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汽车是怎样工作的(7)

发动机的点火系

汽油机内的可燃混合气是靠火花塞产生的电火花点燃的。为了产生电火花,需要供给高压电。从蓄电池或发电机来的低压电流经过点火线圈,电压骤然升高到1万V左右,再经过分电器将高压电分配给每个气缸的火花塞。此时在火花之间的隙缝产生电火花,点燃混合气。

发协机中促使火花塞按时产一电火花的装置称之为点火系。要求点火系按照发动机气缸的工作按时将各缸的可燃混合气点燃。

汽车点火系和一般家用电器的连接不同,由于汽车的电器设备的电压较低(6V、12、24V),人体接触没有危险,所以只采用单根导线连接。即用一根导线将电源的一极与电器设备的一极相连电源的另一极用搭铁线与车架或车身相连。相当于一般电路的接地线,汽车行业称之为搭铁。

汽车的点火系主要由蓄电池、发电机、点火开关、点火线圈、电容器、分电器(断电器和配电器)、火花塞以及高压线和附加电阻等组成。

点火线圈由初级线圈(低压部分)和次级线圈(高部分)组成。与初级线圈相连的是点火开关、断电器和电容器。与次级线圈相连的有配电器、高压线和火花塞。接通点火开关,低压电流从蓄电池流向点火线圈的初级线圈,它的周围产生的磁场因受到点火线圈中铁芯的作用而增强,由于断电器的作用,切断了初级低压电路,初级电流突然下降到零,铁芯中的磁通量也很快消失,与此同时在次级线圈中则感应出高压电流通过火花塞的两极产生电火花,点燃气缸内的可燃混合气(图1)。

当某个气缸的活塞到达压缩冲程终了时,分电器内的分火头刚好转到与这个气缸火花塞接通的侧电极上,此时断电器的触点也刚好打开,次级电路在感应出的高压电通过分火头、侧电极和高压线流向火花塞,产生电火花。

在发动机正常工作的条件下,由发电机向蓄电池和点大系供电;如果耗电量大,则由蓄电池和发电机共同供电;在发动机起动时,发电机无法发电,则由蓄电池供电。当汽车消耗掉大量电流后,发电机将发出的电向蓄电池补充,使它恢复原有的电量,以应坟发电机不发电时的一切电力消耗。

蓄电池类似一个能源转换装置。在充电时,将电能转换为化学能贮存起来。用电时,又将贮存的化学能转变为电能。汽车上的用电大发动机的起动机,在起动时要消耗几百安培的电流酸性蓄电池由于在短期内能输出大电流所以它非常适用于起动。

蓄电池几部贮有电解液,具有腐蚀性,故应特别注意勿使它和皮肤接触。

近年来国内外汽车广泛使用三相硅整流交流发电机发电。通过6个或8个二极管组成三级桥式全波整流电路(整流器),将三相绕组中产生的交流电转变为直流电。

发电机的发电量是随着发动机的转速变化而变化的。当发电机的电压超过恒定值(如13V)时,就需要加以限制。现在常用的限压装置有晶体管电压调节器、集成电路调节器及机械式调节器等,其中机械式调节器在新式轿车上已很少采用。晶体管电压调节器是利用晶体三级管的开关作用控制发电机的磁场,在发电机转速变经时保持其输出电压不变。集成电路调节器的工作原理与前者类似,不同点是将所有元件集成在一个半导体基片(集成电路)上。由一索的体积小,工作可靠,无须维护,故被广泛使用。

分电器由断电器、配电器、电容器和点火提前调节装置组成。

断电器的作用是周期性地接通和断开初级电路,以使次级电路中感应出高压电。它的主要部分是一对触点。一个是固定的,另一个是活动的。这两个触点一般时间是闭合的,活动触点随发动机曲轴的转动而开合。在触点分开的瞬间,次级电路中的电压最高。此时配电器刚好将次级电路接通,使高压电流流向火花塞。触点的间隙要按规定保持一事实上。太大则使闪级电压变低。太小则触点间产生火花,使初级电路断电不良,所以必须对间隙加以调整并固定好,还要经常加以检查调整。

配电器的作用是将高压电按妇动机各气缸的工作湎序轮流分配给各气缸的火花塞。它由分电器盖和分火头线成。分电器盖的中心也与点火线圈的高压输出线相连,盖周围的也与气缸数相等,应按气缸的工作须序分别与各气缸的火花塞相连。活塞在气缸里动到什么位置将混合气点燃对发动机工作的优劣极为关键。从点燃混合气到混合气完全燃烧所经历的时间约2ms。但因发动机的转速很高,所以在这段时间里,曲轴已转过相当大的角度。如果在活塞向上运动到达最高点时点火,混合气一边燃烧,活塞一边下行使燃烧空间增大,燃烧压力不但不增加,反而因空间加大而降低,结果造成发动机的功率降低。这是我们不希望见到的。

为此,我们希望活塞向上运动,尚未到达最高点时点火,让燃气的压力在活塞位置相当于曲轴曲柄转过最高点之后一个角度时达到最大值。如此能充分利用气体燃烧造成的完全膨胀,因而产生的功率也愈大,没耗也最少,以上所介绍的那个角度,称之为点火提前角。当然这个角度大小要适当。如果过大,即点火过早,活塞尚在向上运动中点火,燃气压力作用方向和活塞运动方向刚好相反,燃气压力被抵消了一部分。发动机发出的功率变小,没耗增加;如果过小,燃烧过程主要在活塞下行膨胀冲程内进行、秒气体膨胀作功的机会,发动机发出的功率下降,油耗增加。因此有必要选择最佳的点火提前角。烯而这个最佳提前角也不是一成不变的,它随发动机转速和混合气燃烧速度的变化而变化。当某一发动机转速一定时,为了增加负荷,要加大没门,此时进入气缸的事气较浓,燃烧后的压力和温度都高,缸内残余废气所占经例就小,混合气燃烧速度也快,此时需减小提前角;如果油门开度不变,发动机转速增大,可燃混合气在较大的曲轴转过角度内燃烧,需要增大点火提前角。

由于发动机工作中,它的转速和负荷在变化,为了使发动机在各种工作善下都能得到最佳的点火提前角。在汽车的点火系增添了两种装置:一种是随发机转速变化百自改变点火提前角的装置(离心式),另一种是随发动机负荷改变而自动调节点火提前角的装置(真空式)。

发动机使用不同牌号汽油时,有一套手动兰烷值校正器,用来改变点火提前角。使用高标号汽油时,点火提前角应大些。

汽车点火系中产生电火花的设备是火花塞。火花塞承受高压、高强度负荷、化学腐蚀和热负荷,在忽冷忽热交变频率很高的环境下工作。它的电极和裙部遭受高温燃气的腐蚀,因此它的电极必须用传热性好、耐高温及搞腐蚀的材料制成。火花塞的主要牲是它的热特性。要使火花塞正常地工作,必须保持适当的温度。低于这个温度,火花塞因积炭而漏电,打不着火;高于这个温度,混合气接触火花塞未步火而自燃引起爆震。这个适当温度称之为自净温度(500-600C)。在这个温度下给气中的油滴燃烧不易形成积炭,从而保证发动机能连续地正常工作,当你购置了新车后,也应了解所用火花塞的热值。

传统的蓄电池点火系存在着以下缺点:当电器角点打开时,触点间产生火花,使触点本身逐渐烧蚀影响断电器的使用寿命;火花塞积炭时不能点火;发动机在高转速时易缺火。基于以上本质性的缺点,所以无触点电子点火技术近年来得到长足的发展。

无触点点火系采用传感器代替断电器触点,产生点火信号。传感器有多种形式,如磁肪冲式、霍尔效应式及光电式等。某些因家还采用集成电路点火器,它的电路连接简单,工作可靠,此外,还有一种电容放电式半导体点火系统。该系统是将蓄电池的电能以电场形式贮存在电容器中,需要点火时,所贮电能向点火线圈的初级线圈放电从而在次级电路中感应出主压电。

尽管以上各种点火系统对于处长角点寿命是有效的,但对点火提前的要求人需依传统的点火提前装置来实现。由于这些装置实际工作起来并不绝对可靠,所以目前出现一咱微电脑控制的半导体点火系统。它可在发机任何工作善下保证最佳的点火时刻。该系统一般由传感器、微电脑及点火器等组成。不同车型所用的微电脑控制系统并不完全相同,但它们的工作原理是类似的。它是利用各传感器(温度、负荷、位置、转速、爆震)接受如发动机转速、负荷、冷却水温等隹息,通过电路反馈给微电脑,电脑根据这些信息以及相关数据,计算出鞭工作状况下最佳的点火提前角和初级电路民时间。然后根据其他信息进行修正。最后根据计算结果,在最佳时间向点火器发出信号,接通初级电路,再经过最佳时间切断电路,致使次级电路中感应生成高压电,经配电器送往火花塞产生电火花,点燃混合气。

发动机由静止状态转入工作状态的全过程称之为起动过程。为了完成发动机起动过程设置的装置称为起动系统(图2)。只有证发动机曲轴转动起来,气缸才能不断地吸入可燃事气,并经过压缩、点燃、膨胀和排出废气以实动机的工作循环,因此起动装置必须具备以下各种要求:有足够的力矩来克服发动机内部机件的阻力;在一定范围的气温下能可靠地起动,起动需时短;操作方便能连续多次起动;耗能少等。

现代汽车起动时所用的动力来自于自身配备的起机。起动机作为机械动力源,通过电机轴上的齿轮与发动机曲轴后端的飞轮外缘齿圈相啮合,通电后带动飞轮和曲轴转动。起动机的电源来自蓄电池。

在寒冷季节里,为了便于起动,往往需要将机油、汽油和冷却液加温。

起动装置主要是起动机。它由串激直流电动机、操纵机构和离合机构所组成。直流电动机在低转速时扭矩大,转速高时扭矩逐渐变小,很适合做起动机之用。

发动机起动后,起动机必须立即与飞轮齿圈分离,为此,在起动机上设有脱开机构。在起动时,能保证起动机的动力传递给飞轮。起动完毕后,能立即脱开啮合,切断传递动力,令发动机不再动起动机运转。这种开合机构称之为离合器。它有滚柱式、摩擦片式及弹簧式等。

近年来式汽车上出现了用永磁材料制作的磁极起动机。它的结构简单,体积小,质量小,具有广阔的发展前景。

通过上述重点的介绍,可以确认发动机是一部由各个系统组成,并由这些系统协同工作的复杂机器。当然,汽车还有其他相当重要的部分如底盘、车身、电器等,在汽车工作时各司其职。但缺少发机——整个汽车的动力源,其他部分就成了无本之木,它们的工作就无从谈起。以上所述希望能作为对新车购主的献言。

(全文完)

《汽车与驾驶维修》杂志社

 

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