汽车点火系统故障诊断与维修Word格式文档下载.docx
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2.1点火系统的分类及工作原理3
2.1.1传统点火系统4
2.1.2电子点火系统8
2.2点火系统的结构8
2.2.1蓄电池点火系统8
2.2.2有触点晶体管点火系统9
2.2.3无触点电子点火系统9
第3章点火系统的常见故障诊断及维修11
3.1常见故障11
3.2故障分析及排除方法12
第4章点火波形在故障诊断中的应用18
4.1次级点火波形的形成原理18
4.2几种常见故障波形的原因分析19
第5章点火系统的维护22
5.1主要维护任务22
5.2点火正时的检查与调整22
5.3分电器的检修及保养23
5.4点火器的检修24
第6章结论25
参考文献26
致谢27
第1章绪论
1.1点火系统概述
1.1.1点火系统的发展概况
一百多年来伴随着汽车的发展,汽油发动机的点火技术也逐渐提高。
1886年,第一辆以四循环内燃机为动力的汽车使用的是磁电机点火系统。
1907年,美国人首先在汽车上用蓄电池点火装置,这种用蓄电池和发电机来提供电能的点火系统采用了点火线圈,通过断电器触点来控制点火线圈初级电流的通断,使次级产生高压。
最初的蓄电池点火系统无点火提前角自动调节装置,一直到了1931年,美国人才首先使用了能根据发动机负荷和转速的变化自动调节点火提前角的真空、离心点火提前调节装置。
此后,这种触点式点火装置逐步得到完善,在汽车上得到了广泛的应用,并被称之为“传统点火系统”。
随着人们对汽车发动机动力性、经济性及排放控制要求的日益提高,传统点火系统因其触点本身所固有的缺陷也越来越显现出来。
20世纪60年代初期,出现了一种称之为晶体管辅助点火系统,这种点火系统增加了一个电子放大器,使得点火性能得到了较大的提高。
晶体管辅助点火系统还保留了触点,不能完全消除由触点本身所造成的一些缺点,因此,很快就被无触点的电子点火系统所取代。
无触点电子点火系统在60年代末期开始推广应用至今,在汽车上已基本普及,传统点火系统已逐渐被淘汰。
1976年,美国通用公司首次将微处理器应用于点火时刻控制,此后,微机控制的电子点火系统的应用日渐增多,并与汽油喷射、怠速等发动机其他电子控制系统一起,实现了发动机的几种电子控制。
随着汽油发动机汽油喷射系统全面取代化油器的到来,电子点火控制系统在汽车上的使用也必将普及。
[8]
1.1.2点火系统基本功能
汽车点火系统是点燃式发动机为了正常工作,按照各缸点火次序,定时地供给火花塞以足够高能量的高压电(大约15000~30000V),使火花塞产生足够强的火花,点燃可燃混合气。
能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备,称为发动机点火系。
为了适应发动机的工作,要求点火系能按照发动机的点火次序,在一定的时刻,供给火花塞以足够能量的高压电,使其两极间产生电火花,点燃混合气,使发动机做功。
在汽车的电气设备中,点火系的干扰最为严重。
发动机不能起动时应诊断点火系统,首先判断故障是在高压电路还是在低压电路。
可用起动机带动发动机运转,做高压总线跳火试验。
若火花正常,为高压电路故障;
若火花弱或者无火花,则为低压电路故障或点火线圈、点火电子组件损坏。
判明故障部位后,按需要对有关部件进行检测、调整与维修。
1.2点火系的作用及要求
点火系的作用是将蓄电池或发电机输出的低压电流(一般为12—14V),经点火线圈变为高压电流(20—30kV),通过分电器按照发动机各缸的点火顺序,在一定时间内轮流配送给各火花塞,产生电火花,点燃气缸内的混合气,使发动机运转。
为确保发动机稳定可靠地工作,对点火系统有如下三个基本要求。
[10]
1.能产生足够高的次级电压
点火系统用于点燃混合气的火花塞电极伸入发动机气缸燃烧室内,通过电极之间气体的电离作用产生电弧放电(跳火)。
要使电极之间具有很高压力的气体电离而产生电火花,就必须有足够高的电压。
使火花塞电极跳火所需的电压称之为击穿电压Uj(或称点火电压),而Uj的高低与发动机工况及火花塞的状况有关。
(1)发动机工况
气缸内的混合气压力高、温度低时,气体的密度相对较大,气体电离所需的电场力就大,所需的击穿电压也就高。
发动机在不同工况下其压缩终了的混合气压力和温度是不同的,因此,当发动机的转速和负荷改变时,火花塞的击穿电压也随之而变。
(2)火花塞电极的温度和极性
当火花塞电极的温度超过混合气温度时,击穿电压可降低30%-50%。
这是因为在电极温度高时,包围在电极周围的气体密度相对较小的缘故。
由于火花塞中心电极的温度相对较高,因此,火花塞的中心电极为负时,火花塞电极的击穿电压可降低20%左右。
(3)火花塞的间隙和形状
火花塞电极的间隙增大,在同样的电压下电极之间的电场就减弱,要使电极间隙间的气体电离所需的电压就得增大。
火花塞电极较细或电极表面有沟棱时,在同样的电压下其电场的最强处要大于较粗、表面平的电极,因此,所需的击穿电压可降低。
此外,火花塞电极上积油、积炭时,其击穿电压也会相应升高。
点火系统所能产生的电压称为最高次级电压(Um2)。
要使发动机在任何工况、状态下火花塞都恩呢该可靠跳火,就必须满足Um2>
Uj。
为此通常要求点火系统所能产生的最高次级电压Um2在20kv以上。
2.要有足够的点火能量
火花塞跳火后能确保可燃混合气迅速燃烧,还必须要有足够的点火能量。
发动机正常工作时,由于混合气压缩终了的温度已接近自燃温度,因此所需的火花能量很小,但是发动机在起动、怠速及急加速工况时,由于混合气的温度较低或混合气过浓、过稀等原因,需要有较高的点火能量才能保证混合气可靠燃烧。
点火能量不足时,会使发动机起动困难、点燃率下降,发动机的动力性下降、油耗和排污增加,并可能导致发动机不工作。
3.点火时间要适当
为使发动机气缸内的燃烧最高压力出现在压缩终了上止点后10°
-15°
,使混合气的燃烧功率达到最大,就必须在压缩终了前的某个适当时刻点火。
某缸火花塞开始跳火到活塞运行至压缩终了上止点的曲轴转角称之为点火提前角。
点火提前角过大,压缩行程活塞上行的阻力增大,导致发动机功率下降、油耗增加,且发动机容易产生爆燃;
点火提前角过小,混合气燃烧产生的最高压力和温度下降,也会导致发动机功率下降、油耗增加,且容易引起发动机过热、排气管放炮等故障。
发动机在不同的转速和负荷下,其点火提前角度应是不同的。
点火系统应能根据发动机的转速和负荷变化情况,及时调整点火时间,以确保混合气的燃烧及时、完全。
第2章点火系统的分类及结构
2.1点火系统的分类及工作原理
一、点火系统的分类
1.传统点火系统:
(1)按点火系统的电源不同分
1)磁电机点火系统
这种点火系统由磁电机本身产生点火所需的电能,由于结构的原因,磁电机点火系统仅适用于单缸或两缸的汽油发动机。
磁电机点火系统在汽车上早已不使用,目前在某些摩托车上还有少量的应用。
2)蓄电池点火系统
这种点火系的电源是蓄电池和发电机,适用于多缸发动机,目前汽车上使用的都属于此类点火系统。
(2)按点火系统储存的点火能量的方式不同分
1)电感蓄能式点火系
点火系统在产生高压点火前,从电源获取的能量以电感线圈建立磁场能量的方式储存点火能量。
2)电容储能式点火系
点火系统从电源获取的电能以电容器建立电场能量的方式储存。
(3)按点火信号产生的方式分类
1)磁感应式由分电器轴驱动的导磁转子转动,改变磁路磁阻,使感应线圈的磁通量发生变化而产生点火电压信号。
2)光电式由分电器轴驱动的遮光转子转动,通过阻挡和穿过发光二极管光线的变化,使光敏三极管产生点火信号。
3)振荡式由分电器轴驱动的耦合转子转动,通过振荡电路起振和不起振的变化,再经滤波电路滤波后而得到点火信号。
4)霍尔效应式由分电器轴驱动的导磁转子转动,通过霍尔元件所通过的磁通量的变化而产生点火信号。
2.电子点火系统:
(1)晶体管点火系TI-B(Breaker-TriggeredtransistorizedIgnition)。
(2)半导体点火系SI(semiconductorIgnition)。
(3)无分电器点火系DIS(DistributorlessIgnitionSystem)。
二、汽车点火系统工作原理
汽油机点火系统是汽油机、煤气机中用电火花点燃混合气的装置。
它的功用是按气缸点火次序定时地向火花塞提供足够能量的高压电,使火花塞电极间产生火花,从而点燃气缸内被压缩的可燃混合气。
点火系统通常由电源、点火线圈、分电器(包括断电器)和火花塞等组成。
其中电源、断电器和点火线圈的初级线圈构成低压电路部分;
点火线圈的次级线圈、分电器和火花塞构成高压电路部分。
点火线圈由初、次级线圈和铁芯组成。
初级线圈的导线粗而匝数少,次级线圈导线细而匝数多,相当于一个升压变压器。
断电器有机械式和晶体管式两种,机械式的应用较普遍。
当发动机运转时,凸轮轴驱动分电器中凸轮旋转,控制断电器触点启闭。
当断电器将低压电路闭合时,初级线圈中即产生低压电流,在点火线圈内形成磁场。
当电流达到一定值时,断电器将低压电路断开,磁通消失,在次级线圈中感应出10~24千伏的电动势,通过分电器依次传到相应气缸的火花塞电极上,即产生电火花。
当触点断开时,初级线圈会感应出自感电动势,使触点间产生电弧而引起烧蚀,并减缓磁通消失速度,降低次级线圈感应的电动势。
为了消除自感电动势,与触点并联有一只0.15~0.30微法的电容器。
机械式点火系统工作过程是由曲轴带动分电器轴转动分电器轴上的凸轮转动,使点火线圈次级触点接通与闭合而产生高压电。
这个点火高压电通过分电器轴上的分火头,根据发动机工作要求按顺序送到各个气缸的火花塞上,火花塞发出电火花点燃燃烧室内的气体。
分电器壳体可以手动转动来调节基本的点火提前角(即怠速运转时的点火提前角),同时还有真空提前装置,它根据进气管内真空度的变化提供不同的提前角。
在要求工作可靠又不带蓄电池的场合,如飞机用汽油机、拖拉机用汽油机和小型汽油机则多使用磁电机点火系统。
内燃机是一种神奇的机器,已有超过100年的发展历史。
随着汽车制造商多年来努力地一点点提高效率和减少污染,内燃机也得以不断发展。
结果使内燃机变得惊人地复杂,但同时也更加可靠。
博闻网的其他文章解释了发动机及其众多子系统的机械原理,这些子系统包括燃料系统、冷却系统、凸轮轴、涡轮增压器和齿轮。
有人可能会这样认为:
通过准确的点火正时,点火系统将各系统联系在一起。
在本文中,我们将首先从点火正时开始了解点火系统。
然后将了解与生成火花相关的所有部件,包括火花塞、线圈和分电器。
最后,我们将讨论一些较新的系统,这些系统使用固态部件代替分电器。
[1]
2.1.1传统点火系统
(一)传统点火系统工作原理
点火系包括蓄电池、发电机、点火开关、电流表、点火线圈、电容器、分电器、高压导线和火花塞等(图2.1)
1-配电器的中心电极2-侧电极3-分火头4-次级绕组5-初级绕组6-点火开关7-活动触点臂8-固定触点
9-电容器10-凸轮11-火花塞
图2.1点火系电路原理图
点火系的高、低压电路电流的流动顺序是:
低压电路:
蓄电池—电流表—点火开关—点火线圈的低压线圈—断电器活动触点(闭合时)—断电器固定触点底盘搭铁—蓄电池。
高压电路:
点火线圈的高压线圈的一端—点火线圈附加电阻—点火开关—电流表—蓄电池正极—蓄电池负极搭铁—火花塞跳火—分电器的分火头—分电器盖中央孔—点火线圈中央插孔—高压线圈另一端。
1.点火正时
汽车上的点火系统必须与发动机的其他部件配合得非常好。
目的是在最恰当的时机点燃燃油,以便膨胀气体做功最大。
如果点火系统在不恰当的时机点火,功率会下降,油耗和排放会上升。
当气缸内的燃油/空气混合物燃烧时,温度上升,燃油转化成排放气体。
这种转化使气缸内的压力显著增大,将活塞下压。
为了从发动机获得最大的扭矩和功率,需要做的是在动力冲程期间,尽量提高气缸的压力。
尽量提高压力还可以得到最佳的发动机效率,其直接表现就是降低油耗。
点火正时是成功的关键。
从产生火花,到燃油/空气混合物全部燃烧且气缸内压力达到最大值之间,存在着短暂的延迟。
如果正好在活塞到达压缩冲程顶点时产生火花,那么在气缸内的气体达到最大压力之前,活塞已经向下运动了部分距离,进入动力冲程。
为最大限度利用燃油,应在活塞到达压缩冲程顶点之前产生火花,这样,在活塞开始向下进入动力冲程时,便能有足够的压力做有用功。
功=力×
距离
在气缸内:
力=压力×
活塞面积
距离=冲程长度
因此,就气缸而言,功=压力×
活塞面积×
冲程长度。
由于冲程长度和活塞面积是固定的,因此要使做功最大,唯一的途径就是增大压力。
点火正时很重要,根据条件,正时可以提前,也可以延后。
燃料燃烧耗费的时间基本上不变。
但是,当发动机转速增加时,活塞的速度增加。
这意味着,发动机转速越大,产生火花的时间必须越早。
这称为点火提前。
发动机转速越大,所需的提前越多。
不需要最大功率时,就要优先考虑其他的目标,例如降低排放。
例如,通过延后点火正时(将火花移近压缩冲程的顶点),可以减小气缸最大压力和最高温度。
降低温度有助于减少氮氧化物(NOx)的形成,而此类物质是限制排放的污染物。
延后正时还可以消除爆震;
有些汽车装配了爆震传感器,可自动延后正时。
点火正时对发动机性能非常关键,所以大多数汽车都不使用断点。
它们使用一个传感器,告诉发动机控制单元(ECU)活塞的精确位置。
然后,发动机计算机控制一个晶体管,切断和接通线圈的电流。
2.点火线圈
点火线圈的作用是将蓄电池的低压电(12V)转变为高压电(10000V~15000V)。
当点火开关接通电源后,断电器触点闭合,低压线圈有电流通过,线圈周围产生磁场。
当断电器触点张开时,低压线圈里电流消失,磁场也减弱并趋于消失。
由于这个磁场的变化,高压线圈感应产生高压电流。
当此电流经分电器配送到各气缸的火花塞时,便产生电火花,点燃气缸里的可燃混合气。
点火系的低压线路上还有附加电阻和电容器。
(1)附加电阻:
附加电阻串联在低压电路中,其电阻值可随温度升高而增大,用来自动调节低压电路的电流强度。
发动机低速运转时,由于断电器触点闭合时间长,电流强度大,使电阻温度升高,阻值随之增大,低压电流减小,点火线圈不会过热;
发动机高速运转时,断电器触点闭合时间短,电流强度小,附加电阻温度下降,其阻值随之下降,使通过低压线圈的电流强度增大,从而使点火线圈产生足够的高压电流。
启动发动机时,由于大量放电而使蓄电池电压降低。
为了补偿低压线中的电压,在起动机上附设一个开关,接通起动机电路后,能使点火线圈的附加电阻自动短路。
此时,低压线圈中电流强度增大,磁场增强,高压线圈产生的感应电压增高,火花塞产生的火花也增强。
(2)电容器:
电容器的作用是收容低压线圈的感生电流,防止触点过早烧蚀,同时帮助点火线圈提高电火电压。
电容器是用两条铝箔中间夹有绝缘性很好的蜡纸卷制而成。
其中心引线为正极,外表皮为负极。
3.火花塞
火花塞是利用高压放电原理,在保持一定距离(间隙)的两个电极间产生电火花,点燃混合气。
火花塞装在发动机气缸盖上。
点火线圈产生的高压电流经分电器配送至火花塞电极时,高压电流击穿混合气而产生电火花,从而点燃混合气火花塞电极间隙应保持正常,绝缘磁体应绝缘良。
.
图2.2“热”火花塞和“冷”火花塞之间的区别在于陶瓷尖端的形状
4.分电器
分电器是用来接通和切断低压电路,使点火线圈产生高压电流,并按照发动机的点火顺序,在规定的时间内,将高压电分配给各气缸的火花塞,点燃混合气。
分电器包括断电器、配电器、电容器和点火提前装置等。
(1)断电器:
用来接通和切断低压电路。
由一对装在底板上的触点(固定触点和活动触点)和凸轮组成。
触点最大断开位置时的正常间隙为0.35~0.45mm(可以用偏心螺钉调整)。
凸轮和拨板制成一体,装在分电器轴上部,由分电器轴带动。
分电器轴则通过配气机构凸轮轴上的齿轮驱动。
发动机曲轴转两圈,分电器轴转一圈,凸轮共顶开活动触点四次(四缸机)或六次(六缸机)。
(2)配电器:
配电器的作用是按发动机的点火顺序分配高压电。
分电器盖的中央有一插孔,内部装有接触炭棒和小弹簧,接触炭棒靠弹簧张力同分火头导电片接触。
盖的圆周还有几个旁插孔,用以接插通往火花塞的高压电线。
(3)点火提前角调节装置:
点火提前角调节装置是根据发动机燃烧过程的需要,自动调整点火提前角度。
点火提前装置包括离心调节器(图2.3)和真空调节器(图2.4)
1-凸轮固定螺钉及垫片2-凸轮3-拨板4-分电器轴1-凸轮2-气室3-弹簧4-真空气道5-节气门6-膜片
5-离心重块6-弹簧7-托板8-销钉9-柱销7-拉杆8-随动板突缘9-分电器外壳
图2.3离心式调节器图2.4真空式调节器
离心式调节器的工作原理:
当发动机转速增加时,离心块在离心力作用下,克服了弹簧的拉力,向外张开;
这时离心块的拨板销使拨板及凸轮沿分电器轴旋转方向,加速转动一个角度,因触点位置不变,所以凸轮提前顶开触点,使点火时间提前。
真空调节器工作原理:
当化油器节气门开度不大或发动机的负荷减小而转速增高时,节气门下方真空度增大,通过真空管吸动膜片,拉杆拉动随动板及断电器触点副,使其逆分电器轴旋转方向(凸轮转动方向)转动一定角度,将触点提前顶开,从而提前了点火时间。
在下一部分,我们将看看现代点火系统的一项进步,即无分电器点火。
[6]
5.无分电器点火
近年来,您可能听说过,有的汽车在16万公里时才需要首次保养。
之所以能实现如此长的保养间隔,这与其中的一项技术—无分电器点火,是分不开的。
图2.5无分电器点火不是只有一个主线圈,而是每个火花塞上都有一个线圈
此类系统中的线圈与较大的居中线圈的工作方式相同。
发动机控制单元切断电路接地端的晶体管,从而产生火花。
这使发动机控制单元能完全控制点火正时。
因此,此类系统有许多显著的优点。
首先,没有分电器这一易磨损的部件。
而且,也没有易磨损的高压火花塞线。
最后,对点火正时的控制更为精确,从而提高效率,降低排放,提高汽车总功率。
2.1.2电子点火系统
电子点火系统与机械式点火系统完全不同,它有一个点火用电子控制装置,内部有发动机在各种工况下所需的点火控制曲线图(MAP图)。
通过一系列传感器如发动机转速传感器、进气管真空度传感器(发动机负荷传感器)、节气门位置传感器、曲轴位置传感器等来判断发动机的工作状态,在MAP图上找出发动机在此工作状态下所需的点火提前角,按此要求进行点火。
然后根据爆震传感器信号对上述点火要求进行修正,使发动机工作在最佳点火时刻。
电子点火系统也有闭环控制与开环控制之分:
带有爆震传感器,能根据发动机是否发生爆震及时修正点火提前角的电控系统称为闭环控制系统;
不带爆震传感器,点火提前控制仅根据电控单元内设定的程序控制的称为开环控制系统[1]。
1.电子点火系统的基本组成
电子点火系统的基本组成如图2.6所示。
点火线圈初级电流的通断由电子点火器中的开关晶体管控制,而开关晶体管导通与截止则是由点火信号发生器产生的电信号控制。
1-点火信号发生器2-点火信号3-电子点火器4-点火开关5-点火线圈6-火花塞
图2.6电子点火系统的基本组成
2.电子点火系统的基本工作原理
当分电器轴转动时,安装在分电器内的点火信号发生器就会产生于发动机曲轴位置相对应的脉冲电压信号,此脉冲电压信号经电子点火器大功率晶体管前置电路的处理后,控制大功率开关晶体管的导通或截止,使点火线圈初级电流适时地通断。
当输入的电子点火器的点火脉冲信号电压使大功率开关晶体管导通时,点火线圈初级通路,储存点火能量;
当输入电子点火器的点火信号脉冲使开关晶体管截止时,点火线圈初级断路,次级便产生高压,通过配电器及高压导线等将高压送至
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