發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)

-.z.發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)一、概述發(fā)動機(jī)點火方式有熾熱點火、壓縮著火和電火花點火三種，柴油機(jī)用壓縮著火，汽油機(jī)一般采用電火花點火。1、對點火系統(tǒng)的要求點火系統(tǒng)應(yīng)在發(fā)動機(jī)各種工況和使用條件下，保證可靠而準(zhǔn)確的點火。為此，點火裝置應(yīng)滿足以下三個根本要求1．能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的高壓電實踐證明，汽車發(fā)動機(jī)在滿負(fù)荷低速時需8~10kV的高壓，啟動時則常需9~17kV的高壓，正常點火一般在15kV以上，為了保證點火可靠，考慮各種不同因素的影響，點火高電壓必須有一定的儲量，所以點火裝置產(chǎn)生的電壓一般在15~20kV之間，而且高電壓的升值要快。2．火花塞應(yīng)具有足夠的能量要使混合氣可靠點燃，火花塞產(chǎn)生的火花應(yīng)具有一定的能量，發(fā)動機(jī)正常工作時，由于混合氣壓縮終了的溫度已接近其自燃溫度，因此所需的火花能量很小〔1~5MJ〕。蓄電池點火系統(tǒng)能發(fā)出15~50MJ的火花能量，足以點燃混合氣。但在發(fā)動機(jī)啟動、怠速運轉(zhuǎn)以及節(jié)氣門急劇翻開時，則需較高的火花能量。啟動時，由于混合氣霧化不良，廢氣稀釋嚴(yán)重，電極溫度低，故所需的點火能量最高。另外，為了提高發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)采用空燃比α=1.2~1.25的稀混合氣時，由于稀混合氣難于點燃，也需增加火花能量?？紤]上述情況，為了保證可靠點火，火花塞一般應(yīng)保證有50~80MJ的點火能量，啟動時應(yīng)產(chǎn)生大于100MJ的火花能量。3．點火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機(jī)的工作情況因為混合氣在發(fā)動機(jī)的氣缸內(nèi)從開場點火到完全燃燒需要一定的時間〔千分之幾秒〕，所以要使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生最大的功率，就不能在壓縮行程終了活塞行至上止點才點火，而是需要適當(dāng)提前一些。因為發(fā)動機(jī)氣缸的多少，負(fù)荷的大小，轉(zhuǎn)速的變化，燃油品質(zhì)的不同，即是同一發(fā)動機(jī)由于工況和使用條件的不同等等，都直接影響氣缸內(nèi)混合氣的點火時間，為了使發(fā)動機(jī)能發(fā)出最大工功率，點火裝置必需適應(yīng)上述情況的變化實現(xiàn)最正確點火。2、點火系統(tǒng)的分類按照點火系統(tǒng)的組成和產(chǎn)生高壓的方式不同，發(fā)動機(jī)的點火系統(tǒng)分為：傳統(tǒng)點火系統(tǒng)、半導(dǎo)體點火系統(tǒng)、微機(jī)控制點火系統(tǒng)以及磁電機(jī)點火系統(tǒng)。1〕．傳統(tǒng)點火系統(tǒng)2〕．半導(dǎo)體點火系統(tǒng)3〕．微機(jī)控制點火系統(tǒng)4〕．磁電機(jī)點火系統(tǒng)二、傳統(tǒng)點火系統(tǒng)組成與工作原理1、傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的組成傳統(tǒng)點火系統(tǒng)主要由電源、點火開關(guān)、點火線圈、配電器、火花塞等組成，如圖9-3所示?！?〕電源電源為蓄電池和發(fā)電機(jī)，供給點火系統(tǒng)所需電能，標(biāo)稱電壓一般是12V?！?〕點火開關(guān)點火開關(guān)的作用是接通或斷開點火系統(tǒng)初級電路。〔3〕點火線圈點火線圈即變壓器，其功用是將蓄電池12V的低壓電變?yōu)?5~20kV的高壓電?！?〕配電器配電器的功用是接通和切斷低壓電路，使點火線圈及時產(chǎn)生高壓電，按發(fā)動機(jī)各氣缸的點火順序送至火花塞；同時可調(diào)整點火時間?！?〕電容器減小斷電器的火花，防止觸點燒蝕，延長其使用壽命，同時加速點火線圈中磁通的變化速率，提高點火高電壓。〔6〕火花塞其功用是將高壓電引入燃燒室產(chǎn)生電火花，點燃混合氣?！?〕高壓導(dǎo)線用以連接點火線圈至配電器中心電極和配電器旁電極至各缸火花塞。圖9-3

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的組成1-點火開關(guān)

2-電流表

3-蓄電池

4-啟動機(jī)

5-高壓導(dǎo)線

6-阻尼電阻

7-火花塞

8-斷電器

9-電容器10-點火線圈

11-附加電阻

12-配電器2、傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的工作原理在傳統(tǒng)點火系統(tǒng)中，由蓄電池或發(fā)電機(jī)供給12V的低壓電，是借點火線圈和斷電器將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠妷?，再通過配電器分配到各缸火花塞，使其電極之間產(chǎn)生電火花。其工作原理如圖9-4所示。發(fā)動機(jī)工作時，斷電器凸輪在配氣凸輪軸的驅(qū)動下也隨之旋轉(zhuǎn)。凸輪旋轉(zhuǎn)時，交替地將觸點閉合和翻開。在點火開關(guān)〔SW〕接通的情況下，當(dāng)觸點閉合時，初級繞組中有電流流過〔初級電流I1用實線表示〕，電流從蓄電池正極→點火開關(guān)SW→點火線圈"+開關(guān)〞接線柱→附加電阻→"開關(guān)〞接線柱→點火線圈的初級繞組→"-〞接線柱→斷電器觸點→搭鐵→蓄電池負(fù)極。初級電流在線圈的鐵芯中形成磁場，經(jīng)過一定時間后，當(dāng)凸輪將觸點翻開時，初級電路被切斷，初級電流消失，它所形成的磁場也隨之迅速變化，在兩個繞組中都感應(yīng)出電動勢。由于次級繞組的匝數(shù)多，因而在次級繞組內(nèi)就感應(yīng)出15~20kV的電動勢，它足以擊穿火花塞的電極間隙，產(chǎn)生火花點燃混合氣。高壓電流〔I2用虛線箭頭表示〕的回路為：次級繞組→"開關(guān)〞接線柱→附加電阻→"+開關(guān)〞接線柱→點火開關(guān)→電流表→蓄電池→搭鐵→火花塞旁電極、中心電極→配電器〔旁電極、分火頭〕→次級繞組。配電器軸每轉(zhuǎn)一圈，各缸按點火順序輪流點火一次。由上述可知，在點火系統(tǒng)中有兩個電路：初級電流I1流經(jīng)的電流為低壓電路，而高壓電流I2流經(jīng)的電路為高壓電路。發(fā)動機(jī)工作時，上述過程周而復(fù)始的重復(fù)著，假設(shè)要停頓發(fā)動機(jī)的工作，只要斷開點火開關(guān)，切斷初級電路即可。圖9-4

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的工作示意圖3、傳統(tǒng)點火系統(tǒng)各組件的構(gòu)造1〕．點火線圈點火線圈是將電源的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘姷母驹?。常用的點火線圈分為開磁路點火線圈和閉磁路點火圈兩種形式?！?〕開磁路點火線圈開磁路點火線圈是利用電磁互感原理制成的。其構(gòu)造主要由硅鋼片疊成的鐵芯上的初級線圈和次級線圈、殼體及其外的附加電阻等組成。開磁路點火線圈有兩接線柱式和三接線柱式之分〔圖9-6〕?！瞐〕兩接線柱式〔b〕三接線柱式圖9-6

開磁路點火線圈1-瓷杯

2-鐵芯

3-初級繞組

4-次級繞組

5-鋼片

6-外殼

7-"-〞接線柱

8-膠木蓋

9-高壓線接柱10-"+〞或開關(guān)接線柱

11-"+開關(guān)〞接線柱

12-附加電阻圖9-7

開磁路點火線圈的磁路l-磁力線

2-鐵芯

3-初級繞組

4-次級繞組

5-導(dǎo)磁鋼片〔2〕閉磁路點火線圈閉磁路點火線圈，將初級繞阻和次級繞組都繞在口字形或日字形的鐵芯上。初級繞組在鐵芯中產(chǎn)生的磁通，通過鐵芯構(gòu)成閉合磁路。圖9-8是閉合磁路點火線圈及磁路示意圖。〔a〕〔b〕〔c〕圖9-8

閉磁路點火線圈及磁路示意圖〔a〕日字形鐵芯的點火線圈〔b〕日字形鐵芯的磁路〔c〕口字形鐵芯的磁路1-鐵芯

2-低壓接線柱

3-高壓插孔

4-初級繞組

5-次級繞組閉磁路點火線圈的優(yōu)點是漏磁少，磁路的磁阻小，因而能量損失小，能量變換率高，可達(dá)75%〔開磁路式點火線圈只有60%〕。并且閉磁路式點火線圈采用熱固性樹脂作為絕緣填充物，外殼以熱熔性塑料注塑成型，其絕緣性、密封性均優(yōu)于開磁式點火線圈。體積小，可直接裝在配電器蓋上，不僅構(gòu)造緊湊，又省去了點火線圈與配電器之間的高壓導(dǎo)線，并可使次級電容減小，故已在電子點火系統(tǒng)中廣泛采用。2〕．配電器配電器由斷電器、配電器、電容器和點火提前機(jī)構(gòu)等組成，如圖9-9所示。配電器的殼體由鑄鐵制成，下部壓有石墨青銅襯套，配電器軸裝在機(jī)油泵的頂端，利用速比1∶1的斜齒輪由凸輪軸經(jīng)機(jī)油泵驅(qū)動。軸在襯套內(nèi)旋轉(zhuǎn)，用油杯進(jìn)展?jié)櫥?。圖9-9

配電器原構(gòu)造〔a〕整體構(gòu)造〔b〕內(nèi)部構(gòu)造1-配電器蓋

2-分火頭

3-凸輪

4-觸點及斷電器底板總成

5-電容器

6-軸節(jié)

7-油杯

8-真空提前機(jī)構(gòu)

9-配電器殼體

10-活動底板

11-偏心螺釘

12-固定觸點與支架

13-活動觸點臂14-接線柱

15-拉桿

16-膜片

17-真空提前機(jī)構(gòu)外殼

18-彈簧

19-螺母

20-觸點臂彈簧片

21-油氈及夾圈〔1〕斷電器〔2〕配電器3〕、電容器4〕、點火提前機(jī)構(gòu)配電器上裝的隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化而自動改變提前角的離心提前機(jī)構(gòu)和真空提前機(jī)構(gòu)。1〕離心提前機(jī)構(gòu)2〕真空提前機(jī)構(gòu)

5〕、火花塞火花塞的功用是將點火線圈產(chǎn)生的脈沖高壓電引入燃燒室，并在其兩個電極之間產(chǎn)生電火花，以點燃可燃混合氣?；鸹ㄈ臉?gòu)造如圖9-15所示，在鋼質(zhì)體殼的內(nèi)部固定有高氧化鋁陶瓷絕緣體，在絕緣體中心孔的上部有金屬桿，桿的上端有接線螺母，用來接高壓導(dǎo)線，下部裝有中心電極。金屬桿與中心電極之間用導(dǎo)體玻璃密封，銅制內(nèi)墊圈起密封和導(dǎo)熱作用。體殼的上部有便于拆裝的六角平面，下部有螺紋以便旋裝在發(fā)動機(jī)氣缸蓋內(nèi)，體殼下端固定有彎曲的側(cè)電極。三、點火提前1．為什么要點火提前點火時刻對發(fā)動機(jī)性能影響很大，從火花塞點火到氣缸內(nèi)大局部混合氣燃燒，并產(chǎn)生很高的爆發(fā)力需要一定的時間，雖然這段時間很短，但由于曲軸轉(zhuǎn)速很高，在這段時間內(nèi)，曲軸轉(zhuǎn)過的角度還是很大的。假設(shè)在壓縮上止點點火，則混合氣一面燃燒，活塞一面下移而使氣缸容積增大，這將導(dǎo)致燃燒壓力低，發(fā)動機(jī)功率也隨之減小。因此要在壓縮接近上止點點火，即點火提前。把火花塞點火時，曲軸曲拐位置與活塞位于壓縮上止點時曲軸曲拐位置之間的夾角稱為點火提前角(sparkadvanceangle)。2．點火提前的影響因素最正確的點火提前角隨許多因素變化，最主要的因素是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和混合氣的燃燒速度，混合氣的燃燒速度又和混合氣的成分、燃燒室形狀、壓縮比等因素有關(guān)。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速一定時，隨著負(fù)荷的加大，節(jié)氣門開大，進(jìn)入氣缸的可燃混合氣量增多，壓縮終了時的壓力和溫度增高，同時，剩余廢氣在氣缸內(nèi)所占的比例減小，混合氣燃燒速度加快，這時，點火提前角應(yīng)適當(dāng)減小。反之，發(fā)動機(jī)負(fù)荷減小時點火提前角則應(yīng)適當(dāng)增大。當(dāng)發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度一定時，隨著轉(zhuǎn)速增高，燃燒過程所占曲軸轉(zhuǎn)角增大，這時，應(yīng)適當(dāng)加大點火提前角。點火提前角應(yīng)隨轉(zhuǎn)速增高適當(dāng)加大。另外，點火提前角還和汽油的抗暴性能有關(guān)，使用辛烷值高，抗爆性能好的汽油，點火提前角應(yīng)較大。，3．點火提前角調(diào)節(jié)裝置自動調(diào)節(jié)裝置：離心式點火提前調(diào)節(jié)裝置真空式點火提前調(diào)節(jié)裝置手動調(diào)節(jié)裝置：辛烷值校正器-.z.四、電子點火系1.半導(dǎo)體點火系概述蓄電池點火系工作時，斷電器觸點分開瞬間，會在觸點處產(chǎn)生火花，燒損觸點。當(dāng)火花塞積炭時，易漏電，次極電壓上不去，不能可靠地點火，產(chǎn)生高速缺火現(xiàn)象。半導(dǎo)體點火系抑制了這些缺點，具有較強(qiáng)地跳火能力，使點火可靠。半導(dǎo)體點火系統(tǒng)大體分為以下3類:1、由電磁、紅外或霍爾元器件構(gòu)成的非接觸式斷電器組成的點火系統(tǒng)稱為無觸點點火器，其放大電路又分晶體管電路和電容放電電路兩種。2、ECU(ElectronicControlUnit)控制的點火系由ECU中的微處理器根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角傳感器的信號確定點火時刻，因而它沒有斷電器，只有分電器，根據(jù)ECU送來的信號直接控制點火線圈初級電路的通斷。3、無分電器點火系統(tǒng)(Distributor-LessIgnition)是當(dāng)前最先進(jìn)的點火系統(tǒng)，曲軸傳感器送來的不僅有點火時刻信號，而且還有氣缸識別信號，從而使點火系統(tǒng)能向指定的汽缸在指定的時刻送去點火信號，這就要求每缸配有獨立的點火線圈，但如果是六缸機(jī)則1，6缸、2，5缸和3，4缸分別共用一個點火線圈，即共有三個點火線圈，顯然每一個點火線圈點火時，總有一個缸是空點火，檢測時應(yīng)注意到這一點。無觸點點火系統(tǒng)能使用低阻抗電感線圈，從而大幅度提高初級電流，使次級電壓高達(dá)30kV以上，增強(qiáng)點火能量以提高點燃稀混合氣的能力，在改善燃料經(jīng)濟(jì)性的同時也降低排氣污染。無分電器點火系統(tǒng)完全是電子器件而無機(jī)械運動部件，徹底解決了凸輪和軸承磨損以及觸點燒蝕間隙失調(diào)而引起的一系列故障。2.信號發(fā)生器(傳感器)半導(dǎo)體點火系的工作原理與蓄電池點火系工作原理根本一樣，只是半導(dǎo)體點火系與蓄電池點火系產(chǎn)生高壓的方法不同，它利用了一些半導(dǎo)體元件替代了蓄電池點火系中的斷電器，產(chǎn)生脈沖信號點火。例如，在無觸點半導(dǎo)體點火系中使用了點火發(fā)生器〔傳感器〕代替了斷電器，常用的傳感器有霍爾式、電磁式和光電式。1.霍爾式傳感器:由信號盤葉片、永久磁鐵、霍爾芯片及霍爾傳感器槽等構(gòu)成。當(dāng)葉片從槽中移出時，點火線圈初級線圈由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)閿嗦窢顟B(tài)，使次級線圈產(chǎn)生高電壓。2.電磁式傳感器：由轉(zhuǎn)子和線圈組成。轉(zhuǎn)子固定在分電器軸上，線圈固定在分電器殼體上。永久磁鐵的磁力線經(jīng)轉(zhuǎn)子、線圈、托架構(gòu)成封閉回路，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于轉(zhuǎn)子凸起與托架間的磁隙不斷變化，通過線圈的磁通也不斷變化，線圈中便產(chǎn)生感應(yīng)電壓，并以交流形式輸出。在實用構(gòu)造中，常將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸位置傳感器一同裝于分電器上，使用復(fù)合轉(zhuǎn)子和耦合線圈。3．光電式傳感器：主要由發(fā)光二級管、光敏二級管、遮光盤和控制電路組成。發(fā)光二級管和光敏二級管位置相對，分別位于遮光盤兩側(cè)。遮光盤固定在凸輪軸上，與凸輪軸一同旋轉(zhuǎn)。當(dāng)遮光盤擋住發(fā)光二級管的光線時，光敏二級管截止，控制電路輸出低電平。當(dāng)縫隙對準(zhǔn)發(fā)光二級管與光敏二級管時，光線照射到光敏二極管上，控制電路輸出高電平。凸輪軸轉(zhuǎn)一周，由360條縫隙所控制的電路將輸出360個脈沖信號，此信號作為向電腦輸入的轉(zhuǎn)速信號。3.電子點火器電子點火器是電子點火系的核心，其根本作用是將點火脈沖發(fā)生器的信號放大，以控制初級回路的通斷狀態(tài)。此外，有些系統(tǒng)還對初級回路的閉和角和初級電流進(jìn)展控制，并設(shè)有初級回路自動切斷功能，以防止點火線圈在停車時長期通電而損壞。圖8-22是一個簡化的電子點火器的內(nèi)部原理圖。此電路與電磁式傳感器配合使用。主要包括四個局部：穩(wěn)壓局部A、脈沖整形局部B、通電角控制局部C、復(fù)合管輸出級D。圖8-