汽车电气技术(XXXX)5

,*,Title,Title,Title,Title,Title,Title,Title,Title,Title,Title,Title,Title,*,汽车电,气,气技术,（,（,5,）,哈工大,网,网络与,电,电气智,能,能化研,究,究所,刘勇,2015,（秋）,第四章,点,点火,系,系统,点火系,统,统的作,用,用是适,时,时地为,汽,汽油发,动,动机气,缸,缸内已,压,压缩的,可,可燃混,合,合气提,供,供足够,能,能量的,电,电火花,，,，使发,动,动机能,及,及时、,迅,迅速地,燃,燃烧做,功,功。要,求,求其能,够,够迅速,、,、及时,地,地产生,足,足以击,穿,穿火花,塞,塞电极,间,间隙的,高,高电压,，,，所产,生,生的火,花,花应具,有,有足够,的,的能量,，,，且点,火,火时刻,应,应与发,动,动机各,种,种工况,相,相适应,。,。,点火系,统,统的分,类,类：,(1),传统点,火,火系统,传统点,火,火系统,又,又称为,机,机械触,点,点式点,火,火系统,或,或蓄电,池,池点火,系,系统，,它,它是利,用,用机械,开,开关（,即,即触点,的,的闭合,和,和打开,）,）来控,制,制点火,线,线圈一,次,次电流,的,的通断,，,，从而,完,完成点,火,火工作,的,的。,(2),电子点,火,火系统,电子点,火,火系统,是,是利用,半,半导体,器,器件（,如,如晶体,管,管、晶,闸,闸管等,）,）作为,开,开关来,控,控制点,火,火线圈,一,一次电,流,流的通,断,断，从,而,而完成,点,点火工,作,作。,第一节,传,传统,点,点火系,统,统,一、传,统,统点火,系,系统的,组,组成及,工,工作原,理,理,1,组成,1-,点火开,关,关,2-,起动开,关,关,3-,蓄电池,4-,起动机,5-,高压导,线,线,6-,阻尼电,阻,阻,7-,火花塞,8-,断电器,9-,电容器,10-,点火线,圈,圈,11-,附加电,阻,阻,12-,配电器,传统点,火,火系统,主,主要由,电,电源、,点,点火开,关,关、点,火,火线圈,、,、分电,器,器和火,花,花塞等,部,部分组,成,成。各,组,组成部,分,分的功,用,用如下,：,：,(1),电源,电源及,点,点火开,关,关，电,源,源为蓄,电,电池和,发,发电机,，,，标称,电,电压多,为,为,1214V,，其作,用,用是供,给,给点火,系,系统所,需,需的电,能,能。点,火,火开关,的,的作用,是,是接通,或,或断开,电,电源电,路,路。,(2),点火线,圈,圈,点火线,圈,圈的功,用,用是将,12V,的低压,电,电转变,为,为,1520kV,的高压,电,电。,(3),分电器,分电器,主,主要包,括,括断电,器,器、配,电,电器、,电,电容器,和,和点火,提,提前机,构,构等部,分,分。断,电,电器的,作,作用是,用,用来接,通,通或切,断,断点火,线,线圈一,次,次电路,；,；配电,器,器的作,用,用是将,点,点火线,圈,圈产生,的,的高压,电,电按气,缸,缸工作,顺,顺序送,往,往各缸,的,的火花,塞,塞；电,容,容器与,断,断电器,触,触点并,联,联，其,作,作用是,减,减小断,电,电器触,点,点分开,时,时的火,花,花，延,长,长触点,的,的使用,寿,寿命，,提,提高二,次,次电压,。,。,(4),火花塞,火花塞,的,的作用,是,是将高,压,压电引,入,入气缸,燃,燃烧室,，,，产生,电,电火花,来,来点燃,混,混合气,。,。,2,工作,原,原理,传统点,火,火系统,是,是利用,电,电磁感,应,应原理,，,，把来,自,自蓄电,池,池或发,电,电机的,12V,低压电,，,，经点,火,火线圈,和,和断电,器,器转变,为,为,1520kV,的高压,电,电，由,分,分电器,按,按一定,规,规律送,入,入各缸,火,火花塞,，,，击穿,其,其电极,间,间隙而,点,点燃混,合,合气。,传统点,火,火系统,工,工作原,理,理示意,图,图,发动机,工,工作时,，,，断电,器,器凸轮,在,在分电,器,器轴的,驱,驱动下,而,而旋转,，,，交替,将,将触点,闭,闭合或,打,打开。,断,断电器,触,触点闭,合,合时，,一,一次线,圈,圈内有,电,电流流,过,过，并,在,在线圈,铁,铁心中,形,形成磁,场,场。触,点,点打开,时,时，一,次,次电流,被,被切断,，,，使磁,场,场迅速,消,消失。,此,此时，,在,在一次,线,线圈和,二,二次线,圈,圈中均,产,产生感,应,应电动,势,势。由,于,于二次,线,线圈匝,数,数多，,可,可感应,出,出高达,1520kV,的高电,压,压。该,高,高电压,击,击穿火,花,花塞间,隙,隙，形,成,成火花,放,放电。,低压电,路,路中一,次,次电流,i,1,的回路,为,为：从,蓄,蓄电池,正,正极,电,电流表,点火,开,开关,SW,点火线,圈,圈“,+”,开关接,线,线柱,附,附加电,阻,阻“,开,开关”,接,接线柱,点火,线,线圈一,次,次绕组,点火,线,线圈,“,“,-”,接线柱,断电,器,器触点,搭铁,蓄电,池,池负极,。,。,二次线,圈,圈中高,压,压电流,i,2,的回路,为,为：二,次,次绕组,点火,线,线圈“,开,开关”,接,接线柱,附加,电,电阻,点,点火线,圈,圈“,+”,开关接,线,线柱,点,点火开,关,关,SW,电流表,蓄电,池,池搭,铁,铁火,花,花塞侧,电,电极、,中,中心电,极,极配,电,电器旁,电,电极、,分,分火头,、,、中央,电,电极,二,二次绕,组,组。,传统点火系统工作原理,请观看,分电器,轴,轴每转,一,一转，,各,各缸按,点,点火顺,序,序轮流,点,点火一,次,次。发,动,动机工,作,作时，,上,上述过,程,程周而,复,复始地,重,重复。,若,若要停,止,止发动,机,机的工,作,作，只,要,要断开,点,点火开,关,关，切,断,断电源,电,电路即,可,可。,由此可,知,知，传,统,统点火,系,系统的,工,工作过,程,程基本,可,可分为,断,断电器,触,触点闭,合,合，一,次,次电流,增,增长；,触,触点打,开,开，二,次,次绕组,产,产生高,电,电压及,火,火花放,电,电三个,过,过程。,下,下面将,逐,逐一进,行,行分析,。,。,触点闭,合,合初级,电,电路等,效,效电路,(1),断电器,触,触点闭,合,合，一,次,次电流,按,按指数,规,规律增,长,长,点火系,统,统的一,次,次电路,包,包括蓄,电,电池、,点,点火开,关,关、附,加,加电阻,、,、点火,线,线圈一,次,次绕组,、,、断电,器,器触点,和,和电容,器,器。其,等,等效电,路,路如右,图,图所示,。,。,触点闭,合,合时，,一,一次电,流,流,i,1,由蓄电,池,池经附,加,加电阻,R,f,流过点,火,火线圈,一,一次绕,组,组,W,1,，并在,其,其周围,产,产生磁,场,场。当,磁,磁通随,电,电流的,增,增加而,增,增强时,，,，在一,次,次绕组,内,内便产,生,生自感,电,电动势,e,L,，其方,向,向是阻,碍,碍,i,1,的增长,。,。根据,基,基尔霍,夫,夫第二,定,定律，,有,有,式中,U,B,电源电,压,压；,i,1,一次电,流,流；,e,L,一次绕,组,组,W,1,中的自,感,感电动,势,势；,R,一次电,路,路的电,阻,阻。,式中,L,一次绕,组,组电感,；,；,一次绕,组,组中的,电,电流增,长,长率。,将上面,公,公式整,理,理、积,分,分后得,：,：,式中,t,触,点,点闭合,所,所经历,的,的时间,。,。,由上式,可,可知，,当,当触点,闭,闭合后,，,，一次,电,电流,i,1,将按指,数,数规律,增,增长，,并,并逐渐,趋,趋于极,限,限值,U,B,/,R,。理论,上,上，当,t,时，一,次,次电流,i,1,才能达,到,到极限,值,值；而,对,对于汽,车,车上的,点,点火线,圈,圈而言,，,，在触,点,点闭合,后,后约20ms,，,，,i,1,就趋于,极,极限值,。,。,一次电,流,流增长,过,过程中,，,，在一,次,次绕组W,l,中产生,自,自感电,动,动势,e,L,约20V，在,二,二次绕,组,组W,2,中也产,生,生约1.52kV,的,的互感,电,电动势,，,，但该,电,电压不,能,能击穿,火,火花塞,间,间隙。,书上缺负号,（触点打开,后,后，时间坐,标,标的比例放,大,大,10,倍）,a),次电流变化,b),二次电压变,化,化,d),火花放电的,组,组成,c),二次电流变,化,化,传统点火系,统,统工作过程,波,波形图,(2),断电器触点,打,打开，二次,绕,绕组产生高,电,电压,触点闭合后,，,，一次电流,按,按指数规律,增,增长，当闭,合,合时间为,t,b,，,i,1,增长到,I,P,时，触点被,凸,凸轮顶开。,通,通常将触点,打,打开瞬间的,一,一次电流,I,P,称为一次断,电,电电流，其,值,值为,此时，一次,绕,绕组储存的,磁,磁场能,(J),为,触点打开后,，,，,I,P,迅速降到零,，,，磁通也随,之,之减少，在,一,一次绕组,W,l,中产生约,200300V,的自感电动,势,势,e,L,；二次绕组,由,由于匝数多,，,，产生约,1520kV,的互感电动,势,势,e,M,。触点闭合,期,期间，铁心,中,中储存的能,量,量为,W,P,；触点打开,后,后，,i,1,消失，它的,磁,磁场也迅速,消,消失。,触点打开后,，,，一次电路,由,由电感,L,、电阻,R,和电容,C,组成振荡回,路,路，产生衰,减,减振荡。使,二,二次绕组中,的,的感应电动,势,势也发生相,应,应的变化。,如,如果二次电,压,压值不能击,穿,穿火花塞间,隙,隙，则二次,电,电压,U,2,将按图,4-4b,中虚线变化,，,，在几次振,荡,荡之后消失,。,。如果,U,2,升到,U,j,时火花塞间,隙,隙被击穿，,则,则电压的变,化,化如图,4-4b,中实线所示,，,，,U,j,称为击穿电,压,压。,触点打开后,的,的等效电路,如右图所示,，,，在一次绕,组,组,W,1,中所产生的,自,自感电动势,e,L,将向电容,C,l,充电，并将,C,l,充到最大电,压,压,U,lmax,。电容,C,1,中储存的电,场,场能为：,同样，在二,次,次绕组,W,2,中所产生的,互,互感电动势,e,M,将也向高压,电,电路的分布,电,电容,C,2,充电，直到,充,充到最大电,压,压,U,2max,。,C,2,中储存的电,场,场能为,根据能量守,恒,恒定律，若,略,略去热损失,，,，则触点打,开,开前,W,1,中储存的磁,场,场能,W,P,将全部转变,为,为触点打开,后,后电容,C,1,、,C,2,中的电场能,，,，即：,假设,W,1,和,W,2,具有完全的,磁,磁路联系，,即,即无磁损失,，,，其耦合系,数,数等于,1,，则,所以,式中,N,1,、,N,2,一次和二次,绕,绕组的匝数,。,。,整理后得,考虑到有热,损,损失和磁损,失,失，故,式中，,一般为0.750.85。,由式,(4-12),可知，当点,火,火线圈结构,一,一定时，二,次,次电压的最,大,大值与一次,断,断电电流,I,P,成正比，并,随,随,C,l,、,C,2,的增大而减,小,小。,另外，二次,电,电压上升的,时,时间对火花,塞,塞的工作能,力,力影响极大,，,，电压上升,的,的时间越短,则,则损失越小,，,，用于点火,的,的能量就越,多,多。,(3),火花塞电极,间,间的火花放,电,电过程,通常火花塞,的,的击穿电压,U,j,总低于,U,2max,，在这种情,况,况下，当二,次,次电压,U,2,达到,U,j,时，就使火,花,花塞电极间,隙,隙被击穿而,形,形成电火花,，,，在二次电,路,路中出现,i,2,，如图,4-4c,所示。同时,二,二次电压突,然,然下降，如,图,图,4-4b,所示。,火花放电一,般,般由电容放,电,电和电感放,电,电两部分组,成,成。所谓电,容,