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1、第十章第十章 发动机点火系发动机点火系接近压缩上止点时，汽油机的可燃混合气由火花塞点燃、燃烧对外作功，为此，接近压缩上止点时，汽油机的可燃混合气由火花塞点燃、燃烧对外作功，为此，汽油机的燃烧室中都装有火花塞。火花塞有一个中心电极和一个侧电极，两电极之汽油机的燃烧室中都装有火花塞。火花塞有一个中心电极和一个侧电极，两电极之间是绝缘的。当在火花塞两电极间加上直流电压并且电压升高到一定值时，火花塞间是绝缘的。当在火花塞两电极间加上直流电压并且电压升高到一定值时，火花塞两电极之间的间隙就会被击穿而产生电火花，能够在火花塞两电极间产生电火花所两电极之间的间隙就会被击穿而产生电火花，能够在火花塞两电极间产
2、生电火花所需要的最低电压称为需要的最低电压称为击穿电压击穿电压；能够在火花塞两电极间产生电火花的全部设备称为；能够在火花塞两电极间产生电火花的全部设备称为发动机点火系发动机点火系。内容提要内容提要第一节 概述一、点火系统的功用一、点火系统的功用点火系统的基本功用是在发动机各种工况和使用条点火系统的基本功用是在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以件下，在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气，使发动机作功。点燃可燃混合气，使发动机作功。点火系统的类型点火系统的类型按组成和产生高压电方式的不同可分为按组成和产生高压电方式的不同可分为传统蓄电池点火系统、
3、电子点火系统、微机控传统蓄电池点火系统、电子点火系统、微机控制点火系统制点火系统和和磁电机点火系统磁电机点火系统。传统蓄电池点火系统传统蓄电池点火系统以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈和断电器的作用，将电以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈和断电器的作用，将电源提供的源提供的6V、12V或或24V的低压直流电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火的低压直流电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。电子点火系统：电子点火系统：以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈和由半导体器件以蓄电池和发电机为电源，
4、借点火线圈和由半导体器件(晶体三极管晶体三极管)组成的点火控制器将电源提供的低压电转变为高压电，再组成的点火控制器将电源提供的低压电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃通过分电器分配到各缸火花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气。特点是点火可靠、使用方便，是目前国内外汽车上广泛采可燃混合气。特点是点火可靠、使用方便，是目前国内外汽车上广泛采用的点火系统。用的点火系统。微机控制点火系统：微机控制点火系统：以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈将电源的低以蓄电池和发电机为电源，借点火线圈将电源的低压电转变为高压电，再由分电器将高压电分配到各缸火花塞
5、，并由微机压电转变为高压电，再由分电器将高压电分配到各缸火花塞，并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，点燃可燃混合气。它还可以取消分电器，由微机信号，控制点火时刻，点燃可燃混合气。它还可以取消分电器，由微机控制系统直接将高压电分配给各缸。控制系统直接将高压电分配给各缸。磁电机点火系统磁电机点火系统由磁电机本身直接产生高压电，不需另设低压电源。与传统蓄电池点火系统由磁电机本身直接产生高压电，不需另设低压电源。与传统蓄电池点火系统相比，磁电机点火系统在发动机中、高转速范围内，产生的高压
6、电较高，工作可靠。但在相比，磁电机点火系统在发动机中、高转速范围内，产生的高压电较高，工作可靠。但在发动机低转速时，产生的高压电较低，不利于发动机起动。发动机低转速时，产生的高压电较低，不利于发动机起动。点火系统的基本要求点火系统的基本要求能产生足以击穿火花塞两电极间隙的电压（击穿电压能产生足以击穿火花塞两电极间隙的电压（击穿电压火花塞击穿电压的大小与电极之间的距离火花塞击穿电压的大小与电极之间的距离(火花塞间隙火花塞间隙)、气缸内的压力和温度、电极的温度、气缸内的压力和温度、电极的温度、发动机的工作状况等因素有关。通常，火花塞的击穿电压为发动机的工作状况等因素有关。通常，火花塞的击穿电压为7
7、8kV，发动机冷起动时达，发动机冷起动时达19kV。为了使发动机在各种不同的工况下均能可靠地点火，要求火花塞击穿电压应在为了使发动机在各种不同的工况下均能可靠地点火，要求火花塞击穿电压应在1520kV。电火花应具有足够的点火能量电火花应具有足够的点火能量混合气压缩时的温度接近自燃温度，因此所需的火花能量较小混合气压缩时的温度接近自燃温度，因此所需的火花能量较小(15mJ)，传统点火系统的火，传统点火系统的火花能量花能量(1550mJ)，足以点燃混合气。但在起动、怠速以及突然加速时需要较高的点火能量。，足以点燃混合气。但在起动、怠速以及突然加速时需要较高的点火能量。为保证可靠点火，一般应保证为保
8、证可靠点火，一般应保证5080mJ的点火能量，起动时应能产生大于的点火能量，起动时应能产生大于100mJ的点火能的点火能量。量。点火时刻应与发动机的工作状况相适应点火时刻应与发动机的工作状况相适应首先发动机的点火时刻应满足发动机工作循环的要求；其次可燃混合气在气缸内从开始点火到首先发动机的点火时刻应满足发动机工作循环的要求；其次可燃混合气在气缸内从开始点火到完全燃烧需要一定的时间完全燃烧需要一定的时间(千分之几秒千分之几秒)，所以要使发动机产生最大的功率，就不应在压缩行程，所以要使发动机产生最大的功率，就不应在压缩行程终了终了(上止点上止点)点火，而应适当地提前一个角度。点火，而应适当地提前一
9、个角度。第二节第二节蓄电池点火系统的组成及蓄电池点火系统的组成及工作原理工作原理组成组成电源：电源：主要包括蓄电池及发电机，为系统供应主要包括蓄电池及发电机，为系统供应12V、24V或或48V直流电；直流电； 点火开关及电流表：点火开关及电流表：控制电路的通、断并指示电路的充、放电的工作状态；控制电路的通、断并指示电路的充、放电的工作状态； 点火线圈：点火线圈：通过对初级线圈中低压电的通、断控制，使次级线圈中感应出用于点火的高压电；通过对初级线圈中低压电的通、断控制，使次级线圈中感应出用于点火的高压电； 配配电器及断电器：电器及断电器：断电器的作用是在适当的时刻对初级线圈实现断电，以使次级线圈
10、产生高断电器的作用是在适当的时刻对初级线圈实现断电，以使次级线圈产生高压电；配电器的作用是将次级线圈产生的高压电流，按照发动机的工作顺序分配到需要点压电；配电器的作用是将次级线圈产生的高压电流，按照发动机的工作顺序分配到需要点火的气缸的火花塞上；火的气缸的火花塞上；高压线及火花塞：高压线及火花塞：传输高压电并使高压电能击穿火花塞电极而释放出火花，以点燃混合气；传输高压电并使高压电能击穿火花塞电极而释放出火花，以点燃混合气； 点火提前调节装置点火提前调节装置由离心和真空两套点火提前由离心和真空两套点火提前调整装置组成，分别安装在断电器底板的下方和调整装置组成，分别安装在断电器底板的下方和分电器的
11、外壳上，用来在发动机工作时随发动机分电器的外壳上，用来在发动机工作时随发动机工况的变化自动调整点火提前角。工况的变化自动调整点火提前角。附加电阻附加电阻：用以平衡点火线圈内平均电流的大用以平衡点火线圈内平均电流的大小变化。小变化。传统点火系统的传统点火系统的工作原理工作原理当断电器触点断开后，初级电流下降的当断电器触点断开后，初级电流下降的速率越高，次级绕组中产生的感应电压越速率越高，次级绕组中产生的感应电压越高，越容易击穿火花塞间隙。高，越容易击穿火花塞间隙。工作电路流程工作电路流程低压电路：低压电路：蓄电池蓄电池电流表电流表点火开关点火开关附加电阻附加电阻初级线圈初级线圈断电器断电器搭铁（
12、接地）搭铁（接地）蓄电池蓄电池高压电路：高压电路：蓄电池蓄电池电流表电流表点火开关点火开关附加电阻附加电阻次级线圈次级线圈分电器分电器火花塞火花塞发动机机体发动机机体蓄电池蓄电池第三节第三节点火时刻点火时刻n点火提前角点火提前角：从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度。：从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度。n最佳点火提前角最佳点火提前角：能使发动机获得最佳动力性、经济性和最佳排放性能的点火提：能使发动机获得最佳动力性、经济性和最佳排放性能的点火提前角。前角。n影响因素影响因素：发动机的转速和混合气的燃烧速度。混合气的燃烧速度又与混合气的：发动机的转速
13、和混合气的燃烧速度。混合气的燃烧速度又与混合气的成分、发动机的结构及其他一些因素有关成分、发动机的结构及其他一些因素有关(如燃烧室的形状、压缩比等如燃烧室的形状、压缩比等)。n当节气门开度一定时，随着发动机转速升高，应适当增大点火提前角，否则燃烧当节气门开度一定时，随着发动机转速升高，应适当增大点火提前角，否则燃烧会延续到作功行程，使发动机的动力性、经济性下降。会延续到作功行程，使发动机的动力性、经济性下降。n当发动机转速一定时，随着负荷增加，节气门开度增大，应适当减小点火提前角。当发动机转速一定时，随着负荷增加，节气门开度增大，应适当减小点火提前角。反之，发动机负荷减小时，点火提前角应当加大
14、。反之，发动机负荷减小时，点火提前角应当加大。n最佳点火提前角还与所用汽油的抗爆性有关。最佳点火提前角还与所用汽油的抗爆性有关。一、分电器一、分电器分电器由断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置等组成。分电器由断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置等组成。分电器的基本构造分电器的基本构造分电器盖：在分电器总成的上部安装有分电器盖，其上装有一个高压线中心插座分电器盖：在分电器总成的上部安装有分电器盖，其上装有一个高压线中心插座及若干个高压线侧插座，在中心插座下面装有炭柱和弹簧，以实现与断电凸轮顶及若干个高压线侧插座，在中心插座下面装有炭柱和弹簧，以实现与断电凸轮顶部的分火头之间的运动连接；部
15、的分火头之间的运动连接； 分电器壳：分电器总成的大部分零件均安装在分电器壳体内，包括：断电器底版分电器壳：分电器总成的大部分零件均安装在分电器壳体内，包括：断电器底版总成、电容器、离心式点火提前装置、真空点火提前装置等；总成、电容器、离心式点火提前装置、真空点火提前装置等； 分电器轴：分电器轴下端受到与凸轮轴相啮合的齿轮驱动，按相应的正时要求，分电器轴：分电器轴下端受到与凸轮轴相啮合的齿轮驱动，按相应的正时要求，通过离心式点火提前装置驱动断电器凸轮旋转，实现对低压断电的控制，同时也通过离心式点火提前装置驱动断电器凸轮旋转，实现对低压断电的控制，同时也驱动套在断电凸轮上的分火头，完成对高压电的分
16、配。驱动套在断电凸轮上的分火头，完成对高压电的分配。第四节第四节传统点火系统主要元件的结构传统点火系统主要元件的结构分电器的基本工作原理分电器的基本工作原理分电器轴通过离心点火提前装置，驱动断点器凸轮转动，在适当时刻，凸轮顶开断分电器轴通过离心点火提前装置，驱动断点器凸轮转动，在适当时刻，凸轮顶开断电器活动触点臂，并断开由该触点控制的点火线圈的低压电路，其结果是在点火线圈电器活动触点臂，并断开由该触点控制的点火线圈的低压电路，其结果是在点火线圈的高压电路中感应出约的高压电路中感应出约15000V的高压电，该高压电经由分电器轴驱动的分火头，将的高压电，该高压电经由分电器轴驱动的分火头，将高压电分
17、配到相应的需要点火气缸的火花塞上，以实现发动机的正常工作。高压电分配到相应的需要点火气缸的火花塞上，以实现发动机的正常工作。断电器断电器功用功用：周期地接通和切断点火线圈初级绕组的电路，使初级电流和点火线圈铁心中：周期地接通和切断点火线圈初级绕组的电路，使初级电流和点火线圈铁心中的磁通发生变化，以便在点火线圈的次级绕组中产生高压电。的磁通发生变化，以便在点火线圈的次级绕组中产生高压电。组成组成：一对钨质的触点和断电器凸轮组成。断电器凸轮的凸棱数与发动机气缸数相：一对钨质的触点和断电器凸轮组成。断电器凸轮的凸棱数与发动机气缸数相等。凸轮轴通过离心点火提前调节器与分电器轴相连。分电器轴由发动机的曲
18、轴通等。凸轮轴通过离心点火提前调节器与分电器轴相连。分电器轴由发动机的曲轴通过配气凸轮轴上的齿轮驱动，其转速与配气凸轮轴的转速相等，为曲轴转速的一半过配气凸轮轴上的齿轮驱动，其转速与配气凸轮轴的转速相等，为曲轴转速的一半（四冲程发动机）。（四冲程发动机）。配电器配电器功用：将点火线圈中产生的高压电，按发动机各气缸的工作次序轮流分配到各缸的火功用：将点火线圈中产生的高压电，按发动机各气缸的工作次序轮流分配到各缸的火花塞。花塞。组成：分电器盖与分火头。分火头安装在断电器轴上，与轴一起旋转，分电器盖上有组成：分电器盖与分火头。分火头安装在断电器轴上，与轴一起旋转，分电器盖上有中心电极和若干个侧电极，
19、侧电极的数目与发动机气缸相等，经高压导线与各缸火中心电极和若干个侧电极，侧电极的数目与发动机气缸相等，经高压导线与各缸火花塞相连。花塞相连。点火提前调节装置点火提前调节装置点火提前角：从触点分开到活塞到达上止点这段时间的曲轴转角。调节点火提前角的点火提前角：从触点分开到活塞到达上止点这段时间的曲轴转角。调节点火提前角的方法有两种：方法有两种：保持触点不动，将断电器凸轮相对于分电器轴顺旋转方向转过一个角度保持触点不动，将断电器凸轮相对于分电器轴顺旋转方向转过一个角度，凸轮提，凸轮提前将触点顶开，使点火提前。前将触点顶开，使点火提前。凸轮不动凸轮不动(不改变凸轮与轴的相对位置不改变凸轮与轴的相对位
20、置)，使断电器触点相对于凸轮逆着旋转方向转，使断电器触点相对于凸轮逆着旋转方向转过一个角度过一个角度，也可使点火提前。，也可使点火提前。离心点火提前调离心点火提前调节装置和节装置和真空真空点火提前调节点火提前调节装置装置（自学）（自学）功用：功用：将电源的低压电转变为高压电。将电源的低压电转变为高压电。组成：组成：铁芯、接线柱、导磁钢套、外壳、初级线圈、次级线圈、高压线接头、铁芯、接线柱、导磁钢套、外壳、初级线圈、次级线圈、高压线接头、附加电阻等。附加电阻等。开磁路点火线圈开磁路点火线圈点火线圈的铁芯由若干片涂有绝缘漆的硅钢片叠成，二次绕组和一次绕组点火线圈的铁芯由若干片涂有绝缘漆的硅钢片叠成
21、，二次绕组和一次绕组都套装在柱形铁芯上。都套装在柱形铁芯上。闭磁路点火线圈闭磁路点火线圈闭磁路点火线圈将一次绕组和二次绕组都绕在口字形或日子形铁芯上。初闭磁路点火线圈将一次绕组和二次绕组都绕在口字形或日子形铁芯上。初级绕组在铁芯中产生的磁通，通过铁芯形成闭合磁路，泄漏的磁通量和磁路损级绕组在铁芯中产生的磁通，通过铁芯形成闭合磁路，泄漏的磁通量和磁路损失大大减少，点火线圈的转化效率高。失大大减少，点火线圈的转化效率高。二、点火线圈二、点火线圈功用：功用：将点火线圈或磁电机产生将点火线圈或磁电机产生的脉冲高压电引入燃烧室，并在的脉冲高压电引入燃烧室，并在其两个电极之间产生电火花。其两个电极之间产生
22、电火花。工作条件及性能要求：工作条件及性能要求：（1）受到高压燃气冲击，需要）受到高压燃气冲击，需要有足够的机械强度；有足够的机械强度；（2）必须具有耐）必须具有耐20000V电压电压的绝缘强度；的绝缘强度；（3）受）受15002000燃气燃气加热，必须具有良好的耐热性及加热，必须具有良好的耐热性及散热性；散热性；（4）必须具有良好的密封性、）必须具有良好的密封性、耐腐蚀性及电击穿性能。耐腐蚀性及电击穿性能。火花塞火花塞第五节第五节电子点火系统电子点火系统 优点优点1)可以减少触点火花，避免触点烧蚀，延长触点的使用寿命；有的还可以取消触点，可以减少触点火花，避免触点烧蚀，延长触点的使用寿命；有
23、的还可以取消触点，因而克服了与触点相关的一切缺点，改善了点火性能。因而克服了与触点相关的一切缺点，改善了点火性能。2)可以不受触点的限制，增大初级电流，提高次级电压，改善发动机高速时的点火性可以不受触点的限制，增大初级电流，提高次级电压，改善发动机高速时的点火性能。一般传统点火系统的低压电流不超过能。一般传统点火系统的低压电流不超过5A，而电子点火系统可提高到，而电子点火系统可提高到78A，次级电压可达次级电压可达30kV。3)由于次级电压和点火能量的提高，使其对火花塞积炭不敏感，且可以加大火花塞电由于次级电压和点火能量的提高，使其对火花塞积炭不敏感，且可以加大火花塞电极间隙，点燃较稀的混合气
24、，从而有利于改善发动机的动力性、经济性和排气净极间隙，点燃较稀的混合气，从而有利于改善发动机的动力性、经济性和排气净化性能。化性能。4)大大减轻了对无线电的干扰。大大减轻了对无线电的干扰。5)结构简单，质量轻，体积小，使用和维修方便。结构简单，质量轻，体积小，使用和维修方便。目前，国内外汽车上使用的电子点火系统主要分为有触点的电子点火系统和无触点的目前，国内外汽车上使用的电子点火系统主要分为有触点的电子点火系统和无触点的电子点火系统两大类。无论是哪一类电子点火系统，都是利用电子元件电子点火系统两大类。无论是哪一类电子点火系统，都是利用电子元件(晶体三极管晶体三极管)作为开关来接通或断开点火系统
25、的初级电路，通过点火线圈来产生高压电。作为开关来接通或断开点火系统的初级电路，通过点火线圈来产生高压电。微机控制点火系统微机控制点火系统 微机控制点火系统可以通过各种传感器感知多种因素对点火提前角的微机控制点火系统可以通过各种传感器感知多种因素对点火提前角的影响，使发动机在各种工况和使用条件下的点火提前角都与相应的最佳点影响，使发动机在各种工况和使用条件下的点火提前角都与相应的最佳点火提前角比较接近，并且不存在机械磨损等问题，克服了离心点火提前调火提前角比较接近，并且不存在机械磨损等问题，克服了离心点火提前调整装置和真空点火提前调整装置的缺陷，使点火系统的发展更趋完善，发整装置和真空点火提前调
26、整装置的缺陷，使点火系统的发展更趋完善，发动机的性能得到进一步改善和更加充分的发挥。动机的性能得到进一步改善和更加充分的发挥。型式型式：按是否配有分电器分为有分电器微机控制点火系统和无分电器微机：按是否配有分电器分为有分电器微机控制点火系统和无分电器微机控制点火系统两种。控制点火系统两种。有分电器微机控制点火系统的组成有分电器微机控制点火系统的组成无分电器微机控制点火系统无分电器微机控制点火系统思考题思考题1.点火系统的基本功用和基本要求有哪些？点火系统的基本功用和基本要求有哪些？2.试说明传统点火系统由哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？试说明传统点火系统由哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？3.画出传统点火系统线路图，并指出高、低压电路中电流流动的方向。画出传统点火系统线路图，并指出高、低压电路中电流流动的方向。4.汽车发动机的点火系统为什么必须设置真空点火提前和离心点火提前调节汽车发动机的点火系统为什么必须设置真空点火提前和离心点火提前调节装置？它们是怎样工作的？装置？它们是怎样工作的？5.什么是点火提前角？影响点火提前角的因素有哪些什么是点火提前角？影响点火提前角的因素有哪些?
