汽车电器与电子设备.ppt

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1、第一章 蓄电池,蓄电池的功用,汽车上蓄电池与发电机并联，共同向用电设备供电。蓄电池的作用：（1）发电机起动时，向发电机和点火系统供电。（2）发电机不发电或电压较低的情况下向用电设备供电。（3）当用电设备同时接入较多、发电机超载时，协助发电机供电。（4）蓄电池存电不足，而发电机负载又小时，它可将发电机的电能转变为化学能储存起来（充电）。,1.1 蓄电池的构造与型号,蓄电池由若干个单格电池串联而成。单格电池：电压2V、一个单格。组成：极板组、隔板、壳体、电解液、铅连接条、极柱等。其结构如图1-1。,1.1.1 极板组,1、正极板：活性物质（二氧化铅PbO2）呈深棕色，厚度2.2mm2、负极板：活性

2、物质（海绵状纯铅Pb）呈青灰色，厚度1.8mm 负极板比正极板多一片,1.1.3 壳体,隔开正负极板特性：多孔性、以便电解液渗透、耐酸、抗氧化。材料：微孔橡胶、微孔塑料、木质、玻璃纤维、纸板。,1.1.2 隔板,用来盛放电解液和极板组。早期：硬橡胶 现在：工程塑料（聚丙稀塑料）底部：突起肋条（搁置极板、积存脱落的活性物质、防极板短路）加液孔、螺塞（通气孔）。,1.1.4 联条,单格电池的串联方法：内部穿壁式连接：在间壁上打孔穿越 传统外露式铅连接条连接：早期,1.1.6 电解液,纯硫酸（相对密度为1.84）+蒸馏水 比重一般为1.24-1.30 冬季比重大，减少结冰的危险,蓄电池的规格型号,1

3、单格数2用途 Q起动型3极板类型420h放电率的额定容量5特殊性能 3Q75,1,2,3,4,5,1.2 蓄电池的工作原理,蓄电池的充、放电过程是一种可逆式电化学反应。一、铅蓄电池的放电过程（化学能电能）PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 化学反应过程见图1-3a所示二、铅蓄电池的充电过程（电能化学能）2PbSO4+2H2O PbO2+Pb+2H2SO4 化学反应过程见图1-3b所示,1.2.1 放电过程,正极板PbO2+2H2SO4Pb+2SO4-+2H2O Pb+2e Pb+（接通电路）Pb+SO4-PbSO4负极板 Pb Pb+2e Pb+SO4-PbSO4（接通电路）

4、,PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,1.2.2 充电过程,正极板 PbSO4 Pb+SO4-Pb+-2e Pb+Pb+2SO4-PbSO4 PbSO4+2H2O PbO2+2H2SO4负极板 PbSO4 Pb+SO4-Pb+2e Pb,2PbSO4+2H2O PbO2+Pb+2H2SO4,1.3 蓄电池的工作特性,1.3.1 电动势和内阻静止电动势蓄电池内部工作物质的运动处于暂时的平衡状态时，蓄电池的电动势。Ej=0.84+1515=t+0.00075(t-15)t：t 时电解液的比重,1.3.2 蓄电池的充电特性,恒流充电特性曲线见图1-5 充电开始：铅蓄电池的电动势和端

5、电压上升到，就会产生气泡。当上升到2.7V时，不再上升，硫酸增多，电解液密度增大。当上升到2.7V，活性物质已基本还原为PbO2和Pb。电解液“沸腾”“氢气和氧气”,判断蓄电池充足电的现象,端电压上升到最大值，且两小时内不再增加；电解液比重上升到最大值，且两小时内不再增加；蓄电池激烈地放出大量气泡，电解液沸腾。,1.3.3 蓄电池的放电特性,恒流放电特性曲线见图1-6放电开始：端电压Uf从2.11V2V快，电解液密度下降快。放电中期：Uf从2V 1.85V时间长，电解液密度下降慢。放电终期：Uf从1.85V 1.75V下降快。,1.4 蓄电池容量,蓄电池容量在放电允许的范围内输出的电量。Q=I

6、f*tf If:放电电流 A tf:放电持续时间 h与放电电流的大小及电解液的温度有关标称容量在一定的放电电流、一定的终止电压和一定的电解液温度下测得。标称容量有两种：额定容量、起动容量,1.4.1 额定容量,即设计容量指完全充足电的蓄电池，在30时，以20h放电率的放电电流连续放电至单格电压降至1.75V时所输出的电量。Q20 Ah20h放电率的放电电流0.05Qe以3-Q-90为例说明如何检验蓄电池的质量？,1.4.2 起动容量,表征蓄电池在发动机起动时的供电能力，由于起动容量受温度影响很大，分为常温和低温两种。常温：30、3Qe电流、1.5V、持续时间应在5min以上低温：-18、3Qe

7、电流、1V、持续时间应在2.5min以上如何检验蓄电池的起动容量？,储备容量,蓄电池在25的条件下，以25A恒流放电至单格电压下降到1.75V时的放电时间。单位min。表达了在汽车充电系统失效的情况下，蓄电池能为照明和点火系统等用电设备提供25A恒流的能力仅靠蓄电池供电时，汽车所能运行的时间。,1.4.3 影响蓄电池容量的因素,（一）产品结构因素极板的表面积越大、片数越多参加反应的活性物质越多容量越大极板越薄电解液向极板内部的渗透越容易活性物质的利用率越高容量越大,1.4.3 影响蓄电池容量的因素,（二）使用条件1、放电电流的影响：放电电流大，Uf 下降快，容量小。接通起动机的时间不超过5s，

8、两次起动时间要相隔15s以上。,1.4.3 影响蓄电池容量的因素,2、电解液温度的影响：温度降低，容量减小。3、电解液比重的影响：提高容量提高 过高容量减小实践证明：电解液比重较低时，有利于提高放电电流和容量,1.5 蓄电池的故障及其排除,外部故障 壳体或盖子裂纹、封口胶干裂、极桩松动或腐蚀等内部故障 极板硫化、自行放电、极板短路、活性物质脱落,1.5.1 极板硫化,蓄电池长期充电不足或放电后长时间放置未充电，极板上逐渐生成一层白色粗晶粒的PbSO4，在正常充电时，不能正常转化成PbO2和海绵状Pb，这种现象称“硫酸铅硬化”（硫化、白霜）。现象：“一充就热，稍放便无”,1.5.1 极板硫化,产

9、生硫化的原因：蓄电池长期充电不足或放电后未及时充电，当温度变化时，硫酸铅发生再结晶的结果。电池内液面太低，使极板上部与空气接触而强烈氧化（主要是负极板）。电解液比重过高或不纯，外部气温剧烈变化时也将促进硫化。,1.5.1 极板硫化,产生硫化的原因：长期过量放电或小电流深度放电，使极板深处活性物质的孔隙内生成PbSO4，平时充电不易恢复。新蓄电池初充电不彻底，活性物质未得到充分还原。补救办法,1.5.2 自行放电,充足电的蓄电池，放置不用会逐渐失去电量，这种现象为“自行放电”。（1）正负极板上活性物质自发溶解和还原而成为PbSO4。（2）极板上活性物质与栅架材料不同，形成局部电池“自放电”。（3

10、）蓄电池长期放置不用，硫酸下沉，造成电解液上部、下部的浓度差异（上小下大），使同一块极板的上、下部分形成电位差而造成自放电。（4）电解液含杂质过多。（5）蓄电池内部短路。（6）蓄电池盖上洒有电解液。,1.5.3 极板短路,原因：隔板破损使正、负极板直接接触；活性物质大量脱落，沉积后将正、负极板连通；极板组弯曲；导电物体落入池内。补救：更换破损的隔板；消除沉积的活性物质；校正或更换弯曲的极板组等。,1.5.4 活性物质脱落,原因：正极板放电过程中，电解液比重大，或低温大电流放电；负极板大电流过充电；行驶中的颠簸振动。,初充电,初充电：新蓄电池或修复后的使用之前的首次充电目的：在于恢复蓄电池在存放

11、期间，极板上部分活性物质缓慢硫化和自放电而失去的电量。特点：充电电流小，充电时间长。蓄电池充电规范见表1-6 注入电解液后静置3-6h，第二阶段将充电电流减半。,补充充电,一般每月一次（1）当电解液相对密度降到1.15以下时；（2）冬天放电超过25%，夏天放电超过50%；（3）灯光比平时暗淡；（4）单格电池电压降到1.7V以下；（5）充电后，两个月未使用。充电总时间13-16h,3、预防硫化过充电：平时充电电流将电池充足，中断1h，再用1/2电流充至“沸腾”，重复几次，至到刚接入，就“沸腾”。4、锻炼循环充电：每3月一次，在电池正常充足后，用20h放电率放完后，再正常充电后送出使用。,1.6.

12、2 充电方法,1、定电流充电充电电流保持一定不论6V、12V都可串联在一起。适用于：初充电、去硫化充电,2、定电压充电 电源电压U保持不变 充电开始时，电流很大，逐渐减小，充电终了，自动降为0。充电时间短，不能调整充电电流的大小。适用于：补充充电,3、脉冲快速充电,充电设备：可控硅调压充电机 初充电 5h 补充充电,3、脉冲快速充电,极化在充电后期化学反应过程中，电池两极之间的电位差会高于两极活性物质的平衡电极电位（每单格2.1V）。产生极化的原因：欧姆极化：由内阻产生的电压降浓差极化电化学极化,3、脉冲快速充电,充电电流i:随时间按指数曲线而衰减 i=I0e-xtI0：t=0时，蓄电池能接受

13、的充电电流最大值x：衰变率常数 x=I0/Q,过程：正脉冲充电前停充负脉冲瞬间放电后停充再正脉冲充电前、后停充：消除欧姆极化负脉冲瞬间放电：消除电化学极化、浓差极化,脉冲快速充电的电流波形,怎样正确维护和使用蓄电池？,要经常保持蓄电池的外部清洁，以防间接短路和电极接线柱腐蚀。要经常检查蓄电池在车上的安装是否牢靠，电极接线柱与接线头的连接是否紧固，为防治接线柱氧化，通常应涂以保护剂（比如黄油）。定期检查和调整各单格内电解液液面高度。液面高度在任何时候均应超出极板上缘10-15mm，不允许极板露出液面，以防极板硫化。当电解液因蒸发而减少时，应加注一定量的蒸馏水。,怎样正确维护和使用蓄电池？,根据不

14、同季节及时间调整电解液密度。冬季补加蒸馏水时，只能在电池充电前进行。要经常检查加液孔盖是否拧紧，通气孔是否畅通。使用起动机时，每次起动时间不超过5s，两次起动之间的时间间隔应大于15s。对于车上使用的蓄电池，每月应拆下来进行一次补充充电，新、旧蓄电池不允许混装使用。,第二章 交流发电机及调节器,2.1交流发电机的构造,三相同步交流发电机+整流器（六只硅二极管构成三相桥式全波整流器）2.1.1 转子产生磁场 两块爪极+磁场绕组+滑环+轴2.1.2 定子产生感应电动势，即产生交流电 定子铁芯+三相定子绕组相临两相间绕组线圈的起端（或末端）相临两个槽（或8个槽），即三相绕组的各起端A、B、C分别放入

15、1、3、5槽（或1、9、17槽）。即能保证三相绕组相临之间相差120电角度。,三相绕组的连接方法,星形接法（Y）大多采用,三角形接法（）,2.1.3 整流器 作用：将发电机定子绕组产生的三相交流电变换为直流电。组成：六只硅二极管 负极管系：压装在发电机后端盖上，引线为负极，外壳为负极。正极管系：压装在散热板上，引线为正极，元件板为正极。,2.1.4 端盖和电刷总成电刷总成：两只电刷+电刷弹簧+电刷架端盖：铝合金（非导磁性材料）内搭铁：两电刷引线中一根与磁场接线柱“F”相连；另一根接搭铁“-”。外搭铁：两只电刷均与发电机绝缘,2.2 交流发电机的工作原理,2.2.1 发电原理三相绕组中电动势的瞬

16、时值方程式为：频率相同，幅值相等，相位差120电角度。,2.2.2 整流过程,发电机输出直流的平均值 U=1.35UUV=2.34U UUV：线电压有效值 U：相电压有效值 2.2.3 激磁方式,1他激在发动机起动期间，需要蓄电池供给发电机磁场电流生磁使发电机发电。这种供给磁场电流的方式称为他激发电。2自激 随着转速的提高，发电机的电动势逐渐升高并能对外输出，一般在发动机怠速时发电机就能对外供电了，当发电机能对外供电时，就可以把自身发的电供给磁场绕组生磁发电，这种供给磁场电流的方式称为自激。由于在发动机转速低时交流发电机不能自激发电，所以低速时采取他激发电，当发动机达到正常怠速转速时，发电机的

17、输出电压一般高出蓄电池电压12V以便对蓄电池充电，此时，由发电机自激发电。,2.3 交流发电机的特性,2.3.1 输出特性发电机输出电压U=常数时，发电机的输出电流与转速之间的关系。n1：空载转速n2：满载转速,2.3.2 空载特征发电机空载时（I=0），发电机电压与转速之间的关系 U=f(n),2.3.3 外特征 转速一定时，发电机的端电压与输出电流的关系。结论：随着输出电流的增加，发电机端电压下降较大。,2.4 电压调节器,作用在发电机转速变化时，控制发电机电压保持恒定，防止电压过高而损坏用电设备。,2.4.1 电磁振动式调节器 利用触点的开闭，使激磁电路中串入或隔除附加电阻R1来调节激磁

18、电流，从而达到自动稳定发电机输出电压的目的。,双级式电压调节器1）n n3：K1打开、K2闭合,2.4.2 电子电压调节器,优点：（1）结构简单，工作可靠，故障少。（2）使用中无需维修。（3）能适应大功率发电机的需求。（4）工作中不会产生火花，无线电干扰小。,2.7 交流发电机充电系的故障判断,（一）不充电本质：发电机不发电或充电线路有断路故障（二）充电电流过小本质：发电机输出功率不足或输出电压偏低（三）充电电流过大本质：发电机输出电压偏高,（四）充电电流不稳本质：发电机输出电压不稳定或充电线路接触不良（五）交流发电机有异响本质：发电机及零部件异常振动产生噪声,交流发电机充电系的过电压保护装置

19、,过电压的产生1.非瞬变性过电压：调节器失灵2.瞬变性过电压 1）抛负载瞬变 2）磁场衰减瞬变 3）点火系瞬变 4）切换电感性负载瞬变,瞬变性过电压抛负载瞬变,即交流发电机正在向蓄电池充电过程中与蓄电池连接导线突然脱开，或者在没有蓄电池的情况下，突然断开其他负载。,瞬变性过电压磁场衰减瞬变,即由于点火开关转到断开位置而与蓄电池突然中断时，交流发电机的激磁绕组就会产生按指数衰减的负脉冲电压，幅值可高达50100V。,瞬变性过电压点火系瞬变,点火系产生的瞬变能量小，电压高，且重复变化。在正常工作情况下，此瞬时高压由蓄电池吸收。若无蓄电池，该瞬时高压就作用于晶体管调节器上，使之损坏。,瞬变性过电压切

20、换电感性负载瞬变,在汽车运行中，不论什么时候切换一个电感性辅助电器（电喇叭、刮水器、电风扇等），都会产生自感引起的瞬变过电压，其严重程度决定于所切换电感负载的大小及输出线路的阻抗。一般不会造成元件的损坏。,过电压的保护,1.提高电子设备的定额 不增加元件数量，不经济2.增加过电压保护装置 稳压管保护电路,K,激磁绕组,调节器,稳压管保护电路（一）,VS,稳压管保护电路（二）,K,激磁绕组,调节器,VS,第3章 起动系,发动机需要外力起动，常见的起动方式分为：人力起动 简单不方便，用于农用车辅助汽油机起动 常用于大型的柴油机电力起动机起动 起动迅速，安全可靠，广泛使用,电力起动组成 1）电动机产

21、生转矩，将蓄电池输入的电能转换为机械能 2）传动机构在发动机起动时，使起动机的驱动齿轮啮合入飞轮齿圈，将起动机转矩传给发动机曲轴；在发动机起动后，使起动机自动脱开齿圈 3）控制装置控制电路的通断起动机的作用 将蓄电池的电能转化为机械能，驱动发动机飞轮旋转实现发动机的起动。,第3章 起动系,3.1 直流串励式电动机及工作原理3.2 电磁操纵强制啮合式起动机3.3 汽车用其他起动机3.4 电压转换开关3.5 起动系故障诊断与排除3.6 起动机的使用与检修,3.1 直流串励式电动机及工作原理,由电枢、换向器、磁极、电刷、轴承和外壳组成。电枢轴电枢 电枢铁心：由硅钢片叠压而成，用花 键固定在电枢轴上

22、电枢绕组：装在铁心槽内，采用较粗 的矩形裸铜线。为了防止 相互短路，铜线之间用绝 缘纸或绝缘漆隔开,换向器：将电流引入电枢绕组，并使不同磁极下的导线中的电流方向保持不变。铜片：导体换向器 云母片：绝缘体,磁极：产生磁场。一般采用4个（2对）磁极，大功率起动机采用6个磁极，必须两两相对。磁场绕组和电枢绕组串联。,磁场绕组,电枢,电刷：铜粉：80 增强导电性 石墨：20 增加润滑性作用：将电源电压加在与换向器连接的电枢绕组上。,轴承：轴承要承受冲击性载荷，应采用青铜石墨轴承或铁基含油轴承。,直流串励式电动机的工作原理,直流电动机是将电能转化成机械能的设备。以安培定律为基础，即通电导体在磁场中受电场

23、力作用。左手定则：张开左手，手心对着磁场方向，四指指向电流方向，那么伸直的大拇指所指向的即为导体受力方向。,直流串励式电动机的工作原理,电动机接通电源后，磁极绕组和电枢绕组通过同一电流，磁极绕组产生磁场，通电的电枢绕组则在磁场中受磁场力的作用，并形成电磁转矩，使电动机电枢转动起来。,3.1.3 直流串励式电动机的特性,转矩特性：电磁转矩随电枢电流变化的关系 M=f(Is)起动瞬间：IMAX，n=0，处于完全制动状态；在起动瞬间，转矩很大，使发动机易于起动。,机械特性：电动机的转速随转矩而变化的关系。n=f(M)串激直流电动机的转速随转矩的增加而迅速下降，具有软的机械特性。,功率特性：完全制动时

24、：P0，n0时，Mmax空载时：Imin，nmax,P=0 当I0.5I，Pmax,发动机即将起动时，即起动机刚接入瞬间，此时n=0，I最大（称为制动电流），M也达最大值（称为制动转矩）起动机空转时，I最小（称为空转电流），n达最大值（称为空转转速）起动电流接近制动电流一半时，起动机的P最大。,3.1.4 影响起动机功率和转矩的因素,接触电阻和导线电阻的影响 R大，L长，A（横截面积）小，会使P、n减小蓄电池容量的影响 Q越大，其r越小，P、n越大温度的影响 直接影响蓄电池的容量和内阻 T减小，r增加，P减小,3.1.5 起动机的规格型号,QD124QD产品代号 1电压等级代号 2功率等级代号

25、 4设计序号,产品代号,电压等级代号,功率等级代号,设计序号,变型代号,产品代号：QD 一般起动机 QDJ 减速起动机 QDY 永磁起动机,3.2 电磁操纵强制啮合式起动机,QD124型电磁啮合式起动机的工作原理传动机构：1）单向滚柱式啮合器 2）摩擦片式啮合器 3）弹簧式啮合器单向离合器的作用：单方向传递转矩当起动发动机时，将起动机的转矩传给发动机曲轴，而当发动机起动后，它又能自动打滑，不使飞轮齿环带动起动机电枢旋转，以免损坏起动机。起动机组合继电器,电磁啮合式起动机的工作原理,单向滚柱式啮合器,摩擦片式啮合器,弹簧式啮合器,3.3 汽车用其他起动机,在电枢和驱动齿轮之间装有一对内啮合式减速

26、齿轮,一、齿轮减速式起动机,二、永磁式起动机,三、移动电枢啮合式起动机,3.4 电压转换开关,起动机控制部分故障诊断思路,3.5 起动系故障诊断与排除,3.6 起动机的使用与检修,3.6.1 空载试验测量起动机的空载电流和空载转速并与标准值比较说明：电流值标准值，n标准值，表明装配过紧或电枢绕组和磁场绕组内有短路或搭铁故障；电流值标准值，n标准值，表明内部电路有接触不良的地方。注意：每次空载试验不要超过1分钟，以免起动机过热。,3.6.2 全制动试验 在空载试验后，通过测量起动机完全制动时的电流和转矩来检验其动机的性能良好与否，需进行全制动试验。说明：电流大，转矩小，表明此磁场绕组或电枢绕组有

27、短路或搭铁的故障；电流小，转矩小，表明线路中接触不良。注意：时间小于5秒，以免烧坏电动机，对蓄电池使用寿命造成不利影响。,起动机基本参数的确定,选择起动机时必须确定的基本参数：起动机的功率P起动机与发动机曲轴的传动比i蓄电池的容量Qe,3.2.1 功率,主要取决于发动机最低起动转速和起动阻力矩。最低起动转速保证发动机可靠起动的曲轴最低转速 汽油机：35-40r/min 柴油机：100-200r/min起动阻力矩在最低起动运转速度时发动机阻力矩 摩擦力矩、压缩损失力矩、发动机附件损失力矩0时起动机所必须的功率：汽油机：P=(1-2)L(kW)柴油机：P=(1-3)L(kW),3.2.2 传动比的

28、选择,1)最佳传动比的确定起动机工作在最大功率时所对应的传动比 i=n起/n发=Z发/Z起2）传动比的实际选择汽油机：起动机与曲轴的传动比为13-17柴油机：起动机与曲轴的传动比为8-10,3.2.3 蓄电池容量的确定,起动机的功率P确定后，可按如下经验公式确定蓄电池的容量Q：Qe（600-800）P/UQe：蓄电池的额定容量（Ah）P：起动机的额定功率（kW）U：起动机的额定电压（V）,第四章 汽车点火系,第四章 点火系,第一节 传统点火系的组成及工作原理第二节 传统点火系的主要元件第三节 传统点火系工作特性及使用第四节 传统点火系故障诊断与排除第五节 触点式电子点火装置第六节 无触点电子点

29、火装置第七节 数字式点火装置,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点火系和电子点火系。,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

30、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.,1 传统点火系,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。,第一节 传统点火系的组成及工作原理,传统

31、点火系的组成,传统点火系的组成,1.电源：蓄电池或者是发电机，供给点火系统的低压电能。2.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。3.附加电阻：改善点火性能和起动性能4.点火线圈：由一次绕组和二次绕组等组成，将12V的低压电变成1520KV的高压电。5.高压导线：连接点火线圈至分电器中心、及分电器旁电极至各火花塞。,6.分电器：由断电器、配电器、电容器、点火提前调节机构组成。断电器：由触点和凸轮组成，用来控制点火线圈一次电路的通断。配电器：由分电器盖和分火头组成，用于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。电容器：减少触点分开时的火花，延长触

32、点使用寿命。点火提前调节机构：由离心点火提前调节机构、真空点火提前调节机构组成，用于自动调节点火提前角。7.火花塞：将高压电引入燃烧室产生电火花点燃混合气。,4.1.2 点火系工作原理,触点闭合，初级电流增长触点打开，次级绕组产生高压火花塞电极间火花放电,4.1.3 汽车发动机对点火系的基本要求,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.能迅速产生足以击穿火花塞间隙的高压电2.电火花应具有足够的能量3.点火时刻应适应发动机的工况变化,4.1.3.1 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

33、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；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。（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

34、正极时约降低20%40%。,（4）发动机的工作情况 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。,4.1.3.2 电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

35、机起动、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5080mJ的火花能量，起动时应产生高于100mJ的火花能量。,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

36、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。,4.1.3.3 点火时刻应适应发动机的工况变化,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

37、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。,（1）转速发动机转速越高，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。（2）负荷同一转速下，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。,影响最佳点火提前角的因素,（3）起动及怠速 起动及怠速时，要求点火提前角减小或不提前。（4）辛烷值 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。（5）压缩比 压缩比增大，点火提前角减小。,（6）混合气

38、成分 混合气浓度直接影响燃烧速率，当0.8 0.9时，最佳点火提前角最小；过稀或过浓的混合气，必须增大点火提前角。（7）进气压力 进气压力减小，燃烧速度变慢，应适当加大点火提前角。,第二节 传统点火系的主要元件,4.2.1 点火线圈将电源的低压电转变为高压电4.2.2 分电器4.2.3 火花塞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,4.2.1 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。点火线圈的分类 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

39、式。按功能差异分为普通型和高能型。,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。,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，

40、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。,3、闭磁路点火线圈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

41、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。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。,4.2.2 分电器,分电器形式很多，但结构和工作原理基本相同，都由断电器、配电器、电容器、离心点火提前装置和真空点火提前装置组成。,断电器,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。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

42、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。,2离心点火提前调节机构 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。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

43、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。,3真空点火提前调节机构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。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。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

44、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。,真空点火提前调节机构,4.2.3 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，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。,（1）火花塞的工作条件及其要求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

45、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。,（2）火花塞的构造和类型 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。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

46、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。,（2）火花塞的构造和类型,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0.60.7mm，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

47、应的锥形面进行密封。,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500700，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，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“

48、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。,第三节 传统点火系工作特性及使用,4.3.1 传统点火系的工作特性定义：点火系发出的最大电压随发动机转速或分电器转速而变化的关系。二次电压随发动机转速得升高而降低发动机的转速越高，触点闭合时间也越短，二次电压就越低；但发动机转速过低，触点打开慢，反而使二次电压降低。由于二次电压随转速升高而降低，所以发动机在高速时容易断火。只有nnmax,才能保证可靠点火。,4.3.2 传统点火系的工作特性,1.发动机的气缸数对二次电压的影响二次电压最大值随气缸数量升高而降低。为了提高传统点火系在多缸、高速发动机上

49、工作的可靠性，可以通过增大一次断开电流，延长触点闭合时间等方法改善点火特性。2.火花塞积炭时对二次电压的影响3.电容对二次电压的影响4.触点间隙对二次电压的影响5.点火线圈温度对二次电压的影响,4.3.2 传统点火系的工作特性,1.发动机的汽缸数对二次电压的影响。2.火花塞积炭时对二次电压的影响若化油器调节不当或润滑油过多，会在火花塞绝缘体上形成积炭相当于火花塞电极之间并联了一个分路电阻，使二次电路在火花塞被击穿之前已构成闭合回路，造成漏电，使二次电压降低，降低点火性能，严重时，不能形成电火花，丧失点火能力。补救办法：在积炭严重时，不能点火，可以采用吊火的方法，即拔出高压导线，使其与火花塞间保

50、留34毫米的间隙即可。此方法只能临时补救，不能长期使用，增加点火线圈的负担。3.电容对二次电压的影响4.触点间隙对二次电压的影响5.点火线圈温度对二次电压的影响,4.3.2 传统点火系的工作特性,1.发动机的汽缸数对二次电压的影响。2.火花塞积炭时对二次电压的影响3.电容对二次电压的影响电容越小，二次电压越高，实际上，电容不能过小。电容器应与点火线圈匹配，取0.150.35uF，分布电容可以起到抗干扰的作用。4.触点间隙对二次电压的影响5.点火线圈温度对二次电压的影响,4.3.2 传统点火系的工作特性,1.发动机的汽缸数对二次电压的影响。2.火花塞积炭时对二次电压的影响3.电容对二次电压的影响