单元八 汽油机点火系统

PAGE17PAGE1第页教学目标知识目标：了解点火系统的特点及分类；掌握各点火系统的基本组成及工作原理；了解微机控制点火系统的工作原理；掌握电子点火系统霍尔传感器的检测方法。能力目标：能够对霍尔传感器进行检查素质目标：教学重点各点火系统的基本组成及工作原理教学难点各点火系统的基本组成及工作原理教学手段理实一体实物讲解小组讨论、协作教学学时教学内容与教学过程设计注释单元八汽油机点火系统〖理论知识〗一、发动机点火系统概述二、点火系统的基本要求1.能产生足以击穿火花塞两电极间隙的电压2.电火花应具有足够的点火能量 3.点火时刻应与发动机的工作状况相适应1）点火次序发动机的点火时刻应满足发动机工作循环的要求。对于多缸发动机,点火系统应按照发动机的工作次序依次为各个气缸进行点火。一般直列四缸发动机的点火次序为1—2—4—3或1—3—4—2；六缸发动机的点火次序为1—5—3—6—2—4或1—4—2—6—3—5。2）点火提前角从点火时刻起到活塞到达压缩上止点,这段时间内曲轴转过的角度称为点火提前角。影响点火提前角的主要因素是发动机的转速和混合气的燃烧速度。混合气的燃烧速度又与混合气的成分、发动机的结构及其他一些因素(燃烧室的形状、压缩比等)有关。三、传统点火系统的组成与工作原理1.传统点火系统的组成传统点火系统主要由电源(蓄电池和发电机)、点火开关、点火线圈、电容器、断电器、配电器、火花塞、阻尼电阻和高压导线等组成。（1）电源。电源为蓄电池和发电机,供给点火系统所需电能,标称电压一般是12V。（2）点火开关。点火开关的作用是接通或断开点火系统初级电路。（3）点火线圈。点火线圈即变压器,其功用是将蓄电池12V的低压电变为15~20kV的高压电。（4）配电器。配电器的功用是接通和切断低压电路,使点火线圈及时产生高压电,按发动机各气缸的点火顺序送至火花塞，同时可调整点火时间。（5）电容器。电容器的功用是减小断电器的火花,防止触点烧蚀,延长其使用寿命,同时加速点火线圈中磁通的变化速率,提高点火高电压。（6）火花塞。火花塞功用是将高压电引入燃烧室产生电火花,点燃混合气。（7）高压导线。高压导线用以连接点火线圈至配电器中心电极和配电器旁电极至各缸火花塞。2.传统点火系统各组件的构造1）点火线圈点火线圈是将电源的低压电转变为高压电的基本元件。常用的点火线圈分为开磁路点火线圈和闭磁路点火圈两种形式。（1）开磁路点火线圈。开磁路点火线圈是利用电磁互感原理制成的。其结构主要由硅钢片叠成的铁心上的初级绕组和次级绕组、壳体及其外的附加电阻等组成（2）闭磁路点火线圈。闭磁路点火线圈将初级绕组和次级绕组都绕在口字形或日字形的铁心上。初级绕组在铁心中产生的磁通通过铁心构成闭合磁路。2）分电器分电器由断电器、配电器、电容器和点火提前机构等组成,其结构如图8-5所示。分电器的壳体由铸铁制成,下部压有石墨青铜衬套,配电器轴装在机油泵的顶端,利用速比1∶1的斜齿轮由凸轮轴经机油泵驱动。轴在衬套内旋转,用油杯进行润滑。图8-5分电器结构（1）断电器。断电器装在固定板上,固定板上又装有活动板,其上装有触点副。触点由钨制成,一触点固定,另一触点活动。固定触点搭铁固定在活动板上,可借助转动偏心螺钉调整触点间隙。活动触点固定在触点臂的一端,臂的另一端有孔,套在销钉上。臂中部连有夹布胶木顶块,靠弹簧片压紧在凸轮上。触点臂经弹簧片和导线与壳体外面的绝缘接线柱连接。凸轮的凸角数和发动机的气缸数相同,凸轮与拨板制成一体,装在配电器轴上,通过离心提前机构的离心重块由配电器轴驱动。（2）配电器。配电器的作用是将高压电按发动机各气缸的点火顺序配送至火花塞,由配电器盖、分火头和高压线组成。分火头插装在凸轮的顶端,和凸轮一起转动。分配器盖上有与发动机气缸数相等的旁电极,分火头的顶端铆有铜质导电片,其导电片端部与旁电极有0.2～0.8mm的间隙。当断电器触点打开时,高压电自导电片跳至与其相对的旁电极,再经高压分线送至火花塞。（3）电容器。电容器用固定夹和螺钉拧装于配电器壳体的外面,与断电器触点并联。电容器为纸介质式,电容器工作时要承受触点打开时初级线圈产生的200～300V自感电动势,因此要求其耐压为500V。其容量应为0.5～0.25μF。（4）点火提前机构。点火提前机构是配电器上装的随发动机转速和负荷的变化而自动改变提前角的离心提前机构和真空提前机构。3）火花塞火花塞的功用是将点火线圈产生的脉冲高压电引入燃烧室,并在其两个电极之间产生电火花,以点燃可燃混合气。在钢质体壳的内部固定有高氧化铝陶瓷绝缘体,在绝缘体中心孔的上部有金属杆,杆的上端有接线螺母,用来接高压导线,下部装有中心电极。金属杆与中心电极之间用导体玻璃密封,铜制内垫圈起密封和导热作用。壳体的上部有便于拆装的六角平面,下部有螺纹以便旋装在发动机气缸盖内,壳体下端固定有弯曲的侧电极。3.传统点火系统的工作原理在传统点火系统中,由蓄电池或发电机供给12V的低压电,借点火线圈和断电器将其转变为高电压,再通过配电器分配到各缸火花塞,使其电极之间产生电火花。发动机工作时,断电器凸轮在配气凸轮轴的驱动下也随之旋转。凸轮旋转时,交替地将触点闭合和打开。在点火开关SW接通的情况下,当触点闭合时,初级绕组中有电流流过（初级电流I1用实线表示）,电流从蓄电池正极→点火开关SW→点火线圈“+”接线柱→附加电阻→“-”接线柱→点火线圈的初级绕组→“-”接线柱→断电器触点→搭铁→蓄电池负极。初级电流在线圈的铁心中形成磁场,经过一定时间后,当凸轮将触点打开时,初级电路被切断,初级电流消失,它所形成的磁场也随之迅速变化,在两个绕组中都感应出电动势。由于次级绕组的匝数多,因而在次级绕组内就感应出15～20kV的电动势,它足以击穿火花塞的电极间隙,产生火花点燃混合气。高压电流（I2用虚线箭头表示）的回路为:次级绕组→“-”接线柱→附加电阻→“+”接线柱→点火开关SW→电流表→蓄电池→搭铁→火花塞旁电极、中心电极→配电器旁电极、分火头→次级绕组。配电器轴每转一圈,各缸按点火顺序轮流点火一次。发动机工作时,上述过程周而复始地重复着,若要停止发动机的工作,只要断开点火开关,切断初级电路即可。四、电子点火系统1.传统点火系统的缺陷在传统的点火系统里,当断电器触点分开时,在触点之间产生火花,使触点氧化、烧蚀,因而断电器触点的使用寿命短,需要经常维护；触点火花的大小与初级电流的大小有关,使点火系统初级电流和次级电压的提高受到限制；初级电流和次级电压的大小随着发动机的转速的升高和气缸数的增多而下降,使多缸发动机高速时工作不可靠；当火花塞积炭时,因漏电次级电压低不能可靠地点火。2.电子点火系统的优点（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。（2）用晶体管取代电器触点或初级电流不经过触点。这样可以增大初级断电电流值,减少点火线圈初级绕组匝数,减小初级电路的电阻,从而提高次级电压,有效地改善和保证点火性能。一般传统点火系统初级电流不超过5A,而晶体管点火可提高至7～8A,次级电压可达30kV。（3）电磁能量得到充分利用,高电压形成迅速,火花能量大。由于无断电器触点或触点电流很小,根本不会因产生火花而消耗部分电磁能量,所以高压形成很快,使火花能量增大,提高了点火可靠性。传统点火系统高压电的形成时间需120～200μs,而电子点火系统则只需80～100μs。（4）减小了火花塞积炭的影响。电子点火装置在火花塞积炭阻值达100kΩ的严重情况下,仍能维持可靠的点火特性。（5）点火时间精确,混合气能得到完全燃烧,可以在稀混合气工况下正常点火,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。（6）能适应现代高速高压缩比发动机的发展需求,有利于汽车的高速化。（7）对无线电干扰小,结构简单,重量轻、体积小,保养维修简便。3.电子点火系统的类型目前在汽车上使用的电子点火系统分为有触点电子点火系统和无触点电子点火系统两大类。4.无触点电子点火系统无触点电子点火系统利用传感器代替断电器触点,产生点火信号控制点火线圈的通断和点火系统的工作,可以克服与触点有关的所有缺点。无触点电子点火系统主要由传感器（即脉冲信号发生器）和电子点火控制器构成,如图8-10所示。它的配电器、点火线圈、火花塞等与传统点火系统的基本相同。图8-10无触点电子点火系统五、微机控制点火系统1.微机控制点火系统的特点（1）在各种工况及环境条件下,一般可获得最佳点火提前角,从而使发动机在动力性、经济性、排放性及工作稳定性等方面均处于最理想的情况。（2）在全部工作范围内,一般可对点火线圈的导通时间进行控制,从而使线圈中存储的点火能量保持恒定不变,提高了点火的可靠性,有效地防止了点火线圈过热,减少了能源消耗。此外,该系统很容易实现在全部工作范围内提供稀薄燃烧所需恒定点火能量的目标。（3）通过采用闭环控制技术,可使各缸点火提前角控制在刚好不发生爆震的临界状态,从而获得较高的燃烧效率,有利于提高发动机的各种性能。2.无分电器微机控制点火系统1）组成无分电器微机控制点火系统由传感器、发动机控制计算机和执行器等构成,如图8-11所示。图8-11无分电器微机控制点火系统组成2）工作原理发动机运行时,ECU不断地采集发动机的转速、负荷、冷却水温度、进气温度等信号,并根据存储器中存储的有关程序与数据,确定该工况下最佳点火提前角和一次电路的最佳导通角,并以此向点火控制模块发出控制指令。点火控制模块根据ECU的点火指令,控制点火线圈一次电路的导通和截止。当电路导通时,有电流从点火线圈中的一次线圈通过,点火线圈此时将点火能量以磁场的形式储存起来。当一次线圈中的电流被切断时,二次线圈中将产生很高的感应电动势（15～20kV）,经电子式配电送至工作气缸的火花塞,点火能量被瞬间释放,并迅速点燃气缸内的可燃混合气,发动机完成做功过程。3.高压配电方式1）独立点火方式独立点火方式是指一个缸的火花塞配一个点火线圈,各个独立的点火线圈直接安装在火花塞上,独立向火花塞提供高压电,各缸直接点火,如图8-12所示。这种结构的特点是去掉了高压线,因此可以使高压电能的传递损失和对无线电的干扰降低到最低水平。图8-12独立点火方式2）同时点火方式同时点火方式是利用一个点火线圈对活塞接近压缩上止点和排气上止点的两个气缸同时进行点火的高压配电方法。其中,活塞接近压缩上止点的气缸点火后,混合气燃烧做功,该气缸火花塞产生的电火花是有效火花；活塞接近排气上止点的气缸点火后,火花塞产生的电火花是无效火花。（1）点火线圈配电方式。点火线圈配电方式是一种直接用点火线圈分配高压电的同时点火方式。几个相互屏蔽的、结构独立的点火线圈组合成一体,称为点火线圈组件。四缸发动机的点火线圈组件有两个独立的点火线圈,六缸发动机的点火线圈组件有三个独立的点火线圈,如图8-13所示。图8-13点火线圈配电方式（2）二极管配电方式。二极管配电方式是利用二极管的单向导通特性对点火线圈产生的高压电进行分配的同时点火方式。与二极管配电方式相配的点火线圈有两个初级绕组、一个次级绕组,相当于是共用一个次级绕组的两个点火线圈的组件,次级绕组的两端通过四个高压二极管与火花塞组成回路,如图8-14所示。图8-14二极管配电方式电路4.点火提前角的控制微机控制点火系统的点火提前角由初始点火提前角（又称为原始点火提前角）、基本点火提前角和修正点火提前角三部分组成。实际点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角。初始点火提前角是指曲轴位置传感器在发动机上固定后,由曲轴位置传感器的信号转子和曲轴的相对位置决定的点火提前角。一旦曲轴位置传感器在发动机上固定,初始点火提前角就相应确定。基本点火提前角是指在初始点火提前角的基础上,控制单元根据发动机转速和负荷（进气管压力或空气流量）大小自动使点火提前角进一步增大,点火提前角增大的部分就是基本点火提前角。修正点火提前角是指控制单元根据发动机冷却水温度、节气门开度、爆震传感器信号、氧传感器信号等参数确定出的点火提前角修正量。〖小结〗1.点火系统分为传统点火系统、电子点火系统和微机控制点火系统等几种。2.传统点火系统由点火线圈、分电器、火花塞、电源、