2010迪尔发动机教案 汽油机点火系统.doc

189内容提要1． 汽油机对点火系统的基本要求2． 传统点火系统的组成、结构、工作原理及存在的缺陷3． 电子点火系统的分类、组成、结构与工作原理4． 微机控制的电子点火系统的特点、分类、组成与工作原理5． 蓄电池的构造与工作原理6． 硅整流交流发电机的结构与工作原理7． 电压调节器的分类、结构与工作原理第7章 汽油机点火系统7．1 汽油机对点火系统的基本要求汽油机属于点燃式发动机，要求在压缩行程终，准时、可靠地点燃可燃混合气尤其是现代车用汽油机，转速高达6000～8000r/min，负荷变化范围广，压缩比增加，排放性能要求严，采用废气再循环和燃用稀的混合气，都给汽油的可靠点燃带来新的困难要求汽油机点火系统在任何复杂的工况都能以最佳的点火提前角准时点火，同时点火能量足以维持各种浓度和条件的混合气的正常燃烧7.1.1 点火提前角1．点火提前角 是指火花塞跳火瞬时到活塞行到上止点时所转过的曲轴转角从第4章汽油机燃烧过程分析可知，燃料燃烧需要一段时间，为了使气缸内最高燃烧压力出现在上止点后120～15OCA，就需要将点火时间提前到上止点前的某一时刻大量试验表明，点火提前角是影响汽油机动力性能、经济性能和排放性能的一个主要而敏感的因素。

2．最佳点火提前角 一般指发动机转速和节气门开度一定时，改变点火提前角，对应于发动机功率最大、油耗最低的点火提前角它是通过发动机台架试验来确定的试验实践证明，最佳点火提前角应能够使汽油机的燃烧临近爆燃（但不产生爆燃）的时刻应该指出，不同发动机有不同要求，同一发动机在不同工况也有不同要求，有的追求的目标是动力性和燃油经济性，而有的追求的是排放性能，不同的要求最佳点火提前角不同，所以最佳点火提前角是相对的，反映了设计者的一种思想和理念最佳点火提前角受众多因素影响，当发动机结构和使用燃料一定条件下，主要受转速和负荷影响（图7-1）由于发动机每一工况点的最佳点火提前角不同，所以显示出弯曲不平的复杂曲面图7-1 点火提前角与转速和负荷的关系当汽油机转速升高（节气门开度等其它条件不变），由于单位时间转过的曲轴转角增大，燃烧的延续角变大，后燃增加，就必需把最佳点火提前角加大当汽油机负荷加大（转速等其它条件不变），每循环吸入气缸的混合气量增加，燃烧的延续角也变大，后燃增加，也必需把最佳点火提前角加大除此，最佳点火提前角还与混合气浓度、气缸内气流运动、进气温度、冷却液温度、气缸磨损状况、蓄电池存电情况、有否爆燃产生等众多因素有关，是个复杂的多因素非线性函数关系，应该综合考虑。

传统的汽油机点火系统无法完成这个任务，电子点火系统却能较好胜任7.1.2 击穿电压与点火能量1. 击穿电压 汽油机是在火花塞的两个电极之间加上高压直流电压，使电极之间的空气发生电离进而击穿跳火点燃可燃混合气，使火花塞两电极板间产生击穿的电压称为击穿电压击穿电压过低，火花塞将无法工作击穿电压与火花塞电极板间的距离（火花塞间隙）、气缸压力和温度等有关，火花塞间越大，缸内压力越高，温度越低，则击穿电压越高为了使汽油机在各种工况下都能可靠点火，要求击穿电压应大15～20KV图7-2 点火能量对汽油机燃料消耗的影响2. 点火能量 即点火所需要的能量，它是电流和电压的函数点火能量小，火花弱，难于可靠点燃混合气，尤其是燃用稀混合气，有时会产生断火现象点火能量对汽油机的动力性能、经济性能和排放性能也有重要影响，图7-2所示是单缸试验机在低速部分负荷常用工况时火花能量变化对燃料消耗的影响，可见点火能量太小，燃料消耗显著升高；随着点火能量的增大，燃料消耗下降点火能量与火花塞间隙、点火系统各零部件结构参数、发动机运行状况与火花塞积炭等使用因素有关试验表明，传统点火系在发动机高速运转时，初级绕组的能量显著下降，最低时仅有10～20mJ，而保证发动机在任何恶劣的条件下可靠点火时初级绕组贮能应在40mJ以上，所以传统点火系不能适应现代汽油机要求。

而采用高能点火器线圈、电子点火器、多极火花塞、双火花塞等措施可有效提高点火能量7.1.3 汽油机点火系分类车用汽油机一般均采用12～24V的蓄电池升压至15～20KV，击穿安装在气缸内的火花塞间隙，进行高能点火能够按时在火花塞电极间产生火花的全部装置，被称为汽油机点火系统按照点火系统的组成和产生高压电的方法不同，点火系统可以分成传统点火系、电子点火系、微机控制点火系和磁电机点火系，其主要特点如表7-1所示表7-1 汽油机点火系分类与特点分 类点火电源升压装置点火装置点火时间控制性能特点应 用传统点火系蓄电池发电机点火线圈、机械断电器火花塞断电器(机械式)高速点火能量小，点火时间控制精度差，触点易烧蚀部分汽车(轿车不用)电子点火系蓄电池发电机点火线圈、电子控制器火花塞三极管(电子)点火能量大,点火时间控制精度低部分汽车微机控制点火系蓄电池发电机点火线圈、微机控制火花塞微机(电脑)点火能量大,点火时间控制准确,能根据转速、负荷、水温等综合控制现代汽车磁电机点火系磁电机电磁线圈火花塞断电触点(机械式)电压随发动机转速改变,低速电压过低摩托车,小型汽油机赛车7.2 传统点火系统7.2.1 传统点火系统的组成传统点火系（也称白金触点点火系）主要由电源、点火开关、点火线圈、分电器、火花塞和高压导线等组成（图7-3）。

1.点火线圈 它相当于一个自耦变压器，能将12V的低压直流电变换成15kV～20kV的高压直流电按磁路的结构形式不同，点火线圈可以分为开磁路式和闭磁路式两种传统点火系统中广泛采用开磁路式点火线圈，闭磁路式点火线圈多用于电子点火系统中图7-3 传统点火系的组成1-电容器 2-断电器 3-配电器 4-点火线圈 5-附加电阻 6-点火开关 7-电流表 8-蓄电池 9-起动机 10-高压导线 11-阻尼电阻 12-火花塞图7-4 开磁路式点火线圈1-高压接线头 2-胶木盖 3-负极接线柱 4-外壳 5-导磁钢套 6-次级绕组 7-初级绕组 8-铁心 9-绝缘座 10-起动机接线柱 11-正极接线柱 12-附加电阻（1）开磁路式点火线圈（图7-4），主要由初级绕组、次级绕组、铁心和附加电阻等组成点火线圈的初级绕组7所用的漆包线粗（0.5～1mm）、匝数少（240～370匝）；次级绕组6的漆包线细（0.06～0.1 mm）、匝数多（1100～3000匝）由于初级绕组中流过的电流较大，发热量大，所以初级绕组绕在次级绕组的外面，便于散热当初级绕组有电流通过时,通过互感,次级绕组中便感应出高压。

为了减小涡流和磁滞损失，铁心由若干片涂有绝缘漆的导磁硅钢片5叠成，次级绕组和初级绕组都是绕在同一铁心8上附加电阻是具有正温度特性的热敏电阻，当受热时其阻值迅速增大，冷却时其阻值迅速降低，它用来自动调节初级电流大小，改善高速时的点火性能当发动机转速低时，初级电流大，附加电阻发热量大，其阻值升高，使初级电流减小，防止初级绕组过热；反之，当发动机转速高时，初级电流小，附加电阻发热量小，其阻值减小，使初级电流增大，保证能产生足够的次级电压发动机起动时，附加电阻被短路，使初级电流最大，以便起动时，产生足够的点火电压开磁路式点火线圈，结构简单、成本低、加工方便但由于漏磁通较大，故转换效率较低，不适应现代汽油机点火系 图7-5 闭磁路式点火线圈1-“日”字形铁心 2-初级绕组接线柱 3-高压接线柱 4-初级绕组 5-次级绕组图7-6 闭磁路式点火线圈的磁路1-空气隙 2-“日”字形铁心 3-次级绕组 4-初级绕组（2）闭磁路式点火线圈（图7-5）采用“日”字形铁心，初级绕组绕在里面，次级绕组绕在初级绕组的外面其磁路如图7-6所示，磁力线经铁心形成闭合磁路（为了减小磁滞现象，常设有一个很微小的间隙），由于铁比空气的导磁性能好一万倍，故磁损比开磁路点火线圈小得多。

在相同初级能量情况下，次级获取的能量大，能量变换效率高此外，闭磁路式点火线圈体积小，结构紧凑，广泛用于电子点火系统中2.分电器 分电器主要由断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置等组成（图7-7）1）断电器 它由一对固定在触点臂上的钨质触点（图7-8中的固定触点3、活动触点2）和断电器凸轮8组成，凸轮的凸角数与发动机气缸数相同，由发动机驱动当凸轮转动时，使一对触点定时开、闭，周期性地接通和切断点火线圈的初级回路，使初级电流发生变化，在次级绕组中感应出高压电2）配电器 其功能是按照发动机要求的点火时刻和点火顺序，将点火线圈产生的高压电分配到相应气缸的火花塞上它由分火头2（图7-7）和分电器盖1组成分火头插装在凸轮的顶端，和凸轮一起转动，分火头上有金属导电片分电器盖的中央有高压线插孔30，其内装有带弹簧的炭柱，压在分火头的导电片上分电器盖的四周有与发动机气缸数相等的旁电极通至盖上的金属套座孔，以安插高压分线发动机工作时，分火头和断电器凸轮一起旋转，当断电器触点打开时，高压电自分火头导电片跳至与其相对的旁电极，再经高压分线送到火花塞电极图7-7 分电器1-分电器盖 2-分火头 3-断电器凸轮 4-分电器盖弹簧夹 5-断电器活动触点臂弹簧及固定夹 6-固定触点及支架 7-调整螺钉 8-接头 9-弹簧 10-真空点火提前器膜片 11-真空点火提前器外壳 12-拉杆 13-油杯 14-固定销及联轴器 15-联轴器钢丝 16-扁尾联轴器 17-离心点火提前器底板 18-离心调节器弹簧 19-离心调节器重块 20-横板 21-断电器底板 22-真空点火提前器拉杆销及弹簧 23-电容器 24-油毡 25-断电器接线柱 26-分电器轴 27-分电器壳体 28-中心电极 29-高压分线插孔 30-中央高压线插孔（3）电容器 安装在分电器的外壳上，它与断电器触点并联，其作用是减小触点断开时的火花，延长触点使用寿命，加快初级电流的衰减速度，提高次级电压。

4）点火提前调节装置 有离心式点火提前调节装置和真空式点火提前调节装置1)离心式点火提前调节装置能随发动机转速变化调节点火提前角结构如图7-9所示，托板7固定在分电器轴4上，两块重块5分别松套在托板的两个销钉上，两个重块的小端与托板7之间借弹簧6相连与断电凸轮2相连的拨板3的方形槽套在两重块的销钉上图7-8 断电器1-接线柱 2-活动触点臂与活动触点 3-固定触点及支架 4-固定螺钉 5-偏心调整螺钉 6-断电器活动底板 7-分电器壳 8-断电器凸轮 9-分电器轴 10-油毡 11-胶木顶块 12-触点臂弹簧片当发动机转速达一定值时，重块离心力克服弹簧拉力向外飞开，通过销钉，带动断电凸轮顺着旋转方向转过一定角度，使点火时刻随转速升高而提前图7-9 离心式点火提前调节装置1-凸轮固定螺钉 2-断电器凸轮 3-拨板 4-分电器轴 5-重块 6-弹簧 7-托板 8-销钉 9-柱销2）真空式点火提前调节装置能随发动机负荷变化调节点火提前角它位于分电器外壳侧面（图7-10）内，由膜片7分隔成二室 ，右室有弹簧4压住膜片，并通过连接管5与进气管相通；左室通大气，并有拉杆8连接膜片和断电器底板2。

当发动机负荷较小时，节气门开度小，节气门后方的真空度大，真空吸力克服弹簧力使膜片向右拱曲，带动拉杆右移，。