第3章 汽油机点火系统的电子控制

一.点火系统的功能和基本工作原理二.点火系统的控制要素三.点火系统的种类和特点（一）传统机械触点式点火系统（传统白金点火）（二）有触点电子点火系统（三）无触点电子点火系统复习一.点火系统的功能和基本工作原理要实现将汽车上的12V低压直流电转化为可以产生足够强度火花的高压电，只有采用变压器。通过次级线圈和初级线圈匝数的较大比值来产生高压电。如图所示为点火系统工作的基本原理。系统由控制初级电路通断的开关、产生高压电的点火线圈、将高压电分配到各汽缸的分电器及将高压电变为点火火花的火花塞组成。系统由蓄电池提供12V电源，通过断电开关接通和切断初级线圈中的电流，这样，在次级线圈中就会产生高达上万伏的高压电。当断电开关闭合时，初级线圈中有电流通过并且电流值随着闭合时间的增长而不断提高，当开关突然打开时，由于电磁感应，在次级线圈中便产生足够高的电压，将此电压通过分电器加到火花塞上，便可产生火花，点燃混合气。点火系统最基本的工作原理就是通过断电开关控制点火线圈初级线圈中电流的大小和切断时机，从而控制点火的能量和点火时刻，保证发动机混合气以最佳的速度进行最彻底的燃烧。由于控制初级线圈电流大小和切断开关的时机不同，其工作性能就不同，并由此构成了不同的点火系统功能：依据发动机的作功顺序适时向发动机各缸提供强烈的高压火花。其功能主要体现在点火的时机和产生点火火花的强度。二.点火系统的控制要素二.点火系统的控制要素（一）闭合角（初级线圈通电时间）初级线圈通电时间初级电流大小点火能量初级线圈通电时间：长，点火能量高，易点燃。但会造成初级线圈过热和电源负荷增加。影响因素：电源电压；发动机转速。（二）点火提前角（点火时刻，压缩上止点前的曲轴转角）影响因素：发动机转速：发动机转速与点火提前角成正比，转速越快点火提前角越小发动机负荷：发动机负荷与点火提前角成反比，负荷越大点火提前角越小。三.点火系统的种类和特点（一）传统机械触点式点火系统（传统白金点火）闭合角控制：发动机凸轮轴驱动的分电器轴控制断电器触点的张合时刻和时间。不能调整，且随转速变化而朝发动机需要相反的趋势变化点火提前角控制：离心式提前装置（考虑转速）真空式提前装置（考虑负荷）机械控制不能满足精度与响应速度的要求。触点容易烧蚀损坏。（二）有触点电子点火系统（三）无触点电子点火系统闭合角：电子控制的大功率三极管（根据曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器提供的TDC,CKP,CMP信号）进行接通和关断初级电路电流。电流值由电路控制点火提前角：离心式提前装置（考虑转速）真空式提前装置（考虑负荷）机械控制仍不能满足精度与响应速度的要求。第三章汽油机点火系统的电子控制点火提前角控制通电时间控制（闭合角）爆震控制第一节电控点火系统的组成与工作原理ECU爆震传感器空气流量传感器节气门位置传感器水温传感器转速传感器执行器基本参数执行参数反馈参数修正参数定位传感器上止点TDC曲轴转角CKP凸轮轴CMP定位参数点火线圈有1多缸无分电器12同时点火11单独点火TDC:凸轮（上止点前某角度）CKP:转速（角）提前控制CMP:一缸压缩上止点闭合角：电脑控制，能根据发动机转速控制点火线圈初级电路的通电电流和通电时间。点火提前角：消了真空式和机械离心式点火提前装置，而是由电控单元根据汽油机的运行工况调整和控制点火提前角，使发动机的动力性、经济性、排放等方面的性能达到最优。爆震控制：通过爆震传感器对爆震进行反馈控制，使汽油机在大部分运行上况都处于刚好不致产生爆震的临界状态，使汽油机的动力性潜力得到充分发挥。电子控制点火系统主要有两种形式：电子控制有分电器点火系统电子控制无分电器点火系统一.电子控制有分电器点火系统1.电路传感器ECU转速负荷点火提前角低电平点火正时信号IGt点火器(三极管)点火线圈初级电流被切断，次级线圈感应出高电压触发IGf信号发生电路分电器(分配)ECU点火确认信号IGf(若无中止燃油喷射)闭合角分电器：内无断电器，仅起高压电分配作用。一般内装曲轴位置传感器，提供TDC,CKP,CMP信号。有的车型点火线圈和点火器都集成在分电器内。点火线圈：开磁路闭磁路（磁阻小，有效降低线圈的磁动势)，可与点火器合二为一，甚至与火花塞一体化2.基本控制方法磁脉冲式曲轴位置传感器，6缸，rpm:2000/r/min,点火提前角：30°,闭合角：5ms（60°）.闭合角=(rpm×360°/60000)×闭合时间二.电子控制无分电器点火系统直接点火系统：无分电器，点火线圈产生的高压电直接送到火花塞无分电器双缸同时点火；无分电器独立点火方式1.无分电器双缸同时点火(1).工作原理：两缸共用一个点火线圈两缸同时点火：压缩行程的气缸：气缸压力高，放电困难，所需击穿电压较高，承受大部分电压降。与只有一个火花塞跳火的击穿电压相差不大排气行程的气缸：气缸压力低，接近大气压，放电容易，所需击穿电压低，承受非常小的电压降，电能损失也很小。(2).无分电器双缸同时点火系统的控制G1G2传感器ECU转速负荷点火提前角低电平点火正时信号IGt点火器(三极管)点火线圈初级电流被切断，次级线圈感应出高电压触发IGf信号发生电路ECU点火确认信号IGf，连续三次无，中止喷油闭合角辨缸信号IGd(IGdA,IGdB，以决定IGt用于哪一组点火线圈)(3).点火器作用：辨别点火气缸；实现点火线圈初级电路的接通和切断向ECU反馈点火器工作状态(4)点火线圈无分电器双缸同时点火系统中，点火线圈采用小型闭磁路点火线圈，次级线圈的两端分别与两个个火花塞相连接。气缸组合的原则是：一个缸处于压缩行程的末期，另一缸处于排气行程的末期，曲轴旋转360°后两缸所处的冲程正好相反。初级电流突然切断：在次级线圈上会感应出上万伏的高压电动势，加到火花塞电极之间，跳出高压火花，点燃气缸内的混合气。初级电流突然接通：当晶体管导通瞬间，初级电流也发生突变，这样在次级线圈中便产生约1000v的电压，在一般的分电器式点火系统中，1000V的高压电不足以击穿火花塞产生跳火，因为分电器中的分火头与旁电极之间的间隙较大，必须要有比这更高的电压才足以跳过这么大的间隙。而在无分电器点火系统中，这样的电压很有可能点燃处于进气行程中气缸内的混合气。特别是火花塞间隙较小，火花塞误跳火的可能性就更大。这将会引起回火等现象的发生，使发动机无法正常运转。防止产生这种现象：在点火线圈的次级绕组中串联一个高压二极管，当功率管导通时，产生的感应电动势反向加在高压二极管上，由于二极管的反向截止功能，1000V的高压电就无法使火花塞跳火。而当功率三极管截止时，次级绕组产生的高压电与前相反，二极管导通，对此不产生影响，使火花塞顺利跳火．2.无分电器独立点火方式独立点火方式：每个气缸的火花塞上各配一个点火线圈，单独对本缸进行点火。特点：点火线圈与火花塞是制成一体的，直接安装在缸盖上，特别适合于四气门发动机使用。火花塞可安装在双凸轮轴的中间，并在每缸火花塞上直接压装一个点火线圈，以充分利用空间，这对v型多缸轿车发动机燃烧室合理紧凑地布置具有特别重要的实用意义。同时，由于无机械式分电器和高压导线，因而能量传导损失和漏电损失小，机械磨损或发生故障的机会均减少。，而且各缸的点火线圈和火花塞均由金属包着，其电磁干扰大大减少，对发动机电控系统的正常可靠工作有利。第二节点火提前角和闭合角控制1．点火提前角的确定与控制点火提前角的控制：发动机起动时点火提前角的控制；起动后点火提前角的控制。(1)发动机起动时点火提前角的控制发动机起动时，电控单元不进行最佳点火提前角调整控制，而是根据发动机转速信号Ne。和起动开关信号STA，以固定不变的点火提前角点火。当发动机转速超过一定值时(大于500r／min)，则自动转入由电控单元控制的最佳点火提前角计算及控制程序。(2)起动后点火提前角的控制发动机起动后，电控单元对最佳点火提前角的计算和控制一般按照如下步骤进行：首先根据G信号和Ne信号确定初始点火提前角(固定值)，然后根据发动机转速和负荷确定基本点火提前角，最后根据有关传感器的信号确定修正点火提前角，最佳点火提前角：最佳点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角十修正点火提前角(或点火延迟角）①初始点火提前角为了控制点火正时，电控单元根据上止点位置来确定点火提前角。有些发动机电控单元把Gl或G2信号出现后第一个Ne信号过零点定位压缩行程上止点前10。，并以这个角度作为点火正时计算的基准点，称之为初始点火提前角，其大小随发动机而异同。②基本点火提前角发动机正常运转时，电控单元按怠速工况和非怠速工况两种情况，确定基本点火提前角。发动机处于怠速工况时，电控单元根据节气门位置信号(怠速触点闭合)、发动机转速信号及空调开关信号，确定基本点火提前角。发动机处于非怠速工况时，电控单元根据发动机转速和节气门位置信号，从预置存储在ECU存储器中的数据表中查出相应工况的基本点火提前角③修正点火提前角除了转速和负荷外，其他对点火提前角有重要影响的因素均归入到修正点火提前角中。电控单元根据有关传感器的信号，分别求出对应的修正值，它们的代数和就是修正点火提前角。修正点火提前角所包括的修正值有：*暖机修正发动机冷起动后，当冷却液温度低时，应增大点火提前角。暖机过程中，随冷却液温度升高，点火提前角的变化趋势如图所示。修正曲线的形状与提前角的大小随车型而异。*过热修正当发动机处于正常运行工况(怠速触点IDL断开)，冷却液温度过高时，为了避免爆燃发生，应将点火提前角推迟。过热修正曲线的变化趋势如图所示。*怠速稳定性修正发动机在怠速期间，由于发动机负荷变化(如空调、动力转向等)而使转速改变，ECU随时调整点火提前角，使发动机在规定的怠速转速下稳定运转。发动机处于怠速工况时，ECU不断地计算发动机的平均转速，当平均转速低于规定的怠速目标转速时，ECU根据两者的差值大小相应地增加点火提前角；当平均转速高于规定的怠速目标转速时，相应地推迟点火提前角，如图所示。*空燃比反馈修正装有氧传感器的电控燃油喷射系统进行闭环控制时，ECU根据氧传感器的反馈信号对空燃比进行修正。随着修正喷油量的增加和减少，发动机的转速在一定范围内波动。为了提高发动机转速的稳定性，在反馈修正油量减少时，适当地增大点火提前角，如图所示。④最大和最小提前角控制当ECU计算出的实际点火提前角(初始点火提前角十基本点火提前角+修正点火提前角或延迟角)超过一定范围时，发动机将不能正常运转。为了防止出现这种情况，在电控点火系统中，由电控单元对实际点火提前角的数值范围进行限制。最大和最小点火提前角的一般范围为：最大点火提前角：35°---45°最小点火提前角：-10°----0°2．闭合角的控制（通电时间控制）控制意义：对于电感储能式点火系而言，当点火线圈的初级通电后，其初级电流是按指数规律增长的。初级线圈被断开瞬间所能达到的断开电流值与初级线圈接通时间长短有关，只有通电时间达到一定值时，初级电流才可能达到饱和。而次级线圈高压的最大值与初级断开电流成正比，为了获得足够的点火能量，必须使初级电流达到饱和。但是，如果通电时问过长，点火线圈又会发热，并使电能消耗增大。因此要控制一个最佳的通电时间，以兼顾上述两方面要求。影响因素：初级线圈通过电流的主要因素有发动机转速和蓄电池电压。为了保证在不同的蓄电池供电电压和不同的转速下都具有相同的初级断开电流，电控单元根据蓄电池电压和发动机转速信号，从预置的闭合角数据表中查出相应的数值，对闭合角进行控制。当发动机转速升高时，适当增大闭合角，以防止初级线圈通过电流值下降，造成次级高压下降，点火困难。蓄电池电压下降时，基于相同的理由，也应适当增大闭合角。爆震：汽油发动机是利用火花塞跳火将汽缸内的混合气点燃，正常的燃烧是火焰从火花塞处开始被点燃，而后火焰前烽迅速向外推进。当发动机由于某种原理，使汽缸内未燃部分混合气的温度和压力都很高时，那么，这部分的混合气就会在火焰前峰到来之前自行燃烧。这样，就会在汽缸内形成无方向的爆炸燃烧，简称爆燃，又因为爆燃时会引起强烈的振动，并伴有强烈的金属敲击声，所以，一般又称爆