《汽车电器与电子设备》课件 (广科大玉洁)第四章 汽车点火系2013

1、第四章 汽车点火系第四章 汽车点火系 点火系统的功能就是把汽车电源系统1015V低压电转换成2030kV高压电，并按发动机工作顺序适时地引入气缸形成电火花点着混合气，从而使发动机正常工作。第四章 汽车点火系分类分类 点火系统按结构类型分为触点点火系统、电子点火系统和微机控制点火系统三种类型1 1、传、传统点火统点火系系2 2、普、普通电子通电子点火系点火系3 3、微、微机控制机控制点火系点火系已淘汰已淘汰正在淘汰正在淘汰正在广泛应用正在广泛应用 无论是哪一类的点火装置，均有共同的技术性能无论是哪一类的点火装置，均有共同的技术性能要求，即应在发动机各种工况和使用条件下保证可靠要求，即应在发动机各

2、种工况和使用条件下保证可靠而准确地点火，为此应满足以下三个方面的要求：而准确地点火，为此应满足以下三个方面的要求：第一节 对点火系统的要求1 1能产生足以击穿火花塞间隙的电压能产生足以击穿火花塞间隙的电压; ;2 2火花应具有足够的能量火花应具有足够的能量; ;3 3点火时刻应适应发动机的工作情况点火时刻应适应发动机的工作情况第一节 对点火系统的要求 任何气体中都有少量的气体分子游离成正离子和电子，该电子或独立存在、或与中性分子结合而形成负离子。当正负电极两端加有电压时，在电场力的作用下，电极间的正离子便会向负电极运动、负离子和电子便会向正电极运动，离子和电子在运动中都会撞击中性分子，从而形成

3、电流。一、产生足以击穿火花塞间隙的高压电一、产生足以击穿火花塞间隙的高压电 （一）电火花形成大量的离子、电子激烈地运动与碰撞就会发出大量的热，当温度达到一定值时，便会产生弧光放电，放电电流强度急剧增大，并产生清脆的响声，肉眼所见的电火花（即电弧）就是弧光放电的表现。电火花形成第一节 对点火系统的要求一、产生足以击穿火花塞间隙的高压电一、产生足以击穿火花塞间隙的高压电 v击穿电压：使火花塞电极之间产生火花的电压。1、火花塞电极间隙的大小(间隙越大，所需高压电越高)2、气缸内混合气的压力和温度 混合气密度越大，离子自由运动距离短，不容易发生碰撞电离，所需击穿电压高。混合气的压力和温度影响混合气密度

4、。3、电极的温度和极性 火花塞电极温度高于混合气温度时，击穿电压降低30%50%，中心电极为负时，火花塞击穿电压降低20%4、发动机的工作情况(起动和加速时需要较高的击穿电压) v影响因素：第一节 对点火系统的要求二、火花应具有足够的能量 当高压电在电极间隙之间跳火时，其电能将变成热能，从而点着可燃混合气。为使混合气能可靠点着，火花塞产生的电火花必须具有足够的能量。火花能量越大，则混合气越易点着，发动机的着火性能就越好；反之，火花能量越小，则着火性能就越差。第一节 对点火系统的要求v转速 最佳点火提前角v负荷 最佳点火提前角v起动或怠速时，最佳点火提前角或不提前v辛烷值最佳点火提前角v压缩比

5、最佳点火提前角v混合气浓度，在 =0.80.9时燃烧速率最大，最佳点火提前角最小，过稀或过浓的混合气，最佳点火提前角要增加。v进气压力 最佳点火提前角三、点火时刻应适应发动机的工况变化第一节 对点火系统的要求2、火花塞击穿视频第二节 传统点火系 传统点火系统也称蓄电池点火系统、触点式点火系统。这种点火系传统点火系统也称蓄电池点火系统、触点式点火系统。这种点火系统具有最基本的结构，在该系统中，通过机械凸轮接通和断开触点，使点统具有最基本的结构，在该系统中，通过机械凸轮接通和断开触点，使点火线圈的初级电流间歇流动，从而在点火线圈次级产生点火高压，火线圈的初级电流间歇流动，从而在点火线圈次级产生点火

6、高压，第二节 传统点火系点火开关：作用是控制电路通电。蓄电池蓄电池：供给电能供给电能点火线圈：将12V低压电变为1525KV高压电。分电器分电器：适时控制初级电路通：适时控制初级电路通断，按顺序分配火花到各缸断，按顺序分配火花到各缸火花塞火花塞：将高压电引入气：将高压电引入气缸并产生火花点燃混合气。缸并产生火花点燃混合气。附加电阻附加电阻：改善点火：改善点火性能和起动性能性能和起动性能高压阻尼线：连接导线连接导线1.组成组成第二节 传统点火系2、工作原理初级电路接通，点火线圈积蓄能量；初级电路接通，点火线圈积蓄能量；初级电路切断，点火线圈产生次级高压；初级电路切断，点火线圈产生次级高压；次级高

7、压加到火花塞上，击穿火花塞间隙，点燃混合气次级高压加到火花塞上，击穿火花塞间隙，点燃混合气。完成。完成。第二节 传统点火系3、主要部件 点火线圈、点火提前装置、辛烷值选择器、火花塞 3.1、点火线圈是产生点火所需高压电的一种变压器，由初级绕组、次级绕组和铁心等组是产生点火所需高压电的一种变压器，由初级绕组、次级绕组和铁心等组成。依磁路区分，可分为开磁路式及闭磁路式两种成。依磁路区分，可分为开磁路式及闭磁路式两种开磁路式点火线圈开磁路式点火线圈主要用于传统点火系统和部分电子点火系统；闭磁路式点火线圈主要用于电子点火系统和微机控制点火系统。第二节 传统点火系-点火线圈1-瓷杯；瓷杯；2-铁心；铁心

8、；3-初级绕组；初级绕组；4-次级绕组；次级绕组；5-导磁钢套；导磁钢套；6-外壳；外壳；7-低压接线柱负低压接线柱负极；极；8-绝缘胶木盖；绝缘胶木盖；9-高压接线柱；高压接线柱；10-低压接线柱正极或低压接线柱正极或“开关开关”；11-低压接线柱低压接线柱“+开关开关”；12-附加电阻附加电阻第二节 传统点火系-点火线圈 当一次电流流过一次绕组时，产生的磁通由铁芯经导磁钢片构成回路，如图所示。因为磁路上、下两部磁通是从空气中穿过，铁芯与导磁钢片未构成闭合磁路，所以称为开磁路式点火线圈。图、开磁路点火线圈的磁路 1-磁力线； 2-铁心； 3-初级绕组； 4-次级绕组；5-导磁钢套 第二节 传

9、统点火系-点火线圈2）闭磁路式点火线圈）闭磁路式点火线圈 a）日字铁心的磁路分布）日字铁心的磁路分布 b）口字铁心的磁路分布）口字铁心的磁路分布图图5-11 闭磁路点火线圈的磁路闭磁路点火线圈的磁路 能量转换效率可达75%（开磁路式点火线圈只有60%)1-初级绕组；初级绕组； 2-次级绕组；次级绕组；3-铁心铁心 第二节 传统点火系-点火线圈图、图、 常见的闭磁路式点火线圈常见的闭磁路式点火线圈 与开磁路点火线圈相比，闭磁路点火线圈具有漏磁少、转换效率高、体积小、重量轻、铁心裸露易于散热等优点，故已在高能电子点火系中广泛应用。第二节 传统点火系-火花塞火花塞的结构火花塞的结构1、接线螺母2、高

10、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、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、去干扰电阻第二节 传统点火系-火花塞a）低热值火花塞）低热值火花塞 b）中热值火花塞）中热值火花塞 c）高值火花塞）高值火花塞（热型火花塞）（热型火花塞） （中型火花塞）（中型火花塞） （冷型火花塞）（冷型火花塞）图图5-19 不同热值和绝缘体裙部长度的火花塞不同热值和绝缘体裙部长度的火花塞 为了适应不同发动机的需要，火花塞因下部的形状和绝缘体裙部长度的不同有多种形式。第二节 传统点火系-火花塞常见的火花塞常见的火花塞图、图、 常

11、用火花塞的结构类型常用火花塞的结构类型目前，顶置气门式发动机汽车上使用绝缘体突出型火花塞较多第二节 传统点火系-火花塞1、电极形状与放电性能2、火花塞间隙与放电电压、火花塞间隙与放电电压第二节 传统点火系-火花塞第二节 传统点火系-火花塞集炭集炭烧蚀烧蚀烧蚀烧蚀点火提前机构第二节 传统点火系-点火提前机构 在分电器中一般设有两套自动调节点火提前角的装置。一套是能随发动机转在分电器中一般设有两套自动调节点火提前角的装置。一套是能随发动机转速的变化自动调节点火提前角的离心式点火提前角调节装置，另一套是能按发动速的变化自动调节点火提前角的离心式点火提前角调节装置，另一套是能按发动机负荷不同自动调节点

12、火提前角的真空式点火提前角调节装置。机负荷不同自动调节点火提前角的真空式点火提前角调节装置。图、图、 离心点火提前调节器离心点火提前调节器1-螺钉及垫片；螺钉及垫片； 2-点火信号发生器转子（凸轮）；点火信号发生器转子（凸轮）； 3-拨板；拨板； 4-分电器轴；分电器轴；5-离心重块；离心重块； 6-弹簧；弹簧； 7-托板；托板； 8-销钉；销钉； 9-柱销柱销（1）离心点火）离心点火提前调节器。提前调节器。离心点火提前离心点火提前调节器是在发调节器是在发动机不同转速动机不同转速下自动调节点下自动调节点火提前角的装火提前角的装置，它使点火置，它使点火提前角随发动提前角随发动机转速的增大机转速的

13、增大而适当地增大，而适当地增大，其结构如图所其结构如图所示。示。第二节 传统点火系-点火提前机构（2）真空点火提前调节器。真空点火提前调节器能根据发动机负荷的变）真空点火提前调节器。真空点火提前调节器能根据发动机负荷的变化自动调节点火提前角，使点火提前角随发动机负荷的增大而减小。真空化自动调节点火提前角，使点火提前角随发动机负荷的增大而减小。真空点火提前调节器装在分电器壳体的外侧，其结构原理如图点火提前调节器装在分电器壳体的外侧，其结构原理如图5-16所示。所示。a）小负荷（节气门）小负荷（节气门14开度）开度） b）大负荷）大负荷 c）起动和怠速）起动和怠速图图5-16 真空点火提前调节器结

14、构原理示意图真空点火提前调节器结构原理示意图1-分电器外壳；分电器外壳； 2-点火信号发生器转子（凸轮）；点火信号发生器转子（凸轮）； 3-点火信号发生器（触点）；点火信号发生器（触点）； 4-真空点火提前调节器外壳；真空点火提前调节器外壳； 5-弹簧；弹簧； 6-真空连接管；真空连接管；7-进气道；进气道； 8-节气门；节气门； 9-膜片；膜片； 10-拉杆；拉杆； 11-固定销固定销第三节 电子点火系 传统点火系统的缺点：传统点火系统的缺点：火花能量受限触点故障多，寿命短 触点电腐蚀 顶块磨损 触点在高速时“回跳”、“颤动”对火花塞积碳和污染敏感被新型点火系统取代被新型点火系统取代在无触点

15、电子点火系统 在无触点电子点火系统中，用信号发生器取代凸轮触点机构，利用电子控制的方法使点火线圈的初级电流间歇流动，从而在点火线圈次级产生点火高压。 第三节 电子点火系第三节 电子点火系1、电子点火系中由点火控制器初级电路通断、传统点火系没有点火器；2、电子点火系的分电器和传统点火系的分电器机构不同；3、电子点火系点火能量高，性能好传统点火系和电子点火系的比较传统点火系和电子点火系的比较第三节 电子点火系-无触点电子点火系统点火开关：作用点火开关：作用是控制电路通电是控制电路通电。点火线圈：将12V低压电变为1525KV高压电。点火器：作点火器：作用是控制初用是控制初级电路通断级电路通断分电器

16、：提供点火信号；分电器：提供点火信号；按顺序分配火花到各缸；按顺序分配火花到各缸；按发动机工况改变点火按发动机工况改变点火时间时间火花塞：作用是将火花塞：作用是将高压电引入气缸并产高压电引入气缸并产生火花点燃混合气。生火花点燃混合气。第三节 电子点火系-无触点电子点火系统1）信号发生器： 磁感应式；霍尔式；光电式；电磁振荡式2）配电器3）点火提前机构 真空提前机构: 作用是随发动机负荷的变化自动改变点火提前角； 离心提前机构: 作用是根据转速的变化自动改变点火提前角。分电器结构分三部分：分电器结构分三部分：第三节 电子点火系-无触点电子点火系统5.3.1点火信号发生器点火信号发生器 点火信号发

17、生器的作用是产生与气缸数及曲轴位置相对应的电压信号，用以触发点火控制器按发动机各缸的点火需要，及时通断点火线圈初级回路，使次级产生高压。 常见的点火信号发生器有电磁感应式、霍尔效应式、光电式等几种。1.电磁感应式点火信号发生器电磁感应式点火信号发生器 1）电磁感应式点火信号发生器基本结构与原理）电磁感应式点火信号发生器基本结构与原理 电磁感应式点火信号发生器由靠分电器轴带动且转速与之相等的信号转子、安装在分电器底板上的永久磁铁和绕在导磁铁心上的传感线圈等组成。 信号转子有数目与发动机气缸数相等的凸齿。永久磁铁的磁通经转子的凸齿、传感线圈的铁心、永久磁铁构成回路。第三节 电子点火系-无触点电子点

18、火系统（a）结构图 （b）工作原理图图5-28 电磁感应式信号发生器1-传感线圈；2-永久磁铁；3-信号转子；4-导磁铁心 根据电磁感应原理，当穿过线圈的磁通量发生变化时，线圈中将产生感应电动势，感应电动势的大小与磁通的变化率成正比。感应出脉冲信号电压，经过放大器放大，触发开关管，起到控制初级电路的接通和断开作用。第三节 电子点火系-磁感应式信号发生器磁感应式信号发生器 （a）靠近时）靠近时 （b）对正时）对正时 （c）离开时）离开时图图5-29 电磁感应式信号发生器的磁路变化电磁感应式信号发生器的磁路变化1信号转子；信号转子；2传感线圈；传感线圈；3铁心；铁心；4永久磁铁永久磁铁图图5-30

19、 穿过线圈的磁通及线圈中的感应电动势穿过线圈的磁通及线圈中的感应电动势第三节 电子点火系-光电式点火信号发生器光电式点火信号发生器组成：发光元件、光敏器件、遮光盘。优点：低速时火花持续时间长；光电触发器的信号及闭合角不受转速影响；点火正时长久不变且精确，结构简单寿命长。 （a） 结构结构 （b）工作原理）工作原理图、光电式点火信号发生器结构1-分火头；2-光源（发光元件）；3-光接收器（光电元件、光敏元件）；4-遮光盘（遮光转子）；5-输出信号；6-电源第三节 电子点火系-光电式点火信号发生器光电式点火信号发生器3.光电式点火信号发生器光电式点火信号发生器1）光电式点火信号发生器的结构 （a）

20、 结构结构 （b）工作原理）工作原理图图5-38 光电式点火信号发生器结构光电式点火信号发生器结构1-分火头；分火头；2-光源（发光元件）；光源（发光元件）；3-光接收器（光电元件、光敏元件）；光接收器（光电元件、光敏元件）；4-遮光盘（遮光转子）；遮光盘（遮光转子）；5-输出信号；输出信号；6-电源电源第三节 电子点火系-光电式点火信号发生器光电式点火信号发生器图图5-39 光电式电子点火系统的工作原理光电式电子点火系统的工作原理GA光源（发光二极管）；光源（发光二极管）；VTC光接收器（硅光电晶体管）光接收器（硅光电晶体管） 当转子的缺口通过光源时，当转子的缺口通过光源时，VT4导通；当转

21、子的实体部分遮住光源导通；当转子的实体部分遮住光源时，时，VT4截止截止 。 第三节 电子点火系-霍尔效应式信号发生器4 霍尔效应式霍尔效应原理：电流通过放在磁场中的半导体 基片，且电流方向（X）与磁场方向（Y）垂直时，在Z方向上产生一个电压，称霍尔电压。(P96页图4-43)IBdRUHH利用这一信号来控制发动机点火时间,当通过的电流为一定值时，霍尔电压当通过的电流为一定值时，霍尔电压随磁感应强度的大小而变化；同时也可看出，霍尔电压的高低与磁通的变随磁感应强度的大小而变化；同时也可看出，霍尔电压的高低与磁通的变化速率无关。化速率无关。第三节 电子点火系-霍尔效应式信号发生器13 霍尔式1.M

22、PG第三节 电子点火系-霍尔效应式信号发生器14 霍尔式2.MPG第三节 电子点火系-霍尔效应式信号发生器 2）原理： 触发叶轮转动时，每当叶片进入空气隙，磁场被旁路，霍尔元件不产生霍尔电压，集成电路输出端三极管截止，信号发生器输出高电位； 当触发叶轮离开空气隙，永久磁铁的磁通通过霍尔集成块，构成回路，这时，霍尔集成块产生霍尔电压，集成电路输出端三极管导通，信号发生器输出低电位。 叶片不停的转动，信号发生器输出一个矩形波信号，作为控制信号给点火器。由点火器控制初级电路的通断。第三节 电子点火系-霍尔效应式信号发生器霍尔信号发生器的优缺点： 1）工作可靠，无磨损，不受灰尘油污影响，无调整部件，小

23、型坚固，寿命长。 2）发动机起动性能好，信号的强弱与发当即转速无关。 3）价格较高 2、工作原理 在电控单元中，预先根据试验结果，储存了发动机在各种转速及负荷时的最佳提前点火角。这样，只要电控单元接收到各种传感器送来的发动机转速、负荷等信号，就能立即计算出点火提前角，修正信号发生器送来的点火信号，正式向点火器发出点火的信号。由于电子点火提前装置可以精确地控制点火时间，又和电控汽油喷射装置共同工作，因此可以进一步提高发动机的性能 1、概述： 电子控制点火提前（ESA）系统是一个根据各种传感器传来的信号，采用发动机ECU(发动机控制单元)来确定点火正时的系统第四节 微机控制点火系统第四节 微机控制

24、点火系统3、系统组成ESA系统由各种传感器、发动机ECU、点火线圈、点火器和火花塞组成第四节 微机控制点火系统带电子点火提前直接点火带电子点火提前晶体管型第四节 微机控制点火系统4、微机控制点火系统结构分析执行器点火器点火线圈火花塞（分电器）ECU传感器CMP（凸轮轴位置传感器）CKP（曲轴位置传感器）KS（爆震传感器（修正）VSS（车速传感器）MAF（空气流量计）TPS（节气门位置传感器）ECT（冷却液温度窗前）IAT（进气温度传感器）主传感器辅助传感器1）传感器）传感器：传感器用来检测与点火有关的发动机工作的状况信息，并将检测结果输入ECU，作为计算和控制点火时刻的依据。这些传感器大多与燃

25、油喷射系统、怠速控制系统等电子控制系统共用。第四节 微机控制点火系统2）ECU控制单元：控制单元： 目前汽车发动机大多数都采用集中控制系统，其中微机控制点火系统仅是电子控制器的一个子系统。电子控制器（ECU）既是燃油喷射控制系统的控制核心，也是点火控制系统的控制核心。在ECU的只读存贮器（ROM）中，除存储有监控和自检等程序之外，还存储有由台架试验测定的该型发动机在各种工况下的最佳点火提前角。随机存储器（RAM）用来存储微机工作时暂时需要存储的数据，如输入/输出数据、单片机运算得出的结果、故障代码、点火提前角修正数据等等，这些数据根据需要可随时调用或被新的数据改写。CPU不断接收上述各种传感器发送的信号，并按预先编制的程序进行计算和判断后，向点火控制器发出最佳点火提前角和点火线圈初级电路导通时间的控制信号。第四节 微机控制点火系统3）执行器：）执行器：点火器点火器:是电控点火系统的执行元件，它可将电子控制系统输出的点火信号进