目次
1.设计方案说明 (3)
1.1 本课题研究的背景、目的和意义 (3)
1.2 设计题目简介及其要求与目标 (3)
2. 设计方案分析 (5)
2.1 设计方案陈述 (5)
2.2 设计方案分析 (13)
3.设计计算 (14)
3.1 点火线圈设计计算与校核 (14)
3.2 火花塞设计计算与校核 (18)
设计总结 (21)
致谢 (22)
参考资料 (22)
1. 设计方案说明
1.1本课题研究的背景、目的和意义
桑塔纳2000型轿车采用的是带分电器式的电子点火系统，其突出特点是将点火系统与燃油喷射系统复合在一起，由一个电控单元(ECU)来控制，结构简单工作可靠。同时，也存在点火控制器故障、霍尔传感器损坏分电器盖、分火间破裂漏电、火花塞间隙增大，烧蚀严重，积油积碳过多等问题，存在一定的改进空间。学校考虑到机械类本科毕业生完全有能力对汽车点火系统的结构进行设计和验证，故提出了本课题的研究。
本课题的研究着重于使机械类本科毕业生以四年来所学的专业理论知识，结合一些课外参考文献，独立设计适用于桑塔纳2000型轿车的点火系统，培养学生独立思考、解决问题的能力和思维创新能力与实践能力，使其理论结合实际，学以致用，为以后走上工作岗位打好坚实的基础。
1.2 设计题目简介及其要求与目标
1.2.1桑塔纳2000型轿车点火系统
桑塔纳2000型轿车采用的是带分电器式的电子点火系统，主要由点火线圈、分电器、火花塞。带抗干扰元件的链接插座，爆燃传感器，点火导线等组成，结构简单，工作可靠，使用和维修比较方便。
1.2.2桑塔纳2000型轿车点火系统所要达到的效果及技术要求
点火系统的基本功用是在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气，使发动机作功。
（1）能产生足以击穿火花塞两电极间隙的电压
使火花塞两电极之间的间隙击穿并产生电火花所需要的电压，称为火花塞击穿电压。火花塞击穿电压的大小与电极之间的距离(火花塞间隙)、气缸内的压力和温度、电极的温度、发动机的工作状况等因素有关。火花塞间隙越大，电极周围气体中的电子和离子距离越大，受到电场力的作用越小，越不容易发生碰撞的电离，一次要求具有较高的击穿电压方能点火；气缸内的压力越大或者温度越低，所要求的火花塞击穿电压越高；电极的温度对火花塞击穿电压也有影响，当火花塞的电极温度超过混合气的温度时，击穿电压可降低30%～50%。试验表明，发动机正常运行时，
火花塞的击穿电压为7～8kV，发动机冷起动时达19kV。为了使发动机在各种不同的工况下均能可靠地点火，要求火花塞击穿电压应在15～20kV。
（2）电火花应具有足够的点火能量
为了使混合气可靠点燃，火花塞产生的火花应具备一定的能量。发动机工作时，由于混合气压缩时的温度接近自燃温度，因此所需的火花能量较小(1～5mJ)，传统点火系统的火花能量(15～50mJ)，足以点燃混合气。但在起动、怠速以及突然加速时需要较高的点火能量。为保证可靠点火，一般应保证50～80mJ的点火能量，起动时应能产生大于100mJ的点火能量。
（3）点火时刻应与发动机的工作状况相适应
首先发动机的点火时刻应满足发动机工作循环的要求；其次可燃混合气在气缸内从开始点火到完全燃烧需要一定的时间(千分之几秒)，所以要使发动机产生最大的功率，就不应在压缩行程终了(上止点)点火，而应适当地提前一个角度。这样当活塞到达上止点时，混合气已经接近充分燃烧，发动机才能发出最大功率。
以上是点火系统设计应满足的基本要求，还有一些例如工作可靠、使用寿命长、便于拆装等要求也是应该在设计中考虑到的。
2. 设计方案分析
2.1 设计方案陈述
2.1.1总体陈述
本方案采用了无触点电子点火系统，主要由点火信号发生器(传感器)、点火控制器、点火线圈（两个）、分电器、火花塞等组成。其中分电器主要包括点火信号发生器、配电器和离心提前装置、真空提前装置，它们的作用、结构和工作原理与传统点火系统对应部分完全相同。点火信号发生器采用霍尔效应式点火信号发生器。
点火系统总体示意图如图所示。
2.1.2各部分零件陈述
（1）点火线圈
1-绝缘座；2-铁芯；3-初级绕组；4-次级绕组；5-导磁钢套；6-外壳；7-“—”接线柱8-胶木盖；9高压线接头；10-“+开关”接线柱；11“+”接线柱；12-附加电阻
火线圈是将蓄电池或发电机输出的低压电转变为高压电的升压变压器，它由初级绕组、次级绕组和铁心等组成。按其磁路的形式，可分为开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两种。开磁路点火线圈根据低压接线柱数目的不同，分为两接线柱式和三接线柱式两种。本设计方案采用的是三接线柱式开磁路点火线圈。
其结构及各部分尺寸如图所示。
（2）绕组
绕组是点火线圈的核心部分，主要由初级绕组、次级绕组以及铁芯组成。绕组的作用是将利用磁通量的变化，对初级绕组产生的低压电进行增压，为火花塞提供足够能量的高压电。其示意图如图所示，具体尺寸及数据将在计算部分详细阐述。
L1：初级线圈；L2：次级线圈
（3）外壳
点火线圈外壳是一个圆柱形壳体，作用的容纳并保护铁芯、初级绕组、次级绕组导磁钢套等零部件。外壳应具有良好的导热性，并且具有一定的刚度与强度。本设计方案点火线圈外壳材料采用45号钢。
外壳的结构及尺寸如图所示。
（4）胶木盖
胶木盖的主要作用是对点火线圈密封，并在其上安装高压接线头、低压接线柱等。胶木盖必须具有良好的绝缘性，并具有一定的强度与刚度。除此之外，胶木盖与点火线圈外壳必须紧密结合，以防点火线圈内部填充物泄露或其它杂物进入。为了达到此项要求，胶木盖与点火线圈外壳采用过盈配合，并在结合处采用橡胶密封圈密封（橡胶密封圈结构与尺寸详见点火线圈设计图）。
胶木盖结构及尺寸如图所示。
（5）导磁钢套
导磁钢套位于绕组与外壳的中间，其作用是减少漏磁，将强密封，防止潮气侵入。导磁钢套的材料为合金铝。
导磁钢套结构及尺寸如图所示。
（5）附加电阻支架
附加电阻支架安装在点火线圈外部，作用是支撑附加电阻，主要由附加电阻、瓷质绝缘体、附加电阻盖、螺钉等组成。
附加电阻支架结构及尺寸如图所示。
（6）绝缘座
绝缘座安装在铁芯下端，材料是陶瓷。绝缘座结构及尺寸如图所示。
（7）火花塞
火花塞的作用是把点火线圈产生的高压电（1万伏特以上）引入发动机气缸，在火花塞电极的间隙之间产生火花点燃混合气。火花塞的工作环境极为恶劣。桑塔纳2000型轿车发动机为四冲程中低速汽油机，在进气冲程时气缸温度只有60℃，压力90KPa；而在点火燃烧时，温度会瞬间上升至2200～2800K，压力达到4MPa；这种急冷急热的交替频率很高，不是一般材料所能应付得了，还要保证绝缘性能，因此火花塞的材料要求很苛刻。
火花塞由绝缘体和金属壳体两大组成部分：金属壳体带有螺纹，用于拧入气缸；在壳体内装有绝缘体，它里面贯通一根中心电极、中心电极上端有接线螺母，连接从分电盘过来的高压电线；在壳体的下端面焊有接地电极，即侧电极。火花塞中心电极与侧电极之间的间隙，称为火花塞间隙。火花塞间隙对火花塞及发动机的工作性能均有很大影响。间隙过小，火花微弱，并容易产生积炭而漏电；间隙过大，火花塞击穿电压增高，发动机不易起动，且在高速时容易发生“缺火”现象。因此，火花塞间隙的大小应适当。在火花塞间隙一般为0.6～1.0mm，火花塞间隙的调整可扳动侧电极来实现。
中心电极要求具有良好的耐高温、耐腐蚀性能，所以一般多用镍锰合金制成。为了提高耐热性，本设计方案采用镍包铜作为电极材料。
火花塞关键部分是绝缘体，如果绝缘体不起作用，高压电就会“抄小路”而不经两极入地，造成无火花现象。火花塞的绝缘体必须要有良好的机械性能和耐高电压、耐高温冲击，耐化学腐蚀的能力。本设计方案绝缘体采用以氧化铝为基础的陶瓷做成。
为了与桑塔纳2000型轿车的发动机匹配，火花塞设计规格为M14×1.25。火花塞间隙和火花塞绝缘体群部长度将在计算部分详细叙述。
火花塞结构及尺寸如图所示。
（8）分电器
分电器直接购买，不再单独设计。
分电器结构如图所示。
2.2设计方案分析
以上方案基本上满足了设计题目的要求，其设计上存在着一定的优缺点。以下将从其各个零件及其安装配合进行分析。
2.2.1 点火线圈
三接线柱式点火线圈的主要优点是工作可靠，结构简单，成本较低，维修与拆装方便。主要缺点是铁芯的上部和下部的磁力线从空气中穿过，泄露的磁通量多，转换效率较低。
2.2.2 火花塞
本设计方案采用的是单极火花塞。对于单极火花塞而言，中心电极与侧电极之间的间隙，对于火花塞的性能是有影响的。在升压线圈不变的情况下，火花塞之间电极之间的间隙越大，电极之间的空气就越不容易被击穿。但一旦击穿产生的电弧能量也更大。在发动机低速运转的时候，气缸内的空气流速慢，电极之间的空气比较容易被击穿，因此产生的较大的电弧适合发动机低速扭矩输出。但较大的间隙在高速时会遇到麻烦。由于高速时气缸内的混合气流流速快，电极之间的空气被击穿
产生电弧的概率会降低。这种没有成功产生电弧的概率被称作失火率，间隙较大的火花塞失火率较高，会影响发动机高速动力输出。那么反之，较小的电极间隙性能刚好相反，低速时点火能量相对较小，但高速时失火率低。
2.2.3 分电器
本设计方案采用的是霍尔效应式点火信号发生器。霍尔效应式点火信号发生器与磁脉冲式点火信号发生器相比，优点是性能稳定，耐久性好，寿命长，点火精度高，且不受温度、灰尘、油污等的影响，特别是输出的电压信号不受发动机转速的影响，使发动机低速点火性能良好，容易启动。缺点是成本较高。
3. 设计计算
本部分主要涉及点火线圈绕组与火花塞间隙的计算与校核，通过计算进而确定各零部件的尺寸大小，使之满足设计需要。这部分的计算主要进行在设计方案确定后的进一步精确的设计，下面就对各零部件分别进行设计计算。
3.1 点火线圈设计计算与校核
3.1.1 发动机工作特性分析
桑塔纳2000型轿车采用的是中低速发动机，最大功率为74kw ,最大扭矩155NM ,最高转速为5200 rpm 。磨合期转速一般在2000 rpm ，磨合期过后转速一般在2500 rpm 左右，这样既能保证动力学，又不容易有积碳，因此可知汽车正常行驶时，发动机转速n =2500 rpm 。
3.1.2 点火线圈工作特性分析
点火线圈是将蓄电池或发电机输出的低压电转变为高压电的升压变压器，它是通过磁耦合来传输能量的。
(1)点火线圈原理分析
点火线圈利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器。由变压器原理可知：l l u u 2121
，u 1、u 2分别为初级线圈电压、次级线圈
电压，l1、l2分别为初级线圈匝数、次级线圈匝数。原理图如图所示。
L 1：初级线圈；L 2：次级线圈
(2)确定点火线圈的工作频率
点火线圈工作频率与曲轴转速有关，本设计方案中采用1个点火线圈，故曲轴每旋转1圈，点火线圈工作2次，故点火线圈工作频率为： Hz n f 3.8360
22500602=?=?=，式中n 为发动机转速。 因此该点火线圈属于低频变压器。
（3）确定初级电压与次级电压
点火线圈初级线圈输入电压是脉冲信号，因此次级线圈输出电压理论上也是脉冲信号。图中（a ）为加在脉冲变压器输入端的矩形脉冲波，图1（b ）为输出端得到的输出波形，可以看出脉冲变压器带来的波形失真主要有以特点：
脉冲电压输入、输出波形
（a ）输入波形（b ）输出波形
上升和下降变得倾斜，即存在上升时间和下降时间；上升过程的末了时刻，有上冲，甚至出现振荡现象；下降过程的末了时刻，有下冲，也可能出现振荡波形；平顶部分是逐渐降落的。
由于点火线圈工作频率=f 83.3Hz,因此初级线圈电流与磁场产生时间非常短暂。当初级线圈接通电源时，随着电流的增长四周产生一个很强的磁场，铁芯储存了磁场能；当开关装置使初级线圈电路断开时，初级线圈的磁场迅速衰减，因此初
级线圈中电流及磁场产生时间非常短暂。由于磁通量的迅速衰减，能在初级线圈中产生200～300V 的电压。初级电压U 1V dt
d 280=-=φ。 发动机正常运行时，火花塞的击穿电压为7～8kV ，发动机冷起动时达19kV 。为了使发动机在各种不同的工况下均能可靠地点火，要求火花塞击穿电压应在15～20kV ，因此选定次级线圈设计电压U 2=20kV 。
3.1.3 点火线圈计算
(1)计算次级线圈功率P 2
由公式P 2=U 2I 2=20000×0.018=360w ，式中U 2次级电压，I 2为次级电流。
(2)计算变压器功率 P
开磁路式点火线圈磁通转换效率η=0.6，则初级线圈功率P 1= P 2/η=360/0.6=600w 。故变压器功率P=( P 1 +P 2)/2=480w 。
(3)选取铁芯 铁芯截面积计算公式：P K S =
S=铁芯截面积，单位为cm 2；
K=铁芯直径经验系数，对于低频变压器，K=0.125～0.16；
P=变压器功率，单位为w ；
当K=0.16,P=480w 时，S=3.5cm 2
查《电工手册》表5-8,得铁芯GEIB —19，该铁芯截面积为5 cm 2，接近计算结果S=3.5cm 2。
GEIB —19铁芯规格如下：
a ×
b =20×25，单位为mm
l=67，单位为mm
S=5.0，单位为cm 2
铁芯材料为硅钢片，磁感强调B=100000Guass
（4）确定每伏圈数
初级线圈每伏圈数计算公式：n 1=kS
45 n 1=每伏圈数，单位为圈／伏
k=经验系数，当B=10000Guass 时，k 取10；
S=铁芯截面积；单位为cm 2
将k=10，S=5.0 cm 2代入公式，则n 1=0.98圈／伏。
由于导线的压降作用，次级线圈每伏圈数n 2应该比n 1增加5%～10%，也就是n 2=1.05～1.10 n 1。取n 2=1.05 n 1=1.03圈／伏。
（5）确定初级线圈、次级线圈圈数
初级线圈圈数N 1= n 1 u 1=0.98×280=274.4圈，取N 1=275圈；
初级线圈圈数N 2= n 2 u 2=1.03×20000=20600圈。
（6）选取导线材料
初级电流I 1=35.1280
37811==
u p A ，I 2=0.018A ，可以选取载流密度为3.5mm 2铜漆包线。查《电工手册》，初级线圈选取QZ-1/155号铜漆包线，铜芯直径d 1=0.72mm,最大外径D 1=0.78mm ；次级线圈选取QZ-1/155号铜漆包线，铜芯直径d 2=0.08mm,最大外径D 2=0.095mm 。
（7）导线缠绕层数的计算
GEIB —19铁芯的长度为67mm ，被导线缠绕的铁芯长度取50mm ，则初级绕组缠绕层数M 1=29.450
78.027550D N 11=?=，取M 1=5层； 次级绕组缠绕层数M 2=14.3950095.02060050
22=?=D N ,取M 2=40层。 缠绕后，铁芯尺寸为：
a max =a+D 1M 1+D 2M 2=20+0.78×5+0.095×40=27.7mm
b max =b+D 1M 1+D 2M 2=25+0.78×5+0.095×40=32.7mm
（8）设计校核
依据变压器计算公式 ：
Gauss x N I L B s
100(max)111=
B(max) =
铁心饱合的磁通密度(Gauss) L 1 =
初次线圈电感值(uH) I 1 =
初次电流(A) N 1 =
初次线圈圈数 S = 铁心截面积(cm 2)
B(max)为铁芯计算磁场强度最大值，利用该公式计算的B(max)应该小于GEIB
—19铁芯磁场强度B=10000Gauss ，否则参数必须重新进行调整。将L 1=4000 uH ，I 1=1.35A ，N 1=275，S=5 cm 2代入公式中，得B(max)=9372.3 Gauss ＜10000 Gauss ，设计通过。
3.2 火花塞设计计算与校核
3.2.1 火花塞工作特性分析
桑塔纳2000型轿车发动机为四冲程中低速汽油机，在进气冲程时气缸温度只有60℃，压力90KPa ；而在点火燃烧时，温度会瞬间上升至2200～2800K ，压力达到4MPa 。发动机工作时，混合汽燃烧时间在750μS -2500μS 之间，火花持续时间为700μS ～1200μS 。
3.2.1 计算火花塞间隙
由帕邢定律可得：U=Pd
U=击穿电压，单位为V;
P=气体压力；单位为T （1T=13.3322Pa ）；
d=电极间隙；单位为mm
帕邢曲线
发动机正常工作时，气缸内压力P=4MPa=4×105/13.3322=30000T ；击穿电压就是点火线圈输出电压，即
U=U 2=20kV=20000V ,火花塞间隙d=30000
20000P U =0.667mm 。考虑到能量从点火线圈到火花塞的传递过程中存在损耗，为了保证点火的可靠性，去d=0.6mm 。
3.2.2火花塞裙部长度的确定
发动机工作时火花塞绝缘体裙部的温度若保持在500～600℃，落在绝缘体裙部的油粒能立即被烧掉，不容易产生积炭。这个温度称为火花塞的自净温度。若裙部温度低于自净温度，落在绝缘体裙部的油粒不能立即烧掉，形成积炭而漏电，将使火花塞间隙不能跳火或火花微弱。若裙部温度过高超过800～900℃时，当混合气与
炽热的绝缘体接触时，可能在火花塞间隙跳火之前自行着火，称为炽热点火。炽热点火将使发动机出现早燃、爆燃、化油器回火等不正常现象。因此，无论哪一种类型的发动机，在发动机工作时，火花塞裙部的温度都应该保持在自净温度的范围内。火花塞的热特性主要决定于绝缘体裙部的长度。不同的发动机，当气缸内温度及温度分布状况相同时，火花塞绝缘体裙部越长，其受热面积越大，且传热距离越长，散热困难，火花塞裙部的温度越高，这种火花塞称为“热型”火花塞。热型火花塞绝缘体群部长度为16～20mm ，它适用于低速、低压缩比的小功率发动机。相反，火花塞绝缘体裙部越短，其受热面积越小，且传热距离缩短，容易散热，火花塞裙部的温度越低，这种火花塞称为“冷型”火花塞。冷型火花塞绝缘体群部长度小于8mm ，它适用于高速、高压缩比大功率的发动机。裙部长度介于冷型与热型之间的火花塞，称为普通型火花塞。普通型火花塞绝缘体群部长度为11～14mm 。
桑塔纳2000型轿车发动机为中低速发动机，因此采用普通型火花塞，绝缘体群部长度取12mm 。
3.2.3确定绝缘体最小厚度
火花塞关键部分是绝缘体，绝缘体必须有良好的绝缘性，否则高压电就会将绝缘体击穿，不经过两个电极而直接入地，造成无火花现象。火花塞的绝缘体必须要有良好的机械性能和耐高电压、耐高温冲击，耐化学腐蚀的能力。本设计方案绝缘体采用以氧化铝为基础的陶瓷做成。
衡量绝缘体绝缘性的指标是绝缘强度。所谓的绝缘强度是指绝缘体—毫米间的击穿电压。对于设计方案所采用的是氧化铝为基础的陶瓷，其绝缘强度为
25000V/mm ，则绝缘体最小厚度d min =8.025000
20000250002==U mm 。 因此为了保证良好的绝缘性，绝缘体最小厚度应大于0.8mm 。
火花塞绝缘体结构及尺寸如图所示。
其中绝缘体群部最小厚度为1mm，满足设计要求。
3.2.4 计算校核
为保证可靠点火，一般应保证50～80mJ的点火能量，起动时应能产生大于100mJ 的点火能量。为了使混合气可靠点燃，火花塞产生的火花应具备一定的能量。在发动机工作时，火花持续时间为70μS左右。
由点火能量计算公式：E=Pt
E=点火能量，单位为mJ；
P=点火线圈输出功率；单位为w；
t=火花持续时间，单位为S
其中P=360w，t=700μS=7×10-4S,点火能量E=Pt=252mJ>100mJ，设计通过。
设计总结
至此，桑塔纳2000点火系统设计基本结束了。经过一个学期的努力，我已经完成毕业设计，设计也基本达到设计要求。通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来汽车发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。
毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的最后一份综和性作业，从老师的角度来说，指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练。其次，毕业设计的指导是老师检验其教学效果，改进教学方法，提高教学质量的绝好机会。
毕业的时间一天一天的临近，毕业设计也接近了尾声。在不断的努力下我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
当然，此次设计中也存在一定的不足。例如在设计点火线圈时，由于资料有限以及能力的限制，采用的是开磁路式设计方案。这种方案的缺点磁路的磁阻大，泄露的磁通量多，转换效率低。
总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
致谢
在这里首先要感谢郏国中老师对我的悉心指导。郏国中老师作为汽车系的主要导师，不仅要为汽车系的日常事务操劳，平常还要亲自授课，时间的紧张可见一斑，但是在这种情况下，他依然没有耽误过对我毕业设计的指导。在设计的前期，由于准备考研复试，我一直在外地奔波，未能及时完成任务。在这种情况下，郏老师对我表示了充分的理解，并给予了巨大帮助。在郏老师的指导下，我不仅完成了本次设计，还学到了很多东西。作为车辆工程专业的一名学生，在进行完电器类课程后，我对汽车电器和机械设计等学科的接触是很少的，这方面的知识也不丰富，刚开始设计时完全处于一种无从下手的状态，是郏老师为我指明了方向，还经常耐心的为我讲解一些汽车电器和制造中的常识，及时纠正设计中出现的漏洞和错误，使我的设计更加完善。今天，能完成这个毕业设计，我首先要感谢郏老师的指导。
在本次毕业设计的过程中，我发现了很多自己的不足，由于平常学习的不认真和时间的遗忘，我对于汽车电器知识的了解可谓少之又少，在本次的设计使我重新又拿起了课本，复习了我们以前学过的知识。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。我觉得毕业设计真的非常有必要，它是我们毕业前的一个查漏补缺的过程，这个过程发生在我们毕业的前夕，对于我们以后走向工作岗位的帮助是不可估量的，谢谢学校和老师们为我们提供的这次机会。在毕业之际，真切的感谢我的母校，和母校的老师们。
参考资料
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[2].刘唯信.汽车设计.北京：清华大学出版社，2000
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实用文档之" 汽车发动机的发展历程" 摘要：汽车在现代社会生产生活中发挥着重要作用，而汽车发动机更是其核心部分；可以说汽车发动机的发展历程在一定程度上就是汽车的完善过程。本文阐述了汽车发动机的构造及原理，并讲述了汽车发动机的发展历程。而且笔者还对汽车发动机未来的发展趋势进行了合理预测。 【关键字】汽车发动机原理发展历程新技术 自从第二次工业革命以来，汽车得到迅猛发展。如今，汽车已经渗透到人类社会的各个方面。每天，数以千万计的汽车行驶在大大小小的公路上，而汽车生产所需的零件更是数以亿计。其广阔的市场使得汽车成为各种高科技应用的载体。汽车发动机为汽车提供动力，更是汽车的核心。汽车发动机的发展能极大地促进汽车的发展。在环境日益恶化的今天，传统发动机面临这巨大挑战。 1.发动机的类别 发动有很多种类，按不同划分方法有不同的类型。 按发动机所使用燃料来划分，发动机主要可分为汽油发动机、柴油发动机、天然气发动机、液化石油气发动机、混合动力发动机；根据发动机可分为四冲程发动机和二冲程发动机；按照气缸数，发动机可分为单缸发动机、两缸发动机、多缸（三缸以上）发动机；按照冷却方式不同，发动机可分为水冷式发动机（见图1）和风冷式发动机（见图2）；根据排列方式，发动机可分为直列L型发动机、H型发动机、W型发动机、V型发动机等；按照发动机在车身上的布局不同，发动机可分为前置发动机，中置发动机和后置发动机。
2.发动机构造及原理 发动机是一个热能转换机构，通过在密封汽缸内燃烧汽油（柴油）或天然气，使气体膨胀并推动活塞做往复运动，从而使物质的内能转
化为机械能。发动机是一种有许多机构和系统组成的复杂的机械设备。无论是哪种类型的发动机，要想完成热能转化为机械能的能量转化过程，实现工作循环，保证发动机能持续正常工作，都离不开发动机中各个机构和系统之间的配合。 汽油机是由五大系统和两大连杆组成，即曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成。 曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在气缸内作直线运动，通过连杆转换成曲轴的旋转运动，并从曲轴对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。 配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。 汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。 润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。 冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、节温器等组成。 在汽油机中，气缸内的可燃混合气是K电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。 要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转。发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系。
河南职业技术学院 毕业设计（论文） 题目汽车发动机点火系统原理及故障分析 系（分院）汽车工程系 学生姓名彭超 学号07183160 专业名称汽车电子技术 指导教师王贤高 2010 年 3 月20 日
河南职业技术学院汽车工程系（分院）毕业设计（论文）任务书
毕业设计（论文）指导教师评阅意见表
汽车发动机点火系统原理及故障分析 彭超 摘要：点火系统在发动机上由于工作环境相对于其它系统很恶劣，所以其状态的好坏直接决定着发动机的性能。本文较为详细的介绍了各种点火系统的组成结构、工作原理和控制内容，并针对常见的点火系统故障作了简要分析。 关键词：点火系统点火正时故障分析 汽油发动机正常工作的三要素：良好的空气----燃油混合气，很高的压缩压力，正确的点火正时及强烈的火花，去点燃空气----燃油混合气，从而实现发动机工作。 一、发动机点火系统必备的条件及组成结构 （一）、点火系统必备的条件 1、强烈电火花 在点火系统中产生的强烈电火花应产生于火花塞电极之间，以便于点燃空气---燃油混合气。因为空气存在空气电阻，这个电阻随空气高度压缩时而增大，所以点火系统必须能产生几万伏的高电压以保证产生强烈火花去点燃空气----燃油混合气。 2、正确的点火正时 点火系统必须始终根据发动机的转速和载荷和变化提供正确的点火正时。 3、持久的耐用性 点火系统必须具备足够的可靠性以经得住发动机产生的振动和高温。 （二）、点火系统的组成：如图-1;直接点火系统组成：如图-2 1、直接点火系统元件构成： （1）曲轴位置传感器：（NE）探测曲轴角度位置（发动机转速）。 （2）凸轮轴位置传感器:（G）辨认气缸和行程，并探测凸轮轴正时。 （3）节气门位置传感器:（VTA）探测节气门的开启角。 （4）空气流量计:（VG/PIM）探测进气量。 （5）水温传感器:（THW）探测发动机冷却液温度。 （6）带点火器的点火线圈:在最佳正时时，接通和切断初级线圈电流。向发动机ECU发送IGF信号。
发动机，汽车中最重要的部分，可以说没有发动机的存在，就不存在汽 车。发动机的发展即是汽车的发展。 发动机作为汽车的心脏，为汽车的行走提供动力和汽车的动力性、经济 性、环保性。简单讲发动机就是一个能量转换机构，即将汽油 ( 柴油 ) 的热能，通过在密封气缸内燃烧气体膨胀时，推动活塞做功，转变为机械能，这是发动机最基本原理。发动机所有结构都是为能量转换服务的，虽然发 动机伴随着汽车走过了 100 多年的历史，无论是在设计上、制造上、工艺上 还是在性能上、控制上都有很大的提高，其基本原理仍然未变，这是一 个富于创造的时代，那些发动机设计者们，不断地将最新科技与发动机融 为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近 乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点。 所以可以说发动机的发展史即是汽车的发展史。 而发动机的发展也经历了无数人的努力，无数人的智慧与汗水。 发动机是汽车的动力源。汽车发动机大多是热能动力装置，简称热力机。热力机是借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。 往复活塞式四冲程汽油机是德国人奥托在大气压力式发动机基础上，于 1876 年发明并投入使用的。由于采用了进气、压缩、做功和排气四个冲程，发动机的热效率从大气压力式发动机的11%提高到14%，而发动机的质量却降低了70%。 1892年德国工程师狄塞尔发明了压燃式发动机( 即柴油机) ，实现了内燃机历史上的第二次重大突破。由于采用高压缩比和膨胀比，热效率比当 时其他发动机又提高了 1 倍。1956 年，德国人汪克尔发明了转子式发动机， 使发动机转速有较大幅度的提高。1964 年，德国NSU公司首次将转子式发 动机安装在轿车上。 1926 年，瑞士人布希提出了废气涡轮增压理论，利用发动机排出的废 气能量来驱动压气机，给发动机增压。50 年代后，废气涡轮增压技术开始 在车用内燃机上逐渐得到应用，使发动机性能有很大提高，成为内燃机发 展史上的第三次重大突破。 1967 年德国博世公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统，开 创了电控技术在汽车发动机上应用的历史。经过30 年的发展，以电子计算
发动机－点火系工作原理 字体: 小中大| 打印编辑：master 发布时间：2008-5-26 12:26 查看次数：347次 关键词：点火系组成 发动机中促使火花塞按时产生电火花的装置称之为点火系。 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，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。 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火系供电；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。
汽油机点火系统 一二三四五㈠㈡㈢㈣㈤ 1 2 3 4 5⑴⑵⑶⑷⑸ 教学目标： 教学内容： 教学重点及难点： 导入： 授课内容： 一点火系统概述 ㈠点火系统的功用 功用：适时地产生足够能量的电火花以点燃发动机气缸内已被压缩的可燃混合气，从而使发动机及时地、迅速地做功。 ㈡对点火系统的要求 1能够产生足够高的次级电压 2电火花有足够的能量 3应能根据发动机工况的变化提供最佳的点火时刻 ㈢点火系统的种类 点火系统按采用的电源不同，可分为：蓄电池点火系统磁电机点火系统点火系统根据是否采用电子元件控制可分为：传统点火系统电子点火系统1 传统点火系统（淘汰略） 2电子点火系统 0 按点火能量储存方式不同可分为：电感储能式 电容储能式电子点火系统
0 按信号发生器的不同可分为：电磁感应式 霍尔效应式 光电式电子点火系统 0 按初级电路控制方式不同可分为：普通电子点火系统 计算机电子点火系统 0 按高压电配电方式不同，计算机控制点火系统可分为： 机械配电点火系统（有分电器点火系统） 计算机配电点火系统（无分电器点火系统） 二电子点火系统的基本组成与工作原理 ㈠电子点火系统的基本组成与功用 1电源给点火系统提供低压电源蓄电池或发电机一般为12V 2点火线圈将12V的低压电转变为15-20KV 3分电器包括：点火信号发生器配电器点火提前机构 点火信号发生器----产生点火的信号 配电器----将点火线圈产生的高压电，按照发动机的工作顺序送到各缸的火花塞 点火提前机构----随发动机的转速、负荷、汽油辛烷值的变化改变点火提 前角 4电子点火器将信号发生器产生的信号放大，控制大功率三极管的导通与截止，达到控制点火线圈初级电流通断的目的。 5火花塞将高压电引入燃烧室产生电火花点燃混合气。 6 点火开关控制点火系统初级电路、仪表电路、起动继电器电路 7 高压导线分中央高压导线和分缸高压导线用于连接点火线圈与火花 塞之间的高压电路
发动机点火系统 一、概述 发动机点火方式有炽热点火、压缩着火和电火花点火三种，柴油机用压缩着火，汽油机一般采用电火花点火。 1、对点火系统的要求 点火系统应在发动机各种工况和使用条件下，保证可靠而准确的点火。为此，点火装置应满足下列三个基本要求 1．能产生足以击穿火花塞电极间隙的高压电 实践证明，汽车发动机在满负荷低速时需8~10kV的高压，启动时则常需9~17kV的高压，正常点火一般在15kV以上，为了保证点火可靠，考虑各种不同因素的影响，点火高电压必须有一定的储量，所以点火装置产生的电压一般在15~20kV之间，而且高电压的升值要快。 2．火花塞应具有足够的能量 要使混合气可靠点燃，火花塞产生的火花应具有一定的能量，发动机正常工作时，由于混合气压缩终了的温度已接近其自燃温度，因此所需的火花能量很小（1~5MJ）。蓄电池点火系统能发出15~50 MJ的火花能量，足以点燃混合气。但在发动机启动、怠速运转以及节气门急剧打开时，则需较高的火花能量。 启动时，由于混合气雾化不良，废气稀释严重，电极温度低，故所需的点火能量最高。另外，为了提高发动机的经济性，当采用空燃比α=1.2~1.25的稀混合气时，由于稀混合气难于点燃，也需增加火花能量。考虑上述情况，为了保证可靠点火，火花塞一般应保证有50~80MJ 的点火能量，启动时应产生大于100MJ的火花能量。 3．点火时刻应适应发动机的工作情况 因为混合气在发动机的气缸内从开始点火到完全燃烧需要一定的时间（千分之几秒），所以要使发动机产生最大的功率，就不能在压缩行程终了活塞行至上止点才点火，而是需要适当提前一些。 因为发动机气缸的多少，负荷的大小，转速的变化，燃油品质的不同，即是同一发动机由于工况和使用条件的不同等等，都直接影响气缸内混合气的点火时间，为了使发动机能发出最大工功率，点火装置必需适应上述情况的变化实现最佳点火。 2、点火系统的分类 按照点火系统的组成和产生高压的方式不同，发动机的点火系统分为：传统点火系统、半导体点火系统、微机控制点火系统以及磁电机点火系统。 1）．传统点火系统 2）．半导体点火系统 3）．微机控制点火系统 4）．磁电机点火系统 二、传统点火系统组成与工作原理 1、传统点火系统的组成 传统点火系统主要由电源、点火开关、点火线圈、配电器、火花塞等组成，如图9-3所示。 （1）电源电源为蓄电池和发电机，供给点火系统所需电能，标称电压一般是12V。 （2）点火开关点火开关的作用是接通或断开点火系统初级电路。 （3）点火线圈点火线圈即变压器，其功用是将蓄电池12V的低压电变为15~20kV的高压电。 （4）配电器配电器的功用是接通和切断低压电路，使点火线圈及时产生高压电，按发动机各气缸的点火顺序送至火花塞；同时可调整点火时间。
汽车发动机的发展史修 订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】
汽车发动机的发展史 发动机，汽车中最重要的部分，可以说没有发动机的存在，就不存在汽车。发动机的发展即是汽车的发展。 发动机作为汽车的心脏，为汽车的行走提供动力和汽车的动力性、经济性、环保性。简单讲发动机就是一个能量转换机构，即将汽油(柴油)的热能，通过在密封气缸 内燃烧气体膨胀时，推动活塞做功，转变为机械能，这是发动机最基本原理。发动机 所有结构都是为能量转换服务的，虽然发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无 论是在设计上、制造上、工艺上还是在性能上、控制上都有很大的提高，其基本原理 仍然未变，这是一个富于创造的时代，那些发动机设计者们，不断地将最新科技与发 动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完 善的程度，各世界着名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点。 所以可以说发动机的发展史即是汽车的发展史。 而发动机的发展也经历了无数人的努力，无数人的智慧与汗水。 发动机是汽车的动力源。汽车发动机大多是热能动力装置，简称热力机。热力机是借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。 往复活塞式四冲程汽油机是德国人奥托在大气压力式发动机基础上，于1876 年发明并投入使用的。由于采用了进气、压缩、做功和排气四个冲程，发动机的热效率从大 气压力式发动机的11%提高到14%，而发动机的质量却降低了70%。 1892 年德国工程师狄塞尔发明了压燃式发动机(即柴油机)，实现了内燃机历史上的第二次重大突破。由于采用高压缩比和膨胀比，热效率比当时其他发动机又提高了1
教案
（2）、霍尔效应（集合图，版画，互动形式） 当电流垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于磁场和电流方向的导体的两个端面之间出现电势差的现象称为霍尔效应，该电势差称为霍尔电势差（霍尔电压），其与电流和磁场强度成正比。 讲解：利用霍尔效应制成的原件称为霍尔元件； 利用霍尔元件制成的传感器成为霍尔传感器。 （3）、霍尔信号发生器工作原理（依据：有没有产生霍尔电压）当传感器轴转动时，触发叶轮的叶片便从霍尔集成电路与永久磁铁之间的气隙中转过。 当叶片进入气隙时，霍尔集成电路中的磁场被触发叶轮的叶片所短路，而不能通过，因此，霍尔元件此时不产生霍尔电压UH=0。而此时，集成电路输出级的晶体管截止，传感器输出信号电压UG为高电平 当叶片离开气隙时，永久磁铁的磁力线便通过导磁板穿过气隙作用于霍尔元件上，于是通电的霍尔元件便产生霍尔电压。此时霍尔元件产生电压为（UH=1.9~2.0V),而霍尔集成输出级的晶体管导通，传感器输出的信号电压UG为0.1~0.3V的低电平。 发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转两周，分电器轴及触发叶轮转一圈，霍尔元件交替隔磁4次，因而随之产生4次霍尔电压。 （4）、分析总结，叶片是否在气隙而与霍尔电压、输出信号、次级电流、初级电流这件的关系。（结合图片） a）图表示，叶片在不同位置时，通过空气气隙的磁通密度； b）图表示，霍尔元件产生霍尔电压UH的波形； c）图表示，霍尔集成电路输出的信号电压UG的波形； d）图表示，点火线圈一次电流I1的波形； e）图表示，点火线圈二次电压U2的波形。 有图来总结下： 有霍尔电压，U G为低电平，晶体管截止，次级绕组产生高电压点火； 无霍尔电压，U G为高电平，晶体管导通，次级绕组无高电压。 （5）、磁感应式与霍尔式的比较： 1、磁感应式不需要电源，输出是锯齿波，输出电压受转速的影响 2、霍尔式需要电源，输出是近似方波，输出电压高低与被测物体的转速无关，低速性能好，点火正时精度高。 2）点火控制器 （1）点火控制器的结构 以桑塔纳轿车采用的点火控制器为例，进行讲解。 1 、图为BD497系列专用集成电路管脚排列 2、图为BD497系列内部电路框 （2）点火控制器各管脚的功能 P123
专业实践报告 课题名称汽车电子点火系统 （2012 年秋季学期） 学院交通与机械工程学院 专业交通运输 班级交通09--1班 姓名杨冬冬 指导教师关醒权刘伟东 2013 年 1 月11 日
汽车电子点火系统 1.设计方案说明 1.1本课题研究的背景、目的和意义 桑塔纳2000型轿车采用的是带分电器式的电子点火系统，其突出特点是将点火系统与燃油喷射系统复合在一起，由一个电控单元(ECU)来控制，结构简单工作可靠。同时，也存在点火控制器故障、霍尔传感器损坏分电器盖、分火间破裂漏电、火花塞间隙增大，烧蚀严重，积油积碳过多等问题，存在一定的改进空间。学校考虑到机械类本科毕业生完全有能力对汽车点火系统的结构进行设计和验证，故提出了本课题的研究。 本课题的研究着重于使机械类本科毕业生以四年来所学的专业理论知识，结合一些课外参考文献，独立设计适用于桑塔纳2000型轿车的点火系统，培养学生独立思考、解决问题的能力和思维创新能力与实践能力，使其理论结合实际，学以致用，为以后走上工作岗位打好坚实的基础。 1.2 设计题目简介及其要求与目标 1.2.1桑塔纳2000型轿车点火系统 桑塔纳2000型轿车采用的是带分电器式的电子点火系统，主要由点火线圈、分电器、火花塞。带抗干扰元件的链接插座，爆燃传感器，点火导线等组成，结构简单，工作可靠，使用和维修比较方便。 1.2.2桑塔纳2000型轿车点火系统所要达到的效果及技术要求 点火系统的基本功用是在发动机各种工况和使用条件下，在气缸内适时、准确、可靠地产生电火花，以点燃可燃混合气，使发动机作功。 （1）能产生足以击穿火花塞两电极间隙的电压 使火花塞两电极之间的间隙击穿并产生电火花所需要的电压，称为火花塞击穿电压。火花塞击穿电压的大小与电极之间的距离(火花塞间隙)、气缸内的压力和温度、电极的温度、发动机的工作状况等因素有关。火花塞间隙越大，电极周围气体中的电子和离子距离越大，受到电场力的作用越小，越不容易发生碰撞的电离，一次要求具有较高的击穿电压方能点火；气缸内的压力越大或者温度越低，所要求的火花塞击穿电压越高；电极的温度对火花塞击穿电压也有影响，当火花塞的电极温度超过混合气的温度时，击穿电压可降低30%～50%。试
汽车发动机发展史 汽车整体技术日新月异，而作为汽车的心脏——发动机技术的进步显得更受关注。如今介绍一辆汽车的发动机时：可变气门正时技术，双顶置凸轮轴技术，缸内直喷技术，VCM汽缸管理技术，涡轮增压技术，等等都已经运用的相当广泛；在用料上也是往轻量化的方向发展：全铝发动机目前的应用已经非常广泛；汽车的污染也是不可避免，于是新能源技术，包括柴油机的高压共轨，燃料电池，混合动力，纯电动，生物燃料技术也已经有普及的趋向，但回顾一下发动机的历史或许更能理解这一百多年来汽车技术所发生的巨大变革。 十佳发动机VQ35 汽车技术的迅猛发展从我国的汽车教材也能看出端倪：新技术的发展已经让汽车教材难以跟上步伐！如今大部分汽车教材还是以东风汽车的发动机来作为范例，而东风发动机还是带化油器的老式发动机，与如今全电子化的发动机简直就隔了几个世纪。 回到汽车的起步阶段，那时的汽车被马车嘲笑，污染严重，但起步的意义却非同寻常。 汽油机之前的摸索阶段
18世纪中叶，瓦特发明了蒸气机，此后人们开始设想把蒸汽机装到车子上载人。法国的居纽（N.J.Cugnot）是第一个将蒸汽机装到车子上的人。1770年，居纽制作了一辆三轮蒸汽机车。这辆车全长7.23米，时速为3.5公里,是世界上第一辆蒸汽机车。1771年古诺改进了蒸汽汽车，时速可达9.5千米，牵引4-5吨的货物。 蒸汽机汽车 1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机，并于1860年申请了专利。发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽，使用电池和感应线圈产生电火花，用电火花将混合气点燃爆发。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等。煤气机是内燃机的初级产品，因为煤气发动机的压缩比为零。 N.J.Cugnot 1867年，德国人奥托（Nicolaus August Otto）受里诺研制煤气发动机的启发，对煤气发动机进行了大量的研究，制作了一台卧式气压煤气发动机，后经过改进，于1878年在法国举办的国际展览会上展出了他制作的样品。由于该发动机工作效率高，引起了参观者极大的兴趣。在长期的研究过程中，奥托提出了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础。德国人奥姆勒和卡尔·本茨根据奥托发动机的原理，各自研制出具有现代意义的汽油发动机，为汽车的发展铺平了道路。 1892年，德国工程师狄塞尔根据定压热功循环原理，研制出压燃式柴油机，并取得了制造这种发动机的专利权。
汽车发动机发展史 1110100C20涂小政发动机，汽车中最重要的部分，可以说没有发动机的存在，就不存在汽车。发动机的发展即是汽车的发展。 发动机作为汽车的心脏，为汽车的行走提供动力和汽车的动力性、经济性、环保性。简单讲发动机就是一个能量转换机构，即将汽油(柴油)的热能，通过在密封气缸内燃烧气体膨胀时，推动活塞做功，转变为机械能，这是发动机最基本原理。发动机所有结构都是为能量转换服务的，虽然发动机伴随着汽车走过了100多年的历史，无论是在设计上、制造上、工艺上还是在性能上、控制上都有很大的提高，其基本原理仍然未变，这是一个富于创造的时代，那些发动机设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点。 所以可以说发动机的发展史即是汽车的发展史。 而发动机的发展也经历了无数人的努力，无数人的智慧与汗水。发动机是汽车的动力源。汽车发动机大多是热能动力装置，简称热力机。热力机是借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。 惠更斯于1673年设计绘制了方案图，如下图所示。
第一台蒸汽机的的设计于1712年设计完成，如下图所示。
1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机，并于1860年申请了专利。发动机用煤气和空气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽，使用电池和感应线圈产生电火花，用电火花将混合气点燃爆发。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等。煤气机是内燃机的初级产品，因为煤气发动机的压缩比为零。 1867年，德国人奥托（Nicolaus August Otto）受里诺研制煤气发动机的启发，对煤气发动机进行了大量的研究，制作了一台卧式气压煤气发动机，后经过改进，于1878年在法国举办的国际展览会上展出了他制作的样品。由于该发动机工作效率高，引起了参观者极大的兴趣。在长期的研究过程中，奥托提出了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础。德国人奥姆勒和卡尔—本茨根据奥托发动机的原理，各自研制出具有现代意义的汽油发动机，为汽车的发展铺平了道路。 1886年被视为汽车的诞生日，那辆奔驰一直为人所津津乐道。但是其动力单元却实在“寒酸”：第一辆“三轮奔驰”搭载的卧式单缸二冲程汽油发动机，最高时速16KM每小时。这就是第一辆汽车的发动机，那时勇敢卡尔奔驰的夫人驾驶这辆奔驰1号上坡还需要儿子推车，当然沿途不停的熄火，转向也不灵，回娘家100公里的路程硬是走了一整天。 四冲程发动机其实早就由德国人奥托研制出来了。但应用的汽车上不得不提戴姆勒，他由于协助奥托研制四冲程发动机的原因而成为了第一个将四冲程发动机装上汽车的人。显然，从四冲程到二冲程是
柳州职业技术学院 教案 2010 ~ 2011 学年度上学期 课程名称：发动机电控系统检修 授课教师：计端 课程所属系（部）：汽车与环境工程系
课程名称:汽车发动机电控技术 授课班级：2009汽车检测与维修技术1、2、3班 2009汽车电子技术班 课程类型：□理论课□实践课 总学时：96 学分：5 使用教材：杨庆彪李佳音主编汽车电控发动机检修 中国劳动社会保障出版社2006年9月第1版 教学方法、手段：理论教学、多媒体教学、实验教学 考核方式：过程性考核 主要参考书目： 1、邹长庚主编《现代汽车电子控制系统构造原理与故障 诊断（发动机部分）》北京理工版 2、（美）汤姆逊学习公司编《发动机机械和发动机性能 修理训练》机械工业出版社出版 3、李东江主编《汽车发动机电控系统维修技巧》北 京理工大学出版出版
标题:课题一：发动机无法起动故障的检修 1.1燃油系统原理、点火系统原理 教学目标与要求：1、了解发动机电控系统的基本工作原理 2、能指出电控发动机各个系统主要部件的具体位置 3、初步了解电控发动机各系统的工作内容 4、熟悉电控发动机的各主要部件的名称 授课时数：4课时 教学重点：能指出电控发动机各个系统主要部件的具体位置 教学内容及过程: 知识讲授： ※1、概论 一、汽车电子技术的发展过程 二、国外汽车电子控制技术应用的概况 1、动力传动系统的控制 （一）发动机部分的电子控制 （二）自动变速器的电子控制 2、底盘方面的控制 3、车身方面的控制 三、发动机电控系统控制内容 主要控制——汽油喷射（喷射量、喷射定时）、点火控制(点火时刻、闭合角、爆震的防止) 辅助控制——怠速控制、进气控制、排放控制等 四、发动机汽油喷射的发展过程 60S 机械式 67S K,KE,D,型 73S L型 79S 集中控制 80S TBI 83S 单点，a/n
汽车发动机的发展历程集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
汽车发动机的发展历程 摘要：汽车在现代社会生产生活中发挥着重要作用，而汽车发动机更是其核心部分；可以说汽车发动机的发展历程在一定程度上就是汽车的完善过程。本文阐述了汽车发动机的构造及原理，并讲述了汽车发动机的发展历程。而且笔者还对汽车发动机未来的发展趋势进行了合理预测。 【关键字】汽车发动机原理发展历程新技术 自从第二次工业革命以来，汽车得到迅猛发展。如今，汽车已经渗透到人类社会的各个方面。每天，数以千万计的汽车行驶在大大小小的公路上，而汽车生产所需的零件更是数以亿计。其广阔的市场使得汽车成为各种高科技应用的载体。汽车发动机为汽车提供动力，更是汽车的核心。汽车发动机的发展能极大地促进汽车的发展。在环境日益恶化的今天，传统发动机面临这巨大挑战。 1.发动机的类别 发动有很多种类，按不同划分方法有不同的类型。 按发动机所使用燃料来划分，发动机主要可分为汽油发动机、柴油发动机、天然气发动机、液化石油气发动机、混合动力发动机；根据发动机可分为四冲程发动机和二冲程发动机；按照气缸数，发动机可分为单缸发动机、两缸发动机、多缸（三缸以上）发动机；按照冷却方式不同，发动机可分为水冷式发动机（见图1）和风冷式发动机（见图2）；根据排列方式，发动机可分为直列L 型发动机、H型发动机、W型发动机、V型发动机等；按照发动机在车身上的布局不同，发动机可分为前置发动机，中置发动机和后置发动机。 2.发动机构造及原理 发动机是一个热能转换机构，通过在密封汽缸内燃烧汽油（柴油）或天然气，使气体膨胀并推动活塞做往复运动，从而使物质的内能转化为机械能。发动机是一种有许多机构和系统组成的复杂的机械设备。无论是哪种类型的发动机，要想完成热能转化为机械能的能量转化过程，实现工作循环，保证发动机能持续正常工作，都离不开发动机中各个机构和系统之间的配合。 汽油机是由五大系统和两大连杆组成，即曲柄连杆机构、、燃料供给系、润滑系、冷却系、点火系和起动系组成。 是发动机实现工作循环，完成的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和飞轮组等组成。在作功行程中，活塞承受燃气压力在内作直线运动，通过连杆转换成的旋转运动，并从对外输出动力。而在进气、压缩和排气行程中，飞轮释放能量又把曲轴的旋转运动转化成活塞的直线运动。 的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入，并使废气从内排出，实现换气过程。大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。 汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去；柴油机燃料供给系的功用是把柴油和空气分别供入气缸，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气排出。
课时计划
分组练习字表显示相应的值，为0时，档位打得 太大，为1时档位打得太小。前面有“一” 说明电压实际方向与测量表笔方向相 反。 3.电阻的测量 档位置于电阻测量档,红黑表笔接到被 测设备(电阻)两端。 方法:（指针表测量电阻前必须调零,确 保测量数据的准确。) （1）表笔插到相应的孔内。 （2）估算电阻大小，选择相应的 档位。(无法确定时随便选 一档位进行初测) （3）测量时与被测量设备并联, 设备断点测量，测量受其它 设备影响时设备要脱离电 路测量。 （4）指针表档位乘刻度读数，数 字表显示相应的值,为0时， 档位打得太大，为１时档位 打得太小。 4.蜂鸣档的使用 4.万用表的使用注意事项 万用表使用注意事项:万用表不使用时, 必须将档位放置在电压档的最高档;测 量未知电流或电压或电阻时，档位放置 在最高位,然后由高向低,逐档位试,直 到合适的档位；测电流必须串联,测电压 学生按要求 进行实践训 练
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巡回指导分组练习量后，作为主要控制信号告知ECＵ，据 此确定汽油的基本喷射量。节气门关闭 （怠速)时，进气量由ECＵ通过怠速阀 控制 燃油供给系统的功能 燃油供给系统将具有一定压力的清洁汽 油通过喷油器适时喷射到进气歧管或气 缸内,系统油压由燃油压力调节器控制 在规定的范围内,喷油量和喷射时刻均 由EＣU根据各传感器的信号确定。 电子控制系统的功能 电子控制系统的核心部件是ECU,在发 动机工作时,ECU接收各传感器的信号， 经分析、比较、计算后,确定控制对象和 范围，发出指令控制执行器，使发动机 处于最佳的进气量、空燃比、点火时刻, 同时视情况调节发动机怠速 点火系统的功能 点火系统主要由ＥCU根据转速、负 荷和水温传感器的信号确定实际工况的 最佳点火提前角，再由发动机转速传感 器(曲轴或凸轮轴位置传感器)确定活塞 在气缸内的实际位置，并发出指令控制 电子点火组件(电子点火器),由电子点 火组件完成点火线圈一次侧电路接通和 断开的控制，从而在点火线圈二次绕组 内产生出２万伏左右的高电压,高压击 穿火花塞间隙产生电火花,点燃可燃混 合气。 点火系统的组成 电控发动机可按照喷油器安装位置、燃 油喷射部位、喷射方式、喷射时序、控 制方式和进气量检测方式的不同 按喷油器安装部位分类 （1）电子控制单点汽油喷射系统(ＳP Ｉ (２)电子控制多点汽油喷射系统(ＭＰ I） 学生按要求 进行实践训 练
发动机制造工艺介绍 1．发动机主要零件的加工工艺 2．发动机的结构与装配过程 3．发动机的现状与发展 一、发动机主要零件的加工工艺 1、凸轮轴加工 传统材料：优质碳素钢、合金结构钢、冷激铸铁、可锻铸铁、珠光体球墨铸铁及合金铸铁等。 1）凸轮轴的粗加工的传统工艺方法是采用靠模车床及液压仿形凸轮铣床，铣削的凸 轮尺寸精度和形状都优于车削，事直接进行精磨。对于加工余量大，较为先进的加工 方法为采用CNC凸轮铣床（无靠模），铣削方法有外铣和轮廓回转铣削两种。提供外 铣技术的公司主要有：HELLER公司，日本小松、日本片冈等。 长期以来，凸轮轴磨床采用靠模，滚轮摆动仿形机构。现凸轮磨床完全靠CNC 控制获 得精密的凸轮轮廓，同时工件无级变速旋转，广泛采用CBN（立方氮化硼）砂轮加工凸轮轴，这不仅摆脱了靠模精度对凸轮精度的影响，而且砂轮的磨损不影响加工精度 2、连杆加工 传统材料：中碳钢、中碳合金钢、非调质钢、粉末冶金等。 1）毛坯 连杆毛坯的各项在求中，最大的问题是重量和厚度方向的精度。为保证这两项要求，除 了锻造设备处，模具的质量是至关重要的，只有采用CAD/CAM模具制造技术，才能保证模具的重复制造精度，从而保证连杆毛坯的厚度和重量公差。 连杆传统的热处理方法是调质，现较为先进的连杆热处理方法是锻造余热淬火。连杆最常用的、最有效的强化方法是喷丸处理。 2)机械加工 对配合精度要求待别高的部位，如连杆小头衬套孔，需进行尺寸分组；应遵循基准统一原 则，尽量避免基准的更换，以减少定位误差； a) 大小头两端面加工：
连杆大小头两端面是整个机加工过程中的定位基准面，关且对大、小头孔都有着位置 精度要求。所以第一道工序都是加工大小头两端面。 磨削加工：要求毛坯精度较高，磨削的生产率高、精度高。磨削方式有：立式圆台磨床 （双轴或多轴）、立式双端面磨床、卧式双端面磨床。 b) 结合面的加工：连杆大头孔有直剖口，也有斜剖口；定位方式有螺栓定位、齿形定位、 定位销定位等。 c) 大、小头孔的加工 国内传统工艺：钻、镗（或钻、拉；钻、扩、铰）切开连杆及盖扩半精镗精镗珩磨 国外工艺：钻、精镗小头孔粗镗大头孔半圆并双面倒角切开连杆及盖 半精镗精镗 为了确保大、小头孔的中心距和两孔的平行度，精加工大、小孔都采用同时加工的工艺。采用拉镗工艺便于消除镗孔时的退刀痕（精镗），半精镗采用推镗，用一种机械、液压装置使拉镗时精镗刀片伸出。 3、缸体加工 1）缸体材料：灰口铸铁、合金铸铁、蠕墨铸铁、铝合金、镁合金等。 2）为了提高机床精度保持性，广泛采用镶钢导轨（HRC59-62）、滑鞍贴塑技术，对强力切削及高精度设备则采用滚珠导轨、滚柱导轨或静压导轨。 3）机加工刀具：大平面铝件加工普遍采用金钢石铣，铸铁件则普遍用用硬质合金可转位 密齿铣刀，镗缸孔采用陶瓷及CBN材料等高效刀具。在孔的加工中大量运用了结构复杂的复合刀具。 4）机加工 a）、大平面加工 加工方法：a、粗铣精铣工艺（柔性好） b、粗拉精铣工艺 b）、主轴承孔的加工 曲轴孔是多档的间断长孔，其尺寸精度、圆度、同轴度、表面粗糙度均有严格要求，为保证同轴度要求，精镗一般选用单面镗床，为克服主轴过长、刚性差的缺点，在镗杆上加硬质合金键条，并在夹具上设有相应的导套。采用多刀头、拉式镗杆（刚性好），有利于提高加工质量。为了保证止推面与主轴承孔的垂直度，镗杆一般装有径向走刀装置，一次走刀中完成主轴承孔和止推面的加工。 c）、缸孔的加工
11 发动机起动系统 一、复习提问 1、电子点火系统由哪几个部分组成？ 2、微机控制点火系统由哪几个部分组成？ 3、微机控制点火系统工作原理？ 二、导入新课 上一章我们学习发动机点火系统，这一章继续学习发动机五大系统之一发动机起动系统。 三、讲授新课 11.1 概述 （一）基本概念 1、发动机的曲轴在外力作用下开始转动到发动机自动怠速运转的全过程，称为发动机的起动过程。 2、起动系统的作用：就是在正常使用条件下，通过起动机将蓄电池储存的电能转变为机械能带动发动机以足够高的转速运转，以顺利起动发动机。 3、发动机起动时，必须克服气缸内被压缩气体的阻力和发动机本身及其附件内相对运动的零件之间的摩擦阻力，克服这些阻力所需的力矩称为起动转矩。 4、能使发动机顺利起动所必需的曲轴转速，称为起动转速。 （二）起动方式 发动机常用的起动方式有人力起动、辅助汽油机起动和电力起动机起动等多种形式。 1、人力起动即手摇起动或绳拉起动。其结构十分简单，主要用于大功率柴油机的辅助汽油机的起动，或在有些装用中、小功率汽油发动机的车辆上作为后备起动装置。 2、辅助汽油机起动 起动装置的体积大、结构复杂，只用于大功率柴油发动机的起动。 3、电力起动机起动 以电动机作为动力源。当电动机轴上的驱动齿轮与发动机飞轮周缘上的环齿啮合时，电动机旋转所产生的电磁转矩，通过飞轮传递给发动机的曲轴，使发动机起动。 （三）起动预热 1、进气预热装置
为了改善发动机的起动性能，一些化油器式发动机的进气道上装有进气预热装置。 2、电热塞 采用涡流室式或预燃室式燃烧室的柴油发动机，由于燃烧室表面积大，在压缩行程中的热量损失较直接喷射式大，更难以起动。 3、起动预热锅炉 有些重型汽车使用起动预热锅炉作为起动预热装置，将冷却液和机油加以预热。 4、起动液喷射装置 它主要用于某些柴油发动机的起动预热。 5、起动减压装置 它采用降低起动转矩、提高起动转速的方法来改善柴油机的起动性能。 11.2 起动机 （一）直流电动机 1、作用 直流电动机在直流电压的作用下，产生旋转力矩。接通起动开关起动发动机时，电动机轴旋转，并通过驱动齿轮和飞轮的环齿驱动发动机曲轴旋转，使发动机起动。 2、直流电动机分类 （1）起动机的直流电动机按磁场产生方式的不同分为永磁电动机和励磁电动机。 （2）励磁电动机又根据磁场绕组和电枢绕组连接方式的不同分为串励电动机、并励电动机和复励电动机。 3、结构 （1）电枢 它由换向器、铁心、绕组和电枢轴组成。电枢铁心由外圆带槽 的硅钢片叠成，压装在电枢轴上；电枢绕组一般都采用较粗的矩形截面的铜线绕制而成，并且多采用波绕法，以便结构紧凑，并可通过较大的电流，获得较大的电磁力矩。 （2）换向器 它由一定数量的燕尾形铜片组成，并用轴套和压环组装成一个整体，压装在电枢轴上。各铜片之间以及铜片与轴套、压环之间均用云母或硬塑料片绝缘。 （二）传动机构 1、传动机构的作用
汽车发动机技术发展史 汽车整体技术日新月异，而作为汽车的心脏一一发动机技术的进步显得更受关注。如今介绍一辆汽车的发动机时：可变气门正时技术，双顶置凸轮轴技术，缸内直喷技术，VCMI汽缸管理技术，涡轮增压技术，等 等都已经运用的相当广泛；在用料上也是往轻量化的方向发展：全铝发动机目前的应用已经非常广泛；汽车的污染也是不可避免，于是新能源技术，包括柴油机的高压共轨，燃料电池，混合动力，纯电动，生物燃料技术也已经有普及的趋向，但回顾一下发动机的历史或许更能理解这一百多年来汽车技术所发生的巨大变革。 汽车技术的迅猛发展从我国的汽车教材也能看岀端倪：新技术的发展已经让汽车教材难以跟上步伐！如今大部分汽车教材还是以东风汽车的发动机来作为范例，而东风发动机还是带化油器的老式发动机， 与如今全电子化的发动机简直就隔了几个世纪。 回到汽车的起步阶段，那时的汽车被马车嘲笑，污染严重，但起步的意义却非同寻常。 汽油机之前的摸索阶段 18世纪中叶，瓦特发明了蒸气机，此后人们开始设想把蒸汽机装到车子上载人。法国的居纽 (N.J.Cugnot )是第一个将蒸汽机装到车子上的人。1770年，居纽制作了一辆三轮蒸汽机车。这辆车全长 7.23米，时速为3.5公里,是世界上第一辆蒸汽机车。1771年古诺改进了蒸汽汽车，时速可达9.5千米, 牵引4-5吨的货物。 1858年，定居在法国巴黎的里诺发明了煤气发动机，并于1860年申请了专利。发动机用煤气和空 气的混合气体取代往复式蒸汽机的蒸汽，使用电池和感应线圈产生电火花，用电火花将混合气点燃爆发。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等。煤气机是内燃机的初级产品，因为煤气发动机的压缩比为零。 1867年，德国人奥托(Nicolaus August Otto )受里诺研制煤气发动机的启发，对煤气发动机进 行了大量的研究，制作了一台卧式气压煤气发动机，后经过改进，于1878年在法国举办的国际展览会上展 岀了他制作的样品。由于该发动机工作效率高，引起了参观者极大的兴趣。在长期的研究过程中，奥托提岀了内燃机的四冲程理论，为内燃机的发明奠定了理论基础。德国人奥姆勒和卡尔?本茨根据奥托发动机的原理，各自研制岀具有现代意义的汽油发动机，为汽车的发展铺平了道路。 1892年，德国工程师狄塞尔根据定压热功循环原理，研制岀压燃式柴油机，并取得了制造这种发 动机的专利权
教学简案 项目三汽车点火系统
【组织教学】 检查学生出勤，作好学生考勤记录。分好学习小组，选出小组长。 强调学生学习的主体性，强调小组讨论与合作，正确制定计划并实施，小组长起学习组织者作用。 强调实习纪律，做好安全文明生产。 【课题导入】 汽油发动机是怎样推动活塞向下运动而做功呢现代的电子点火系统有什么优点电子点火为什么能达到精确控制 【讲授新课】（3课时；6课时） 一、传统点火系统的结构、原理与检测 1、汽车点火系统的分类 传统点火系统、电子点火系统和微机控制电子点火系统 （1）传统点火系统 传统点火系统俗称蓄电池点火系统，又称触点点火装置。 （2）电子点火系统 电子点火系统是汽车发展过程中的过渡产品，它克服了传统点火装置点 火能量不足的致命缺点，但适时点火这一问题仍然无法解决。 （3）微机控制电子点火系统 取消了其他类型点火装置的机械调节结构，而是根据各种传感器的信号，由微机进行综合控制。 2、传统点火系统的组成 传统点火系统主要有电源、点火开关、点火线圈、分电器、火花塞、附加电阻等组成。 1. 电源 电源是指蓄电池或发电机供给点火系统工作所需的电能。 2. 点火开关 点火开关是用来控制点火系统初级电路的。关闭点火开关，点火系统立即停止工作，发动机立即熄火。 3. 点火线圈 点火线圈是用来产生高压电的元件，它可将蓄电池或发电机的12 V 的低压电转变为15 ～30 kV 左右的高压电。 （1）开磁路点火线圈 在薄钢片叠成的铁芯上缠有两组绕组，分别为初级（低压）绕组和次级（高压）绕组。 （2）闭磁路点火线圈、 闭磁路点火线圈是在“日”形或“口”形铁芯内绕有两个绕组，其磁力线在铁芯内形成闭合回路，不经过空气，磁损失小，能量利用率高。 4. 分电器 分电器由断电器、配电器和点火提前装置等部分组成。 （1）断电器 断电器实质上是一个控制点火线圈初级电路的通断给点火系统提供工作信 号的开关装置。 （2）配电器