清华大学汽车构造I12汽油机点火系统学习教案.pptx

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1、会计学1清华大学清华大学(qn hu d xu)汽车构造汽车构造I12汽油机点火系统汽油机点火系统第一页，共75页。汽油机点火(din hu)系统汽油机点火(din hu)机理对点火系统(xtng)的要求点火系统(xtng)分类传统点火系统(xtng)半导体点火系统电控点火系统火花塞第1页/共75页第二页，共75页。汽油机点火(din hu)机理（1）在火花塞的两个电极之间加上直流电压时，电极之间的气体便发生电离现象。随着(su zhe)电极间的电压升高，气体电离的程度不断增强。当电压增长到一定值时，火花塞两电极间的间隙被击穿而产生电火花。击穿电压一般在820 kV为使点火(din hu)可靠

2、，通常点火(din hu)电压大于击穿电压。汽油机点火.swf第2页/共75页第三页，共75页。级电路通断，初级线圈电流变化(binhu)，在次级线圈（高压电路）中产生感应电压，加在火花塞两个电极上。汽油机点火机理(j l)（2）点火线圈低压变高压汽车蓄电池电压12V或24V；控制点火线圈中初火花(huhu)触发信号点火驱动级第3页/共75页第四页，共75页。汽油机点火(din hu)系统汽油机点火(din hu)机理对点火系统的要求(yoqi)点火系统分类传统点火系统半导体点火系统电控点火系统点火线圈火花塞第4页/共75页第五页，共75页。对点火系统(xtng)的要求（1）点火(din hu

3、)能量点火能量不足(bz)，不能点火，引起缺火（失火）；点火能量越大，着火性能越好。在发动机起动、怠速和急加速等浓混合气工况，以及缸内直喷发动机稀燃时，都要求更高的点火能量。需要足够高的次级电压，目前大部分汽油机都能提供2530kV的次级电压；点火能量还与次级电流、火花延续时间有关。点火能量60120mJ（取决于气道喷射、缸内直喷，及有无涡轮增压），点火线圈的存储能量约为火花能量的1.52倍以上。第5页/共75页第六页，共75页。缸内压力(yl)/bar对点火(din hu)系统的要求（2）点火(din hu)时刻（点火(din hu)提前角）在活塞到达压缩上止点之前火花塞间隙跳火，使燃烧室内

4、气体压力在上止点后1012时达到最大值。以点火提前角表示：从火花塞电极间跳火开始，到活塞运行至上始点时的一段时间内曲轴转过的角度。点火提前角/CA第6页/共75页第七页，共75页。对点火系统(xtng)的要求（3）点火时刻(shk)（点火提前角）点火提前角最大值受限于发动机爆震，最小值受限于燃烧(rnsho)界限或排气温度点火提前角影响发动机：转矩、有害排放、油耗转矩：在不发生爆震的条件下，点火尽可能提前（爆震控制）有害排放：提前角越大，HC、NOx越多油耗：提前角越大，燃油消耗率越小最佳点火提前根据发动机动力性、燃油经济性和排放的要求共同确定。第7页/共75页第八页，共75页。点火(din

5、hu)提前对排放的影响第8页/共75页第九页，共75页。点火提前(tqin)对性能的影响第9页/共75页第十页，共75页。对点火系统(xtng)的要求（4）点火(din hu)时刻（点火(din hu)提前角）基本点火(din hu)提前角确定：发动机转速、负荷、混合气浓度转速当发动机节气门开度一定时，随着转速增高，燃烧过程所占曲轴转角增大，这时，应适当加大点火提前角。负荷当发动机转速一定时，随着负荷的加大，进入气缸的可燃混合气量增多，压缩终了时的压力和温度增高，同时，残余废气在气缸内所占的比例减小，混合气燃烧速度加快，这时，点火提前角应适当减小。反之，发动机负荷减小时，点火提前角则应适当增大

6、。稀混合气，火焰传播慢，需加大点火提前角第10页/共75页第十一页，共75页。点火(din hu)提前角MAP第11页/共75页第十二页，共75页。对点火系统的要求（5）在规定的时刻，按发动机的点火顺序(shnx)供给火花塞以足够能量的高压电，使其两电极间产生电火花，点燃混合气，使发动机正常燃烧做功。发火顺序(shnx)点火提前角点火能量爆震控制ECM第12页/共75页第十三页，共75页。汽油机点火(din hu)系统汽油机点火(din hu)机理对点火系统(xtng)的要求点火系统分类传统点火系统半导体点火系统电控点火系统火花塞第13页/共75页第十四页，共75页。点火提前(tqin)角随发

7、动机转速、负荷变化分电依次将高压电供给火花塞不同点火系统点火线圈结构、个数不同点火系统分类（1）点火线圈点火系统正常工作，需要产生(chnshng)使点火线圈初级绕组通断的触发信号火花(huhu)触发信号点火驱动级第14页/共75页第十五页，共75页。触发(chf)方式点火(din hu)线圈点火(din hu)提前分电方式电控点火系统传统点火系统半导体点火系统第15页/共75页第十六页，共75页。点火(din hu)系统分类（2）传统(chuntng)点火系统分电器：触发、点火(din hu)提前、分电传统点火线圈第16页/共75页第十七页，共75页。点火(din hu)系统分类（3）半导体

8、点火(din hu)系统利用晶体三极管的开关作用，代替断电器的触点(ch din)控制点火线圈初级电路的通、断用霍尔式、磁电式或光电式传感器取代断电器控制初级电路通断。第17页/共75页第十八页，共75页。点火(din hu)系统分类（4）电控点火(din hu)系统电控触发(chf)信号电控点火提前角分电方式高压分电器，各缸共用点火线圈电控，每缸一个或两缸一个点火线圈第18页/共75页第十九页，共75页。汽油机点火(din hu)系统汽油机点火(din hu)机理对点火系统的要求(yoqi)点火系统分类传统点火系统半导体点火系统电控点火系统火花塞第19页/共75页第二十页，共75页。点火(d

9、in hu)开关附加电阻点火(din hu)线圈分电器断电器电容器传统点火系统(xtng)组成火花塞蓄电池配电器第20页/共75页第二十一页，共75页。传统(chuntng)点火系统点火线圈点火线圈(xinqun)将电源的低压直流电，转变为820KV的直流电，由初级绕组、次级绕组（匝数比约为1：100）和铁芯组成。接线柱绝缘盖高压(goy)接头外壳安装架金属套初级绕组次级绕组密封材料绝缘体铁芯BOSCH接线柱高压外接头绝缘纸第21页/共75页第二十二页，共75页。绝缘(juyun)盖初级(chj)绕组次级绕组SANTANA，VW第22页/共75页第二十三页，共75页。分火头(hutu)联轴节油

10、杯真空(zhnkng)提前装置壳体电分功用(gngyng)初级电路通断开关（触发）将点火线圈产生的高压电按照发动机分配给各缸火花塞（分电）凸轮根据发动机转速和负荷自动调节断电器触点点火时刻（点火提前角）及底板总成组成电容由断电器、配电器、电容器、点火提前调节装置组合而成。驱动曲轴或凸轮轴曲轴转速的一半（四冲程）第23页/共75页第二十四页，共75页。传统(chuntng)点火系统分电器（2）断电器初级(chj)电路开关，安装在分电器壳体内；由一对钨质触点和断电器凸轮组成；断电器凸轮上的凸棱数和发动机缸数相等；凸轮通过离心点火提前调节器与分电器轴相联。活动(hu dng)底板活动(hu dng)

11、触点臂分电器轴断电器凸轮第24页/共75页第二十五页，共75页。传统(chuntng)点火系统分电器（3）配电器中心电极、侧电极和旋转的分配头；分配头依次(yc)接通对应各缸的侧电极。分电器轴真空提前装置离心(lxn)提前装置分电器盖分配头第25页/共75页第二十六页，共75页。离心点火提前断电器凸轮由分电器驱动轴、离心调节器底板通过飞块、驱动板和分电器轴驱动旋转；转速升高时，飞块向外甩，推动凸轮驱动板相对于分电器驱动轴顺着旋转方向转过一定(ydng)角度，从而增大点火提前角。离心(lxn)调节器底板接触面飞块分电器轴凸轮(tln)驱动板第26页/共75页第二十七页，共75页。传统点火(din

12、 hu)系统分电器（5）真空点火(din hu)提前利用进气真空度改变断电器活动底板相对(xingdu)于分电器驱动轴的角位置。由真空膜盒、弹簧和拉杆组成，每一真空膜盒有两个气室：真空室和大气室。主真空膜盒：起点火提前作用。负荷降低，真空度增大，膜片带动拉杆右移，点火提前角增大；副真空膜盒：从属于点火提前系统，起点火推迟作用。怠速时，节气门上游真空度几乎为零，而下游真空度很大，副真空膜盒内的膜片带动拉杆左移，点火提前角减小。主、副真空膜盒综合作用调节点火提前角。第27页/共75页第二十八页，共75页。分电器 断电器活动底板膜片进气管节气门壳体真空(zhnkng)提前单元真空(zhnkng)延迟

13、单元提前量延迟(ynch)量真空点火提前第28页/共75页第二十九页，共75页。传统点火系统(xtng)工作原理（1）断电器、分配(fnpi)头同轴，由曲轴(qzhu)或凸轮轴驱动。一个工作循环转一圈。分配头侧电极个数、断电器凸轮的棱边数与发动机缸数相同。断电器触点弹簧使之有保持闭合的趋势。第29页/共75页第三十页，共75页。传统点火系统工作(gngzu)原理（2）初级(chj)绕组接通时，在其周围产生磁场，铁芯起加强磁场的作用。断电器触点断开后，初级电路被切断，点火线圈初级绕组中电流迅速下降为零，线圈周围和铁芯中的磁场因而(yn r)迅速衰减，使次级绕组中感应出很高的电压。第30页/共75

14、页第三十一页，共75页。传统点火(din hu)系统工作原理（3）触点分开的瞬间，配电器分配头恰好(qiho)转到对准一个侧电极的位置，中心电极和该侧电极接通。高电压经配电器作用于火花塞两电极(dinj)间，电压足够高时，间隙被击穿，产生电火花，点燃混合气。第31页/共75页第三十二页，共75页。传统点火系统工作原理（4）电容器的作用断电器触点断开后，初级电流下降，初级线圈产生自感电压、电流，可击穿、烧蚀、氧化(ynghu)触点间隙，也使初级电流下降变缓，次级绕组感应电压降低，火花减弱。电容器与断电器触点并联。触点断开时，自感电流向电容器充电，防止触点烧损；加速初级电流和磁通的衰减，提高次级(

15、c j)电压。电容器第32页/共75页第三十三页，共75页。传统点火系统工作原理（5）附加电阻的作用低速时，触点闭合时间长，初级电流大；高速时，则变小。若按高速需要设计，则低速初级电流过大，使点火线圈(xinqun)发热。附加电阻为热敏电阻。低速时，初级电流较大，附加电阻(dinz)温度高，电阻(dinz)值增大，使初级电流适当减小；高速时，电流小，电阻温度低，阻值减小，使初级电流适当增大。附加电阻第33页/共75页第三十四页，共75页。传统(chuntng)点火系统缺点断电器触点分开时，在触点之间产生火花，使触点逐渐(zhjin)氧化、烧蚀；触点火花大小与初级(chj)电流有关，使点火系初级

16、(chj)电流和次级电压提高受到限制；初级电流和次级电压的大小随发动机转速升高和气缸数增多而下降，多缸发动机高速时不可靠；火花塞积炭时，因火花塞漏电而次级电压升不上去，不能可靠地点火。第34页/共75页第三十五页，共75页。汽油机点火(din hu)系统汽油机点火(din hu)机理对点火系统的要求(yoqi)点火系统分类传统点火系统半导体点火系统电控点火系统火花塞第35页/共75页第三十六页，共75页。半导体点火(din hu)系统两类有触点(ch din)无触点(ch din)优点(yudin)改善点火性能减小触点火花（有触点）克服与触点有关的一切缺点（无触点）可不受触点限制，提高初级电流

17、和次级电压，改善高速性能由于点火能量提高，对火花塞积炭不敏感第36页/共75页第三十七页，共75页。半导体点火(din hu)系统有触点（1）利用晶体三极管的开关作用，代替(dit)断电器的触点控制点火线圈一次电路的通、断。流过触点的电流只是三极管的基极电流，可以减小触点火花，延长触点寿命；可以提高初级(chj)电流和次级电压。固有缺点：高速时触点臂振动，触点分开后不能及时闭合；凸轮或顶块磨损会改变点火时刻；触点污染不能可靠工作。第37页/共75页第三十八页，共75页。半导体点火(din hu)系统有触点（2）蓄电池点火(din hu)起动开关点火(din hu)触发盒点火线圈附加电阻分电器火

18、花塞接起动机第38页/共75页第三十九页，共75页。半导体点火(din hu)系统无触点（1）特点(tdin)利用布置在分电器内的传感器代替断电器的触点，产生点火信号，控制点火系的工作。因此，点火系工作时，与 触点有关的故障都不可能发生。控制单元能调节初级(chj)电流和闭环控制闭合角。点火控制模块（由混合电路组成）紧凑，可置于分电器壳内或与点火线圈组为一体。仍靠离心提前和真空提前两套机械式点火 提前装置对点火时间进行调节。机械的滞后、磨损以及装置本身的局限性不能保证最佳的点火时刻。代替断电器的传感器霍尔效应式磁电感应式第39页/共75页第四十页，共75页。蓄电池点火(din hu)开关点火(

19、din hu)线圈火花塞分电器磁电式传感器霍尔式传感器ECU（触发(chf)盒）第40页/共75页第四十一页，共75页。软磁导体(dot)气隙半导体点火(din hu)系统无触点（2）软磁叶片 导体 霍尔集成电路霍尔传感器电压霍尔式第41页/共75页第四十二页，共75页。半导体点火(din hu)系统无触点（3）永磁铁感应(gnyng)线圈气隙转子(zhun z)（触发轮）磁电式第42页/共75页第四十三页，共75页。分电器盖真空(zhnkng)提前装置分配(fnpi)头分电器轴传动齿轮离心(lxn)提前装置带霍尔传感器的分电器第43页/共75页第四十四页，共75页。汽油机点火(din hu)

20、系统汽油机点火(din hu)机理对点火系统的要求(yoqi)点火系统分类传统点火系统半导体点火系统电控点火系统火花塞第44页/共75页第四十五页，共75页。电控点火(din hu)系统特点(tdin)由ECU根据发动机各传感器（包括转速和负荷(fh)）信号，自动调节点火提前角，点火提前角与发动机工况更好地匹配（复杂的MAP图）；通过控制初级电路的闭合时间，实现对点火能量的控制；爆震控制。两类有分电器无分电器第45页/共75页第四十六页，共75页。电控点火(din hu)系统有分电器（1）共用(n yn)一个点火线圈(xinqun)通过高压分电器把高电压提供给各缸火花塞高压分电器火花塞点火线圈

21、ECU点火开关蓄电池第46页/共75页第四十七页，共75页。（带输出(shch)驱动级）高压分电器ECU点火(din hu)线圈水温传感器爆震传感器曲轴位置(wi zhi)和转速传感器蓄电池节气门位置传感器点火开关第47页/共75页第四十八页，共75页。发动机转速(zhun s)节气门开关CAN进气(jn q)压力微处理器冷却水温A/D进气(jn q)温度蓄电池电压输出驱动级第48页/共75页第四十九页，共75页。电控点火(din hu)系统有分电器（2）点火(din hu)提前角ECU根据发动机转速、负荷信号和点火(din hu)提前角MAP，确定点火提前角，并根据冷却水温预以修正。点火能量

22、控制根据蓄电池电压、发动机转速和点火闭合角MAP，确定初级电路闭合角；有的在此基础上还有闭合角闭环控制。爆震控制若发生爆震，则推迟点火提前角。第49页/共75页第五十页，共75页。点火(din hu)提前角MAP第50页/共75页第五十一页，共75页。初级(chj)电路闭合角(h jio)MAP第51页/共75页第五十二页，共75页。电控点火(din hu)系统有分电器（3）高压(goy)分电器高压(goy)配电器相位传感器（霍尔式、磁电式）若无相位传感器，则只起高压配电作用。第52页/共75页第五十三页，共75页。电控点火(din hu)系统无分电器（1）特点(tdin)具有电控点火的所有功

23、能，但取消(qxio)了旋转式高压分电器。采用多个点火线圈点火线圈每缸对应一个点火线圈（单火花点火线圈），缸数为奇数、偶数的发动机均可采用，需要凸轮轴相位信号两缸共用一个点火线圈（双火花点火线圈），缸数为偶数的发动机才能采用，曲轴转角信号即可一般采用闭合磁路铁芯分电由控制系统分电逻辑电路中的低压电路模块完成第53页/共75页第五十四页，共75页。火花塞蓄电池点火开关(kigun)ECU单火花点火线圈第54页/共75页第五十五页，共75页。ECU单火花(huhu)点火线圈节气门位置传感器水温传感器爆震(bo zhn)传感器曲轴位置和转速传感器蓄电池点火(din hu)开关火花塞第55页/共75页

24、第五十六页，共75页。ECU节气门位置(wi zhi)传感器双火花(huhu)点火线圈带集成(j chn)驱动级水温传感器曲轴位置和转速传感器点火开关蓄电池氧传感器火花塞第56页/共75页第五十七页，共75页。初级(chj)初级(chj)电控点火系统无分电器（2）外部初级(chj)接线端叠片铁芯初级线圈次级线圈内部高压接线头（通过弹簧触点）火花塞单火花点火线圈第57页/共75页第五十八页，共75页。初级(chj)接线端初级(chj)线圈I型铁芯印刷电路板驱动(q dn)级二极管次级线圈及骨架永磁铁接触盘高压(goy)接线柱O型铁芯弹簧绝缘套第58页/共75页第五十九页，共75页。电控点火(di

25、n hu)系统无分电器（3）双火花点火线圈两个火花塞串连两缸同时(tngsh)点火，一缸处于压缩上止点，一缸进排气上止点一个火花塞低压(dy)接线端一个火花塞叠片铁芯初级初级线圈次级线圈高压接线端第59页/共75页第六十页，共75页。两个火花塞串连，火花塞同名(tngmng)电极极性不同第60页/共75页第六十一页，共75页。双火花点火(din hu)线圈两个双火花点火(din hu)线圈三个双火花(huhu)点火线圈第61页/共75页第六十二页，共75页。第62页/共75页第六十三页，共75页。双火花(huhu)点火线圈第63页/共75页第六十四页，共75页。电控点火(din hu)系统无分

26、电器（4）ECU两个双火花(huhu)点火线圈（带输出(shch)驱动级）各种传感器火花塞第64页/共75页第六十五页，共75页。初级线圈铁芯第3缸点火线接头功率(gngl)输出驱动级高压接线端电气插头次级线圈点火线圈壳体第65页/共75页第六十六页，共75页。汽油机点火(din hu)系统汽油机点火(din hu)机理对点火(din hu)系统的要求点火(din hu)系统分类传统点火(din hu)系统半导体点火系统电控点火系统火花塞第66页/共75页第六十七页，共75页。火花塞（1）燃混合气；由中心(zhngxn)电极、侧电极、外壳和瓷绝缘体等组成。接线(ji xin)螺母陶瓷(toc)

27、绝缘体将高压电引入燃烧室产生火花并点壳体隔热带密封剂卡口垫圈中心电极侧电极第67页/共75页第六十八页，共75页。火花塞（2）接线螺母陶瓷绝缘体壳体隔热带(rdi)密封剂卡口垫圈安装螺纹中心电极侧电极第68页/共75页第六十九页，共75页。火花塞（3）电极(dinj)布置方式前置式侧置式表面(biomin)间隙（不带侧电极）电极(dinj)间隙0.71.2mm第69页/共75页第七十页，共75页。火花塞（4）电极(dinj)材料镍基合金银质铂合金(hjn)侧电极(dinj)数第70页/共75页第七十一页，共75页。第71页/共75页第七十二页，共75页。火花塞（5）热特性(txng)火花塞绝缘

28、体裙部自净温度(wnd)500 850 C。过低则裙部上面的油粒易产生积炭，过高则易发生(fshng)自燃。三种火花塞第72页/共75页第七十三页，共75页。热型：绝缘体裙部较长，吸收热量多而散热慢。用于低压缩比且转速(zhun s)比较低的发动机。普通型：介于(ji y)热型和冷型之间。冷型：绝缘体裙部较短，吸收(xshu)热量少而散热快。用于高压缩比且转速比较高的发动机。第73页/共75页第七十四页，共75页。复习(fx)思考题1 对点火系统(xtng)有何要求？为什么？2 点火(din hu)系统中的高压电是如何产生的？3 半导体点火系统与传统点火系统有哪些不同？4 电控点火系统与传统点火系统、半导体点火系统的异同。5 传统点火系统、半导体点火系统（有触点和无触点两种）、电控点火系统（有分电器和无分电器两种）在触发点火、分电方式、点火提前和点火线圈等方面的异同。6 当前主流汽油机的点火系统由哪些部分组成？7 认识汽油机上点火系统的各部件。第74页/共75页第七十五页，共75页。