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简介
这是发动机点火系统ppt，包括了点火系概述，传统点火系的结构和工作原理，点火系重点问题，蓄电池点火系主要元件，电控点火系的组成与工作原理等内容，欢迎点击下载。
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第9章 发动机点火系统 本章内容 一、点火系概述 二、传统点火系的结构和工作原理 三、点火系重点问题 四、蓄电池点火系主要元件 五、电控点火系的组成与工作原理 1、点火系发展历史: 十九世纪八十年代，出现磁电机为电源的点火系 二十世纪初， 出现传统点火系，即以蓄电池和发电机为电源的点火系 二十世纪六十年代，出现电子点火系 二十世纪七十年代初 出现无触点的电子点火系。目前，使用广泛 二十世纪七十年代末 开始使用微机控制点火时刻的电子控制系统。 2、汽车发动机对点火系的要求 3、点火系分类 触点闭合时，初级电路通电，电流从蓄电池的正极经点火开关，点火线圈的初级绕组，断电器触点，接地流回蓄电池的负极，为低压电路。 触点断开时，在初级绕组通电时，其周围产生磁场，并由于铁芯的作用而加强。当断电器凸轮顶开触点时，初级电路被切断，初级电路迅速下降到零，铁芯中的磁通随之迅速衰减以至消失，因而在匝数多，导线细的次极绕组中感应出很高的电压，使火花塞两极之间的间隙被击穿，产生火花。 三、汽油机的点火机理： 在火花塞电极间加上高电压后，电极间的气体便发生电离现象，所加电压愈高，气体电离的程度愈高。当电压增高到一定值时，火花塞两极间的间隙被击穿而产生电火花。使火花塞两电极之间产生电火花所需要的最低电压，称为击穿电压。当火花塞间隙为0.5~1.0mm时，发动机冷起动时所需击穿电压约7000~8000V，实际工作电压一般在10000~15000V。 击穿电压的高低与两电极之间的距离（火花塞间隙）、气缸内压力和温度的大小有关。火花塞间隙愈大，气缸内气体压力愈高，温度愈低时，则击穿电压愈高。 击穿电压的高低与火花塞间隙内的可燃混合气浓度也有关，气缸内稀薄混合气难以点燃。为了提高汽油机压缩比，希望点燃稀薄可燃混合气，但应保证火花塞间隙内混合气浓度较浓，离开火花塞距离愈远，混合气浓度愈稀，这样，既保证了正常的火焰传播速率，又能使气缸内总体空间平均的混合气浓度较为稀薄，远远超过了火焰传播上限（分层充气进气方式）。 四、电流回路 初级电压 次级电压 画电流回路 无论是正极搭铁还是负极搭铁，均应保证点火瞬间火花塞中心电极为负，因为，热的金属表面比冷的金属表面容易发射电子，发动机工作时，火花塞的中心电极较侧电极温度高。 补充知识 第三节、点火系重点问题 一、什么是击穿电压？ 二、为什么转速愈高，次极电压愈低？ 三、其解决方法是什么？ 四、电容器的作用是什么？ 五、启动时候起动机的分流作用如何解决？ 二、为什么转速愈高，次极电压愈低？ 断电器触点闭合时，初级电流并不立即达到欧姆定律所指的稳定值（I=V/R），而是经过一定时间后才能达到。因此，初级电流的高低与断电器触点的闭合时间有关。蓄电池点火系发动机转速愈高，次极电压愈低，就是因为转速升高后，断电器触点闭合时间缩短，初级电流减小，导致初始磁通量减小，断电器触点断开时引起的磁通量变化率减小，次级绕组中产生的感应电动势降低。 五、启动时候点火如何解决？ 起动时，起动电机工作使蓄电池端电压急剧下降，初级电流大幅度减小，次级电压降低，起动后，起动电机不再工作，初级电流恢复，次级电压升高。为使起动时点火可靠，如图所示，起动时起动继电器触点8闭合，起动机电磁开关的线圈通电，电磁开关触盘7接通附加电阻短路接线柱6，附加电阻短路初级电流增大，次级电压升高。 影响二次电压的因素 发动机的汽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。 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，使其与火花塞间保留3～4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。 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0.15～0.35uF，分布电容可以起到抗干扰的作用。 触点间隙对二次电压的影响 间隙过大，二次电压降低，主要是因为闭合时间短。 间隙过小，二次电压也会降低，是因为触点火花严重。 国产汽车触点最大间隙为0.35～0.45毫米。 点火线圈温度对二次电压的影响 通常情况下，点火线圈的温度不超过80度。 第四节 蓄电池点火系主要元件 分电器实物图 分电器组成 分电器的组成： 断电器 分电器 电容器 点火提前调节装置 断电器 为什么触点间隙过大，则触点闭合时间缩短？ 断电器中心凸轮旋转时间一定 此时间＝闭合时间＋断开时间 （间隙 断开时间长 总时间不变 闭合时间） 3、电容器 作用: 利用电容器的充放电消弱一次绕组中的自感电动势对产生高压电的影响. 连接： 与绕组并联 4、 点火提前 点火提前装置 作用： 实现点火提前，必须在压缩行程未到达上质点位置时，使触点分开。 方法： 1.触点不动、使凸轮相对相对轴向转一个角度 2.凸轮不动，使触点相对凸轮转一个角度 装置 1.离心式点火提前调节装置 2.真空式点火提前调节在装置 3.辛烷值校正器 机械离心提前调节装置 作用： 随发动机的转速变化改变凸轮和轴的相位关系。 裙部位置 火花塞的分类 冷型： 裙部短 压缩比高的发动机。H=8mm 中型： 转速较低的发动机。H=11或14mm 热型： 裙部长散热慢 H=16或20mm 答： 当火花塞绝缘体裙部工作温度500~600C时，落在裙部的油粒能完全烧尽，此温度称为火花塞的自净温度；若低于此温度，则容易产生积碳，使火花塞裙部绝缘性能下降，使点火不可靠（裙部发黑）；当温度高达800~900 C时，可能产生灼热表面点火（裙部发灰白色）。 火花塞的散热 裙部——紫铜片——缸体 火花塞的间隙 火花塞间隙为什么不能过大或过小？ 答：间隙过小，则火花微弱，并且容易产生积碳而漏电；间隙过大，所需击穿电压增高，发动机不易起动，而且在高速时容易发生“缺火”现象。 6、辛烷值校正器 改变触电和凸轮轴的位置 开磁路点火线圈的组成 特点： 产生高压电稳定但是磁路损失较大 产生高压电的原理 一次： 240—370匝 二次： 11000—23000匝 开磁路点火线圈实物 闭磁路点火线圈 特点： 形成闭合的磁路，减少磁通损失，提高次级电压。 第五节 电控点火系的组成与工作原理 1、传统蓄电池点火系统的缺点 断电器分开时，在触点触形成火花，使触点逐渐烧蚀。断电器寿命短。 火花塞积碳时，火花塞间隙漏电，初级电压升不上去。 次级电压随着发动机转数的增高和气缸数的增多而下降，以至于缺火。 燃烧不好，污染增大。 2、无触点点火系 3、磁电感应式 发动机转动，磁感应信号发生器发出交变电动势，通过晶体管使初级电路接通。 电动势交变时，通过晶体管作用，初级电路断开，次级绕组产生高压，使火花塞跳火。 4、霍尔传感器 霍尔效应：当电流垂直于磁场方向通过导体时，在垂直于磁场和电流的导体的两个端面之间出现电势差的现象就称为霍尔效应。该电势差称为霍尔电压。（图9－22） 霍尔元件与磁场隔开时，不产生霍尔电压，传感器无信号输出，此时放大器接通，初级电路导通。 当磁力线穿过霍尔元件时，产生霍尔电压，传感器信号输出，放大器截止，初级电路断开，次级绕组产生高压，火花塞点火。 5、无触点分电器 6、无触点半导体点火系统 用传感器代替断点器的触点 组成： 传感器（点火信号发生器）、点火控制器、点火线圈、配点器、火花塞 按所用传感器的不同分为： 有磁脉冲式、霍尔效应式、光电式等 7、半导体点火系 利用了一些半导体元件替代了蓄电池点火系中的断电器，产生脉冲信号点火 8、半导体点火系统的分类 无触点半导体点火系统 电容放电点半导体火系统 微机控制点半导体火系统 9、微机控制的半导体点火系 点火系组成 微机控制点火系统原理图 优点： 不受机械调节装置的限制，在发动机任何工况下保证最佳的点火控制。 控制原理： 组成： 传感器、微机控制器、 1、有分电器点火系统 为了产生稳定的二次测电压和保证系统的可靠工作，在点火器中设有闭合角控制电路和点火确认信号（IGf）安全保护电路。当ECU向点火器发出8～11个点火正时信号（IGt）后，ECU还没有接收到IGf 信号，则ECU将会进入失效-安全模式，切断喷油，防止催化转换器过热。 2、无分电器点火系统 分为三种类型 无分电器式点火系 a、 独立点火 ★一种是点火线圈共用一个点火器的； ★另一种是每个点火线圈都有一个单独的点火器，并且点火器和点火线圈集成一体。 6个点火线圈共用一个点火器 一个点火线圈一个点火器 b、同时点火方式 c.二极管配电点火方式 故障诊断 常见轿车发动机点火系统多采用无触点点火系统。现以无触点点火系统为例介绍常见故障的判断与排除。 1.故障分类 点火系故障按其在点火系的位置可分为二种情况：低压电路故障和高压电路故障。 （1）低压电路常见故障： 蓄电池存电不足； 线连接不良或错乱； 蓄电池搭铁不良； 分电器或霍尔传感器损坏； 点火开关损坏或接线不良； 晶体管点火控制单元损坏或接线不良。 低压电路故障的诊断方法大多采用电流表或电压表逐线检查来排除故障点。 （2）高压电路常见的故障： 高压线脱落或漏电； 分电器盖破裂击穿； 分电器分火头烧蚀破裂击穿； 火花塞电极间隙过大或过小； 火花塞积炭过多； 火花塞绝缘体损坏； 点火线圈损坏或接线脱落。 高压电路的故障大多采用高压试火法，即将分电器中心高压线或某缸高压线拔下，将线头放置距离缸体3-6mm处，起动发动机试火，如图 2所示。有火花且火花强烈，说明点火系工作正常。 2.点火系不工作 （1）故障现象：打开点火开关，起动发动机，发动机无反应；高压试火，高压线无火花。 （2）故障分析与诊断，如图 3所示。 3.点火时间过早 （1）故障现象：怠速运转不平稳，易熄火；加速时，发动机有严重的爆燃声。 （2）故障分析：该故障主要是点火正时调整失准或点火角度装配失准所致。 （3）排除方法：连好点火测试仪，调整点火提前角到规定值。 4.点火过迟 （1）故障现象：消音器声响沉重、急加速化油器回火、发动机冷却液温度较高、汽车行驶无力。 （2）故障分析与诊断：点火角度不正确。 （3）排除方法：调整点火角度至规定值。 5.火花塞故障 故障主要表现为：火花塞积炭、油污和过热等现象。 火花塞积炭：绝缘体端部、电极及火花塞壳常覆盖着一层相当厚的黑灰色粉状柔软的积垢。 火花塞油污：故障现象：绝缘体端部、电极及火花塞壳覆盖一层机油。 火花塞过热：中心电极熔化，绝缘体顶部疏松、松软，绝缘体端大部分呈灰白色硬皮。 6.发动机回火和放炮 如果发动既有回火又有放炮响声，且十分严重，则多属分缸高压线插错而引起的。如果现象不严重，却断续发生，似有规律，则多属分电器盖有裂纹，使缸间窜火造成的。点火提前角偏离正确位置过多时，也会引起回火或排气管放炮。 7.发动机爆震和过热 发动机在大负荷中等转速时最容易出现爆震。在使用燃油牌号正确的情况下，爆震现象多数是因点火提前角过大造成的。 在爆震情况下，发动机会迅速升温。另一方面，点火提前角过于落后，点火太迟，发动机温度也会偏高。在不出现爆震的情况下，水温过高多数不是点火系引起的，但若伴有发动机无力，加速不灵敏时，则应检查点火提前角是否过小。 点火系发展现状及趋势 概述 我们知道，燃油摩托车的动力来自汽油机气缸内可燃混合气的燃烧，而燃烧的完善与否直接影响到汽油机输出的驱动动力。良好的燃烧必须具备以下三个条件，即良好的混合气、充分的压缩和最佳的点火。其中，点火包括点火时刻和点火能量。点火时刻和点火能量的控制则由点火系统来完成。 点火系统在汽油机中有着十分重要的作用。点火能量必须要足够大，否则点火能量太小，就不能点燃缸内的混合气，汽油机也无法正常运行。点火时刻或点火提前角则更为关键，因为它是影响汽油机性能的最重要参数之一，点火的过早或过迟都会直接影响到汽油机的经济性和动力性。所以，对应于给定的汽油机运行工况都存在着一个最佳点火提前角。通过试验获取汽油要的最佳点火提前角变化规律并控制汽油机尽量按最佳点火提前角的变化规律来点火始终是开发工程师们所追求的目标之一。 摩托车点火系统的分类方法很多，按有无触点可分为有触点点火系统和无触点点火系统；按供电方式可分为蓄电池点火系统和磁电机点火系统；按放电方式可分为电容放电式点火系统和电感放电式点火系统；按点火时刻控制方式可分为模拟式点火系统和数字式点火系统；按控制点火线圈初级电流的主要元件可分为可控硅点火系统和晶体管点火系统等等。在描述摩托车点火系统时，我们通常把按不同方法分类的特点组合起来，如目前最常用的无触点磁电机式电容放电点火系统和无触点蓄电池式晶体管点火系统等等。 随着摩托车工业的迅速发展，摩托车点系统的技术水平也得到了很大的提高。下面就对目前常用的点火系统的发展现状和趋势作一次综述。 无触点点火系统 近几十年来，摩托车点火系统的发展很快。首先它经历了从有触点点火系统到目前普遍使用的无触点点火系统的历史性技术革新。因为在有触点点火系统中，其触点因机油污损或磨损等原因常引起触点接触不良和导电困难等故障，可靠性差，所以需要进行经常性的检查和保养，到了使用周期后应该更换新品，十分不便。这无疑也制约着摩托车无故障里程数的提高。无触点点火系统是通过触发线圈获取的触发电流来控制晶体管或可控硅的动作，从而切断点火线圈的初级电流。无触点点火系统无需保养，成本不高，技术上也不复杂，所以很快被推广使用。现在的摩托车几乎全部都使用这种无触点点火系统。 无触点点火系统的出现是摩托车点火系统的一次革新，也为目前常用的晶体管点火器、电容放电点火器以及目前正在努力推广的数字式点火器的开发成功奠定了基础。 电容放电式点火系统(CDI) 无触点磁电机电容放电点火系统的出现基本上满足了二冲程和中小排量四冲程汽油机的点火要求。该系统采用磁电机发出的电流为电容充电，由于电容放电能产生强大的电火花，而且次级电流上升快，对高速汽油机十分有利，而且也有利于防止火花塞污损。这些特点与二冲程汽油机的特殊要求极其吻合，所以高性能二冲程汽油机大多使用这种点火方式。由于这类点火系统结构简单、工作可靠，我国又能自己生产，所以，我国生产的摩托车(不管是二冲程还是四冲程)绝大部分都采用了这类点火系统。 电容放电点火系统中然火花强，但放电时间短，这样，在汽油机低速或混合气较稀时就不易点燃混合气。另外，磁电机方式的固有缺点是低速时电流弱、点火能量小。所以，高性能大排量的四冲程汽油机大多采用无触点蓄电池式晶体管点火系统。 晶体管点火系统 无触点蓄电池式晶体管点火系统采用蓄电池供电，利用晶体管的导通和截止特性，在需要点火时瞬间地切断点火线圈的初级电流，从而在次线线圈上感应产生出高电压，由此在火花塞得到很强的电火花。晶体管点火器的点火性能稳定，火花强，放电时间相对较长，而且在发动机转速较低时也能保证可靠点火。在该系统中，磁电机发出的三相交流电经过整流调压器向蓄电池充电，这样可以充分利用磁电机产生的电能。国外的中大排量四冲程汽油机基本上采用这类点火系统。我国生产的一些高性能四冲程汽油机也采用了这种点火系统，如轻骑集团生产的GS125摩托车。但目前我国使用的晶体管点火器主要依靠进口，市场上还不见国产产品。研制和开发摩托车发动机用的晶体管点火器已是一件迫在眉睫的任务。 模拟式点火器 上述两大类点火系统的技术发展主要体现在点火器上，而点火器的技术进步又主要体现在点火提前角的控制上。简单的点火器主要依靠触发线圈发出的触发信号随磁电机转速的升高而迅速提前的特性来控制点火提前角。这种点火器被称为第一代点火器。尽管这种提前特性可以通这调整电路和和元件参数略作改变，但可改变的范围及灵活性都有很有限，其点火特性与汽油机的最佳点火提前角规律相差甚远，汽油机的性能潜力还远没有被很好地挖掘出来。第一代点火器主要被用于二冲程汽油机上，由于经结构简单、成本低廉，至今还被广泛地使用。 为了使实际的点火提前角尽量接近其最佳值，四冲程汽油机点火器的点火特性一般被设计成拥有二台阶的折线，即低速段和高速段各对应一个近于固定的点火提前角，中间过度段用斜线连接。高低转速段之间的点火提前角差由磁电机上触发块所占的弧度决定，其具体的控制过程一般由专用芯片来完成。这种点火器被称为第二代产品，其点火特性可更接近汽油机的最佳值。我国能自行设计和生产用于CDI的专用芯片和CDI点火器，但是用于晶体管点火器的专用芯片还处于开发和试制阶段，晶体管点火器主要依靠进口。所以，选用第二代CDI点火器几乎已成为目前我国开发中小排量四冲程摩托车汽油机的标准方案。 尽管第二代点火器的点火特性是以拥用二台折线来逼近形状复杂的最佳点火提前角规律，比第一代点火器的点火特性更接近最佳值，但与实际的最佳点火提前角规律还有一定的差距。这是因为在第一代和第二带点火器的点火控制电路中采用了模拟电路，很难实现形状复杂的最佳点火特性。这类点火器也被称为模拟式点火器。 数字式点火器 如何设计点火器使汽油机在整个运行范围内实现最佳点火始终是点火器开发者的追求目标。对特大排量的摩托车汽油机有必要综合考虑汽没机转速、节气门开度、环境温度和压力等重要参数对最佳点火的影响，从而采用发动机中央管理系统。 如前所述，由于在点火控制电路中采用模拟电路，模拟式点火器所控制的点火特性只能大致接近而很难达到最佳值。要实现摩托车汽油机在整个运行范围内的最佳点火就必须采用数字控制电路，这种数字式点火器被称为第三代点火器。 由于数字式点火器采用了单片机控制电路，故能按照任意给定的点火提前角曲线控制点火。因此，只要获取汽油机的最佳点火提前角规律，数字式点火器即可保证其最佳点火。 在汽车工业发达的国里，基于对最佳性能的追求，点火提前角的数字式(微机)控制在轿车汽油机上的应用已有二十多年的历史。在豪华大排量运动型摩托车汽油机上多年来同样也应用了微机控制技术，以最大限度地发掘发动机的性能潜力。如著名的美国哈利?戴维森公司、德国宝马公司和日本本田、川崎、铃木公司等都有这类产品。最近几年一些公司又把这种数字式点火技术应用到普通家庭型的摩托车汽油机上，如日本雅马哈的JOGAPRIO踏板车就采用了数字式点火器，使其经济性和动力性得到了进一步的改善。可以断言，正如当年发动机微机控制技术的应用从豪华型轿车迅速普及到普通型轿车一样，越来越多的摩托车制造商也将会很快地把数字式点火器应用到普通家庭型摩托车汽油机上。 但是，我国在点火提前角的数字式控制技术应用方面要远远落后于发达国家。事实上，在我国该技术在轿车汽油机上的应用才刚刚开始，离普及还有相当一段时期，在摩托车汽油机上的应用则只是几家研究机构涉足不久的研究课题，很少看到有关该产品研制成功的报道。 常州金点摩托车研究所最近成功地开发数字式CDI点火器和数字式晶体管点火器。开发数字式点火器的关键问题是解决点火引起的抗干扰问题。该所科研人员开拓视野，集思广益，提出了一套全新概念、软硬件相结合的主动式抗干扰法，彻底解决了点火带来的强力电磁干扰问题，保证了数字式点火器即使在使用原来普通的高压点火线情况下也能可靠地工作。试验结果表明，该数字式点火器工作可靠、性能稳定、灵活实用。 结束语 几年来，中国的摩托车产量位居世界第一，是名副其实的摩托车大国，但称不上强国。因为绝大多数摩托车企业还不能独立地开发高水平的摩托车新产品，大多采用引进、仿制的方法来发展生产。但是，要让我国的摩托车工业在竞争已是十分激烈的世界摩托车市场中站住脚并保住自己的一块市场份额，就必须加大研究和开发方面的投入，努力提高主机和零部件的整体开发水平。然而，现实情况是，许多厂家往往只重视主机的开发而轻视零部件的同步开发。多年来，我国摩托车点火器的研究和开发工作也未受到应有的重视，所以，在这一方面，我国与摩托车强国之间的差距也很大。 我国目前生产的大多是一些常规的模拟式CDI点火器。连用于排量略大(125ml以上)的四冲程摩托车汽油机上的模拟式体管点火器基本上都依赖于进口。这种点火器技术滞后发展的局面已严重影响到我国摩托车汽油机的开发水平。在开发摩托车汽油机的过程中，国外的通常做法是通过对一批样机的试验确定该机型汽油机的最佳点火提前角规律，然后再根据此规律开发相匹配的点火器。但是，在国内，我们往往没有去获取汽油机在不同运行工况下的最佳点火提前角规律，而是常常只从现有的点火器产品中通过试验挑选其一或略作修正，并不根据汽油机的最佳点火提前角规律来开发与之相匹配的点火器。金点研究所曾对一些出自国内著名制造商的四冲程摩托车汽油机进行了试验，结果发现仅仅通过调整点火提前角即可不同程度地改善其启动性、动力性和经济性。某一125ml四冲程汽油机的最大功率竟被提高了10%，启动性和经济性也都有十分明显的改善。
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