汽车点火系统简介-汽车电器设备构造与检修

2023-08-19 理论教育版权反馈

【摘要】：由磁电机向点火系统提供电能的称为磁电机点火系统。微机控制点火系统可根据发动机工况的变化对喷油时刻、点火提前角等进行调整,使发动机获得良好的动力性、经济性和排放性能。微机控制点火系统是目前最先进的点火系统,已经被广泛应用。点火系统产生的次级电压必须高于击穿电压才能使火花塞跳火。

（1）点火系统的作用

发动机汽缸活塞将汽油和气体混合物压缩到最大冲程时,需要适时准确地接收一个高压电火花点燃混合气体,其瞬间产生的热能推动活塞进行做功冲程的运动。而点火系统的作用就是利用点火线圈,将汽车低压电转换成高压电脉冲,并按照发动机做功顺序与点火时刻要求,使各缸的火花塞跳火。

（2）点火系统的发展

在发动机点火系统中,由蓄电池或发电机向其提供电能,称为蓄电池点火系统。由磁电机向点火系统提供电能的称为磁电机点火系统。现代车用汽油发动机均采用蓄电池点火系统,而磁电机点火系统多用于摩托车和拖拉机上。

汽油机点火系统对点火提前角的控制方式不同,分为传统点火系统、晶体管电子点火系统和微机控制电子点火系统。点火系统发展历程,如图4.1所示。

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图4.1　点火系统发展历程

1)传统点火系统

由蓄电池或发电机向点火系统提供电能,用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。传统点火系统结构简单、成本低,是一种应用较早、较普遍的点火系统。但该点火系统工作可靠性差,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,已不能适应现代汽车的需求。传统点火系统电路,如图4.2所示。

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图4.2　传统点火系统

2)晶体管电子点火系统

晶体管电子点火系统也称为晶体管点火系统,其功能和工作原理与传统点火系统基本相同,只是采用了晶体管来控制初级电路的接通与切断,而晶体管的通断则用点火信号发生器产生的信号来控制。普通电子点火系统仍保留了机械离心式和真空式点火提前自动调节装置。与传统的点火系统相比,电子点火系统具有工作可靠性高、体积小、点火时间精确等优点,广泛应用于早期生产的捷达、奥迪、桑塔纳等车型。晶体管电子点火系统,如图4.3所示。

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图4.3　晶体管电子点火系统

3)微机控制点火系统

微机控制点火系统也称为计算机控制点火系统,是由ECU(电子控制单元)根据各传感器的输入信号,经过运算与处理,控制点火初级电路的接通与切断。微机控制点火系统可根据发动机工况的变化对喷油时刻、点火提前角等进行调整,使发动机获得良好的动力性、经济性和排放性能。微机控制点火系统由于减少甚至取消了机械装置,与其他点火系统相比,不仅点火提前角的控制精度提高,且能量损失少、对无线电干扰少、工作更加可靠,同时还具有爆燃控制、通电时间控制等功能。微机控制点火系统是目前最先进的点火系统,已经被广泛应用。微机控制电子点火系统,如图4.4所示。

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图4.4　微机控制点火系统

（3）点火系统的工作要求

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3个方面的要求:

1)能产生足以击穿火花塞间隙的电压

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。点火系统产生的次级电压必须高于击穿电压才能使火花塞跳火。当火花塞间隙为0.5～1.0 mm时,发动机冷启动所需击穿电压为7 000～8 000 V,实际工作电压为10 000～15 000 V。

击穿电压的大小受很多因素影响,其中主要有:

①火花塞电极间隙和形状。火花塞电极的间隙越大,气体中的电子和离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;电极的尖端棱角分明,所需的击穿电压低。

②汽缸内混合气体的压力和温度。混合气体的压力越大,密度就越大,离子自由运动距离就越短,不易发生碰撞电离,击穿电压越高,温度越低。

③电极的温度。火花塞电极的温度越高,电极周围的气体密度越小,击穿电压就越低。

④发动机的工作状况。火花塞的击穿电压随转速的升高而降低,混合器过浓、过稀都会造成电压过大。

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接近其自燃温度,仅需要1～5 mJ的火花能量。但在混合气过浓或是过稀时,发动机启动、怠速或节气门急剧打开时,则需要较高的火花能量。

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,高能电子点火系统一般应具有80～100 mJ的火花能量,启动时应产生高于100 mJ的火花能量。

3)点火时刻应适应发动机的工作情况

对于多缸发动机,点火系统应按发动机的工作顺序进行点火。通常六缸发动机的点火顺序为1—5—3—6—2—4,四缸发动机的点火顺序为1—3—4—2或1—2—4—3。点火时刻对发动机的性能影响很大,从火花塞点火到汽缸内大部分混合气燃烧,并产生高的爆发力需要一定的时间,虽然这段时间很短,但由于曲轴转速很高,在这段时间内,曲轴转过的角度还是较大的。若在压缩上止点点火,则混合气边燃烧、活塞边下移而使汽缸容积增大,这将导致燃烧压力低,发动机功率也随之减小。因此要在压缩接近上止点前点火,即点火提前。

从发出电火花开始至活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度,称为点火提前角。

如果点火提前过小,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,使炽热的气体与汽缸壁接触的面积增大,因而转变为有效功的热量相对减少,汽缸内最高燃烧压力降低,导致发动机过热、功率下降。

如果点火提前角过大,由于混合气的燃烧完全在压缩过程进行,当活塞到达上止点之前即达最大,使活塞受到反冲,发动机做负功,不仅使发动机的功率降低,还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。

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