4-汽車點火系統.ppt

1、汽車點火系統,點火系是發(fā)動機正常工作所必需的電器系統之一，對本章內容來說，在學習了解傳統點火系的分電器、點火線圈、火花塞的等各組成部件的結構、原理基礎上，整體把握普通電子點火系的工作原理，掌握磁感應式和霍爾式普通電子點火系的工作過程。,第一節(jié) 點火系概述,一、點火系作用 二、點火系種類 三、電子點火系的分類 四、點火系的要求,一、點火系作用,在汽油發(fā)動機中，氣缸內的混合氣是由高壓電火花點燃的，而產生電火花的功能是由點火系來完成的。 點火系將電源的低電壓變成高電壓，再按照發(fā)動機點火順序輪流送至各氣缸，點燃壓縮混合氣；并能適應發(fā)動機工況和使用條件的變化，自動調節(jié)點火時刻，實現可靠而準確的點火；還能

2、在更換燃油或安裝分電器時進行人工校準點火時刻。,二、點火系種類,點火系按采用的電源不同，可分為蓄電池點火系和磁電機點火系兩大類。 蓄電池點火系按是否采用電子元件控制可分為 傳統點火系 電子點火系 微機控制點火系統,1 傳統點火系,汽車上的蓄電池或發(fā)電機向點火系提供電能，機械觸點控制點火時刻，點火時刻的調節(jié)采用機械式自動調節(jié)機構，儲能方式為電感儲能。 傳統點火系結構簡單，成本低，是一種應用較早、較普遍的點火系。 但該點火系工作可靠性差，點火狀況受轉速、觸點技術狀況影響較大，需要經常維修、調整。隨著汽車技術的發(fā)展，傳統點火系越來越不適應現代發(fā)動機對點火的要求，正日趨被新的電子點火系所取代。,2電子

3、點火系,蓄電池或發(fā)電機向點火系提供電能，晶體管控制點火時刻，點火時刻的調節(jié)采用機械式調節(jié)機構或電子調節(jié)機構，儲能方式有電感儲能和電容儲能兩種。 電子點火系的點火電壓和點火能量高，受發(fā)動機工況和使用條件的影響小，結構簡單，工作可靠，維護、調整工作量小，節(jié)約燃油，減小污染，應用日益廣泛。,三、電子點火系的分類,1按儲能方式分類 （1）電感儲能電子點火系：火花能量以磁場形式儲存在點火線圈中，如蓄電池點火系； （2）電容儲能電子點火系統：火花能量以電場的形式儲存在專門的儲能電容器中。,三、電子點火系的分類,2按信號發(fā)生器型式分類 （1）磁感應式； （2）霍爾式； （3）光電式； （4）電磁震蕩式。,四

4、、點火系的要求,無論是哪一類的點火裝置，均有共同的技術性能要求，即應在發(fā)動機各種工況和使用條件下保證可靠而準確地點火，為此應滿足以下三個方面的要求： 1能產生足以擊穿火花塞間隙的電壓 2火花應具有足夠的能量 3點火時刻應適應發(fā)動機的工作情況,1能產生足以擊穿火花塞間隙的電壓,火花塞電極擊穿而產生火花時所需要的電壓稱為擊穿電壓。點火系產生的次級電壓必須高于擊穿電壓，才能使火花塞跳火。擊穿電壓的大小受很多因素影響，其中主要有： （1）火花塞電極間隙和形狀 （2）氣缸內混合氣體的壓力和溫度 （3）電極的溫度和極性 （4）發(fā)動機的工作情況,火花塞電極間隙和形狀,火花塞電極的間隙越大，氣體中的電子和離子

5、受電場力的作用越小，不易發(fā)生碰撞電離，擊穿電壓就越高，見圖4-1；電極的尖端棱角分明，所需的擊穿電壓低。,氣缸內混合氣體的壓力和溫度,混合氣的壓力越大，溫度越低，其密度就越大，離子自由運動距離就越短，不易發(fā)生碰撞電離，擊穿電壓就越高，見圖4-2。,電極的溫度和極性,火花塞電極的溫度越高，電極周圍的氣體密度越小，擊穿電壓就越低；針狀的中心電極為負極且溫度較高時，擊穿電壓就較低。中心電極是負極時其擊穿電壓比中心電極是正極時約降低20%40%，見圖4-3。,發(fā)動機的工作情況,發(fā)動機轉速 擊穿電壓與發(fā)動機轉速的關系見圖4-4。發(fā)動機高速工作時，氣缸內的溫度升高，使氣缸的充氣量減小，致使氣缸中壓力減小，

6、因而火花塞的擊穿電壓隨轉速的升高而降低。發(fā)動機在起動和急加速時擊穿電壓升高，而全負荷且穩(wěn)定工作狀態(tài)時擊穿電壓較低。,發(fā)動機的工作情況,混合氣空燃比 見圖4-5，由圖可見，混合氣過稀和過濃時擊穿電壓都會升高。 此外，發(fā)動機的功率、壓縮比以及點火時刻等因素也影響擊穿電壓的高低。為了保證點火的可靠性，點火系必須有一定的次級電壓儲備。但過高的次級電壓，將造成絕緣困難，使成本提高。,2火花應具有足夠的能量,發(fā)動機正常工作時，由于混合氣壓縮終了的溫度接近其自燃溫度，僅需要15mJ的火花能量。 但在混合氣過濃或是過稀時，發(fā)動機起動、怠速或節(jié)氣門急劇打開時，則需要較高的火花能量。 經濟性和排氣凈化要求提高提高

7、火花能量。 電子點火系一般應具有80100mJ的火花能量，起動時應產生高于100mJ的能量。,3點火時刻應適應發(fā)動機的工作情況,實踐證明，燃燒最大壓力出現在上止點后1015時，發(fā)動機的輸出功率最大，此時所對應的點火提前角為最佳點火提前角。 影響最佳點火提前角的因素很多，主要有（1）發(fā)動機轉速：（2）發(fā)動機負荷（3）汽油辛烷值,3點火時刻應適應發(fā)動機的工作情況,第二節(jié)、傳統點火系統,傳統點火系統的組成 （1） 電源 （2） 點火線圈 （3） 分電器：斷電器；配電器；電容器；點火提前角機構。 （4） 火花塞 （5） 點火開關,傳統點火系統的組成,二、傳統點火系的工作原理,基本工作過程如下： （1）

8、 觸點閉合 一次側電流增長 初級線圈電流 按指數規(guī)律增長,傳統點火系的工作原理,（2） 觸點分開 下降為0，一次繞阻產生自感電動勢200300V 二次繞阻產生更高電動勢，互感作用，1520Kv,傳統點火系的工作原理,（3） 火花塞被擊穿 放電：電容放電 大電流，短時間 電感放電 小電流，時間較長,傳統點火系統工作特性與影響二次電壓的因素,(1) 發(fā)動機缸數，缸數多觸點閉合時間短。 (2) 火花塞積碳，形成并聯電阻，短路，擊穿。 （3）電容值大小,傳統點火系統工作特性與影響二次電壓的因素,C1影響 過大放電周期長，二次電壓低，不宜著車。 過小，火花過大，燒壞白金。 C2 應盡量小 應選配合適的高

9、壓線、火花塞 觸點間隙影響 觸點閉合角 觸點火花 降低次級電壓，燒壞觸點 點火線圈溫度影響 點火線圈質量保證溫度不可過高,附加電阻,附加電阻也稱熱敏電阻，它由低碳鋼絲、鎳鉻絲或純鎳絲制成，具有溫度升高時電阻迅速增大、溫度降低時電阻迅速減小的特點。發(fā)動機工作時，利用附加電阻這一特點自動調節(jié)初級電流，可以改善點火系的工作特性。,附加電阻,當發(fā)動機低速工作時，初級電流增長時間長，電流大，附加電阻受熱阻值增大，避免了初級電流過大，防止點火線圈過熱；當發(fā)動機高速工作時，初級電流增長時間短，電流小，附加電阻溫度較低，可使初級電流下降的少些，保證了發(fā)動機在高速工作時點火系統能供給較強的高壓電而不止斷火。所以

10、轉速變化時，附加電阻較好地解決了高速斷火和低速點火線圈過熱的矛盾，改善了點火性能。 當發(fā)動機起動時，由于蓄電池的端電壓會急劇下降，致使初級電流減小，點火線圈不能供給足夠的高電壓和點火能量。為了克服這一影響，在起動時將附加電阻短路，以增大初 級電流，提高次級電壓和火花能量，從而改善了發(fā)動機的起動性能。,附加電阻及恒流控制,附加電阻的作用 發(fā)動機在任何轉速下Ip保持恒定 存儲能量恒定次級線圈U2max恒定 缺點電流上升速度慢 點火電壓低（滿足高速時）,第三節(jié)、點火系統主要零件的結構,一、分電器的結構和工作原理 斷電器 2配電器 3離心調節(jié)器 4真空調節(jié)器,斷電器,觸點間隙的調整,配電器,配電器裝于

11、信號發(fā)生器的上部，由分電器蓋、分火頭組成，見圖4-11。其作用是將高壓電按點火順序分配至火花塞。,配電器,配電器,離心調節(jié)器,離心調節(jié)器,其作用是在轉速變化時，利用離心力自動使信號發(fā)生器提前產生點火信號來調節(jié)點火提前角。其結構如圖4-12所示。在分電器軸上固定有托板，兩個重塊分別套在托板的柱銷上，重塊的另一端由彈簧拉向軸心。信號發(fā)生器的轉子與撥板一起套在分電器軸上，撥板的兩端有長形孔，套于離心塊的銷釘上。,真空調節(jié)器,真空調節(jié)器,真空調節(jié)器,真空調節(jié)器,其作用是在發(fā)動機負荷變化時，自動調節(jié)點火提前角。裝于分電器殼體一側。其結構見圖4-13所示。在外殼內固定有彈性金屬片制成的膜片，膜片中心一側與

12、拉桿固連，另一側壓有彈簧。拉桿由殼底座孔中伸出，與底板相連，拉動底板帶著信號發(fā)生器的定子相對于軸產生角位移。,二、點火線圈,點火線圈,點火線圈,二、點火線圈,傳統的開磁路點火線圈的基本結構如圖4-15所示，主要由鐵心、繞組、膠木蓋、瓷杯等組成。開磁路點火線圈 其鐵心用0.30.5mm厚的硅鋼片疊成，鐵心上繞有初級繞組和次級繞阻。次級繞阻居內，通常用直徑為0.060.10mm的漆包線繞1100026000匝；初級繞阻居外，通常用0.51.0mm的漆包線繞230370匝。,閉磁路點火線圈,傳統的開磁路點火線圈中，次級繞組在鐵心中的磁通通過導磁鋼套構成回路，磁力線的上、下部分從空氣中通過，磁路的磁阻

13、大，磁通損失大，轉換效率低（約60%）；,閉磁路點火線圈,閉磁路點火線圈的鐵心是“曰”字形或“口”字形，磁路中只設有一個微小的氣隙，其磁路圖4-17所示 。閉磁路點火線圈漏磁少，磁阻小，變換效率高，可使點火線圈小型化。,三、火 花 塞,火花塞的作用是將高壓電引進發(fā)動機燃燒室，在電極間形成火花，以點燃可燃混合氣?；鸹ㄈ麛Q裝于氣缸蓋的火花塞孔內，下端電極伸入燃燒室。上端連接分缸高壓線。火花塞是點火系中工作條件最惡劣、要求高和易損壞部件。其外形圖見圖4-18。,火花塞要求,火花塞要求,1混合氣燃燒時，火花塞下部將承受高壓燃氣的沖擊，要求火花塞必須有足夠的機械強度。 2火花塞承受著交變的高電壓，要求它

14、應有足夠的絕緣強度，能承受30kv高壓。 3混合氣燃燒時，燃燒室內溫度很高，可達15002200，進氣時又突然冷卻至5060，因此要求火花塞不但耐高溫，而且能承受溫度劇變，不出現局部過冷或過熱。 4混合氣的燃燒產物很復雜，含有多種活性物質，如臭氧、一氧化碳和氧化硫等，易使電極腐蝕。因此要求火花塞要耐腐蝕。 5火花塞的電極間隙影響擊穿電壓，所以要有合適的電極間隙。火花塞安裝位置要合適，以保證有合理的著火點。火花塞氣密性應當好，以保證燃燒室不漏氣。,火花塞,火花塞主要由接觸頭、瓷絕緣體、中心電極、側電極和殼體等部分組成，如圖4-19所示 電極一般采用耐高溫、耐腐蝕的鎳錳合金鋼或鉻錳氮、鎢、鎳錳硅等

15、合金制成，也有采用鎳包銅材料制成，以提高散熱性能。火花塞電極間隙多為0.60.7mm，電子點火其間隙可增大至1.01.2mm。,火花塞的熱特性,要使火花塞能正常工作，其下部絕緣體裙部的溫度應保持在500700C，這樣才能使落在絕緣體上的油滴立即燒掉，不致形成積炭，通常稱這個溫度為火花塞的“自凈溫度”。如果溫度低于自凈溫度，就可能使油霧聚積成油層，引起積炭而不能跳火；如果溫度過高，例如超過850，會形成熾熱點，發(fā)生表面點火，使發(fā)動機遭受損壞。,火花塞的熱特性,火花塞裙部的工作溫度取決于火花塞熱特性和發(fā)動機氣缸的工作溫度?；鸹ㄈ麩崽匦跃褪侵富鸹ㄈl(fā)火部位的熱量向發(fā)動機冷卻系統散發(fā)的性能。影響火花塞

16、熱特性的主要因素是火花塞裙部的長度。裙部較長時，受熱面積大，吸收熱量多，而散熱路徑長，散熱少，裙部溫度較高，把這種火花塞稱為“熱型”火花塞。反之，當裙部較短時，吸熱少，散熱多，裙部溫度較低，把這種火花塞成為“冷型”火花塞。如圖4-20所示。,電容器,電容器,附加電阻,附加電阻,第四節(jié)、磁感應式普通電子點火系統,一、磁感應式電子點火系組成 磁感應式電子點火系又稱為磁脈沖式電子點火系，由磁感應式分電器（內裝磁感應式點火信號發(fā)生器）、點火器、專用點火線圈、火花塞等部件組成。 二、豐田汽車磁感應式電子點火系,1磁感應信號發(fā)生器,（1）組成 該信號發(fā)生器安裝在分電器內的底板上，。 由信號轉子、永久磁鐵、

17、鐵心、傳感線圈組成。,1磁感應信號發(fā)生器,（2）工作原理 利用電磁感應原理，信號轉子轉動時，信號轉子的凸齒與鐵心的空氣隙發(fā)生變化，使通過傳感線圈的磁通發(fā)生變化，因此傳感線圈中便產生感應的交變電動勢，該交變電動勢輸入到點火器，以控制點火系統工作。其工作過程（假設信號轉子順時針轉動）見圖4-22：,（2）工作原理,當信號轉子順時針轉動，信號轉子的凸齒逐漸接近鐵心，凸齒與鐵心間的空氣隙越來越小，通過傳感線圈的磁通逐漸增大，當信號轉子凸齒的齒角與鐵心邊緣相對時，磁通急劇增加，磁通變化率最大,2點火系的基本電路及工作原理,日本豐田MS75系列汽車裝用的磁脈沖式無觸點電子點火系的電路原理圖見圖4-25。,

18、（1）點火器中各三極管作用,VT1發(fā)射極與集電極相連，相當于一個二極管，見圖4-26。起溫度補償作用； VT2觸發(fā)管，起信號檢測作用； VT3、VT4放大作用，將VT2輸出放大以驅動VT5； VT5大功率管，控制初級電流的通斷。,點火系的基本電路及工作原理分析,點火系的基本電路及工作原理分析,傳感線圈中產生正向信號電壓時， VT1截止，VT2導通，VT3截止，VT4、VT5導通，初級電路仍然接通。 傳感線圈中產生負向信號電壓時， VT1導通，VT2截止，VT3導通，VT4、VT5截止，初級電路切斷，磁場迅速消失，次級繞組產生高壓。 信號發(fā)生器的輸出電壓與三極管VT2、VT5以及次級電壓U2的關

19、系見圖。,其它元件作用,VS1、VS2反向串聯后與點火信號發(fā)生器的傳感線圈并聯，在高轉速時，使傳感線圈輸出的正向和負向電壓穩(wěn)定在某一數值，保護VT2不受損害； VS3與R4組成穩(wěn)壓電路，保證VT1、VT2保證在穩(wěn)定電壓下工作； VS4當VT5管截止時，將初級繞組的自感電動勢限制在某一值內，保護VT5管； C1消除點火信號發(fā)生器傳感線圈輸出電壓波形上的毛刺，防止誤點火； C2與R4組成組容吸收電路，吸收瞬時過電壓，防止誤點火； R3的作用是加速VT2級VT5的翻轉。,第五節(jié) 霍爾式普通電子點火系統,霍爾式電子點火系由內裝霍爾信號發(fā)生器的分電器、點火器、火花塞、點火線圈等組成。下面一以桑塔納轎車用

20、霍爾式點子點火系統為例說明其工作過程。 桑塔納轎車用霍爾式點子點火系統圖見圖4-28。,一、霍爾信號發(fā)生器,霍爾效應 原理圖見圖4-29。 當電流通過放在磁場中的半導體基片，且電流方向和磁場方向垂直時，在垂直于電流和磁場的半導體基片的橫向側面上產生一個與電流和磁場強度成正比的電壓，這個電壓稱為霍爾電壓。,霍爾信號發(fā)生器,2組成 霍爾信號發(fā)生器位于分電器內，其結構見圖4-30。主要由分電器軸帶動的觸發(fā)葉輪、永久磁鐵、霍爾元件等組成。,霍爾信號發(fā)生器,霍爾元件實際上是一個霍爾集成塊電路，內部原理圖見圖4-31所示。因為在霍爾元件上得到的霍爾電壓一般為20mV，因此必須將其放大整形后再輸出給點火控制

21、器。,霍爾信號發(fā)生器,3工作原理 霍爾信號發(fā)生器工作原理圖見圖4-32。 分電器軸帶動觸發(fā)葉輪轉動，當葉片進入磁鐵與霍爾元件之間的空氣隙時，磁場被旁路，霍爾元件不產生霍爾電壓，霍爾集成電路末級三極管截止，信號發(fā)生器輸出高電位；當觸發(fā)葉輪離開空氣隙，永久磁鐵的磁力線通過霍爾元件而產生霍爾電壓，集成電路末級三極管導通，信號發(fā)生器輸出低電位。,霍爾信號,葉片不停的轉動，信號發(fā)生器輸出一個矩形波信號，作為控制信號給點火器。由點火器控制初級電路的通斷。 霍爾信號發(fā)生器完成功能時波形見圖4-33。,二、點火控制器,桑塔納轎車點火系器外形結構見圖4-34。,點火控制器,點火控制器內部采用意大利SGS-THO

22、MSON公司生產的L497專用點火集成塊，見圖4-35。該點火控制器具有初級電流上升率的控制、閉合角控制、停車斷電保護和過電壓保護等功能。,三、點火系的工作過程,霍爾電子點火系（點火器內裝專用點火集成塊）原理圖,1基本功能,1）發(fā)動機工作時，分電器軸帶動霍爾信號發(fā)生器的觸發(fā)葉輪旋轉。當觸發(fā)葉輪的葉片進入空氣隙時，信號發(fā)生器輸出高電壓信號1112V，使點火控制器集成電路中末級大功率三極管導通VT，點火系初級電路接通：電源“”點火線圈W1點火控制器（三極管VT）搭鐵。,1基本功能,（2）當觸發(fā)葉輪的葉片離開空氣隙時，信號發(fā)生器輸出0.30.4V的低電壓信號，使點火器大功率三極管截止，初級電路切斷，

23、次級產生高壓,1基本功能,霍爾電子點火系工作過程 葉片位置 霍爾電壓 信號發(fā)生器輸出信號 點火器大功率管 點火線圈初級回路 進入空氣隙 不產生 高電位 適時導通 接通 離開空氣隙 產生 低電位 截止 切斷，次級繞組產生高壓,2限流控制 （恒流控制）,為保證發(fā)動機在各種工況下穩(wěn)定點火，采用高能點火線圈，其初級電路電阻小，電感小，初級電流增長快，電流大，若不控制，點火線圈和點火器會因過熱而損壞。初級電流上升特性見圖4-37。,2限流控制 （恒流控制),控制電路原理圖見圖4-38。圖中VT為點火器末級大功率管，Rs為采樣電阻，IC為點火集成塊。當采樣電阻值一定時，采樣電阻兩端的電壓值與通過點火線圈的

24、初級電流成正比，工作中，采樣電阻壓降值反饋到點火集成塊中的限流控制電路，使限流控制電路工作，從而保持流過點火線圈的初級電流恒定不變。,限流控制 （恒流控制),基本工作情況：當大功率管飽和導通時，如果初級電流限流值時，初級電流逐漸增大；當初級電流限流值時，Rs反饋電壓使放大器F輸出端電壓升高，使VT1更加導通，集電極電位下降，VT向截止區(qū)偏移，初級電流下降；當初級電流略低于限流值時，Rs反饋電壓使放大器F輸出端電壓下降，使VT1趨于截止，集電極電位上升，VT趨于導通，初級電流上升。,3閉合角控制,閉合角是指點火控制器的末級大功率開關管導通期間，分電器軸轉過的角度，也稱導通角。由于點火線圈采用了高

25、能點火線圈，即初級繞組W1的電阻很小0.520.76，這樣點火系初級電路的飽和電流可達20A以上，為防止初級電流過大燒壞點火線圈，點火控制器必須控制末級大功率開關管的導通時間，使初級電流控制在額定電流值，保證點火系可靠工作。裝與未裝閉合角控制時的初級電流波形見圖4-39。,3閉合角控制,當轉速變化時，閉合角控制電路在低速時使VT延遲導通，高速時使VT提前導通，從而使VT導通時間基本不變，如圖4-39c所示。各種轉速下的閉合角見表4-5。,3閉合角控制,各種轉速下的閉合角 分電器 轉速 r/min） 300 750 1000 1200 1600 閉合角（） 20 32 43 49 63,3閉合角

26、控制,當電源電壓變化時，使初級電流上升率也跟著變化，即電壓高時上升，電壓低時上升慢，為保證限流時間不變，閉和角控制電路使VT導通時間隨電源電壓的增高而減小，反之增加，見圖4-40。,閉合角控制,電源電壓變化時的閉合角 電源電壓（V） 11 14 16 18 20 閉合角（） 55 39 33 29 26,四、使用注意事項,1拆卸點火系的導線時，應先關掉點火開關； 2當利用起動機帶動發(fā)動機旋轉，而又不想使發(fā)動機起動時，應拔下分電器中央高壓線，并將其搭鐵； 3如果懷疑點火系有故障，而又必須拖動汽車時，應先拆下點火器插接件； 4為防止無線電干擾，應使用1K電阻的高壓導線、15K電阻的火花塞插頭和1K電阻的分火頭； 5使用帶快速充電設備的起動輔助裝置起動時，電壓不得超過16.5V，使用時間不得超過1min； 6在車上電焊作業(yè)時，應先拆去蓄電池搭鐵線； 7清洗發(fā)動機時，必須關斷點火開關,五、故障檢查,1點火系統的檢查 懷疑點火系統有故障時，可拔出分電器中央高壓線，使其端部離氣缸體5-7mm，接通點火開關，起動發(fā)動機，觀察高壓