整理发动机点火系统实验 指导书 04.docx

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整理发动机点火系统实验指导书04

发动机点火系检测实验

一、实验目的

1、了解汽油机电控点火系统组成及工作原理

2、掌握点火提前角的基本原理

3、掌握四缸四冲程发动机凸轮轴信号与各缸四个冲程的关系。

4、掌握点火提前角的测量与调节方法

二、实验原理及方法

1、点火系统的功用

      点火系统的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。

2、点火系统的类型

      发动机点火系统，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统、电子点火系统、微机控制点火系统和磁电机点火系统。

      传统蓄电池点火系统以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈和断电器的作用，将电源提供的6V、12V或24V的低压直流电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。

传统蓄电池点火系统由于存在产生的高压电比较低、高速时工作不可靠、使用过程中需经常检查和维护等缺点，目前正在逐渐被电子点火系统和微机控制点火系统所取代。

       电子点火系统以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈和由半导体器件（晶体三极管）组成的点火控制器将电源提供的低压电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火花塞，使火花塞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，是目前国内外汽车上广泛采用的点火系统。

      微机控制点火系统与上述两种点火系统相同，也以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈将电源的低压电转变为高压电，再由分电器将高压电分配到各缸火花塞，并由微机控制系统根据各种传感器提供的反映发动机工况的信息，发出点火控制信号，控制点火时刻，点燃可燃混合气。

它还可以取消分电器，由微机控制系统直接将高压电分配给各缸。

微机控制点火系统是目前最新型的点火系统，已广泛应用于各种中、高级轿车中。

      磁电机点火系统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统相比，磁电机点火系统在发动机中、高转速范围内，产生的高压电较高，工作可靠。

但在发动机低转速时，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发动机和大功率柴油机的起动发动机上。

其他分类比较见下表

3、点火系统的基本要求

      点火系统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。

为此点火系统应满足以下基本要求：

      3.1.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。

试验表明，发动机正常运行时，火花塞的击穿电压为7～8kV，发动机冷起动时达19kV。

为了使发动机在各种不同的工况下均能可靠地点火，要求火花塞击穿电压应在15～20kV。

      3.2.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。

发动机工作时，由于混合气压缩时的温度接近自燃温度，因此所需的火花能量较小（1～5mJ），传统点火系统的火花能量（15～50mJ），足以点燃混合气。

但在起动、怠速以及突然加速时需要较高的点火能量。

为保证可靠点火，一般应保证50～80mJ的点火能量，起动时应能产生大于100mJ的点火能量。

      3.3. 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。

4、点火系统的特点

      汽车发动机的点火系统与汽车上其他电器设备一样，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，其性质相当于一般电路中的接地。

搭铁的电极可以是正极也可以是负极。

因为热的金属表面比冷的金属表面容易发射电子，发动机工作时，火花塞的中心电极较侧电极温度高，因而电子容易从中心电极向侧电极发射，使火花塞间隙处离子化程度高，火花塞间隙容易被击穿，击穿电压可降低15％～20％。

因此，无论整车电气系统采用正极搭铁还是负极搭铁，点火线圈的内部连接或外部接线，均应保证点火瞬间火花塞中心电极为负极，即火花塞电流应从火花塞的侧电极流向中心电极。

5．下面介绍较常见的点火系统及组成

5.1、磁感应式电子点火系统

解放CA1092、东风EQ1092、北京BJ2020等型汽车以及早期生产的部分轿车，都装配了磁感应式电子点火系统。

它主要由磁感应式分电器、点火控制器、高能点火线圈和火花塞等组成，参见磁感应式电子点火系统原理图（图1）。

磁感应式分电器主要由磁感应传感器、点火提前调节装置、配电器等组成。

磁感应传感器由转子、定子、永久磁铁、传感线在1圈等组成。

当发动机工作时，分寄电器通过转子、定子，使传感线器1圈内的磁通发生变化，产生电压信号，供给点火控制器。

其突出优点是结构简单，不需外加电源。

点火控制器又称电子点火控制器、电子点火组件或点火器，主要由点火专用的集成电路和一些辅助电子元件组成。

它的主要作用是根据磁感应传感器输出的电压信号，控制点火线圈初级绕组电路的导通与截止，使点火线圈产生高压电。

此外，点火控制器还有恒流控制、闭合角控制、停车断电控制、过压保护等功能。

5.2、霍尔式电子点火系统

解放CA6440、解放CA1046型汽车以及早期生产的部分轿车，大都采用了霍尔式电子点火系统。

它主要由霍尔式分电器、点火控制器、高能点火线圈、火花塞等组成。

参见霍尔式电子点火系统电路图（图2）。

霍尔式分电器主要由霍尔传感器、点火提前调节装置、配电器等组成。

霍尔传感器由触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片、永久磁铁等组成。

发动机工作时，分电器通过触发叶轮使霍尔集成电路的磁通发生变化，产生电压信号，供给点火控制器。

与磁感应传感器不同的是，霍尔传感器需要一个输入电压。

5.3、微机控制点火系统

在发动机的电子集中控制系统中，点火系统由微机控制称为微机控制点火系统。

现在生产的大部分轿车都采用微机控制点火系统。

该点火系统主要由传感器、电子控制器、点火控制器（点火器）、点火线圈和火花塞等组成。

参见微机控制点火系统原理图（图3）。

传感器是监测发动机工况信息的装置。

传感器的结构形式和装配数量依车而异，主要有曲轴位置传感器、空气流量传感器飞节气门位置传感器、爆震传感器、冷却水温度传感器、进气温度传感器、氧传感器、车速传感器、空挡起动开关、点火开关、空调开关、蓄电池等。

电子控制器用ECU表示。

ECU是发动机的控制核心。

电子控制器的名称并不统一，生产厂家或公司不同，生产年代和控制内容不同，采用的名称也不尽相同。

电子控制器主要包括输入回路、输出回路、模数A/D转换器或模数D/A转换器、单片微型计算机和电源电路等。

由于电子控制器的核心部件是单片微型计算机，通常将电子控制器称为微机或电脑。

电子控制器的作用是根据发动机各传感器输入的信息和微机内存数据，通过运算处理和逻辑判断，然后输出指令信号，控制有关执行器（如点火器）工作。

点火控制器是发动机控制系统的执行器，其作用是根据微机发出的指令信号，通过内部大功率三极管的导通与截止来控制点火线圈初级绕组电路的通断，使点火线圈产生高压电。

各型发动机点火器的内部结构各不相同，有的发动机并不配置点火器，大功率三极管直接设在电子控制器ECU内部；有的点火器只有一只达林顿三极管，仅起开关作用，其它电子控制元件则与电子控制器制成一体；有的点火器除开关作用外，还有恒流控制、闭合角控制、气缸判别、点火监视等功能。

此外，微机控制点火系统又分为分配式（有配电器）点火系统和直接式（无配电器）点火系统。

分配式点火系统点火线圈产生的高压电由配电器按发动机作功顺序分配给各缸火花塞跳火，仍然要产生较多电火花，不仅浪费能量，而且还产生电磁干扰信号。

而直接式点火系统没有配电器，点火线圈次级绕组的两端直接与火花塞相连，发动机运转时，微机根据传感器信号，直接控制各个点火线圈产生高压电，使相应火花塞跳火。

到目前为止，无分电器微机控制点火系统是技术最先进的点火系统。

其优点如下：

      1）在不增加电能消耗的情况下，进一步增大了点火能量。

      2）对无线电的干扰大幅度降低。

      3）避免了与分电器有关的一些机械故障，工作可靠性提高。

      4）高速时点火能量有保证。

5）节省了安装空间，有利于发动机的合理布置，为汽车车身的流线型设计提供了有利条件。

      6）无需进行点火正时方面的调整，使用、维护方便。

双缸点火方式

　　双缸点火方式指两个气缸合用一个点火线圈，因此这种点火方式只能用于气缸数目为偶数的发动机上。

如果在4缸机上，当两个缸活塞同时接近上止点时（一个是压缩另一个是排气），两个火花塞共用同一个点火线圈且同时点火，这时候一个是有效点火另一个则是无效点火，前者处于高压低温的混合气之中，后者处于低压高温的废气中，因此两者的火花塞电极间的电阻完全不一样，产生的能量也不一样，导致有效点火的能量大得多，约占总能量的80左右。

双缸电子点火系统原理示意图

单独点火方式

   单独点火方式是每一个气缸分配一个点火线圈，点火线圈直接安装在火花塞上的顶上，这样还取消了高压线。

这种点火方式通过凸轮轴传感器或通过监测气缸压缩来实现精确点火，它适用于任何缸数的发动机，特别适合每缸4气门的发动机使用。

因为火花塞点火线圈组合可安装在双顶置凸轮轴（DOHC）的中间，充分利用了间隙空间。

由于取消分电器和高压线，能量传导损失及漏电损失极小，没有机械磨损，而且各缸的点火线圈和火花塞装配在一起，外用金属包裹，大幅减少了电磁干扰，可以保障发动机电控系统的正常工作。

6关键部件介绍

6.1点火线圈

      点火线圈是将蓄电池或发电机输出的低压电转变为高压电的升压变压器，它由初级绕组、次级绕组和铁心等组成。

按其磁路的形式，可分为开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两种。

      1.开磁路点火线圈

      开磁路点火线圈采用柱形铁心，初级绕组在铁心中产生的磁通，通过导磁钢套构成磁回路，而铁心的上部和下部的磁力线从空气中穿过，磁路的磁阻大，泄漏的磁通量多，转换效率低，一般只有60％左右。

 根据低压接线柱数目的不同，分为两接线柱式和三接线柱式两种。

三接线柱式点火线圈配有附加电阻，其低压接线柱分别标有“-”、“＋”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。

 无论是三接线柱式还是两接线柱式的开磁路点火线圈，其内部结构是一样的。

次级绕组用直径为0.06～0.10mm的漆包线在绝缘纸管上绕11 000～23 000匝；初级绕组则用0.5～1.0mm的漆包线绕240～370匝。

      2.闭磁路点火线圈

      近年来，在汽车的电子点火系统中，采用了能量转换效率较高的闭磁路点火线圈。

与传统点火线圈相比，其铁心为一带有小气隙的“口”或“曰”字的形状。

初级绕组在铁心中产生的磁通通过铁心形成闭合磁路，减少了漏磁损失，所以转换效率较高，可达75％。

另外，闭磁路点火线圈还具有体积小、质量轻、对无线电的干扰小等优点。

6.2火花塞

      火花塞的功用是将点火线圈或磁电机产生的脉冲高压电引入燃烧室，并在其两个电极之间产生电火花，以点燃可燃混合气。

火花塞中心电极与侧电极之间的间隙，称为火花塞间隙。

火花塞间隙对火花塞及发动机的工作性能均有很大影响。

间隙过小，火花微弱，并容易产生积炭而漏电；间隙过大，火花塞击穿电压增高，发动机不易起动，且在高速时容易发生“缺火”现象。

因此，火花塞间隙的大小应适当。

在传统点火系统中，火花塞间隙一般为0.6～0.7mm，但若采用电子点火时，则间隙增大到1.0～1.2mm。

火花塞间隙的调整可扳动侧电极来实现。

  发动机工作时火花塞绝缘体裙部的温度若保持在500～600℃，落在绝缘体裙部的油粒能立即被烧掉，不容易产生积炭。

这个温度称为火花塞的自净温度。

若裙部温度低于自净温度，落在绝缘体裙部的油粒不能立即烧掉，形成积炭而漏电，将使火花塞间隙不能跳火或火花微弱。

若裙部温度过高超过800～900℃时，当混合气与炽热的绝缘体接触时，可能在火花塞间隙跳火之前自行着火，称为炽热点火。

炽热点火将使发动机出现早燃、爆燃、化油器回火等不正常现象。

因此，无论哪一种类型的发动机，在发动机工作时，火花塞裙部的温度都应该保持在自净温度的范围内。

但是，各种发动机气缸内的燃烧状况是不同的，所以气缸内的温度也不尽相同，这就要求配用不同热特性的火花塞。

火花塞的热特性主要决定于绝缘体裙部的长度。

不同的发动机，当气缸内温度及温度分布状况相同时，火花塞绝缘体裙部越长，其受热面积越大，且传热距离越长，散热困难，火花塞裙部的温度越高，这种火花塞称为“热型”火花塞，它适用于低速、低压缩比的小功率发动机。

相反，火花塞绝缘体裙部越短，其受热面积越小，且传热距离缩短，容易散热，火花塞裙部的温度越低，这种火花塞称为“冷型”火花塞，它适用于高速、高压缩比大功率的发动机。

裙部长度借于冷型与热型之间的火花塞，称为普通型火花塞。

参见教材相关内容。

三、实验仪器和设备

1、帕萨特B5全车电气实训台

2、示波器

（一）规划环境影响评价的适用范围和责任主体

四、实验步骤及内容

环境总经济价值＝环境使用价值＋环境非使用价值

（一）、认知帕萨特B5全车电气实训台中有关点火系统的主要部件，及实训台的基本操作。

2.环境敏感区的界定

（二）、触发控制及点火信号测试观察：

1、

2、[答疑编号502334050101]将示波器的四个探头CH1~CH4按一定顺序分别接入帕萨特B5全车电气实训台上点火线圈N1、N2、N3、N4对应的ECU的输出端口的测试座T121/102、T121/95、T121/103、T121/94。

利用示波器观察并记录四缸的点火顺序、及波形时序。

3、

4、（3）是否符合区域、流域规划和城市总体规划。

将示波器的探头CH3、CH4分别改接曲轴传感器G28和凸轮轴传感器G40信号测试端T121/90、T121/98，调整示波器观察记录四个通道CH1~CH4的波形及时序。

认识解读CH3、CH4波形代表的含义。

二、安全预评价（三）、点火提前角的测试计算：

1、保持上面的测试接线不变进行测量，通过示波器数字读取CH1通道（1缸点火波形）的频率F或周期T，计算发动机转速n；在一个凸轮轴周期内，利用示波器的游标测量CH1通道（点火信号）的下降沿到CH4通道（凸轮轴传感器信号）的第一个下降沿（1缸压缩上止点）之间的时间t，（如图中的红色线之间的时间），点火提前角=t/T*360°

2、

3、规划编制单位应当在报送审查的环境影响报告书中附具对公众意见采纳与不采纳情况及其理由的说明。

脚踏脚踏板改变曲轴转速，重复上面的操作，再采集一组数据，与前面进行对比分析。

『正确答案』A