汽车电器设备 点火系统

1、汽车电器设备 点火系统,复习,问题,请问：1.起动机有哪些主要零部件组成？ 2.请用简短的话描述起动机的工作过程。,导入,起动时，蓄电池作为电源，除了给起动机供电之外，还必须得给哪个系统供电，才能将汽车起动？,一、点火系作用、要求、分类,1、作用,点火,一、点火系作用、要求、分类,1、作用,点火系统的作用是适时地为汽油发动机气缸内已压缩的可燃混合气，提供足够能量的电火花，使发动机能及时、迅速地燃烧做功。,一、点火系作用、要求、分类,2、要求,（1）能产生足以击穿火花塞间隙的电压 （1520kV）,一、点火系作用、要求、分类,2、要求,影响因素：,电极间隙：,正比,电极形状：,越尖，越低,混合气

2、压力、密度：,正比,混合气温度：,反比,加速时：,电极温度：,反比,高,高速时（匀速）：,因温度上升，电压降低,中心电极为负：电压低,一、点火系作用、要求、分类,2、要求,（2）火花应具有一定的能量（5080mJ）。,一、点火系作用、要求、分类,2、要求,为保证可靠，应保证有（5080mJ）的点火能量。,在发动机正常工作时，混合器压缩终了时的温度已接近其自燃温度，所需火花能量也小（1-5 mJ ）。,发动机起动、怠速以及节气门急剧打开时，需要较高的火花塞能量。,一、点火系作用、要求、分类,2、要求,（3）点火时间应适应发动机的工况（最佳点火时间）。,发动机点火顺序（1-3-4-2）。,发动机工

3、况的要求。,压缩比、发动机工作温度。,转速越高，点火提前角越大,负荷越大，点火提前角越小。,一、点火系作用、要求、分类,2、要求,点火过迟,达上止点时才点火，混合气一面燃烧，活塞一面下行，炽热气体与缸壁接触面积增加，热损失，有效功减少，最高压力降低，导致过热，功率下降。,点火过早,由于混合气的燃烧在压缩行程进行，压力急剧上升，在达上止点时已达最大，阻止活塞上行，会降低功率并可能引起爆燃和运转不平稳。,一、点火系作用、要求、分类,2、要求,（4）在特殊使用条件下(热带、寒带、潮湿及空气稀薄地区)行驶时，点火系统必须可靠地工作。,一、点火系作用、要求、分类,3、分类,点火系按其组成和产生高压电的方

4、式不同分为传统点火系、电子点火系和微机控制点火。,一、点火系作用、要求、分类,3、分类,原理：由断电器触点控制点火线圈的初级电流，将蓄电池或发电机供给的低压电转变成高压电。 特点：结构简单，成本低廉。 但工作可靠性差，点火电压低，已逐渐淘汰。,传统点火系统（触点式点火系统）,一、点火系作用、要求、分类,3、分类,电子点火系统,原理:由晶体管控制点火线圈初级电流，将蓄电池或发电机的供给的低压电转变成高压电。 特点：结构简单，体积小，重量轻，高速性能好，点火可靠。,信号发生器,点火控制器,点火线圈,一、点火系作用、要求、分类,3、分类,微机控制点火,原理：传感器+微机控制系统，直接控制点火。 特点

5、：点火时间控制精确。是目前最新型的点火系统，已广泛应用于各种中、高级轿车中。,一、点火系作用、要求、分类,3、分类,二、传统点火系统组成、原理,1、组成,主要由（ ）、（ ）、分电器、（ ）、火花塞、（ ）等。,电源,点火线圈,点火开关,高压线,点火线圈：作用是将12V低压电变为1525KV高压电。,分电器：作用是适时控制初级电路通断（断电器），按顺序分配火花到各缸（配电器）,火花塞：作用是将高压电引入气缸并产生火花点燃混合气。,点火开关：作用是控制电路通电。,附加电阻：作用是改善点火性能和起动性能,电源：作用是供给电能,二、传统点火系统组成、原理,1、组成,（1）点火线圈,开磁路点火线圈,按

6、接线柱数量不同分：两柱式和三柱式,类型,二、传统点火系统组成、原理,（1）点火线圈,开磁路点火线圈,结构,由铁芯、初级绕组、次级绕组、钢套、绝缘盖和绝缘座等组成。,二、传统点火系统组成、原理,（1）点火线圈,开磁路点火线圈,结构,次级绕组：直径0.06-0.10mm漆包线2万匝,初级绕组：由直径0.5-1.0mm高强度漆包线200匝,磁阻大，漏磁损失多，能量转换效率低，现今已较少应用,不足,二、传统点火系统组成、原理,（1）点火线圈,闭磁路点火线圈,闭磁路点火线圈的铁心是“曰”字形或“口”字形，磁路中只设有一个微小的气隙，其磁路图示 。,结构,二、传统点火系统组成、原理,（1）点火线圈,不同铁

7、心,铁心,二、传统点火系统组成、原理,（1）点火线圈,其他点火线圈,二、传统点火系统组成、原理,（2）分电器,二、传统点火系统组成、原理,配电器,由分电器盖和分火头组成，分火头装分电器凸轮轴上，导电片将中央高压电引入旁电极，和旁电极之间有0.250.8mm的间隙。,分火头,分电器盖,二、传统点火系统组成、原理,（4）火花塞,将点火线圈产生的高压电引入燃烧室，并在其电极间产生电火花，点燃混合气,作用,耐高温 、耐高压、耐腐蚀,要求,二、传统点火系统组成、原理,结构,1、接线螺母 2、高氧化铝陶瓷绝缘体 3、商标 4、钢质壳体（六角形） 5、内垫圈（密封导热） 6、密封垫圈 7、中心电极导电杆 8

8、、火花塞裙部螺纹 9、电极间隙 10、中心电极和侧电极 11、型号 12、去干扰电阻,结构,间隙过小：火花微弱，并容易产生积炭而漏电 间隙过大：火花塞击穿电压增高，发动机不易起动，且在高速时容易发生“缺火”现象。,火花塞热特性,火花塞的热值（热价）代表其散热快慢。,冷型：热值越高，散热越快，裙部长度短、导热长度短。,热型：热值越低，散热越慢，裙部长度长、导热长度长,火花塞热特性,火花塞裙部的温度： a. 500700为自净温度，适当。 b. 温度过高，形成炽热点火，损坏发动 机。,二、传统点火系统组成、原理,2、原理,二、传统点火系统组成、原理,2、原理,二、传统点火系统组成、原理,同时，次级

9、电压急剧下降,二、传统点火系统组成、原理,2、原理,（3）火花塞电极间的火花放电过程,火花放电一般分为电容放电和电感放电。,电容放电：指火花塞间隙被击穿时，储存在C2中的电场能迅速释放：放电时间极短（1S左右），但电流很大（几十A），,电感放电：跳火以后，次级电压小于U2max，剩余磁场能沿电离的火花间隙缓慢放电形成电感放电，又称火花尾,特点：放电时间长（几ms），但电流小（几十毫安），放电电压低。时间越长，性能越好。,二、传统点火系统组成、原理,2、原理,如果二次电压不能将火花塞击穿会怎样？,像图中虚线所示，在几次振荡后消失。,二、传统点火系统组成、原理,3、影响二次电压的因素,（1）传统点

10、火系统的工作特性,初级电流的大小（闭合角的大小）,发动机转速：随转速升高而降低。,（2）其他,气缸数：越多越低 火花塞积炭：越严重越低（泄漏） 点火线圈温度：过热，附加电阻增加，初级电流减小，导致次级减小。,二、传统点火系统组成、原理,3、影响二次电压的因素,火花塞积炭：越严重越低（泄漏） 碳层相当于在电极间并联一电阻，使二级在未击穿时形成回路：生成二次高压时，能量已提前泄漏。,传统点火系缺点：,抗积碳与污染能力差，初级电压低,燃烧不好，污染大,火花能量的提高受限，多缸高转速发动机易缺火,触点易烧蚀，寿命短,打开瞬间，形成火花：烧蚀,一次电流受触点允许电流限制（5A）,三、电子点火装置的特点、

11、类型,1、特点,（1）因为无机械触点或初级电流不经过触点，所以不存在触点氧化、烧蚀、变形、磨损等问题，使用中几乎不需要维修和经常换件。同时可以增大初级断电电流值，提高次级电压，有效地改善和保证点火性能。消除触点式所带来缺点,（2）电磁能量得到充分利用，高电压形成迅速、稳定，火花能量大。,1、特点,（3）减小了火花塞积炭的影响。 （4）点火时间精确，混合气能得到完全燃烧，从而保证了发动机在降低油耗的基础上，减少废气污染，获得最好的动力性。 （5）对无线电干扰小，结构简单，重量轻，体积小，保养维修简便。,三、电子点火装置的特点、类型,2、类型,三、电子点火装置的特点、类型,又称半导体管或晶体管辅助

12、点火装置 特点：由三极管控制初级电路的通断，但仍保留机械触点，控制三极管基极电流的有无。很快淘汰。,无触点电子点火装置,触点式电子点火装置,按有无触点分类,全晶体管点火装置,三阶段：保留离心、真空点火提前装置和配电器。 有分电器式微机控制：保留配电器 无分电器式微机控制：每缸配有点火线圈和火花塞。,无触点式早在20世纪70年代初已在发达国家开始采用。,可获稳定火花参数，故对提高发动机的动力性、经济性以及排气净化等方面均极为有利，目前已在国内外得到广泛应用。,2、类型,三、电子点火装置的特点、类型,电容储能式,电感储能式,按能量储存方式分类,储能元件是专用电容,储能元件是点火线圈,微机控制式,普

13、通电子式,按点火提前角的控制方式,点火提前角的控制由发动机ECU完成,点火提前角的控制由机械式点火提前装置完成,2、类型,三、电子点火装置的特点、类型,可控硅点火装置,晶体管点火装置,按控制点火线圈初级电流的电子元件分类,集成电路点火装置。,电容储能式,1、组成,四、电容放电式点火系统,1-直流升压器 2-晶闸管 3-分电器 4-火花塞 5-触发器 6-点火线圈 7-储能电容器 8-振荡器,1、组成,四、电容放电式点火系统,直流升压器：振荡器、变压器、整流器 将蓄电池12V低压直流电转变为交流电并升压，再经整流器整流为300-500V的直流电，向电容充电。,储能电容：储存产生火花的能量。,开关

14、元件（可控硅）：开关作用。,1、组成,四、电容放电式点火系统,触发器：在规定点火时间触发可控硅。,点火线圈：初级通电，次级产生高压。,分为有触电式和无触点式,分电器：进行配电。,2、原理,四、电容放电式点火系统,有触点式,触点闭合时，触发器发出指令信号，使可控硅关断，直流升压器输出的300500V直流高压电向储能电容充电； 触点打开时，触发器也发出指令信号，使可控硅导通，于是储能电容器向点火线圈的初级绕组放电，在次级绕组中感应出约2030 kV的高压电动势，使火花塞跳火，完成点火工作。,无触点电容放电式电子点火系统的工作原理与上述基本相同 。,3、优缺点,四、电容放电式点火系统,（1）次级电压

15、几乎不受转速的影响，而且在发动机高速情况下，次级电压也不降低，可保证在高转速的发动机中可靠工作。 （2）电容放电式电子点火系统的能量利用率较高。,优点：,为节能减排：稀薄燃烧技术、代用燃料均需可靠、高能点火,3、优缺点,四、电容放电式点火系统,（1）电容放电式电子点火系统的主要缺点是放电时间过短，不能确保气缸内混合气的充分燃烧。,缺点：,尤其是燃气混合不良及燃用稀混合气时更是如此，使得发动机在起动和低速工况下点火不良，同时，还会使排放增加。,3、优缺点,四、电容放电式点火系统,缺点：,（2）电容放电式点火系统的另一个缺点是由于高的次级电压上升率，会对无线电产生严重的干扰。 （3）该系统结构复杂

16、，体积较大，而且成本高，因此，不适于大批量生产。,上述缺陷限制了在汽油机上的使用，仅用于高速汽油机，如赛车发动机。,1、组成,五、电感放电式点火系统,微机控制式,按点火提前角的控制方式,点火提前角的控制由发动机ECU完成,点火提前角的控制由机械式点火提前装置完成,普通电子式,1、组成,五、电感放电式点火系统,1-火花塞 2-分电器 3-点火信号发生器 4-点火控制器 5-点火线圈 6-点火开关 7-电源,1、组成,五、电感放电式点火系统,点火信号发生器（传感器）：在分电器内，分火头下方。,点火器（控制器）：将点火信号发生器脉冲信号放大，通过开关三极管控制初级电路的通与断。 点火线圈：储能和变压

17、。 分电器：确定点火顺序。 高压阻尼线、火花塞。,功能：除控制初级电路通断外，还具有限制初级电流大小；控制闭合角大小；停电慢断电保护；过压保护等功能。,1、组成,五、电感放电式点火系统,点火集成模块,限流保护：将初级电流限制在某一值。,闭合角控制功能。,初级线圈电阻很小：假设电源为14V，电阻为0.65欧，三极管压降为1.5V，那电流是多少？,19.35A,转速高，适当增加闭合角；电压低，适当增加闭合角，反之，减小。,a.为防止低速时接通时间过长，导致线圈发热加速损坏及电能浪费。 b.防止高速时接通时间过短，点火能量不足或断火。,1、组成,五、电感放电式点火系统,解决：在停转后自动缓慢的在一定

18、时间内将三极管变为截止。,停车慢断电保护电路。,停驶或停转状态，若忘记关点火开关，此时正好接通三极管，一次绕组会处于长期通电状态：易造成点火线圈和点火电子组件过热损坏，并消耗大量电能。,过电压保护功能：目的是保证三极管可靠地工作。,1、组成,五、电感放电式点火系统,主要由磁感应式点火1-信号发生器、2-点火器、3-分电器、专用点火线圈、4-火花塞等组成,2、磁感应式电子点火,又称为磁脉冲式或磁电式电子点火装置，这种系统结构简单，性能可靠，已在国内外普遍使用。,2、磁感应式电子点火,（1）信号发生器,1-底板 2-活动底板 3-传感线圈 4-铁心 5-永久磁铁 6-信号转子,工作原理（感生电动势

19、）,交流发电机（动生电动势）,2、磁感应式电子点火,（1）信号发生器,信号发生器的功用是产生信号电压，控制点火装置的工作。 主要由装在分电器轴上的信号转子、永久磁铁、铁芯（支座）和绕在铁芯上的感应线圈（160欧左右）等组成。 信号转子由分电器轴驱动，转子上的凸齿数与发动机气缸数相等：转子每转一圈，各缸点火一次。,气隙：0.2-0.4mm,2、磁感应式电子点火,（1）信号发生器,磁通变化产生电动势：变化得快，电动势增加，变化的慢，电压减小。 磁通增加，电动势为正；磁通减小，电动势为负。,对于四缸发动机，转子每转一转，磁路的磁通出现四次最大值和六次最小值。,2、磁感应式电子点火,（1）信号发生器,

20、对于六缸发动机，转子每转一转，磁路的磁通出现六次最大值和六次最小值。,视频,2、磁感应式电子点火,（2）工作过程,2、磁感应式电子点火,（2）工作过程,当发动机未工作，传感器的信号转子不动时，传感器无输出信号，点火线圈初级绕组有电流流过。 此时，蓄电池+ 点火开关 R4 R1 P点 VT1 (b.c)A点传感器线圈B点蓄电池-。P点为高点位。 VT2导通， VT3截止， VT4 、VT5导通 。 有初级电流：蓄电池+ 点火开关 附加电阻Rf 点火线圈初级绕组W1 VT5 (c.e)搭铁蓄电池-。 初级绕组有电流流过，在线圈中形成磁场，储存能量。,2、磁感应式电子点火,（2）工作过程,起动发动机

21、，分电器开始转动，信号发生器开始产生交变电动势信号，当传感线圈输出“+”信号（即A端为“”、B端为“-”）时， VT1 截止（与二极管反向截止相同），P点为高电位，点火线圈初级绕组仍有电流流过。,2、磁感应式电子点火,（2）工作过程,当传感线圈输出“-”信号（即A端为“-”、B端为“”）时， VT1 导通（与二极管正向导通相同），P点为低电位， VT2截止， VT3导通， VT4 、VT5截止。点火线圈初级电流迅速被切断，磁场迅速消失，次级绕组L 2产生高电压。此电压再由分电器分配至各缸火花塞使之跳火，点燃可燃混合气。,发动机不断转动，周而复始重复上述过程，产生高压。,2、磁感应式电子点火,（

22、2）工作过程,由上述可知，该点火器工作中，只要点火开关处于接通状态，尽管发动机还未转动，若VT5导通，点火线圈中就有初级电流，因此停车时，不要忘记关断点火开关。,2、磁感应式电子点火,（2）工作过程,其他元件介绍： VS1 、VS2反向串联:削平高速时线圈产生高电压，保护VT1 、VT2不损坏。 C1:消除线圈电压中产生的毛刺。 C2:使电源电压更加平滑，防止误点火。 VS3 :稳定VT1、VT2的电源电压。 VS4:保护VT5 。,3、霍尔式电子点火,五、电感放电式点火系统,利用霍尔效应原理制成的传感器产生点火信号，触发和控制电子点火系统工作的。是目前国内外使用最多的一种点火装置之一。,3、

23、霍尔式电子点火,三、电感放电式点火系统,1蓄电池 2点火开关 3点火线圈 4点火器 5分电器 6火花塞,3、霍尔式电子点火,三、电感放电式点火系统,1-点火线圈-接线柱 2-搭铁 3-接信号发生器- 4-点火线圈+接线柱 5-接信号发生器+ 6-接信号发生器S,用万用表测信号发生器电压 ： +与-间电压为11-12V; S与-间电压在0.3-0.4与11-12V之间变换。,3、霍尔式电子点火,当电流I 通过放在磁场中的半导体基片（霍尔元件）且电流方向和磁场方向垂直时，则在垂直于电流和磁场的方向上产生一电压UH ,称为霍尔电压，即点火信号电压。,式中： RH霍尔系数 d基片厚度 I电流 B-磁感

24、应强度,（1）霍尔效应原理,3、霍尔式电子点火,（2）霍尔信号发生器,规律：霍尔电压与通过霍尔元件的电流及磁感应强度成正比。当电流为定值时，霍尔电压只与磁感应强度成正比，利用这一效应制成了霍尔信号发生器。,主要由触发叶轮、永久磁铁、霍尔元件等组成。,3、霍尔式电子点火,（2）霍尔信号发生器,触发叶轮,霍尔元件,3、霍尔式电子点火,（2）霍尔信号发生器,当触发叶片进入间隙时，永久磁铁的磁路被叶片短路，不产生霍尔电压。,当触发叶片离开间隙时，永久磁铁的磁场作用到霍尔元件上，产生霍尔电压。,1触发叶轮的叶片 2霍尔元件 3永久磁铁 4信号发生器底座 5导磁板,3、霍尔式电子点火,（2）霍尔信号发生器

25、,霍尔信号发生器工作时，霍尔元件产生的霍尔电压UH是mV级（20mv），信号很微弱，还需进行信号处理，这一任务由集成电路完成。这样霍尔元件产生的霍尔电压 （UH ）信号，经过放大、脉冲整形，最后以整齐的矩形脉冲（方波）信号UG输出。其原理框图如图所示。,3、霍尔式电子点火,不产生,产生,高电位,低电位,高电位（11-12）,低电位（0.3-0.4V）,（2）霍尔信号发生器,3、霍尔式电子点火,（3）工作原理,3、霍尔式电子点火,接通点火开关2，起动发动机，分电器开始转动。当霍尔信号发生器触发叶轮的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，霍尔信号发生器输出信号UG为高电平，这时点火电子组件中的三极管VT1导通，由VT2和VT3组成的复合管得到基极电流而饱合导通，点火线圈初级绕组电路接通而有初级电流i1，； 当霍尔信号发生器触发叶轮的叶片离开空气隙时，霍尔信号发生器输出的点火信号UG由高电平下跳为低电平，三极管VT1因基极电压下降而截止，三极管VT2 、 VT3也因失去基极电流而迅速截止，从而切断了点火线圈的初级电流i1 ，使次级绕组产生高压，完成点火工作。,