1,91 汽油机点火系（课件）- 《汽车发动机构造与维修 》 同步教学（电子工业出版社·第五版）

Ch9.汽油机点火系 学习目标 理解传统点火系、无触点电子点火系、计算机点火系统、无分电器点火系统的组成及其工作原理； 熟悉传统点火系、无触点电子点火系主要组成部件的结构与电路分析； 掌握传统点火系、无触点电子点火系主要部件的检修与故障诊断。 10.1 概述 10.1.1 点火系统的功用 基本功用是在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气，使发动机作功。 10.1.2 点火系统的类型 按其组成、产生高压电和配电控制方式不同可分为传统蓄电池点火系统、电子点火系统、微机控制点火系统和磁电机点火系统、触点式和无触点电子点火系 。 传统蓄电池点火系，由于产生的高压电比较低、高速时工作不可靠、使用中需经常检查和维护等缺点，正逐渐被电子点火系和微机控制点火系所取代。 蓄电池点火系统 蓄电池（发电机）供给点火系低压直流电； 点火开关通、断点火系电源。 点火线圈储存点火能量，并将低压直流电转变为点火高压电。 断电器接通或切断点火线圈初级电路； 配电器将点火线圈产生的点火高压，按工作顺序配送至各缸火花塞；点火提前角调节机构随发动机转速、负荷、辛烷值的变化调节点火提前角；火花塞将点火高压引入汽缸燃烧室，在电极间产生电火花，点燃可燃混合气。 电子点火系统以蓄电池和发电机为电源，点火线圈和点火控制器将低压电转变为高压电，分电器将高压电分配到各缸火花塞，在两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。与传统蓄电池点火系统相比具有点火可靠、使用方便等优点，应用广泛。 电子点火系 微机控制点火系，也以蓄电池和发电机为电源，由微机控制系统将低压电转变为高压电，微机控制系统根据各传感器提供的工况信息，发出点火控制信号，控制点火时刻，将高压电分配到各缸火花塞，点燃可燃混合气。微机控制点火系，已广泛用于各种中、高级轿车中。 微机控制点火系统简图 磁电机点火系由磁电机本身直接产生高压电，不需另设低压电源。 与传统蓄电池点火系相比，磁电机点火系统在发动机中、高转速时，产生的高压电较高，工作可靠。但在低转速时，产生的高压电较低，不利于发动机起动。 因此磁电机点火系统多用于主要在高速、满负荷下工作的赛车发动机，以及某些不带蓄电池的摩托车和大功率柴油机的起动发动机上。 磁电机点火系 触点式点火系，仅在一些载货汽车上还有少量使用。 无触点火电子点火系按点火触发信号产生方式不同，又分为磁感应式、光电感应式、霍尔感应式三种点火系。 10.1.3 点火系统的基本要求 在各工况和使用条件下，均能保证可靠而准确地点火。 1、能产生足以击穿火花塞两电极间隙的电压 试验表明，正常运行时，击穿电压为7~8kV，冷起动时达19kV。为使在各工况下可靠点火，要求击穿电压应在15~20kV。 2、电火花应具有足够的点火能量 为使在各工况下可靠点火，点火能量应>100mJ。 3、点火时刻应与发动机的工作状况相适应 首先点火时刻应满足发动机工作循环的要求； 其次有适当地提前一个角度。 10.1.4 点火系统线路的特点 1、采用单线制连接 2、无论整车电气系统采用正或负极搭铁，点火线圈内部、外部接线，均应保证点火瞬间火花塞中心电极为负极，即火花塞电流应从侧电极流向中心电极。 10.2 传统点火系 102.1 传统点火系统组成 传统点火系统组成 10.2.2 传统点火系统的工作原理 一、点火电路 传统点火系统的点火电路 1、初级电路 蓄电池正极→电流表→点火开关→附加电阻→初级绕组→断电器触点→搭铁→蓄电池负极。 2、次级电路 次级绕组正极→附加电阻→点火开关→电流表→蓄电池→搭铁→火花塞电极→高压分线→配电器盖侧电极→分火头→中央高压线→次级绕组负极。 二、工作原理 分电器轴带动断电器凸轮旋转，断电器触点不断地闭合和张开。 触点闭合，初级绕组通路，产生初级电流。铁芯磁通随初级电流缓慢增长（自感作用，阻碍电流增长） ，点火能量逐渐增加。 触点断开，点火线圈初级电流突然减小至零，铁芯磁通量迅速减小至零，点火线圈次级绕组产生15～25kV的互感电动势，足以击穿火花塞间隙，产生电火花，点燃混合气。 触点闭合——储能 触点断开——产生高压 10.2.3 点火时刻——点火提前角 点火时刻对发动机功率的影响 点火时刻 点火时刻 点火时刻 点火过迟，合气开始燃烧时，活塞已开始向下运动，气缸容积增大，燃烧压力降低，发动机功率下降。 点火过早，活塞未达上止点，缸内压力已达最大值，此时气体压力方向与活塞运动方向相反，在示功图上出现了套环，致使发动机有效功减小，发动机功率也将下降。 点火适时。压缩上止点后10°~12°，燃烧压力最大 。 影响点火提前角的主要因素 节气门开度一定，转速升高，应适当增大点火提前角；转速升高至一定值时，燃烧室内温度、压力高、扰流作用强，燃烧速度加快，点火提前随转速的增幅变缓。 发动机转速，混合气燃烧速度。 燃烧速度又与混合气成分、发动机结构及其他（燃烧室的形状、压缩比）等因素有关。 转速一定，随负荷增加，节气门开度增大，点火提前角应适当减小。反之，点火提前角应当加大。 使用高辛烷值汽油，点火提前角应适当增大。 10.2.4 传统点火系统主要元件的结构 一、分电器 由断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置等组成，如下右图所示。 断电器构造 分电器的构造 分电器的构造 1、断电器 组成：包括一对钨质（铂金）触点和断电器凸轮 功用：周期地通、断点火线圈初级绕组电路，使初级电流和点火线圈铁芯磁通发生变化，以便在点火线圈次级绕组产生高压电。 断电器凸轮的凸棱数与发动机气缸数相等。 凸轮轴通过离心点火提前调节器与分电器轴相连，由配气凸轮轴的齿轮驱动，其转速为曲轴转速的一半（四冲程发动机）。如上左图所示。 2、配电器 功用：按发动机的工作次序，将点火线圈中产生的高压电，轮流分配到各气缸的火花塞。 结构：主要由分电器盖（胶木制成）和分火头组成。 分电器盖上有一个中央高压线及数目与发动机气缸数相等分缸高压线插孔，高压线插孔内嵌有铜套。 分火头形似鸭嘴舌，套在凸轮轴的延伸顶端，延伸顶端呈 “ ” 形,与分火头内孔 形状相配合，以保证分火头与凸轮同步旋转，并使分火头与分电器盖上的旁电极保持正确的相对位置。 配电器示意图 3、电容器 电容器与断电器触点并联，安装在分电器的壳体上，一般纸质电容器。如图示。 电容器 作用：当触点断开时，减小触点间的电火花，防止触点烧蚀；同时吸收初级绕组的自感电动势，使初级电流迅速切断，提高次级电压。 当触点断开时，初级绕组即产生200～300V的自感电动势向电容器充电，随着充电电压的不断提高，触点间隙逐渐增大，同时初级绕组和电容器形成一个衰减振荡回路，初级电流迅速切断，加速磁场消失，次级电压迅速提高。 电容器容量一般为0.15～0.35μF。 4、点火提前调节装置 调节点火提前角方法如图示。 点火提前调节方法 （1）离心点火提前调节装置 属于改变断电器凸轮与分电器轴之间的相对位置调节点火提前角。 n =200~400r/min后，重块离心力克服弹簧拉力向外甩开。重块销钉推动拨板连同凸轮，顺着电器轴旋转方向转过一角度，点火提前角加大。 （2）真空点火提前调节装置 利用改变触点与凸轮相对位置调节提前角。 发动机转速一定时，节气门后方真空度只取决于节气门的开度。 节气门开度（负荷）越小，节气门后方真空度越大，点火提前角也越大。 ①单膜片式单真空室真空点火提前调节装置 双膜片式真空点火提前调节装置 怠速运转时，主膜片室真空为零，不起调节作用下。副膜片室真空度高，真空作用，副膜片右拱、使断电器底板连同触点逆着凸轮旋向转动，点火提前角加大。同时，副膜片室真空将主膜片吸向副膜片室，点火提前角被适当减小，控制怠速点火提前角5°左右，确保怠速稳定运转。 小负荷运转时，节气门开度小，主膜室真空度增大。主膜片室和副膜片室真空度的共同作用，使断电器底板及触点逆着凸轮旋向转过一角，使点火提前角增大。 ②双膜片式真空点火提前调节装置 结构分析 如图 ③双真空室单膜片式真空点火提前调节装置 前、后两个真空室分别用管道接至节气门上、下两侧的小孔上。怠速时，节气门处于实线位置，延迟真空室起作用，拉杆左移，使点火延迟；非怠速时，节气门开启，提前真空室起作用，拉杆右移，使点火提前。 （3）辛烷值校正器 换用不同牌号汽油时，为适应不同汽油的抗爆性能，需调整点火时间，在分电器壳体上常装有辛烷值校正器。辛烷值校正器的基本原理：逆着凸轮旋转方向转动分电器外壳时，点火提前角增大；调整时，先旋松调整托架固定螺钉，顺时针转动为推迟（ “-”），逆时针转动为提前（ “+”）。 5．分电器的型号 根据QC/T 73—93《汽车电气产品型号编编制方法》的规定，分电器的型号由以下5部分组成。 ①－产品代号：由“分”、“电”的汉字拼音的第一个字母“FD”表示，“FDW”则表示无触点分电器。 ① ② ③ ④ ⑤ ②－缸数代号：以发动机汽缸数表示，分别以2、4、6、8、9代表二缸、四缸、六缸、八缸及八缸以上。 ③－结构代号：以阿拉伯数字表示，各结构代号如下表 ④－设计代号：与点火线圈相同。 ⑤－变型代号：与点火线圈相同。 代 号 1 2 3 4 5 6 7 结构型式 无离心点火提前调节 无真空点火提前调节 拉偏心 拉同心 拉外壳 无触点 特殊结构 表 分电器结构代号 二、点火线圈 点火线圈即升压变压器。 功用：将蓄电池或发电机输出的低压电转变为高压电。 组成：初级绕组、次级绕组和铁心等组成。 型式：按其磁路形式分为：开磁路和闭磁路点火线圈。 开磁点火线圈 1、开磁路点火线圈 初级绕组在柱形铁心中产生的磁通，通过导磁钢套构成磁回路，铁心的上、下部磁力线从空气中穿过，磁阻大，磁通量泄漏多，转换效率60％左右。 根据低压接线柱数目分为两接线柱式和三接线柱式。其内部结构完全相同。 次级绕组线径0.06~0.10mm，11 000~23 000匝； 初级绕组线径0.5~1.0mm，240~370匝。 三接线柱式配有附加电阻，低压接线柱标有“-”、“＋”和“＋开关”的标记，附加电阻接在“＋”和“＋开关”之间； 两接线柱式点火线圈无附加电阻，只有标有“＋”、“-”标记的两个接线柱。 2、闭磁路点火线圈 闭磁路点火线圈，其铁心为一个带有小气隙的“口”或“曰”字形。 初级绕组在铁芯中产生的磁通，通过铁芯形成闭合磁路，与开磁点火线圈相比，具有漏磁损失小，转换效率高达75％，且闭磁路点火线圈体积小、质量轻、对无线电干扰小等特点。 点火线圈的磁路 3．点火线圈的型号 ①—产品代号：由“点”、“圈”的汉字拼音第一个字母“DQ”表示，“DQG”、“DQD”则分别表示干式、无触点电子点火系统点火线圈。 根据QC/T 73—93《汽车电气产品型号编编制方法》规定，点火线圈的型号由以下5个部分组成。 ②—电压等级代号：用1位阿拉伯数字表示，分别为：1—12V、2—24V、6—6V。 ③—用途代号：用1位阿拉伯数字表示，如下表所示。 ④—设计序号：用阿拉伯数字表示产品设计先后次序。 ⑤—变型代号：以大写汉语拼音字母A、B、C、…顺序表示（O、I除外） ① ② ③ ④ ⑤ 点火线圈用途代号 代 号 用 途 代 号 用 途 1 单、双缸发动机 6 六、八缸发动机 2 四、六缸发动机 7 无触点分电器 3 四、六缸发动机 8 高能 4 六、八缸发动机 9 其他 5 六、八缸发动机 4．附加电阻 具有正温度系数（电阻值随温度升高增大），串入点火初级电路，起随转速变化自动调节初级电流即调节点火电压的目的。 如图示，串入附加电阻后，低速时，大电流使附加电阻升温，电阻增大，初级电流增速率减小； 高速时，附加电阻电流小，附加电阻降温，电阻减小，初级电流随转速上升而下降的速率减小，达到随发动机转速自动调节初级电流的目的。 起动时，附加电阻被起动机电磁开关短路，以增大初级电流，提高次级电压，改善发动机起动性能。 三、火花塞 1、功用：将点火高压电引入汽缸燃烧室，产生电火花，点燃混合气。 2、结构及类型：如下图示，由壳体、陶瓷绝缘体，接线螺杆、接线螺母，紫铜垫圈、中心电极，侧电极组成。 火花塞间隙对发动机及火花塞工作性能的影响： 间隙过小，火花弱，易产生积炭而漏电；间隙过大，火花塞击穿电压增高，不易起动，高速时容易 “缺火” 。 火花塞间隙的大小可扳动侧电极来实现。 火花塞的型式 火花塞的结构 3、火花塞间隙：中心电极与侧电极之间的间隙。其大小对火花塞及发动机的工作性能影响很大。 传统点火系火花塞间隙：0.6~0.7mm， 电子点火火花塞间隙：1.0~1.2mm。 4、火花塞与座孔的密封： （1）平面密封：在火花塞与座孔间装有紫铜垫； （2）锥面密封：利用火花塞锥形面与锥形火花塞孔密封。 5、火花塞的热特性—火花塞的类型 （1）热特性：发动机正常工作时，火花塞绝缘体裙部的温度应保持在自洁温度（ 500～750℃）的性能。 低于自净温度，落在绝缘体裙部的油粒不能立即烧掉，形成积炭而漏电，将使火花塞不跳火或火花微弱。 影响火花塞裙部温度的主要因素是裙部长度 若裙部温度超过自净温度，混合气与炽热绝缘体接触时，可能在火花塞跳火之前自行着火（炽热点火）。使发动机出现早燃、爆燃、回火等不正常现象。 ①热型火花塞：裙部长，受热面积大，散热途径长，裙部温度高的火花塞；适用于低转速、低压缩比、小功率的发动机。 ②冷型火花塞：裙部短，受热面积小，传热距离短，容易散热，裙部温度低的火花塞。适用于高转速、高压缩比、大功率的发动机。 ③普通（标准）型火花塞：裙部长度介于冷型与热型之间的火花塞。 （2）火花塞的类型 3．火花塞的型号 根据国家专业标准ZBT 3700—89《火花塞产品型号编制方法》的规定，火花塞型号由3部分组成。 ① ② ③ ①－为汉语拼音字母，表示火花塞的结构型式及主要尺寸，各字母的含义如下表1所示。 ②－为阿拉伯数字，表示火花塞的热值。 ③－为汉语拼音字母，表示火花塞的派生产品、结构特征、材料特性及特殊技术要求。在同一产品中，需用两个字母表示时，按下表2所列顺序排列。 随着汽车技术强化程度的提高，出现了其他多种型式的火花塞，如细电极型、多极型、沿面跳火型等。 表1. 火花塞结构类型代号 代 号 螺 纹 规 格 安装座形式 螺纹旋合长度/mm 壳体六角对边/mm A M10×1 平座 12.7 16 C M12×1.25 平座 12.7 17.5 D M12×1.25 平座 19 17.5 E M14×1.25 平座 12.7 20.8 F M14×1.25 平座 19 20.8 J M14×1.25 平座 12.7 16 K M14×1.25 平座 19 16 L M14×1.25 矮型平座 9.5 19 N M14×1.25 矮型平座 7.8 19 P M14×1.25 锥座 11.2 16 Q M14×1.25 锥座 17.5 16 R M18×1.5 平座 12 20.8 T M18×1.5 锥座 10.5 20.8 表2. 火花塞特征代号及字母排列顺序 序 号 特 征 代 号 结 构 特 征 序 号 特 征 代 号 结 构 特 征 1 P 屏蔽型火花塞 7 H 环状电极火花塞 2 R 电阻型火花塞 8 U 电极缩入型火花塞 3 B 半导体型火花塞 9 V V形电极火花塞 4 T 绝缘体突出型火花塞 10 C 镍铜型火花塞 5 Y 沿面跳火型火花塞 11 G 贵金属火花塞 6 J 多电极型火花塞 12 F 非标准型火花塞 例如，F5TC型火花塞，表示螺纹规格为M14×1.25、旋入长度为19mm、壳体六角对边为20.8mm的绝缘体突出型平座火花塞，火花塞的电极为镍铜复合材料，裙部长度为11.5mm。 $$