汽车电器设备教学课件PPT点火系 上.ppt

汽车电器设备,点火系统,点火系,第一节概述第二节点火系的工作原理第三节点火系的构造第四节电磁感应式电子点火系第五节霍尔效应式电子点火系第六节光电式电子点火系第七节电容储能式电子点火系第八节点火系的故障诊断与维修第九节点火系的使用与维护第十节计算机控制点火系（本节留待电控课讲）,第四章点火系,点火系是汽油发动机正常工作所必需的电器系统之一，对本章内容来说，在学习了解传统点火系的分电器、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。,第一节概述,一、点火系的作用二、发动机对点火系的要求三、点火系的分类,一、点火系的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。,第一节概述,二、发动机对点火系的要求1.点火装置应能产生足以击穿火花塞间隙的高压电（正常工作时一般为10KV，低温起动时一般需要19KV以上），一般最高电压达2030KV。2.电火花应具有足够的点火能量，一般发动机正常工作时需0.010.05J，低温起动时需0.10J。3.能根据发动机工况的变化提供最佳的点火时刻，以使发动机产生最大的功率（包括点火顺序和点火时机）。为了保证在上止点后6-10曲轴转角时气缸中出现最高压力，点火提前角应能随曲轴转速和发动机负荷变化。4.在特殊使用条件下(热带、寒带、潮湿及空气稀薄地区)行驶时，点火系统必须可靠地工作。,第一节概述,第一节概述,三、点火系的分类1.按点火系储存能量的方式分（1）电感储能式（点火能量以磁场能形式储存在点火线圈中）。（2）电容储能式（点火能量以电场能的形式储存在储能电容中）。2.按点火信号发生器的原理分（1）磁感应式（如日本丰田车系）（2）霍尔效应式（如德国大众车系）（3）光电式（如日本日产车系）。,第一节概述,三、点火系的分类3.按初级电路控制方式分（1）传统点火系蓄电池点火系。（2）电子点火系应用于化油器式发动机。（3）计算机控制点火系广泛应用于电控发动机的点火系。4.按高压电的配电方式分（1）机械配电点火系（有分电器）。（2）计算机配电点火系（无分电器）。说明：电感储能式中电磁感应式和霍尔效应式应用广泛。有分电器点火系在中低档车中应用广泛，无分电器点火系在中高档车中应用广泛。,1.组成：汽车用汽油发动机中，点火系一般是由电源(蓄电池或发电机)、点火开关、点火线圈、分电器、点火控制器、火花塞、高压线等部件组成。,第二节点火系的工作原理,一、点火系的组成及功用,2.功用(1)电源(2)点火开关(3)点火线圈(4)分电器(5)点火控制器(6)火花塞(7)高压线,第二节点火系的工作原理,一、点火系的组成及功用,1.结构图,第二节点火系的工作原理,2.工作原理,第二节点火系的工作原理,初级电流一般为7-8A，初级电压为12V，点火时，初级自感电动势为200-300V，次级电压一般为30KV。,第二节点火系的工作原理,第二节点火系的工作原理,第三节点火系的构造,主要总成(1)分电器(2)点火控制器(3)点火线圈(4)火花塞,第三节点火系的构造,一、分电器分电器是由配电器、信号发生器和机械式点火提前角调整机构组成。,第三节点火系的构造,一、分电器1.配电器（1）组成：配电器盖和分火头（2）作用：按发动机的点火顺序，将高压电分配到各缸火花塞上。（3）结构：1）分电器盖：由耐高温、高压的胶木制成，上有中央高压线插孔、分缸高压线插孔、炭柱、弹簧等。2）分火头：绝缘体和导电片。导电片距旁电极间有0.2-0.8mm间隙,第三节点火系的构造,一、分电器2.信号发生器（1）类型：电磁感应式、霍尔式及光电式（2）作用：以电磁感应式为例。当分电器轴转动时，带动转子旋转，这样在信号发生器的感应线圈中便产生电磁脉冲信号，此信号传送给点火控制器。（3）说明：关于三种信号发生器结构、原理等内容将在后面的几节中详细介绍。,第三节点火系的构造,3.机械式点火提前角调节机构（1）点火提前角：从开始点火到活塞到达上止点这段时间，用曲轴转角来表示，这个曲轴转角称为点火提前角。或者说，在活塞到达上止点前，提前点火的时间用曲轴转角来表示，这个曲轴转角称为点火提前角。（2）对点火时刻要求：实践证明，气缸内气体最高压力出现在活塞到达上止点后10-15时，发动机的功率最大，热能利用率最高。所以，最佳点火时刻是在活塞到达上止点前的某一时刻。,第三节点火系的构造,3.机械式点火提前角调节机构（3）影响可燃混合气燃烧速度的因素1）当气缸内的温度、压力高时，混合气燃烧速度就快，点火提前角就应该小。2）当转速一定时，随着负荷的增大，进入气缸的可燃混合气的增多，压缩终止时的压力和温度增高，燃烧速度加快，点火提前角应适当减小；反之，发动机负荷减少时，点火提前角应当增大。3）当负荷一定，发动机转速升高时，相同时间内曲轴将转过较大的转角，应适当增大点火提前角。否则，点火过晚，燃烧会延续到做功过程的后期，燃烧热能利用率低，使发动机功率下降。因此点火提前角应随发动机转速的提高而增大。,第三节点火系的构造,（4）离心式调节器1)作用：随转速变化改变提前角大小。转速高，点火应早，但此时混合气压力和温度高，扰流能力增强，燃烧速度快。故低速时提前角增量应大，高速时增量应小。2)结构：两块离心块，两只弹簧，与凸轮相连的拨板，托板等。,3)工作过程：4)特点：低速时只细簧工作，调整量大，高速时粗簧也工作，刚度大，调整量小。,3.机械式点火提前角调节机构,离心式点火调节器,第三节点火系的构造,第三节点火系的构造,（5）真空式调节器1)作用：随发动机负荷变化改变点火提前角。负荷增大时，减小提前角；反之增加提前角。2)结构：外壳、膜片、弹簧、拉杆和真空管等。,3.机械式点火提前角调节机构,3)工作过程：发动机负荷小时，节气门开度也小，节气门下方及管道的真空度增大，真空吸力吸引膜片向右弯曲，通过拉杆拉动活动板(信号发生器的信号线圈位于活动板上)逆着分电器轴旋转的方向相对转子转动一个角度，实现提前点火，即点火提前角增大。反之，当负荷增大时，点火提前角减小。,第三节点火系的构造,4)特殊工况控制：发动机起动或怠速时，虽燃烧速度慢，但因转速低，燃烧时间只占很小的曲轴转角，若过早点火，可能会造成曲轴反转现象，此时点火提前角应很小或为零。为此，真空管接自节气门的上方，起动时此处真空度几乎为零。,真空孔开在节气门轴的上方,真空式点火调节器,第三节点火系的构造,第三节点火系的构造,作用：是控制点火系初级电路的导通与截止，内部为集成电路，全密封结构，其外形如图所示。,二、点火控制器,第三节点火系的构造,三、点火线圈的构造分类 1)按有无附加电阻分：带附加电阻型和不带附加电阻型 2)按接线柱数量不同分：两柱式和三柱式 3)按性能分：普通点火线圈和高能点火线圈 4)按磁路结构分：开磁路和闭磁路点火线圈,第三节点火系的构造,三、点火线圈的构造1.开磁路点火线圈（1）构造：初级绕组(0.5-1.0高强度漆包线200匝）、次级绕组（0.06-0.10mm漆包线2万匝）、铁芯接线柱、附加电阻、中央高压线插孔、导磁钢套、胶木盖等,(2)作用：将电源电压变为15-20KV高电压(3)原理：与自耦变压器类似,第三节点火系的构造,第三节点火系的构造,点火线圈的构造,（4）附加电阻的作用 1)材料：用低碳钢制成(热敏电阻)2)特点：阻值随温度上升而增加。20时电阻为1.27-1.7 3)位置：点火开关与点火线圈之间 4)作用：改善点火性能。低速时通电时间长，阻值增大，限制电流，防止线圈过热 高速时通电时间短，阻值减小，保证电流，防止缺火5)两柱式点火线圈一般用附加电阻线，直接连接点火开关和点火线圈,第三节点火系的构造,第三节点火系的构造,点火线圈的附加电阻,2.闭磁路点火线圈(1)结构：用带气隙的“日”形或“口”形铁芯。初级绕组230-370匝，0.5-1.0mm漆包线绕制，次级绕组11000-26000匝，0.06-0.10mm漆包线绕制。(2)特点：漏磁小，转换效率高(从60%提到70%)，无外壳，无绝缘盖，故易散热、结构简单、体积小、质量轻。,第三节点火系的构造,四、火花塞作用：将点火线圈产生的高压电引入燃烧室，并在其电极间产生电火花，点燃混合气,第三节点火系的构造,第三节点火系的构造,1.火花塞的结构：(1)组成：壳体、金属杆、绝缘体、中央电极、侧电极和垫片。(2)电极间隙：指的是中心电极与侧电极之间的间隙。电极间隙过小：火花微弱，并且容易因产生积炭而漏电；电极间隙过大：所需的击穿电压增高，发动机不易起动，且在高速时易发生“缺火。一般的电极间隙为：0.60.8,现代的汽车甚至采用1.01.2，可以改善排气净化。,2.火花塞的热特性：(1)热特性概念：火花塞瓷绝缘体裙部的炽热端的热量向发动机冷却系散发的性能。(2)自洁温度：500-600 过低易产生积炭而造成火花塞漏电；过高会引起可燃混合气自燃、爆震燃烧，甚至点燃进气冲程的可燃混合气而产生回火现象，造成发动机输出功率下降，甚至造成活塞顶烧熔。,第三节点火系的构造,(3)分类：A.热型火花塞绝缘体裙部长(16-20mm)，适于低速、低压缩比的小功率发动机 B.标准型火花塞绝缘体裙部长度为11-14mm C.冷型火花塞绝缘体裙部短(8mm)，适于高速高压大功率发动机,第三节点火系的构造,3.火花塞的类型(1)标准型火花塞 其绝缘体裙部略缩人壳体端面，侧电极在壳体端面以外，使用最广泛的一种。(2)绝缘体突出型火花塞 其绝缘体裙部较长，突出于壳体端面以外。它具有吸收热量大，抗污能力好的优点，且能直接受到进气的冷却而降低温度，因而也不易引起炽热点火，故热适应范围宽。(3)细电极型火花塞 其电极很细，火花强烈，点火能力好，在严寒季节也能保证发动机迅速可靠地起动。热适应范围较宽，能满足多种用途。(4)锥座型火花塞 其壳体和旋人螺纹制成锥形，因此不用垫圈也可保证良好密封，从而缩小了火花塞体积，对发动机的设计更为有利。,第三节点火系的构造,3.火花塞的类型(5)多电极型火花塞 侧电极一般为两个或两个以上，优点是点火可靠，间隙不需经常调整，故在电极容易烧蚀和火花间隙不能经常调整的一些汽油机上常常被利用到。(6)沿面跳火型火花塞 即沿面间隙型火花塞，是一种最冷型火花塞，其中心电极与壳体端面之间的间隙是同心的。它必须与点火能量大、电压上升率快的电容储能式电子点火系统配合使用，可避免火花塞“炽热点火”和电极“跨连”现象，在油污情况下也能正常点火。缺点是可燃气体不易接近电极，故在稀混合气情况下，不能充分发挥汽油机的功能。另外由于点火能量增大，中心电极容易烧蚀。,第三节点火系的构造,3.火花塞的类型(7)电阻型火花塞 电阻型火花塞是在火花塞内装有510k的电阻，可抑制点火系的电磁干扰。(8)屏蔽型火花塞 屏蔽型火花塞是利用金属壳体把整个火花塞屏蔽密封起来，不仅可抑制电磁干扰，还可用于防水、防爆的场合。,第三节点火系的构造,第三节点火系的构造,火花塞,4.火花塞的规格型号：1)汉语拼音字母表示结构类型和主要尺寸(见P75表4-1)2)阿拉伯数字表示热值，自热至冷：1，2，3，4表示 3)汉语拼音字母表示的火花塞派生产品、结构特性、发火端特性、材料特性、技术需求。无字母者为普通型火花塞。,第三节点火系的构造,本次课程结束,同学们再见！,电磁感应式电子点火系又称为磁脉冲式电子点火系。日本丰田汽车公司的大部分汽车都使用这种点火装置，国产的北京切诺基、解放CAl092、东风EQl090等多数汽车也使用这种点火装置，属于电感储能式电子点火系。,第四节电磁感应式电子点火系,一、丰田(TOYOTA)汽车20R型发动机的点火装置 组成：信号发生器、点火控制器、点火线圈、分电器和火花塞等1.信号发生器（1）功用：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。（2）结构：信号发生器在分电器内，主要由转子、感应线圈和永久磁铁等组成。,第四节电磁感应式电子点火系,一、丰田(TOYOTA)汽车20R型发动机的点火装置（2）结构：信号发生器的转子是由分电器轴带动的，转子上的凸齿数与发动机的气缸数相等。（3）工作原理：磁路为永久磁铁N极空气气隙转子空气气隙铁心永久磁铁S极。当发动工作时，分电器轴带动信号发生器的转子旋转，使转子与铁心之间的空气气隙发生有规律的变化，因此穿过感应线圈的磁通量也发生变化，从而在感应线圈中产生感应电动势。,第四节电磁感应式电子点火系,原理：感应信号的大小与磁通变化率成正比，感应信号波形频率与分电器轴转速成正比，故可作为点火触发信号，其频率可作发动机转速信号。,第四节电磁感应式电子点火系,第四节电磁感应式电子点火系,1）当转子中的凸齿逐渐接近铁心时，磁通量逐渐增加，感应电势变化如图所示。2)当转子凸齿与铁心对正时，穿过感应线圈的磁通量最大，此时感应线圈的感应电势为0；3)当转子的凸齿离开铁心时，磁通量逐渐减小，感应电势变化如图所示。4)电动势由正脉冲转为负脉冲的过零点即触发点火信号（相当于触点断开）。,5)可见，转子每转过一个凸齿，感应线圈中的感应电动势正好变化一个周期，即转子每转90产生一个交变信号，转子每转一周，便产生四个交变信号，该信号输出给点火控制器，通过点火控制器来控制点火系的工作。(4)特点：发动机转速升高时，磁通变化率增大，感应电动势峰值也将增大。,第四节电磁感应式电子点火系,磁感应式信号发生器原理,第四节电磁感应式电子点火系,第四节电磁感应式电子点火系,(1)电路特点：VT1接成二极管，主要起温度补偿作用；VT2为触发管，起整形作用；VT3、VT4起放大作用；VT5为功放开关管；VD1、VD2高速限幅保护VT2；C1消除信号“毛刺”防误触发。,2.点火系的工作过程,第四节电磁感应式电子点火系,(2)工作原理：1）传感器无信号时，P点电位高，VT2导通，VT5亦导通。2）传感器输出“+”信号时，VT5导通。3）传感器输出“-”信号时，VT5截止，点火线圈产生高压电。,第四节电磁感应式电子点火系,3电路中其他元件的作用原理(1)VT1的温度补偿作用：VT1在电路中等效于二极管，利用VT1与VT2的型号相同、温度系数相同的特点，可对电路进行温度补偿。若没有温度补偿作用，当温度升高时，VT2的开启电压降低，使VT2提前导通而截止滞后，从而导致点火滞后。将VT1与VT2并联后，温度升高时，由于VT1压降降低，使P点电位下降，则正好补偿了温度升高对VT2的影响，使VT2的导通和截止时间与常温时相同。(2)稳压管VS1、VS2的作用：VS1和VS2反向串联，并与信号发生器的感应线圈并联，其作用是“削平”在高速时感应线圈所产生的大信号波峰，保护VT1、VT2不受损害。,第四节电磁感应式电子点火系,3电路中其他元件的作用原理(3)稳压管VS3、VS4的作用：VS3的作用是稳定VT1和VT2的电源电压，VS4作用是保护VT5。(4)电容器C1和C2的作用：C1与信号发生器的感应线圈并联，可以保证信号电压平滑稳定，使点火时间准确无误，C2的作用是吸收瞬时过电压，保护VT1和VT2。(5)电阻R3的作用：电阻R3是正反馈电阻，可加速VT2、VT5翻转。,第四节电磁感应式电子点火系,磁感应式电子点火系,第四节电磁感应式电子点火系,磁感应式电子点火系,第四节电磁感应式电子点火系,磁感应式电子点火系原理,第四节电磁感应式电子点火系,二、解放CA1092型汽车点火装置特点：也是采用的电磁感应式晶体管点火装置，分电器是无触点分电器(内部仍保留传统的配电器、机械式点火提前角调节机构)，用信号发生器代替了原CA141的断电器，点火线圈为专用的JDQl72型高能点火线圈。,第四节电磁感应式电子点火系,1.信号发生器（位于分电器内）（1）分电器的结构（2）信号发生器的结构信号转子由分电器轴带动，随着发动机的工作而不停地转动，定子固定在分电器壳体内，在它上面装有永久磁铁，而在永久磁铁上面有感应线圈，定子和转子均有与气缸数相等的六个凸齿，信号发生器的磁路为：永久磁铁N极定子定子凸齿与转子凸齿之间的空气气隙转子感应线圈铁心(分电器轴)导磁板永久磁铁S极。,二、解放CA1092型汽车点火装置,第四节电磁感应式电子点火系,1.信号发生器（位于分电器内）（3）工作过程：当转子由分电器轴带动旋转时，转子凸齿与定子凸齿间的气隙将发生周期性的变化，使穿过感应线圈的磁通量也发生周期性的变化，于是在感应线圈中便会产生感应电动势。1）转子转动时，当转子凸齿与定子凸齿对正时，磁阻最小，磁通量最大，磁通量变化率为0，则感应线圈产生的电动势为0；2）当转子凸齿在定子两个凸齿正中间时，磁阻最大，磁通量最小，磁通量变化率为0，则感应线圈产生的电动势为0；,二、解放CA1092型汽车点火装置,第四节电磁感应式电子点火系,1.信号发生器（位于分电器内）（3）工作过程：3）当转子旋转到接近或离开定子凸齿的某一位置时，感应线圈的磁通量增大或减小，但由于此时的磁通量变化率为正、负最大，故感应线圈的感应电动势也为正、负最大。4）由此可见，每当转子旋转一周，便可从感应线圈两端输出六个交变电压波形。在实际工作中，只需感应线圈输出信号的正、负向电压信号的最大值，以此作为点火控制器的输入信号，从而控制点火系初级电路的导通与截止。,二、解放CA1092型汽车点火装置,第四节电磁感应式电子点火系,2.点火控制器 解放CAl092型汽车使用的点火控制器是引进美国摩托罗拉(Motorola)公司生产的6TS2107型点火控制器，采用厚膜混合电路技术制造，全密封的结构，底板为铝质散热板，用两个螺钉固定在点火线圈支架上，该点火控制哭喊具有恒能控制、停车断电控制和低速推迟点火等功能。,二、解放CA1092型汽车点火装置,第四节电磁感应式电子点火系,3.工作过程(1)接通点火开关，点火控制器中晶体管VT截止，点火线圈的初级绕组内无电流流过，这样可防止因点火开关未切断而使蓄电池通过点火线圈的初级绕组进行放电，这是点火控制器的停车断电保护功能。(2)发动机起动后，当信号发生器输出负向电压信号时(端子2为“”，端子3为“+”)，VT导通，点火系的初级电路导通。此时，初级电流为：蓄电池正极点火开关点火线圈初级绕组VT电阻R13搭铁。,二、解放CA1092型汽车点火装置,第四节电磁感应式电子点火系,3.工作过程(3)当信号发生器输出正向电压信号时(端子2为“+”，端子3为“”)，VT截止，点火系的初级电路截止，次级绕组产生高压电。4）高压电由分电器分配给各缸火花塞，火花塞跳火，点燃混合气。,二、解放CA1092型汽车点火装置,第五节霍尔效应式电子点火系,霍尔效应式电子点火系其信号发生器是利用霍尔效应制成的。目前国产的桑塔纳、奥迪、捷达、红旗等轿车的点火系均采用这种点火装置。下面以桑塔纳轿车为例说明霍尔效应式电子点火系的工作原理。,1.霍尔效应原理：当电流I 通过放在磁场中的半导体基片（霍尔元件）且电流方向和磁场方向垂直时，则在垂直于电流和磁场的方向上产生一电压UH,称为霍尔电压，即点火信号电压。,式中：RH霍尔系数 d基片厚度 I电流 B-磁感应强度,第五节霍尔效应式电子点火系,一、霍尔信号发生器,规律：霍尔电压与通过霍尔元件的电流及磁感应强度成正比。当电流为定值时，霍尔电压只与磁感应强度成正比，利用这一效应制成了霍尔信号发生器。,2.霍尔信号发生器的结构与原理桑塔纳轿车使用的带有霍尔信号发生器的分电器：霍尔信号发生器位于分电器内。,第五节霍尔效应式电子点火系,一、霍尔信号发生器,2.霍尔信号发生器的结构与原理（1）霍尔信号发生器结构主要由触发叶轮、永久磁铁、霍尔元件等组成。触发叶轮与分火头制成一体，由分电器轴带动，且触发叶轮的叶片数与发动机的气缸数相等。,第五节霍尔效应式电子点火系,一、霍尔信号发生器,(2)霍尔传感器原理：信号转子上的叶片数目等于缸数，叶片转离磁铁时，磁场就通过霍尔元件，会产生20mv左右的霍尔电压，当叶片转到磁铁与霍尔元件之间时，磁场不通过霍尔元件，则不产生霍尔电压，当分电器轴带动叶片旋转一周时，霍尔元件就会产生与缸数相同的电脉冲信号。,第五节霍尔效应式电子点火系,第五节霍尔效应式电子点火系,(3)工作过程：每当触发叶轮的叶片进入磁铁和霍尔元件之间的空气隙时，霍尔元件的磁路被叶片旁路，霍尔元件不产生霍尔电压，霍尔集成电路输出级的晶体管处于截止状态，其集电极为高电位（1112V）输出信号；当叶片离开此气隙时，磁铁的磁力线则垂直进入霍尔元件，在霍尔元件中便产生霍尔电压，霍尔集成电路输出级的晶体管处于导通状态，其集电极为低电位（0.3-0.4V）输出信号。故触发叶轮每转一周，霍尔信号发生器便可产生四个脉冲信号，将此信号输送给点火控制器便可实现对点火系的控制。(4)优点：由于霍尔脉冲传感器输出的脉冲电压幅值不受发动机转速的影响，且具有静态下感受磁场力的能力，所以性能稳定，可靠性高。,