汽车发动机构造与维修项目7 汽油机点火系统.docx

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汽车发动机构造与维修项目7汽油机点火系统

项目七汽油机点火系统

一、教学目标

　　知识目标：

　　1、了解点火系的类型。

　　2、熟悉传统点火系、电子点火系的组成及功用。

　　3、掌握传统点火系、电子点火系的各主要部件的结构。

　　4、掌握传统点火系、电子点火系的工作原理。

　　技能目标：

　　1、点火线圈的检查。

　　2、分电器总成的检查。

　　3、火花塞的检查、清洁与更换。

二、课时分配

　　建议总课时：

8课时

三、教学重点

　　1、汽油机点火系概述。

　　2、传统汽油机点火系。

　　3、点火系零部件认知。

　　4、电子点火系。

四、教学难点

　　1、汽油机传统点火系。

　　2、电子点火系及微机控制点火系。

五、教学内容

任务一　汽油机点火系概述

　一、汽油机点火系的功用

1、产生电火花

　　在汽油发动机中，气缸内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。

2、电源电压转变

　　点火系将电源的低电压转变成高电压，再按照发动机点火顺序送至各气缸，点燃压缩混合气。

3、调节点火时刻

　　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。

4、校准点火时刻

　　能在更换燃油或安装分电器时校准点火时刻。

二、点火系的类型

　　发动机点火系，按其组成和产生高压电方式的不同可分为传统蓄电池点火系、电子点火系、微机控制点火系和磁电机点火系。

三、汽油机点火系的要求

　　点火系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。

为此点火系应满足以下基本要求：

1、能产生足以击穿火花塞两电极间隙的电压

　　使火花塞两电极之间的间隙击穿并产生电火花所需要的电压，称为火花塞击穿电压。

火花塞击穿电压的大小与电极之间的距离（火花塞间隙）、气缸内的压力和温度、电极的温度、发动机的工作状况等因素有关。

2、电火花应具有足够的点火能量

　　为了使混合气可靠点燃，火花塞产生的火花应具备一定的能量。

3、点火时刻应与发动机的工作状况相适应

　　首先发动机的点火时刻应满足发动机工作循环的要求；其次可燃混合气在气缸内从开始点火到完全燃烧需要一定的时间（千分之几秒），所以要使发动机产生最大的功率，就不应在压缩行程终了（上止点）点火，而应适当地提前一个角度。

这样当活塞到达上止点时，混合气已经接近充分燃烧，发动机才能发出最大功率。

四、点火系的特点

　　汽车发动机的点火系采用单线制连接，即电源的一个电极用导线与各用电设备相连，而电源的另一个电极则通过发动机机体、汽车车架和车身等金属构件与各用电设备相连，称为搭铁。

任务二　传统汽油机点火系

一、传统汽油机点火系组成

　　传统汽油机点火系组成如下图所示，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。

传统汽油机点火系组成

1、电源

　　蓄电池（起动）或者是发电机（正常工作），供给点火系统的低压电能，标准电压一般是12V。

2、点火开关

　　控制点火系初级电路，还可以控制仪表电路和起动继电器电路等。

3、附加电阻

　　改善正常工作时的点火性能和起动时的点火性能。

4、点火线圈

　　为自耦变压器，将12V的低压电转变成15kV～20kV的高压电。

5、分电器

　　分电器由断电器、配电器、电容器及点火提前机构等组成。

6、高压线

　　用以连接点火线圈与分电器中心插孔以及分电器旁电极和各缸火花塞。

7、火花塞

　　将高压电引入气缸燃烧室，产生电火花点燃混合气。

二、传统汽油机点火系工作原理

　　在发动机工作时，断电器凸轮在发动机凸轮轴的驱动下旋转，凸轮旋转时使断电器触头交替地闭合和打开。

在点火开关S接通的情况下，触电闭合时，点火线圈初级绕组中有电流流过（见下图）。

流过初级绕组的电流称为初级电流，其电路称为初级电路或低压电路。

1-蓄电池；2-次级绕组；3-点火线圈；4-铁芯；5-初级绕组；

6-凸轮；7-电容器；8-断点；9-火花塞

点火线圈电流路径

任务三　点火系主要零部件

一、汽车电源

　　汽车电源主要包括蓄电池、发电机、调节器。

其中发电机为主电源，发动机正常工作时，由发电机向全车用电设备供电，同时给蓄电池充电。

蓄电池的主要作用是发动机起动时向起动机供电，同时辅助发电机向用电设备供电。

调节器的作用是使发电机的输出电压保持恒定。

二、点火开关

　一般现代汽车点火开关有两种：

1、传统的点火开关（如下图所示为带锁芯型点火开关）

传统点火开关

（1）起动挡。

挡位表示：

“START或ST（日产、丰田）、2挡（解放）、Q挡（跃进）、D挡（富康）、AVV挡（依维柯）”——起动机电机运转。

释放时钥匙会返回ON位置，即为不定位挡。

（2）工作挡也叫点火挡。

表示：

“ON或IG（日产、丰田）、1挡（解放）、D挡（跃进）、M挡（富康）、MAR挡（依维柯）”——发动机和所有附件运转。

这是普通驾驶位置。

　　（3）附件挡“ACC挡（日产、丰田）、3（解放）、A挡（富康）”——收音机等附件可以操作，但是发动机停止。

如果钥匙在ACC或LOCK位置时打开驾驶员车门，蜂鸣器将鸣叫，提醒驾驶员取下钥匙。

　　（4）锁定挡“LOCK挡（日产、丰田）、0挡（解放）、S挡（跃进）、0挡（富康）、STOP挡（依维柯）”——发动机停止和转向盘锁定。

只有在此位置才能取下钥匙。

　　（5）预热挡HEAT挡（日产、丰田）、4挡（解放）、H挡（跃进）。

该挡也为不定位挡，处于该挡时加热器工作，为发动机预热。

2、带智能进入和起动系统点火开关

　　如下图示，当钥匙在车内时，按下“ENGINESTARTSTOP”开关（发动机开关），能起动和停止发动机、选择ACC、ON或关闭点火。

智能点火开关

　　未踩下制动踏板时，慢慢用力按下“ENGINESTARTSTOP”开关，可改变下列点火开关模式。

　　第一次——ACC（附件）模式（发琥珀色光），收音机等附件工作。

　　第二次——ON模式（发琥珀色光），发动机和所有附件运转。

　　第三次——点火关闭（指示灯熄灭）。

　　再次按下“ENGINESTARTSTOP”开关，使点火开关返回ACC。

　　当按下“ENGINESTARTSTOP”开关时，如果蜂鸣器鸣叫并且智能进入和起动系统警告灯点亮，则表明钥匙不在车上。

　　如果踩下制动踏板，指示灯将变成绿色。

此时，不管选择何种模式，按下“ENGINESTARTSTOP”开关一次，即可起动发动机。

　　如果“ENGINESTARTSTOP”开关上的琥珀色指示灯闪烁，这表明按钮起动系统或转向锁止功能存在故障，应立即关闭发动机。

　　一旦关闭点火开关，发动机停机装置系统会自动设定。

三、点火线圈

1、组成

　　点火线圈由初级绕组、次级绕组和铁芯等组成。

2、分类

　　按磁路的结构形式不同，可分为开磁路式点火线圈和闭磁路式点火线圈。

3、开磁路式点火线圈

（1）结构

　　由铁芯、初级绕组、次级绕组、钢套、绝缘盖和绝缘座组成。

开磁路点火线圈其铁芯用0．3mm～0．5mm厚的硅钢片叠成，铁芯上绕有初级绕组和次级绕阻。

次级绕组居内，通常用直径为0．06mm～0．10mm的漆包线缠绕11000～23000匝；初级绕组居外，通常用直径为0．5mm～1．0mm的高强漆包线缠绕230～370匝。

点火线圈结构示意图

（2）工作原理

　　初级绕组断电时，在次级绕组产生高压电，相当于变升压器，起升压作用。

　　（3）接线

　　中心为高压接线柱，其余为低压接线柱，分别为“＋”或“开关”（接点火开关）、“－”（接断电器）。

4、闭磁路式点火线圈

　　闭磁路点火线圈的铁芯是“曰”字形或“口”字形，磁路中只设有一个微小的气隙。

1-正接线柱；2-负接线柱；3-高压线接线柱；4-初级绕组；5-次级绕组；6-铁芯；7-磁力线

闭磁路式点火线圈

5、点火线圈的型号

（1）点火线圈的型号为：

DQ+产品代号+电压等级+分组代号+设计序号+变型代号。

其中，DQG表示干式点火线圈；DQD表示电子点火系统用点火线圈；G、D分别表示“干”、“电”。

电压等级：

1V～12V，2V～24V。

（2）分组代号是用其用途来表示的，如表。

点火线圈分组代号的意义

四、分电器

　　传统点火系的分电器主要由配电器、断电器、电容器和点火提前调节机构组成，如下图所示。

1、断电器

　　断电器主要由凸轮、触点副、固定底板、活动底板等组成。

断电器组成

2、配电器

　　配电器装于断电器的上方，由分电器盖、分火头组成，如下图所示。

分电器盖的中间有一个高压线座孔（中央电极，其内装有带弹簧的碳柱，下图配电器结构压在分火头的导电片上）。

分电器盖四周均匀布置有与气缸数相等的旁电极，可以通过高压线与各缸火花塞相连。

分火头装在分电器凸轮轴上，导电片将中央高压电引入旁电极，和旁电极之间有0．25mm～0．8mm的间隙。

其作用是将点火线圈产生的高压电，按照发动机的工作顺序（即点火顺序）送至各缸的火花塞。

配电器结构

3、电容器

　　电容器（见下图）安装在分电器的壳体上。

其极片为两条狭长的金属箔带，用两条同样狭长的绝缘纸与极片交错重叠，卷成圆筒形，在浸渍蜡绝缘介质后，装入圆筒形的金属外壳中加以密封。

一个极片与金属外壳在内部接触，另一极片与引出外壳的导线连接。

电容器外壳固定在分电器外壳上搭铁，使电容器与断电器触点并联。

电容器

五、火花塞

1、火花塞的结构

　　如下图所示，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，以提高散热性能。

火花塞电极间隙多为0．6mm～0．7mm，电子点火其间隙可增大至1．0mm～1．2mm。

1-接线螺母；2-高氧化铝陶瓷绝缘体；3-钢质壳体；4-火花塞裙部螺纹；

5-电极间隙；6-中心电极；7-侧电极

火花塞结构

2、作用

　　火花塞将高压电引进发动机燃烧室，在其电极间形成火花，以点燃可燃混合气。

3、位置

　　火花塞拧装于气缸盖的火花塞孔内，下端电极伸入燃烧室，上端连接分缸高压线，如下图所示。

火花塞位置

4、工作环境

　　火花塞是点火系中工作条件恶劣、要求高、易损坏的部件。

5、火花塞的类型

（1）标准型火花塞是绝缘体裙部端略低于壳体螺纹端面的单侧电极火花塞，它采用了侧置气门式发动机应用最广泛的传统发火端结构。

为区别于后来出现的“突出型”，此结构被称为“标准型”。

标准型　突出型

火花塞类型

（2）突出型火花塞最初是为顶置气门式发动机配套设计的。

它的绝缘体裙部突出壳体螺纹端面伸入燃烧室内。

在燃烧的混合气中吸收较多热量，怠速时有较高的工作温度，避免污损；高速时由于气门顶置，吸入的气流对准绝缘体裙部，将其冷却，使最高温度提高不多，因而热范围较大。

突出型火花塞不适用于侧置气门式发动机，因其进气道拐弯多，气流对绝缘体裙部冷却作用不大。

6、火花塞的要求

（1）混合气燃烧时，火花塞下部将承受高压高温气体的冲击，要求火花塞必须有足够的机械强度。

（2）火花塞承受着交变高电压，要求它有足够的绝缘强度，能承受30kV高压。

　　（3）混合气燃烧时，燃烧室内温度很高，可达1500℃～2200℃，进气时又突然冷却至50℃～60℃，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）火花塞气密性应当良好，以保证燃烧室不漏气。

　　（6）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。

　　（7）火花塞安装位置要合适，以保证有合理的着火点。

任务四　电子点火系

一、电子点火系的优点

1、触点火花减少

　　可以减少触点火花，避免触点烧蚀，延长触点的使用寿命；有的还可以取消触点，因而克服了与触点相关的一切缺点，改善了点火性能。

2、不受触点限制

　　可以不受触点的限制，增大初级电流，提高次级电压，改善发动机高速时的点火性能。

一般传统点火系的低压电流不超过5A，而电子点火系可提高到7A～8A，次级电压可达30kV。

3、发动机的动力性、燃料经济性较好

　　由于次级电压和点火能量的提高，使其对火花塞积炭不敏感，且可以加大火花塞电极间隙，点燃较稀的混合气，从而有利于改善发动机的动力性、燃料经济性和排气净化性能。

4、减轻了对无线电的干扰

5、结构简单，质量轻，体积小，使用和维修方便

二、电子点火系的分类

1、电子点火系

（1）有触点电子点火系

　　有触点电子点火装置用减小触点电流的方法，减小触点火花，改善点火性能，它是一种半导体辅助点火装置。

（2）无触点电子点火系

　　无触点电子点火系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，可以克服与触点相关的一切缺点。

目前，有触点电子点火系已基本上被无触点电子点火系所取代。

　　无触点电子点火系主要由火花塞、分电器、点火信号发生器（传感器）、点火控制器、点火线圈、点火开关和电源等组成。

其中分电器主要包括配电器和离心提前装置、真空提前装置。

它们的作用、结构和工作原理与传统点火系对应部分完全相同。

1-火花塞；2-分电器；3-点火信号发生器；4-点火控制器；

5-点火线圈；6-点火开关；7-电源

无触点电子点火系统的组成

2、点火信号发生器

（1）磁脉冲式点火信号发生器

　　磁感应信号发生器用来产生点火控制信号，装在分电器内的底板上，如下图所示。

它由装在分电器轴上的信号转子、永久磁铁、铁芯和绕在铁芯上的传感线圈等组成。

信号转子由分电器轴驱动，转子上的凸齿数与发动机气缸数相等。

基本结构

工作原理

1-信号转子；2-永久磁铁；3-铁芯；4-磁通；5-传感线圈；6-空气隙

磁脉冲式点火信号发生器

（2）霍尔式点火信号发生器

霍尔式分电器结构

霍尔式点火信号发生器

　　（3）光电式点火信号发生器

　　光电效应式点火信号发生器是利用光电效应原理，以红外线或可见光光束进行触发的，主要由遮光盘（信号转子）、遮光盘轴、光源、光接收器（光敏元件）等组成。

光源可用白炽灯，也可用发光二极管。

由于发光二极管比白炽灯耐振动、耐高温，能在150℃的环境温度下持续工作，而且工作寿命很长，所以现在绝大多数采用发光二极管作光源。

发光二极管发出的红外线光束一般还要用一只近似半球形的透镜聚焦，以便缩小光束宽度，增大光束强度，有利于光接收器接收、提高点火信号发生器的工作可靠性。

光接收器可以是光敏二极管，也可以是光敏三极管。

光接收器与光源相对并相隔一定的距离，以便使光源发出的红外线光束聚焦后照射到光接收器上。

实物

模型

光电效应式点火信号发生器

　　遮光盘一般用金属或塑料制成，安装在分电器轴上，位于分火头下面。

遮光盘的外缘介于光源与光接收器之间，遮光盘的外缘上开有缺口，缺口数等于发动机气缸数。

缺口处允许红外线光束通过，其余实体部分则能挡住光束。

当遮光盘随分电器轴转动时，光源发出的射向光接收器的光束被遮光盘交替挡住，因而光接收器（光敏二极管或光敏三极管）交替导通与截止，形成电脉冲信号。

该电信号引入点火控制器即可控制初级电流的通断，从而控制点火系统的工作。

遮光盘每转一圈，光接收器输出的电信号的个数等于发动机气缸数，正好供每缸各点火一次，如上图所示。

六、课后作业

　　完成本项目后的课后练习。