發(fā)動機點火系統(tǒng)實驗 指導書 201204

1、發(fā)動機點火系檢測實驗一、實驗目的1、了解汽油機電控點火系統(tǒng)組成及工作原理2、掌握點火提前角的基本原理3、掌握四缸四沖程發(fā)動機凸輪軸信號與各缸四個沖程的關(guān)系。4、掌握點火提前角的測量與調(diào)節(jié)方法二、實驗原理及方法1、點火系統(tǒng)的功用      點火系統(tǒng)的基本功用是在發(fā)動機各種工況和使用條件下，在氣缸內(nèi)適時、準確、可靠地產(chǎn)生電火花，以點燃可燃混合氣，使發(fā)動機作功。2、點火系統(tǒng)的類型        發(fā)動機點火系統(tǒng)，按其組成和產(chǎn)生高壓電方式的不同可分為傳統(tǒng)蓄電池點火系統(tǒng)、電子點火系統(tǒng)、微

2、機控制點火系統(tǒng)和磁電機點火系統(tǒng)。        傳統(tǒng)蓄電池點火系統(tǒng)以蓄電池和發(fā)電機為電源，借點火線圈和斷電器的作用，將電源提供的6V、12V或24V的低壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘?，再通過分電器分配到各缸火花塞，使火花塞兩電極之間產(chǎn)生電火花，點燃可燃混合氣。傳統(tǒng)蓄電池點火系統(tǒng)由于存在產(chǎn)生的高壓電比較低、高速時工作不可靠、使用過程中需經(jīng)常檢查和維護等缺點，目前正在逐漸被電子點火系統(tǒng)和微機控制點火系統(tǒng)所取代。        電子點火系統(tǒng)以蓄電池和發(fā)電機為電源，借點火線圈和由半導

3、體器件(晶體三極管)組成的點火控制器將電源提供的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘?，再通過分電器分配到各缸火花塞，使火花塞兩電極之間產(chǎn)生電火花，點燃可燃混合氣。與傳統(tǒng)蓄電池點火系統(tǒng)相比具有點火可靠、使用方便等優(yōu)點，是目前國內(nèi)外汽車上廣泛采用的點火系統(tǒng)。        微機控制點火系統(tǒng)與上述兩種點火系統(tǒng)相同，也以蓄電池和發(fā)電機為電源，借點火線圈將電源的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘姡儆煞蛛娖鲗⒏邏弘姺峙涞礁鞲谆鸹ㄈ?，并由微機控制系統(tǒng)根據(jù)各種傳感器提供的反映發(fā)動機工況的信息，發(fā)出點火控制信號，控制點火時刻，點燃可燃混合氣。它還可以取消分電器，由微機控制系

4、統(tǒng)直接將高壓電分配給各缸。微機控制點火系統(tǒng)是目前最新型的點火系統(tǒng)，已廣泛應用于各種中、高級轎車中。         磁電機點火系統(tǒng)由磁電機本身直接產(chǎn)生高壓電，不需另設(shè)低壓電源。與傳統(tǒng)蓄電池點火系統(tǒng)相比，磁電機點火系統(tǒng)在發(fā)動機中、高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，產(chǎn)生的高壓電較高，工作可靠。但在發(fā)動機低轉(zhuǎn)速時，產(chǎn)生的高壓電較低，不利于發(fā)動機起動。因此磁電機點火系統(tǒng)多用于主要在高速、滿負荷下工作的賽車發(fā)動機，以及某些不帶蓄電池的摩托車發(fā)動機和大功率柴油機的起動發(fā)動機上。其他分類比較見下表3、點火系統(tǒng)的基本要求   &#

5、160;    點火系統(tǒng)應在發(fā)動機各種工況和使用條件下保證可靠而準確地點火。為此點火系統(tǒng)應滿足以下基本要求：        3.1.能產(chǎn)生足以擊穿火花塞兩電極間隙的電壓        使火花塞兩電極之間的間隙擊穿并產(chǎn)生電火花所需要的電壓，稱為火花塞擊穿電壓。火花塞擊穿電壓的大小與電極之間的距離(火花塞間隙)、氣缸內(nèi)的壓力和溫度、電極的溫度、發(fā)動機的工作狀況等因素有關(guān)。試驗表明，發(fā)動機正常運行時，火花塞的擊穿電壓為78kV，發(fā)動機冷起動時達19kV

6、。為了使發(fā)動機在各種不同的工況下均能可靠地點火，要求火花塞擊穿電壓應在1520kV。        3.2.電火花應具有足夠的點火能量        為了使混合氣可靠點燃，火花塞產(chǎn)生的火花應具備一定的能量。發(fā)動機工作時，由于混合氣壓縮時的溫度接近自燃溫度，因此所需的火花能量較小(15mJ)，傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的火花能量(1550mJ)，足以點燃混合氣。但在起動、怠速以及突然加速時需要較高的點火能量。為保證可靠點火，一般應保證5080mJ的點火能量，起動時應能產(chǎn)生大于100mJ的點火

7、能量。       3. 3. 點火時刻應與發(fā)動機的工作狀況相適應        首先發(fā)動機的點火時刻應滿足發(fā)動機工作循環(huán)的要求；其次可燃混合氣在氣缸內(nèi)從開始點火到完全燃燒需要一定的時間(千分之幾秒)，所以要使發(fā)動機產(chǎn)生最大的功率，就不應在壓縮行程終了(上止點)點火，而應適當?shù)靥崆耙粋€角度。這樣當活塞到達上止點時，混合氣已經(jīng)接近充分燃燒，發(fā)動機才能發(fā)出最大功率。4、點火系統(tǒng)的特點      汽車發(fā)動機的點火

8、系統(tǒng)與汽車上其他電器設(shè)備一樣，采用單線制連接，即電源的一個電極用導線與各用電設(shè)備相連，而電源的另一個電極則通過發(fā)動機機體、汽車車架和車身等金屬構(gòu)件與各用電設(shè)備相連，稱為搭鐵，其性質(zhì)相當于一般電路中的接地。搭鐵的電極可以是正極也可以是負極。因為熱的金屬表面比冷的金屬表面容易發(fā)射電子，發(fā)動機工作時，火花塞的中心電極較側(cè)電極溫度高，因而電子容易從中心電極向側(cè)電極發(fā)射，使火花塞間隙處離子化程度高，火花塞間隙容易被擊穿，擊穿電壓可降低1520。因此，無論整車電氣系統(tǒng)采用正極搭鐵還是負極搭鐵，點火線圈的內(nèi)部連接或外部接線，均應保證點火瞬間火花塞中心電極為負極，即火花塞電流應從火花塞的側(cè)電極流向中心電極。5

9、下面介紹較常見的點火系統(tǒng)及組成 5.1、磁感應式電子點火系統(tǒng) 解放CA1092、東風EQ1092、北京BJ2020等型汽車以及早期生產(chǎn)的部分轎車，都裝配了磁感應式電子點火系統(tǒng)。它主要由磁感應式分電器、點火控制器、高能點火線圈和火花塞等組成，參見磁感應式電子點火系統(tǒng)原理圖（圖1）。磁感應式分電器主要由磁感應傳感器、點火提前調(diào)節(jié)裝置、配電器等組成。磁感應傳感器由轉(zhuǎn)子、定子、永久磁鐵、傳感線在1圈等組成。當發(fā)動機工作時，分寄電器通過轉(zhuǎn)子、定子，使傳感線器1圈內(nèi)的磁通發(fā)生變化，產(chǎn)生電壓信號，供給點火控制器。其突出優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，不需外加電源。 點火控制器又稱電子點火控制器、電子點火組件或點火器，主要由

10、點火專用的集成電路和一些輔助電子元件組成。它的主要作用是根據(jù)磁感應傳感器輸出的電壓信號，控制點火線圈初級繞組電路的導通與截止，使點火線圈產(chǎn)生高壓電。此外，點火控制器還有恒流控制、閉合角控制、停車斷電控制、過壓保護等功能。 5.2、霍爾式電子點火系統(tǒng)解放CA6440、解放CA1046型汽車以及早期生產(chǎn)的部分轎車，大都采用了霍爾式電子點火系統(tǒng)。它主要由霍爾式分電器、點火控制器、高能點火線圈、火花塞等組成。參見霍爾式電子點火系統(tǒng)電路圖（圖2）。 霍爾式分電器主要由霍爾傳感器、點火提前調(diào)節(jié)裝置、配電器等組成。霍爾傳感器由觸發(fā)葉輪、霍爾集成電路、導磁鋼片、永久磁鐵等組成。發(fā)動機工作時，分電器通過觸發(fā)葉輪

11、使霍爾集成電路的磁通發(fā)生變化，產(chǎn)生電壓信號，供給點火控制器。與磁感應傳感器不同的是，霍爾傳感器需要一個輸入電壓。 5.3、微機控制點火系統(tǒng) 在發(fā)動機的電子集中控制系統(tǒng)中，點火系統(tǒng)由微機控制稱為微機控制點火系統(tǒng)?，F(xiàn)在生產(chǎn)的大部分轎車都采用微機控制點火系統(tǒng)。該點火系統(tǒng)主要由傳感器、電子控制器、點火控制器(點火器)、點火線圈和火花塞等組成。參見微機控制點火系統(tǒng)原理圖（圖3）。 傳感器是監(jiān)測發(fā)動機工況信息的裝置。傳感器的結(jié)構(gòu)形式和裝配數(shù)量依車而異，主要有曲軸位置傳感器、空氣流量傳感器飛節(jié)氣門位置傳感器、爆震傳感器、冷卻水溫度傳感器、進氣溫度傳感器、氧傳感器、車速傳感器、空擋起動開關(guān)、點火開關(guān)、空調(diào)開關(guān)

12、、蓄電池等。 電子控制器用ECU表示。ECU是發(fā)動機的控制核心。電子控制器的名稱并不統(tǒng)一，生產(chǎn)廠家或公司不同，生產(chǎn)年代和控制內(nèi)容不同，采用的名稱也不盡相同。電子控制器主要包括輸入回路、輸出回路、模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器或模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器、單片微型計算機和電源電路等。由于電子控制器的核心部件是單片微型計算機，通常將電子控制器稱為微機或電腦。電子控制器的作用是根據(jù)發(fā)動機各傳感器輸入的信息和微機內(nèi)存數(shù)據(jù)，通過運算處理和邏輯判斷，然后輸出指令信號，控制有關(guān)執(zhí)行器(如點火器)工作。 點火控制器是發(fā)動機控制系統(tǒng)的執(zhí)行器，其作用是根據(jù)微機發(fā)出的指令信號，通過內(nèi)部大功率三極管的導通與截止來控制點火線圈初級繞組電路的通

13、斷，使點火線圈產(chǎn)生高壓電。各型發(fā)動機點火器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)各不相同，有的發(fā)動機并不配置點火器，大功率三極管直接設(shè)在電子控制器ECU內(nèi)部；有的點火器只有一只達林頓三極管，僅起開關(guān)作用，其它電子控制元件則與電子控制器制成一體；有的點火器除開關(guān)作用外，還有恒流控制、閉合角控制、氣缸判別、點火監(jiān)視等功能。 此外，微機控制點火系統(tǒng)又分為分配式(有配電器)點火系統(tǒng)和直接式(無配電器)點火系統(tǒng)。分配式點火系統(tǒng)點火線圈產(chǎn)生的高壓電由配電器按發(fā)動機作功順序分配給各缸火花塞跳火，仍然要產(chǎn)生較多電火花，不僅浪費能量，而且還產(chǎn)生電磁干擾信號。而直接式點火系統(tǒng)沒有配電器，點火線圈次級繞組的兩端直接與火花塞相連，發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，

14、微機根據(jù)傳感器信號，直接控制各個點火線圈產(chǎn)生高壓電，使相應火花塞跳火。到目前為止，無分電器微機控制點火系統(tǒng)是技術(shù)最先進的點火系統(tǒng)。其優(yōu)點如下：      1)在不增加電能消耗的情況下，進一步增大了點火能量。       2)對無線電的干擾大幅度降低。       3)避免了與分電器有關(guān)的一些機械故障，工作可靠性提高。      4)高速時

15、點火能量有保證。5)節(jié)省了安裝空間，有利于發(fā)動機的合理布置，為汽車車身的流線型設(shè)計提供了有利條件。        6)無需進行點火正時方面的調(diào)整，使用、維護方便。 雙缸點火方式雙缸點火方式指兩個氣缸合用一個點火線圈，因此這種點火方式只能用于氣缸數(shù)目為偶數(shù)的發(fā)動機上。如果在4缸機上，當兩個缸活塞同時接近上止點時（一個是壓縮另一個是排氣），兩個火花塞共用同一個點火線圈且同時點火，這時候一個是有效點火另一個則是無效點火，前者處于高壓低溫的混合氣之中，后者處于低壓高溫的廢氣中，因此兩者的火花塞電極間的電阻完全不一樣，產(chǎn)生的能量也不一樣，導致有

16、效點火的能量大得多，約占總能量的80左右。 雙缸電子點火系統(tǒng)原理示意圖單獨點火方式    單獨點火方式是每一個氣缸分配一個點火線圈，點火線圈直接安裝在火花塞上的頂上，這樣還取消了高壓線。這種點火方式通過凸輪軸傳感器或通過監(jiān)測氣缸壓縮來實現(xiàn)精確點火，它適用于任何缸數(shù)的發(fā)動機，特別適合每缸4氣門的發(fā)動機使用。因為火花塞點火線圈組合可安裝在雙頂置凸輪軸（DOHC）的中間，充分利用了間隙空間。由于取消分電器和高壓線，能量傳導損失及漏電損失極小，沒有機械磨損，而且各缸的點火線圈和火花塞裝配在一起，外用金屬包裹，大幅減少了電磁干擾，可以保障發(fā)動機電控系統(tǒng)的正常工作。6關(guān)鍵部件

17、介紹6.1點火線圈        點火線圈是將蓄電池或發(fā)電機輸出的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘姷纳龎鹤儔浩?，它由初級繞組、次級繞組和鐵心等組成。按其磁路的形式，可分為開磁路點火線圈和閉磁路點火線圈兩種。        1.開磁路點火線圈        開磁路點火線圈采用柱形鐵心，初級繞組在鐵心中產(chǎn)生的磁通，通過導磁鋼套構(gòu)成磁回路，而鐵心的上部和下部的磁力線從空氣中穿過，磁路的磁阻大，泄漏的磁通量多，轉(zhuǎn)換效率低，一般只

18、有60左右。 根據(jù)低壓接線柱數(shù)目的不同，分為兩接線柱式和三接線柱式兩種。三接線柱式點火線圈配有附加電阻，其低壓接線柱分別標有“-”、“”和“開關(guān)”的標記，附加電阻接在“”和“開關(guān)”之間；兩接線柱式點火線圈無附加電阻，只有標有“”、“-”標記的兩個接線柱。 無論是三接線柱式還是兩接線柱式的開磁路點火線圈，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一樣的。次級繞組用直徑為0.060.10mm的漆包線在絕緣紙管上繞11 00023 000匝；初級繞組則用0.51.0mm的漆包線繞240370匝。        2.閉磁路點火線圈

19、       近年來，在汽車的電子點火系統(tǒng)中，采用了能量轉(zhuǎn)換效率較高的閉磁路點火線圈。與傳統(tǒng)點火線圈相比，其鐵心為一帶有小氣隙的“口”或“曰”字的形狀。初級繞組在鐵心中產(chǎn)生的磁通通過鐵心形成閉合磁路，減少了漏磁損失，所以轉(zhuǎn)換效率較高，可達75。另外，閉磁路點火線圈還具有體積小、質(zhì)量輕、對無線電的干擾小等優(yōu)點。6.2火花塞        火花塞的功用是將點火線圈或磁電機產(chǎn)生的脈沖高壓電引入燃燒室，并在其兩個電極之間產(chǎn)生電火花，以點燃可燃混合氣。火花塞中心電極與側(cè)電極之間的間隙，

20、稱為火花塞間隙?；鸹ㄈg隙對火花塞及發(fā)動機的工作性能均有很大影響。間隙過小，火花微弱，并容易產(chǎn)生積炭而漏電；間隙過大，火花塞擊穿電壓增高，發(fā)動機不易起動，且在高速時容易發(fā)生“缺火”現(xiàn)象。因此，火花塞間隙的大小應適當。在傳統(tǒng)點火系統(tǒng)中，火花塞間隙一般為0.60.7mm，但若采用電子點火時，則間隙增大到1.01.2mm?；鸹ㄈg隙的調(diào)整可扳動側(cè)電極來實現(xiàn)。   發(fā)動機工作時火花塞絕緣體裙部的溫度若保持在500600，落在絕緣體裙部的油粒能立即被燒掉，不容易產(chǎn)生積炭。這個溫度稱為火花塞的自凈溫度。若裙部溫度低于自凈溫度，落在絕緣體裙部的油粒不能立即燒掉，形成積炭而漏電，將使火花塞

21、間隙不能跳火或火花微弱。若裙部溫度過高超過800900時，當混合氣與熾熱的絕緣體接觸時，可能在火花塞間隙跳火之前自行著火，稱為熾熱點火。熾熱點火將使發(fā)動機出現(xiàn)早燃、爆燃、化油器回火等不正?，F(xiàn)象。因此，無論哪一種類型的發(fā)動機，在發(fā)動機工作時，火花塞裙部的溫度都應該保持在自凈溫度的范圍內(nèi)。但是，各種發(fā)動機氣缸內(nèi)的燃燒狀況是不同的，所以氣缸內(nèi)的溫度也不盡相同，這就要求配用不同熱特性的火花塞?；鸹ㄈ臒崽匦灾饕獩Q定于絕緣體裙部的長度。不同的發(fā)動機，當氣缸內(nèi)溫度及溫度分布狀況相同時，火花塞絕緣體裙部越長，其受熱面積越大，且傳熱距離越長，散熱困難，火花塞裙部的溫度越高，這種火花塞稱為“熱型”火花塞，它適用于低速、低壓縮比的小功率發(fā)動機。