第10章 电子点火控制系统

第10章电子点火控制系统电子点火控制系统的分类电子点火控制系统的结构与工作原理本章主要内容1．发展概况1931年美国人首先在分电器上使用真空装置与离心装置来自动调节点火提前角。1976年，美国通用汽车公司首次将微机应用于点火时刻控制。微机控制的燃油喷射系统：点火提前角控制功能通常作为发动机电子控制系统的一部分，由发动机电子控制系统协调控制。全电子点火控制装置（无分电器、无高压导线）其点火性能也有进一步的提高。10.1概述10.1.1电子点火控制技术发展概况与特点10.1.1电子点火控制技术发展概况与特点2．机械式点火提前调节的不足分电器中的真空点火提前装置和离心点火提前装置其工作特性如图10-1所示，它在某种程度上满足了发动机负荷和转速变化对点火提前角改变的需求，但主要存在以下不足：点火提前角调节性能较差对温度等其它影响燃烧的因素不能起调节作用10.1.1电子点火控制技术发展概况与特点10.1.1电子点火控制技术发展概况与特点(1)点火提前角调节性能较差理论和实践证明，发动机的最佳点火时间应能够使发动机的燃烧临近爆燃(但不产生爆燃)。因此，发动机的最佳点火提前角随发动机转速和负荷的变化是一个不规则的曲面(图10-2)。10.1.1电子点火控制技术发展概况与特点由于真空、离心点火提前调节器的点火提前角调节是线性的，因此不可能在发动机转速、负荷变化的范围内将点火提前角都调整到最佳的值。以某一负荷下的转速变化对点火提前角的调整要求为例，点火正时所调整的基本点火提前角是以发动机在整个转速变化范围内不产生爆燃为前提的，这样只能使发动机在某些工况下接近于最佳点火，而在其它工况下实际上是点火过迟了(图10-3)。真空、离心点火提前调节装置使发动机在许多工况下偏离最佳点火时刻，发动机的功率不能充分发挥，油耗和排污较高。10.1.1电子点火控制技术发展概况与特点(2)对温度等其它影响燃烧的因素不能起调节作用当发动机的温度、进气压力和温度、混合气浓度等因素起变化时，混合气的燃烧速度会发生变化，点火提前角也应作相应的调整。而真空、离心点火提前调节器则不能起作用。10.1.1电子点火控制技术发展概况与特点3．电子点火控制系统的优点电子控制点火系统由微机根据各有关传感器的电信号确定最佳的点火时间并进行实时调整，这种点火提前角控制方式具有如下的优点。①可实现最佳点火时间控制。电子控制点火实现了非线性控制，使发动机各工况下都可处于最佳的点火状态。②可针对各种影响因素修正点火时间。电子控制点火系统微机根据发动机温度、进气压力、混合气浓度等传感器的信号，及时对点火提前角进行修正，使发动机在任何状态下都不偏离最佳的点火提前角控制。③可与其它电子控制系统实现协调控制。电子点火控制系统可接受其它电子控制系统的有关信号，及时对点火提前角进行适当的调整，以使发动机的运转和汽车的运行更加平稳。10.1.1电子点火控制技术发展概况与特点全电子点火控制系统的优点。①减少了点火能量的损失。传统的高压配电方式工作时配电器分火头与旁电极之间的跳火和具有较高电阻的高压导线均会损失部分点火能量，电子高压配电避免了这部分能量损失，提高了有效的点火能量。②降低了点火系统的故障率。配电器在高压下工作，分电器盖、分火头及高压导线等的漏电、烧损是电子点火装置常见的故障，采用电子高压配电则避免了这些故障可能，从而提高了点火系统的工作可靠性。③增加了点火线圈(或初级绕组)的个数。对于每个点火线圈来说，初级绕组的可通电时间增加了2～6倍。因此，即使发动机在极高的转速下，点火线圈初级也有充足的通路时间，从而保证了发动机在高速时有足够的点火能量和次级电压。20.1.2电子点火控制系统分类电子点火控制系统分类1．高压配电方式机械高压配电电子高压配电2．点火方式分组同时点火单独点火3．控制方式闭环控制开环控制20.1.2电子点火控制系统分类1．高压配电方式①机械高压配电：采用传统的配电器分配点火线圈产生的高压。因此这种改进型的电子点火控制系统还有分电器，但只相当于传统分电器中的配电器的功能。②电子高压配电：由电子控制进行高压分配，这种全电子点火控制系统又分两种类型，一种是无分电器，但点火线圈与火花塞之间还用高压导线连接；另一种则无高压导线，每个火花塞上面直接连接着一个点火线圈。20.1.2电子点火控制系统分类20.1.2电子点火控制系统分类2．按点火方式不同分①分组同时点火方式：一般是将各缸火花塞两两分组，每次点火都是同组的两缸火花塞同时进行。其中一缸是有效点火，成对的另一缸为排气行程，是无效点火。由于排气行程缸内的温度高、压力低，因此跳火电压很低，能量的损失很小。分组同时点火方式又有二极管分配方式和点火线圈分配方式两种不同的高压配电形式。②单独点火方式：每缸火花塞都单独配有一个点火线圈，一般是将点火线圈直接安装在火花塞的上面，因此可省去高压导线。20.1.2电子点火控制系统分类3．控制方式①开环控制：电子点火控制系统中无爆燃传感器，控制器只是以反映发动机工况、状态的各传感器信号对点火提前角进行控制。②闭环控制：电子点火控制系统中设有发动机爆燃传感器，通过发动机爆燃传感器反馈发动机爆燃情况，作出点火提前角的修正控制。闭环控制方式可使点火提前角控制更接近爆燃区，可更有效地发挥发动机的功率。因此，目前的电子点火控制系统大都采用闭环控制方式。20.2电控点火系统的组成和分类1.组成ECU传感器点火执行器有分电器式无分电器式1）分电器式点火系ECU根据各输入信号，确定点火时刻，并将点火正时信号IGt送至点火器，当IGt信号变为低电平时，点火线圈一次侧被切断，二次线圈中感应出高压电，再由分电器送至相应缸火花塞点火。2.电控点火系的型式20.2电控点火系统的组成和分类2）无分电器点火系统将来自点火线圈的高压电直接分配给火花塞，有同时点火和单独点火两种形式。20.2电控点火系统的组成和分类单独点火式20.2电控点火系统的组成和分类3.点火提前角和闭合角的控制点火提前角的控制可分为开环控制和闭环控制两种1）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ECU的只读存储器ROM中，工作时，ECU根据发动机的工况来选择调取。2）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。通常，闭环控制方式是利用爆震传感器反馈爆震信号来控制点火提前角的。目前广泛应用的电控点火系统，是在开环控制方式的基础上再配以闭环控制方式的混合控制方式。20.2电控点火系统的组成和分类4.点火提前角的控制实际点火提前角＝初始提前角+基本提前角+修正提前角20.2电控点火系统的组成和分类起动期间:点火提前角为固定值起动后基本点火提前角的控制：由转速和负荷确定点火提前角的修正：部分负荷工况根据冷却水温、进气温度和节气门位置等信号修正。满负荷工况要特别小心控制点火提前角，以免产生爆震。最大和最小提前角的控制：微处理器计算的点火提前角必须控制在一定范围内，否则发动机很难正常运转。20.2电控点火系统的组成和分类起动初始点火提前角控制起动时点火提前角控制起动非初始点火提前角控制起动后火提前角控制起动时点火提前角控制基本点火提前角控制怠速时基本点火提前角控制正常运转时基本点火提前角控制起动后火提前角控制起动时点火提前角控制修正点火提前角控制怠速暖机修正怠速稳定修正空燃比反馈修正起动后火提前角控制起动时点火提前角控制修正点火提前角控制过热点火提前角修正发动机爆燃点火提前角修正最大提前和推迟修正4.闭合角的控制闭合角控制电路的作用是：根据发动机转速和蓄电池电压调节闭合角，以保证足够的点火能量。在发动机转速上升和蓄电池电压下降时，闭合角控制电路使闭合角加大，即延长一次侧电路的通电时间，防止一次侧储能下降，确保点火能量。20.2电控点火系统的组成和分类点火线圈通电时间控制起动时点火提前角控制通电时间控制的作用通电时间控制原理发动机爆燃推迟点火控制起动时点火提前角控制爆燃点火提前角修正控制的作用开环电子点火控制系统的不足爆燃推迟点火控制的作用点火线圈的次级电压是和初级电路断开时的初级电流成正比。通电时间短时，初级电流小，会使感应的次级电压偏低，容易造成失火。初级电流大，对点火有利；但通电时间过长，会使点火线圈发热，甚至烧坏，还会使能耗增大。因此要控制一个最佳通电时间。5.发动机爆震的控制闭环控制所用的反馈信息可以是发动机的爆震信号、转速信号或气缸的压力信号等。最常见的是利用发动机的爆震信号作为反馈信息，用来控制大负荷等工况下的点火提前角；爆震传感器将发动机的爆震状况反馈给ECU，一旦爆震程度超过规定的标准，ECU立即发出点火系统推迟点火；当爆震程度低于规定的标准时，ECU又会将点火时刻提前，循环调节点火时刻的结果，使发动机始终处于临界爆震的工作状态。20.2电控点火系统的组成和分类若用发生爆震的循环次数与实际工作循环的次数之比值（爆震率）来衡量爆震强度，可以定量地把爆震分为四个等级：爆震率在5％以下时为微爆震5％～10％为轻爆震10％～25％为中爆震25％以上为重爆震。当发动机出现1％～5％的轻微爆震时，其动力性、经济性接近最佳值。闭环控制方式即按轻微爆震来确定最佳点火提前角。20.2电控点火系统的组成和分类一定时间内无爆震时，就逐步增大点火提前角，直至发生轻微爆震；爆震率大于5％时，又将点火提前角减小，直至爆震消除。20.2电控点火系统的组成和分类20.2电控点火系统的组成和分类发动机爆燃推迟点火控制起动时点火提前角控制爆燃的判别爆燃推迟点火提前角控制方式高压配电原理起动时点火提前角控制高压配电电路原理二极管分配同时点火方式高压配电电路原理点火线圈分配同时点火方式高压配电电路原理单独点火方式高压配电电路原理高压配电原理起动时点火提前角控制顺序点火信号的产生原理点火定时信号的产生汽缸识别原理3.4典型电控点火系上海别克轿车奥迪轿车点火系统雅阁点火系统上海别克轿车上海别克轿车使用的电子点火系统，简称EI系统。有时也将其叫做无分电器点火系统。EI系统有活动部件少、维修工作量少、点火线圈控制效率高等优点，是点火系统的换代产品。EI点火系统控制电路如图所示，这些电路执行以下功能：1．3Ⅹ参考高（电路430）——7X曲轴位置传感器发送信号到EI控制模块，而点火控制模块产生参考脉冲送到PCM。PCM使此信号计算曲轴位置和发动机转速（还用于触发喷油器）。2．3X参考低（电路453）——此线路通过点火控制模块搭铁，并且保证点火控制模块与PCM之间搭铁电路无电压降。上海别克轿车3．点火控制旁路（电路424）——初始起动时，PCM寻找自凸轮轴位置传感器和7Ⅹ曲轴位置传感器的同步脉冲。脉冲指示#1活塞和#1进气门的位置。在PCM接收到此信号的同一时刻，向旁路电路提供5v电压。这通常发生在曲轴一两转之内。旁路电路断路或搭铁将设置故障诊断码P1350，发动机将使用基本点火正时运转。为保证性能，点火控制模块有一个固定的点火提前角。4．点火控制（IC）（电路423）——PCM使用此电路触发EI控制模块。PCM使用曲轴参考信号计算所需的点火提前角。5．24X参考信号——通过在标定转速中提供更高的分辨率，24X曲轴位置传感器增加怠速性能和低速运行性能。上海别克轿车1．点火系统基本原理传统的点火线圈次级绕组的一端搭铁。而在EI系统中，次级绕组的两端都不搭铁。取而代之的是，线圈次级绕组的每一端都接到火花塞上。每个气缸与相对的气缸组成一对。次级绕组的两端就接在配对的气缸（即同时处于上止点的两缸）的火花塞上。当线圈放电时，两火花塞同时点火从而形成串联回路。处于压缩状态的气缸称为作功气缸，而处于排气状态的气缸称作废火气缸。在进行排气行程的气缸中，火花塞点火只需很小的能量，而剩下的能量将用于压缩行程中的气缸。当各气缸交换工况的时候，同样的过程将被重复。这种点火方式被称作废火点火系统。在点火线圈初级次级绕组极性确定以后，一个火花塞总以固定的极性点火，而配对的火花塞总以相反的极性点火。上海别克轿车2.点火系统的操作模式点火