點(diǎn)火系統(tǒng)是汽油發(fā)動機(jī)重要的組成部分,點(diǎn)火系統(tǒng)的性能良好與否對發(fā)動機(jī)的功率、油耗和排氣污染等影響很大。能夠在火花塞兩電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備稱為發(fā)動機(jī)“點(diǎn)火系統(tǒng)”。通常由蓄電池、發(fā)電機(jī)、分電器、點(diǎn)火線圈和火花塞等組成。
汽油機(jī)在壓縮接近上止點(diǎn)時,可燃混合氣是由火花塞點(diǎn)燃的,從而燃燒對外作功,為此,汽油機(jī)的燃燒室中都裝有火花塞。點(diǎn)火系的功用就是按照氣缸的工作順序定時地在火花塞兩電極間產(chǎn)生足夠能量的電火花。
無觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)能使用低阻抗電感線圈,從而大幅度提高初級電流,使次級電壓高達(dá)30kV以上,增強(qiáng)點(diǎn)火能量以提高點(diǎn)燃稀混合氣的能力,在改善燃料經(jīng)濟(jì)性的同時也降低排氣污染。無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)完全是電子器件而無機(jī)械運(yùn)動部件,徹底解決了凸輪和軸承磨損以及觸點(diǎn)燒蝕間隙失調(diào)而引起的一系列故障。
能產(chǎn)生足以擊穿火花塞間隙的電壓
火花塞電極擊穿而產(chǎn)生火花時所需要的電壓稱為擊穿電壓。點(diǎn)火系產(chǎn)生的次級電壓必須高于擊穿電壓,才能使火花塞跳火。擊穿電壓的大小受很多因素影響,其中主要有:
1)火花塞電極間隙和形狀:火花塞電極的間隙越大,擊穿電壓就越高;電極的尖端棱角分明,所需的擊穿電壓低。
2)氣缸內(nèi)混合氣體的壓力和溫度:混合氣的壓力越大,溫度越低,擊穿電壓就越高。
3)電極的溫度:火花塞電極的溫度越高,電極周圍的氣體密度越小,擊穿電壓就越低。[2]
火花應(yīng)具有足夠的能量
發(fā)動機(jī)正常工作時,由于混合氣壓縮終了的溫度接近其自燃溫度,僅需要1~5mJ的火花能量。但在混合氣過濃或是過稀時,發(fā)動機(jī)起動、怠速或節(jié)氣門急劇打開時,則需要較高的火花能量。并且隨著現(xiàn)代發(fā)動機(jī)對經(jīng)濟(jì)性和排氣凈化要求的提高,都迫切需要提高火花能量。因此,為了保證可靠點(diǎn)火,高能電子點(diǎn)火系一般應(yīng)具有80~100mJ的火花能量,起動時應(yīng)產(chǎn)生高于100mJ的火花能量。
首先,點(diǎn)火系統(tǒng)應(yīng)按發(fā)動機(jī)的工作順序進(jìn)行點(diǎn)火。其次,必須在最有利的時刻進(jìn)行點(diǎn)火。
由于混合氣在氣缸內(nèi)燃燒占用一定的時間,所以混合氣不應(yīng)在壓縮行程上止點(diǎn)處點(diǎn)火,而應(yīng)適當(dāng)提前,使活塞達(dá)到上止點(diǎn)時,混合氣已得到充分燃燒,從而使發(fā)動機(jī)獲得較大功率。點(diǎn)火時刻一般用點(diǎn)火提前角來表示,即從發(fā)出電火花開始到活塞到達(dá)上止點(diǎn)為止的一段時間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度。
如果點(diǎn)火過遲,當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時才點(diǎn)火,則混合氣的燃燒主要在活塞下行過程中完成,即燃燒過程在容積增大的情況下進(jìn)行,使熾熱的氣體與氣缸壁接觸的面積增大,因而轉(zhuǎn)變?yōu)橛行ЧΦ臒崃肯鄬p少,氣缸內(nèi)最高燃燒壓力降低,導(dǎo)致發(fā)動機(jī)過熱,功率下降。如果點(diǎn)火過早,由于混合氣的燃燒完全在壓縮過程進(jìn)行,氣缸內(nèi)的燃燒壓力急劇升高,當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前即達(dá)最大,使活塞受到反沖,發(fā)動機(jī)作負(fù)功,不僅使發(fā)動機(jī)的功率降低,并有可能引起爆燃和運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)現(xiàn)象,加速運(yùn)動部件和軸承的損壞。
傳統(tǒng)點(diǎn)火系
電源是蓄電池,其電壓為12V 或24V ,由點(diǎn)火線圈和斷電器共同產(chǎn)生高壓10000V以上。分初級回路和次極回路。點(diǎn)火線圈實(shí)際上是一個變壓器,主要由初級繞組(primary winding),次極繞組(secondary winding)和鐵芯組成。斷電器是一個凸輪操縱的開關(guān)。斷電器凸輪由發(fā)動機(jī)配氣凸輪驅(qū)動,并以同樣的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),即曲軸齒輪每轉(zhuǎn)兩圈,凸輪軸轉(zhuǎn)一圈,為了保證曲軸轉(zhuǎn)兩圈各缸輪流點(diǎn)火一次,斷電器凸輪的凸棱數(shù)一般等于發(fā)動機(jī)的氣缸數(shù),斷電器的觸點(diǎn)與點(diǎn)火線圈的初級繞組串聯(lián),用來切斷或接通初級繞組的電路。
觸點(diǎn)閉合時,初級電路通電,初級電流從蓄電池的正極經(jīng)點(diǎn)火開關(guān)、點(diǎn)火線圈的初級繞組、斷電器觸點(diǎn)臂、觸點(diǎn),搭鐵流回蓄電池的負(fù)極,為低壓電路。觸點(diǎn)斷開時,在初級繞組通電時,其周圍產(chǎn)生磁場,并由于鐵芯的作用而加強(qiáng)。當(dāng)斷電器凸輪頂開觸點(diǎn)時,初級電路被切斷,初級電路迅速下降到零,鐵芯中的磁通隨之迅速衰減以至消失,因而在匝數(shù)多,導(dǎo)線細(xì)的次極繞組中感應(yīng)出很高的電壓,使火花塞兩極之間的間隙被擊穿,產(chǎn)生火花。
初級繞組中電流下降的速度愈大,鐵芯中磁通的變化就愈大,次極繞組中的感應(yīng)電壓也就愈高。初級電路為低壓電路,次極電路為高壓電路。
在斷電器觸點(diǎn)分開瞬間,次極電路中分火頭恰好與側(cè)電極對準(zhǔn),次極電流從點(diǎn)火線圈的次極繞組,經(jīng)蓄電池正極、蓄電池,搭鐵、火花塞側(cè)電極、火花塞中心電極、高壓導(dǎo)線,配電器流回次極繞組。
傳統(tǒng)點(diǎn)火系
傳統(tǒng)點(diǎn)火系工作時,斷電器觸點(diǎn)分開瞬間,會在觸點(diǎn)處產(chǎn)生火花,燒損觸點(diǎn)。當(dāng)火花塞積炭時,易漏電,次極電壓上不去,不能可靠地點(diǎn)火,產(chǎn)生高速缺火現(xiàn)象。半導(dǎo)體點(diǎn)火系克服了這些缺點(diǎn),具有較強(qiáng)的跳火能力,使點(diǎn)火可靠。
電子式點(diǎn)火系統(tǒng)大體分為以下3類:
(1)由電磁、紅外或霍爾元器件構(gòu)成的非接觸式斷電器組成的點(diǎn)火系統(tǒng)稱為無觸點(diǎn)點(diǎn)火器,其放大電路又分晶體管電路和電容放電電路兩種。
(2)ECU(Electronic Control Unit)控制的點(diǎn)火系由ECU中的微處理器根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角傳感器的信號確定點(diǎn)火時刻,因而它沒有斷電器,只有分電器,根據(jù)ECU送來的信號直接控制點(diǎn)火線圈初級電路的通斷。
(3)無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)(Distributor-Less Ignition)是當(dāng)前最先進(jìn)的點(diǎn)火系統(tǒng),曲軸傳感器送來的不僅有點(diǎn)火時刻信號,而且還有氣缸識別信號,從而使點(diǎn)火系統(tǒng)能向指定的氣缸在指定的時刻送去點(diǎn)火信號,這就要求每缸配有獨(dú)立的點(diǎn)火線圈,但如果是六缸機(jī)則1,6缸、2,5缸和3,4缸分別共用一個點(diǎn)火線圈,即共有三個點(diǎn)火線圈,顯然每一個點(diǎn)火線圈點(diǎn)火時,總有一個缸是空點(diǎn)火,檢測時應(yīng)注意到這一點(diǎn)。