发动机点火系统改进研究

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  【摘 要】发动机是汽车的心脏,发动机所有结构都是为能量转换服务,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。
  【关键词】发动机;点火系统;改进
  文章编号:ISSN1006—656X(2014)02-0137-01
  一、影响点火系统性能的因素
  (一)跳火电压及火花期
  由高压线圈产生的高压电被送达火花塞,而在火花产生之前因为火花塞有间隙使其相当于非导体,但当电压到达某一个值(称为跳火电压)时,火花塞的间隙会突然变成导体而产生火花越过间隙。此后火花塞电极间的电压由于电流负荷的产生,使电压骤降,但仍在某一时间内维持持续的火花,提供混合气点燃的机会。
  一般的发动机跳火电压约在10000~20000V之间,其影响因素较为复杂,包括火花塞的形式、发动机的转速、发动机的负荷及混合气的混合情况等。火花期的长短主要由点火系统的形式与设计及混合气的流动决定。火花期越长则混合气有较多的机会产生燃烧,燃烧所需的时间也会较短,发动机将有更强的输出功率。
  (二)点火能量和点火正时
  点火能量是指火花其能量的总和。通常来说要点燃静止且具理想混合比的混合气所需的能量约为0.3mJ,而混合气过浓或过稀时可能超过3mJ,这个能量是点燃油气的最低需求,而在发动机高速运转时所需的能量将数倍于这个值。一般车辆的点火系统约可提供40-50mJ的点火能量。
  另一项决定点火系统性能的重要因素是点火正时。发动机的最大动力输出决定于产生最大爆发气体压力时的活塞位置,理想的情况是活塞在上止点时,气缸内正好处于最高气体压力状态,并准备向下运动,气缸内的最高压力完全用来推动活塞。由于火花塞从引燃混合气到混合气全面燃烧会有一段延迟时间,因此要达到上述的理想状态,火花塞必须在活塞抵达上止点前开始点火。如果点火正时太早,除了降低发动机功率输出外也容易造成爆燃,若正时过晚,则会损失动力并会导致发动机过热。
  二、点火系统中火花塞的改进
  市面上常见的火花塞有普通火花塞、铂金火花塞、铱金火花塞等。使用了铂、铱金火花塞的车辆可以发挥更强的动力性,而其高温稳定性的优势,也可是发动机更安静,工作更顺畅。所谓的多爪火花塞,指的是在底部的搭铁电机部分设计成单、双、三或四爪的形式的火花塞。而这样的设计主要是为了让点火时的火花放电较平均,混合气的燃烧效率也就会更好。
  当换一组全新的火花塞并使用一段时间后(1000km左右),可自行拆除火花塞并由点火电极部分的颜色来做判别。
  第一,呈焦黑状,代表所选用的火花塞冷值太高,导致点火延后,燃烧不完全。
  第二,呈白色状,代表所选用的火花塞冷值不够,导致发动机的工作温度过高,进而对周边机件的耐用度产生细微的影响。
  第三,呈淡淡的黄褐色最为理想,因为此时代表的是发动机在点火时的冷、热值都刚好,導热效率也很恰当。
  三、高压导线的改进
  高压导线肩负传输由高压线圈所发出的高压电流到火花塞的任务。一组优良的高压导线必须具备最少的电流损耗及避免高压电传输过程产生的电磁干扰。一般汽车上的高压导线由于包覆材质的限制,设计成带电阻形式,以防止电磁干扰,但这电阻值却会降低导线的传输效率,造成电流的损耗。若将导线包覆的材料改为矽树脂,则干扰的问题可获得解决,电阻值也可大幅降低,高压电流因传输而造成的损耗就可降低。
  原装高压导线内部是铜线,外面包着的是耐热橡胶;矽制线内部是碳芯,外边包着两至三层矽树脂作绝缘及放热。铜线的导电能力极高,甚至比矽导线用的碳芯线更好,但头尾插头的导电性稍差,并且在发动机高转速时会发出很大的电磁波干扰车内的音响系统,而外面的橡胶业会因为发动机的高温而烧熔。
  四、高压线圈的改进
  前面所提的两项是点火系统的强化工作,点火系统的改进应从高压线圈开始算起。点火用的高压电流是由高压线圈产生的,改用材质较佳或一、二次 线圈圈数比值比较高的高压线圈,均能产生较高的高压电流,并且能接受较高的电流输出负荷。点火电压的提高对火花期的延长有直接、正面的影响。目前有许多车种都将分电器和高压线圈设计在一起,若要改进高压线圈则必须将原有高压线圈的线路外接,另外装一组改进用高压线圈。
  五、电容放电系统的改进
  电容放电点火系统就是的CDI,他是利用每次的点火间隙将点火能量存储于电容器的电场中,点火时一次性释放,因此能产生比起传统的点火系统更大的点火能量。CDI的产品中知名度较高的有ULTRA、MSD,其中比较特殊的是MSD(多重火花放电)。它在一次点火放电的过程中可产生多次连续的高压放电,具有极高的点火能量(可达一般点火系统的10倍)。如此高的点火能量可大幅延长火花期,也由于点火能量(电流)的大幅增加,必须将火花塞的电极间隙适度的加大,让点火能量(电流)能在一次的点火时期消耗完,否则未能消耗的能量可能会寻找其他的方式消耗,损坏点火系统。
  参考文献:
  [1]张文春.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2012:135-139.
  [2]王林超.汽车构造[M].浙江:水利水电出版社,2012:115-117.
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