汽车维修入门电子点火系统与微机控制点火系统的发展及应用

1.点火系统的作用与组成

(1)点火系统的作用 为了在气缸中定时地产生高压电火花,汽油发动机设置了专门的点火装置,称为点火系统。点火系统的作用是根据发动机做功顺序,在适当的时刻提供足够强度的点火电压和点火能量,点燃混合气。

(2)点火系统的基本要求 点火系统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,点火系统应满足以下基本要求:

①能产生足以击穿火花塞两电极间隙的电压。将火花塞两电极之间的间隙击穿并产生电火花所需要的电压,称为火花塞击穿电压。试验表明,发动机正常运行时,火花塞的击穿电压为7～8kV,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为15～20kV。

②电火花应具有足够的点火能量。为了使混合气可靠点燃,火花塞产生的火花应具备一定的能量。为了保证可靠点火,一般应保证50～80mJ的点火能量,起动时应能产生大于100mJ的点火能量。

③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；其次点火应适当地提前一个角度,使混合气充分燃烧,发动机发出最大功率。

(3)点火系统的组成 发动机点火系统按其组成和产生高压电方式的不同可分为传统点火系统、电子点火系统、微机控制点火系统等。

①传统点火系统。其由点火线圈、配电器、断电器、火花塞等组成,如图1-47所示。

传统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,将电源提供的6V、12V或24V的低压直流电转变为高压电,再通过配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。传统点火系统由于存在产生的高压电比较低、高速时工作不可靠、使用过程中需经常检查和维护等缺点,目前正在逐渐被电子点火系统和微机控制点火系统所取代。

②电子点火系统。汽车上使用的电子点火系统主要分为两大类:有触点电子点火系统和无触点电子点火系统(见图1-48)。

图1-47 传统点火系统的组成

图1-48 无触点电子点火系统的组成

电子点火系统以蓄电池和发电机为电源,借点火线圈和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,点燃可燃混合气。

电子点火系统用点火控制器取代了传统点火系统的断电器。它利用晶体管的导通和截止来控制点火线圈初级绕组回路的通断,而晶体管的导通与截止则用点火信号发生器产生的信号来控制。与传统点火系统相比,它具有点火可靠、使用方便等优点,是目前汽车上广泛采用的点火系统。

③微机控制点火系统。它是继无触点电子点火系统之后,点火系统发展的又一次飞跃。按是否配有分电器,微机控制点火系统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。

有分电器微机控制点火系统一般由传感器、微机控制器、点火执行器等组成(见图1-49)。

图1-49 有分电器微机控制点火系统的组成

微机控制点火系统也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,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,发出点火控制信号,控制点火时刻,点燃可燃混合气。微机控制点火系统是目前最新型的点火系统,已广泛应用于各种中、高级轿车中。

2.点火系统的零件

(1)蓄电池 汽车上的点火系统及全车电器的电源由蓄电池、发电机及其调节器组成。蓄电池与发电机两电源并联后与用电设备相连。(https://www.xing528.com)

蓄电池主要由正极柱、负极柱、电解液、护板、连接条等组成(见图1-50)。车用蓄电池由3只或6只单格电池串联而成,每只单格电池的电压约为2V,串联后电压为6V或12V。目前,汽油发动机汽车大多选用12V蓄电池。

图1-50 蓄电池的组成

当发动机正常运行时,发电机向点火系统及其他用电设备供电,并同时向蓄电池充电。当汽车的用电设备用电量过大,超过发电机的供电能力时,蓄电池和发电机共同向点火系统及其他用电设备供电。当发动机起动或低速运行时,发电机不发电或电压很低,起动机、点火系统及其他用电设备所需要的电能全部由蓄电池供给。

(2)发电机 车用发电机是在发动机的驱动下,将机械能转变为电能的装置。作为汽车的主要电源,其作用是在发动机怠速以上的转速运行时,为电气设备供电且不断地给蓄电池充电。

目前,汽车使用的发电机几乎都是交流发电机。汽车用交流发电机通过二极管整流,输出直流电。由于整流二极管是硅材料的,所以也称为硅整流交流发电机。

硅整流交流发电机由转子、定子、整流器、端盖、风扇带轮等组成,如图1-51所示。

(3)点火线圈 点火线圈是将蓄电池或发电机输出的低压电转变为高压电的升压变压器。它由初级绕组、次级绕组、铁心和外壳等组成(见图1-52)。

(4)分电器 分电器由断电器、配电器和点火提前调节装置等组成(见图1-53)。

断电器由一对钨质的触点和断电器凸轮组成。其作用是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。

图1-51 硅整流交流发电机的组成

图1-52 点火线圈

配电器主要由胶木制成的分电器盖和分火头组成。其作用是将点火线圈中产生的高压电,按发动机的工作次序轮流分配到各气缸的火花塞。

为了实现点火提前,必须在压缩行程接近终了,活塞到达上止点之前使断电器触点分开。从触点分开到活塞到达上止点这段时间越长,曲轴转过的角度越大,即点火提前角越大。点火提前调节装置有两种:离心点火提前调节装置和真空点火提前调节装置。

(5)火花塞 其作用是将点火线圈产生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,以点燃可燃混合气。火花塞的结构如图1-54所示。

图1-53 分电器的结构

图1-54 火花塞的结构

火花塞中心电极与侧电极之间的间隙称为火花塞间隙。火花塞间隙对火花塞及发动机的工作性能均有很大影响。间隙过小,火花微弱,并容易产生积炭而漏电；间隙过大,火花塞击穿电压增高,发动机不易起动,且在高速时容易发生“缺火”现象。因此,火花塞间隙的大小应适当。在传统点火系统中,火花塞间隙一般为0.6～0.7mm,若采用电子点火系统,火花塞间隙可增大到1.0～1.2mm。