当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

日产发动机电气系统ELEN


课本
ELEN 课程
日产汽车有限公司

火花塞

点火钥匙

起动和电机 电瓶 火花塞导线 发电机 分电器

点火线圈

发动机电气系统

目录表
页码 传统点火系统 点火系统的功能 结构 点火线圈 附加电阻 分电器 触点间隙和

闭合角 提前装置 电容器 火花塞 火花塞 点火回路 高压 导线 1 1 2 6 8 9 13 15 16 21 23

集成电路 IC 点火系统 结构 信号传感器组件 26 27

ECCS 点火正时控制 信号传送 通电时间控制 闭合角控制 29 34

传统点火系统
点火系统的功能 点火系统的功能就是在最适当的时间 在气缸内产生电火花 气燃油混合物 点燃气缸内的空

高压导线

电阻

电容器 点火线圈

分电器 火花塞

电瓶

结构 传统点火系统主要由点火线圈 它被分成初级电路和次级电路 分电器 火花塞 以及高压线组成

1

初级电路 初级电路中传导的是低压 其回路中的电流路径如下 电瓶 点火开关 电阻 当发动机起动以后 该电阻中将不会有电流流过 点火线圈 初级绕组的正极接线端 点火线圈 初级绕组的负极接线端 分电器 接地 次级电路 次级电路是高压电路 并产生火花 其电路中的电流路径如下 点火线圈 次级接线端 分电器 火花塞

组成 点火线圈 功能 对于一台内燃机 汽油 或者液化石油气 与空气一起被吸入气缸内 并在燃 烧室内被压缩 然后 产生的高能量火花点燃混合物 然而 电瓶是不能够提 供足够的能量来点燃的 所以 就需要一个变压器 也即线圈 把电瓶或者交 流发电机的有限的电压增加到一个高电压 两个铜制线圈缠绕在软铁心四周 其中一个 也即初级线圈 是用很粗的导线缠绕了几百匝 然而 另一个线圈 即次级线圈 是用细导线缠绕了成千上万匝 在实际的应用中 我们也可以用 一个电容器加速初级线圈磁场的衰减 , 这样可以提高线圈的输出功率

2

高压产生的原理 如果两个线圈面对面放置 并且流过初级线圈的电流是变化的 这个现象被称为互感 线圈上将会产生电动势 电压 初级绕组和次级绕组的匝数比与电压增量成反比 示例 次级绕组 15,000 初级绕组 150 初级绕组这一侧的自感电动势为 400 V 次级绕组这一侧的电压等于次级绕组和初级绕组匝数比乘以自感电动势 次级电压 = 15,000 x 400 150 次级电压 = 40,000 V
次级电路

那么

在次级

初级电路

S.I. 电压 .

次级电压 大约是 10,000V -25,000V

触点 初级线圈

次级线圈 S.I. 电压 . 约 300 - 500V

3

线圈的电压特性 可以通过以下方式来提高次级线圈的电压 - 加大流过初级线圈的电流 - 增加线圈绕组数 - 加速电流的变化
- 初级线圈电流 加大

初级线圈电流

- 匝数更多

更亮

在实际的点火线圈中 初级电路的触点由分开到闭合的这一过程中是不能产生 次级电压的 但是触点从闭合到分开的这个过程却可以产生次级电压 这是因 为后一过程中产生了很大的自感电动势

4

构造

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

外部高压接头 包有绝缘纸层的绕组 绝缘盖 内部高电压触点簧压的 外壳 固定夹 导磁钢套 初级绕组 次级绕组 密封件 绝缘体 铁芯

点火线圈带有一个金属外壳 这个金属外壳是由一个金属平板围成 用来减少 漏磁 次级绕组直接缠绕在层状铁芯上 并且通过电力连接在经过铁芯的点火 线圈绝缘盖的中央接线柱上 因为铁芯将承受高压 所以必须绝缘 并且其绝 缘是由在铁芯顶部绝缘盖和铁芯底部置入的附加绝缘体来实现的 初级绕组置 于次级绕组外侧附近 绝缘的点火线圈盖一侧装有与电源 断电器连接的接线 柱 在另一侧装有与高压端连接的接线柱 点火线圈的两个绕组是都是绝缘的 并且用沥青机械地固定 注意事项 不能将点火线圈解体 如果发生故障 必须作为整体进行更换 更换时 必须是同型号的 因为点火线圈是与发动机特性相匹配的 当发动机停机时 断电器的触点几乎是一直闭合的 因此 点火开关就一定不能处于 ON 的位置 如果不这样 初级电流就会 不断地流过 结果 线圈被烧毁 这种情况在 IC 和 ECCS 点火系统里是 可以避免的

5

附加电阻 功能 所有的线圈 包括点火线圈 都具有一种所谓的 电 感 特性 线圈的这种特性削弱了线圈产生磁场的能 力 这是因为独立的线圈绕组产生的磁场会相互感 用一个简单的图就可以显示电流流过瓷块的情 应 形 如果降低线圈的初级阻抗 或者提高电瓶电源电压 则可以稍微增大输出功率 但是 发动机转速过低时 由于线圈过热 它很可 能失效 另外 起动发动机时 线圈的输入电压会降低 这是由起动机马达负载引起的 我们可以使用一种安装在陶瓷外壳里的特殊的导线电阻 从而把电流控制到发 动机工作时的最佳平均值 并且在起动过程中 让电流从支路流过 传统的点火系统使用了一种特殊的线圈 不能使用任何方式对此电路进行改 制
点火开关

ON 打开

起动

附加 电阻

电瓶 分电器 点火线圈

6

发动机低速工况 当发动机低速工作的时候 由于每个工作循环时断电器触点闭合时间过长 导 致流经线圈的平均电流几乎达到了最大 附加电阻受热 阻值增大 降低了流 经线圈的电流 从而防止线圈或者触点损坏 发动机高速工况 发动机转速较高时 触点保持闭合的平均时间太短 以致于电阻上的负载很小 正因为这样 在触点闭合时 有更高的电压可以加在线圈上 从而 发动机高 速运转时 在电压通常会下降的情况下 由于电阻的存在 可以维持线圈输出 电压 起动发动机 起动发动机时 附加电阻短路 起动电压在短时间内直接加在线圈上 这样 增 大线圈的输出功率 可以改善发动机的起动性能 这部分短路电路是由点火开 关通过一根单独的导线控制的

7

分电器 功能 分电器具有下列功能 - 按正确顺序将次级线圈的高压分配到各缸的火花塞上 - 在适当时间断开点火线圈初级电流 - 根据发动机工况 负荷 转速等 控制点火正时 组成 分电器由凸轮轴驱动 因此转速只有发动机转速的一半

分电器盖

分火头 凸轮 真空 控制器 断电器 触点 断电器触点调节装置

断电器 触点

电容器 断电器触点 断电器底板 弹簧 调节器死重 凸轮 间隙调整器

8

零件 分电器

结构 分电器盖和分火头 一个安装在中央的石墨电刷 将线圈的高压送到旋转的转子上 转子依次把高 压直接加到每个火花塞上 触点间隙就是这两个 触点之间的距离 凸轮 断电器底板 断电器触点 触点臂等 凸 轮的凸角数和发动机的气缸数相等 也就是说 四缸发动机就有四个凸轮凸角 六缸就有六个凸 角 触点由抗电腐蚀的钨制成 电腐蚀是由线圈中的 电流引起的 凸轮转动并推开触点 断开初级电 路并使产生高压电的线圈磁场衰减 断电器旋转 速度为曲轴的一半 真空式点火提前调节装置 离心调节器死重一些 弹簧和其他零件

功能或操作 分电器承受点火线圈的高压 给每个火花塞 并通过分火头分配

接触式断电器

随着凸轮旋转 断电器活动触点臂升起来 初级 电路断开 同时 产生次级电路的高压 断电器 凸轮旋转速度为曲轴转速的一半

提前装置

发动机性能随燃气混合比 进气量 燃气压力 以及燃烧状态的不同而变化很大 点火提前装置 目的就是选择合适的点火正时 从而得到最大的 燃烧室压力

触点间隙和闭合角 触点间隙 触点臂回落到凸轮凸角上 两个触点分开至它们的最大位置 此时两个触点间 的距离就是触点间隙 0.55 mm 可以通过调节器来控制触点间隙 触点间隙通常为 0.45 闭合角 凸轮回转角度是一个闭合角 它表示触点保持接触时 凸轮转过的凸轮轴角度 日产轿车分电器的平均凸轮闭合角可以按照下面的公式计算 闭合角 = 360° 气缸数 x 0.6

9

示例

四缸发动机凸轮闭合角 54° 六缸发动机凸轮闭合角 36°
触点分开 触点间隙 0.45 - 0.55mm 触点已闭合 闭合角

间隙调整 触点开始分开 最大间隙 触点闭合

触点间隙和凸轮闭合角之间的关系如下

触点间隙对于发动机运转的影响 触点间隙过大 初级电流可以从下图中得到 如果闭合 角是 52° 初级电流将大约是 3 A 如果 闭合角是 48° 初级电流大约是 2.5 A 初级电流 0.5 A 的差别则相应于次级电 压中超过 1000 V 的差别 触点间隙过 大 意味着触点将开启相当长的一段时 间 也即 相对于凸轮转动来说 触点 开启的太早了 所以 需要一个正时提 前装置

初级电流 (A)

触点闭合 时间 (10-3 sec)

10

触点间隙过小 次级电压会下降 如果触点间隙过小 则触点闭合角将变大 结果导致初级电 然而 如果触点 流增加 这一点前面已经提到了 自感电动势也会增大 间隙很小 就可以由于 300-500V 初级电压而跳火 并且初级电流也不会中 断 结果是次级电压下降

延迟的火花正时 触点间隙过小
间隙大

表明触点开启将延迟
间隙小

这将引起火花正时也会延迟

触点间隙 变大 变小

闭合角 变小 变大

点火正时 提前 延迟

11

点火正时提前装置 我们为什么要提前点火正时 汽油燃料以相当稳定的恒速燃烧 但是 随着发动机转速的提高 空气和燃料 混合物完全燃烧所需的时间将会缩短 为了完全利用燃料的能量 必须要在上 止点后 ATDC 曲轴转角在 10 度和 20 度之间产生最大燃烧压力 此时 曲 轴处于恰当的位置 燃料燃烧产生压力 在曲轴上产生扭矩达到最大 所以 就 有必要分别根据发动机转速的提高来提前点火正时 之所以采用机械式点火提 前机构 是因为此机构允许发动机在任何转速都能产生最大功率 发动机负荷较小时 由于节气门开启的角度变小 进入燃烧室的是不完全混合 的空气 / 汽油混合气 燃烧速度减慢 这是因为流经气缸盖气流变慢而引起的扫 气效果不好造成的 因此 在发动机负荷较小时 有必要将点火正时提前 以 便燃油和空气充分混合燃烧 真空点火正时提前装置以及喉管真空度作为一个信号测定发动机负荷情况 当 发动机负荷较小时 点火就提前 从而改善燃料消耗 而在发动机负荷较大时 就延迟点火正时 防止发动机爆震

12

提前装置 类型和功能 1. 机械式 离心式 点火提前机构原理

分电器凸轮独立安装在中间轴上 并且可以按设定的角度自由旋转 两个调 节器配重可以围绕分电器凸轮和轴之间的轴线旋转 但它们由一套校定的 弹簧使得它们回位 当发动机转速提高时 配重的离心力克服弹簧拉力 带 动分电器凸轮朝同一个方向旋转 这时点火正时就被提前

调节器配重 凸轮拨板

配重销钉 回位弹簧 销轴 调速器盘

点火正时提前之前

点火正时提前之后

每一个发动机都有它独特的燃烧特性 不同的扭矩曲线要求不同的机械式 点火提前装置特性曲线 这些不同的特性曲线是可以通过改变弹簧和配重 来获得的 发动机高速运转时 由于气缸盖的设计改进了燃烧速度 所以就 不需要额外的点火提前了

提前角 (o)

分电器凸轮转速

13

2. 真空点火提前机构原理 在化油器节气门闭合位置附近 也即靠近 新鲜空气一侧 的端口处可以 获得进气歧管真空度信号 节气门开启很小时 真空 喉管内真空或者节 气门真空 出现在分电器这一侧的隔膜上 这层隔膜连接到断电器底板上 并且断电器凸轮朝相反方向旋转 于是点火提前了 发动机怠速或者负荷很大时 此时小孔处真空度很小 吸力小 在弹簧力的 作用下 隔膜被拉回到延迟点火一侧 然而 需要注意的是 一些发动机在 怠速时 采用一种较小的真空点火提前来降低排放 在发动机低负荷下 点 火正时提前

点火正时提前之前

点火正时提前之后

连杆 真空隔膜

断电器 底板 点火提前角

3. 爆震

爆震 和火花正时

爆震是气缸混合气的一种自发燃烧 而不是一种正常的渐进燃烧 爆震这种 现象通常在点火正时提前过多或者燃烧的燃料质量太差情况下发生 空气 燃油混合物开始一般是正常燃烧的 但是 后来燃烧室的温度和压力会升 高 以致于达到可以让残余气体自燃的程度 这使得燃烧温度和压力升得更 高 并且可以观察到高压振动噪声 这就是我们所说的爆震 爆震是非常危 险的 它可以导致发动机严重受损 譬如活塞毁坏

14

电容器 电容器与分电器触点并联 当触点分开时它用来吸收 初级线圈产生的高压电 Kettering 点火系统功能如下 1. 点火开关接通时 从电瓶流出的电流流经点火线圈的初级绕组 从而在初级 和次级绕组上产生饱和磁场 2. 断电器凸轮转动 使触点迅速分开 切断了初级回路的电流

3. 这就衰减了初级电路的磁场 并且 磁力线切割磁极线圈中的成千匝绕组 磁场的这个变化在次级电路中产生了很高的电压 电压值约为 30,000 到 高压 40,000 伏 但是 电路中的电流却很小 450 伏的电压 4. 在触点分开时 由于磁场衰减 初级线圈上会产生 250 电容器就是用来暂时存储这个电压的 并迅速使磁场衰减 如果初级回路中 没有这个电容器 那么磁场衰减缓慢 结果导致次级回路的输出电压很低 5. 当电容器充电达到饱和以后 它就会通过初级电路向弱阻抗的低压电瓶放 电 所以 电压继续通过接地端 并向电容器负极板充电 随后 电容器通 过初级电路放电 在正极板上再充电 6. 这一过程加速了初级线圈磁场的衰减 因为电流是反方向流动的 充电和放 电就这样彼此相互转换着 直至初级回路中的阻抗消耗了所有的电流能量 这一个过程可以容易地在发动器示波器上观察 示波器显示的线条正是点 火完了以后 初级和次级回路中能量变化的特征曲线

15

火花塞 火花塞的热范围 以下是火花塞的正常工作温度 范围正确时在绝缘体裙部大约是 450 摄氏度 另外 , 日本特殊陶业株式会社 NGK 的说明书提到了一个铜芯的设计优点 , 并 向工作范围很广的汽车推荐采用这种设计的铜芯 火花塞型号的含义 NGK 制造 类型 1

B P R 5 E S -11
电阻型

螺纹尺寸 A 18mm B 14mm C 10mm D 12mm E 8mm

结构

热范围编号

螺纹长度 E 19.0mm H 12.7mm

火花塞类型 S 标准型 V V 型火花 塞 (中心电极 直径 1.0mm VX VX 火花塞 ( 中心 电极 直径 0.8mm

电极间隙 火花塞间隙 -9 0.9mm -11 1.1mm -13 1.3mm 下标 -L 中等热 范围 -N 侧电极 尺寸 不同

P 喷注型 热范围 绝缘体裙 2 热型 3 部 4 5 U 表面 6 放电 7 六角头 8 间距 20.8mm 9 10 BC 14mm 11 六角头 12 冷型 间距 16mm

16

NGK 制造

类型 2

P F R 5 A -11
电阻型

火花塞类型 P 铂金 火花塞

螺纹尺寸 (mm) 直径 x 长度 六角头间距

热范围编号 热范围 5 热型 6 7 冷型

下标 字母 A 表示 垫圈 电极等的 规定值 差异

火花塞间隙 火花塞间隙 -11 1.1mm

Z 喷注型 F 14x19 (16.0 ) 陶瓷芯裙 G 14x19 (20.6 ) 部类型 J 12x19 (18.0 ) L 10x12.7 (16.0 )

日立制造

L 4 5 - P W

范围 None M 短 1 2 4 8

螺纹直径 10mm 12mm 14mm 18mm

热范围编号 热范围 7 热型 6 5 4 3 2 1 冷型

火花塞类型 P 喷注型 陶瓷芯裙部 V 锥座不需 要 垫圈 W

电极 宽范围 电极

中等

L 长

17

构造

接线螺母

接线双头螺柱

皱褶

绝缘体 ( 上面的部分 )

金属外壳

填充部分

电镀涂层

密封剂

垫圈

铜芯

螺纹 绝缘体 ( 点火末端 )

内垫圈

绝缘体裙部 气体容积

中心电极 侧电极

点火间隙

热范围 汽车发动机有很多不同的特征 这些特征包括工作负荷 工作原理 压缩比 发 动机转速 发动机冷却以及燃油 所有这些不同特征使得发动机不可能采用一 种标准的火花塞 在一个发动机内 火花塞会发热很厉害 但是 在另外一个 发动机内 它的温度可能达到相对低的平均温度 在前一种情况下 空气燃油混合物会被火花塞在燃烧室里突出的炽热部分点 燃 对于后一种情况 绝缘体裙部将很快被燃烧后的沉积物严重阻塞 这样的 话 很可能由于分流而发生不发火现象 一个同样的类型火花塞是不能用于所 有的发动机的 为了确保给定的发动机内的火花塞不出现太 热 或者太 冷 的现象 于是开发了不同负荷容量的火花塞 这些不同负荷值是通过分配给不 同火花塞的 热值范围 来表征的

18

如图所示 热型火花塞的绝缘体较长 这 使得热传递通道又长又窄 对于这种类 型的火花塞 需要大量时间去散热 而 且 绝缘体加热的表面积很大 因此 火 花塞本省的温度容易上升 相反 由于冷型火花塞的构造其温度只 会略微升高 由于热型火花塞的温度容易上升 所以 冷型 热型 相比冷型火花塞而言 热型更适合于低 速轻载的情况 如果我们查看提前点火 发生时的温度 那么我们应该看到高速重载时热型火花塞的温度比冷型上升的 要快 因此提前点火就更容易发生 也就是说 对于高速行驶和诸如长时间上 下坡或者重载这样的恶劣情形下行驶来说 冷型火花塞是比较适合的

热型火花塞用于低速和轻载

冷型火花塞用于高速和重载

影响火花塞要求电压的因素 以下所提到的许多因素将影响到火花塞所要求的电压 图中的数据仅供参考

19

与空气燃油混合物的关系 空燃比较小时 火花塞电极之间有大量的燃油分 子 此时 不需要很高的电压就可以点燃混合气 体 相反 如果混合物稀就需要高能点火系统来 防止在负荷下发生不发火

要求的火花塞 电压 (kV)

空燃比 (A/F)

与压缩压力的关系
要求的火花塞 电压 (kV)

火花塞所要求的电压与压缩压力成线性关系 如 果压缩压力增大 火花跳火就变得很困难 所需 要的电压会更高

压缩压力

与点火正时的关系
要求的火花塞 电压 (kV)

在 0° 曲轴位置 ( 即上止点 ) 处 压缩压力达到最 大 同样的 所需的电压也会增大 如果点火正 时提前 在点火之前 所形成的压缩压力变小 这样 所需要的电压也随之降低

点火提前角 (

)

与燃油的关系 火花塞所需的电压随不同的燃料而不同 火花塞 电极间的汽油微粒不同聚集方式将导致不同的过 程 从而使电极之间在施加电压时不再绝缘 燃 油这种特性导致不同的火花塞所需的电压

要求的火花塞 电压 (kV)

液化石 油气 汽油发 动机 机械维修

火花塞间隙

20

火花塞间隙和电极温度之间的关系 火花塞间隙越小 点火需要的电压就越低 更进 一步说 如果电极温度升高 火花就更容易跳过 火花塞间隙 所需的电压也会降低 注意事项 ? ? 所有气缸中的火花塞热范围应该相同 火花塞应该有一个满足发动机不同工况要求的热范围 高压 导线
要求的火花塞 电压 (kV)

电极 温度 (oC)

火花塞

火花塞导线应该毫无损失地将分电器内的高电压传送倒火花塞上

优良的导电性

无干扰

绝缘良好

21

要求 传送过程中损耗小 - 点火线圈中产生的高电压必须要毫无损失地传递到每个火花塞 - 没有干扰产生 与收音机和电视不发生干扰 - 绝缘良好 导线必须具有优良的绝缘性 因为导线承受 10,000 V 的电压或者更高 除了上面提到的以外 火花塞导线必须有很高的拉伸强度 以及对天气环 境的优良抵抗性 构造 在维修手册里提到了导线的电阻值 例如
导线线芯 ( 玻璃绒 + 石墨 )

16 千欧姆 / 米

绝缘 套 皮套 ( 合成橡胶 ) 电阻 (16 千欧姆 / 米 )

22

点火回路 1. 发动机起动时 电流按下面的方式流动 初级电路中 - 电瓶 → 点火开关 → 点火线圈正极接线端 → 线圈负极接线端 → 分电器的断电器触点 → 接 地 分电器凸轮旋转 触点开启 初级回路的磁场受到减弱 次级电路 次 级线圈绕组里感应产生高压 并从线圈的中心接线端输出 → 分电器盖 → 转 盘 → 分电器盖火花塞导线接线端 → 火花塞导线 → 火花塞 → 接地
点火开关

起动

ON 接通

电瓶 分电器 点火线圈

2. 当发动机使用相同的点火电路 但是在初级线圈的正极侧应该加上一个镇 流电阻 电瓶 → 点火开关 → 镇流电阻 → 点火线圈初级线圈正极接线端 → 点火线圈 –ve 接线端 → 分电器断电器触点 → 接地

23

点火开关

起动

ON 接通

电瓶 分电器 点火线圈

集成电路 IC 点火系统
在传统的断电器触点式点火系统中 应该定期检修和更换断电器触点组件 因 为断电器触点受到电弧或者点火正时改变而发生损坏 点火正时发生改变是由 于凸轮磨损引起的 无触点式点火系统已经取代了断电器触点式点火系统 这是因为无触点式点火 系统不需要太多维修和更换 而且 还可以提供更高的能量 使得发动机在起 动或者高速运转过程中获得稳定的输出

24

集成电路点火系统的特点

高压导线

火花塞

点火线圈

分电器 集成电路点火单元

电瓶

?

?

? ?

次级电压比断电器触点式点火系统的次级电压高 流过触点式点火系统点火线圈的初级电流小于 5A 而集成电路点火系统初 级电流要大一些 相对于发动机转速 次级电压波动比触点式点火系统的次级电压波动小 触点式点火系统中 当发动机低速工作时 断电器触点间会产生微弱的电 弧 可发动机高速工作时 又会发生断电器触点间的 跳火 检查和维修起来比较容易 因为没有机械触点 与之相关的问题也很少 消除了火花正时 消除了由于断电器触点烧毁后或者触点间隙不当导致的火花正时的波动

25

主要区别 集成电路和断电器触点式点火系统的主要区别如下表所示
零件 / 单元 分电器 集成电路 触点式 备注

- 没有触点 有触点 靠机械装置决 - 发火正时由磁阻分配 定点火正时 头和定子决定 无 有 在 IC 型点火系统中 是不需要电 容器的 因为它没有采用产生电弧 的触点 因为在集成电路点火系统中没有触 点 并且 其点火线圈具有优良散 热特性 所以对初级电流没有限 制

电容器

附加 电阻





结构 集成电路分电器主要有以下三个零件组成
部分
信号传感器

结构
信号传感器由一块磁铁 定 子 传感器线圈 静止件 以及一个磁阻分配头 旋转 件 组成 由 IC 点火单元组成

功能
将分电器轴的旋转运动转换为传感器线圈上 感应的电压变化

信号控制器

将传感器线圈上感应的电压转换成为点火正 时信号 接通或者切断流经点火线圈初级 电路的电流 与触点式点火系统一样

提前角装置

与触点式点火系统一样

原理 集成电路点火系统的结构图如下图所示 取代了 断电器触点的作用由一个功率晶体管

26

真空 控制器 定子 集成电路点火 单元

磁阻分配头

功率 晶体管

电容器 电阻

集成电路点火 单元

信号传感器组件
定子 定子

磁铁

传感器 线圈

磁阻分配头 磁通

磁阻分配头

通过下面的方法监控点火正时 ? 置于分电器内的永久磁体产生磁场 电器内保持静止

定子固定在磁铁上侧和下侧并且在分

27

? ? ? ? ?

分电器轴旋转 磁阻分配头的凸起则 磁阻分配头连接到分电器轴上 先 靠近定子的凸起 然后两者又分开 磁阻分配头的这个运动过程 造成了磁场强度 磁通 突变 位于磁场内的传感器线圈上感应产生与磁场变化相应的电压 通过集成电路点火单元将传感器线圈里电流转变为点火正时信号 四缸发动机内 磁阻分配头和定子都有四个凸起 而六缸发动机内 凸起 是六个

当磁阻分配头的凸起与定子的凸起靠近时 如图中 a 点示 在传感器线圈里 产生正电压 当磁阻分配头在定子附近的时候 如 b 点 电压为 0 而当磁阻分 配头远离定子时 如 c 点 电压为负 放大这个交流电压信号 并用来控制功 率晶体管的关闭信号 当电压值变为 0 时 功率晶体管不能继续导电 也即断 开 这样就切断了初级电流流动 从而就可以进行点火 为了得到最大效率 磁 阻分配头和定子的数目与气缸数目是一样的 初级电路闭合时间控制 电子闭合角的控制

现代电子点火线圈都采用低阻抗 高效率的线圈来提高充电速度 如果闭合角 周期保持一个常数 那么 在发动机低速工作时 由于通电时间过长 线圈将 过热 同时 发动机高速工作时 线圈的输出功率反而下降 这是因为缩短了 用于磁场完全饱和的时间 闭合角与发动机转速有关 因此 发动机低速工作 时 闭合角可以为最小 线圈仍可以输出全部功率 但是 发动机高速工作时 就要增加闭合角 这样才使得线圈有最大的输出功率 电瓶电压较低时也采用 了同样的方法 因为电瓶电压较低时 就要增大闭合角 这样 在所有工况下 可以维持相同的平均电流 参见下图
一个点火周期

(a )较 快 的 闭 合 (b )适 速 度 当 的 闭 合 速 (c 度 )较 慢 的 闭 合 速 度

初级线圈电流

闭合速度 (%)

电 源 电

压 14 V

10 V

点火

旋转角度

点火

分电器转速 (RPM)

28

16 V

E.C.C.S. 点火控制 日产公司称他们的综合发动机管理系统为 集中电子发动机控制系统 配备 ECCS 系统的发动机的点火系统从技术上来说是非常先进的 并且完全与整个 管理系统集成 不应该把它看成一个独立的部件 这套点火系统使用了一些传 感器 这些传感器与在燃油喷射系统 怠速燃油泵系统等使用的传感器是一样 的 而且 由一个基于数字技术的带有存储器的计算机控制通过功率晶体管的 电流 控制单元的中央处理器 CPU 监控这些信号 然后 根据存储器内的各种图 表 来决定打开和关闭功率晶体管控制点火正时 功率晶体管代替了传统点火 系统中的触点式断电器 当需要激励线圈时 ECM 就发出一个 3 伏的信号到功 率晶体管的基极 然后断掉 这样在次级电路中产生了高压

29

输入 / 输出信号线

凸轮轴位置传感器

质量空气流量传感器

发动机冷却液温度传感器

节气门位置开关或者传感器 功率晶体管 ECCS 控制 模块 车速传感器

点火开关

爆震 爆震 传感器

电瓶

30

输入信号的作用 凸轮轴位置传感器 角度控制型 REF 参考 信号确定曲轴位置 POS 位置 信号用于计算 REF 脉冲之 获取的这些信息用来确定点火正时 发动机转速也 间的位置 单位为度 是用 CMPS 测得的 时间控制型 这种传感器在转子盘上开了 5 个槽 一个短 四个长 短槽用来检测气缸的 第一个上止点 四个长槽用来检测曲轴转过的角度 一个气缸对应一个槽 方 法是测量一个槽通过传感器所需要的时间 质量空气流量传感器 质量空气流量传感器的信号用来确定基本的燃油喷射参数 持续时间 基 本的喷射参数仅仅是由发动机转速和进气量来确定的 发动机转速和基本的 喷射参数之间的关系确定的最佳点火正时存储在控制模块的存储器里 发动机冷却液温度传感器 发动机冷却液温度传感器发出的信号主要用来改善发动机的起动性能和操控 性能 节气门位置传感器 节气门位置传感器的信号是用来确定怠速或者减速过程中的点火正时 车速传感器 车速传感器信号是用作最佳点火正时确定的输入 应 尤其是在断油情况下 改善了燃油消耗 点火开关 点火开关信号是用来确定发动机是否正常起动 以改进加速过程中的响

31

爆震传感器 爆震传感器信号是用来检测发动机 爆震 的 它也可以用来延迟点火正时 电瓶 在各种工况下 通过电瓶 使得流过点火线圈初级绕组电流的持续时间保持 不变 以确保点火能量 点火正时控制过程 对于六缸发动机 曲轴转角传感器 REFERENCE 参考信号 6 缸为 120 度 四缸为 180 度 定位在 BTDC 70 度 对于四缸发动机 此信号定位在 BTDC 110 度 在以下点火正时为 BTDC 40 度的示例中 在基准信号接通后应该在 110°-40 或 70 度时立即切断功率晶体管的 BASE 基极信号 从这一点开 始 ECM 就会给一度 POSITION 位置信号值倒数计数 70 次 并切断功率晶 体管的基极信号 这样就可以产生火花 曲轴每转动一度 ECM 就读取低压 和高压脉冲信号

TP = k x

Q N

k 常数 N 发动机转速 Q 进气质量流量指数

32

33

通电时间控制

闭合角控制

点火线圈通电时间 正如在教材前面部分关于触点式断电器点火系统中已经提到的一样 点火线圈 是有电感的 而电感的存在使得线圈充电时间加长 即使使用反应快速的晶体 管 充电时间也会放慢 次级输出电压与初级电路电流成比例 同样的 当线 圈的输入电压过低时 充电时间就会变长 因为平均电流减小了 ECU 检测发 动机转速和电瓶电压 以便在发动机高速工作时或者电瓶电压过低时 提供统 一的线圈充电速率 并延长闭合角周期

34

爆震控制 当爆震发生时 爆震传感器收到发动机气缸的振动信号 然后就产生一个电 压信号 当 ECCS 控制模块收到爆震传感器的电压信号以后 就向功率晶体管发出一 个延迟信号 相应地把当前测得的爆震处的点火正时就延迟 这样 该处的 爆震也就会消除 一旦消除了爆震 控制模块就发出一个信号 逐渐恢复点火正时到正常

1. 当发生爆震时 点火正时就会延迟 并且是每测得一次爆震就从正常的点火 正时位置处延迟大约 1° 而且 延迟被限制在最大延迟角范围内 最大延迟角随发动机系列不同而不同 2. 当消除了爆震以后 正时 3. 当发动机起动时 大负荷时 点火正时就每秒大约提前 1° 直到恢复到正常的点火

以及怠速触点闭合时

爆震控制不起作用

包括低速和

35

VQ 发动机三传感器系统

三传感器系统的作用与带有缝隙盘的 CMPS 系统是一样的 而且 它还具有 以下优点 ? 不可能误调点火正时 ? 更加准确的位置测量 因为曲轴位置是直接在曲轴处测得的 每一个传感器都是感应式的 由永久磁铁 线圈和铁芯组成 发动机运转时 皮带轮或链轮上的齿或凸起通过传感器的磁场 结果产生了感生电动势 ECM 收到这个电压信号 就可以检测曲轴和凸轮轴的位置 凸轮轴位置传感器 (CMPS) (PHASE) 安装在发动机前盖上 轴链轮 它检测缸号信号 并且正对着凸轮

曲轴位置传感器 (CKPS)(REF) 位于油底壳上半部 面向曲轴皮带轮 来检测压缩冲程上止点信号的 (120° 信号 )

它是用

曲轴位置传感器 (CKPS)(POS) 安装在飞轮壳上 面向信号盘 ( 飞轮 ) 的齿 它用来检测曲轴位置信号 (1° 信号 ) 此传感器中带有一个滤波电路 其目的 是将产生的正弦波转变成为一个方波

36

传感器名称 REF 参考 器 磁性曲轴转角传感器 POS 位置 传感器

功能 ? 检测每个气缸的起点位置 包括喷油 / 点火正时的起点 ? 判断发动机是否运转 ? 1° 信号检测 ? 发动机转速的检测 ? 气缸检测 记下 REF 脉冲间的 PHASE 脉冲 的个数 目的是检测即将来临的 REF 信号气 缸
气缸 脉冲 计数 1缸 1个 脉冲 2缸 4个 脉冲 3缸 5个 脉冲 4缸 2个 脉冲 .5 缸 3个 脉冲 6缸 6个 脉冲

安装 位置 曲轴皮带轮底部 油底壳左后侧 驱动盘或者飞 轮

特征

传感

PHASE 位 传感器



前正时链条盖

? 更加准确的点火正时 控制 ? 每个传感器位置精度 高 从而消除了点火 正时的调节 ? 成本低 ? 具有曲轴传感器备用 模式 这样 即使 传感器发生故障 发 动机仍可以工作

参考 光电曲轴 转角传感 器

REF 参 考 信号 POS 信号

气缸检测和起点位置检测 时的起点

包括喷油 / 点火正 凸轮轴 抗磁场干扰能力强

1° 信号的检

曲轴转角

37

霍尔 IC

集成电路

元件 型曲轴转角传感器

霍尔 IC 元件 型曲轴转角传感器由两个传感器组成 一个是 POS 位置 传感器 一个是 PHASE 相位 传感器 这两个传感器的组合通常被称为曲 轴转角传感器 POS 传感器用于检测曲轴位置并且通过安装在曲轴 6 号配配重上的信号盘 获得 POS 信号 PHASE 传感器是用来检测凸轮轴位置的 并通过排气凸轮 链轮上的凸起来获得相位信号 基本上 这两个传感器与传统的光电曲轴转角传感器的功能相似 参考 霍尔 IC 元件 其实就是一个半导体元件 是一个利用霍尔效应来检 测磁场的半导体 霍尔 IC 元件 曲轴转角传感器就是应用了霍尔效应原理 这个元件具有很 好的特性 这些特性包括 磁导率比磁性曲轴转角传感器的磁导率还要低 而 且 还具有高精度的点火正时控制 每个传感器的作用和信号简图如下
传感器名称 霍尔 IC 元件 有传感器 型曲轴转 POS 位 置 传感器 相位 传感器 REF 信号 POS 信号 曲轴转角的检测 识别气缸 识别气缸并检测基准点 喷油和点火正时的起点 1° 信号 曲轴转角 检测 功能 发动机转速和每个气缸 的起始位置用两个信号 来检测 喷油和点火正 时的起点 发动机转速的检测随发 动机不同而不一样

参考 器

光电曲轴转角传感

38

? 检测每个气缸基准点的过程 根据 PHASE 信号和 POS 信号 置

BTDC 50°

计算每个气缸的基准点位

? 点火过程 ( 示例为 1 号气缸 ) 利用 1 号气缸 BTDC 50° 作为基准点计算 POS 信号 然后 在点火正时控 制器指明的提前角处完成点火 其中 POS 信号的 10° 间隔 以及跳过的 脉冲的角度都是由时间测量来补偿的

39

目录表
页码 起动系统 功能 组成 1 1

起动机电机 结构 部件 直流电机原理 电枢和磁场线圈间实际布线方式 回转运动的传递 起动机电机和减速齿轮转动装置 磁力开关的作用 系统操作 单向离合器 3 4 4 7 8 11 11 12 15

起动系统
功能 起动系统具有下列功能 静止的发动机不能产生扭矩 也不能自身运转起来 的就是起动发动机 因此 起动系统的目

起动系统通常使用靠蓄电池电压工作的直流电机 当点火开关接通 ST 位置 后 电机就转动起来 起动电机的旋转力通过 其小齿轮传递给连接在曲轴上的飞轮齿圈 带动发动机 从而使发动机起 动起来 发动机起动时 需要很大的扭矩来压缩发动机气缸内的空气燃油混合物 克服机油的粘滞阻力 同时产生驱动扭矩驱动油泵等 这样 起动机电机 150A 到 200A 因此 蓄电池必须充满电 必须通过很大的电流

-

组成 起动系统主要由起动发动机的起动机电机 提供能源的蓄电池 以及起动或者 关闭电机的点火开关组成 起动电机装有一个磁力开关 这一部分稍后再做说 明

1

下图是起动系统简单的示意图 从蓄电池正极接线柱出发的一根导线经过点火线圈 接在磁力开关的 S 端 这 个导线是用来操纵磁力开关的 点火开关接通和切断电路 并控制磁力开关的 动作 另一根导线直接连接在磁力开关的 B 端 导线具有优良的导电性能 因为将有 强电流流过 以便使电机转起来 另一根导电性良好的导线连接在电机磁力开 关的 M 端 电机内部换向器的触点接通 B 端和 M 端以后 电流就从蓄电池流向 电机 电机开始转动

2

起动机电机
结构 起动机电机的零件以及其功能如下
部件 电枢 由周围缠绕了电枢线圈的电枢 铁芯组成 励磁线圈 电刷和换向器 磁力开关 小齿轮 拨叉 单向离合器 产生转动力 产生磁场 接通电流到电枢线圈上 接通和切断电机的电流 将电机的旋转运动传递给发动机飞轮齿圈 啮合小齿轮和飞轮齿圈 切断与发动机旋转运动间的联系 保护电机由于发动机高 速运动而造成的毁坏 而且旋转 功能

一些起动电机还配有减速装置 以此来增大转矩 这些装置通常用在起动时所 需功率很大 或者一直在低温环境工作的发动机起动系统中

3

部件

直流电机原理 1. 电流流过导体时 在导体四周会产生磁力线 电流方向和产生的磁力线之间的关系可以用 右手螺旋法则来形容 也就是说 如果 沿螺 旋前进的方向是电流流向 那么 就可以在螺 旋旋转方向观察到磁力线

4

2. 电流流过磁场中的导体时 在导体周 围就会产生磁力线 在导体下方 磁 力线的方向与磁场的方向一致 这样 的话 就可以通过叠加 使得磁力线 增加 在导体上方 导体外部的磁力 线由于相互之间中和 使得磁力线减 弱 这个差别会产生一个力 这个力 使导体向上移动

3. 在这种情况下 磁力线方向 电流方 向以及导体移动方向之间存在一个 确定的关系 这就是 Fleming 左手法 则 Fleming 左手法则指出 如果左 手大拇指 食指和中指两两相互垂 直 那么 大拇指指向即是导体运动 的方向 食指指向就是磁力线的方 向 中指的指向就是电流的方向

4. 电机就遵循 Fleming 左手法则 下一页的图就是解释这个原理的一个简单的 电机模型 电机部件和它们的功能将在下一页介绍

5

部件 励磁线圈 磁场铁芯 电枢线圈 电枢铁芯 换向器 电刷 磁极产生磁场

功能 磁场铁芯缠绕着一个绕组 当有电流流过时 一个是 N 极 另一个是 S 极 磁场线圈使铁芯磁化

电枢线圈在有电流流过时 产生回转力 它与线圈一起在磁场中旋转 电枢铁芯四周绕着一个电枢线圈 它与线圈一起在磁场中旋转 换向器与电枢线圈一起转动 并且 电流从蓄电池流到电枢线圈中 随着电机的 转动 换向器改变电流的方向 电刷与换向器相互接触 结果把电流输送给了换向器

根据 Fleming 左手法则 导体右部向上移动 而左部向下移动 这样 就产生 了一个绕电枢中心的旋转力 这个力使得电枢线圈 铁芯和换向器作为一个整 体旋转起来 当电动机按照右图所示旋转时 换向器就改变流经导体的电流方 向 这就使得磁力作用在一个方向上 结果 电机间歇地旋转

6

电枢和磁场线圈间实际布线方式 电枢线圈和激励线圈之所以采用不同的连接方式 所考虑的是电机所需的性 能 在汽车起动机电机里 通常采用一种被称为串绕型的布线方式 在这种特 殊的布线电路中 激励线圈和电枢线圈是串接在一起的 如下图所示

如下图所示 在低速时 一个串绕型的电 机 随着电机负荷增加 产生的扭矩越大 电机转速越高 产生的扭矩越小 而负荷降 低了 所以 串绕型电动机适合用于汽车发 动机的起动 因为汽车发动机在大负荷情况 下 起动需要很大的扭矩
转数 扭矩

转数 扭矩

负荷

7

回转运动的传递 在没有减速起动系统中 小齿轮安装在起动机电机的电枢轴上 在减速起动类 型中 小齿轮是装在减速轴上 电机的旋转运动通过这个小齿轮与齿圈的啮合传递给发动机飞轮的圆周运动

8

小齿轮按照下面的方式与齿圈啮 合 当点火开关接通时 ST 位置 在 磁力开关电磁铁的作用下柱塞沿箭 头所示的方向吸入 这个移动通过拨叉引起小齿轮向齿 圈移动 当小齿轮轮齿末端与齿圈 轮齿末端对齐的时候 小齿轮将不 在继续移动

柱塞仍受到拉力 因为小齿轮不能 前移 所以小齿轮旁边的弹簧受压 变形 当柱塞一直拉下去 直被到 触点闭合 这样 强电流就可以从 电机流过 从而 电机开始转动 小齿轮沿着旋转方向移动其位置

9

然后 小齿轮弹簧压力和电枢轴上的花键一起作用 使得小齿轮靠在齿圈上 这 样 他们就相互啮合 如螺栓转动前进的方式一样 花键使得小齿轮进入齿圈 啮合在一起 如图中 所示 如果螺栓拧到一个固定的不能旋转的螺母中 那么 螺母将沿箭头的方 向移动 螺栓好比电枢转轴 而螺母好比小齿轮

当点火开过回到 ON 位置上 那么 磁力开关的电磁铁就失去了磁性 柱塞在 回位弹簧作用下将回到初始位置 这样 小齿轮与齿圈分开 也回到初始位置

10

起动机电机和减速齿轮传动装置 一些起动电机在小齿轮和电机之间装有减速齿轮装置 目的是增大驱动扭矩

柴油机采用这种起动电机 因为柴油机起动需要相当大的扭矩 也可以用于那 些指定在寒冷天气中使用的发动机 有两种类型的减速齿轮传动 一种是使用 外齿轮 一种是使用内齿轮 也即行星齿轮 行星齿轮减速传动有一个优点 那 就是结构尺寸很紧凑 因为电机和小齿轮轴之间的偏心率很小

磁力开关的作用 磁力开关的作用好比一个继电器 并通过电磁作用断开和接通流过电机的电 流 它也使得小齿轮和齿圈相互啮合 下表列出了磁力开关的组成以及他们的功能

零件 铁芯 串绕线圈和绕圈分流线圈 触点 拨叉 回位弹簧 产生磁场 并磁化铁芯 连接 B 接线端和 M 接线端 推动小齿轮 使柱塞回到起始位置

功能 通电后变成一个电磁体 拉动柱塞 以便电流流过电机

使其与齿圈首尾相互啮合

当点火开过回到 ON 位置上 那么 磁力开关的电磁铁就失去了磁性 柱塞在 回位弹簧作用下将回到初始位置 这样 小齿轮与齿圈分开 也回到初始位置

11

系统操作 1. 点火开关 OFF 位置 在回位弹簧的作用下 触点是分开的 也就切

当点火开关处于 OFF 断了电流流过线圈

2. 点火开关

ST 位置

点火开关回到 ST 位置的瞬间 ) 因为点火开关回到 ST 位置 电流就从蓄电池经过 S 接线端流向分流线圈和串 绕线圈 铁芯也就被磁化 成为一个电磁铁 把柱塞拉向左侧 柱塞的运动通过拨叉传递给了小齿轮 所以 小齿轮向右移动 开始与齿圈啮 合 在触点闭合之前 流过串绕线圈的电流流入电机 这样 电机开始缓慢转动

12

3. 点火开关

ST 位置

当发动机开始起动的时候 因为柱塞一直被拉着 所以触点一直压在一起 这就使得接线端 B 和 M 之间的 电路闭合 大电流 通常是 150A 到 200A 开始流入电机 然后 电机就迅 速旋转起来

同时

小齿轮完全与齿圈啮合在一起

然后 13

用大的起动功率启动发动机

当触点闭合时 电流将不会流过串绕线圈 下闭合在一起 注

触点仅仅在分流线圈的电磁力作用

当接线端 B 和 M 连接在一起时 由于它们之间没有电阻因此电流从两个 接线端之间 而不是从有一定电阻的串绕线圈中通过

4. 点火开关

从 ST 位置到 ON 位置

点火开关从 ST 位置到 ON 位置的瞬间 当点火开关从 ST 位置回到 ON 位置时 发动机起动以后 流过串绕线圈的电流 将反向流动 当点火开关合上时 产生一个反向的电磁力抵消分流线圈的电磁 力 结果 柱塞在回位弹簧的作用下回到了初始位置 柱塞回到初始位置 导致小齿轮与齿圈分离 同时 触点分开 流向电机的电 流被断开 电机的回转力消失

14

单向离合器 发动机起动时 小齿轮是与齿圈啮合在一起的 然而 发动机起动以后 齿圈 开始带动小齿轮旋转了 如果发动机通过小齿轮带动电机旋转的话 也即小齿 轮仍与齿圈啮合在一起 那么电机将以惊人的速度旋转而损坏 这是因为传动 比较大 10 15:1 为了防止这类现象发生 需要采用一个单向离合器来切断发动机把旋转传递给 电机 即使在小齿轮仍与齿圈啮合在一起的情况下 单向离合器包括一个外座圈 内座圈 滚子 以及支撑滚子的弹簧 外座圈在 内侧开有楔型沟槽 内部装有靠弹簧支撑的滚子 因为外座圈是与轴套结合在一起了 而轴套可以在电枢轴上的花键上来回滑 动 这样 外座圈就可以和电枢轴一起旋转 内座圈是与小齿轮结合在一起的 当发动机起动时 和电机一个旋转的外座圈的回转力以及弹簧的压力迫使滚子 向沟槽的狭小部位移动 当这个部位的空间足够紧的时候 内外座圈就合在一 起了 结果 电机的旋转运动沿下面路径传给了齿圈 电枢轴 → 外座圈 → 滚子 → 内座圈 → 小齿轮 → 齿圈

EL21A019

发动机起动以后 如果小齿轮仍由齿圈驱动 而内座圈比外座圈转的要快 那 么内座圈旋转的回转力使得滚子向空隙大的地方移动 来抵抗弹簧力 则内外 座圈就相互分离开来 因而 小齿轮自由转动 发动机不再向电枢传递旋转运 动

15



其他各种单向离合器在内座圈上也开有沟槽 如图所示 然而 这样类 型的单向离合器的扭矩传递性能和响应都很差 所以现代汽车很少采 用

16

目录表
页码 充电系统 功能 组成 1 1

交流发电机 结构和功能 电磁感应原理 感应电流的方向 转子 励磁线圈 定子 电枢线圈 电刷 三相交流电压 二极管 单相半波整流 单相全波整流 三相全波整流 2 4 6 7 7 9 9 9 11 12 12

电压调节器 功能 转子激励 充电电路 14 16 17

充电系统处理注意事项

21

充电系统
功能 汽车中有许多电气设备 例如起动系统 车灯 收音机等 这些设备依靠来自 蓄电池和发电机的电流工作 发电机是由发动机皮带驱动的 发电机产生功率 的大小随发动机转速而不同 当相对于负载产生的功率较小时 蓄电池开始放 电起到电源的作用 当产生的功率较大时 则发电机就作为一个电源 同时向 蓄电池充电

组成 充电系统主要由交流发电机 和电压调节器组成 向电子元件供电 电压调节器用来调节充电量 交流发电机向蓄电池充电 并

1

交流发电机
结构和功能

交流发电机基本组成部件如下
部件 转子 定子 磁场线圈 电枢线圈 定子保持静止 电流流过定子 由于转子转动 功能 当电流流过转子时 转子就产生磁场 转子旋转时 就在定子中产生电流 这种变化导致有 从而获得直流电 通过定子的磁场不断变化 AC 进行整流

二极管组件 电刷和滑环 风扇

二极管就是用来对定子中产生的交流电 DC 通过电刷和滑环 旋转的转子提供电能

因为二极管在冷却以后有较低的热阻抗和线圈阻抗 所以 用风扇来冷却交 流发电机中的二极管和线圈 风扇也可以冷却带有内置式 IC 调节器的交流发 电机 发动机的功率是通过皮带轮以及皮带轮上的 V 带传递给转子的

皮带轮

2

现在流行采用带有内置式风扇的交流发电机

如下图所示

为了产生更大功率 在转子的前面和后面都装有风扇进行冷却 这样 定子线 圈就可以得到充分冷却 因为定子线圈在工作中温度上升很明显 并会对输出 特性产生不利影响

3

另外 交流发电机壳体上开有很过通风孔 来提高冷却效率 交流发电机也采 取以下措施来防止泥土 水以及生锈 - 电刷和滑环部分采用防水结构 - 二极管单元 转子和定子都涂有环氧树脂漆 以防止生锈 B 接线柱和 L 接线柱都采取了防水措施

电磁感应原理 我们可以在下面的情形中观察到电的存在

我们也可以通过下面的方法轻意产生电 - 导体 如线圈 - 磁铁 将磁铁快速地靠近线圈 然后突然移走 就称为电磁感应

那么就有电流从线圈流过 这种现象

感应电流将因为下面的原因而增大 - 磁铁磁性增强 - 线圈匝数的增加 磁铁旋转速度的增大

4

但是 我们却不能用这种磁铁和线圈产生的电流把一盏灯点亮 这是因为产生 的电流强度不够 电流方向随磁铁移动的方向而变化

5

现在

我们一起看看

如果磁铁旋转起来

将会发生怎样的情形

感应电流的方向 Fleming 右手法则 如果导体在磁场中移动 那么在导体上就会产生感应电流 势 食指 拇指 中指 所指的方向 所指的方向 所指的方向 磁场方向 导体运动方向 电流方向

这就被称为电动

如果不是导体运动而是磁铁运动 也可以 得到同样的结论 在这种情形中 导体运 动的方向与磁铁运动的方向相反 因此 我们可以利用 Fleming 右手法则判 断感应电流的方向

磁铁旋转的优点如下 - 通过一个简单的结构就可以实现磁铁连续旋转 - 磁铁可以高速旋转 这样 将产生很大的电动势

电流

6

转子

励磁线圈 转子就成了电磁铁 转子的特点总结如下

当电流流过转子时 -

线圈和铁制片盘装在转子轴上 两个片盘有很多交错排列的爪 连接线圈的两个滑环使转子成为一个总成 两个电刷搭接在滑环上 如果铁制片盘没有爪子 那么 将会在转轴末端产生磁极 这样 定子线 圈中不会产生电流 交错爪 由于这些爪形结构 磁极从转子轴的端部移到交错的爪形结构上

定子

电枢线圈 一个绕

尽管定子的外观很复杂 但是 从本质上说 它是由三个绕组组成的 组用四个到八个线圈缠绕而成 这几个线圈是相互连接在一起的

7

一个绕组内线圈的数目与转子的爪的个数是相同的 这种连接方式称为 Y 形连接

三个绕组有一个公共端

下图为用符号表示的定子电路

8

电刷 电刷与滑环保持连续光滑接触 滑环有光滑表面 因为只有转子线圈的激励 电流从电刷流过 因而 交流发电机的电刷磨损比起动机的电刷磨损要少 电 刷所使用的材料是石墨

三相交流电压 下图为转子在定子内旋转时 定子中产生的电压波形图

定子中产生了不断变化的交流电压 如上图所示 在相同的周期和波形内 每副绕组间测得电压是变化的 电压相互之间相差 120° 相位 这就是所谓的三相交流电压

这三个

二极管 功能 定子中产生的电压为交流电 为了给蓄电池充电 二极管就是用来将交流电转变为直流电 交流电就必须变为直流电

9

结构 汽车上采用了几种类型的二极管 圆形二极管的特点是容量大 散热 好 这种类型的二极管可以单独替 换 所以普遍使用

圆形二极管

二极管特性曲线 二极管具有右图所示的特性

10

单相半波整流 如果没有接入二极管 则输出电压与输 入电压相等 如果接入了二极管 将会出现下面的变 化

当电流流过电阻时 正的电压降

在电阻上会产生

当没有电流流动时 这个压降保持不 变 所以 压降为 0

电阻器两端测量的电压的波形为一系列半周期的正弦波形脉冲 负半周期脉冲被滤掉 用下面对电压整流的方法有一个专业术语 单向半波整流

以虚线表示的

11

单相全波整流 当二极管按照下面的方式连接在电路中时 方向流动 电路中的电流就按图中箭头所指的

当电流流过电阻时 正的电压降

在电阻上会产生

电流流动时就会在电阻两侧获得正的 电压降

如上图示 当输入交流电压时 总是可以获得一个正电压 或者零电压 这 是因为连接了二极管以后 负的输入电压反向成了正电压 这种类型的整流就 被称为单向全波整流

三相全波整流 在三相全波整流电路中 在下一页中显示 要使用六个二极管 流过这些二极管的电流以及定子

12

过程 1 到 6 组成一个循环 在这个整流电路中 最大和最小电势的相位容许电 流流动 流过三相全波整流电路的电流波形如下图所示 尽管输出 2 的电压不是一个完全的直流电压 因为它的幅值比蓄电池的电压要 高一些 但是可以在实际中使用它而不会产生问题

13

当这个整流过的电压加到蓄电池上的时候 蓄电池电压要高 因而 将对蓄电池充电

它比

电压调节器
功能 当励磁电流保持恒定的时候 随着转子转速的增加 输出电压也会相应的增加

转子转速

14

如果采用前一页讨论的交变电压 过多 结果是蓄电池损坏

那么将导致蓄电池不断的充电不足或者充电

为了使得这个变化的电压保持在一个适于发动机工作范围的常数值 用了一个电压调节器

电路中采

15

转子激励 1. 当点火开关打开时 电流沿下面的路径流动

蓄电池 → 点火开关 → 调节器 → 转子 → 接地 结果 转子被激励 转子开始旋转 电流沿下面的路径流动 结果 使得定

2. 当发动机起动以后 子产生了电压

定子 → 二极管总成 → 蓄电池 和 定子 → 二极管总成 → 点火开关 → 调节器 → 转子 → 接地 从上面的电流路径可以看出 转子并非由蓄电池提供的电压激励 子提供的电压激励 这时蓄电池始终都处于充电状态 而是由定

3. 当发动机的转速达到非常高时 电流将直接流至接地端 而不是流向转子 此时 定子上将不会产生电压 这样 电压的增量是有限的 这个原理稍后 解释

16

充电电路 1. 点火开关 ON 发动机 OFF 电流沿下面的路径流动

当点火开关打开时

蓄电池 → 点火开关 → 充电指示灯 → 交流发电机接线柱 L → 转子 → 接线柱 F → Tr1 → 接地 结果 充电指示灯开始发亮

17

2. 发动机起动和运转 为什么充电指示灯会熄灭

-

其他电流路径 - 二极管总成 → IC 调节器 → 接线柱 B → 蓄电池 结果 蓄电池被充电 - 二极管总成 → 转子 → 接线柱 F → Tr1 → 接地 发动机运转时 转子上将具有电动势

磁场二极管原理 线圈有 6 种组合方法来产生电流 S1-S2 S2-S3 S3-S1 S2-S1 S1-S3 和 S3-S2 假设 S1S2 组合 电流流动如下 S1-S2-D1-B- 蓄 电池正极 - 蓄电池负极 -D5- 回到 S1 假设 S2-S1 组合 电流流动方式为 S2S1-D2-B- 蓄电池正极 - 蓄电池负极 -D4- 回到 S2 其他组合的电流流动按相同 的方式进行

18

19

3. 发动机以高速运转 二极管总成 → IC 调节器 → 接线柱 B → 接线柱 S → 稳压二极管 → Tr2 → 接地 发动机高速旋转时 交流发电机的输出电压会增大到超过稳压电压的程度 然 后它引导通过的电流进入晶体管 2 的基极 晶体管 2 接通 因为晶体管 1 的基 极接地 晶体管 1 关闭 所以它就切断了流经定子的电流 从而控制了充电电 压

20

充电系统处理注意事项
在连接蓄电池时 尤其要注意蓄电 池的极性 不正确的连接将导致强电流冲击 引起二极管 导线等的损坏

当交流发电机在工作时 不能将它 与蓄电池断开 否则 将发生高压 波动 损坏电子元件

不论点火开关位置怎样 切记蓄电 池的电压一定要加在交流发动机的 B 接线柱上

B 接线柱

当外部电源对蓄电池充电时 譬如用一个快速充电器等 一定要确保负极接线 柱脱离蓄电池 否则 大的电流将流过其他电子元件 可能引起损坏

21


相关文章:
3月27日替代3月22日第一章 交审稿
起重机械基础知识讲稿 91页 20财富值 日产发动机电气系统ELEN 80页 免费如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。 ...
更多相关标签:
发动机电气系统 | 东风日产发动机分公司 | 日产发动机技术 | 日产发动机怎么样 | 日产发动机 | 日产1.2t发动机 | 日产mr20发动机怎么样 | 03年日产蓝鸟发动机 |