第10章讲义发动机点火系统

第第1010章章 发动机点火系统发动机点火系统一、功用：按照发动机各缸的点火次序，在一定的时刻供给一、功用：按照发动机各缸的点火次序，在一定的时刻供给火花塞以能量足够的高压电，使火花塞两电极之间产生足火花塞以能量足够的高压电，使火花塞两电极之间产生足够强的电火花，点燃被压缩的可燃混合气，从而使发动机够强的电火花，点燃被压缩的可燃混合气，从而使发动机作功。作功。二、分类二、分类按照点火系的组成及产生高压电的方法不同，分按照点火系的组成及产生高压电的方法不同，分为：为：1 1、蓄电池点火系：蓄电池点火系、蓄电池点火系：蓄电池点火系由蓄电池或发电机供给由蓄电池或发电机供给12V12V或或24V24V的低压直流电，借点火线圈和断电器将低压电转的低压直流电，借点火线圈和断电器将低压电转变为高压电，再通过配电器分配到各缸火花塞，使两电极变为高压电，再通过配电器分配到各缸火花塞，使两电极之间产生火花，点燃可燃混合气。汽车一般为之间产生火花，点燃可燃混合气。汽车一般为12V12V电源，电源，由蓄电池供给低压直流电，发电机给蓄电池充电。由蓄电池供给低压直流电，发电机给蓄电池充电。2 2、半导体点火系、半导体点火系3 3、微机控制点火系、微机控制点火系4 4、磁电机点火系。、磁电机点火系。10.1 10.1 概述概述传统分电器式点火系传统分电器式点火系三、三、汽车发动机对点火系的要求汽车发动机对点火系的要求 1 1、迅速产生足以击穿火花塞间隙的高电压、迅速产生足以击穿火花塞间隙的高电压151520kv20kv；2 2、电火花应具备足够高的能量、电火花应具备足够高的能量50 50 120mJ120mJ；3 3、点火时刻应适应发动机的工况。、点火时刻应适应发动机的工况。四、四、点火系的特点点火系的特点 搭铁搭铁汽车发动机点火系线路与其它电器设备线路汽车发动机点火系线路与其它电器设备线路一样，均采用单线制联结，即电源的一个电极用导线与各一样，均采用单线制联结，即电源的一个电极用导线与各用电设备相联，而另一个电极则通过发动机机体、汽车车用电设备相联，而另一个电极则通过发动机机体、汽车车架和车身与各用电设备相联，称为搭铁，相当于接地。既架和车身与各用电设备相联，称为搭铁，相当于接地。既可以以电源的负极搭铁，也可以以电源的正极搭铁，汽车可以以电源的负极搭铁，也可以以电源的正极搭铁，汽车发动机点火系一般以电源的负极搭铁。此时点火线圈的线发动机点火系一般以电源的负极搭铁。此时点火线圈的线路一般使火花塞的中心电极为负极，侧电极为正极，由于路一般使火花塞的中心电极为负极，侧电极为正极，由于电子容易从温度高的中心电极向温度低的侧电极发射（高电子容易从温度高的中心电极向温度低的侧电极发射（高压电流方向从正极流向负极），因此，可降低击穿电压压电流方向从正极流向负极），因此，可降低击穿电压1520%1520%左右。左右。（一）、点火线圈（一）、点火线圈 功用：将电源的低电压转变为高压电的功用：将电源的低电压转变为高压电的升压变压器升压变压器。分类：分类：开磁路点火线圈；开磁路点火线圈；闭磁路点火线圈。闭磁路点火线圈。10.2 10.2 传统点火系统组成与工作原理传统点火系统组成与工作原理 一一 、传统点火系统组成：、传统点火系统组成：1 1、点火线圈、点火线圈（1 1）传统的开磁路点火线圈的基本结构如图）传统的开磁路点火线圈的基本结构如图4-154-15所所示，主要由铁心、绕组、胶木盖、瓷杯等组成。示，主要由铁心、绕组、胶木盖、瓷杯等组成。n其铁心用其铁心用0.30.30.5mm0.5mm厚的硅钢片叠成，铁心厚的硅钢片叠成，铁心上绕有初级绕组和次级上绕有初级绕组和次级绕阻。绕阻。n次级绕阻居内，通常次级绕阻居内，通常用直径为用直径为0.060.060.10mm0.10mm的漆包线绕的漆包线绕11000110002600026000匝；匝；n初级绕阻居外，通常初级绕阻居外，通常用用0.50.51.0mm1.0mm的漆包线的漆包线绕绕230230370370匝。匝。附加电阻附加电阻n特点特点:附加电阻也称热敏电阻，它由低碳钢丝、镍附加电阻也称热敏电阻，它由低碳钢丝、镍铬丝或纯镍丝制成，具有温度升高时电阻迅速增铬丝或纯镍丝制成，具有温度升高时电阻迅速增大、温度降低时电阻迅速减小。大、温度降低时电阻迅速减小。n作用：作用：利用附加电阻特点自动调节初级电流，可利用附加电阻特点自动调节初级电流，可以改善点火系的工作特性。以改善点火系的工作特性。附加电阻附加电阻n低速时：低速时：初级电流增长时间长，电流大，附加电阻受初级电流增长时间长，电流大，附加电阻受热阻值增大，避免了初级电流过大，热阻值增大，避免了初级电流过大，防止点火线圈过防止点火线圈过热；热；n高速时：高速时：初级电流增长时间短，电流小，附加电阻温初级电流增长时间短，电流小，附加电阻温度较低，可使初级电流下降的少些，保证了发动机在度较低，可使初级电流下降的少些，保证了发动机在高速工作时点火系统能供给较强的高压电而不止断火。高速工作时点火系统能供给较强的高压电而不止断火。所以转速变化时，附加电阻较好地解决了高速断火和所以转速变化时，附加电阻较好地解决了高速断火和低速点火线圈过热的矛盾，改善了点火性能。低速点火线圈过热的矛盾，改善了点火性能。n起动时起动时:由于蓄电池的端电压会急剧下降，致使初级由于蓄电池的端电压会急剧下降，致使初级电流减小，点火线圈不能供给足够的高电压和点火能电流减小，点火线圈不能供给足够的高电压和点火能量。为了克服这一影响，在起动时将附加电阻短路，量。为了克服这一影响，在起动时将附加电阻短路，以增大初级电流，提高次级电压和火花能量，从而改以增大初级电流，提高次级电压和火花能量，从而改善了发动机的起动性能。善了发动机的起动性能。基本工作过程：基本工作过程：(视频视频)（二）高压回路：（二）高压回路：触点触点K K断开：次级线圈断开：次级线圈附加电阻附加电阻蓄电池正极蓄电池正极蓄电池蓄电池搭铁搭铁火花塞火花塞侧电极侧电极火花塞中心电极火花塞中心电极高压线高压线配电器配电器次级次级线圈。线圈。（一）低压回路：（一）低压回路：触点触点K K闭合时：蓄电池闭合时：蓄电池正极正极点火开关点火开关附加电附加电阻阻初级线圈初级线圈断电器活断电器活动触点臂动触点臂触点触点分电器分电器壳体搭铁壳体搭铁蓄电池负极。蓄电池负极。（2 2）闭磁路点火线圈）闭磁路点火线圈n闭磁路点火线圈闭磁路点火线圈的铁心是的铁心是“曰曰”字形或字形或“口口”字字形，磁路中只设形，磁路中只设有一个微小的气有一个微小的气隙，其磁路图隙，其磁路图10-710-7所示所示 。闭。闭磁路点火线圈漏磁路点火线圈漏磁少，磁阻小，磁少，磁阻小，变换效率高，可变换效率高，可使点火线圈小型使点火线圈小型化。化。闭闭磁磁路路点点火火线线圈圈：将将一一次次绕绕组组和和二二次次绕绕组组都都绕绕在在口口子子形形或或日日子子形形铁铁心心上上，初初级级绕绕组组在在铁铁心心中中产产生生的的磁磁通通，通通过过铁铁心心形形成成闭闭合合磁磁路路，因因而而泄泄漏漏的的磁磁通通量量即即磁磁路路损损失失大大大大减减小小，点点火火线线圈圈的的转转换换效效率率高高。（二）、分电器二）、分电器组成：组成：断电器、配电器，断电器、配电器，电容器以及点火提前调电容器以及点火提前调节装置。节装置。作用：作用：接通与切断点火系统接通与切断点火系统的初级电路，使点火线的初级电路，使点火线圈的次级绕组中圈的次级绕组中产生高产生高电压电压；将点火线圈产生的高将点火线圈产生的高压电压电分配分配到相应气缸的到相应气缸的火花塞上。火花塞上。分电器实物图分电器实物图 1 1、断电器、断电器 作用：作用：周期性的接周期性的接通断开一次绕组，通断开一次绕组，使初级电流发生使初级电流发生变化，在点火线变化，在点火线圈中生成次级电圈中生成次级电压。压。结构：结构：片簧，活动片簧，活动触点，胶木，凸触点，胶木，凸轮轮触点间隙：触点间隙：两触点两触点分开时的最大间分开时的最大间隙称为触点间隙隙称为触点间隙 0.350.350.45mm0.45mm 凸轮棱数凸轮棱数=气缸数；凸轮轴转速气缸数；凸轮轴转速=配气凸轮轴转速配气凸轮轴转速 。触点间隙过小，触点间易触点间隙过小，触点间易出现火花而使初级电路断电出现火花而使初级电路断电不良，甚至触点烧蚀；不良，甚至触点烧蚀；触点间隙过大，则触点闭触点间隙过大，则触点闭合时间缩短，使初级电流减合时间缩短，使初级电流减小，次级电压降低，高速时小，次级电压降低，高速时容易缺火。容易缺火。调整：调整：可旋转偏心调节螺可旋转偏心调节螺钉钉1 1来调整触点间隙，首先，来调整触点间隙，首先，要松开固定托板要松开固定托板3 3的螺钉的螺钉2 2。1、调节螺钉 2、固定螺钉，3、托板 4、活动触点臂，5、销钉 6、片簧。组成组成:n分电器盖、分火分电器盖、分火头。头。作用作用:将高压电按点火将高压电按点火顺序分配至火花顺序分配至火花塞。塞。2 2、配电器、配电器 配电器配电器配电器配电器3、电容器、电容器作用作用:（与断电器并联）与断电器并联）当触点断开时，当触点断开时，减小触点间的电减小触点间的电火花，防止触点火花，防止触点烧蚀。同时吸引烧蚀。同时吸引初级绕组的自感初级绕组的自感电动势，使初级电动势，使初级电流迅速切断，电流迅速切断，提高次级电压。提高次级电压。1-金属箔 2-盖板 3-外壳 4-绝缘纸 4 4、点火提前装置、点火提前装置作用：作用：实现点火提前，必须在压缩行程未到达上质点位实现点火提前，必须在压缩行程未到达上质点位置时，使触点分开。置时，使触点分开。方法：方法：1.1.触点不动，使凸轮相对轴向转一个角度；触点不动，使凸轮相对轴向转一个角度；2.2.凸轮不动，使触点相对凸轮转一个角度。凸轮不动，使触点相对凸轮转一个角度。装置：装置：1.1.离心式点火提前调节装置；离心式点火提前调节装置；2.2.真空式点火提前调节在装置；真空式点火提前调节在装置；3.3.辛烷值校正器。辛烷值校正器。点火提前角点火提前角 点火提前角是从发出电火花到上止点间的曲轴转角。其数点火提前角是从发出电火花到上止点间的曲轴转角。其数值应视燃料性质、转速、负荷、过量空气系数等很多因素而值应视燃料性质、转速、负荷、过量空气系数等很多因素而定。定。1 1、点火提前角过大（早）；、点火提前角过大（早）；2 2、点火提前角过小（晚）、点火提前角过小（晚）3 3、点火提前角最佳。、点火提前角最佳。过大，则大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞上行所消耗过大，则大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞上行所消耗的压缩功增加，发动机容易过热，有效功率下降，工作粗爆的压缩功增加，发动机容易过热，有效功率下降，工作粗爆程度增加。同时由于混合气的压力过高，末端混合气燃烧前程度增加。同时由于混合气的压力过高，末端混合气燃烧前的温度较高，爆燃倾向加大。的温度较高，爆燃倾向加大。为最佳值时，最高压力出现在上止点后合适的角度内，示功为最佳值时，最高压力出现在上止点后合适的角度内，示功图面积最大，完成的循环功最多，发动机的动力性、经济性图面积最大，完成的循环功最多，发动机的动力性、经济性最好。最好。过小，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，过小，则燃烧延长到膨胀过程，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升高，功率下降，耗油量增多。传热损失增多，排气温度升高，功率下降，耗油量增多。2 2、转速、转速 n n紊流紊流，火，火焰速度大体与转速成焰速度大体与转速成正比增加，因而以秒正比增加，因而以秒计的燃烧过程缩短，计的燃烧过程缩短，但由于循环时间亦缩但由于循环时间亦缩短，一般燃烧过程相短，一般燃烧过程相当的曲轴转角增加，当的曲轴转角增加，应该相应加大点火提应该相应加大点火提前角而装置离心调节前角而装置离心调节点火提前器。转速增点火提前器。转速增加时，火焰速度亦增加时，火焰速度亦增加，爆燃倾向减小。加，爆燃倾向减小。3 3、负荷、负荷 转速一定，转速一定，PePe时，时，进入进入气缸的新鲜混合气量气缸的新鲜混合气量 而残而残余废气量基本不变，故余废气量基本不变，故。因为残余废气对燃烧反应起阻因为残余废气对燃烧反应起阻碍作用，使碍作用，使UmUm。为保证燃烧。为保证燃烧过程在上止点附近完成，过程在上止点附近完成，需增需增大点火提前角，大点火提前角，靠真空提前点靠真空提前点火装置来调节。火装置来调节。当负荷当负荷混合气数量混合气数量混合气稀释程度混合气稀释程度起火界限更窄，火焰速度起火界限更窄，火焰速度燃烧恶化。当负荷燃烧恶化。当负荷气缸气缸的（温度的（温度+压力）压力）爆燃的爆燃的倾向倾向 。点(1)(1)离心离心点火提前点火提前调节器调节器作用作用:在转速变化时，利用离心力自动使信号发生器提前产生在转速变化时，利用离心力自动使信号发生器提前产生点火信号来调节点火提前角。点火信号来调节点火提前角。离心点火提前角调节装置离心点火提前角调节装置 离心点火提前装置就是为实现这一功能而设置的。断电离心点火提前装置就是为实现这一功能而设置的。断电凸轮套在调节器横板上，凸轮套在调节器横板上，该调节器横板既随分电器轴一同转该调节器横板既随分电器轴一同转动，又可相对该轴发生摆动，动，又可相对该轴发生摆动，其摆角是通过离心块感应发动其摆角是通过离心块感应发动机转速来调节的机转速来调节的。当当n n；当当nn。发动机要求发动机要求 触点不动：使凸轮相对于触点不动：使凸轮相对于 轴顺旋转方向转过一个角度轴顺旋转方向转过一个角度，这样，在活塞尚未到达上止这样，在活塞尚未到达上止点时（假定点火提前角调节点时（假定点火提前角调节装置不工作时，点火提前角装置不工作时，点火提前角为零）断电器触点即分开，为零）断电器触点即分开，使点火提前（图使点火提前（图b b）。）。(2)(2)真空式点火提前角调节装置真空式点火提前角调节装置作用：作用：随发动机负荷的变化（节气门开度变化自动的调随发动机负荷的变化（节气门开度变化自动的调节点火提前角）节点火提前角）工作原理：工作原理：凸轮不动，使触点（连同固定托板）相对于凸轮凸轮不动，使触点（连同固定托板）相对于凸轮逆旋转方向转过一个逆旋转方向转过一个角度角度，使点火也提前（图，使点火也提前（图c c）。）。1-触点 2-凸轮 3-凸轮轴 4-固定盘（三）、火花塞（三）、火花塞作用作用:n将高压电引进发动机将高压电引进发动机燃烧室，在电极间形燃烧室，在电极间形成火花，以点燃可燃成火花，以点燃可燃混合气。混合气。n火花塞拧装于气缸盖火花塞拧装于气缸盖的火花塞孔内，下端的火花塞孔内，下端电极伸入燃烧室。上电极伸入燃烧室。上端连接分缸高压线。端连接分缸高压线。火花塞是点火系中工火花塞是点火系中工作条件最恶劣、要求作条件最恶劣、要求高和易损坏部件。高和易损坏部件。火花塞要求火花塞要求1 1混合气燃烧时，火花塞下部将承受高压燃气的冲击，混合气燃烧时，火花塞下部将承受高压燃气的冲击，要求火花塞必须有足够的机械强度。要求火花塞必须有足够的机械强度。2 2火花塞承受着交变的高电压，要求它应有足够的绝火花塞承受着交变的高电压，要求它应有足够的绝缘强度，能承受缘强度，能承受30kv30kv高压。高压。3 3混合气燃烧时，燃烧室内温度很高，可达混合气燃烧时，燃烧室内温度很高，可达1500150022002200，进气时又突然冷却至，进气时又突然冷却至50506060，因此要求，因此要求火花塞不但耐高温，而且能承受温度剧变，不出现火花塞不但耐高温，而且能承受温度剧变，不出现局部过冷或过热。局部过冷或过热。4 4混合气的燃烧产物很复杂，含有多种活性物质，如混合气的燃烧产物很复杂，含有多种活性物质，如臭氧、一氧化碳和氧化硫等，易使电极腐蚀。因此臭氧、一氧化碳和氧化硫等，易使电极腐蚀。因此要求火花塞要耐腐蚀。要求火花塞要耐腐蚀。5 5火花塞的电极间隙影响击穿电压，所以要有合适的火花塞的电极间隙影响击穿电压，所以要有合适的电极间隙。火花塞安装位置要合适，以保证有合理电极间隙。火花塞安装位置要合适，以保证有合理的着火点。火花塞气密性应当好，以保证燃烧室不的着火点。火花塞气密性应当好，以保证燃烧室不漏气。漏气。1-1-接线螺母接线螺母2-2-绝缘体绝缘体3-3-接线螺杆接线螺杆4-4-垫圈垫圈5-5-火花塞壳体火花塞壳体6-6-密封剂密封剂7-7-密封垫圈密封垫圈8-8-紫铜垫圈紫铜垫圈9-9-侧电极侧电极10-10-绝缘体裙部绝缘体裙部11-11-中心电极中心电极n组成：组成：火花塞主要由接火花塞主要由接触头、瓷绝缘体、中心触头、瓷绝缘体、中心电极、侧电极和壳体等电极、侧电极和壳体等部分。部分。n要求要求:电极一般采用耐电极一般采用耐高温、耐腐蚀的镍锰合高温、耐腐蚀的镍锰合金钢或铬锰氮、钨、镍金钢或铬锰氮、钨、镍锰硅等合金制成，也有锰硅等合金制成，也有采用镍包铜材料制成，采用镍包铜材料制成，以提高散热性能。火花以提高散热性能。火花塞电极间隙多为塞电极间隙多为0.60.60.7mm0.7mm，电子点火其间，电子点火其间隙可增大至隙可增大至1.01.01.2mm1.2mm。火花塞的热特性火花塞的热特性 1 1、自净温度：能使落在绝缘体上的油滴立即烧掉，不致形、自净温度：能使落在绝缘体上的油滴立即烧掉，不致形成积炭，绝缘体（裙部）应保持的温度（成积炭，绝缘体（裙部）应保持的温度（500500700700C C）。）。n如果温度低于自净温度，就可能使油雾聚积成油层，引起如果温度低于自净温度，就可能使油雾聚积成油层，引起积炭而不能跳火；积炭而不能跳火；n如果温度过高，例如超过如果温度过高，例如超过850850，会形成炽热点，发生表，会形成炽热点，发生表面点火，使发动机遭受损坏。面点火，使发动机遭受损坏。n火花塞裙部的工作温度取决于火花塞热特性和发动机气缸火花塞裙部的工作温度取决于火花塞热特性和发动机气缸的工作温度。的工作温度。2 2、火花塞热特性、火花塞热特性:指火花塞发火部位的热量向发动机冷却系指火花塞发火部位的热量向发动机冷却系统散发的性能。统散发的性能。影响火花塞热特性的主要因素：影响火花塞热特性的主要因素：火花塞裙部的长度。火花塞裙部的长度。火花塞形式：火花塞形式：冷型：裙部高度在冷型：裙部高度在8mm,8mm,能耐较强的热负荷；能耐较强的热负荷；中型：裙部高度在中型：裙部高度在11mm11mm及及14mm,14mm,耐热能力一般；耐热能力一般；热型：裙部高度在热型：裙部高度在16mm16mm及及20mm,20mm,适于低热负荷的发动机使用；适于低热负荷的发动机使用；10.310.3 电子点火系统n传统点火系统的缺点传统点火系统的缺点:1)1)触点容易烧蚀。在传统点火系统中，触点控制电流触点容易烧蚀。在传统点火系统中，触点控制电流的通断。当触点断开瞬间，触点间易形成火花，将的通断。当触点断开瞬间，触点间易形成火花，将触点氧化、烧蚀触点氧化、烧蚀;加之触点反复加之触点反复开闭，触点顶块与开闭，触点顶块与凸轮长期摩擦而磨损，触点间隙变化，易导致点火凸轮长期摩擦而磨损，触点间隙变化，易导致点火正时不稳，影响点火系统的正常工作。正时不稳，影响点火系统的正常工作。2 2）由于受触点允许电流强度的限制，一般不超过）由于受触点允许电流强度的限制，一般不超过5A5A，因此二次电压及火花能量的提高受到限制。因此二次电压及火花能量的提高受到限制。3)3)一次电流和二次电压的大小随发动机转速的升高和一次电流和二次电压的大小随发动机转速的升高和气缸数的增多而下降，使多缸发气缸数的增多而下降，使多缸发 动机高速时点火动机高速时点火不可靠。不可靠。4 4）二次电压上升速率比较慢，对火花塞积炭和污染）二次电压上升速率比较慢，对火花塞积炭和污染比较敏感。比较敏感。n电子点火系统的优点电子点火系统的优点:1 1）可以减少触点火花，避免触点烧蚀，延长触点的使用寿）可以减少触点火花，避免触点烧蚀，延长触点的使用寿命命;有的还可以取消触点，因而克服工与触点相关的一切有的还可以取消触点，因而克服工与触点相关的一切缺点，改善了点火性能。缺点，改善了点火性能。2 2）可以不受触点的限制，增大一次电流，提高二次电压，）可以不受触点的限制，增大一次电流，提高二次电压，改善发动机高速时的点火性能。一般传统点火系统的低改善发动机高速时的点火性能。一般传统点火系统的低压电流不超过压电流不超过5A5A，而电予点火系统可提高到，而电予点火系统可提高到7-8A7-8A，高电，高电压一般可达压一般可达3OkV3OkV。3 3）由于二次电压和点火能量的提高，使其对火花塞积炭不）由于二次电压和点火能量的提高，使其对火花塞积炭不敏感，且可以加大火花塞电极间隙，点燃较稀的混合气，敏感，且可以加大火花塞电极间隙，点燃较稀的混合气，从而有利于改善发动机的动力性、经济性和排气净化性从而有利于改善发动机的动力性、经济性和排气净化性能。能。4 4）大大减轻了对无线电的干扰。）大大减轻了对无线电的干扰。5 5）结构简单，质量轻，体积小，使用和维修方便。）结构简单，质量轻，体积小，使用和维修方便。电子点火系统主要分为有触点式电子点火系统和无触点电子点火系统主要分为有触点式电子点火系统和无触点式电子点火系统两大类。无论是哪一类电子点火系统，都是式电子点火系统两大类。无论是哪一类电子点火系统，都是利用电子元件（晶体三极管）作为开关来接通或断开点火系利用电子元件（晶体三极管）作为开关来接通或断开点火系统的一次电路，通过点火线圈来产生高压电。统的一次电路，通过点火线圈来产生高压电。（视频）（视频）思考题n画出传统点火系的电路原理图并说明其工作原画出传统点火系的电路原理图并说明其工作原理理n论述点火系统各主要论述点火系统各主要部件部件的功能及其工作原理的功能及其工作原理n阐述无分电器点火系统的工作原理阐述无分电器点火系统的工作原理n列表对比各点火系统的优缺点列表对比各点火系统的优缺点n论述电压调节器的工作原理论述电压调节器的工作原理