第三節(jié) 點(diǎn)火閉環(huán)控制子系統(tǒng).ppt

第三章點(diǎn)火系統(tǒng)閉環(huán)控制子系統(tǒng) 一概述二電子點(diǎn)火系統(tǒng)的組成三電子點(diǎn)火系統(tǒng)分類四點(diǎn)火系統(tǒng)的使用與故障診斷 曲軸位置傳感器是發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)中最主要的傳感器之一 它提供點(diǎn)火時(shí)刻 點(diǎn)火提前角 確認(rèn)曲軸位置的信號 用于檢測活塞上止點(diǎn) 曲軸轉(zhuǎn)角及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 曲軸位置傳感器所采用的結(jié)構(gòu)隨車型不同而不同 可分為磁脈沖式 光電式和霍爾式三大類 它通常安裝在曲軸前端 凸輪軸前端 飛輪上或分電器內(nèi) 曲軸位置及凸輪軸傳感器 曲柄連桿機(jī)構(gòu)簡介 機(jī)體組 活塞連桿組 曲軸飛輪組 1 曲軸飛輪組功用 1 將做功沖程從連桿傳來的力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩經(jīng)飛輪傳到傳動機(jī)構(gòu) 2 靠慣性通過連桿反過來推動各缸活塞的進(jìn)氣 壓縮 排氣沖程 3 驅(qū)動配氣機(jī)構(gòu)和其他附屬裝置 2 曲軸飛輪組主要組成 結(jié)構(gòu) 由前端軸 若干個(gè)曲拐和后端軸三部分組成 3 曲軸的結(jié)構(gòu) 1 曲拐的數(shù)量與取決于發(fā)動機(jī)的氣缸數(shù)和排列方式 2 曲柄是用來連接主軸頸和連桿軸頸 3 平衡重的作用是平衡各機(jī)件產(chǎn)生的離心力及其力矩 四缸發(fā)動機(jī)的曲拐布置 四缸發(fā)動機(jī)的發(fā)火順序1 3 4 2 4 曲軸形狀和曲拐的布置形式 四缸發(fā)動機(jī)的發(fā)火順序1 3 4 2 四缸發(fā)動機(jī)曲軸運(yùn)動示意圖 六缸發(fā)動機(jī)的曲拐布置 1 6 2 5 3 4 120 直列六缸發(fā)動機(jī)發(fā)火順序 1 5 3 6 2 4 六缸發(fā)動機(jī)曲軸運(yùn)動示意圖 一 磁脈沖式傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理 磁脈沖式傳感器 1 磁電式傳感器 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí) 線圈中磁通量發(fā)生變化 線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)子信號盤通常安裝在曲軸或凸輪軸上 也可安裝在分電器內(nèi) 2 霍爾效應(yīng)式傳感器 當(dāng)觸發(fā)葉輪上的葉片進(jìn)入永久磁鐵與霍爾元件之間時(shí) 磁場被葉片旁路 不產(chǎn)生霍爾電壓 當(dāng)缺口部分進(jìn)入磁鐵與霍爾元件之間時(shí) 磁力線進(jìn)入霍爾元件 傳感器輸出電壓信號 信號發(fā)生器固裝在分電器殼體上 主要由兩只發(fā)光二極管 兩只光敏二極管和電子電路組成 兩只發(fā)光二極管分別正對著光敏二極管 信號盤位于發(fā)光二極管和光敏二極管之間 當(dāng)信號盤隨發(fā)動機(jī)曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 因信號盤上有光孔 產(chǎn)生透光和遮光的交替變化 造成信號發(fā)生器輸出表征曲軸位置和轉(zhuǎn)角的脈沖信號 光電式傳感器 信號盤隨分電器軸轉(zhuǎn)動 產(chǎn)生透光和遮光交替變化 當(dāng)發(fā)光二極管的光束照到光敏二極管時(shí) 光敏二極管產(chǎn)生電壓 當(dāng)發(fā)光二極管光束被擋住時(shí) 光敏二極管電壓為0 3 光電式傳感器 一對點(diǎn)火系統(tǒng)的要求 無論是哪一類的點(diǎn)火裝置 均有共同的技術(shù)性能要求 即應(yīng)在發(fā)動機(jī)各種工況和使用條件下保證可靠而準(zhǔn)確地點(diǎn)火 為此應(yīng)滿足以下三個(gè)方面的要求 1 能產(chǎn)生足夠高的次級電壓2 要有足夠的點(diǎn)火能量3 點(diǎn)火時(shí)間要適當(dāng) 四缸點(diǎn)火演示簡圖 1 高壓電的產(chǎn)生 由點(diǎn)火線圈和分電器中的斷電器完成 2 高壓電的分配由分電器中的配電器完成 點(diǎn)火線圈 配電器 斷電器 1 能產(chǎn)生足夠高的次級電壓火花塞電極擊穿而產(chǎn)生火花時(shí)所需要的電壓稱為擊穿電壓 點(diǎn)火系產(chǎn)生的次級電壓必須高于擊穿電壓 才能使火花塞跳火 擊穿電壓的大小受很多因素影響 其中主要有 1 發(fā)動機(jī)的工況 2 火花塞電極的溫度 3 火花塞電極間隙和形狀 4 氣缸內(nèi)混合氣體的壓力和溫度 2 應(yīng)具有足夠的能量發(fā)動機(jī)正常工作時(shí) 由于混合氣壓縮終了的溫度接近其自燃溫度 僅需要1 5mJ的火花能量 但在混合氣過濃或是過稀時(shí) 發(fā)動機(jī)起動 怠速或節(jié)氣門急劇打開時(shí) 則需要較高的火花能量 經(jīng)濟(jì)性和排氣凈化要求提高提高火花能量 電子點(diǎn)火系一般應(yīng)具有80 100mJ的火花能量 起動時(shí)應(yīng)產(chǎn)生高于100mJ的能量 3 點(diǎn)火時(shí)間要適當(dāng)影響最佳點(diǎn)火提前角的因素很多 主要有 1 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 2 發(fā)動機(jī)負(fù)荷 3 汽油辛烷值 4 混合氣的濃度 5 進(jìn)氣壓力 6 發(fā)動機(jī)的溫度 7 壓縮比 8 火花塞的數(shù)量 二點(diǎn)火系統(tǒng)的發(fā)展概況 一 傳統(tǒng)觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理 1 基本工作原理 動畫 傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)組成 4 1 2電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)的組成 1 傳感器2 電子控制單元ECU3 執(zhí)行器 4 1 3電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)的工作原理 4 1電控點(diǎn)火系統(tǒng)的組成與工作原理 4 1 1電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)的類型有分電器式的電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)特點(diǎn) 由于仍然有機(jī)械裝置 因此發(fā)動機(jī)在一些工況下仍存在缺陷 無法保證在各種工況下點(diǎn)火提前角均處于最佳 此外 由于分電器在工作運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有磨損的情況 所以也無法保證點(diǎn)火提前角的穩(wěn)定與準(zhǔn)確性 無分電器式的電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)特點(diǎn) 不存在機(jī)械磨損 因此不存在各間隙間跳火的能量損失及由于機(jī)械的不確定性對點(diǎn)火的干擾 無分電器也使得發(fā)動機(jī)上的構(gòu)件在布置上更方便與合理 方便檢測與維修 外界的人為因素不能改變點(diǎn)火時(shí)刻 取消了在維修作業(yè)中的失誤情況 比如在安裝的時(shí)候 由于裝配不到位而使點(diǎn)火時(shí)刻不正確的現(xiàn)象等 4 3無分電器式點(diǎn)火系統(tǒng) 組成 4 2 2爆燃與爆燃傳感器爆燃爆燃是汽油機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的一種最有害的故障現(xiàn)象 是在火花塞點(diǎn)燃汽缸內(nèi)的可燃混合氣之前的自燃 產(chǎn)生的原因積碳聚集過多 發(fā)動機(jī)過熱 燃油使用不當(dāng) 爆震定義 汽缸內(nèi)未燃部分混合氣的在火焰前峰到來之前自行燃燒 在汽缸內(nèi)形成無方向的爆炸燃燒 簡稱爆燃 又因?yàn)楸紩r(shí)會引起強(qiáng)烈的振動 并伴有強(qiáng)烈的金屬敲擊聲 又稱為爆震 爆震的危害 一是爆震破壞發(fā)動機(jī)的正常燃燒 從而使發(fā)動機(jī)動力性 經(jīng)濟(jì)性變差 排污加重 二是爆震燃燒是在局部產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波 將破壞發(fā)動機(jī)汽缸壁上的潤滑油膜 使發(fā)動機(jī)工作條件惡化 三是爆震燃燒容易造成發(fā)動機(jī)過熱 使各部機(jī)件熱負(fù)荷增加 冷卻水溫度失去控制 時(shí)間長后 將會造成冷卻水沸騰而使發(fā)動機(jī)無法工作 控制從最佳點(diǎn)火提前角控制原理中可知 為了最大限度地發(fā)揮汽油機(jī)的功率 應(yīng)把點(diǎn)火提前角控制在接近臨界爆燃點(diǎn) 同時(shí)又不能使發(fā)動機(jī)發(fā)生爆燃的邊緣 影響因素 點(diǎn)火時(shí)刻 點(diǎn)火時(shí)刻提前角預(yù)防措施 減小點(diǎn)火提前角 可防止爆震 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩降低 爆燃控制系統(tǒng) 1 爆燃傳感器2 ECU3 其它傳感器4 點(diǎn)火控制器5 分電器6 火花塞 爆震控制 使點(diǎn)火時(shí)刻到爆震邊緣只有一個(gè)較小余量 即可控制爆震發(fā)生又可有效得到發(fā)動機(jī)的輸出功率 控制方法 利用爆震傳感器感知發(fā)動機(jī)有無爆震現(xiàn)象 并將信號送至ECU ECU利用此信號調(diào)整點(diǎn)火提前角 有 推遲點(diǎn)火 無 提前點(diǎn)火 以保證點(diǎn)火提前角都處于接近發(fā)生爆震的最佳角度 爆震檢測 氣缸壓力檢測 發(fā)動機(jī)機(jī)體振動檢測 燃燒噪聲檢測 爆震傳感器的作用 檢測發(fā)動機(jī)的燃燒過程中是否發(fā)生爆震 并把爆震信號輸送給發(fā)動機(jī)ECU作為修正點(diǎn)火提前角的重要參考信號 1 爆震傳感器 EGS 爆震傳感器的分類 1 磁致伸縮式爆震傳感器2 壓電式 非共振型壓電式爆震傳感器共振型壓電式爆震傳感器 爆震傳感器的安裝位置 發(fā)動機(jī)缸體上 1 磁致伸縮式爆震傳感器 信號輸出特點(diǎn) 2 非共振型壓電式爆震傳感器 傳感器的信號輸出特點(diǎn) 該爆震傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是檢測頻率范圍寬 可設(shè)計(jì)成由零至數(shù)十千赫茲 能檢測很寬頻帶的發(fā)動機(jī)振動頻率 當(dāng)用于不同的發(fā)動機(jī)上時(shí) 只需將濾波器的過濾頻率調(diào)整即可使用 而不需更換傳感器 3 共振型壓電式爆震傳感器 共振型壓電式爆震傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示 主要由壓電元件和振蕩片組成 壓電元件緊壓在振蕩片上 振蕩片又固定在傳感器的基座上 振蕩片隨發(fā)動機(jī)的振動而振蕩 波及壓電元件 使其變形而產(chǎn)生電壓信號 當(dāng)發(fā)動機(jī)爆震時(shí)的振動頻率與振蕩片的固有頻率相等時(shí)振動片將產(chǎn)生共振 此時(shí) 壓電元件將產(chǎn)生最大的電壓信號 傳感器的信號輸出特點(diǎn) 4 爆震傳感器的輸出信號波形 爆燃傳感器壓電式爆燃傳感器磁致伸縮式爆燃傳感器 一 點(diǎn)火線圈 1 點(diǎn)火線圈的結(jié)構(gòu) 1 開磁路點(diǎn)火線圈 2 閉磁路點(diǎn)火線圈 1 點(diǎn)火線圈的結(jié)構(gòu) 2 閉磁路點(diǎn)火線圈 通常的點(diǎn)火線圈里面有兩組線圈 初級線圈和次級線圈 初級線圈用較粗的漆包線 通常用0 5 1毫米左右的漆包線繞200 500匝左右 次級線圈用較細(xì)的漆包線 通常用0 1毫米左右的漆包線繞15000 25000匝左右 初級線圈一端與車上低壓電源 聯(lián)接 另一端與開關(guān)裝置 斷電器 聯(lián)接 次級線圈一端與初級線圈聯(lián)接 另一端與高壓線輸出端聯(lián)接輸出高壓電 點(diǎn)火線圈之所以能將車上低壓電變成高電壓 是由于有與普通變壓器相同的形式 初級線圈比次級線圈的匝數(shù)比大 但點(diǎn)火線圈工作方式卻與普通變壓器不一樣 普通變壓器的工作頻率是固定50Hz 又稱工頻變壓器 而點(diǎn)火線圈則是以脈沖形式工作的 可以看成是脈沖變壓器 它根據(jù)發(fā)動機(jī)不同的轉(zhuǎn)速以不同的頻率反復(fù)進(jìn)行儲能及放能 點(diǎn)火線圈分配式無分電器點(diǎn)火系統(tǒng)是將來自點(diǎn)火線圈的高壓電直接分配給火