烧时产生的强大动力推动活塞向下运动，使曲轴旋转，发动机作功。,一、发动机对点火系统的要求（教材P66）,1、能产生足够高的电压（20KV以上），以便击穿火花塞的间隙，点燃混合气；2、要有足够的点火能量，以维持火花塞产生的电火花，火花能量越大，混合气容易被点燃，发动机的着火性能就越好；3、点火时刻能随发动机的工况变化而自动调节，最佳点火时刻是使混合气燃烧产生的最高压力出现在上止点后10o15o，此时发动机发出的功率最大。,传统点火系统,有分电器的电子点火系统,无分电器的电子点火系统,有触点,无触点,光电式,磁感应式,霍尔效应式,二、点火系统的分类（教材P67）,点火系统的分类方法很多，不同的分类方法，可得到不同的点火系统名称。我们按点火系统的结构和发展过程分为以下三种类型：,火花塞,分电器,点火线圈,蓄电池,点火开关,4-2、传统点火系的结构与原理,一、传统点火系统的结构（教材P70）,1、点火线圈（教材P72）,点火线圈实质上是一个升压变压器，它由铁心、低压绕组和高压绕组等组成。,点火线圈的作用是将电源的低电压（12V）转换成高电压（2030KV）。,根据点火线圈铁心形状和磁路的不同，点火线圈分为开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两种。,开磁路点火线圈开磁路点火线圈的磁通，经壳体内的导磁钢套和空气隙构成磁回路，因而磁路的磁阻大、漏磁通多、能量损失大、转换效率低，在早期汽车上应用较广，现代汽车上已广泛采用闭磁路的点火线圈。,开磁路点火线圈有二接线柱和三接线柱之分。,附加电阻用来限制点火线圈的初级电流，避免点火线圈过热。在起动时通过点火开关将附加电阻短接，以补偿蓄电池电压下降的影响。,闭磁路点火线圈采用口字型或日字型铁心，使初级绕组产生的磁通有一个闭合磁路，漏磁通和磁路磁阻小，能量转换效率高，在现代汽车上被广泛应用。,闭磁路点火线圈,2、分电器（P70）,传统点火系统采用有触点的分电器，它由断电器、配电器、电容器和点火提前装置等组成。,配电器盖,分火头,断电器,真空点火提前装置,离心点火提前装置,电容器,断电器,断电器由断电触点和凸轮组成，触点（间隙0.450.55mm）采用钨质材料（白金）制成，串联在点火线圈的初级电路中。,触点,凸轮,凸轮的凸角数与发动机的气缸数相等,配电器,配电器装在断电器的上方，它由分电器盖和分火头组成，分火头插装在凸轮的顶端，与凸轮一起转动，将点火线圈送来的高压电分送到各缸的火花塞。,点火提前装置,实践表明，发动机的活塞在上止点后12o时爆发压力达到最大值，发动机的工作状况（功率、燃油及排放等）最佳。而混合气从开始点燃到混合气完全燃烧、混合气的温度和压力达到最大值需要一定的时间，为此应提前点火。,提前点火用点火提前角来衡量，即从开始点火到活塞运动到上止点这段时间内，曲轴转过的角度称为点火提前角。点火提前装置有离心式和真空式二种。,离心式点火提前装置安装在分电器底板的下方，用来在发动机转速变化时自动调节点火提前角（发动机转速升高，点火提前角增大）。,当发动机转速升高时，离心重块克服弹簧拉力向外甩开，并带动拨板和凸轮顺旋转方向转过一个角度，使凸轮提前顶开触点，点火提前角加大。,离心式点火提前装置,真空点火提前装置,真空点火提前装置安装在分电器的壳体上，用来在发动机负荷变化时自动调节点火提前角。,发动机负荷小，节气门开度小，节气门后方真空度大，膜片向右拱曲，拉杆拉动断电器底板和触点逆凸轮旋转方向转过一定角度，使点火提前角增大。,发动机负荷增大，节气门开度大，真空度减小，膜片在弹簧的作用下向左拱曲，拉杆推动断电器底板和触点顺凸轮旋转方向转过一定角度，使点火提前角减小。,怠速时，节气门几乎关闭，吸气孔在节气上方，膜片两侧压力几乎相等，膜片处于最左端，点火提前角最小（基本不提前）。,发动机的点火提前角不是固定不变的，它随发动机的转速和混合气的燃烧速度变化而改变。,当发动机转速一定时，随着节气门开度的加大，发动机的负荷增大，吸入气缸中的混合气量增加，混合气燃烧的速度加快，点火提前角应适当减小；反之，发动机的负荷减小，点火提前角应加大。当节气门的开度一定时，随着发动机的转速升高，单位时间内曲轴转过的角度增大；如果混合气燃烧速度不变，应适当增大点火提前角。因此，点火提前角应随着发动机的转速升高而增大。,电容器,电容器与断电器的触点并联，用来减小触点分开时在触点间形成的火花，延长触点的使用寿命，减少对电子设备的干扰，并提高次级电压。,火花塞由中心电极、侧电极、钢壳、瓷绝缘玻璃组成。在中心电极和侧电极之间形成一个可以被高压击穿的间隙（0.60.9mm，电子点火间隙1.01.2mm)。,高压电极,瓷绝缘体,金属杆,导体玻璃,壳体,侧电极,绝缘体裙部,中心电极,3、火花塞（教材P73）,常用火花塞的结构类型,为使落在绝缘体上的油滴立即烧去，火花塞工作时的温度达500oC750oC，（该温度称为“自净温度”）。,温度过高，将产生炽热点火。,温度过低，使火花塞积炭。,温度过低，使火花塞产生油污染。,火花塞工作温度的高低，用热特性来表示。热特性是指火花塞吸收的热量与散发的热量达到平衡时的温度，它与绝缘体裙部的长度有关。,裙部长度与热值的关系,绝缘体的裙部长，受热面积大，散热困难，裙部温度高，这种火花塞称为“热”型火花塞，适用于压缩比小、转速低的小功率发动机。,绝缘体的裙部短，受热面积小，散热容易，称为“冷”型火花塞，适用于压缩比大、转速高的大功率发动机。,二、传统点火系统的工作原理（教材P68）,当断电器的触点断开时，点火线圈产生高压。,点火系统的工作过程分为以下三个阶段：,1、初级电路导通，点火能量储存,在这一阶段，初级电流产生的磁场能量积蓄在点火线圈中，此时虽然在次级绕组中也产生一电压(约1.52kv)，但不能使火花塞跳火。,2、初级电路截止，次级电路产生高压,当凸轮顶开断电器的触点时，初级绕组中的电流突然降为零，在次级绕组中产生高压（1530kv），触点打开后，初级电路RLC组成振荡电路，产生衰减振荡。,3、火花塞间隙击穿，产生电火花,电火花由电容放电和电感放电产生。电容放电是由分布电容C2的储能使火花塞间隙被击穿跳火，跳火以后，线圈磁场能量沿电离的火花缓慢放电，形成电感放电。电容放电的电压高，时间短；电感放电的电压低，而放电的持续时间长。,传统点火系统次级电压波形,电容放电,电感放电,三、点火正时（教材P91）,点火正时就是让分电器轴的位置与发动机活塞的位置相匹配，使点火系统能有正确的初始点火提前角。点火正时的正确与否对发动机能否在适当的时间点火影响很大，真空、离心点火提前装置是在此初始提前角的基础上调节点火提前角。不同型号的发动机，点火正时的方法和步骤有一定的差异，调整时，应按生产厂家的操作说明进行调整。,传统点火系统的点火正时按下述步骤进行,.检查断电器的间隙(0.350.45mm)，并调整到规定范围；.找出第一缸压缩行程上止点的位置，慢慢转动曲轴，使正时标记对准。,.确定断电器触点在刚打开的位置。即拆下第一缸的高压线，离开缸体34mm，旋松分电器壳体夹板的固定螺丝，接通点火开关，转动分电器（顺旋转方向）使触闭合，反向转动使高压线跳火，即触点处于刚打开的位置。,.按点火顺序接好高压线。六缸发动机的点火顺序为1-5-3-6-2-4，四缸发动机的点火顺序为1-2-4-3或1-3-4-2，但也有不同，应以产品说明为准。,.起动发动机，用正时灯检查点火正时。,点火系统是发动机的重要组成部分，因此，点火系统的工作对发动机的工作性能有着十分重要的影响。点火系统正常工作的条件为：能产生正常的高压，将高压正确分配给各个气缸，火花塞正常跳火，点火正时和点火提前角正确。,4-3、传统点火系的故障分析,当点火系统出现初级电路短路、断路，初级电路电流过小，次级电压过低，点火提前角失调或点火正时不当等故障时，将造成发动机运转不平稳、运转无力、加速性能变差，或出现化油器回火、排气管放炮等不正常现象，使发动机动力下降、油耗增加、排放变坏，甚至出现发动机不能起动等。,一、点火系统高压判断的方法,1、点火波形测试用示波器、发动机故障分析仪或电脑故障诊断仪等测量点火高压的波形、幅值等，来判断点火系统的高压是否符合要求。,2、测试火花塞判断点火系统有无高压,将高压线接到测试火花塞上，判断是否产生跳火？,3、试火法拔下相关的高压线，距发动机金属外壳46mm处，起动发动机，观察是否跳火及火花强度（此方法不适用于电控发动机）。,二、点火系统常见故障分析,1、发动机不能起动,中央高压线有电分缸高压线无电,分缸高压线有电而发动机不工作,中央高压线无电,配电器部分故障,分火头漏电,中心孔烧毁,炭柱损坏,点火顺序错乱,火花塞积炭严重,点火正时失调,点火线圈或开关损坏,断电器损坏或间隙不当,断电器搭铁不良,电容器击穿短路,点火系统连线松动,2、发动机运转不稳、功率下降、油耗大、排气管冒黑烟,点火正时调节不当,点火提前调节装置故障,断电器底板松动,点火线圈有间隙性短路,高压线松动或绝缘破损,个别火花塞积炭严重,凸轮磨损不均匀,3、发动机仅在点火开关处于起动位置时才运转,可能原因：附加电阻开路；点火开关与附加电阻的连线松动；点火开关损坏。,4-4、电子点火系统的结构与原理,传统点火系统已不能适应现代汽油发动机的动力性、经济性及排放控制的要求，它存在以下几个缺点，限制了发动机性能的进一步提高。,第一，次级电压的最大值随发动机转速的升高和气缸数的增加而下降（通电储能时间缩短）。第二，触点容易烧毁，且产生的火花干扰电子设备。第三、触点允许的电流小（5A），产生高压的能量提高受到限制。第四，对点火时刻的控制精度差，不适应现代汽车对节能和排放要求的控制。,一、电子点火系统的分类,有分电器的电子点火系统,无分电器的电子点火系统,有触点,无触点,光电式,磁感应式,霍尔效应式,由于传统点火系统制约了汽油发动机性能的提高，20世纪60年代，出现了有触点的晶体管点火系统，20世纪60年代末期，无触点的晶体管点火系统推广应用；1976年，美国通用公司首次将微处理器应用于点火系统。,二、有分电器的电子点火系统,有分电器的电子点火系统又称“半导体/晶体管点火系统”，根据它的发展历程，可分为有触点式和无触点式二种。1、有分电器有触点式电子点火系统,有触点式电子点火系统又称“晶体管辅助点火系统”，它保留了传统点火系统中的断电器触点。,2、有分电器无触点式电子点火系统,无触点式电子点火系统用电子控制点火模块替代断电器的触点，点火信号由曲轴位置传感器提供。,用电子点火模块替代传统断电器的触点,由曲轴位置传感器提供点火信号。根据采用的曲轴位置传感不同，点火信号发生器分为磁电式、霍尔式和光电式几种。它们的基本工作原理是相同的，只是点火信号发生器不同而异。,磁电式曲轴位置传感器,霍尔式曲轴位置传感器,常用的点火信号发生器有磁电式和霍尔元件式二种。,晶体管无触点式电子点火系统组成原理,可控硅电容储能式无触点电子点火系统,三、无分电器的电子点火系统,无分电器的电子点火系统的工作原理同无触点的有分电器电子点火系统相似，只是由电子高压分配替代机械的高压分配。,无分电器的电子点火系统也称直接点火系统、微机控制的点火系统，它取消了传统点火系统的分电器和断电器，使点火系统的结构大大简化，而且提高了点火系统工作的可靠性，消除了由分电器盖和分火头之间的火花造成的无线电干扰和能量损耗。因此，无分电器的电子点火系统在现代汽车上得到广泛的应用。,根据高压分配方式的不同，无分电器的电子点火系统可以分为同时点火和单独点火两种方式。,1、同时点火方式,同时点火方式又称“双火花点火方式”，即有二个气缸同时点火，其中一个气缸为压缩行程，点燃混合气，另一个气缸为排气行程。,排气行程,压缩行程,同时点火方式根据高压分配方式的不同，又分为二极管分配高压和线圈分配高压的同时点火系统。,二极管分配高压的同时点火系统,线圈分配高压的同时点火方式,线圈分配高压的无分电器同时点火系统组成框图,6缸发动机用的线圈分配高压的同时点火系统,G1和G2为相位差相差180o的两个曲轴位置信号；Ne为曲轴角度（速度）信号。,单独点火方式为每一个缸配一个点火线圈，直接安装在火花塞上方。单独点火方式省去了高压线，点火能量损失少。而且，高压部分安装在发动机气缸盖上的金属罩内，减少了对无线电设备的干扰。,2、单独点火方式,单独点火方式用的点火线圈结构,常用