1.概述。 控制混合气点燃的两项重要参数是点火提前角和点火能量。 点火提前角(简称点火角)一般是相对曲轴上止点(TDC)的点火时刻,它将影响发动机动力和排放。博世( Bosch)对点火系统的分类方法见图2-13。
高压电的分配,可分为有分电器(ROV)和无分电器(RUV)两类,见图2-14。
点火线圈在火花塞电极上产生一个高压,以在燃烧室中产生点火火花。根据发动机的特性和火花塞的状态,其电压可高达30kV(涡轮增压发动机)火花放电后,点火能量转移到混合气中并引发燃烧过程。
RUV中的点火线圈内部电路图见图2-15。
RUV控制方式及产生的初级电流和次级电压波形见图2-16。
现在通常使用感应式点火系统,点火能量暂时储存在点火线圈中,并经过互感后产生足够高的电压点燃混合气。可使用发动机分析仪对点火波形进行分析(见图2-17),以判断点火是否正常。
2.点火系统的发展。
点火系统随着发动机动力输出和排放标准的不断提高而不断发展。在此当中,电子控制技术发挥了很重要的作用,见图2-18。
(1)CI线圈点火。
装车时间:1934~1986年。
CI线圈点火为断电器触发式。其通过点火线圈的电流,由分电器上的一个触点(断电器,俗称白金)以机械方式接通或断开。它的原理图见图2-19。
(2)TI线圈点火。
装车时间:1965~1993年。
在这种点火系统中,晶体管(俗称点火模块)根据信号发生器产生的电信号,周期性地控制初级电流。
它分三种形式:TI-B触点式晶体管点火、T-H霍尔发生器晶体管点火、TI-I感应式脉冲发生器点火。
1)TI-B触点式晶体管点火。它包含功率晶体管的点火模块,作用是将电流放大,并通过断电器的通断控制初级电流。其原理图见图2-20。
2)TH霍尔发生器晶体管点火。采用霍尔发生器代替传统的断电器。点火模块闭合角的控制方式有两种:早期的取决于霍尔叶片/转子的形状,后期增强了自动调节功能。它的原理图见图2-21。
3)TI-I感应式脉冲发生器点火。采用感应式脉冲发生器代替传统的断电器。它的原理图见图2-22。
说明:在点火和喷油互相独立的控制系统中,不同形式的点火系统可与各种喷油系统组合。
(3)EI电子点火。
装车时间:1983~1998年。
虽然仍采用机械式高压电分配,但点火正时采用控制单元控制。通过传感器检测发动机转速和负荷,作为主要的点火特性曲线图的输入参数。带微处理器的点火控制单元控制和触发点火它的原理图见图2-23。
(4)DI无分电器点火(也称为半导体直接点火)。
装车时间:1983年~现在。
DⅠ点火系统的高压电,不是通过机械方式(分电器)进行分配的,而是通过ECM进行电子分配(静态高压电分配),这使得点火系统不包含运动磨损组件。自1998后博世设计的发动机控制系统,已将无分电器点火与喷油控制合为一个控制单元( Motronic)。它的原理图见图2-24。
3.火花塞。
(1)火花塞的组成。
汽油发动机的火花塞负责在做功行程时将气缸内的可燃混合气点燃。为此,需要在接线端子上加载约30/40kV的电压,并使该电压流经火花塞。在中央电极和侧电极之间就会产生电弧,就是点火火花。它主要由接线柱、绝缘体、火花塞体、电极等组成,详见图2-25。
(2)火花塞电极间隙。
电极间隙为中心电极和侧电极(接地电极)之间的最短距离。电极间隙越小,火花塞所需的点火电压越低。较窄的点火间隙会减小产生电弧所需的点火电压,但因点火火花只能短时间传递极小的点火能量给可燃混合气,就有可能导致点火失败。如果要求电弧通过的间隙加大,则需要提高电压。这样的间隙能有效地将能量传递给混合气,但又会减小储备点火电压,而储备点火电压的减小,则意味着点火失败的可能性增加。具体可参见图2-26。
(3)火花塞热值。
火花塞热值本质上反映了火花塞的工作温度范围。火花塞温度过低容易产生积炭;温度过高会产生炽热引火(也叫热面引火),会损坏发动机。热值正常的火花塞,在冷起动后很快达到450℃,全负荷时温度不超过850℃。具体参见图2-27。
(4)火花塞电极材料。
在白金火花塞和铱金火花塞上,中心电极和与其相对的接地电极都覆盖着铂和铱的薄层。所以,这样的火花塞使用寿命较常规火花塞更长。常见的三种火花塞电极材料见图2-28。
因为白金和铱金都耐磨,所以这些火花塞的中心电极可以制作得很小,仍具有优良的引燃电火花性能。
