清华大学汽车构造I汽油机点火系统学习教案

1、会计学1清华大学汽车构造清华大学汽车构造(guzo)I汽油机点火系汽油机点火系统统第一页，共76页。主要内容和学时(xush)安排汽车发动机基本知识 （4学时(xush)）发动机机体（2学时(xush)）曲柄连杆机构（ 3学时(xush)）气门机构（ 3学时(xush)）进排气、增压系统及排放控制装置（ 3学时(xush)）汽油机燃油供给系统（4学时(xush)）柴油机燃油供给系统（4学时）汽油机点火(din hu)系统（2学时）发动机冷却系统（1.5学时）发动机润滑系统（1.5学时）发动机起动系统与电源（1学时）发动机管理系统（2学时）第1页/共76页第二页，共76页。汽油机点火(din h

2、u)系统汽油机点火(din hu)机理对点火系统(xtng)的要求点火系统(xtng)分类传统点火系统(xtng)半导体点火系统电控点火系统火花塞第2页/共76页第三页，共76页。汽油机点火(din hu)机理（1）在火花塞的两个电极之间加上直流电压时，电极之间的气体便发生电离现象。随着电极间的电压升高，气体电离的程度不断增强(zngqing)。当电压增长到一定值时，火花塞两电极间的间隙被击穿而产生电火花。击穿电压一般在820 kV为使点火可靠，通常(tngchng)点火电压大于击穿电压。汽油机点火.swf第3页/共76页第四页，共76页。级电路通断，初级线圈(xinqun)电流变化，在次级线

3、圈(xinqun)（高压电路）中产生感应电压，加在火花塞两个电极上。汽油机点火机理（2）点火线圈低压变高压汽车(qch)蓄电池电压12V或24V；控制点火线圈中初火花(huhu)触发信号点火驱动级第4页/共76页第五页，共76页。汽油机点火(din hu)系统汽油机点火(din hu)机理对点火系统(xtng)的要求点火系统(xtng)分类传统点火系统(xtng)半导体点火系统电控点火系统点火线圈火花塞第5页/共76页第六页，共76页。对点火(din hu)系统的要求（1）点火(din hu)能量点火能量不足(bz)，不能点火，引起缺火（失火）；点火能量越大，着火性能越好。在发动机起动、怠速和

4、急加速等浓混合气工况，以及缸内直喷发动机稀燃时，都要求更高的点火能量。需要足够高的次级电压，目前大部分汽油机都能提供2530kV的次级电压；点火能量还与次级电流、火花延续时间有关。点火能量60120mJ（取决于气道喷射、缸内直喷，及有无涡轮增压），点火线圈的存储能量约为火花能量的1.52倍以上。第6页/共76页第七页，共76页。缸内压力(yl)/bar对点火系统(xtng)的要求（2）点火(din hu)时刻（点火(din hu)提前角）在活塞到达压缩上止点之前火花塞间隙跳火，使燃烧室内气体压力在上止点后1012时达到最大值。以点火提前角表示：从火花塞电极间跳火开始，到活塞运行至上始点时的一段

5、时间内曲轴转过的角度。点火提前角/CA第7页/共76页第八页，共76页。对点火(din hu)系统的要求（3）点火时刻(shk)（点火提前角）点火提前角最大值受限于发动机爆震，最小值受限于燃烧(rnsho)界限或排气温度点火提前角影响发动机：转矩、有害排放、油耗转矩：在不发生爆震的条件下，点火尽可能提前（爆震控制）有害排放：提前角越大，HC、NOx越多油耗：提前角越大，燃油消耗率越小最佳点火提前根据发动机动力性、燃油经济性和排放的要求共同确定。第8页/共76页第九页，共76页。点火(din hu)提前对排放的影响第9页/共76页第十页，共76页。点火提前对性能(xngnng)的影响第10页/共

6、76页第十一页，共76页。对点火系统(xtng)的要求（4）点火时刻(shk)（点火提前角）基本点火(din hu)提前角确定：发动机转速、负荷、混合气浓度转速当发动机节气门开度一定时，随着转速增高，燃烧过程所占曲轴转角增大，这时，应适当加大点火提前角。负荷当发动机转速一定时，随着负荷的加大，进入气缸的可燃混合气量增多，压缩终了时的压力和温度增高，同时，残余废气在气缸内所占的比例减小，混合气燃烧速度加快，这时，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。稀混合气，火焰传播慢，需加大点火提前角第11页/共76页第十二页，共76页。点火(din hu)提前角MAP第12页

7、/共76页第十三页，共76页。对点火系统的要求（5）在规定的时刻，按发动机的点火顺序供给(gngj)火花塞以足够能量的高压电，使其两电极间产生电火花，点燃混合气，使发动机正常燃烧做功。发火顺序点火提前角点火能量爆震(bo zhn)控制ECM第13页/共76页第十四页，共76页。汽油机点火(din hu)系统汽油机点火(din hu)机理对点火(din hu)系统的要求点火系统分类传统点火系统半导体点火系统电控点火系统火花塞第14页/共76页第十五页，共76页。点火提前角随发动机转速、负荷变化(binhu)分电依次将高压电供给火花塞不同点火系统点火线圈结构、个数不同点火系统分类（1）点火线圈(x

8、inqun)点火系统正常工作，需要产生使点火线圈(xinqun)初级绕组通断的触发信号火花(huhu)触发信号点火驱动级第15页/共76页第十六页，共76页。触发(chf)方式点火(din hu)线圈点火(din hu)提前分电方式电控点火系统传统点火系统半导体点火系统第16页/共76页第十七页，共76页。点火(din hu)系统分类（2）传统(chuntng)点火系统分电器：触发、点火(din hu)提前、分电传统点火线圈第17页/共76页第十八页，共76页。点火(din hu)系统分类（3）半导体点火(din hu)系统利用晶体三极管的开关作用，代替断电器的触点控制点火线圈(xinqun)

9、初级电路的通、断用霍尔式、磁电式或光电式传感器取代断电器控制初级电路通断。第18页/共76页第十九页，共76页。点火(din hu)系统分类（4）电控点火(din hu)系统电控触发(chf)信号电控点火提前角分电方式高压分电器，各缸共用点火线圈电控，每缸一个或两缸一个点火线圈第19页/共76页第二十页，共76页。汽油机点火(din hu)系统汽油机点火(din hu)机理对点火(din hu)系统的要求点火(din hu)系统分类传统点火(din hu)系统半导体点火系统电控点火系统火花塞第20页/共76页第二十一页，共76页。点火(din hu)开关附加电阻点火(din hu)线圈分电器断

10、电器电容器传统点火系统(xtng)组成火花塞蓄电池配电器第21页/共76页第二十二页，共76页。传统(chuntng)点火系统点火线圈点火线圈将电源的低压直流电，转变(zhunbin)为820KV的直流电，由初级绕组、次级绕组（匝数比约为1： 100）和铁芯组成。接线柱绝缘(juyun)盖高压接头外壳安装架金属套初级绕组次级绕组密封材料绝缘体铁芯BOSCH接线柱高压外接头绝缘纸第22页/共76页第二十三页，共76页。绝缘(juyun)盖初级(chj)绕组次级绕组SANTANA，VW第23页/共76页第二十四页，共76页。分火头(hutu)联轴节油杯真空(zhnkng)提前装置壳体电分功用(gn

11、gyng)初级电路通断开关（触发）将点火线圈产生的高压电按照发动机分配给各缸火花塞（分电） 凸轮根据发动机转速和负荷自动调节断电器触点点火时刻（点火提前角） 及底板总成组成电容由断电器、配电器、电容器、点火提前调节装置组合而成。驱动曲轴或凸轮轴曲轴转速的一半（四冲程）第24页/共76页第二十五页，共76页。传统点火(din hu)系统分电器（2）断电器初级电路开关，安装在分电器壳体内；由一对钨质触点和断电器凸轮组成；断电器凸轮上的凸棱数和发动机缸数相等；凸轮通过(tnggu)离心点火提前调节器与分电器轴相联。活动底板活动触点(ch din)臂分电器轴断电器凸轮第25页/共76页第二十六页，共7

12、6页。传统点火(din hu)系统分电器（3）配电器中心电极、侧电极和旋转的分配头；分配(fnpi)头依次接通对应各缸的侧电极。分电器轴真空(zhnkng)提前装置离心提前装置分电器盖分配头第26页/共76页第二十七页，共76页。离心点火提前断电器凸轮由分电器驱动(q dn)轴、离心调节器底板通过飞块、驱动(q dn)板和分电器轴驱动(q dn)旋转；转速升高时，飞块向外甩，推动凸轮驱动(q dn)板相对于分电器驱动(q dn)轴顺着旋转方向转过一定角度，从而增大点火提前角。离心(lxn)调节器底板接触面飞块分电器轴凸轮(tln)驱动板第27页/共76页第二十八页，共76页。传统(chuntn

13、g)点火系统分电器（5）真空(zhnkng)点火提前利用进气真空度改变断电器活动(hu dng)底板相对于分电器驱动轴的角位置。由真空膜盒、弹簧和拉杆组成，每一真空膜盒有两个气室：真空室和大气室。主真空膜盒：起点火提前作用。负荷降低，真空度增大，膜片带动拉杆右移，点火提前角增大；副真空膜盒：从属于点火提前系统，起点火推迟作用。怠速时，节气门上游真空度几乎为零，而下游真空度很大，副真空膜盒内的膜片带动拉杆左移，点火提前角减小。主、副真空膜盒综合作用调节点火提前角。第28页/共76页第二十九页，共76页。分电器 断电器活动底板膜片进气管节气门壳体真空(zhnkng)提前单元真空(zhnkng)延迟

14、单元提前量延迟(ynch)量真空点火提前第29页/共76页第三十页，共76页。传统点火(din hu)系统工作原理（1）断电器、分配(fnpi)头同轴，由曲轴(qzhu)或凸轮轴驱动。一个工作循环转一圈。分配头侧电极个数、断电器凸轮的棱边数与发动机缸数相同。断电器触点弹簧使之有保持闭合的趋势。第30页/共76页第三十一页，共76页。传统点火系统工作(gngzu)原理（2）初级绕组接通(ji tn)时，在其周围产生磁场，铁芯起加强磁场的作用。断电器触点断开后，初级电路被切断，点火线圈初级绕组中电流迅速下降为零，线圈周围和铁芯中的磁场(cchng)因而迅速衰减，使次级绕组中感应出很高的电压。第31

15、页/共76页第三十二页，共76页。传统点火系统工作(gngzu)原理（3）触点分开的瞬间，配电器分配头恰好转到对准一个侧电极(dinj)的位置，中心电极(dinj)和该侧电极(dinj)接通。高电压经配电器作用(zuyng)于火花塞两电极间，电压足够高时，间隙被击穿，产生电火花，点燃混合气。第32页/共76页第三十三页，共76页。传统点火系统工作原理（4）电容器的作用断电器触点断开后，初级电流下降，初级线圈产生自感电压(diny)、电流，可击穿、烧蚀、氧化触点间隙，也使初级电流下降变缓，次级绕组感应电压(diny)降低，火花减弱。电容器与断电器触点并联。触点断开时，自感电流向电容器充电，防止触

16、点烧损；加速初级(chj)电流和磁通的衰减，提高次级电压。电容器第33页/共76页第三十四页，共76页。传统点火系统工作(gngzu)原理（5）附加电阻的作用低速时，触点闭合时间长，初级电流大；高速时，则变小。若按高速需要设计，则低速初级电流过大，使点火线圈发热。附加电阻为热敏电阻。低速时，初级电流较大(jio d)，附加电阻温度高，电阻值增大，使初级电流适当减小；高速时，电流小，电阻温度低，阻值减小，使初级电流适当增大。附加电阻第34页/共76页第三十五页，共76页。传统点火(din hu)系统缺点断电器触点分开时，在触点之间产生(chnshng)火花，使触点逐渐氧化、烧蚀；触点火花(huh

17、u)大小与初级电流有关，使点火系初级电流和次级电压提高受到限制；初级电流和次级电压的大小随发动机转速升高和气缸数增多而下降，多缸发动机高速时不可靠；火花塞积炭时，因火花塞漏电而次级电压升不上去，不能可靠地点火。第35页/共76页第三十六页，共76页。汽油机点火(din hu)系统汽油机点火(din hu)机理对点火系统的要求(yoqi)点火系统分类传统点火系统半导体点火系统电控点火系统火花塞第36页/共76页第三十七页，共76页。半导体点火(din hu)系统两类有触点(ch din)无触点(ch din)优点(yudin)改善点火性能减小触点火花（有触点）克服与触点有关的一切缺点（无触点）可

18、不受触点限制，提高初级电流和次级电压，改善高速性能由于点火能量提高，对火花塞积炭不敏感第37页/共76页第三十八页，共76页。半导体点火(din hu)系统有触点（1）利用晶体三极管的开关作用，代替(dit)断电器的触点控制点火线圈一次电路的通、断。流过触点的电流只是三极管的基极电流，可以减小触点火花，延长触点寿命；可以提高初级电流和次级(c j)电压。固有缺点：高速时触点臂振动，触点分开后不能及时闭合；凸轮或顶块磨损会改变点火时刻；触点污染不能可靠工作。第38页/共76页第三十九页，共76页。半导体点火系统(xtng)有触点（2）蓄电池点火(din hu)起动开关点火(din hu)触发盒点

19、火线圈附加电阻分电器火花塞接起动机第39页/共76页第四十页，共76页。半导体点火(din hu)系统无触点（1）特点(tdin)利用布置在分电器内的传感器代替断电器的触点，产生点火信号，控制点火系的工作。因此，点火系工作时，与 触点有关的故障都不可能(knng)发生。控制单元能调节初级电流和闭环控制闭合角。点火控制模块（由混合电路组成）紧凑，可置于分电器壳内或与点火线圈组为一体。仍靠离心提前和真空提前两套机械式点火 提前装置对点火时间进行调节。机械的滞后、磨损以及装置本身的局限性不能保证最佳的点火时刻。代替断电器的传感器霍尔效应式磁电感应式第40页/共76页第四十一页，共76页。蓄电池点火(

20、din hu)开关点火(din hu)线圈火花塞分电器磁电式传感器霍尔式传感器ECU（触发(chf)盒）第41页/共76页第四十二页，共76页。软磁导体(dot)气隙半导体点火系统无触点（2）软磁叶片(ypin) 导体 霍尔集成电路霍尔传感器电压霍尔式第42页/共76页第四十三页，共76页。半导体点火(din hu)系统无触点（3）永磁铁感应(gnyng)线圈气隙转子(zhun z)（触发轮）磁电式第43页/共76页第四十四页，共76页。分电器盖真空提前(tqin)装置分配(fnpi)头分电器轴传动(chundng)齿轮离心提前装置带霍尔传感器的分电器第44页/共76页第四十五页，共76页。汽

21、油机点火(din hu)系统汽油机点火(din hu)机理对点火系统的要求(yoqi)点火系统分类传统点火系统半导体点火系统电控点火系统火花塞第45页/共76页第四十六页，共76页。电控点火(din hu)系统特点(tdin)由ECU根据发动机各传感器（包括转速和负荷）信号(xnho)，自动调节点火提前角，点火提前角与发动机工况更好地匹配（复杂的MAP图）；通过控制初级电路的闭合时间，实现对点火能量的控制；爆震控制。两类有分电器无分电器第46页/共76页第四十七页，共76页。电控点火(din hu)系统有分电器（1）共用(n yn)一个点火线圈通过高压分电器把高电压提供给(gngj)各缸火花塞

22、高压分电器火花塞点火线圈ECU点火开关蓄电池第47页/共76页第四十八页，共76页。（带输出(shch)驱动级）高压分电器ECU点火(din hu)线圈水温传感器爆震传感器曲轴位置(wi zhi)和转速传感器蓄电池节气门位置传感器点火开关第48页/共76页第四十九页，共76页。发动机转速(zhun s)节气门开关CAN进气(jn q)压力微处理器冷却水温A/D进气温度(wnd)蓄电池电压输出驱动级第49页/共76页第五十页，共76页。电控点火(din hu)系统有分电器（2）点火(din hu)提前角ECU根据发动机转速、负荷信号和点火(din hu)提前角MAP，确定点火提前角，并根据冷却水

23、温预以修正。点火能量控制根据蓄电池电压、发动机转速和点火闭合角MAP，确定初级电路闭合角；有的在此基础上还有闭合角闭环控制。爆震控制若发生爆震，则推迟点火提前角。第50页/共76页第五十一页，共76页。点火(din hu)提前角MAP第51页/共76页第五十二页，共76页。初级(chj)电路闭合角(h jio)MAP第52页/共76页第五十三页，共76页。电控点火(din hu)系统有分电器（3）高压(goy)分电器高压(goy)配电器相位传感器（霍尔式、磁电式）若无相位传感器，则只起高压配电作用。第53页/共76页第五十四页，共76页。电控点火(din hu)系统无分电器（1）特点(tdin

24、)具有电控点火的所有功能，但取消了旋转式高压(goy)分电器。采用多个点火线圈点火线圈每缸对应一个点火线圈（单火花点火线圈），缸数为奇数、偶数的发动机均可采用，需要凸轮轴相位信号两缸共用一个点火线圈（双火花点火线圈），缸数为偶数的发动机才能采用，曲轴转角信号即可一般采用闭合磁路铁芯分电由控制系统分电逻辑电路中的低压电路模块完成第54页/共76页第五十五页，共76页。火花塞蓄电池点火开关ECU单火花(huhu)点火线圈第55页/共76页第五十六页，共76页。ECU单火花(huhu)点火线圈节气门位置传感器水温传感器爆震传感器曲轴位置(wi zhi)和转速传感器蓄电池点火(din hu)开关火花塞

25、第56页/共76页第五十七页，共76页。ECU节气门位置(wi zhi)传感器双火花点火(din hu)线圈带集成(j chn)驱动级水温传感器曲轴位置和转速传感器点火开关蓄电池氧传感器火花塞第57页/共76页第五十八页，共76页。初级(chj)初级(chj)电控点火系统无分电器（2）外部(wib)初级接线端叠片铁芯初级线圈次级线圈内部高压接线头（通过弹簧触点）火花塞单火花点火线圈第58页/共76页第五十九页，共76页。初级(chj)接线端初级(chj)线圈I型铁芯印刷电路板驱动(q dn)级二极管次级线圈及骨架永磁铁接触(jich)盘高压接线柱O型铁芯弹簧绝缘套第59页/共76页第六十页，共

26、76页。电控点火(din hu)系统无分电器（3）双火花点火线圈两个火花塞串连两缸同时(tngsh)点火，一缸处于压缩上止点，一缸进排气上止点一个火花塞低压(dy)接线端一个火花塞叠片铁芯初级初级线圈次级线圈高压接线端第60页/共76页第六十一页，共76页。两个火花塞串连，火花塞同名(tngmng)电极极性不同第61页/共76页第六十二页，共76页。双火花(huhu)点火线圈两个(lin )双火花点火线圈三个双火花点火(din hu)线圈第62页/共76页第六十三页，共76页。第63页/共76页第六十四页，共76页。双火花(huhu)点火线圈第64页/共76页第六十五页，共76页。电控点火(din hu)系统无分电器（4）ECU两个双火花(huhu)点火线圈（带输出(shch)驱动级）各种传感器火花塞第65页/共76页第六十六页，共76页。初级线圈铁芯第3缸点火线接头功率(gngl)输出驱动级高压接线端电气插头次级线圈点火线圈壳体第66页/共76页第六十七页，共76页。汽油机点火(din hu)系统汽油机点火(din hu)机理对点火(d