汽车构造-课件-第09章汽油发动机点火系

1、AUTOMOBILE STRUCTURE汽车构造汽车构造AUTOMOBILE STRUCTURE汽车工程系汽车工程系主讲人：孔胜利主讲人：孔胜利AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-212第第9章章 汽油发动机点火系汽油发动机点火系 概述 传统点火系 半导体点火系 微机控制点火系 汽车电源AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2139.1 概述概述p 汽油机在压缩接近上止点时，可燃混合气是由装在燃烧室中的火花塞产生的电火花点燃的，从而推动活塞向下运动而对外作功。p 火花塞有一个中心电极和一个侧电极，两电极之间是绝缘的。当在火花塞两电极间加上直流电压并且电压升高到

2、一定值时，火花塞两电极之间的间隙就会被击穿而产生电火花，能够在火花塞两电极间产生电火花所需要的最低电压称为。p 点火系统的功用是按发动机点火次序在规定时刻供给火花塞足够能量的高电压，使火花塞产生电火花，点燃可燃混合气，使发动机作功。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-214概述按点火方式的不同，点火系可分为、和。p 传统点火系 也称为触点式点火系。它以蓄电池或发动机为电源，利用断电器产生点火信号，控制点火线圈的通断，使点火系工作。p 半导体点火系 也称为电子点火系。它以蓄电池或发动机为电源，利用晶体三极管的开关作用，控制点火线圈的通断，使点火系工作。p 微机控制点火系 由各种

3、传感器提供各种信号，经过微机精确计算，确定点火时刻后发出点火信号，控制点火线圈的通断，使点火系工作。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-215概述点火系统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。为此点火系统应满足以下基本要求： p 能产生足以击穿火花塞两电极间隙的电压 ；p 电火花应具有足够的点火能量 ；p 点火时刻应与发动机的工作状况相适应 。点火系统的特点 汽车发动机的点火系统与汽车上其他电器设备一样，采用单线制连接，即电源的一个电极用导线与各用电设备相连，而电源的另一个电极则通过发动机机体、汽车车架和车身等金属构件与各用电设备相连，称为搭铁，其性质相当于一般

4、电路中的接地。 AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2169.2 传统点火系传统点火系1、传统点火系的组成1点火线圈7高压电线2附加电阻8阻尼电阻3点火开关9配电器4电流表10火花塞5蓄电池11断电器6起动机12电容器传统点火系的组成传统点火系的组成AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-217传统点火系(1)点火线圈 是将电源的低压电转变为高压电的升压变压器。按其磁路的形式，可分为开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两种 。(a)开磁路点火线圈采用柱形铁芯，上下两端没有连接在一起，磁力线通过空气形成磁回路。(b)闭磁路点火线圈的铁芯用“口”字形或“日”字形的贴片叠制

5、而成，当然其上下两端连接在一起，磁回路闭合。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-218传统点火系附加电阻12外壳6正极接线柱11导磁钢套5起动机接线柱10次级绕组4高压线接头9初级绕组3胶木盖8铁芯2负极接线柱7绝缘支座1开磁路点火线圈结构示意图开磁路点火线圈结构示意图AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-219传统点火系闭磁路点火线圈磁路闭磁路点火线圈磁路1-初级绕组；2-次级绕组；3-铁芯AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2110传统点火系(2)分电器 是将断电器、配电器、电容器以及各种点火提前调节装置等组装成一体的部件。AUTOMOB

6、ILE STRUCTURE2022-4-2111传统点火系(a)断电器p 断电器的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。p 断电器是由一对钨质的触点和断电器凸轮组成的。p 断电器凸轮的凸棱数与发动机气缸数相等。p 凸轮轴通过离心点火提前调节器与分电器轴相连。分电器轴由发动机的曲轴通过配气凸轮轴上的齿轮驱动，其转速与配气凸轮轴的转速相等，为曲轴转速的一半（四冲程发动机）。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2112传统点火系调节螺钉7固定螺钉6托板5活动触点臂与活动触点4销钉3片簧2固定盘1

7、断电器断电器AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2113传统点火系8 8断电器活动触点臂、触断电器活动触点臂、触点、弹簧及支架点、弹簧及支架9 9断电器固定触点及支架断电器固定触点及支架AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2114传统点火系(b)配电器p 配电器用来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。p 它主要由分电器盖和分火头组成。p 分电器盖上有一个深凹的中央高压线插孔，以及数目与发动机气缸数相等的若干个深凹的分高压线插孔。p 分火头套在凸轮轴顶端的延伸部分，此延伸部分为圆柱形，但其侧面铣切出一个平面。AUTOMOBIL

8、E STRUCTURE2022-4-2115传统点火系1 1分电器盖分电器盖5 5分火器分火器AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2116传统点火系(c)电容器p 目前发动机点火系统所用的电容器一般均为纸质电容器。p 其极片为两条狭长的金属箔带，用两条同样狭长的很薄的绝缘纸与极片交错重叠，卷成圆筒形，在浸渍蜡绝缘介质后，装入圆筒形的金属外壳中加以密封。p 一个极片与金属外壳在内部接触，另一极片与引出外壳的导线连接。p 电容器外壳固定在分电器外壳上搭铁，使电容器与断电器触点并联。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2117传统点火系电容器电容器1-金属箔； 2

9、-盖板3-外壳； 4-绝缘纸AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2118传统点火系(d)点火提前调节装置 包括离心式和真空式两种。 离心式点火提前调节装置 随发动机转速的变化而自动改变点火提前角。弹簧10重块9弹簧8轴7托板6轴销5销钉4重块3带孔拨板2凸轮1离心式点火提前调节装置AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2119传统点火系 真空式点火提前调节装置 随发动机负荷速的变化而自动改变点火提前角。真空式点火提前调节装置工作原理图(a)节气门部分开启；(b)节气门全开；(c)节气门全闭分电器壳体10断电器底板9断电器触点8拉杆7膜片6弹簧5真空连接管4节气

10、门3调节装置壳体2断电器凸轮1AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2120传统点火系(3)火花塞火花塞的功用是将点火线圈引入燃烧室，并在其两个电极之间产生电火花，以点燃可燃混合气。中心电极10壳体5侧电极9内垫圈4内垫圈8金属杆3密封圈7绝缘体2密封剂6接线螺母1火火花花塞塞结结构构示示意意图图AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2121传统点火系p 发动机工作时火花塞绝缘体裙部的温度若保持在500600，落在绝缘体裙部的油粒能立即被烧掉，不容易产生积炭。这个温度称为。p 若裙部温度低于自净温度，落在绝缘体裙部的油粒不能立即烧掉，形成积炭而漏电，将使火花塞间

11、隙不能跳火或火花微弱。p 若裙部温度过高超过800900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，称为炽热点火。炽热点火将使发动机出现早燃、爆燃、化油器回火等不正常现象。p 因此，无论哪一种类型的发动机，在发动机工作时，火花塞裙部的温度都应该保持在自净温度的范围内。 AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2122传统点火系p 火花塞绝缘体裙部的工作温度，取决于其受热情况和散热条件。影响火花塞裙部温度的主要因素是裙部的长度。p 当裙部较长时，受热的表面积大，吸收的热量多，裙部的温度容易上升，这种火花塞称为“热型”火花塞；相反，裙部较短的火花塞称为“冷型”

12、火花塞；裙部长度介于二者之间的则为“中型”火花塞。不同热值的火花塞 (a)冷型；(b)中型；(c)热型AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2123传统点火系p 火花塞绝缘体裙部温度的高低，一方面受火花塞热特性的影响，还直接受汽缸内工作温度的影响。p 对于大功率、高压缩比和高转速的发动机，由于燃烧室温度高，为使火花塞能与这种发动机工作特征相匹配，不致产生炽热点火，应采用“冷型”火花塞。对于功率、转速和压缩比比较低的发动机，为了不致形成积炭，应采用“热型”火花塞。p 火花塞热特性标定方法各国不尽相同，国产火花塞的连接螺纹尺寸（直接螺距）有M101.0（代号1）、M141.25（代

13、号4）和M181.5（代号8）等3种规格，国外还有螺纹直径为12mm的火花塞。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2124传统点火系AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2125传统点火系AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2126传统点火系AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2127传统点火系AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2128传统点火系AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2129传统点火系AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2130传统点火系奇瑞QQ专用火花塞

14、AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2131传统点火系2、传统点火系的工作原理在传统点火系中，电源供给的6V或12V的低压电，经点火线圈和断电器转变为高压电，再经配电器分送到各缸火花塞，在火花塞的两极间产生电火花，点燃可燃混合气，使发动机做功。火花塞6配电器5断电器4电容器3点火线圈2点火开关1传统点火系工作原理示意图传统点火系工作原理示意图AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2132传统点火系(1) 点火提前p 点火提前用点火提前角来表示。点火提前角是从火花塞开始跳火到活塞移到上止点时曲轴转过的角度。p 发动机工作时，可燃混合气点火时刻是否最合适，是从能否

15、使发动机获得最大功率和最小燃料消耗量、能否改善混合气燃烧状况、减少有害气体排放量等方面来衡量。p 理论和实验表明，当活塞在压缩行程结束越过上止点后曲轴转角为12左右时，发动机产生的压力达到最大值，此时发动机的工作状况最好。由于可燃混合气燃烧是需要一定时间的，为此应提前点火。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2133传统点火系p 如果点火过早即点火提前角过大，会使可燃混合气在压缩行程就开始燃烧，导致气缸压力急剧上升，给上行的活塞一个很大的阻力，增加燃料消耗，使发动机动力下降。p 如果点火过迟即点火提前角过小，会使可燃混合气在压缩行程终了时不能及时燃烧，而延续到做功行程燃烧甚至

16、在排气管中补燃，导致气缸压力降低，发动机功率下降，油耗增加，发动机过热。p 因此，在其它条件相同时，适宜的点火提前角，可以使发动机的功率提高，油耗下降，此时的点火提前角称为最佳点火提前角。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2134传统点火系(2) 点火提前角的影响因素p 发动机工作时，最佳点火提前角不是恒定值，它的主要影响因素是发动机的和。p 发动机转速升高时发动机转速升高时，单位时间内曲轴转过的角度增加，如果可燃混合气的燃烧速度不变，点火提前角应随转速的升高而增大点火提前角应随转速的升高而增大。p 发动机负荷增大时发动机负荷增大时，节气门开度增大，单位时间内吸入气缸的新鲜

17、可燃混合气数量增加，压缩行程终了时的温度和压力升高，可燃混合气燃烧速度加快，因此，点火提前角应随负荷的增加而减小点火提前角应随负荷的增加而减小。p 起动和怠速时起动和怠速时，虽然可燃混合气的燃烧速度变慢，但由于曲轴转速低，可燃混合气燃烧的时间只占很小的曲轴转角。因此，起动和怠速时点火点火提前角应很小或者为零提前角应很小或者为零。p 综上所述，发动机工作时点火系应能随着发动机工况的变化，自动地发动机工作时点火系应能随着发动机工况的变化，自动地调节点火提前角调节点火提前角。普通点火系都装有点火提前调节机构。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-21359.3 半导体点火系半导体点火

18、系1、有触点半导体点火系利用晶体管的开关作用，代替断电器的触点控制点火线圈初级电路的通和断。有触点半导体点火系电路原理有触点半导体点火系电路原理触点K基极b集电极c发射极e初级线圈N1点火开关Sp 优点：流过触点的电流是三极管的基极电流，只有初级电流的1/101/5，使触点分开时的火花大大减小，提高了工作可靠性，延长了触点使用寿命。p 缺点：仍利用触点的开关来产生点火信号，无法克服触点式信号装置的固有缺点，主要有：高速时触点臂振动，使触点不能及时闭合；顶开触点臂的凸轮磨损会改变点火时刻；触点需要清洁等。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2136半导体点火系2、无触点半导体点

19、火系p 无触点半导体点火系统利用传感器代替断电器触点，产生点火信号，控制点火线圈的通断和点火系统的工作。无触点半导体点火系的组成无触点半导体点火系的组成电源电源7 7点火开关点火开关6 6点火线圈点火线圈5 5点火控制器点火控制器4 4点火信号发生器点火信号发生器3 3分电器分电器2 2火花塞火花塞1 1AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2137半导体点火系p 点火控制器：是接受传感器输出的信号，控制点火线圈初级电路的通和断。p 点火信号发生器：它取代了传统点火系统断电器中的凸轮，用来判定活塞在气缸中所处的位置，并将非电量的活塞位置信号转变成为脉冲电信号输送到点火控制器，从

20、而保证火花塞在恰当的时刻点火。p 点火信号发生器实际就是一种感知发动机工作状况，发出点火信号的传感器。它的类型很多，目前应用较多的主要有磁脉冲式、霍尔效应式和光电效应式。p 根据点火信号发生器的不同，无触点半导体点火系分为、和。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2138半导体点火系(1)磁脉冲式无触点点火系蓄电池5点火开关4点火线圈3点火控制器2磁脉冲式传感器1磁脉冲式无触点点火系的电路原理磁脉冲式无触点点火系的电路原理AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2139半导体点火系磁脉冲式传感器： 是一个依靠电磁感应原理制成的点火信号发生器，在发动机工作时产生点

21、火信号。磁脉冲式传感器1-传感线圈；2-永久磁铁；3-信号转子传感器工作原理示意图传感器工作原理示意图(a)凸齿转向线圈铁芯；(b)凸齿与线圈铁芯对齐；(c)凸齿离开线圈铁芯1-信号转子；2-传感线圈；3-铁芯；4-永久磁铁AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2140半导体点火系(2)霍尔效应式无触点点火系：利用霍尔元件的霍尔效应产生点火信号，通过点火控制器控制点火线圈的通和断。点火控制器7霍尔分电器6火花塞5高压阻尼线4点火线圈3蓄电池2点火开关1霍尔效应式无触点点火系霍尔效应式无触点点火系AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2141半导体点火系霍尔传感器

22、： 产生点火信号，控制点火系工作。它由霍尔触发器、永久磁铁和缺口转子组成，安装在分电器内。装有霍尔传感器的分电器称为霍尔分电器。斜齿轮13密封圈12分电器外壳11离心式点火提前调节器10霍尔传感器托架9真空点火提前调节器8缺口转子7分电器轴6弹簧夹5防尘罩4分火头3分电器盖2抗干扰屏蔽罩1霍尔分电器结构示意图霍尔分电器结构示意图AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2142半导体点火系p 霍尔触发器也称为霍尔元件，是一种带有集成电路的半导体基片。当外加电压作用在其两端时，便有电流在其中流过。p 如果在垂直于电流的方向上同时有外加磁场的作用，则在垂直于电流和磁场的方向上产生电压，

23、该电压称为霍尔电压。p 霍尔电压的大小与电流大小和磁场强弱成正比，与该基片的厚度成反比。霍尔效应示意图霍尔效应示意图1-永久磁铁；2-外加电压；3-霍尔电压；4-霍尔触发器；5-接触面；6-磁力线；7-剩余电子AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2143半导体点火系霍尔传感器工作原理图霍尔传感器工作原理图(a)磁力线被转子叶片旁路； (b)磁力线穿过转子缺口1-永久磁铁；2-带缺口的转子；3-霍尔触发器带缺口的转子安装在分电器轴上，转子缺口数与发动机汽缸数相等。发动机工作时，转子叶片在霍尔触发器和永久磁铁之间穿过。状态(a)：霍尔触发器不产生电压信号；状态(b)：霍尔触发器产

24、生电压信号。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2144半导体点火系(3)光电效应式无触点点火系：利用光电效应原理，以红外线或可见光光束产生火信号，通过点火控制器控制点火线圈的通和断。光光电电效效应应式式点点火火信信号号发发生生器器AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-21459.4 微机控制点火系微机控制点火系p 电子点火系统对点火时刻的调节，与传统点火系统一样，基本上仍采用离心提前和真空提前两套机械式点火提前调整装置，而它们只能根据发动机转速和负荷的变化来调节点火提前角，且调节特性为线性(或不同线性的组合)规律。p 发动机的最佳点火提前角除了随转速和负荷变

25、化外，还受诸多因素的影响，如环境状况、车辆的技术状况、使用状况等，而且最佳点火提前角随发动机转速和负荷变化的规律也不是线性的。p 因此，各种普通电子点火系统都存在着考虑的控制因素不全面、点火提前角控制不精确的缺陷，影响了发动机性能的充分发挥。此外，离心和真空点火提前调整装置中，机械运动部件的磨损、老化和脏污等都会引起点火提前角调节特性的改变，使发动机性能下降。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2146微机控制点火系p 微机控制点火系，用微机控制点火正时，取消了机械式的点火提前调节装置，能使发动机在任何工况下均可在最佳的点火时刻点火。p 在发动机产生爆震时，能自动地减小点火提

26、前角，实现闭环点火控制。如果传感器不安装在分电器内，还可以取消分电器。p 微机控制点火系还具有故障自诊断的功能，给使用和维修带来极大的方便。p 微机控制点火系分为有分电器的微机控制点火系、无分电器的微机控制点火系和直接点火系3种。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2147微机控制点火系1、有分电器的微机控制点火系(1)组成有分电器的微机控制点火系零部件示意图有分电器的微机控制点火系零部件示意图1点火开关9车速传感器2蓄电池10凸轮轴位置传感器3进气温度传感器11点火系报警装置4冷却液温度传感器12电子点火组件5节气门温度传感器13点火线圈6空气流量传感器14分电器7爆震传感

27、器15火花塞8曲轴位置传感器AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2148微机控制点火系2、无分电器的微机控制点火系p 无分电器的微机控制点火系去掉了传统点火系的分电器，因此无旋转元件的机械摩擦，高压线数量少且导线短。p 无分电器点火系的点火提前角由电控单元控制，发动机各工况的点火提前角按照各工况对动力学、经济性的要求单独进行调整。p 它采用微机控制技术，根据发动机转速传感器和负荷传感器的信号控制发动机的点火提前角，精确地控制发动机在各种工况下的最佳、点火时刻。p 无分电器的微机控制点火系分为二极管分配式和点火线圈分配式两大类。AUTOMOBILE STRUCTURE2022-4-2149微机控制点火系1电控单元2火花