單元八 汽油機點火系統(tǒng)

PAGE17PAGE1第頁教學目標知識目標：了解點火系統(tǒng)的特點及分類；掌握各點火系統(tǒng)的基本組成及工作原理；了解微機控制點火系統(tǒng)的工作原理；掌握電子點火系統(tǒng)霍爾傳感器的檢測方法。能力目標：能夠?qū)魻杺鞲衅鬟M行檢查素質(zhì)目標：教學重點各點火系統(tǒng)的基本組成及工作原理教學難點各點火系統(tǒng)的基本組成及工作原理教學手段理實一體實物講解小組討論、協(xié)作教學學時教學內(nèi)容與教學過程設計注釋單元八汽油機點火系統(tǒng)〖理論知識〗一、發(fā)動機點火系統(tǒng)概述二、點火系統(tǒng)的基本要求1.能產(chǎn)生足以擊穿火花塞兩電極間隙的電壓2.電火花應具有足夠的點火能量 3.點火時刻應與發(fā)動機的工作狀況相適應1）點火次序發(fā)動機的點火時刻應滿足發(fā)動機工作循環(huán)的要求。對于多缸發(fā)動機,點火系統(tǒng)應按照發(fā)動機的工作次序依次為各個氣缸進行點火。一般直列四缸發(fā)動機的點火次序為1—2—4—3或1—3—4—2；六缸發(fā)動機的點火次序為1—5—3—6—2—4或1—4—2—6—3—5。2）點火提前角從點火時刻起到活塞到達壓縮上止點,這段時間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度稱為點火提前角。影響點火提前角的主要因素是發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和混合氣的燃燒速度。混合氣的燃燒速度又與混合氣的成分、發(fā)動機的結(jié)構及其他一些因素(燃燒室的形狀、壓縮比等)有關。三、傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的組成與工作原理1.傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的組成傳統(tǒng)點火系統(tǒng)主要由電源(蓄電池和發(fā)電機)、點火開關、點火線圈、電容器、斷電器、配電器、火花塞、阻尼電阻和高壓導線等組成。（1）電源。電源為蓄電池和發(fā)電機,供給點火系統(tǒng)所需電能,標稱電壓一般是12V。（2）點火開關。點火開關的作用是接通或斷開點火系統(tǒng)初級電路。（3）點火線圈。點火線圈即變壓器,其功用是將蓄電池12V的低壓電變?yōu)?5~20kV的高壓電。（4）配電器。配電器的功用是接通和切斷低壓電路,使點火線圈及時產(chǎn)生高壓電,按發(fā)動機各氣缸的點火順序送至火花塞，同時可調(diào)整點火時間。（5）電容器。電容器的功用是減小斷電器的火花,防止觸點燒蝕,延長其使用壽命,同時加速點火線圈中磁通的變化速率,提高點火高電壓。（6）火花塞?；鸹ㄈτ檬菍⒏邏弘娨肴紵耶a(chǎn)生電火花,點燃混合氣。（7）高壓導線。高壓導線用以連接點火線圈至配電器中心電極和配電器旁電極至各缸火花塞。2.傳統(tǒng)點火系統(tǒng)各組件的構造1）點火線圈點火線圈是將電源的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘姷幕驹３Ｓ玫狞c火線圈分為開磁路點火線圈和閉磁路點火圈兩種形式。（1）開磁路點火線圈。開磁路點火線圈是利用電磁互感原理制成的。其結(jié)構主要由硅鋼片疊成的鐵心上的初級繞組和次級繞組、殼體及其外的附加電阻等組成（2）閉磁路點火線圈。閉磁路點火線圈將初級繞組和次級繞組都繞在口字形或日字形的鐵心上。初級繞組在鐵心中產(chǎn)生的磁通通過鐵心構成閉合磁路。2）分電器分電器由斷電器、配電器、電容器和點火提前機構等組成,其結(jié)構如圖8-5所示。分電器的殼體由鑄鐵制成,下部壓有石墨青銅襯套,配電器軸裝在機油泵的頂端,利用速比1∶1的斜齒輪由凸輪軸經(jīng)機油泵驅(qū)動。軸在襯套內(nèi)旋轉(zhuǎn),用油杯進行潤滑。圖8-5分電器結(jié)構（1）斷電器。斷電器裝在固定板上,固定板上又裝有活動板,其上裝有觸點副。觸點由鎢制成,一觸點固定,另一觸點活動。固定觸點搭鐵固定在活動板上,可借助轉(zhuǎn)動偏心螺釘調(diào)整觸點間隙?；顒佑|點固定在觸點臂的一端,臂的另一端有孔,套在銷釘上。臂中部連有夾布膠木頂塊,靠彈簧片壓緊在凸輪上。觸點臂經(jīng)彈簧片和導線與殼體外面的絕緣接線柱連接。凸輪的凸角數(shù)和發(fā)動機的氣缸數(shù)相同,凸輪與撥板制成一體,裝在配電器軸上,通過離心提前機構的離心重塊由配電器軸驅(qū)動。（2）配電器。配電器的作用是將高壓電按發(fā)動機各氣缸的點火順序配送至火花塞,由配電器蓋、分火頭和高壓線組成。分火頭插裝在凸輪的頂端,和凸輪一起轉(zhuǎn)動。分配器蓋上有與發(fā)動機氣缸數(shù)相等的旁電極,分火頭的頂端鉚有銅質(zhì)導電片,其導電片端部與旁電極有0.2～0.8mm的間隙。當斷電器觸點打開時,高壓電自導電片跳至與其相對的旁電極,再經(jīng)高壓分線送至火花塞。（3）電容器。電容器用固定夾和螺釘擰裝于配電器殼體的外面,與斷電器觸點并聯(lián)。電容器為紙介質(zhì)式,電容器工作時要承受觸點打開時初級線圈產(chǎn)生的200～300V自感電動勢,因此要求其耐壓為500V。其容量應為0.5～0.25μF。（4）點火提前機構。點火提前機構是配電器上裝的隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷的變化而自動改變提前角的離心提前機構和真空提前機構。3）火花塞火花塞的功用是將點火線圈產(chǎn)生的脈沖高壓電引入燃燒室,并在其兩個電極之間產(chǎn)生電火花,以點燃可燃混合氣。在鋼質(zhì)體殼的內(nèi)部固定有高氧化鋁陶瓷絕緣體,在絕緣體中心孔的上部有金屬桿,桿的上端有接線螺母,用來接高壓導線,下部裝有中心電極。金屬桿與中心電極之間用導體玻璃密封,銅制內(nèi)墊圈起密封和導熱作用。殼體的上部有便于拆裝的六角平面,下部有螺紋以便旋裝在發(fā)動機氣缸蓋內(nèi),殼體下端固定有彎曲的側(cè)電極。3.傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的工作原理在傳統(tǒng)點火系統(tǒng)中,由蓄電池或發(fā)電機供給12V的低壓電,借點火線圈和斷電器將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠妷?再通過配電器分配到各缸火花塞,使其電極之間產(chǎn)生電火花。發(fā)動機工作時,斷電器凸輪在配氣凸輪軸的驅(qū)動下也隨之旋轉(zhuǎn)。凸輪旋轉(zhuǎn)時,交替地將觸點閉合和打開。在點火開關SW接通的情況下,當觸點閉合時,初級繞組中有電流流過（初級電流I1用實線表示）,電流從蓄電池正極→點火開關SW→點火線圈“+”接線柱→附加電阻→“-”接線柱→點火線圈的初級繞組→“-”接線柱→斷電器觸點→搭鐵→蓄電池負極。初級電流在線圈的鐵心中形成磁場,經(jīng)過一定時間后,當凸輪將觸點打開時,初級電路被切斷,初級電流消失,它所形成的磁場也隨之迅速變化,在兩個繞組中都感應出電動勢。由于次級繞組的匝數(shù)多,因而在次級繞組內(nèi)就感應出15～20kV的電動勢,它足以擊穿火花塞的電極間隙,產(chǎn)生火花點燃混合氣。高壓電流（I2用虛線箭頭表示）的回路為:次級繞組→“-”接線柱→附加電阻→“+”接線柱→點火開關SW→電流表→蓄電池→搭鐵→火花塞旁電極、中心電極→配電器旁電極、分火頭→次級繞組。配電器軸每轉(zhuǎn)一圈,各缸按點火順序輪流點火一次。發(fā)動機工作時,上述過程周而復始地重復著,若要停止發(fā)動機的工作,只要斷開點火開關,切斷初級電路即可。四、電子點火系統(tǒng)1.傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的缺陷在傳統(tǒng)的點火系統(tǒng)里,當斷電器觸點分開時,在觸點之間產(chǎn)生火花,使觸點氧化、燒蝕,因而斷電器觸點的使用壽命短,需要經(jīng)常維護；觸點火花的大小與初級電流的大小有關,使點火系統(tǒng)初級電流和次級電壓的提高受到限制；初級電流和次級電壓的大小隨著發(fā)動機的轉(zhuǎn)速的升高和氣缸數(shù)的增多而下降,使多缸發(fā)動機高速時工作不可靠；當火花塞積炭時,因漏電次級電壓低不能可靠地點火。2.電子點火系統(tǒng)的優(yōu)點（1）因為無機械觸點或初級電流不經(jīng)過觸點,所以不存在觸點氧化、燒蝕、變形、磨損等問題,使用中幾乎不需要維修和經(jīng)常換件。（2）用晶體管取代電器觸點或初級電流不經(jīng)過觸點。這樣可以增大初級斷電電流值,減少點火線圈初級繞組匝數(shù),減小初級電路的電阻,從而提高次級電壓,有效地改善和保證點火性能。一般傳統(tǒng)點火系統(tǒng)初級電流不超過5A,而晶體管點火可提高至7～8A,次級電壓可達30kV。（3）電磁能量得到充分利用,高電壓形成迅速,火花能量大。由于無斷電器觸點或觸點電流很小,根本不會因產(chǎn)生火花而消耗部分電磁能量,所以高壓形成很快,使火花能量增大,提高了點火可靠性。傳統(tǒng)點火系統(tǒng)高壓電的形成時間需120～200μs,而電子點火系統(tǒng)則只需80～100μs。（4）減小了火花塞積炭的影響。電子點火裝置在火花塞積炭阻值達100kΩ的嚴重情況下,仍能維持可靠的點火特性。（5）點火時間精確,混合氣能得到完全燃燒,可以在稀混合氣工況下正常點火,從而保證了發(fā)動機在降低油耗的基礎上,減少廢氣污染,獲得最好的動力性。（6）能適應現(xiàn)代高速高壓縮比發(fā)動機的發(fā)展需求,有利于汽車的高速化。（7）對無線電干擾小,結(jié)構簡單,重量輕、體積小,保養(yǎng)維修簡便。3.電子點火系統(tǒng)的類型目前在汽車上使用的電子點火系統(tǒng)分為有觸點電子點火系統(tǒng)和無觸點電子點火系統(tǒng)兩大類。4.無觸點電子點火系統(tǒng)無觸點電子點火系統(tǒng)利用傳感器代替斷電器觸點,產(chǎn)生點火信號控制點火線圈的通斷和點火系統(tǒng)的工作,可以克服與觸點有關的所有缺點。無觸點電子點火系統(tǒng)主要由傳感器（即脈沖信號發(fā)生器）和電子點火控制器構成,如圖8-10所示。它的配電器、點火線圈、火花塞等與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的基本相同。圖8-10無觸點電子點火系統(tǒng)五、微機控制點火系統(tǒng)1.微機控制點火系統(tǒng)的特點（1）在各種工況及環(huán)境條件下,一般可獲得最佳點火提前角,從而使發(fā)動機在動力性、經(jīng)濟性、排放性及工作穩(wěn)定性等方面均處于最理想的情況。（2）在全部工作范圍內(nèi),一般可對點火線圈的導通時間進行控制,從而使線圈中存儲的點火能量保持恒定不變,提高了點火的可靠性,有效地防止了點火線圈過熱,減少了能源消耗。此外,該系統(tǒng)很容易實現(xiàn)在全部工作范圍內(nèi)提供稀薄燃燒所需恒定點火能量的目標。（3）通過采用閉環(huán)控制技術,可使各缸點火提前角控制在剛好不發(fā)生爆震的臨界狀態(tài),從而獲得較高的燃燒效率,有利于提高發(fā)動機的各種性能。2.無分電器微機控制點火系統(tǒng)1）組成無分電器微機控制點火系統(tǒng)由傳感器、發(fā)動機控制計算機和執(zhí)行器等構成,如圖8-11所示。圖8-11無分電器微機控制點火系統(tǒng)組成2）工作原理發(fā)動機運行時,ECU不斷地采集發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、負荷、冷卻水溫度、進氣溫度等信號,并根據(jù)存儲器中存儲的有關程序與數(shù)據(jù),確定該工況下最佳點火提前角和一次電路的最佳導通角,并以此向點火控制模塊發(fā)出控制指令。點火控制模塊根據(jù)ECU的點火指令,控制點火線圈一次電路的導通和截止。當電路導通時,有電流從點火線圈中的一次線圈通過,點火線圈此時將點火能量以磁場的形式儲存起來。當一次線圈中的電流被切斷時,二次線圈中將產(chǎn)生很高的感應電動勢（15～20kV）,經(jīng)電子式配電送至工作氣缸的火花塞,點火能量被瞬間釋放,并迅速點燃氣缸內(nèi)的可燃混合氣,發(fā)動機完成做功過程。3.高壓配電方式1）獨立點火方式獨立點火方式是指一個缸的火花塞配一個點火線圈,各個獨立的點火線圈直接安裝在火花塞上,獨立向火花塞提供高壓電,各缸直接點火,如圖8-12所示。這種結(jié)構的特點是去掉了高壓線,因此可以使高壓電能的傳遞損失和對無線電的干擾降低到最低水平。圖8-12獨立點火方式2）同時點火方式同時點火方式是利用一個點火線圈對活塞接近壓縮上止點和排氣上止點的兩個氣缸同時進行點火的高壓配電方法。其中,活塞接近壓縮上止點的氣缸點火后,混合氣燃燒做功,該氣缸火花塞產(chǎn)生的電火花是有效火花；活塞接近排氣上止點的氣缸點火后,火花塞產(chǎn)生的電火花是無效火花。（1）點火線圈配電方式。點火線圈配電方式是一種直接用點火線圈分配高壓電的同時點火方式。幾個相互屏蔽的、結(jié)構獨立的點火線圈組合成一體,稱為點火線圈組件。四缸發(fā)動機的點火線圈組件有兩個獨立的點火線圈,六缸發(fā)動機的點火線圈組件有三個獨立的點火線圈,如圖8-13所示。圖8-13點火線圈配電方式（2）二極管配電方式。二極管配電方式是利用二極管的單向?qū)ㄌ匦詫c火線圈產(chǎn)生的高壓電進行分配的同時點火方式。與二極管配電方式相配的點火線圈有兩個初級繞組、一個次級繞組,相當于是共用一個次級繞組的兩個點火線圈的組件,次級繞組的兩端通過四個高壓二極管與火花塞組成回路,如圖8-14所示。圖8-14二極管配電方式電路4.點火提前角的控制微機控制點火系統(tǒng)的點火提前角由初始點火提前角（又稱為原始點火提前角）、基本點火提前角和修正點火提前角三部分組成。實際點火提前角=初始點火提前角+基本點火提前角+修正點火提前角。初始點火提前角是指曲軸位置傳感器在發(fā)動機上固定后,由曲軸位置傳感器的信號轉(zhuǎn)子和曲軸的相對位置決定的點火提前角。一旦曲軸位置傳感器在發(fā)動機上固定,初始點火提前角就相應確定。基本點火提前角是指在初始點火提前角的基礎上,控制單元根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷（進氣管壓力或空氣流量）大小自動使點火提前角進一步增大,點火提前角增大的部分就是基本點火提前角。修正點火提前角是指控制單元根據(jù)發(fā)動機冷卻水溫度、節(jié)氣門開度、爆震傳感器信號、氧傳感器信號等參數(shù)確定出的點火提前角修正量?！夹〗Y(jié)〗1.點火系統(tǒng)分為傳統(tǒng)點火系統(tǒng)、電子點火系統(tǒng)和微機控制點火系統(tǒng)等幾種。2.傳統(tǒng)點火系統(tǒng)由點火線圈、分電器、火花塞、電源、