汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造

山東建筑大學(xué)商學(xué)院汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造課 題： 現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子點(diǎn)火系及發(fā)展趨勢(shì) 學(xué)生姓名： 張厚良 學(xué) 號(hào)： 2008091140班 級(jí)： 營(yíng) 銷082指導(dǎo)老師： 閆法義日 期： 2011.10.10摘要：點(diǎn)火系統(tǒng)是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)重要的組成部分,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有著決定性的影響。本文簡(jiǎn)要介紹了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的基本工作原理。在此基礎(chǔ)上,綜述了現(xiàn)代電子點(diǎn)火系統(tǒng),尤其是點(diǎn)火能量及點(diǎn)火控制系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)向高轉(zhuǎn)速、稀混合氣方向發(fā)展,普通電子點(diǎn)火系統(tǒng)已不能滿足要求,高能微機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)將成為今后點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展方向。在現(xiàn)代汽車的高速汽油發(fā)動(dòng)機(jī)上，已經(jīng)采用由微電腦控制的點(diǎn)火系統(tǒng)，也稱數(shù)字式電控點(diǎn)火系統(tǒng)。這種點(diǎn)火系統(tǒng)由微電腦（ECU）、各種傳感器和點(diǎn)火執(zhí)行器三部分組成。實(shí)際上在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)中，汽油噴射與點(diǎn)火這兩個(gè)子系統(tǒng)都受同一個(gè)ECU控制，合用一組傳感器。傳感器基本上與電控汽油噴射系統(tǒng)中的傳感器相同，例如有曲軸位置傳感器（CKP）、凸輪軸位置傳感器（CMP）、節(jié)氣門位置傳感器（TPS）、進(jìn)氣歧管壓力傳感器（MAP）、爆震傳感器等。其中爆震傳感器是電控點(diǎn)火專用的一個(gè)很重要的傳感器（尤其是采用了廢氣渦輪增壓裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)），它能夠監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)是否爆燃及爆燃的程度，作為反饋信號(hào)使ECU指令實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火提前，使發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)爆燃又能獲得較高的燃燒效率。數(shù)字式電控點(diǎn)火系統(tǒng)（ESC）按照結(jié)構(gòu)分為分電器式與無(wú)分電器式（DLI，也稱為直接點(diǎn)火系統(tǒng)（DIS）兩種類型。分電器式電控點(diǎn)火系統(tǒng)只用一個(gè)點(diǎn)火線圈產(chǎn)生高壓電，然后由分電器按照點(diǎn)火順序依次在各缸火花塞點(diǎn)火。由于點(diǎn)火線圈初級(jí)線圈的通斷工作由電子點(diǎn)火電路承擔(dān)，因此分電器已取消斷電器裝置，僅起到高壓電分配職能。 雙缸點(diǎn)火方式雙缸點(diǎn)火方式指兩個(gè)氣缸合用一個(gè)點(diǎn)火線圈，因此這種點(diǎn)火方式只能用于氣缸數(shù)目為偶數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)上。如果在4缸機(jī)上，當(dāng)兩個(gè)缸活塞同時(shí)接近上止點(diǎn)時(shí)（一個(gè)是壓縮另一個(gè)是排氣），兩個(gè)火花塞共用同一個(gè)點(diǎn)火線圈且同時(shí)點(diǎn)火，這時(shí)候一個(gè)是有效點(diǎn)火另一個(gè)則是無(wú)效點(diǎn)火，前者處于高壓低溫的混合氣之中，后者處于低壓高溫的廢氣中，因此兩者的火花塞電極間的電阻完全不一樣，產(chǎn)生的能量也不一樣，導(dǎo)致有效點(diǎn)火的能量大得多，約占總能量的80左右。單獨(dú)點(diǎn)火方式單獨(dú)點(diǎn)火方式是每一個(gè)氣缸分配一個(gè)點(diǎn)火線圈，點(diǎn)火線圈直接安裝在火花塞上的頂上，這樣還取消了高壓線。這種點(diǎn)火方式通過(guò)凸輪軸傳感器或通過(guò)監(jiān)測(cè)氣缸壓縮來(lái)實(shí)現(xiàn)精確點(diǎn)火，它適用于任何缸數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，特別適合每缸4氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)使用。因?yàn)榛鸹ㄈc(diǎn)火線圈組合可安裝在雙頂置凸輪軸（DOHC）的中間，充分利用了間隙空間。由于取消分電器和高壓線，能量傳導(dǎo)損失及漏電損失極小，沒(méi)有機(jī)械磨損，而且各缸的點(diǎn)火線圈和火花塞裝配在一起，外用金屬包裹，大幅減少了電磁干擾，可以保障發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的正常工作。發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系工作原理汽油機(jī)內(nèi)的可燃混合氣是靠火花塞產(chǎn)生的電火花點(diǎn)燃的。為了產(chǎn)生電火花，需要供給高壓電。從蓄電池或發(fā)電機(jī)來(lái)的低壓電流經(jīng)過(guò)點(diǎn)火線圈，電壓驟然升高到1萬(wàn)V 左右，再經(jīng)過(guò)分電器將高壓電分配給每個(gè)氣缸的火花塞。此時(shí)在火花之間的隙縫產(chǎn)生電火花，按照發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的工作按時(shí)將各缸的可燃混合氣點(diǎn)燃。汽車點(diǎn)火系和一般家用電器的連接不同，由于汽車的電器設(shè)備的電壓較低(6V、12、24V)，人體接觸沒(méi)有危險(xiǎn)，所以只采用單根導(dǎo)線連接。即用一根導(dǎo)線將電源的一極與電器設(shè)備的一極相連電源的另一極用搭鐵線與車架或車身相連。相當(dāng)于一般電路的接地線，汽車行業(yè)稱之為搭鐵。汽車的點(diǎn)火系主要由蓄電池、發(fā)電機(jī)、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、點(diǎn)火線圈、電容器、分電器(斷電器和配電器)、火花塞以及高壓線和附加電阻等組成。點(diǎn)火線圈由初級(jí)線圈(低壓部分)和次級(jí)線圈(高部分)組成。與初級(jí)線圈相連的是點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、斷電器和電容器。與次級(jí)線圈相連的有配電器、高壓線和火花塞。接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，低壓電流從蓄電池流向點(diǎn)火線圈的初級(jí)線圈，它的周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)因受到點(diǎn)火線圈中鐵芯的作用而增強(qiáng)，由于斷電器的作用，切斷了初級(jí)低壓電路，初級(jí)電流突然下降到零，鐵芯中的磁通量也很快消失，與此同時(shí)在次級(jí)線圈中則感應(yīng)出高壓電流通過(guò)火花塞的兩極產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的可燃混合氣。當(dāng)某個(gè)氣缸的活塞到達(dá)壓縮沖程終了時(shí)，分電器內(nèi)的分火頭剛好轉(zhuǎn)到與這個(gè)氣缸火花塞接通的側(cè)電極上，此時(shí)斷電器的觸點(diǎn)也剛好打開(kāi)，次級(jí)電路在感應(yīng)出的高壓電通過(guò)分火頭、側(cè)電極和高壓線流向火花塞，產(chǎn)生電火花。在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的條件下，由發(fā)電機(jī)向蓄電池和點(diǎn)火系供電；如果耗電量大，則由蓄電池和發(fā)電機(jī)共同供電；在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)無(wú)法發(fā)電，則由蓄電池供電。當(dāng)汽車消耗掉大量電流后，發(fā)電機(jī)將發(fā)出的電向蓄電池補(bǔ)充，使它恢復(fù)原有的電量，以應(yīng)墳發(fā)電機(jī)不發(fā)電時(shí)的一切電力消耗。蓄電池類似一個(gè)能源轉(zhuǎn)換裝置。在充電時(shí)，將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能貯存起來(lái)。用電時(shí)，又將貯存的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。汽車上的用電大發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)，在起動(dòng)時(shí)要消耗幾百安培的電流酸性蓄電池由于在短期內(nèi)能輸出大電流所以它非常適用于起動(dòng)。蓄電池幾部貯有電解液，具有腐蝕性，故應(yīng)特別注意勿使它和皮膚接觸。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外汽車廣泛使用三相硅整流交流發(fā)電機(jī)發(fā)電。通過(guò)6 個(gè)或8 個(gè)二極管組成三級(jí)橋式全波整流電路(整流器)，將三相繞組中產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。發(fā)電機(jī)的發(fā)電量是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化而變化的。當(dāng)發(fā)電機(jī)的電壓超過(guò)恒定值(如13V)時(shí)，就需要加以限制?，F(xiàn)在常用的限壓裝置有晶體管電壓調(diào)節(jié)器、集成電路調(diào)節(jié)器及機(jī)械式調(diào)節(jié)器等，其中機(jī)械式調(diào)節(jié)器在新式轎車上已很少采用。晶體管電壓調(diào)節(jié)器是利用晶體三級(jí)管的開(kāi)關(guān)作用控制發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變經(jīng)時(shí)保持其輸出電壓不變。集成電路調(diào)節(jié)器的工作原理與前者類似，不同點(diǎn)是將所有元件集成在一個(gè)半導(dǎo)體基片(集成電路)上。由一索的體積小，工作可靠，無(wú)須維護(hù)，故被廣泛使用。分電器由斷電器、配電器、電容器和點(diǎn)火提前調(diào)節(jié)裝置組成。斷電器的作用是周期性地接通和斷開(kāi)初級(jí)電路，以使次級(jí)電路中感應(yīng)出高壓電。它的主要部分是一對(duì)觸點(diǎn)。一個(gè)是固定的，另一個(gè)是活動(dòng)的。這兩個(gè)觸點(diǎn)一般時(shí)間是閉合的，活動(dòng)觸點(diǎn)隨發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而開(kāi)合。在觸點(diǎn)分開(kāi)的瞬間，次級(jí)電路中的電壓最高。此時(shí)配電器剛好將次級(jí)電路接通，使高壓電流流向火花塞。觸點(diǎn)的間隙要按規(guī)定保持一事實(shí)上。太大則使閃級(jí)電壓變低。太小則觸點(diǎn)間產(chǎn)生火花，使初級(jí)電路斷電不良，所以必須對(duì)間隙加以調(diào)整并固定好，還要經(jīng)常加以檢查調(diào)整。配電器的作用是將高壓電按婦動(dòng)機(jī)各氣缸的工作湎序輪流分配給各氣缸的火花塞。它由分電器蓋和分火頭線成。分電器蓋的中心也與點(diǎn)火線圈的高壓輸出線相連，蓋周圍的也與氣缸數(shù)相等，應(yīng)按氣缸的工作須序分別與各氣缸的火花塞相連?；钊跉飧桌飫?dòng)到什么位置將混合氣點(diǎn)燃對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的優(yōu)劣極為關(guān)鍵。從點(diǎn)燃混合氣到混合氣完全燃燒所經(jīng)歷的時(shí)間約2ms。但因發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很高，所以在這段時(shí)間里，曲軸已轉(zhuǎn)過(guò)相當(dāng)大的角度。如果在活塞向上運(yùn)動(dòng)到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)點(diǎn)火，混合氣一邊燃燒，活塞一邊下行使燃燒空間增大，燃燒壓力不但不增加，反而因空間加大而降低，結(jié)果造成發(fā)動(dòng)機(jī)的功率降低。這是我們不希望見(jiàn)到的。為此，我們希望活塞向上運(yùn)動(dòng)，尚未到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)點(diǎn)火，讓燃?xì)獾膲毫υ诨钊恢孟喈?dāng)于曲軸曲柄轉(zhuǎn)過(guò)最高點(diǎn)之后一個(gè)角度時(shí)達(dá)到最大值。汽車點(diǎn)火系中產(chǎn)生電火花的設(shè)備是火花塞。火花塞承受高壓、高強(qiáng)度負(fù)荷、化學(xué)腐蝕和熱負(fù)荷，在忽冷忽熱交變頻率很高的環(huán)境下工作。它的電極和裙部遭受高溫燃?xì)獾母g，因此它的電極必須用傳熱性好、耐高溫及搞腐蝕的材料制成?；鸹ㄈ闹饕撬臒崽匦?。要使火花塞正常地工作，必須保持適當(dāng)?shù)臏囟?。低于這個(gè)溫度，火花塞因積炭而漏電，打不著火；高于這個(gè)溫度，混合氣接觸火花塞未步火而自燃引起爆震。這個(gè)適當(dāng)溫度稱之為自凈溫度(500-600C)。在這個(gè)溫度下給氣中的油滴燃燒不易形成積炭，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)能連續(xù)地正常工作，當(dāng)你購(gòu)置了新車后，也應(yīng)了解所用火花塞的熱值。傳統(tǒng)的蓄電池點(diǎn)火系存在著以下缺點(diǎn)：當(dāng)電器角點(diǎn)打開(kāi)時(shí)，觸點(diǎn)間產(chǎn)生火花，使觸點(diǎn)本身逐漸燒蝕影響斷電器的使用壽命；火花塞積炭時(shí)不能點(diǎn)火；發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速時(shí)易缺火?；谝陨媳举|(zhì)性的缺點(diǎn)，所以無(wú)觸點(diǎn)電子點(diǎn)火技術(shù)近年來(lái)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。無(wú)觸點(diǎn)點(diǎn)火系采用傳感器代替斷電器觸點(diǎn)，產(chǎn)生點(diǎn)火信號(hào)。傳感器有多種形式，如磁肪沖式、霍爾效應(yīng)式及光電式等。某些因家還采用集成電路點(diǎn)火器，它的電路連接簡(jiǎn)單，工作可靠，此外，還有一種電容放電式半導(dǎo)體點(diǎn)火系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將蓄電池的電能以電場(chǎng)形式貯存在電容器中，需要點(diǎn)火時(shí)，所貯電能向點(diǎn)火線圈的初級(jí)線圈放電從而在次級(jí)電路中感應(yīng)出主壓電。盡管以上各種點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)于處長(zhǎng)角點(diǎn)壽命是有效的，但對(duì)點(diǎn)火提前的要求人需依傳統(tǒng)的點(diǎn)火提前裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于這些裝置實(shí)際工作起來(lái)并不絕對(duì)可靠，所以目前出現(xiàn)一咱微電腦控制的半導(dǎo)體點(diǎn)火系統(tǒng)。它可在發(fā)機(jī)任何工作善下保證最佳的點(diǎn)火時(shí)刻。該系統(tǒng)一般由傳感器、微電腦及點(diǎn)火器等組成。不同車型所用的微電腦控制系統(tǒng)并不完全相同，但它們的工作原理是類似的。它是利用各傳感器(溫度、負(fù)荷、位置、轉(zhuǎn)速、爆震)接受如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、冷卻水溫等隹息，通過(guò)電路反饋給微電腦，電腦根據(jù)這些信息以及相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出鞭工作狀況下最佳的點(diǎn)火提前角和初級(jí)電路民時(shí)間。然后根據(jù)其他信息進(jìn)行修正。最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在最佳時(shí)間向點(diǎn)火器發(fā)出信號(hào)，接通初級(jí)電路，再經(jīng)過(guò)最佳時(shí)間切斷電路，致使次級(jí)電路中感應(yīng)生成高壓電，經(jīng)配電器送往火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃混合氣。發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)的全過(guò)程稱之為起動(dòng)過(guò)程。為了完成發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程設(shè)置的裝置稱為起動(dòng)系統(tǒng)。只有證發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，氣缸才能不斷地吸入可燃事氣，并經(jīng)過(guò)壓縮、點(diǎn)燃、膨脹和排出廢氣以實(shí)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)，因此起動(dòng)裝置必須具備以下各種要求：有足夠的力矩來(lái)克服發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部機(jī)件的阻力；在一定范圍的氣溫下能可靠地起動(dòng)，起動(dòng)需時(shí)短；操作方便能連續(xù)多次起動(dòng)；耗能少等?，F(xiàn)代汽車起動(dòng)時(shí)所用的動(dòng)力來(lái)自于自身配備的起機(jī)。起動(dòng)機(jī)作為機(jī)械動(dòng)力源，通過(guò)電機(jī)軸上的齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸后端的飛輪外緣齒圈相嚙合，通電后帶動(dòng)飛輪和曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。起動(dòng)機(jī)的電源來(lái)自蓄電池。在寒冷季節(jié)里，為了便于起動(dòng)，往往需要將機(jī)油、汽油和冷卻液加溫。起動(dòng)裝置主要是起動(dòng)機(jī)。它由串激直流電動(dòng)機(jī)、操縱機(jī)構(gòu)和離合機(jī)構(gòu)所組成。直流電動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)扭矩大，轉(zhuǎn)速高時(shí)扭矩逐漸變小，很適合做起動(dòng)機(jī)之用。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，起動(dòng)機(jī)必須立即與飛輪齒圈分離，為此，在起動(dòng)機(jī)上設(shè)有脫開(kāi)機(jī)構(gòu)。在起動(dòng)時(shí)，能保證起動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給飛輪。起動(dòng)完畢后，能立即脫開(kāi)嚙合，切斷傳遞動(dòng)力，令發(fā)動(dòng)機(jī)不再動(dòng)起動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種開(kāi)合機(jī)構(gòu)稱之為離合器。它有滾柱式、摩擦片式及彈簧式等。近年來(lái)式汽車上出現(xiàn)了用永磁材料制作的磁極起動(dòng)機(jī)。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量小，具有廣闊的發(fā)展前景。通過(guò)上述重點(diǎn)的介紹，可以確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)是一部由各個(gè)系統(tǒng)組成，并由這些系統(tǒng)協(xié)同工作的復(fù)雜機(jī)器。當(dāng)然，汽車還有其他相當(dāng)重要的部分如底盤、車身、電器等，在汽車工作時(shí)各司其職。但缺少發(fā)機(jī)整個(gè)汽車的動(dòng)力源，其他部分就成了無(wú)本之木，它們的工作就無(wú)從談起。