摩托车电喷系统中的点火控制原理与故障诊断

18栏头摩托车电喷系统中的点火控制原理与故障诊断简介文程康志电喷摩托车的点火控制系统与化油器式摩托车有所不同。化油器式摩托车的点火是由点火器（俗称电子块）控制点火时间，电喷摩托车基本是ECM集成控制点火时间（飞亚电子的电喷属于一个特例，仍然附带有点火器，点火时间由ECM控制），ECM控制的点火系统功能更加完善些。点火系统的基本功能如下。1．产生火花，点火系统必须能够产生足以点燃混合气的高电压，并且能够维持满足完全燃烧所需要的火花持续时间。实现这一功能的关键在于提供足够的点火初级线圈通电时间，即闭合角（也称为导通角，导通时间，特指电感点火。电容点火在摩托车电喷系统中仅有飞亚电子的电喷在使用）。虽然在一定条件下，点燃混合气所需要的电压是一定的，但是多余的能量可以延长火花持续时间。2．控制点火提前角，点火系统必须能够随着发动机转速和负荷的变化以及某些特殊工况（例如启动时，发生爆震时）的需求改变点火提前角。3．分配火花，点火系统必须按照设定的点火顺序，在压缩行程的适当时刻向确定的汽缸输送火花。分配火花与控制点火提前角都要求ECM能够及时获得尽可能精确的曲轴位置与转速信号。如果点火系统做不到这些，那么对发动机的动力性，燃油经济性，排放性，皆会产生不利的影响。综合起来后可以发现，ECM控制的点火系统应该具备的功能是，点火提前角控制；点火初级线圈通电时间控制（通电闭合角）；按照点火顺序向各个汽缸分配火花。电喷系统中ECM控制的点火系统包括点火提前角控制，通电时间控制，爆震控制（带有爆震传感器的电喷系统）等三个方面，并且具有以下特点。1.在所有的工况以及各种环境条件下，皆可以自动获得理想的点火提前角，从而使发动机在动力性，经济性，排放性，工作稳定性等方面均处于最佳。2.在整个工作范围内，皆可以对点火初级线圈的导通时间进行控制，从而使线圈中存储的点火能量保持满足不同工况下的需要，提高了点火的可靠性，可以有效地减少能源消耗，防止线圈过热。图1为五羊优客电喷摩托车启动时的初级导通角时间，图2为怠速时的初级导通角时间，可以看到转速不同时，导通角时间也在变化。此外，此系统可以很容易地实现在整个工作范围内提供稀薄燃烧所需恒定点火能量的目标。3．对于采用闭环点火控制的电喷系统，ECM可以使点火提前角控制在刚好不发生爆燃的状态，以此获得较高的燃烧效率，有利于发动机各种性能的提高。电喷摩托车的点火系统一般由电源，传感器，ECM内的点火控制模块，点火线圈，火花塞等组成，如图3所示。1.电源一般由蓄电池和发电机共同组成，可以提供给点火系统所需要的点火能量。2.点火线圈能将点火瞬间所需要的能量存储在线圈的磁场1219栏头中，还可以将电源提供的低压电转变为足以在火花塞电极间产生击穿点火的15kV～40kV高压电。3．可以根据发动机的点火顺序，控制相应汽缸的点火。4．火花塞将具有一定能量的电火花引入汽缸，点燃汽缸内的混合气。5．传感器主要用于检测发动机各种运行参数的变化，为ECM提供点火提前角的控制依据，其中，最主要的传感器是曲轴位置（转速）传感器，空气进气量传感器。6．电子控制系统是点火系统的中枢。在发动机工作时，它不断地采集各种传感器的信息，按照预先设置的程序计算出最佳点火提前角，并且向点火控制装置发出点火指令。7．点火控制模块是ECM的一个执行机构。它可以将电子控制系统输出的点火信号进行功率放大后，再驱动点火线圈工作。因素变化时，所有的点火时刻都要随之变化。不同发动机的最佳点火提前角各不相同，并且同一发动机在不同工况和使用条件下的最佳点火提前角也不相同。（1）发动机转速：发动机转速提高后，在给定的时间内曲轴转过的角度会更大，而燃烧却不会跟随发生太大的变化，如果想使燃烧在上止点后（ATDC）10°～25°完成的话，那么必须使点火时刻提前。例如某发动机在1600转的怠速运转时，点火提前角为上止点前12°，而转速增加到6000r/min时，点火提前角增大到上止点前25°。但是当转速继续增加时，由于混合气压力与温度的提高以及进气扰流的增强，会促使燃烧速度加快，为了避免发生爆燃，最佳点火提前角的增加速度会相应减慢。（2）发动机负荷：作用在发动机上的负荷是与发动机必须完成的功相关的。爬坡或者重载时会使发动机的负荷增加。在负荷作用下，活塞运动速度减慢，发动机运行效率下降。表示发动机负荷的一个很好指标是进气道歧管内在进气行程中形成的负压（真空度）。在轻载和节气门部分打开时，进气道歧管内的负压较大，吸进进气道歧管和气缸内的混合气数量少，在压缩终了的压力较低，燃烧速度慢，为了在上止点后（ATDC）10°～25°完成燃烧，点火时刻必须被提前。在大负荷时，节气门全开，大量的混合气被吸入汽缸，并且进气道歧管内的负压较低，这就会导致燃烧压力增高，燃烧速度加快。在这样的情况下，必须推迟点火提前角，以防止混合气在上止点后（ATDC）10°～25°以前全部燃烧完毕。（3）辛烷值：汽油的辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可以适当增大；辛烷值越低，抗爆性越差，点火提前角则应该相应的减小，否则容易产生爆燃。（4）影响点火提前角的其它因素：除以上因素外，最佳点火提前角还与发动机的燃烧室结构，燃烧室内温度，空燃比（混合气浓度），大气压力，冷却液温度（发动机温度），压缩比，进气压力，进气温度，火花塞数量等有关。在电喷系统的ECM控制中对点火提前角的控制方式有开环控制和闭环控制两大类，而且往往还配置有点火提前角的最大值与最小值限制控制，以防止点火提前角失常。开环控制的基本点火提前角是靠预先在台架上用实验方法测得的数据来确定的，这些数据存入ECM中的只读存储器ROM中，工作时ECM根据发动机的工况来选择调取。由于最佳点火提前角影响因素的多元性，这些基本数据的量是巨大的。某些厂家则将这些数据总结成经验式存储起来，大大节省了ECM的内存。由于传感器工作状态的改变会引起开关控制精度的改变，而且ECM中所存储的数据无法适应发动机本身制造精度，磨损状态，使用条件等变化而引起的最佳点火提前角的变化。即使在新车时调整无误，随着使用时间的增加，ECM中所存储数据也会逐ECM控制点火系统的工作原理。ECM在发动机运行时不断地采集发动机的转速、负荷、冷却液温度（发动机温度）、进气温度等信号，并且根据存储器ROM中的有关程序与有关数据，确定出该工况下最佳点火提前角和初级电路的最佳导通时间，并以此向点火控制模块发出指令。点火控制模块根据ECM的点火指令，控制点火线圈初级回路的导通和截止。当电路导通时，有电流从点火线圈中的初级绕组通过，点火线圈此时将点火能量以磁场的形式存储起来。当初级绕组中电流被切断时，在其次级绕组中将产生很高的感应电动势（15kV～40kV），通过高压导线送至工作汽缸的火花塞，点火能量被瞬间释放，并且迅速点燃汽缸内的混合气，发动机完成爆炸做功过程。此外，在带有爆燃传感器的点火提前角闭环控制系统中，ECM还可以根据爆燃传感器的输入信号来判断发动机的爆燃程度，并且将点火提前角控制在轻微爆燃的范围内，使发动机能获得较高的燃烧效率。A：点火提前角控制1.影响点火提前角的主要因素。控制点火提前角的目的是在各种工况下都能使发动机发出最大的功率，获得最好的燃油经济性和最少的有害排放物。要想获得最佳的发动机性能，发动机的点火时刻必须随着发动机工况的变化而变化。所有的不同工况都会影响到发动机转速以及作用在发动机上的负荷，当这两个基本320栏头渐不能适应发动机对最佳点火提前角的要求，造成发动机性能逐渐下降，以至ECM控制点火正时的优势逐渐减退。为了解决上述问题，现在一些ECM使用具有自学习（或者称为自适应）功能的点火控制系统。ECM能够根据发动机本身制造精度，磨损状况，使用条件等，对其存储器中的数据进行自动调整，从而使发动机始终处于最佳点火提前角的状态下工作。使用在开环控制方式的基础上再配以闭环控制方式，即混合控制方式，可以在一定条件和一定程度上解决上述问题。闭环控制方式，是根据发动机实际运行结果的反馈信息来控制点火提前角的，所以闭环控制又称为反馈控制。闭环控制所用的信息是发动机的爆燃信号，利用发动机的爆燃信号作为反馈信息，用来控制大负荷等工况下的点火正时。在怠速等工况，则常用发动机的转速信号作为反馈信息，从而尽可能维护怠速时稳定运转。中等负荷等工况，则一般采用开环控制方式，但在此工况下一旦发生爆燃，又会自动转入利用爆燃信号最为反馈信息的闭环控制方式。点火提前角的控制包括两种基本情况。①启动期间的点火提前角控制：发动机在启动时，在固定的曲轴转角位置点火，与发动机的工况无关。②启动后发动机正常运行期间的点火提前角控制：点火提前角由进气道歧管压力信号（或者进气量信号）和发动机的转速确定的基本点火提前角和修正量决定。修正项目随发动机而异，并且根据发动机各自的特性曲线进行修正。1，启动期间的点火提前角控制：启动时点火提前角的控制有两种：一种为固定点火提前角方式；一种为可调点火提前角方式。（1）固定点火提前角控制方式。该方式为在发动机启动时，在固定的曲轴转角位置点火，点火提前角与转速，冷却液温度（发动机温度）等因素无关。所选的点火提前角一般为初始点火提前角。此点火提前角由曲轴位置传感器直接输给点火控制模块，或者经过ECM中的后备集成电路输给点火控制模块。ECM根据发动机的转速（启动时转速较低）或者专设的启动开关信号来判定发动机启动工况。这种控制方式较为简单，但是在环境气候温度，冷却液温度极低等特殊情况下启动时，控制效果不够良好。（2）可调点火提前角控制方式。该方式是在发动机启动时，点火提前角随发动机的温度，启动转速等参数而变化。发动机启动时ECM通过专设的启动开关信号进入启动时点火提前角控制模式，其控制特性如图4所示。由图4中可见，当发动机冷却液温度在0℃以上时，点火提前角是固定在一个角度（初始点火提前角）；而当冷却液温度在0℃以下时启动时，则根据冷却液温度适当地增大点火提前角。此外系统还能根据启动转速对点火提前角进行适当修正：当发动机以低于设定值以下的转速运转时，为了防止燃烧气体对活塞运动的“反冲”，保证顺利启动，将点火提前角适当减小。修正后的点火提前角为：正常启动时的点火提前角×（启动转速/100）。有些ECM控制点火系统在确定启动点火提前角时，还考虑了进气温度。在较高的进气温度下启动时。将点火提前角适当减小。此类系统一般用在某些高压缩比强化发动机上，因为此类发动机在启动时比较容易发生爆燃。2，启动后点火提前角控制启动后，点火提前角的大小有两种计算方法。一种计算方法为：实际点火提前角度=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角另一种计算方法为：实际点火提前角=基本点火提前角+修正点火提前角（1）基本点火提前角。ECM根据发动机转速信号和发动机负荷（或进气量）信号，在存储器中查到此工况下运转时相应的基本点火提前角。在ECM中存储有基本提前角的三维图谱，如图5所示。在某些车型中，按照燃油辛烷值不同，在存储器中存放着两张基本点火提前角的数据表格，驾驶者可以根据使用燃料的辛烷值，通过燃油选择开关进行选择。具有爆燃控制功能的ESA系4521栏头统，ECM中还存有专门用于爆燃控制点火时间的数据。（2）点火提前角的修正①暖车修正。发动机冷车启动后，当发动机冷却液温度比较低时，应当增大点火提前角。暖车过程中，随着冷却液温度升高，点火提前角的变化如图6所示。修正曲线的形状与提前角的大小随车型不同而异。角不合理，发动机很难正常运转。在初始点火提前角已经设定时，受ECM控制的实际点火提前角则只是基本点火提前角与修正点火提前角之和，一般情况下此值应该在某一范围内，车型不同时此值范围并不完全相同。B：闭合角控制对于电感储能式电子点火系统，当点火线圈的初级电路被接通后，其初级电流是按照指数规律增长的，如图8所示。初级电路被断开瞬间，初级电流所能达到的值与初级电路接通的时间长短有关，只有通电时间达到一定值时，初级电流才可能达到饱和，而次级电压最大值是与断开电流成正比的，因此必须保证通电时间能使初级电流达到饱和。使用可以设置初级导通角时间的电感点火控制