点火系统示教板

1、 使用说明 书汽车点火系统示教板目录一.安全警告与注意事项二.公司简介三.系统简介四.常见故障诊断与排除五.故障设置功能使用六.产品保养七.装箱清单一、安全警告和注意事项在使用该设备之前,请仔细阅读本说明书,以便正确操作。触摸设备发热部位要小心。如电源线有破损请不要开机使用,设备摔落或受损时请在专业人员检查后才可使用。不要让电源线悬挂在桌边、椅边、柜台边,也不要接触热的部分或正在转动的风扇页。如需扩充的电源线,电源线的等级要大于等于原设备电源线。比设备原电源线等级差的电源线会过热。不使用设备时不要连接电源线插头。不要通过拉电源线来拔插头,应用手将插头取下。存放设备前应让设备完全冷却,并且将线松

2、软的绕好。操作者的头发、衣服、手指或身体其他部位应远离设备运转部位。为了防止受电击,不要在潮湿的部位接触工作的设备或在雨中操作设备。当发现设备有过热、异响等异常时,需及时检查,不能解决时在专业人员检查后才能使用,以免造成严重故障。请按手册中的方法操作设备。二、公司简介我公司是专业从事现代汽车教学实训设备的科研开发与经营的高新科技实体,并同时生产各类汽车检测维修保养设备,“诚信、专业、高效、规范”是我们的宗旨,“以创新为目标,执行为手段打造一流的生产教学实训器材基地”是我们共同追求的目标。现我公司所生产的系列教学产品已在国内各职业大专院校和科研部门大量投入使用。在此,我们愿与各界同仁们真诚合作、

3、与时俱进、共同发展。在设备使用过程中如有好的建议与意见,欢迎指正,我们将不断努力持续开发出更多更好的教学实训产品奉献给广大用户。本公司生产的教学设备是针对各级别的学生学习实训而生产设计的一种实物演示教具,适用于各级别学员的学习和考核,提高学员学习效率,减轻老师教学负担。三、系统简介1、系统操作指导接通220V交流电源并确保电源接地良好,打开示教板左下方红色电源开关(电源指示灯点亮检查一切系统配件有无破损情况。前两种点火方式采用手动旋转分电器点火,后一种点火方式即打开点火开关后旋转至START,即可操作教学。2、系统组成发动机控制单元、点火线圈、分电器、发动机转速传感器、霍尔传感器、曲轴位置传感

4、器、火花塞和高压线、点火开关、检测端子、故障设置盒、可移动台架等。3.工作原理(一发火原理物质由分子组成,分子由原子组成,原子由原子核(包括质子和中子和电子组成,电子围绕原子核旋转运动。在通常情况下,电子的负电荷和质子的正电荷相等,两者平衡使原子的总电荷量为零。在外界能量的作用下,原子外层的电子运动的速度加快到一定程度时,就会逸出轨道与其他中性原子结合,这一原子“俘获”电子之后负电荷量增加,呈现负极性,称之为“负离子”。而失去电荷的原子负电荷量减少,呈现正极性,称之为“正离子”。离子有规律的定向运动便形成了电流。根据上述理论,混合气在进入气缸前都会有微量分子游离成正离子和负离子。气缸压缩过程中

5、,由于气体受挤压及摩擦也会产生更多的正离子和负离子。当火花塞两电极加有电压时,离子便在电场力的作用下分别向两极运动,正离子向负极运动、负离子向正极运动形成了电流。但是在电场力较小时(电压低,原子中的电子运动的速度低,不能摆脫原子核的引力逸出轨道,形成新的离子所以,气体中也只有原来存在的离子导电,由于他们的数量很微小,放电电流微弱,所为只存在理论导通,电路中相当于串接了一个极大电阻R。随着电压的增高,电场力增大,原子动能增大,大量原子摆脫原子核的引力逸出轨道,混合气中产生了大量离子,同时正离子和负离子向两极运动的速度加快,正、负离子产生的动能轻而易举便能将中性分子击破,使中性分子分离成正离子和负

6、离子,这些新产生正、负离子在电场力的作用下,也以高速向两极运动,又去击破其它中性分子,这样的反应连续发生象雪崩一样,使气体中向两极运动的正离子和负离子的数目剧增,从而使气体失去绝缘性变为导体(R变成较小阻值,形成放电电离通道,即击穿跳火。其中由于正负离子高速运动及摩擦碰撞形成的高温炽热电离通道(几千度发光,于是我们就见到火花,同时,电离通道周围气体骤然受热膨胀发出“啪啪”声。(二点火系统基本要求在发动机各种工况和使用条件下保证可靠而准确地点火,为此应满足三个方面的要求。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

7、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:(1火花塞电极间隙和形状根据柏申的经验公式, 均匀电场下的击穿电压U 是气体压力p 、两电极间的距离d 和绝对温度T 的函数,即:火花塞电极的间隙越大,击穿电压就越高。这是因为气体中的电子和离子受电场力的作用越小,气体中的离子和电子距电极和路程增大不易发生碰撞电离;电极的尖端棱角分明,所需的击穿电压低,如图4-1所示。图4-1 火化塞击穿电压与火化塞间隙的关系火化塞间隙对击穿电压的影响可以引申为在高压电路里的“综合间隙”对击穿电压的影响。“综合间隙”可能包括在火化塞电极之间、中央高压线与火化塞之间、分火头与分缸线之间、中央高压线与分电器

8、盖之间、中央高压线与点火线圈之间等处。所以,高压线路的“综合间隙”越大,击穿电压越高。(2气缸内混合气体的压力和温度实际上击穿电压和混合气的压力和温度并无直接关系,而是与混合气的密度有关。因为混合气的密度越大,即每单位体积中气体分子的数量越多,离子自由运动的距离(即两次碰撞之间的距离越短,故不易发生碰撞电离作用。只有提高加在电极上的电压,增大作用于离子上的电场力,使离子加速才能发生碰撞电离而使火花间隙击穿。因此混合气的密度越大,则击穿电压越高。压力和温度的改变直接影响着混合气的密度。因为当混合气压力增大时,混合气密度增大,所以击穿电压增大。相反,当混合气温度增高时,混合气密度减小而使击穿电压降

9、低。如图4-2所示。 图4-2 火化塞击穿电压与混合气压力的关系(3电极的温度和极性(Tpd f U当火花塞的电极温度超过混合气的温度时,击穿电压降低约30-50%。这是因为电极温度越高,包括在电极周围的气体密度就越小,容易发生碰撞电离的缘故。此外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%。这是因为高温金属发出电子比接收电子的能力要强。火化塞中心电极是负极,也就是中心电极聚集的是负电荷,有时也称这种现象为“负触发”,相反为“正触发”。也就是说“负触发”要比“正触发”击穿电压要低。所以,对于点火系统一般采用“负触发”。但是,在微机控制的双缸同时点火系统中,一个点火线圈同时接两

10、个火化塞,点火时形成一个电流的回路,一个为“负触发”,另一个必然是“正触发”,所以,对于具有同样“综合间隙”的点火线圈的两个火化塞击穿电压是不同的即“负触发”形式的火化塞击穿电压低,“正触发”形式的火化塞击穿电压高。因此,“正触发”形式的高压电路故障率高。出现故障时,如将同一点火线圈的高压电路上的火化塞互换,有时可正常工作。对带有双缸同时点火系统的点火顺序是1-3-4-2的发动机来说,1缸和3缸是“正触发”,2缸和4缸是“负触发”。(4发动机工作状况1发动机转速如图4-3所示,起动时的击穿电压最高,当火花塞间隙为0.7mm时可高达19KV。这是由于起动时气缸壁、活塞以及火花塞的电极处于冷态,吸

11、入的混合气温度低、雾化不良。压缩时混合气的温度升不够高,加之火花塞电极之间可能积有机油或汽油,因此击穿电压最高(实验证明,在火花塞电极上存有机油或汽油油滴时,击穿电压将增高1020%。此外,汽车加速时,由于大量的冷混合气突然进入气缸,使火花塞中心电极温度降低,因此,击穿电压也较高。击穿电压随发动机的转速的增高而上降,这主要是发动机高速工作时,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。 图4-3 火化塞击穿电压与发动机转速的关系1-起动 2-加速 3-最大功率的稳定状态2混合气空燃比 图4-4 火化塞击穿电压与空然比的关系由图可见,混合气过

12、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。(5发动机气缸数对于传动点火系统来说,次级电压的最大值将随发动机的汽缸数的增加而降低。这是因为凸轮的凸起数与汽缸数相同,发动机的汽缸越多,凸轮每转一周触点闭合与打开的次数就越多,于是触点的闭合时间缩短,初级断开电流减小,因而使次级电压降低。(6火化塞积炭对次级电压的影响在发动机工作时,若化油器调整不当或润滑油过多,在火花塞绝缘体上会造成积碳,由于碳层具有一定电阻的导体,因此相当于在火花塞电极间并联了一个

13、分路电阻,使次级电路形成闭合回路。当触点打开,次级电压增长时,在次级电路内会产生泄漏电流,消耗了一部分电磁能,从而最高电压降低。当积炭严重时,由于泄漏严重,会使最高电压低于火花塞跳火电压,迫使发动机停止工作。当火花塞由于积碳严重而不能跳火时,把高压线拔离火花塞上端头34mm高后,火花塞就重新工作。这是因为在火花塞的导线中串联一个附加间隙后,泄漏电流不能产生,而当次级电压达到较高值时,才能同时击穿附加间隙和火花塞间隙,产生火花,点燃混合气。可见附加火花间隙在火花塞积炭时,能起改善点火作用。但这种方法不得长期使用,因为击穿两个串联的火花塞所需的电压比击穿一个间隙所需的电压高,会使点火线圈负担加重而

14、损坏。此外使用时应注意防火安全。为了避免火花塞积炭对次级电压的影响,近年来在有些国家所生产的火花塞中,已在其中心杆的上端预留了2.546.35mm的附加间隙。(7电容对次级电压的影响次级电压的最大值随着初级电容C1和次级电容C2的减少而增高。当C1过小时,触点火花加强,消耗了一部分电磁能,且磁势消失减慢,因而使次级火花降低。一般C1值在0.150.35F之间为宜。C2减小,则击穿电压会增大,但C2不可能减小到零,因为次级绕组、配电盘、高压线和火花塞本身都有一定的寄生电容,所以C2受结构限制不能过小。为了减少无线电干扰,在有些汽车的点火装置上装有屏蔽时,C2会增加很多。(8触点间隙对次级电压的影

15、响对于传统点火系统来说,触点间隙的大小,不仅影响次级电压,同时也影响了点火时间,如间隙增大时,由于触点提前打开,会使点火提前角增大。因此,在使用中应该按制造厂的规定进行调整一般为0.35-0.45mm。(9触点接触电阻理想情况下触点接触后是无电阻的,但当触点的接触表面有烧蚀、氧化、脏污等情况后,接触后的触点就会有一定的电阻。触点接触电阻增大,点火线圈初级回路的电阻增大,从而使初级电流减小,击穿电压降低。(10点火线圈的温度对次级电压的影响点火线圈过热时,绕组电阻增大,初级电流下降,导致次级电压降低。点火线圈过热的原因有:夏季天气炎热,发动机过热或因发动机调节器调整不当使发动机电压过高,初级电流

16、增大所致。也可将绕组电阻引申为“综合电阻”,“综合电阻”包括绕组电阻、高压线电阻、积炭引起的火化塞电极之间的电阻等。总之,初级电路“综合电阻”越大,击穿电压越低;次级电路“综合电阻”越大,击穿电压越高。将“综合间隙”和“综合电阻”可统称为“综合阻抗”。总之,高压电路“综合阻抗”越大,击穿电压越高。击穿电压过高的原因大多为高压阻尼线短路、火花塞电极间隙过小、火花塞电极被污染、火花塞绝缘瓷柱破裂。击穿电压过低的原因大多为高压阻尼线电阻值过大或断路、火花塞电极间隙过大等。(二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15mJ的火花能量。但在混合气过浓或是过稀

17、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。并且随着现代发动机对经济性和排气净化要求的提高,都迫切需要提高火花能量。因此,为了保证可靠点火,高能电子点火系一般应具有80100mJ的火花能量,起动时应产生高于100mJ的火花能量。点火能量不足时,会使发动机起动困难、点燃率下降,发动机的动力性下降、油耗和排污增加,甚至于发动机不能工作。(三点火时刻应适应发动机的工作情况首先,点火系统应按发动机的工作顺序进行点火。一般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1-3-4-2或1-2-4-3。其次,必须在最有利的时刻进行点火。由于混合气在气缸内燃烧占用一定的

18、时间,所以混合气不应在压缩行程上止点处点火,而应适当提前,使活塞达到上止点后某一个角度,混合气已得到充分燃烧,从而使发动机获得较大功率。点火时刻一般用点火提前角来表示,即从发出电火花开始到活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度。如果点火过迟,当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,即燃烧过程在容积增大的情况下进行,使炽热的气体与气缸壁接触的面积增大,因而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。如果点火过早,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

19、,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。实践证明,燃烧最大压力出现在上止点后10°-15°时,发动机的输出功率最大,此时所对应的点火提前角为最佳点火提前角。影响最佳点火提前角的因素很多,主要有:1、发动机转速 图4-5 最佳点火提前角与发动机转速的关系(节气门开度不变时可知发动机转速越高,最佳点火提前角越大。这是因为在同样的燃烧速度下,如果发动机转速越快,点火越提前,才能使最大爆发压力出现在最理想的位置。低转速时,点火提前角增大发动机转速上升快,高转速时,点火提前角增大转速上升慢;起动或怠速时,点火提前角应很小或不提前。转速变化

20、时点火提前角的调节由分电器的离心调节机构来实现。2、发动机负荷图4-6 不同转速时最尖点火提前角与负荷的关系同一转速下,随着发动机负荷的增大,最佳点火提前角减小。这是因为负荷越大,压缩终了混合气的密度越大,燃烧速度越快,燃烧时间更短,在相同的发动机转速的情况下,发动机曲轴到达最大爆发压力的理想位置转过的角度越小,所以点火提前角就越小。出现负荷变化时点火提前角的调节由分电器的真空调节机构来实现。3、汽油辛烷值点火提前较小,不易产生爆燃。汽油辛烷值高,抗爆性好。因此,燃用低辛烷值汽油时,应将点火提前角减小。汽油品质改变时,点火提前角的调整由分电器的辛烷值选择器来实现。除了发动机的转速与负荷变化时点

21、火提前角应及时调整以外,还有好些因素会影响混合气的燃烧速度,当这些因素有变化时,相应的点火提前角需作适当的调整。这些因素包括以下几项。(1混合气的浓度:当混合气变浓时,其燃烧速度加快,因此,点火提前角应适当减小。(2进气压力:当进气压力降低时,混合气的扰流和雾化变差,其燃烧速度会下降,因此点火提前角应适当加大。(3发动机的温度:发动机的温度低时,压缩终了混合气的温度也要低些,这会使燃烧速度有所下降。因此,在发动机的温度低时也应适当增大点火提前角。(4压缩比:压缩比大,压缩终了混合气的压力和温度高,混合气的燃烧速度快。因此压缩比大的发动机,其点火提前角应小一些。(5汽油辛烷值:汽油辛烷值高的,其

22、抗爆燃能力强,为充分发挥发动机的功率,降低油耗,应适当增大点火提前角。(6火花塞的数量:当一个气缸内装上两个火花塞时,由于火焰传播的路程缩短,火花的能量相应较高,混合气迅速燃烧所需的时间缩短。因此,其点火提前角应适当小些。二、传统点火系统(一基本原理 图4-7 点火系组成传统触点式点火系统的工作原理如图4-7所示,电路图原理如4-8所示。点火线圈是一个带有附加电阻的自藕变压器,其初级绕组通过断电器的触点搭铁。由发动机凸轮轴驱动的分电器轴转动时,带动断电器凸轮一起旋转,使断电器触点不断地闭合和张开。 图4-8 传统点火系统电路原理图(数字为故障设置点触点闭合时,点火线圈初级绕组通路,其初级电流的

23、回路是:蓄电池正极电流表(有的汽车上没有电流表点火开关点火线圈附加电阻点火线圈初级绕组一断电器触点搭铁蓄电池负极。在触点闭合瞬间,点火线圈初级绕组产生一个阻碍初级电流增长的自感电动势,使得初级电流增长比较缓慢(图4-9a,点火线圈铁心中磁通量的变化速率也较低,因此次级绕组产生的互感电动势也不大,约1500V左右(图4-9b,此电动势不能用于点火,但点火线圈的磁场能量则随初级电流的上升而逐渐增加,因此触点闭合的这段时间实际上是点火系统的贮能过程。触点张开时,点火线圈初级断路,点火线圈初级电流突然减小,引起点火线圈铁心中的磁通量的迅速减小,点火线圈次级绕组产生一个很高的互感电动势。此时,与断电器凸

24、轮同步旋图4-9 传统点火系统工作时电压电流波形转的分火头正好转到对着分电器盖某一旁电极,使次级绕组与需要点火缸的火花塞电极接通。于是,次级绕组的互感电动势对火花塞电极充电,其电流通路为:次级绕组正极点火线圈附加电阻一点火开关电流表”蓄电池搭铁火花塞电极高压分线一分电器盖旁电极一分火头中央高压线次级绕组负极,火花塞电极两端的电压迅速升高。当电压上升到火花塞的击穿电压时,火花塞电极间隙就被击穿而产生放电火花,点燃混合气。也就是说,当点火系统初级电路断开的瞬间次级电路产生高压火。放电情况为:如果火花塞电极不被击穿,次级电压就会形成如图4-9b虚线所示的LRC衰减振荡,但实际上当火花塞电极间的电压在

25、达到最大次级电压前,火花塞电极间气隙就被击穿而产生电弧放电,此时火花塞电极上集聚的电荷迅速放电,形成很大的放电电流,电压随之迅速下降,这一阶段为电容放电,其主要作用是使火花塞电极间气体电离,形成一个火焰核心。之后,点火线圈次级绕组电感尚余的能量继续维持火花放电,此时火花塞电极间的电压约在600V左右,放电电流也很小,但放电的时间较长。这一放电阶段为电感放电,可加热混合气,使其迅速燃烧。当火花不能维持而消失时,电感线圈剩余的能量则形成LCR衰减振荡(图4-9b。(二部分元件结构及功用1、电容器触点断开瞬间,初级绕组会产生约300V左右自感电动势。此电动势将会击穿触点间的气隙而产生较强的触点火花,

26、使初级电流通过触点间的火花放电而继续保持通路,使得初级电流下降速率减小而导致铁心中的磁通量下降速率减小,造成次级绕组的互感电动势降低。此外,触点间较强火花会使触点很快烧蚀而导致点火系统不能工作。触点间并联一个电容是利用电容两端电压不能突变的特性在触点断开瞬间吸收初级绕组的自感电动势,使触点间不会产生强的火花放电,以提高初级电流的下降速率。在触点刚打开时缝隙很小,电容器上电压很低,触点间不会产生电弧;随着电容器上充电电压的升高,触点间隙也随凸轮的旋转而增加,当电容器充满电,电压达到最大时,触点间隙也同时达到最大,所以,这时也不会产生电弧。由此可见,电容器的容量如果太小,断电器触点的火花将增强,既

27、容易烧蚀触点有消耗了一部分电磁能量,使磁通的变化速度缓慢,此必然降低高压电;若电容器过大,断电器触点的火花虽减小,但由于充放电周期延长,导致磁场突变速度减慢和回路振荡频率过低,其结果仍然是使高压电下降。在考虑电容器的电容量对高压电的影响,又兼顾到限制断电器触点的火花不致产生烧蚀,电容器选择了0.15-0.35F的电容器范围。总之,电容器的作用就是减小触点火花,提高次级电压。2、附加电阻发动机的转速变化范围很大,在发动机低速时,触点的闭合时间相对较长,初级电流可上升至最大值或接近最大值,容易使点火线圈过热,并使触点的火花加大而容易烧蚀;在发动机高速时,触点的闭合时间很短,触点断开时初级电流还很小

28、,点火线圈不能产生足够高的次级电压而使发动机容易断火。点火线圈初级回路串人一个正温度系数(PTC比较大的附加电阻后,在发动机低速时,较大的初级电流流经附加电阻,附加电阻的温度会升高,其电阻值也会增大,使初级电流的增长受到限制;在发动机高速时,流经附加电阻的初级电流较小,附加电阻的温度随之降低,其电阻值也相应减小,初级电流随发动机转速的上升而下降的幅度可减小。因此,点火线圈附加电阻的作用就是在发动机转速变化时,自动调节初级电流。发动机起动时,通过起动机电磁铁开关的附加电阻短路触点(或直接用点火开关的起动档将附加电阻短路,这是为了在起动中蓄电池端电压下降很多的情况下,仍保证点火线圈初级绕组能形成足

29、够大的初级电流,使起动容易。3、分电器总成分电器总成由断电器、配电器、点火提前角调节器以及电容器等组成,如图4-10。 图4-10 分电器总成 图4-11 触点间隙调整(1断电器断电器属于点火系统的低压部分,其作用是周期性地通断点火线圈初级回路,它由触点和凸轮组成。断电器凸轮是空套在分电器轴上,由分电器轴经离心点火提前调节器带动旋转。触点安装在能相对分电器外壳转动的活动底板上,底盘可由真空点火提前调节器带动以固定销为中心旋转,其中固定触点搭铁,固定触点支架用紧固螺钉固定在活动板上。调整触点间隙时,须转动分电器轴,凸轮将触点顶开至最大位置。松开固定触点支架上的紧固螺钉,旋动偏心螺钉即可通过改变固

30、定触点的位置来调整断电器触点的间隙。如图4-11。(2配电器配电器的作用是将点火线圈次级产生的高压按点火顺序送至各缸火花塞,它由套在断电器凸轮上的分火头和分电器盖组成。(3点火提前调节装置点火提前调节装置包括两部分:离心点火提前调节器和真空点火提前调节器。其基本原理如图4-12所示。 图4-12 点火提前角的调节a点火提前角的调节 b转动凸轮使点火提前角增大c转动断电器底板连同触点使点火提前角增大1-触点 2-凸轮 3-凸轮轴 4-断电器底板-点火提前角1离心点火提前调节器离心点火提前调节装置是根据发动机的转速自动调节凸轮相对于断电器触点的位置。它使点火提前角随发动机转速的上升而适当地增大,其

31、结构如图4-13。 图4-13 离心提前机构图图4-14 真空点火提前调节器工作原理1-离心块 2-分电器轴 3-弹簧及支架 a小负荷时b大负荷时4-拖板 5-柱销 6-销钉 7-拨板 1-分电器壳 2-活动板 3-断电器触点 4-拉杆5-膜片 6-弹簧 7-真空管 8-节气门9-断电器凸轮如图4-5所示,由于随着发动机转速的提高提前角的增量要小一些,为此,一些分电器每个重块设有一粗一细两个弹簧。细弹簧只要重块一开始甩开就起作用,而粗弹簧的两端钩环呈椭圆形,只是在转速达到一定值,重块外甩的角度较大时才能起作用。由于重块在发动机高速范围时有两个弹簧的作用,相应的点火提前角的增量也就较小。2真空点

32、火提前调节器真空点火提前调节装置是根据发动机负荷自动调节断电器触点相对于凸轮的位置,它使点火提前角随发动机的负荷增大适当减小,如图4-14所示。当发动机的负荷增大时,由于节气门的开度增大,节气门小孔处的真空度减小,真空点火提前调节器内的膜片在弹簧力的作用下向左拱,通过拉杆的作用使活动底板顺着分电器轴旋转方向转动一个角度,断电器凸轮顶开触点的时间推迟,从而使点火提前角适当减小。当发动机负荷减小时,节气门开度减小,节气门处的真空度增大,其真空吸力使膜片克服弹簧力向右拱,膜片带动拉杆移动,使活动底板逆着分电器轴旋转方向转动一个角度,从而使点火提前角增大。发动机怠速时,节气门关闭,节气门上方小孔处真空

33、度接近。,弹簧力将膜片推至左拱的极限位置,使点火提前角处于最小状态,以满足怠速工况点火提前角小或不提前的要求。由于点火提前角除了与发动机转速和负荷有关之外,诸多因素有关。因此,单靠离心调节机构或真空调节机构是不能满足要求的,必须有一种更为先进的控制手段,这就是微机控制电子点火系三、无触点点火系统本示教板无触点电子点火系统采用SANTANA JV发动机点火系原件制作而成,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,如图4-15所示。图4-15 上海桑塔纳轿车点火系的组成1-蓄电池2-点火开 关 3-点火线圈4-点火控制器 5-霍尔发生器6-分电器7-火化塞(一霍

34、尔发生器霍尔效应-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。霍尔信号发生器位于分电器内.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。霍尔元件实际上是一个霍尔集成块电路.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。 图4-16 霍尔信号发生器的结构1-分火头及触发叶轮 2-霍尔集成电路 3-永久磁铁 4-专用插座 图4-17 霍尔集成块电路框图U-霍尔电压Ug-霍尔信号发生器输出信号电压H分电器轴带动触发叶轮转动,当叶片

35、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。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。 图4-18 霍尔发生器的工作原理a触发叶轮进入空气隙 b触发叶轮离开空气隙1-触发叶轮的叶片 2-霍尔集成块 3-永久磁铁 4-霍尔传感器 5-导板(二点火器 图4-19 桑塔纳轿车点火器 图4-20 桑塔纳轿车点火系工作原理图1-信号发生器 2-点火控制器 3-点火开

36、关 4-点火线圈 5-火化塞1、基本功能(1发动机工作时,分电器轴带动霍尔信号发生器的触发叶轮旋转。当触发叶轮的叶片进入空气隙时,信号发生器输出高电压信号1112V,使点火控制器集成电路中末级大功率三极管导通VT,点火系初级电路接通:电源“+”点火线圈W1点火控制器(三极管VT搭铁。(2当触发叶轮的叶片离开空气隙时,信号发生器输出0.30.4V的低电压信号,使点火器大功率三极管截止,初级电路切断,次级产生高压。霍尔电子点火系工作过程叶片位置霍尔电压信号发生器输出信号点火器大功率管点火线圈初级回路进入空气隙不产生高电位适时导通接通离开空气隙产生低电位截止切断,次级绕组产生高压2、限流控制(恒流控

37、制 图4-21 一般型和恒定控制型点火线圈初级电流上升特性为保证发动机在各种工况下稳定点火,采用高能点火线圈,其初级电路电阻小,电感小,初级电流增长快,电流大,若不控制,点火线圈和点火器会因过热而损坏。 图4-22 限流控制原理电路图4-22中VT为点火器末级大功率管,Rs为采样电阻,IC为点火集成块。当采样电阻值一定时,采样电阻两端的电压值与通过点火线圈的初级电流成正比,工作中,采样电阻压降值反馈到点火集成块中的限流控制电路,使限流控制电路工作,从而保持流过点火线圈的初级电流恒定不变。3、闭合角控制 图4-23 装与未装闭合角控制时的初级电流波形a霍尔信号发生器输入点流 b初级电流(只有线圈

38、限流功能时c初级电流(有线圈限流和闭合角控制功能时闭合角是指点火控制器的末级大功率开关管导通期间,分电器轴转过的角度,也称导通角。由于点火线圈采用了高能点火线圈,即初级绕组W1的电阻很小0.520.76,这样点火系初级电路的饱和电流可达20A以上,为防止初级电流过大烧坏点火线圈,点火控制器必须控制末级大功率开关管的导通时间,使初级电流控制在额定电流值,保证点火系可靠工作。闭合角的大小与发动机转速、蓄电池电压、点火线圈参数等因素有关。四、微机控制点火系统(一基本原理传统点火系统有很多不足如触点工作可靠性低、最高次级电压不稳定、点火能量低、对火化塞积炭敏感、干扰大等,使得发动机的油耗高、排气污染严

39、重。普通无触点电子点火系在提高点火能量,改善点火工作特性方面有很大提高。但点火提前角的控制仍由离心式和真空式两套机械点火提前角点火装置来完成,对于点火提前角的控制与调节,很难保证发动机在各种工况及工作条件下都能处于最佳状态。微机控制点火系统,不仅能控制初级绕组的通电时间和实现恒流控制,保证在发动机各种工况及工作条件下都能得到足够高的次级电压和跳火持续时间,而且还能提供最佳点火提前角。因此,电控点火系统能使发动机在各种工况及工作条件下均获得理想的点火正时,从而使发动机在动力性、运转平稳性、经济性和排放性方面达到最佳状态。微机控制点火系统也由传感器、ECU和执行器三部分组成。基本组成由表4-1所示

40、,基本工作模式如图4-24所示。表4-1 微机控制点火系统基本组成传感器ECU 功能组件功用根据各传感组件功用空气流量计检测进气量,向ECU 提供点火提前角主控信号器输入的信号,计算出最佳点火提前角,并将点火控制信号输送给点火器点火器(点火模块 根据ECU 输出的点火控制信号控制点火线圈初级电路的通断,产生次级高压进气压力传感器曲轴位置传感器检测曲轴角度或及转速,向ECU 提供点火提前角主控信号凸轮轴位置传感器检测凸轮轴位置节气门位置传感器检测节气门位置,向ECU提供点火提前角修正信号水温传感器 检测发动机水温,向ECU提供点火提前角修正信号起动开关向ECU 提供发动机起动信号A/C 空调开关

41、向ECU 提供空调的开关信号车速传感器检测车速,向ECU 提供点火提前角修正信号空档起动开关 检测换挡手柄位置,向ECU 提供点火提前角修正信号爆震传感器检测发动机爆震信号,向ECU 提供点火提前角修正信号,形成点火系统的闭环控制 图4-24 微机控制点火系统基本工作模式可知,在所有的传感器中,除爆震传感器为微机控制点火系统所专用之外,其它传感器基本上都与电控燃油喷射系统所共用,都由一个ECU 控制。对于微机控制点火系统基本工作模式,点火器的位置可能是单独安装,也可能与ECU 安装在一起,也可能与点火线圈安装在一起。(二有分电器微机控制点火系统-5A-FE 发动机型5A-FE 发动机的分电器的

42、结构及原理如图4-25和图4-26所示。在该点火系的分电器内保留了传统的配电结构,不再有传统的分电器中的断电器、离心式和真空式点火提前角调节器,而装有凸轮轴位置和发动机转速传感器。凸轮轴位置信号(G 和发动机转速信号(Ne 传感器装于分电器上,其中G 信号转子1个齿,Ne信号转子4个齿。G信号转子和Ne信号转子同分电器轴同步转动。 图4-25 5A-FE发动机分电器结构 图4-26 5A-FE发动机分电器工作原理G信号转子与其感应线圈间的磁隙不断发生变化,分电器每转一周,G信号感应线圈产生一个脉冲信号。在设计和装配时,G信号转子凸起部分在一缸上止点前某一度数与其感应线圈最接近,即ECU可根据其

43、线圈电压的变化,判断基准位置,用以确定喷油正时和点火正时。 Ne信号感应线圈在分电器转动一周同步产生与凸起数相等的电压脉冲。ECU根据脉冲的数量和脉冲间的时间间隔,就可检测发动机转速。利用G信号和Ne信号的组合,ECU可测定特定气缸的曲轴转角,可决定喷射量、喷射时刻和基本点火提前角。由图4-27可知,ECU根据各输入信号,确定点火时间,并将点火正时信号IGt送至点火器。当IGt变为低电平时,点火线圈初级电路由于末级功率三极管的截止而被切断,次级感应出高电压,再由分电器按发火顺序送至相应气缸的火化塞上。图4-27 在点火器中设有闭合角控制回路和点火确认信号(IGf发生电路。闭合角控制回路的作用是

44、根据发动机转速和蓄电池电压的变化调节闭合角,保证初级线圈闭合时间稳定,以保证足够的点火能量和次级电压。在发动机转速上升和蓄电池电压下降时,闭合角控制电路使闭合角增大,延长初级线圈的通电时间,防止初级储能下降,确保点火能量。点火确认信号(IGf发生电路的作用是在点火线圈初级电流切断,初级线圈产生自感电动势时,输出点火确认信号(IGf给ECU,以监视点火控制电路是否工作正常。当点火器中的末级功率三极管不能正常导通和截止时,ECU就接收不到由点火器反馈回来的点火确认信号IGf,表明点火系统发生故障,ECU将切断燃油喷射脉冲信号,使电磁喷油器停止喷油。如果由于某种原因,偶尔出现一次不正常信号,ECU并

45、不会判定为故障,一般需点火器6次没有点火确认信号IGf反馈给ECU,才判定点火系统故障,停止喷油。(三无分电器微机控制点火系统-AJR发动机型AJR发动机电控系统组成如图4-28所示,点火系为点火线圈分配式的双缸同时点火系统,工作原理如图4-29。 图4-28 AJR发动机电控系统组成该发动机的磁感应式曲轴位置传感器安装在曲轴箱靠近离合器一侧的缸体上,其信号转子为齿盘式。转子上有间隔均匀的制作有58个凸齿、57个小齿缺和1个大齿缺。大齿缺所占的弧度相当于两个凸齿和三个小齿缺所占的弧度。由于转子和曲轴一同旋转,所以信号转子圆周上的凸齿和齿缺所占的曲轴转角为360°,每个凸齿和小齿缺所占

46、的曲轴转角均为3°,大齿缺所占的曲轴转角为15°。当曲轴位置传感器随曲轴旋转时,信号转子每转过一个凸齿,和齿缺传感器就会产生一个周期的交变电动势,线圈相应地输出一个交变电压信号,。大齿缺对应于1缸或4缸压缩上止点前一定角度,作为一个基准信号。当大齿缺转过磁头时,信号电压所占的时间较长,输出信号为一个宽脉冲信号。控制单元ECU接收到宽脉冲信号时,便可知道1缸或4缸上止点位置即将到来,至于即将到来的是1缸还是4缸则需根据凸轮轴位置传感器输入的信号确定。每当信号转子随发动机曲轴转动一圈,传感器就会向ECU传送58个脉冲信号。ECU可根据基准信号和脉冲信号的个数便可计算出发动机曲轴

47、转速和位置,从而同负荷信号(空气流量计一起计算出基本喷油提前角、基本点火提前角和点火闭合角三个重要的基本控制参数。所以该曲轴位置传感器的大齿缺产生的信号为基准信号,ECU控制喷油时间和点火时间是以大齿缺产生的信号为基准进行控制,当ECU接收到大齿缺产生的信号后,再根据小齿缺信号来控制点火时间、喷油时间和点火线圈闭合角。所以,曲轴位置传感器的作用是产生发动机曲轴转速及位置信号,作为点火和喷油的主控信号。当该传感器出现触头上吸附过多的金属颗粒、触头和转子间隙大于2-3mm、触头损伤、线圈严重短路和断路等情况时,传感器信号会不准确或消失。信号不准确会造成发动机工作严重不良,如果信号消失时,发动机立即

48、熄火,在故障排除前无法起动。凸轮轴位置传感器信号的作用是确定1缸压缩上止点并根据点火顺序确定喷油顺序,同时实现爆震控制。如果凸轮轴位置传感器信号中断,ECU无法识别1缸压缩上止点,此时,发动机仍能起动并运转但发动机爆震控制关闭,点火提前角推迟,致使发动机功率下降。图4-29 AJR发动机点火系工作原理 点火线圈分配式的双缸同时点火系统每两个气缸共用一个点火线圈,次级绕组的两端分别与同一曲轴位置的两个气缸上的火花塞连接。当一缸处于压缩上止点前时,另一缸则处于排气上止点前,曲轴旋转360°后,两缸所处的冲程正好相反。由于处于压缩行程一缸的气缸压力高,火化塞击穿电压高,而处于排气行程一缸的

49、气缸压力低,接近大气压力,因此两个火化塞串联同时跳火时,其阻抗几乎绝大部分都在压缩行程一缸的火化塞上,它点火能量主要通过该火化塞释放,而排气行程一缸火化塞跳火只损失很少的点火能量。这种点火系统的点火线圈采用闭磁路的点火线圈,而且点火线圈初、次级绕组没有连接,各自独立构成回路。(四控制项目微机控制的点火系统的控制项目有三方面分别是点火提前角控制、通电时间控制和爆震控制。1.点火提前角控制实际最佳点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角,如图4-30所示。 图4-30 点火提前角控制(1初始点火提前角发动机起动过程中,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

50、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Ne 信号和STA信号。(2基本点火提前角发动机正常工作时,ECU按怠速工况和非怠速工况两种情况,确定基本点火提前角。发动机处于怠速工况时,ECU根据节气门位置信号(怠速识别、发动机转速信号和其它负荷信号(空调开关等确定基本提前角。发动机处于非怠速工况时,ECU根据发动机转速和负荷信号(节气门位置或进气量,从存储器中点火特性三维脉谱图中查出相应的基本点火提前角,如图4-31所示。 图4-31 点火特性脉谱图(3修正点火提前角修正点火提前角所包含的修正值有暖机修正、过热修正、空然比修正、怠速稳定性修正、爆震修正等。1暖

51、机修正怠速时,发动机水温变化时的修正:发动机冷车刚启动后,冷却液温度还较低,混合气燃烧的速度也比较慢,发生爆燃的可能性也比较小,此时可以适当的增加点火提前角。暖机过程中,随着冷却温度的上升,点火提前角应逐渐减小。如图4-32所示。暖机修正的主要控制信号有冷却液温度信号、进气量信号、节气门位置信号等。2过热修正发动机水温过高时,如发动机处于部分负荷(怠速触点断开,为了避免爆震可将点火提前角推迟;发动机处于怠速工况(怠速触点闭合,为了避免发动机长时间过热,应将点火提前角增大,以此来提高发动机的怠速转速,以提高水泵和冷却风扇的转速,增强制冷效果,降低发动机温度。如图4-33所示。过热修正的主要控制信

52、号有冷却液温度信号、节气门位置信号等。 图4-32 暖机修正曲线 图4-33 过热修正曲线3空然比修正装有氧传感器的发动机,微机通过氧传感器反馈的信号对空燃比进行修正。随着修正喷油量的增加和减少,发动机转速在一定范围内波动。在反馈修正油量减少,混合气变稀时,适当地增大点火提前角。如图4-34所示。 4-34 空然比修正原理4怠速稳定性修正发动机在怠速运行期间,负荷发生变化会引起发动机转速发生变化,发动机ECU不断的计算发动机的平均转速,当平均转速高于或低于目标转速相应的减小和增加点火提前角。如图4-35所示。怠速稳定修正信号主要有发动机转速信号、节气门位置、车速、空调信号等。 图4-35 怠速

53、稳定性修正曲线5最大和最小提前角控制如果发动机的实际点火提前角超出一定范围时,发动机将不能正常运转。为防止这种情况发生,在电控点火系统中,由电控单元对实际点火提前角的数值范围进行限制。最大和最小点火提前角的一般范围是:最大点火提前角35°45°,最小点火提前角-10°0°。2.闭合角控制当点火线圈的初级电路被接通后,通过点火线圈的电流是按指数关系增大的。初级线圈被断开瞬间所能达到的断开电流值与初级线圈接通时间长短有关。只有通电时间达到一定值时,初级电流才能达到饱和。而次级线圈高压的最大值与初级断开电流成正比,为了满足足够的点火能量,必须使初级电流达到饱和

54、。影响初级线圈通过电流的主要因素有发动机转速和蓄电池电压,如图4-36所示。ECU根据蓄电池电压和发动机转速信号,从预置的闭合角数据表中查出相应的最佳数值,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,保证在不同的蓄电池电压和不同的发动机转速下都具有相同的初级断开电流。 图4-36 闭合角控制原理3.爆震控制爆震是汽油机运行过程中产生的一种最有害的故障现象。汽油机如持续产生爆震,火花塞电极或活塞就可能产生过热、熔损等现象,导致发动机损坏,因此必须防止爆震的发生。爆震率是衡量爆震程度的指标,%实际工作的循环次数发生爆震的循环次数爆震率=(100根据爆震率的大小爆震分为四个等级:爆震率在5%以下时为微爆震;5%10%为轻爆震;10%25%为中爆震;25%以上为重爆震。为了最大限度地发挥汽油机的潜能,应把点火提前角控制在接近临界爆震点,当发动机出现1%5%的微爆震时,其动力性和经济性接近最