2022-2023学年(中职）电气设备构造与维修教学4.ppt

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1、2022-2023学年(中职）电气设备构造与维修教学4 点 火 系 统 点火系统简称点火系，其作用是在发动机各种工况和使用条件下，适时、可靠地产生足够强的电火花，以点燃气缸内的可燃混合气。可以分为：1.半导体点火系统 2.计算机控制点火系统对点火系统的要求 能产生足以击穿火花塞电极间隙的电压。击穿电压与很多因素有关。火花应有足够的能量。点火时间应适应发动机的工作情况。（1）能产生足以击穿火花塞电极间隙的电压。击穿电压与很多因素有关，包括：火花塞电极间的间隙大小。气缸内混合气的温度与压力。电极的温度和极性。发动机的工作情况。（2）火花应有足够的能量。（3）点火时间应适应发动机的工作情况。影响最佳

2、点火提前角的因素：转速、负荷、起动与怠速、汽油的辛烷值、压缩比、混合气的成分、火花塞的数量、进气压力。半导体点火系统的组成半导体点火系统工作原理 接通点火开关后，蓄电池或发电机“+”极经点火开关与点火线圈初级线圈相连，当点火信号发生器产生的信号使点火控制器触发功率三极管导通时，点火线圈经过功率三极管搭铁，从而接通初级回路，电源向点火线圈初级充电。当发动机继续转动，点火信号发生器产生的信号使点火控制器触发功率三极管截止时，初级线圈无法搭铁，初级回路被切断。初级回路被切断后，初级电流迅速降为零，磁通也随之迅速减少。使初级绕组和次级绕组中的磁通量发生相应变化，因此，在初级绕组和次级绕组中都感应出电动

3、势。次级绕组的感应电动势通过中央高压线，传给分电器分火头，按点火顺序，分火头又将此高压通过分缸高压线传到相应气缸的火花塞上，火花塞在此高压作用下击穿电极间的混合气，放电产生电火花，点燃缸内可燃混合气，使发动机连续运转起来。分电器轴每转一圈，各缸火花塞按点火顺序轮流跳火一次。发动机工作时，上述过程周而复始的重复着，若要停止发动机的工作，只要断开点火开关即可。低压电流回路蓄电池正极蓄电池正极电流表电流表点火开关点火开关 附加电阻附加电阻点火线圈的初级线圈点火线圈的初级线圈搭铁搭铁蓄电池负极蓄电池负极点火线圈点火线圈“”接线柱接线柱点火控制器点火控制器 次级线圈次级线圈“开关开关”接线接线柱柱附加电

4、阻附加电阻“+“+开关开关”接线接线柱柱点火开关点火开关电流表电流表蓄电池蓄电池火花塞旁电极、中心电极火花塞旁电极、中心电极配电器配电器次级绕组次级绕组搭铁搭铁高压电流回路分缸高压线分缸高压线中央高压线中央高压线点火系统工作过程分析点火系统工作过程可分为三个阶段：初级电路接通，初级电流增长；初级电路断开，次级绕组产生高压；火花塞电极间火花放电。一、初级电路接通，初级电流增长过程 初级电路接通时，初级电流i1由蓄电池经附加电阻Rf流经点火线圈的初级绕组L1，并在其周围产生磁场，当磁通随电流的增加而加强时，在初级内便产生自感电动势el，其方向是阻碍初级电流的增长，既与i1的方向相反。二、初级电路断

5、开，次级绕组产生高压的过程 初级电路接通后，初级电流按指数增长，当i1增长到Ip时，初级电路断开。初级电路断开后，初级电流从Ip迅速降到零磁通也随之迅速减少，在初级绕组和次级绕组都产生感应电动势初级绕组少，产生200300V的自感电动势，次级绕组由于匝数多，产生电动势高达1520kV。初级电路断开后，点火线圈的初级绕组与电容器形成一振荡回路（由初级绕组的的电感L、初级电路的电阻R和电容C构成）产生衰减振荡。当初级电路振荡时，由于线圈铁心中磁通的大小和方向也随之迅速变化，因此在次级绕组中感应出的电动势也随之变化。次级电压u2的最大值将发生在u2振荡的第一个周波。如果次级电压的最大值不能击穿火花塞

6、间隙，则次级电压将如图的虚线变化，在几次振荡之后消失。初级电路接通期间，铁心中储存的磁场能量为1/2Lp2。初级电路断开后，初级电流消失，它形成的磁场迅速消失，在初级绕组中产生感应电动势eL，在次级绕组L2中也产生感应电动势eM。三、火花塞电极间火花放电的过程 火花放电一般由两部分组成：电容放电和电感放电。所谓电容放电是指火花间隙被击穿时，储存在C2中的能量迅速放出的过程，其特点使放电时间极短，但放电电流很大。跳火以后，火花间隙的阻力减小，线圈磁场的其余能量将沿着电离的火花间隙缓慢放电，形成“电感放电”，其特点是放电时间较长，但放电电流、放电电压较小。半导体点火系的构造1.点火线圈.分电器3.

7、火花塞4.点火信号发生器5.点火控制器6.高压线外壳 1.点火线圈钢片胶木盖高压线接柱铁心次极线圈初级线圈瓷杯+-接线柱 点火线圈可分为：开磁路式和闭磁路式。点火线圈的上端有胶木盖，其中央突出部分为高压接线柱，其他的接线柱为低压接线柱。根据低压接线柱的数目不同，点火线圈有两接线柱式和三接线柱式。铁心由硅钢片组成，包在硬纸板套内。套上绕有次极绕组；初级绕组绕在次极绕组的外面，以利于散热。绕组和外壳之间，装有导磁用的钢片，用来增强磁通。外壳的底部装有瓷杯，以防高压电击穿击次极绕组的绝缘向铁心和外壳放电。闭磁式点火线圈:在“日”字形铁心内绕有初级绕组，在初级绕组的外面绕有次极绕组，由图可知，磁力线经

8、铁心构成闭合磁路。优点：漏磁少、磁路的磁阻小，因而能量的损失小，能量的变换率高，可达75%。.分电器(1)离心点火提前机构 离心点火提前机构是装在断电器固定板的下部，在分电器轴4上固定有托板7，两个重块5分别套在托板的柱销9上，重块的另一端由弹簧6拉住。凸轮和拨板为一体套在分电器的上端，而拨板3的孔则插在离心块的销钉8上。离心提前机构的工作特性 (2)真空提前机构 工作原理：发动机负荷很小时，节气门开度很小，小孔处的真空度大，吸动膜片向右拱曲，拉杆拉动活动底板带着点火信号发生器逆分电器轴旋转方向转动一定角度，使点火提前角增大；反之亦然。真空提前机构的工作特性:3.火花塞 (1)火花塞的工作极其

9、要求 火花塞的工作条件极为恶烈，它受到高压、高温以及燃烧产物的强烈腐蚀，因此对它的要求较高。(a)火花塞承受冲击性高电压的作用，要求它的绝缘体应有足够的绝缘强度，能承受3万伏的电压。(b)混合气燃烧时，火花塞的下部将受到15002000的高温燃气的作用，而进气时又受到5060的进气突然冷却，要求火花塞应能承受温度的强烈变化，且有适当的热特性。混合气燃烧时，火花塞底部将受到突然的冲击，要求火花塞的主要零件应有足够的机械强度。(c)发动机工作时，由于火花塞的裙部高温燃烧产物的作用，使电极腐蚀，因此火花塞的电极应选用难熔、耐蚀的材料制成。(2)火花塞的构造 (3)常用火花塞的类型 标准形：其绝缘体裙

10、部略缩入壳体端面，侧电极在壳体端面以外，是使用最广泛的一种。突出形火花塞：绝缘体裙部较长，突出于壳体端面以外。细电极形：其电极很细，特点是火花强烈，点火能力好，在严寒季节也能保证发动机迅速可靠地起动。锥座形：其壳体和旋入螺纹制成锥形，因此不用垫圈既可保证良好密封。多极形：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。沿面跳火形：沿面间隙形，是一种最冷形火花塞，其中心电极与壳体端面之间的间隙是同心的。4.点火信号发生器 主要有磁感应式、霍尔效应式和光电效应式三种。磁感应式结构和工作原理如图所示。由于信号转子的凸轮逐渐向铁心靠近，凸轮与铁心间的空气间隙越来越小，通过传感线圈的磁通逐

11、渐增多，于是在线圈内便产生一感应电动势（其方向是阻碍磁通的增加，大小与磁通的变化速率成正比）。当信号转子转到铁心位于信号转子的两个凸齿之间的某一位置时，磁通变化速率最大，其感应电动势最高。可见，信号转子转动时，传感线圈中的感应电动势的方向会发生交替变化，因而传感线圈两端输出的是交变信号，且信号转子每转一圈，所产生的交变信号的个数等于凸齿数，即等于发动机气缸数。点火控制器根据该交变信号的高低，控制点火线圈初级电路的通断，使火花塞跳火。曲轴每转两圈(一个工作循环)，信号转子转一圈，传感线圈产生的交变信号使每缸点一次火，即每一个交变信号，使点火线圈初级电路通断一次，完成一次点火。磁感应式点火信号发生

12、器输出的交变信号受发动机转速的影响很大。转速升高时，传感线圈中磁通量的变化速率增大，因而感应电动势成正比例增大，信号越强。霍尔效应式发生器的结构 主要由带叶片的信号转子（又称触发叶轮）1、霍尔元件2、永久磁铁3及放大和整形电路等组成。工作原理如下：当触发叶轮的叶片在永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙中时，霍尔电压UH为零，霍尔集成电路内的输出级三极管处于截止状态，因此，点火信号发生器输出高电平（接近于电源电压）；而当触发叶轮的叶片离开空气隙时，霍尔元件产生霍尔电压UH，则霍尔集成电路输出级三极管导通，信号发生器输出低电平（约0.30.4V）霍尔效应式点火信号发生器工作过程。光电效应式信号发生器的结

13、构 5.点火控制器 不同厂家、不同车型、不同年代所用的点火控制器电路原理及电路参数各不相同，电路的完善程度也存在较大差别，但有一点是共同的，即点火控制器的基本功用为:根据点火信号发生器所产生的点火脉冲信号，控制点火线圈初级绕组中电流的通、断,以便点火线圈次级绕组产生高压电，供火花塞点火。由于绝大多数点火控制器都采用集成电路结构（或即使是分离元件，也用环氧树脂胶等固化在一起），内部电路发生故障后，修复比较困难。因此，点火控制器一旦内部发生故障，往往是采用换件的方法进行修理。其他功能与原理 随着人们要求的不断提高，点火控制器逐步增加了其他一些功能，使电路越来越复杂，性能也更加完善。这些功能主要包括

14、：自动断电保护、导通角(闭合角)控制、恒电流控制、点火时间校正等。6.高压线等 为了减轻无线电干扰，高压线为有一定电阻的高压阻尼线，阻值一般在几k至几十k不等。火花塞插头和分火头也都有一定的电阻一般为几k。计算机控制点火系 按照有无分电器来分，计算机控制点火系分为有分电器计算机控制点火系和无分电器点火系两种。有分电器计算机控制点火系由低压电源、点火开关、控制单元ECU、点火控制器、点火线圈、分电器、火花塞、高压线和各种传感器等组成。控制单元，又称电子控制单元，俗称电脑，简称ECU。根据各传感器输入的信号，计算确定最佳点火提前角和初级电路导通角，并将点火控制信号输送给点火控制器，通过点火控制器快

15、速、准确地控制点火线圈的工作。传感器是将电信号或非电信号整理或转变为电信号的装置，为控制单元提供转速、节气门开度、负荷、冷却水温度、进气温度和流量、起动开关状态、蓄电池电压、废气中氧的含量等有关发动机运行工况和使用条件的各种信息。点火控制器，又称点火模块，主要根据控制单元输出的点火控制信号控制点火线圈初级电路的通断。分电器主要起分配高压电的功能，多数分电器还装有曲轴位置和转速传感器及判缸信号传感器。工作原理如下:接通点火开关，电源电压加到点火控制器上。起动发动机，各传感器开始将发动机的各种工况信息转换为电信号并传递给控制单元，控制单元将接收到的信号与只读存储器中贮存的数据进行比较、计算后，输出

16、点火信号至点火控制器，由点火控制器中的功率管接通和切断点火线圈的初级电路。计算机控制点火系的点火提前角由三部分组成：初始点火提前角（又称为原始点火提前角）、基本点火提前角和修正点火提前角。实际点火提前角=初始提前角+基本提前角+修正提前角。初始点火提前角是指曲轴位置传感器在发动机上固定后，由曲轴位置传感器的信号转子和曲轴的相对位置决定的点火提前角。一旦曲轴位置传感器在发动机上固定，初始点火提前角就相应确定。有些车型初始点火提前角可以通过人工“点火正时”进行少许调整，有的则不可调。基本点火提前角是指在初始点火提前角的基础上，控制单元根据发动机转速和负荷（进气管压力或空气流量）大小自动使点火提前角

17、进一步增大，点火提前角增大的部分就是基本点火提前角。修正点火提前角是指控制单元根据发动机冷却水温度、节气门开度、爆震传感器信号、氧传感器信号等参数确定出的点火提前角修正量。无分电器点火系，又称为直接点火系，它取消了分电器总成，其配电方式由原来的机械式配电改为电子式配电。无分电器点火系由低压电源、点火开关、微机控制单元ECU、点火控制器、点火线圈、火花塞、高压线和各种传感器等组成。无分电器点火系的高压配电方式有单独点火和同时点火之分。单独点火方式是一个缸的火花塞配用一个点火线圈，单独向各缸直接点火。各个单独的点火线圈直接安装在火花塞上，其外形就象火花塞高压线帽。这种结构特点是去掉了高压线。同时点

18、火方式是利用一个点火线圈对活塞接近压缩上止点和排气上止点的两个气缸同时进行点火的高压配电方法。其中，活塞接近压缩上止点的气缸点火后，混合气燃烧作功，该气缸火花塞产生的电火花是有效火花；活塞接近排气上止点的气缸，火花塞产生的电火花是无效火花。同时点火方式又分为点火线圈配电方式和二极管配电方式两种。点火线圈配电方式是一种直接用点火线圈分配高压电的同时点火方式。几个相互屏蔽的、结构独立的点火线圈组合成一体，称为点火线圈组件。点火线圈配电方式是一种直接用点火线圈分配高压电的同时点火方式。几个相互屏蔽的、结构独立的点火线圈组合成一体，称为点火线圈组件。每个点火线圈供给配对的两个缸的火花塞以高压电。二极管配电方式是利用二极管的单向导通特性，对点火线圈产生的高压电进行分配的同时点火方式。与二极管配电方式相配的点火线圈有两个初级绕组，一个次级绕组，相当于是共用一个次级绕组的两个点火线圈的组件。电容放电式点火系 电容放电式点火系又称为电容储能式点火系，还称为可控硅点火系。产生电火花的能量以电场的形式存储于专门的储能电容中，点火时，利用储能电容向点火线圈的初级绕组放电，在次级绕组中感应出高压电动势使火花塞跳火。