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1、第七章 点火与起动系、教学目的：掌握传统点火系的工作原理,几种现代点火系统的结构特点。掌握起动系的作用,结构，为确保顺利起动采取的措施。2、教学内容:（1）传统点火系的工作原理（2）现代点火系（3)汽车电源与起动概述3、教学方法：课堂教学、作业练习、课后答疑4、教学过程：一、发动机点火系1、功能及分类在汽油发动机中,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。点火系将汽车电源的低电压变为高电压，再按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,实现可靠而准确地点火;还能在更换燃油或安装分电器时进行人工校准点火时
2、刻.点火系按照点火系的组成和产生高压电方法的不同，分为:(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，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.(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
3、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，减少污染,应用日益广泛.(3）微机控制点火系统 由微机控制系统根据各种传感器提供的反映发动机工况的信息，发出点火控制信号,控制点火时刻。2、对点火系统的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.为此应满足以下三方面的要求:（1)能产生足以击穿火花塞电极间隙的电压火花塞电极击穿而产生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
4、主 要有: 火花塞电极间隙和形状火花塞电极间隙越大,气体中的离子和电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 尖 端 棱 角 分明,则 击 穿 电 压 降低。气缸内混合气的压力和温度 混合气的压力越大,温度越低,其密度就越大，离子自由运动的距离就越短，不易发生碰撞电离，击穿电压就越高。 电极的温度和极性 火花塞电极温度越高，电极附近的气体密度越小，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。中心电极为负极时，其击穿电压比中心电极为正极时约降低 04% .此外,发动机的转速、功率以及混合气空燃比等因素也影响击穿电压的高低。为了保证
5、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。一般传统点火系统的设计能力为 25kV。（2）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已接近其自燃温度,仅需 15mJ的火花能量。但在混合气过稀或过浓，发动机起动、怠速与节气门急剧打开时,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，传统点火系一般应具有 0-m的火花能量，高能电子点火系一般应具有 80100的火花能量,起动时应产生高于 100mJ的火花能量。(3)点火时刻应适应发动机的工况首先,点火系统应按发
6、动机的工作顺序进行点火。一般六缸发动机的点火顺序为 156-24，四缸发动机的点火顺序为1342，但也有不同,一般应以制造厂家提供的技术数据为准。其次,必须在最有利的时刻进行点火。因为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.如图1,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， 图1使炽热的气体与气缸壁接触的面积增大，
7、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行程进行,气缸内的燃烧压力急剧升高,当活塞到达上止点前即达最大，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，燃烧最大压力出现在上止点后 101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。影响最佳点火提前角的因素很多，主要有： 发动机转速 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,点火提前角增大发动机转速上升慢;起动或怠速时，点火
8、提前角应很小或不提前。在传统点火系中，发动机转速变化时，点火提前角的调整是由分电器的离心调节机构来实现的.发动机负荷 同一转速下,随着发动机负荷的增大，最佳点火提前角减小。在传统点火系中，发动机负荷变化时，点火提前的调整是由分电器的真空调节机构来实现的。汽油辛烷值 点火提前角小，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;反之，增大点火提前角.在传统的点火系中,汽油品质改变时，点火提前角的调整是由分电器的辛烷值选择器来实现的.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。因此，单靠离心调节机构或真空调节机构是不能满
9、足要求的,必须有一种更为先进的控制手段，这就是微机控制电子点火系。、传统点火系的组成及工作原理(1）组成传统点火系的组成如图所示,主要包括以下几部分：1）电源为蓄电池或发电机，其作用是给点火系统提供低压电源,电压一般为 1V. 2）点火线圈其作用是将 2V低压电变成120kV的高压电，其结构与自耦变压器相似,所以也称变压器。点火线圈初级绕组匝数少、导线粗,次级绕组匝数多、导线细.3)分电器包括断电器、配电器、电容器和点火提前机构等部分。断电器的作用是接通与切断初级电路;配电器的作用是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火花塞；电容器的作用是减少断电器触点火花，延长触点使用寿命和
10、提高次级电压；点火提前机构的作用是随发动机转速、负荷和汽油辛烷值变化改变点火提前角.4）火花塞 其作用是将高压电引入气缸燃烧室产生电火花点燃混合气。5）附加电阻用来改善点火性能和起动性能。6）点火开关 用来控制点火系统初级电路；还用来控制仪表电路、起动继电器电路等.图2（2）传统点火系的基本工作原理 在传统点火系中，当发动机转动时,断电器凸轮在凸轮轴的驱动下也随之旋转。凸轮转动时，断电器触点交替地闭合和打开。当点火开关接通后，如触点闭合时，便接通蓄电池（或发电机）向初级绕组供电，其电路是：蓄电池正极、电流表、点火开关、点火线圈“ + 开关”接柱、附加电阻、点火线圈“开关”接柱、点火线圈初级绕组
11、、点火线圈“ ”接柱、断电器触点、搭铁、蓄电池负极。初级电流流经的电路,称为低压电路或初级电路。初级电流在初级绕组中逐渐增大至某一值并建立较强的磁场。当凸轮将触点打开时，初级电路被切断，初级电流及磁场迅速消失,在两个绕组的每一匝中都感应出电动势。由于次级绕组的匝数多,因而在次级绕组内就感应出 120kV的电动势。此时,随凸轮同轴旋转的分火头恰好对准某缸的旁电极，该高压电便经配电器加于火花塞，它足以击穿火花塞的电极间隙，产生火花，点燃混合气。高压电流的回路（电感放电）是：次级绕组、附加电阻、“+ 开关”接柱、点火开关、电流表、蓄电池、搭铁、火花塞侧电极、中心电极、配电器(旁电极、分火头）、次级绕
12、组.一般从点火线圈到火花塞的电路被称为高压电路,也叫次级电路。 由上可知,断电器触点每打开一次，产生一次高压电，当分电器轴转一圈时，由配电器按照点火顺序将高压电轮流引至各气缸点火一遍。发动机工作时,该过程周而复始地进行,若要停止发动机工作，只要断开点火开关即可。(3)传统点火系存在的缺点传统点火系也叫做蓄电池点火系，已在汽车上使用了半个多世纪。但是随着社会的不断发展，人们对汽车性能的要求越来越高，传统点火系在提高动力性和安全性、降低油耗和减少废气污染等方面已无法满足发动机的要求，其缺点如下： 高速易断火，不适合高速发动机 传统点火系产生的次级电压 U2max是随着发动机的转速升高而下降的，这样
13、将导致发动机高速易断火。 断电器触点易烧蚀,可靠性差 传统点火系当断电器触点断开时，初级绕组将产生 0V 左右的感应电动势，触点间易产生火花,烧蚀触点。 点火能量低，影响混合气的燃烧及尾气排放传统点火系为了减小触点的烧蚀，不得不限制初级电流的大小（一般在 3 左右），从而使点火能量的提高受到限制. 火花塞积炭对次级电压的影响大，影响点火的可靠性 传统点火系次级电压上升速度慢，一般在120-200.s之间，而电子点火系次级电压上升快(初级电流增大、初级绕组电感减小），时间在080s之间，这样可避免次级电压在达到最大值之前就通过积炭层漏电，保证点火的可靠性。综上所述，传统点火系存在的缺点在电子点火
14、系中已被完全克服,电子点火系极大地改善了点火性能，提高了点火控制精度和可靠性。目前在我国大多数汽车都已使用电子点火系，蓄电池点火系基本上已被电子点火系取代.、电子点火系电子点火系也叫做晶体管点火系，其工作原理与传统点火系是一致的，区别在于控制初级电路的方式不同,电子点火系是利用晶体元件来控制初级电路的导通与截止。目前应用在汽车上的晶体管点火装置较多， 按信号发生器的原理分为：1）电磁感应式电子点火系；2）霍尔效应式电子点火系;3）光电式电子点火系.(1）电磁感应式电子点火系信号发生器在分电器内,主要由转子、感应线圈和永久磁铁等组成,如图。信号发生器的转子是由分电器轴带动的,转子上的凸齿数与发动
15、机的气缸数相等,其工作原理如下：永久磁铁的磁路为:N极、空气气隙、转子、空气气隙、铁心、S 极.当发动机工作时，分电器轴带动信号发生器的转子旋转,使转子与铁心之间的空气气隙发生有规律的变化,因此穿过感应线圈的磁通量也发生变化，从而在感应线圈中产生感应电动势.（）霍尔效应式电子点火系 图3其信号发生器是利用霍尔效应制成的.目前国产的桑塔纳、奥迪、捷达、红旗等轿车的点火系均采用这种点火装置。霍尔效应的原理如图4所示。当电流通过放在磁场中的半导体基片（即霍尔元件),且电流方向与磁场方向垂直时，在垂直于电流与磁场的半导体基片的横向侧面上,产生一个与电流和磁场强度成正比的电压,这个电压就称为霍尔电压UH，用公式表示如下:UH= Rd B式中 RH-霍尔系数；d-基片厚度；I通过基片的电流;B磁感应强度。由上式可知，霍尔电压与通过霍尔元件的电流及磁感应强度成正比,当电流I为定值时，霍尔电压只与磁感应强度成正比。利用这一效应制成了霍尔效应发生器。霍尔信号发生器位于分电器内，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，如图5。触发叶轮与分火头制成一体，由分电器轴带动，且
