1、2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,1,第四章 汽油机点火系,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,2,概论点火系组成与工作原理分电器点火线圈火 花 塞,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,3,点火系是发动机正常工作所必需的电器系统之一，对本章内容来说，在学习了解分电器、点火线圈、火花塞的等各组成部件的结构、原理基础上，整体把握普通电子点火系的工作原理，掌握磁感应式和霍尔式普通电子点火系的工作过程。在此基础之上，掌握先进的微机控制点火系统的组成与工作原理。最后，了解奥迪、别克、雅阁等点火系统，拓宽知识面。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,4,第
2、一节 概论第二节 点火系组成与工作原理第三节 分电器第四节 点火线圈第五节 火 花 塞,目录,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,5,第一节 概论,一、点火系作用 在汽油发动机中，气缸内的混合气是由高压电火花点燃的，而产生电火花的功能是由点火系来完成的。点火系将电源的低电压变成高电压，再按照发动机点火顺序轮流送至各气缸，点燃压缩混合气；并能适应发动机工况和使用条件的变化，自动调节点火时刻，实现可靠而准确的点火；还能在更换燃油或安装分电器时进行人工校准点火时刻。二、点火系种类 点火系按采用的电源不同，可分为蓄电池点火系和磁电机点火系两大类。蓄电池点火系按是否采用电子元件控制可分为传统
3、点火系和电子点火系。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,6,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,7,1 传统点火系 汽车上的蓄电池或发电机向点火系提供电能，机械触点控制点火时刻，点火时刻的调节采用机械式自动调节机构，储能方式为电感储能。传统点火系结构简单，成本低，是一种应用较早、较普遍的点火系。但该点火系工作可靠性差，点火状况受转速、触点技术状况影响较大，需要经常维修、调整。随着汽车技术的发展，传统点火系越来越不适应现代发动机对点火的要求，正日趋被新的电子点火系所取代。2电子点火系 蓄电池或发电机向点火系提供电能，晶体管控制点火时刻，点火时刻的调节采用机械式调节机构或
4、电子调节机构，储能方式有电感储能和电容储能两种。电子点火系的点火电压和点火能量高，受发动机工况和使用条件的影响小，结构简单，工作可靠，维护、调整工作量小，节约燃油，减小污染，应用日益广泛。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,8,三、点火系的要求,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而准确地点火，为此应满足以下三个方面的要求：1能产生足以击穿火花塞间隙的电压 火花塞电极击穿而产生火花时所需要的电压称为击穿电压。点火系产生的次级电压必须高于击穿电压，才能使火花塞跳火。击穿电压的大小受很多因素影响，其中主要有： （1）火花塞电极间隙和
5、形状火花塞电极的间隙越大，气体中的电子和离子受电场力的作用越小，不易发生碰撞电离，击穿电压就越高，见图4-1；电极的尖端棱角分明，所需的击穿电压低。 （2）气缸内混合气体的压力和温度混合气的压力越大，温度越低，其密度就越大，离子自由运动距离就越短，不易发生碰撞电离，击穿电压就越高，见图4-2。 （3）电极的温度和极性火花塞电极的温度越高，电极周围的气体密度越小，击穿电压就越低；针状的中心电极为负极且温度较高时，击穿电压就较低。中心电极是负极时其击穿电压比中心电极是正极时约降低20%40%，见图4-3。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,9,（4）发动机的工作情况 发动机转速击穿电
6、压与发动机转速的关系见图4-4。发动机高速工作时，气缸内的温度升高，使气缸的充气量减小，致使气缸中压力减小，因而火花塞的击穿电压随转速的升高而降低。发动机在起动和急加速时击穿电压升高，而全负荷且稳定工作状态时击穿电压较低。 混合气空燃比见图4-5，由图可见，混合气过稀和过浓时击穿电压都会升高。此外，发动机的功率、压缩比以及点火时刻等因素也影响击穿电压的高低。为了保证点火的可靠性，点火系必须有一定的次级电压储备。但过高的次级电压，将造成绝缘困难，使成本提高。2火花应具有足够的能量 发动机正常工作时，由于混合气压缩终了的温度接近其自燃温度，仅需要15mJ的火花能量。但在混合气过浓或是过稀时，发动机
7、起动、怠速或节气门急剧打开时，则需要较高的火花能量。并且随着现代发动机对经济性和排气净化要求的提高，都迫切需要提高火花能量。因此，为了保证可靠点火，高能电子点火系一般应具有80100mJ的火花能量，起动时应产生高于100mJ的火花能量，见图4-6。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,10,3点火时刻应适应发动机的工作情况 首先，点火系统应按发动机的工作顺序进行点火。一般六缸发动机的点火顺序为1-5-3-6-2-4，四缸发动机的点火顺序为1-3-4-2或1-2-4-3。 其次，必须在最有利的时刻进行点火。由于混合气在气缸内燃烧占用一定的时间，所以混合气不应在压缩行程上止点处点火，而
8、应适当提前，使活塞达到上止点时，混合气已得到充分燃烧，从而使发动机获得较大功率。点火时刻一般用点火提前角来表示，即从发出电火花开始到活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度。 如果点火过迟，当活塞到达上止点时才点火，则混合气的燃烧主要在活塞下行过程中完成，即燃烧过程在容积增大的情况下进行，使炽热的气体与气缸壁接触的面积增大，因而转变为有效功的热量相对减少，气缸内最高燃烧压力降低，导致发动机过热，功率下降。 如果点火过早，由于混合气的燃烧完全在压缩过程进行，气缸内的燃烧压力急剧升高，当活塞到达上止点之前即达最大，使活塞受到反冲，发动机作负功，不仅使发动机的功率降低，并有可能引起爆燃和运转不平
9、稳现象，加速运动部件和轴承的损坏。 实践证明，燃烧最大压力出现在上止点后1015时，发动机的输出功率最大，此时所对应的点火提前角为最佳点火提前角。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,11,影响最佳点火提前角的因素很多，主要有： （1）发动机转速图4-7为东风EQ1090汽车发动机的最佳点火提前角与发动机转速的关系，发动机转速越高，最佳点火提前角越大。低转速时，点火提前角增大发动机转速上升快，高转速时，点火提前角增大转速上升慢；起动或怠速时，点火提前角应很小或不提前。转速变化时点火提前角的调节由分电器的离心调节机构来实现。 （2）发动机负荷图4-8所示为跃进NJ130型汽车的发动机
10、不同转速时，最佳点火提前角与负荷的关系。同一转速下，随着发动机负荷的增大，最佳点火提前角减小。负荷变化时点火提前角的调节由分电器的真空调节机构来实现。 （3）汽油辛烷值点火提前较小，不易产生爆燃。汽油辛烷值高，抗爆性好。因此，燃用低辛烷值汽油时，应将点火提前角减小。汽油品质改变时，点火提前角的调整由分电器的辛烷值选择器来实现。除此之外，点火提前角还与排气净化、混合气成分、发动机压缩比、发动机水温等诸多因素有关。因此，单靠离心调节机构或真空调节机构是不能满足要求的，必须有一种更为先进的控制手段，这就是微机控制电子点火系。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,12,第二节 点火系组成与
11、工作原理,一、普通电子点火系的组成 1电源：蓄电池或者是发电机，供给点火系统的低压电能，标准电压一般是12V。 2点火线圈：将12V的低压电变成1520KV的高压电 3分电器 （1）信号发生器：产生点火的信号。 （2）配电器：将点火线圈产生的高压电，按照发动机的工作顺序送至各缸的火花塞。 （3）点火提前机构：随发电机转速、负荷和汽油辛烷值的变化改变点火提前角。 4点火器：将信号发生器产生的信号放大，最后控制大功率三极管的导通与截止，达到控制点火线圈初级电流通断的目的。 5火花塞：将高压电引入燃烧室产生电火花点燃混合气。 6点火开关：控制点火系统初级电路，还可以控制仪表电路和起动继电器电路等。
12、7附加电阻：改善点火性能和起动性能。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,13,二、工作原理 普通电子点火系由信号发生器产生触发或控制点火的信号，经过点火器内部的放大等电路，最后控制大功率三极管的导通与截止，来控制点火线圈初级电流的通断，当初级电流被切断时，次级绕组中产生高压，通过配电器送达各缸的火花塞上，点燃可燃混合气。见图4-9。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,14,第三节 分电器,一、分电器的结构和工作原理 分电器形式很多，但结构和工作原理基本相同，都由信号发生器、配电器、离心点火提前装置和真空点火提前装置组成。见图4-10。 1信号发生器 信号发生器的作用
13、是产生信号电压，输出给点火控制器，通过点火控制器来控制点火系的工作。信号发生器按其工作原理不同可分为磁感应式、霍尔式、光电式、电磁震荡式。常用的为前两种。磁感应信号发生器和霍尔式信号发生器的结构和工作原理分别见第六节和第七节。 2配电器 配电器装于信号发生器的上部，由分电器盖、分火头组成，见图4-11。其作用是将高压电按点火顺序分配至火花塞。分电器盖由胶木粉在钢模中热压而成，装于分电器顶端，用两弹性夹卡固。分火头套装在分电器轴的顶端随轴一起旋转，其上有金属导电片。 分电器盖的中间有高压线座孔，其内装有带弹簧的碳柱，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
14、座孔，以安插分缸高压线。分火头旋转时，导电片在距离旁电极0.20.8mm间隙处越过，当信号发生器产生点火信号时，高电压自导电片跳至与其相对的旁电极，在经分缸高压线送至火花塞。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,15,高压线有中央高压线和分缸高压线两种。一般为耐压绝缘包层的铜芯线或全塑高压阻尼线。常为竖直排列，也有水平布置，可避免折损，缩短长度，抗高电压，延长寿命。3离心调节器 其作用是在转速变化时，利用离心力自动使信号发生器提前产生点火信号来调节点火提前角。其结构如图4-12所示。在分电器轴上固定有托板，两个重块分别套在托板的柱销上，重块的另一端由弹簧拉向轴心。信号发生器的转子与
15、拨板一起套在分电器轴上，拨板的两端有长形孔，套于离心块的销钉上。点火提前角无需调整时，离心调节器处于不工作位置，两离心块在拉簧作用下抱向轴心。当发动机转速升高时，两离心块在离心力作用下向外甩开，离心块上的销钉拨动拨板和信号发生器转子，顺着分电器轴的旋转方向相对于轴转动一个角度，提前产生点火信号，点火提前角增大。转速越高，离心块离心力越大，点火提前角越大。反之，转速降低，点火提前角减小。 4真空调节器 其作用是在发动机负荷变化时，自动调节点火提前角。装于分电器壳体一侧。其结构见图4-13所示。在外壳内固定有弹性金属片制成的膜片，膜片中心一侧与拉杆固连，另一侧压有弹簧。拉杆由壳底座孔中伸出，与底板
16、相连，拉动底板带着信号发生器的定子相对于轴产生角位移。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,16,当发动机负荷较小时，节气门开度也小，节气门下方及管道的真空度增大，真空吸力吸引膜片压缩弹簧而拱曲，通过拉杆拉动底板带着信号发生器的定子逆着分电器轴旋转方向转动一定角度，提前产生点火信号，于是点火提前角增大。负荷越小，节气门开度也越小，真空度越高，点火提前角越大，反之，负荷变大则点火提前角减小。二、分电器的型号根据汽车电气产品型号编制方法（QC/T731993）规定，分电器型号为：1产品代号：FD代表有触点分电器，FDW代表无触点分电器2缸数代号表4-1 缸数代号,2018/9/25,山
17、东农业大学机电学院郭新民,17,第四节 点火线圈,点火线圈的作用是将电源的低压电转变为高压电。其外形见图4-14。一、分类 点火线圈按冷却方式不同分为沥青式、油浸式和气冷式。按有无附加电阻可分为带附加电阻型和不带附加电阻型，按接线柱的多少可分为两接柱式和三接柱式。按铁心形状不同可分为开磁路式和闭磁路式。按功能差异分为普通型和高能型。二、开磁路点火线圈1基本结构 传统的开磁路点火线圈的基本结构如图4-15所示，主要由铁心、绕组、胶木盖、瓷杯等组成。 其铁心用0.30.5mm厚的硅钢片叠成，铁心上绕有初级绕组和次级绕阻。次级绕阻居内，通常用直径为0.060.10mm的漆包线绕1100026000匝
18、；初级绕阻居外，通常用0.51.0mm的漆包线绕230370匝。次级绕阻的一端连接在盖子上高压插孔中的弹簧片上，另一端与初级绕阻的一端相连；初级绕阻的两端则分别连接在盖子上的低压接线柱上。绕阻与外壳之间装有导磁钢套并填满沥青或变压器油，以减少漏磁、加强绝缘性并防止潮气侵入。 三接柱点火线圈壳体外部装有一附加电阻，附加电阻两端连至胶木盖的“+开关”和“开关”接柱。其作用是改善点火性能。两接柱点火线圈无附加电阻，在点火开关与点火线圈“+”接柱间，连入一根附加电阻线。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,18,2附加电阻的作用 附加电阻也称热敏电阻，它由低碳钢丝、镍铬丝或纯镍丝制成，具有
19、温度升高时电阻迅速增大、温度降低时电阻迅速减小的特点。发动机工作时，利用附加电阻这一特点自动调节初级电流，可以改善点火系的工作特性。当发动机低速工作时，初级电流增长时间长，电流大，附加电阻受热阻值增大，避免了初级电流过大，防止点火线圈过热； 当发动机高速工作时，初级电流增长时间短，电流小，附加电阻温度较低，可使初级电流下降的少些，保证了发动机在高速工作时点火系统能供给较强的高压电而不止断火。所以转速变化时，附加电阻较好地解决了高速断火和低速点火线圈过热的矛盾，改善了点火性能。 当发动机起动时，由于蓄电池的端电压会急剧下降，致使初级电流减小，点火线圈不能供给足够的高电压和点火能量。为了克服这一影
20、响，在起动时将附加电阻短路，以增大初 级电流，提高次级电压和火花能量，从而改善了发动机的起动性能。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,19,三、闭磁路点火线圈闭磁路点火线圈的结构图见图4-16。 传统的开磁路点火线圈中，次级绕组在铁心中的磁通通过导磁钢套构成回路，磁力线的上、下部分从空气中通过，磁路的磁阻大，磁通损失大，转换效率低（约60%）；闭磁路点火线圈的铁心是“曰”字形或“口”字形，铁心内绕有初级绕阻，在初级绕组外面绕有次级绕组，其铁心构成闭合磁路，磁路中只设有一个微小的气隙，其磁路图4-17所示 。闭磁路点火线圈漏磁少，磁阻小，能量损失小，变换效率高，可使点火线圈小型化。
21、四、点火线圈的型号1产品代号 DQ表示点火线圈，DQG表示干式点火线圈，DQD表示电子点火系用点火线圈。2电压等级 112V，224V，66V。3用途代号 1单、双缸发动机 2四、六缸发动机 3四、六缸发动机（带附加电阻） 4六、八缸发动机（带附加电阻） 5六、八缸发动机,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,20,6八缸以上的发动机 7无触点分电器 8高能 9其他（包括三、五、七缸）4设计序号5变形代号,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,21,第五节 火 花 塞,火花塞的作用是将高压电引进发动机燃烧室，在电极间形成火花，以点燃可燃混合气。火花塞拧装于气缸盖的火花塞孔内
22、，下端电极伸入燃烧室。上端连接分缸高压线。火花塞是点火系中工作条件最恶劣、要求高和易损坏部件。一、要求 1混合气燃烧时，火花塞下部将承受高压燃气的冲击，要求火花塞必须有足够的机械强度。2火花塞承受着交变的高电压，要求它应有足够的绝缘强度，能承受30kv高压。3混合气燃烧时，燃烧室内温度很高，可达15002200，进气时又突然冷却至5060，因此要求火花塞不但耐高温，而且能承受温度剧变，不出现局部过冷或过热。4混合气的燃烧产物很复杂，含有多种活性物质，如臭氧、一氧化碳和氧化硫等，易使电极腐蚀。因此要求火花塞要耐腐蚀。5火花塞的电极间隙影响击穿电压，所以要有合适的电极间隙。火花塞安装位置要合适，以
23、保证有合理的着火点。火花塞气密性应当好，以保证燃烧室不漏气。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,22,二、结构 火花塞主要由接触头、瓷绝缘体、中心电极、侧电极和壳体等部分组成，如图4-19所示。 在钢质外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，铜质内垫圈起密封和导热作用。钢质外壳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，外壳下端固定有弯曲的侧电极。 电极一般采用耐高温、耐腐蚀的镍锰合金钢或铬锰氮、钨、镍锰硅等合金制成，也有采用镍包铜材料制成，以提
24、高散热性能。火花塞电极间隙多为0.60.7mm，电子点火其间隙可增大至1.01.2mm。 火花塞与气缸盖座孔之间应保证密封，密封方式有平面密封和锥面密封两种。平面密封时，在火花塞与座孔之间应加装铜包石棉垫圈；锥面密封是靠火花塞壳体的锥形面与气缸盖之间相应的锥形面进行密封。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,23,三、火花塞的热特性要使火花塞能正常工作，其下部绝缘体裙部的温度应保持在500700C，这样才能使落在绝缘体上的油滴立即烧掉，不致形成积炭，通常称这个温度为火花塞的“自净温度”。如果温度低于自净温度，就可能使油雾聚积成油层，引起积炭而不能跳火；如果温度过高，例如超过850，
25、会形成炽热点，发生表面点火，使发动机遭受损坏。 火花塞裙部的工作温度取决于火花塞热特性和发动机气缸的工作温度。火花塞热特性就是指火花塞发火部位的热量向发动机冷却系统散发的性能。影响火花塞热特性的主要因素是火花塞裙部的长度。裙部较长时，受热面积大，吸收热量多，而散热路径长，散热少，裙部温度较高，把这种火花塞成为“热型”火花塞。反之，当裙部较短时，吸热少，散热多，裙部温度较低，把这种火花塞成为“冷型”火花塞。如图4-20所示。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,24,火花塞热特性常用热值表示。国产火花塞热值分别用1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、阿拉伯数字表示。1、2、3为低热值火花塞；4、5、6为中热值火花塞；7、8、9及以上为高热值火花塞。热值数越高，表示散热性越好。因而，小数字为热型火花塞，大数字为冷型火花塞。 火花塞裙部温度还与发动机气缸内的工作温度有关。对于大功率、高压缩比和高转速的发动机来说，燃烧室内温度高，火花塞裙部温度就高。反之，小功率、小压缩比、低转速发动机的燃烧室内温度低，火花塞裙部温度就低。因此不同类型的发动机应选用不同热特性的火花塞。,2018/9/25,山东农业大学机电学院郭新民,25,
