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汽车发动机构造与维修专业资料

第一节 点火系的作用及分类
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。
　　点火系的作用是将低压电变成高压电，按照发动机的作功顺序与点火时间的要求，适时、准确地配送给各缸火花塞，产生电火花，点燃混合气。
二、点火系要求
　　——保证在发动机各种工况和使用条件下可靠、准确的点火。
1．能产生足以击穿火花塞间隙的电压UJ〔击穿电压〕
　　一般来说，电极间隙愈大、气缸内混合气压力愈高、温度愈低，击穿电压愈高。此外，发动机的转速、功率、压缩比以及点火时刻等因素也影响击穿电压的上下。为了保证点火的可靠性，点火系必须有一定的次级电压储藏。但过高的次级电压，将造成绝缘困难，使本钱提高。
　　传统点火系一般要提供15000V～20000V的高电压。
2．电火花应具有足够的能量
　　发动机正常工作时所需电火花能量很小〔3mJ～5mJ〕，但在起动、怠速、加速、大负
荷等工况时需要较高的电火花能量，点火系通常提供50mJ～80mJ的火花能量。
3．点火时间应适应发动机的工作状况
　① 点火系应按发动机的工作顺序进行点火
　　六缸：1-5-3-6-2-4
　　四缸：1-3-4-2或1-2-4-3
　② 在最有利的时刻点火
　　[点火提前角θ：指从点火开始到活塞运行至上止点时的这段时间内曲轴所转过的角度。
　☆点火过早、点火过迟都会使发动机功率下降。
　　点火提前角过大〔即点火过早〕，由于混合气的燃烧完全是在压缩行程中进行，气缸内压力急剧上升，在活塞到达上止点之前即到达较大压力，给正在上升的活塞一个很大的阻力阻止活塞向上运动，不仅使发动机功率下降，油耗增加，还会引起爆燃，加速机件损坏。
　　点火提前角过小〔即点火过迟〕，在活塞到达上止点时才点火，那么混合气边燃烧，活塞边下行，即燃烧过程是在容积增大的情况下进行的，不仅导致燃烧压力降低、发动机功率下降，还会引起发动机过热、油耗增加。
　　实践证明，燃烧最大压力出现在上止点后10°～15°时，发动机的输出功率最大，此时所对应的点火提前角为最正确点火提前角。
　☆最正确点火提前角主要与发动机转速、负荷等有关。
　〔1〕发动机转速
　　同一负荷下，发动机转速越高，最正确点火提前角应越大。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；起动或怠速时，点火提前角应很小或不提前。转速变化时点火提前角的调节由分电器的离心调节机构来实现。
　〔2〕发动机负荷
　　同一转速下，随着发动机负荷的增大，最正确点火提前角减小。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。
　〔3〕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。汽油品质改变时，点火提前角的调整由分电器的辛烷值选择器来实现。
　　除此之外，点火提前角还与排气净化、混合气成分、发动机压缩比、发动机水温等诸多因素有关。
三、点火系分类
　　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。
1．传统点火系
　　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，储能方式为电感储能。传统点火系结构简单，本钱低，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。随着汽车技术的开展，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。
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。
汽配人网： :// qipeiren /column/brand-281-fendianqi.htm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。
　　汽车发动机向三高〔高压缩比、高转速、高可靠性〕，三低〔低油耗、低排放、低噪声〕方向开展，传统的点火系将逐渐被电子点火系所取代。
第二节 传统点火系的组成及工作原理
一、组成
1．电源：提供低压直流电〔两个电源〕。
2．点火开关：控制低压电路的通断。
3．点火线圈：变压〔初级绕组、次级绕组〕。

4．分电器：断电、配电、调整点火时间。
5．火花塞：引入高压电，产生电火花。
6．附加电阻短接装置：起动时将附加电阻短接，增大初级电流，增强起动点火花能量。

二、工作原理：
1．一个原理： 以电磁感应〔互感〕理论为根底。
2．二个电路：
　　断电器触点闭合→低压电路〔初级电路〕
　　断电器触点断开→高压电路〔次级电路〕
3．三个阶段〔正常工作〕：
　① 触点闭合、初级电流增长过程
　　低压电路：
　　蓄电池或发电机“+〞→点火开关“ON〞档→附加电阻→点火线圈初级绕组→断电器活动触点→固定触点→搭铁→蓄电池或发电机“—〞。
　　产生反向自感电动势和1500V～2000V的互感电动势。不产生电火花，积聚磁场能。
　☆触点闭合时，电路简图如下：

　 ② 触点断开、次级绕组产生高压电过程
　　高压电路：
　　点火线圈次级绕组“+〞 →附加电阻→点火开关→蓄电池或发电机→火花塞侧电极→分电器盖→分火头→点火线圈次级绕组“—〞。
　　产生同向自感电动势和15000V～20000V的互感电动势。
　③ 击穿火花塞间隙，形成电火花过程
　　起动时电路短接附加电阻，电路稍有不同。

课后小结：
　　本课在了解点火系作用的根底上，分析其使用要求；汽配人网： :// qipeiren /column/brand-281-fendianqi.htm在了解点火系使用类别的根底上，熟悉传统点火系的各组成结构、特点，并重点介绍点火系的工作原理。
课后习题：
1、简述点火系的作用。
2、为保证使用可靠，点火系应满足哪些根本要求？
3、简述传统点火系的工作过程。
4、点火过早过迟有何危害？

第二节 无触点电子点火系
课时：2学时
授课内容：
二、霍尔式电子点火系统
目的要求：
1、了解霍尔效应工作原理；
2、掌握霍尔信号发生器结构和工作原理；
重、难点：
1、霍尔信号发生器；
2、桑塔纳轿车用霍尔式点子点火系统；
3、霍尔式电子点火系统电路原理图。
教学方法：
利用多媒体，辅助实物，以课堂讲授为主，结合实习稳固所学内容。
讲授重点内容提要：
第二节 无触点电子点火系
二、霍尔式电子点火系统
1．系统组成及作用
　　下面以桑塔纳轿车用霍尔式点子点火系统为例说明其工作过程。如下列图所示，主要由低压电源、点火线圈、点火控制器、分电器、火花塞等局部组成。
各部件的主要作用是：
　　低压电源：为蓄电池或发电机电压，一般为12v。
　　点火线圈：构造与自耦变压器相似，其功用是将12~14v的低压电转化为15~20kv的高压电。
　　点火控制器：又称电子点火器、点火模块，主要是根据点火信号发生器产生的点火脉冲信号，接通和切断点火线圈初级绕组电路。
　　分电器：又点火信号发生器、高压配电器和点火提前装置组成。
　　火花塞：其作用是产生电火花点燃可燃混合气。
　　点火开关：其功用是控制点火系统的初级电路，它一旦断开，发动机就会立即熄火。
2．主要部件及工作原理
　〔1〕霍尔效应式点火信号传感器
　　 霍尔效应式点火信号传感器根本原理见下列图7-11。当电流I通过放在磁场中的半导体基片，且电流方向和磁场B方向垂直时，在垂直于电流I和磁场B的半导体基片的横向侧面上产生一个与电流I和磁场强度成正比的电压UH，这个电压称为霍尔电压。

式中：RH——霍尔系数；
　　　　　d——半导体基片厚度。
　　利用霍尔效应制成的传感器或信号发生器的突出优点是：一是输出的电压信号近似于方波；二是输出电压上下于被测物体的转速无关。霍尔式传感器与磁感应式传感器不同的是需要外加电源。
　　霍尔元件实际上是一个霍尔集成块电路，内部原理图见下列图7-12所示。因为在霍尔元件上得到的霍尔电压一般为20mV，因此必须将其放大整形后再输出给点火控制器。

　　霍尔信号发生器位于分电器内，其结构见下列图7-13。主要由分电器轴带动的触发叶轮、永久磁铁、霍尔元件等组成。
　　霍尔式分电器主要由霍尔传感器、点火提前调节装置、配电器等组成。霍尔传感器由触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片、永久磁铁等组成。汽配人网： :// qipeiren /column/brand-281-fendianqi.htm发动机工作时，分电器通过触发叶轮使霍尔集成电路的磁通发生变化，产生电压信号，供应点火控制器。与磁感应传感器不同的是，霍尔传感器需要一个输入电压。

霍尔信号发生器工作原理图见下列图7-14。
　　分电器轴带动触发叶轮转动，当叶片进入磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，磁场被旁路，霍尔元件不产生霍尔电压，霍尔集成电路末级三极管截止，信号发生器输出高电位；当触发叶轮离开空气隙，永久磁铁的磁力线通过霍尔元件而产生霍尔电压，集成电路末级三极管导通，信号发生器输出低电位。

　　霍尔信号：
　　叶片不停的转动，信号发生器输出一个矩形波信号，作为控制信号给点火器。由点火器控制初级电路的通断。
　〔2〕点火控制器〔点火模快〕
　　桑塔纳轿车点火模快外形结构见下列图。该电子点火模块为先进的混合集成电路，具有恒能点火〔初级电流恒定7.5A〕、闭合角控制、初级电流上升率控制、停车断电保护、过电压保护等功能。

　〔3〕霍尔电子点火系〔点火器内装专用点火集成块〕原理图7-16：

课后小结：
1、霍尔效应 当电流I通过放在磁场中的半导体基片，且电流方向和磁场B方向垂直时，在垂直于电流I和磁场B的半导体基片的横向侧面上产生一个与电流I和磁场强度成正比的电压UH，这个电压称为霍尔电压。
2、霍尔式电子点火系由内装霍尔信号发生器的分电器、点火器、火花塞、点火线圈等组成。
3、霍尔信号发生器工作原理。
课后习题：
1、何谓霍尔效应？
2、简述桑塔纳轿车用霍尔式点子点火系统工作过程。

第三节 无机械提前装置式电子点火系
第四节 无分电器式电子点火系
课时：2学时
授课内容：
无机械提前装置式电子点火系
无分电器式电子点火
目的要求：
1、了解无机械提前装置式和无分电器式电子点火系统的主要优点；
2、掌握无机械提前装置式电子点火系的结构特点和工作原理；
3、掌握无分电器电控点火系统的两种形式的结构和工作过程。
重、难点：
1、无机械提前装置式电子点火系的组成；
2、无分电器电子点火系统的两种典型形式；
3、点火提前角控制。
教学方法：
利用多媒体，辅助实物，以课堂讲授为主，结合实习稳固所学内容。
讲授重点内容提要：
　 无机械提前装置式电子点火系和无分电器式电子点火系有以下的特点：
　　在发动机的电子集中控制系统中，点火系统由微机控制称为微机控制点火系统。现在生产的大局部轿车都采用微机控制点火系统。该点火系统主要由传感器、电子控制器、点火控制器(点火器)、点火线圈和火花塞等组成。
　　在各种工况下，可自动获得最正确的点火提前角，使发动机的动力性、经济性、排放性及稳定性均处于最正确；而传统带机械式的真空、离心点火提前装置明显存在缺乏，即点火提前角的调整不能满足发动机最正确点火的实际需要，另外，发动机转速、负荷以外的其它因素改变时，点火提前角不能作出相应的调整。
　　在整个工作过程中，均可对点火线圈初级电路的通电时间和电流进行控制，不仅提高了点火的可靠性，而且可有效地减少电能消耗，防止点火线圈烧损。
　　采用爆燃控制功能后，可使点火提前角控制在爆燃的临界状态，以此获得最正确的燃烧过程。
　　此外，微机控制点火系统又分为分配式(有配电器)点火系统和直接式(无配电器)点火系
统。分配式点火系统点火线圈产生的高压电由配电器按发动机作功顺序分配给各缸火花塞跳火，仍然要产生较多电火花，不仅浪费能量，而且还产生电磁干扰信号。而直接式点火系统没有配电器，点火线圈次级绕组的两端直接与火花塞相连，发动机运转时，微机根据传感器信号，直接控制各个点火线圈产生高压电，使相应火花塞跳火。到目前为止，无配电器微机控制点火系统是技术最先进的点火系统。
第三节 无机械提前装置式电子点火系
　　有分电器但无机械提前式电子点火系由传感器、电子控制单元〔ECU〕、电子点火模块及点火线圈等部件组成。由分电器将点火线圈高压电按发火顺序依次传给各缸火花塞，只有一个点火线圈。
　　传感器是监测发动机各种运行工况信息的装置。其形式和数量因车而异，因ECU附有多个控制功能，所以传感器长与电控燃油喷射系统共用。主要有曲轴位置传感器、空气流量传感器飞节气门位置传感器、爆震传感器、冷却水温度传感器、进气温度传感器、氧传感器、车速传感器、空挡起动开关、点火开关、空调开关、蓄电池等。
　　电控单元的作用是根据发动机各传感器输入的信息和内存的数据及程序，进行运算、处理、判断，然后输出信号控制电子点火模块，到达准确控制发动机点火的目的。

　　ECU是发动机的控制核心。电子控制器的名称并不统一，生产厂家或公司不同，生产年代和控制内容不同，采用的名称也不尽相同。电子控制器主要包括输入回路、输出回路、模数A/D转换器或模数D/A转换器、单片微型计算机和电源电路等。由于电子控制器的核心部件是单片微型计算机，通常将电子控制器称为微机或电脑。电子控制器的作用是根据发动机各传感器输入的信息和微机内存数据，通过运算处理和逻辑判断，然后输出指令信号，控制有关执行器(如点火器)工作。
　　经大量试验获得最正确数据储存在电子控制单元的存贮器中。一般怠速的目的是运转平稳、排污最低、油耗最小；局部负荷时，目的是降低油耗和提高行驶特性；大负荷时目的是提高最大转矩和防止工作中产生爆震现象。
　　点火控制器是发动机控制系统的执行器，其作用是根据微机发出的指令信号，通过内部大功率三极管的导通与截止来控制点火线圈初级绕组电路的通断，使点火线圈产生高压电。各型发动机点火器的内部结构各不相同，有的发动机并不配置点火器，大功率三极管直接设在电子控制器ECU内部；有的点火器只有一只达林顿三极管，仅起开关作用，其它电子控制元件那么与电子控制器制成一体；有的点火器除开关作用外，还有恒流控制、闭合角控制、气缸判别、点火监视等功能。
第四节 无分电器式电子点火系
1、线圈配电式电子点火系即同时点火方式〔如图7-18、7-19〕

　　结构和控制电路较简单，应用较多；保存高压线，有一定的能量损失。
　　双缸进行点火时，气缸两两组合，当任何一组点火时必有一缸处于压缩行程，而另一组那么处于排气行程，两个火花塞串联后加上高压电时，因排气时火花塞很容易放电而耗能少，故大局部能量加在了处于压缩行程的火花塞上。高压回路中串接的二极管能防止发动机在点火线圈初级电流接通瞬间被错误地点火。
2．二极管配电点火方式〔如图7-20〕
　　特制点火线圈为内装双初级绕组、双输出次级绕组

3．独立点火式电子点火系〔如图7-21〕
　　点火线圈有较长通电时间，能在高达9000r/min的宽转速范围内提供足够的点火能量和高压电；
　　初级线圈通电电流较小，不易发热；
　　点火线圈体积小巧，可压装在火花塞上；
　　由于无机械式分电器、无高压导线，因而能量传导损失、漏电损失小，同时也节省了发动机周围的安装空间；无机械磨损、无线电干扰极少。

课后小结：
1、电控点火系统的主要优点；
2、有分电器电控点火系统组成 有分电器但无机械提前式电子点火系由传感器、电子控制单元〔ECU〕、电子点火模块及点火线圈等部件组成；
3、无分电器电控点火系统 独立点火方式，同时点火方式。
课后习题：
1、简述无机械提前装置式电子点火系的组成。
2、独立点火方式有哪些优点？