汽车发动机电控系统资源(2)

2.1概述2.2点火控制功能模块2汽油机电控点火系统2.1.1汽油机对点火系统的要求2.1.2电控点火系统的组成2.1.3电控点火系统的类型及各自特点2.1.4点火控制的基本原理2.1概述1、产生足以击穿火花塞间隙的高压电在满载低速时需要8-10KV的高压电，起动时需要19KV的高压电。正常点火一般需要15kv以上。2、电火花应具有足够的能量3、点火时刻能适应发动机各种工况的变化2.1.1汽油机对点火系统的要求一般由三大部分组成：1、传感器2、ECU3、执行器2.1.2电控点火系统的组成1.传感器用来监测与点火有关的发动机工作和状况信息，并将监测结果输入ECU，作为计算和控制点火时刻的依据。点火控制用到的传感器主要有以下几个（1）凸轮轴/曲轴位置传感器用来确定曲轴基准位置和点火基准。（2）空气流量计用作负荷信号来计算和确定基本点火提前角。（3）进气温度传感器用来对基本点火提前角进行修正（4）冷却水温度传感器用来对基本点火提前角进行修正外，还要用该信号控制起动和发动机暖机期间的点火提前角。（5）节气门位置传感器用该信号和车速传感器信号综合判断发动机所处的工况，对点火提前角进行修正。（6）其他开关信号：如起动开关、空调开关、空挡安全开关等信号对点火提前角进行修正。2、ECU它具有强大的数学运算、逻辑判断、数据处理与数据管理等功能。在电控点火系统工作时，其作用是接受由传感器传来的各种模拟信号数字信号，对这些信号进行运算、判断与处理，然后向执行器发出的控制指令。3、执行器包括：点火器、点火线圈和火花塞等。点火器由专用集成块与外围电路组成，除具有接通和切断点火线圈的初级电路外，还具有许多其他功能，如限流控制、闭合角控制，停车断电保护，点火确认信号发生电路，锁止保护电路，过压保护电路等。点火线圈均采用闭磁路式点火线圈，由于其铁芯是封闭的，磁通全部通过铁心内部，所以漏磁少，磁阻小，能量损失小，在产生的感应电动势相同的情况下，所需线圈匝数少体积小。火花塞的作用是将点火线圈次级产生的高压电引入发动机燃烧室，在其电极间隙形成电火花点燃混合气。1.汽油机点火系统的类型：（1）传统点火系统分为：1）磁电机点火系统；2）蓄电池点火系统。缺点：高速易断火，不适合高速发动机；断电器触点易烧蚀，工作可靠性差；点火能量低，点火可靠性差。（2）微机控制的点火系统采用计算机根据各传感器信号对点火提前角进行控制。2.电控点火系统的类型：有分电器和无分电器式2.1.3、电控点火系统的类型图2-3分电器对高压电的分配图2-4分电器式电控点火系统电路1、有分电器电控点火系统特点：只有1个点火线圈一个点火线圈产生高压电、然后由分电器按点火顺序依次分配到各缸火花塞特点：用电子控制装置取代了分电器，利用电子分火控制技术将点火线圈产生的高压电直接送给火花塞进行点火，点火线圈的数量比有分电器电控点火系统多。优缺点：分火性能较好，但其结构和控制电路复杂。根据点火线圈的数量和高压电分配方式的不同，该火系统又可分为：1.独立点火方式；2.同时点火方式；3.二极管配电点火方式。2、无分电器电控点火系统1、点火线圈2、火花塞3、点火器4、ECU5、各种传感器1.独立点火方式特点是每缸一个点火线圈，即点火线圈的数量与气缸数相等。2.同时点火方式特点：点火线圈的数等于气缸数的一半。3.二极管配电点火方式特点：四个气缸共用一个点火线圈。发动机工作时，ECU根据接受到的传感器信号，按存储器中的相关程序和数据，确定出最佳点火提前角和通电时间，并以此向点火器发出指令。点火器根据指令，控制点火线圈初级电路的导通和截止。当电路导通时，有电流从点火线圈中的初级电路通过，点火线圈将点火能量以磁场的形式储存起来。当初级电路被切断时，次级线圈中产生很高的感应电动势，经分电器或直接送至工作气缸的火花塞。如图2-9所示.2.1.4点火控制的基本控制原理图2-9微机控制点火系统控制原理2.2点火控制功能一、点火提前角的控制二、通电时间的控制三、爆燃的控制一、点火提前角的控制1．点火提前角对发动机性能的影响2．最佳点火提前角确定依据3．控制点火提前角的基本方法4．点火提前角的修正1．点火提前角对发动机性能的影响点火提前角是从火花塞发出电火花，到该缸活塞运行至压缩上止点时曲轴转过的角度。当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率和耗油率随点火提前角的改变而变化。对应于发动机每一工况都存在一个“最佳”点火提前角适当点火提前角，可使发动机每循环所做的机械功最多（曲线阴影部分）发动机转速随着转速的升高点火提前角增大。采用电控点火系统，更接近理想的点火提前角。发动机负荷歧管压力高（真空度小、负荷大），点火提前角小，反之点火提前角大。采用电控点火（ESA）系统时，可以使发动机的实际点火提前角接近于理想的点火提前角。燃料性质汽油辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可增大，反之应减小。其他因素燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃比、大气压力、冷却水温度。2．最佳点火提前角确定依据发动机起动时，按ECU内存储的初始点火提前角（设定值）对点火提前角进行控制。起动时点火提前角的设定值随发动机而异，对一定的发动机而言，起动时的点火提前角是固定的，一般为10°左右。发动机正常运转时（起动后），主ECU根据发动机的转速和负荷信号，确定基本点火提前角，并根据其他有关信号进行修正，最后确定实际的点火提前角，并向电子点火控制器输出点火执今信号，以控制点火系的工作。起动时起动后3．控制点火提前角的基本方法发动机起动过程中，进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号不稳定，ECU无法正确计算点火提前角，一般将点火时刻固定在设定的初始点火提前角。此时的控制信号主要是发动机转速信号（Ne信号）和起动开关信号（STA信号）。起动时点火提前角的确定起动后基本点火提前角的确定发动机起动后怠速运转时，ECU根据节气门位置传感器信号（IDL信号）、发动机转速传感器信号（Ne信号）和空调开关信号（A／C信号）确定基本点火提前角。发动机起动后在除怠速以外的工况下运转时，ECU根据发动机的转速和负荷（单位转数的进气量或基本喷油量）确定基本点火提前角。不同的发动机控制系统中，对点火提前角的修正项目和修正方法也不同。修正方法有修正系数法和修正点火提前角法两种。主要修正项目有：（1）暖机修正；（2）怠速稳定修正；（3）空燃比反馈修正。4．点火提前角的修正（1）暖机修正暖机修正指发动机处于怠速工况，由于冷却液温度较低，可燃混合气燃烧速度较慢，应适当增大点火提前角。暖机修正的主要控制信号有节气门位置传感（TPS）的怠速触点IDL闭合信号，冷却液温度信号和空气流量信号等。ECU根据实际转速与目标转速的差来修正点火提前角，低于目标转速，应增大点火提前角，反之，推迟点火提前角。控制信号有：发动机转速信号（Ne信号）、节气门位置传感器信号（IDL信号）、车速传感器信号（SPD信号）、空调开关信号（A／C信号）（2）怠速稳定修正由于空燃比反馈控制系统，是根据氧传感器的反馈信号调整喷油量的多少来达到最佳空燃比控制的，所以这种喷油量的变化必然带来发动机转速的变化。为了稳定发动机转速，点火提前角需根据喷油量的变化进行修正，如右图所示。（3）空燃比反馈修正二、通电时间控制1．通电时间对发动机工作的影响2．通电时间的控制方法3．闭合角与发动机转速和蓄电池电压的关系1．通电时间对发动机工作的影响在发动机工作时，必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间。但如果通电时间过长，点火线圈又会发热并增大电能消耗。要兼顾上述两方面的要求，就必须对点火线圈初级电路的通电时间进行控制。现代电控点火系统和传统的分电器不同，传统的点火线圈初级电路的通电时间取决于断电器触点的闭合角和发动机转速。而现代点火线圈初级电路的通电时间由ECU控制，根据发动机的转度信号和电源电压信号确定最佳的闭合角（通电时间），并控制点火器输出指令信号（IGt信号），以控制点火器中晶体管的导通时间。2．通电时间的控制方法3．闭合角与发动机转速和蓄电池电压的关系【课堂互动】图2-15闭合角与发动机转速和蓄电池电压的关系1、爆燃传感器（1）共振型爆燃传感器（2）非共振型爆燃传感器2、爆震控制原理（1）基准电压的确定（2）爆燃强度的判别（3）爆燃的控制过程三、爆燃的控制（1）共振型爆燃传感器由压电元件、振子、基座、外壳等组成，如右图。当发生爆燃时，振子与发动机共振，压电元件输出的信号电压也有明显增大，易于测量。1、压电元件2、振子3、基座4、O型密封圈5、连接器6、接头7、密封剂8、壳体9、引线【课堂互动】图2-18压电式爆震传感器的结构（a）传感器外形（b）内部结构1-套筒底座；2-绝缘垫圈；3-压电元件；4-惯性配重；5-塑料壳体；6-固定螺栓；7-接线插座；8-电极该传感器用压电元件直接检测爆震信息，并将振动压力转换成电信号输出。在发动机工作时，机体的振动传递到传感器上，惯性配重在机体的激励下产生与机体振动规律相对应的振动，该振动作用在压电元件上，则压电元件输出与机体振动规律相对应的电压信号。由于该电压信号在爆震区域和非爆震区域均有电压输出（幅值强弱不同），所以必须对传感器输出的电压信号进行滤波处理，取出有用的信号，供ECU判断发动机是否有爆震。（2）非共振型爆震传感器1、基准电压的确定图2-21基准电压的确定方法判定爆震的基准电压通常利用发动机即将爆震时的传感器输出信号电压来确定首先对传感器输出电压信号进行滤波和半波整流，通过平均电路求得信号电压平均值，然后再乘以常数倍形成基准电压Ub,平均值的常数倍由试验取得。2、爆燃强度的判别图2-22爆震强度判定方法发动机爆震的强度取决于爆震传感器输出电压信号的振幅和持续时间。电压信号幅值超过基准电压值的次数越多，爆震强度越大；超过基准电压值的次数越少，爆震强度越小用基准电压值对传感器输出信号进行整形处理，整形后的波型进行积分，求得积分值Ui。爆震强度越大积分值Ui越大；反之，爆震强度越小，积分值Ui越小。当积分值超过基准电压值Ub时，ECU将判定发动机发生爆震。爆震传感器信号输入ECU后，ECU便将积分值Ui与基准电压Ub进行比较。当UiUb时，ECU立刻控制点火时刻推迟，一般以0.5°~1.5°曲轴转角为调节幅值进行调节，直到爆震消除，当UiUb时，说明爆震已消除，ECU又递增一定量的点火提前角，直到下一次爆震产生，图2-23点火提前角的爆震控制3、爆震控制过程