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發(fā)電機(jī)無觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)之所以應(yīng)用較廣是因?yàn)檫@個原因
無觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)
無觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)是通過觸發(fā)線圈(傳感器)獲取觸發(fā)電流的,通過控制晶體管或晶閘管來控制點(diǎn)火線圈初級電流的通斷,使次級線圈產(chǎn)生高電壓。無觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)又稱為磁電機(jī)半導(dǎo)體點(diǎn)火系統(tǒng),簡稱PEI。無觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)無需保養(yǎng),成本不高,技術(shù)上也不復(fù)雜,所以應(yīng)用較廣?,F(xiàn)在的小型柴油機(jī)幾乎全部都使用這種無觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)。
無觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)按照點(diǎn)火能量儲存方式的不同,可分為電感式和電容式兩種。目前,在小型柴油機(jī)(摩托車和柴油發(fā)電機(jī)組)上廣泛使用的是電容式。電容式點(diǎn)火系統(tǒng)是以磁電機(jī)為電源,將點(diǎn)火能量儲存在電容器中的點(diǎn)火系統(tǒng),簡稱CDT點(diǎn)火系統(tǒng)。根據(jù)觸發(fā)線圈結(jié)構(gòu)形式的不同,CDT點(diǎn)火系統(tǒng)又分為帶觸發(fā)線圈的CDI點(diǎn)火系統(tǒng)和不帶觸發(fā)線圈的CDI點(diǎn)火系統(tǒng)。下面以帶觸發(fā)線圈的CDT點(diǎn)火系統(tǒng)為例講解無觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理。
電容放電無觸點(diǎn)磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)主要由磁電機(jī)、電子點(diǎn)火器、點(diǎn)火線圈和火花塞等組成。
(1)電機(jī)
磁電機(jī)是永磁交流發(fā)電機(jī)的簡稱,它是點(diǎn)火系統(tǒng)和其他用電設(shè)備的電源。磁電機(jī)是借 磁鐵轉(zhuǎn)子繞定子旋轉(zhuǎn)時,使固定在定子上的線圈切割磁力線而發(fā)電。根據(jù)轉(zhuǎn)子和定子的相互位置,磁電機(jī)可分為如下兩種類型:內(nèi)轉(zhuǎn)子式磁電機(jī)和外轉(zhuǎn)子電機(jī)。
摩托車和機(jī)組等用的磁電機(jī)轉(zhuǎn)子常與飛輪做成一體。常用的四極外轉(zhuǎn)子裝在飛輪內(nèi),在飛輪上固定四塊尺寸、形狀相同,用鐵氧體材料制成的磁鐵,并沿徑向充磁,相鄰磁鐵的極性相反。飛輪體為導(dǎo)磁良好的低碳鋼,是磁路的組成部分。
在作為定子的底板上固定著充電線圈、觸發(fā)線圈和信號、照明線圈等。充電線圈向點(diǎn)火系統(tǒng)電子點(diǎn)火器中儲能電容器充電。觸發(fā)線圈輸出觸發(fā)脈沖送出點(diǎn)火信號。信號、照明線圈分別向摩托車信號系統(tǒng)和照明系統(tǒng)供電。
四極外轉(zhuǎn)子磁電機(jī),轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180°,穿過定子線圈鐵芯的磁通和產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢變化一個周期。也就是說,轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周,線圈上的磁通和感應(yīng)電動勢變化兩個周期。
(2)電子點(diǎn)火器
電子點(diǎn)火器的全部電子元件通常都封裝在一起。其工作過程可分三個階段:充電、觸發(fā)和放電。
①充電 充電線圈的感應(yīng)電動勢是正、負(fù)交變的。當(dāng)其電動勢在圖示的上端為正時,經(jīng)二極管向儲能電容器充電到所需的點(diǎn)火電能。在充電回路中,點(diǎn)火線圈的匝數(shù)少,電感不大,它對電容器充電沒有明顯的影響。
磁電機(jī)在低速段,隨著轉(zhuǎn)速的升高,充電線圈的電動勢增大,電容器上的端電壓迅速上升。在高速段,雖充電線圈電動勢繼續(xù)增大,但由于充電時間縮短和充電線圈中的自感電動勢增加,電容器上的端電壓反而下降,這對點(diǎn)火系統(tǒng)的高速性能不利。
采用小容量的電容器可提高點(diǎn)火系統(tǒng)的高速性能。因?yàn)殡娙萜鞯某潆姇r間常數(shù)與電容器的容量成正比。減小電容量,可以減小充電時間常數(shù),加快電容器的充電,電容器端電壓得以。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)閉合時,則充電線圈搭鐵,電容器不能充電,點(diǎn)火系統(tǒng)停止工作。
②觸發(fā) 來自觸發(fā)線圈上的電子點(diǎn)火器的觸發(fā)信號通過由觸發(fā)線圈電動勢的正端一二極管VD2一限流電阻R1—R2、C2組成的高通濾波器(使觸發(fā)電流更陡一些)一曰日日閘管SCR控制極(和R3)一觸發(fā)線圈電動勢的負(fù)端的觸發(fā)電流,使晶閘管SCR導(dǎo)通。限流電阻R1的作用是限制觸發(fā)電流,使其不超過晶閘管的允許值。分流電阻R3用以調(diào)整并穩(wěn)定觸發(fā)電流。二極管VD2阻止觸發(fā)線圈L4的負(fù)脈沖加于晶閘管SCR控制極上。為滿足柴油機(jī)在啟動等低速時的點(diǎn)火要求,觸發(fā)線圈L4的匝數(shù)較多。
③放電 晶閘管SCR觸發(fā)導(dǎo)通時,電容器上的電能經(jīng)晶閘管SCR陽極、陰極向點(diǎn)火線圈初級繞組Ll迅速放電,點(diǎn)火線圈鐵芯磁通迅速變化,在次級繞組上感應(yīng)出使火花塞產(chǎn)生電火花的高壓。
點(diǎn)火提前角由飛輪、曲軸及充電線圈、觸發(fā)線圈的相互安裝位置決定。對四極外轉(zhuǎn)子式磁電機(jī)而言,飛輪旋轉(zhuǎn)一周,充電線圈、觸發(fā)線圈產(chǎn)生兩次正脈沖,電容完成充、放電兩個循環(huán),晶閘管導(dǎo)通兩次,火花塞跳火兩次。對于二沖程柴油機(jī)來說,有一次是多余的,但沒有壞處,因?yàn)樗前l(fā)生在排氣沖程。但對四沖程柴油機(jī)來說,則產(chǎn)生4次點(diǎn)火,有3次是多余的,這些多余的跳火會影響柴油機(jī)的正常工作。為此,常在飛輪外邊緣安裝單獨(dú)的觸發(fā)線圈的磁鐵,使觸發(fā)線圈在飛輪旋轉(zhuǎn)一圈中產(chǎn)生一個脈沖,火花塞只跳火一次。
電容放電式點(diǎn)火系統(tǒng)能產(chǎn)生快速上升的高電壓;能有效地抑制高壓點(diǎn)火電路中諸如火花塞積炭污染出現(xiàn)的電氣故障;在高轉(zhuǎn)速,觸發(fā)脈沖電壓升高,晶閘管控制極觸發(fā)電壓提前到達(dá),晶閘管提前導(dǎo)通,點(diǎn)火可自動提前,這使電容放電式點(diǎn)火系統(tǒng)在高速范圍能產(chǎn)生一個穩(wěn)儲能量,增大點(diǎn)火電壓和點(diǎn)火能量。其主要缺點(diǎn)是電壓上升快產(chǎn)生過大的無線電干擾;放電時間短,火花持續(xù)僅0.1~0.3ms,不能保證混合氣特別是稀混合氣的完全燃燒,不但增加了有害氣體的排放量,而且惡化了燃油經(jīng)濟(jì)性,所以其使用范圍受到較大限制。
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不同類型的發(fā)電機(jī)噴射系統(tǒng)的控制功能布置不完全一樣
控制裝置主要構(gòu)成與工作原理
電控柴油噴射系統(tǒng)中的控制裝置由電控單元、各種傳感器、執(zhí)行器以及連接它們的控制電路所組成。不同類型的電控柴油發(fā)電機(jī)噴射系統(tǒng)的控制功能、控制方式和控制電路的布置不完全一樣,但基本原理相似。
傳感器
①溫度傳感器為掌握柴油機(jī)的熱狀態(tài),計算進(jìn)氣量及進(jìn)行排氣凈化處理,需要有能夠連續(xù)、地測量冷卻水溫度、進(jìn)氣溫度與排氣溫度的傳感器。溫度傳感器種類很多,如熱敏電阻式、半導(dǎo)體二極管式、熱電偶式等。目前,柴油機(jī)常用熱敏電阻傳感器作為溫度傳感器,其利用對溫度敏感的電阻,阻值隨溫度變化的原理而工作。熱敏電阻溫度傳感器的測量電路比較簡單,只要把傳感器與一個精密電阻串聯(lián)連接到一個穩(wěn)定的電源上,就可利用串聯(lián)電阻上的分壓值反映溫度的變化。
②節(jié)氣門位置傳感器節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門軸上,與節(jié)氣門聯(lián)動。其功用是將節(jié)氣門的位置或開度轉(zhuǎn)換成電信號傳輸給電控單元(ECU),作為電控單元判定柴油機(jī)運(yùn)行工況的依據(jù)。
節(jié)氣門位置傳感器有開關(guān)型和線性輸出型兩種。開關(guān)型節(jié)氣門位置傳感器的內(nèi)部有兩個觸點(diǎn),分別為怠速觸點(diǎn)和全負(fù)荷觸點(diǎn)。與節(jié)氣門同軸的接觸凸輪控制兩個觸點(diǎn)的閉合或斷開。當(dāng)柴油機(jī)在怠速時,節(jié)氣門接近關(guān)閉,怠速觸點(diǎn)閉合,這時電控單元將指令電磁噴油器增加噴油量以加濃混合氣。全負(fù)荷時,節(jié)氣門全開,使全負(fù)荷觸點(diǎn)閉合,這時電控單元將輸出脈沖寬度長的電脈沖,以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷加濃。線性輸出型節(jié)氣門位置傳感器是一個線性電位計,由節(jié)氣門軸帶動電位計的滑動觸點(diǎn)。當(dāng)節(jié)氣門的開度不同時,電位計輸出的電壓也不同,從而將節(jié)氣門由全閉到全開的各種開度轉(zhuǎn)換為大小不等的電壓信號傳輸給電控單元,使其地判定柴油機(jī)的運(yùn)行工況。
③曲軸位置傳感器曲軸位置傳感器通常安裝在分電器內(nèi),用來檢測柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、曲軸轉(zhuǎn)角以及作為控制點(diǎn)火和噴射信號源的 缸和各缸壓縮行程上止點(diǎn)信號。按照信號產(chǎn)生原理有光電式曲軸位置傳感器、傳感器。
④氧傳感器氧傳感器安裝在排氣管內(nèi)。因排氣中氧的濃度可以反映混合氣空燃比的情況,所以在電控燃油噴射系統(tǒng)中可用于空燃比校正的反饋信號。目前,常用二氧化鈦(Ti02)和二氧化鋯(Zr02)兩種材料。
二氧化鋯氧傳感器的基本元件是專用陶瓷體,即二氧化鋯固體電解質(zhì)管,亦稱鋯管:管固定在帶有安裝螺紋的固定套內(nèi),鋯管內(nèi)表面與大氣相通,外表面與排氣相通,其內(nèi)外表面都覆蓋著一層多孔性的薄膜作為電極。氧傳感器安裝在排氣管上,為了防止排氣管內(nèi)廢氣中的雜質(zhì)腐蝕鉑膜,在鋯管外表的鉑膜上覆蓋一層多孔的陶瓷層,并加有帶槽口的防護(hù)套管。在其接線端有一個金屬護(hù)套上開有一孔,使鋯管內(nèi)表面與大氣相通。當(dāng)鋯管接觸氧氣時,氧氣透過多孔鉑膜電極,吸附于二氧化鋯,并經(jīng)電子交換成為負(fù)離子。由于鋯管內(nèi)表面通大氣,外表面通排氣,其內(nèi)、外表面的氧分子分壓不同,則負(fù)離子濃度也不同,從而形成負(fù)離子由高濃度側(cè)向低濃度側(cè)的擴(kuò)散。當(dāng)擴(kuò)散處于平衡狀態(tài)時,兩電極間便形成電動勢,所以二氧化鋯傳感器的本質(zhì)是化學(xué)電池,亦稱氧濃差電池。其輸出特性是,在過量空氣系數(shù)。
⑤爆振傳感器爆振傳感器用于檢測柴油機(jī)有無爆振發(fā)生,它是柴油機(jī)集中控制系統(tǒng)中的重要部件。爆振檢測可以有三種途徑:一是檢測汽缸壓力;二是檢測柴油機(jī)振動;三是檢測燃燒噪聲。目前較為常用的為振動檢測。例如,磁滯伸縮式爆振傳感器主要用于振動檢測,它是一種電感式傳感器。當(dāng)傳感器的固有振蕩頻率與柴油機(jī)爆振時的振動頻率相同時,傳感器輸出 信號。
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