第六章 發(fā)動機點火系統(tǒng)

1、第六章 發(fā)動機點火系統(tǒng) 二機構五系統(tǒng)：曲柄連桿機構，配氣機構、燃料供給系、潤滑系、冷卻系、 點火系和起動系第一節(jié) 點火系統(tǒng)概述1.作用 汽油機在壓縮接近上止點時，可燃混合氣是由火花塞點燃的，從而燃燒對外作功，為此，汽油機的燃燒室中都裝有火花塞。 能夠在火花塞兩電極間產生電火花的全部設備稱為發(fā)動機點火系 (igniting system)（圖6-1）。點火系的功用就是按照氣缸的工作順序定時地在火花塞兩電極間產生足夠能量 的電火花。圖6-12.分類點火系按照組成和產生高壓電方法不同，可以分為 1蓄電池點火系蓄電池或發(fā)電機點火線圈和斷電器2半導體點火系蓄電池或發(fā)電機點火線圈和半導體元件3磁電機點火系

2、磁電機3.要求（1）在火花塞兩電極間產生足夠高的次級電壓。（2）火花具有一定的能量。（3）在任何工況下，均獲得最佳點火提前角。（4） 汽車發(fā)動機的點火系同汽車上的其它電器設備一樣采用單線制連接，即一端搭鐵。 無論是正極搭鐵還是負極搭鐵，均應保證點火瞬間火花塞中心電極為負，因為，熱的金屬 表面比冷的金屬表面容易發(fā)射電子，發(fā)動機工作時，火花塞的中心電極較側電極溫度高。第二節(jié) 蓄電池點火系的組成及工作原理1 組成（圖-2） 蓄電池點火系主要由：蓄電池(storage battery)、發(fā)電機(generator)、點火開關（igniting switch）、 點火線圈(ignition coil)、

3、斷電器(contact breaker)、配電器(distributor)、電容器(capacitor)、火花塞（spark plug）、高壓導線（high tension cable）、 阻尼電阻(suppressor resistor)等組成。圖-22工作原理(圖6-3)圖6-3電源是蓄電池，其電壓為12 V 或24 V ，由點火線圈和斷電器共同產生高壓10000 V 以 上。分初級回路和次極回路。點火線圈實際上是一個變壓器,主要由初級繞組(primary winding),次極繞 組(secondary winding)和鐵芯組成。斷電器是一個凸輪操縱的開關。 斷電器凸輪由發(fā)動 機配氣凸

4、輪驅動，并以同樣的轉速旋轉，即曲軸齒輪每轉兩圈，凸輪軸轉一圈,為了保證曲軸轉兩圈各缸輪流點火一次，斷 電器凸輪的凸棱數(shù)一般等于發(fā)動機的氣缸數(shù)，斷電器的觸點與點火線圈的初級繞組串聯(lián)，用來切斷或接通 初級繞組的電路。觸點閉合時，初級電路通電 初級電流從蓄電池的正極經點火開關、點火線圈的初級繞組、斷電器觸點 臂、觸點，搭鐵流回蓄電池的負極，為低壓電路。(圖6-4)。觸點斷開時，在初級繞組通電時，其周圍產生磁場，并由于鐵芯的作用而加強。當斷電器凸輪頂開觸點時，初級電路被切斷，初級電路迅速下降到零，鐵芯中的磁通隨之迅速衰減以至消失， 因而在匝數(shù)多， 導線細的次極繞組中感應出很高的電壓，使火花塞兩極之間的

5、間隙被擊穿，產生火花。初級繞組中電流下降的速度愈大，鐵芯中磁通的變化就愈大，次極繞組中的感應電壓 也就愈高。初級電路為低壓電路，次極電路為高壓電路。 在斷電器觸點分開瞬間，次極電路中分火頭恰好與側電極對準，次極電流從點火線圈的次極繞組，經蓄電池正極、蓄電池，搭鐵、火花塞側電極、火花塞中心電極、高壓導線，配電器流回次極 繞組。（圖-5）圖6-4 圖-5 磁電機點火系統(tǒng)用一個發(fā)電機取代蓄電池。斷電器也有三種：白金觸點點火器（電源+點火凸輪+斷電器+感應圈）白金觸點晶體管點火器無觸點點火器1、 CDI點火器：CDI（Condenser Discharged Ignition或Condenser Di

6、ode Ignition）點火火花是由高電壓（200450伏）充電的電容器通過可控硅對點火線圈放電產生的。CDI效率高，能達到60%以上，好的可以達到90%多。CDI線圈具有低阻抗（0.51歐姆），電壓上升速率也要比TCI大得多，可以達到很高轉速，能覆蓋大范圍的轉速。能量密度很大，火花溫度可達萬度以上，所以其擊穿能力很強。這種火花功率高但持續(xù)時間短，在300600uS（50100s），不適用稀混合氣的點燃。使用電瓶供電時CDI線路結構復雜，增加逆變升壓電路。原理電路最簡實用電路 實用電路2、 TCI點火器：TCI（Transistor Coil Ignition）點火在產生火花前已經對線圈充電

7、，當電流突然截止（消失）的時候產生火花。TCI線圈具有較高阻抗（>1歐姆），最低發(fā)火可以達到較低轉速。火花持續(xù)時間比CDI要大很多，一般在1mS以上，熱量積累效應好。但TCI效率較低，一般不超過30%，電壓上升速率也比較小。轉速適應范圍一般比CDI的小，多用于中低速發(fā)動機。使用電瓶供電時TCI線路結構簡單。原理電路最簡實用電路實用電路 關于磁電機第三節(jié) 點火提前1為什么要點火提前 點火時刻對發(fā)動機性能影響很大，從火花塞點火到氣缸內大部分混合氣燃燒，并產生很高的爆發(fā)力需要一定的時間，雖然這段時間很短，但由于曲軸轉速很高，在這段時間內，曲軸轉過的角度 還是很大的。若在 壓縮上止點點火，則混合

8、氣一面燃燒，活塞一面下移而使氣缸容積增大，這將導致燃燒壓 力低，發(fā)動機功率 也隨之減小。因此要在壓縮接近上止點點火，即點火提前。把火花塞點火時，曲軸曲拐位 置與活塞位于壓縮上止點時曲軸曲拐位置之間的夾角稱為點火提前角(spark advance angle)。2.點火提前的影響因素 最佳的點火提前角隨許多因素變化，最主要的因素是發(fā)動機轉速和混合氣的燃燒速度，混合氣的燃燒速度又和混合氣的成分、燃燒室形狀、壓縮比等因素有關。 當發(fā)動機轉速一定時，隨著負荷的加大，節(jié)氣門開大，進入氣缸的可燃混合氣量增多，壓縮終了時的壓力和溫度增高，同時，殘余廢氣在氣缸內所占的比例減小，混合氣燃燒速度加快，這時， 點火

9、提前角應適當減小。反之，發(fā)動機負荷減小時，點火提前角則應適當增大。 當發(fā)動機節(jié)氣門開度一定時，隨著轉速增高，燃燒過程所占曲軸轉角增大，這時，應適當加大點火提前角。點火提前角應隨轉速增高適當加大。 另外，點火提前角還和汽油的抗暴性能有關，使用辛烷值高，抗爆性能好的汽油，點火提前角應較大。3.點火提前角調節(jié)裝置（結構及原理詳見下節(jié)） 自動調節(jié)裝置：離心式點火提前調節(jié)裝置真空式點火提前調節(jié)裝置手動調節(jié)裝置：辛烷值校正器第四節(jié) 蓄電池點火系的主要元件1分電器（圖6-6）圖6-6 圖6-7(1)接通或斷開初級電路 (2)將點火線圈產生的高壓電按照發(fā)動機分配給各缸火花塞(3)根據(jù)發(fā)動機轉速和負荷自動調節(jié)點

10、火時刻組成：分電器是由斷電器、配電器、電容器和點火提前調節(jié)裝置組成。 斷電器的功用是周期地接通和斷開初級電路，使初級電流發(fā)生變化，以便在點火線圈中感應生成次極電壓。斷電器的觸點間隙一般為0.350.45,可以通過調整固定觸點的位置來改變觸點 間隙（圖6-7）配電器的功用是將點火線圈中產生的高壓電，按照發(fā)動機的工作順序輪流分配到各氣 缸的火花塞上（圖6-8）圖6-8 圖6-9電容器(圖6-9)與斷電器觸點并聯(lián)，其功用是在點火線圈初級電路斷開時，減小觸點間 產生的電火花，防止觸點燒損，并可加速點火線圈中的磁通變化率，提高點火電壓。 點火提前調節(jié)裝置位于分電器下部，由離心式點火提前調節(jié)裝置（圖6-1

11、0）和真空式點火提前調節(jié)裝置（圖6-11）組成。圖6-10圖6-11辛烷值校正器作用：換用不同牌號汽油時，改變初始點火提前角。 方法：首先將分電器外殼固定螺栓旋松，若想增大點火提前角，則使分電器外殼逆分電器軸旋向轉一個角度，反之則順旋轉方向轉一個角度（帶動觸點相對凸輪移動一個角度）。然后，將固 定螺栓擰緊。2.點火線圈（圖6-12） 點火線圈把電源的低壓電轉變成火花塞點火所需要的高壓電。按其鐵芯結構型式有兩種：開磁路點火線圈：開磁路點火線圈采用柱形鐵芯，其上下兩端沒有連接在一起，磁力線通過空氣形成磁回路。 閉磁路點火線圈：閉磁路點火線圈的鐵芯用"口"字形或"日&q

12、uot;字形的鐵片疊制而成。磁路閉合。圖6-123.火花塞（圖6-13）功用：將高壓電引入燃燒室產生火花并點燃混合氣。 自凈溫度>500600以上，裙部溫度，若低于此溫度，落在絕緣體裙部的油粒便不能立即燃燒掉，形成積炭而引起漏電。熾熱點<800900，溫度若太高，則混合氣與這樣熾熱的絕緣體接觸時，可能在火花塞產生火花之前就自行著火，從而引起發(fā)動機早燃，發(fā)生化油器，回火現(xiàn)象。 不同發(fā)動機使用的火花塞裙部受熱是不一樣的，就要求絕緣體裙部長度不同，根據(jù)裙部長度不同，又把火花塞分成冷型（裙部長度等于8）；中 型（裙部長度等于11和14）；熱型（裙部長度等于16和20）（圖6-14）。圖6-

13、13 圖6-14火花塞電極間隙根據(jù)柏申的經驗公式， 均勻電場下的擊穿電壓U是氣體壓力p、兩電極間的距離d和絕對溫度T的函數(shù)。 由上式可知，電極間隙越大，擊穿電壓越高。這是因為當電極間隙增大時，氣體中的離子和電子距電極和路程增大，受電場力的作用減少，不易發(fā)生碰撞電離，因此需要較高的電壓才能跳火。傳統(tǒng)式點火系統(tǒng)火花塞標準間隙：0.6-0.7mm（9.5時，相當于5.76.7）高能量點火系統(tǒng)火花塞間隙：1.0-1.2mm （9.511.5）火花塞標準（GB 7825）要求磁電機標準（JB/T 5140.1）要求表火花塞的安裝力矩單位N.m 火花塞種類氣缸頭種類鋁制鑄鐵制M14一般型、緊湊型20302

14、040M14圓錐形10201020M1215251525M1010151015備注：安裝力矩用于新火花塞，相配螺紋沒有油類附著物的情形?；鹁妫═ORCH）火花塞第五節(jié) 電子點火系.半導體點火系概述蓄電池點火系工作時，斷電器觸點分開瞬間，會在觸點處產生火花，燒損觸點。當火花塞積炭時，易漏電，次極電壓上不去，不能可靠地點火，產生高速缺火現(xiàn)象。半導體點火系（圖6-15）克服了這些缺點，具有較強地跳火能力，使點火可靠。半導體點火系統(tǒng)大體分為以下類:圖6-151、由電磁、紅外或霍爾元器件構成的非接觸式斷電器組成的點火系統(tǒng)稱為無觸點點火 器，其放大電路又分晶體管電路和電容放電電路兩種。2、ECU(Elec

15、tronic Control Unit)控制的點火系由ECU中的微處理器根據(jù)曲軸轉角傳 感器的信號確定點火時刻，因而它沒有斷電器，只有分電器，根據(jù)ECU送來的信號直接控制點火線圈初級電路的通斷。3、無分電器點火系統(tǒng)(Distributor-Less Ignition)是當前最先進的點火系統(tǒng)，曲軸傳感器送來的不僅有點火時刻信號，而且還有氣缸識別信號，從而使點火系統(tǒng)能向指定的汽缸在指定的時刻送去點火信號， 這就要求每缸配有獨立的點火線圈，但如果是六缸機則1，6缸、2，5缸和3，4缸分別共用 一個點火線圈，即共有三個點火線圈，顯然每一個點火線圈點火時，總有一個缸是空點火，檢測時應注意到這一點。無觸點

16、點火系統(tǒng)能使用低阻抗電感線圈，從而大幅度提高初級電流，使次級電壓高達30kV以上，增強點火能量以提高點燃稀混合氣的能力，在改善燃料經濟性的同時也降低排氣污染。無分電器點火系統(tǒng)完全是電子器件而無機械運動部件，徹底解決了凸輪和軸承磨損以及觸點燒蝕間隙失調而引起的一系列故障。.信號發(fā)生器(傳感器) 半導體點火系的工作原理與蓄電池點火系工作原理基本相同，只是半導體點火系與蓄電池點火系產生高壓的方法不同，它利用了一些半導體元件替代了蓄電池點火系中的斷電器，產生脈沖信號 點火。例如，在無 觸點半導體點火系中使用了點火發(fā)生器（傳感器）代替了斷電器,常用的傳感器有霍爾式、 電磁式和光電式。圖6-16（1）霍爾

17、式傳感器（圖6-16）:由信號盤葉片、永久磁鐵、霍爾芯片及霍爾傳感器槽等構成。當葉片從槽中移出時，點火線圈初級線圈由導通狀態(tài)變?yōu)閿嗦窢顟B(tài)，使次級線圈產生高電壓。（）電磁式傳感器（圖6-17、圖6-18）：由轉子和線圈組成。轉子固定在分電器軸 上，線圈固定在分 電器殼體上。永久磁鐵的磁力線經轉子、線圈、托架構成封閉回路，轉子旋轉時，由于轉 子凸起與托架間的 磁隙不斷變化，通過線圈的磁通也不斷變化，線圈中便產生感應電壓，并以交流形式輸出。 在實用結構中， 常將發(fā)動機轉速和曲軸位置傳感器一同裝于分電器上，使用復合轉子和耦合線圈。圖6-17 圖6-18（）光電式傳感器(圖6-19和圖6-20)：主要由

18、發(fā)光二級管、光敏二級管、遮光盤和 控制電路組成。發(fā) 光二級管和光敏二級管位置相對，分別位于遮光盤兩側。遮光盤固定在凸輪軸上，與凸輪 軸一同旋轉。當遮 光盤擋住發(fā)光二級管的光線時，光敏二級管截止，控制電路輸出低電平。當縫隙對準發(fā)光 二級管與光敏二級 管時，光線照射到光敏二極管上，控制電路輸出高電平。凸輪軸轉一周，由360條縫隙所控 制的電路將輸出360個脈沖信號，此信號作為向電腦輸入的轉速信號。130 of 163圖6-19 圖6-20.電子點火器（圖6-21）圖6-21 電子點火器是電子點火系的核心，其基本作用是將點火脈沖發(fā)生器的信號放大，以控制初級回路的通斷狀態(tài)。此外，有些系統(tǒng)還對初級回路的

19、閉和角和初級電流進行控制，并設有初級回路自動 切斷功能，以防止點火線圈在停車時長期通電而損壞。圖6-22是一個簡化的電子點火器的內部原理圖。此電 路與電磁式傳感器配合使用。主要包括四個部分：穩(wěn)壓部分A、脈沖整形部分B、通電角控制部分C、復合管輸 出級D?，F(xiàn)在為了增加點火器的可靠性、減小體積以及增加控制功能,一般點火器的內部電路采 用厚膜電路技術， 將大規(guī)模集成電路IC及其外圍元件和大功率三級管作在一個厚膜電路上,大大提高了點火 控制器可控制功能。4.點火系統(tǒng)的微機控制 電子控制單元(ECU)是點火系統(tǒng)的核心。它根據(jù)發(fā)動機各種傳感器信號經過計算求出最佳點火時刻和初級線圈通電時間，并在適當時候給發(fā)火器發(fā)出點火信號。CPU首先據(jù)轉速信號和吸氣量求出基 本的點火提前角。 再根據(jù)水溫、起動信號、車速信號、空調開關等對基本點火提前角進行修正，主要包括暖 機修正、過熱修正、 怠速穩(wěn)定性修正及爆震修正。ECU通