第三講汽車電子控制系統(tǒng)第一章汽車點火系

1、第三講 汽車電子控制系統(tǒng)第一章 汽車點火系點火系的作用 將電池或發(fā)動機的低電壓變成高電壓（2030kv）在按照發(fā)動機各氣缸的工作次序，點燃氣缸中的可燃混合氣。點火系發(fā)展歷史點火系發(fā)展歷史 十九世紀八十年代， 出現(xiàn)磁電機為電源的點火系 二十世紀初， 出現(xiàn)傳統(tǒng)點火系，即以蓄電池和發(fā)電機為電源的點火系 二十世紀六十年代， 出現(xiàn)電子點火系 二十世紀七十年代初 出現(xiàn)無觸點的電子點火系。目前，使用廣泛 二十世紀七十年代末 開始使用微機控制點火時刻的電子控制系統(tǒng)。 目前，最先進的：無分電器的電子點火系點火系的分類點火系的分類迅速產(chǎn)生足以擊穿火花塞間隙的高電壓電火花應(yīng)具備足夠高的能量 點火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工

2、況 第一節(jié) 點火系的要求一、迅速產(chǎn)生足以擊穿火花塞間隙的高電壓 火花塞電極之間的產(chǎn)生火花的電壓稱為擊穿電壓。它與下列因素有關(guān)：1、火花塞電極間隙的大小?；鸹ㄈ姌O間隙越大，擊穿火花塞的點火電壓也越大?；鸹ㄈg隙2.氣缸內(nèi)混合氣的壓力與溫度混合氣的密度越大，則擊穿電壓越高。3.電極的溫度和極性當火花塞的電極溫度超過混合氣的溫度時，擊穿電壓約降低30%50%。4.發(fā)動機的工作情況發(fā)動機不同的工況，其擊穿電壓也不相同，其值隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷率、壓縮比、點火提前角以及混合氣成分而變化。起動時的擊穿電壓最高。 二、火花應(yīng)具有足夠的能量為使混合氣點燃可靠，火花應(yīng)具有一定的能量。發(fā)動機正常工作時，由于混合氣

3、壓縮終了的溫度已接管其自燃溫度，因此所需的火花能量很小(15mJ)，傳統(tǒng)點火系能發(fā)出1550mJ的火花能量，足以點燃混合所氣。 三、點火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工況變化不同發(fā)動機均有不同的最佳點火提前角，而且同一發(fā)動機在不同工況和不同使用條件下的最佳點火提前角也不相同。影響最佳點火提前角的因素有：1.轉(zhuǎn)速發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，最佳點火提前角越大。2.負荷在同一轉(zhuǎn)速下，發(fā)動機負荷率增大，最佳點火提前角隨之減小。3.起動及怠速發(fā)動機起動和怠速時，要求點火提前角減小或不提前。4.汽油的辛烷值辛烷值高的汽油不易產(chǎn)生爆燃，其點火提前角可增大些，在燃用低辛烷值的汽油時，應(yīng)適當減小點火提前角。5.壓縮比壓縮比增大，最佳

4、點火提前角減小。6.混合氣成分混合氣濃度直接影響燃燒速率，在=0.80.9時，燃燒速率最快，最佳點火提前角最小。7.進氣壓力進氣壓力減小，應(yīng)適應(yīng)加大點火提前角。 第二節(jié) 傳統(tǒng)點火系的組成與工作原理一、組成蓄電池點火開關(guān)點火線圈火花塞蓄電池供給點火系統(tǒng)所需要的電能。點火開關(guān)接通或斷開點火系統(tǒng)電源。點火線圈存儲點火能量，并將蓄電池電壓轉(zhuǎn)變?yōu)辄c火高壓。分電器由斷電器和點火提前機構(gòu)等部分組成。斷電器的作用是接通或切斷點火線圈初級回路；配電器的作用是將點火線圈產(chǎn)生的點火高壓，按照發(fā)動機的工作順序輸送給各缸火花塞；點火提前機構(gòu)的作用是隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷和汽油辛烷值變化調(diào)節(jié)點火提前角?；鸹ㄈ麑Ⅻc火高壓引入氣

5、缸燃燒室，并在電極間產(chǎn)生電火花，點燃混合氣。 傳統(tǒng)點火系主要存在下列幾個問題傳統(tǒng)點火系主要存在下列幾個問題一、火花能量的提高受到限制一、火花能量的提高受到限制二、觸點故障多、壽命短二、觸點故障多、壽命短三、對火花塞積炭和污染敏感三、對火花塞積炭和污染敏感觸點閉合時間不足，儲存的能量不夠觸點閉合時間不足，儲存的能量不夠觸點的尺寸不能太大，通過的電流受限制觸點的尺寸不能太大，通過的電流受限制觸點電腐蝕觸點電腐蝕頂塊磨損頂塊磨損發(fā)動機在高速時回跳和顫動導致高速失火發(fā)動機在高速時回跳和顫動導致高速失火第三節(jié)電感儲能有觸點電子點火系第三節(jié)電感儲能有觸點電子點火系這種點火系統(tǒng)，是用一個功率晶體管代替斷電器

6、觸點這種點火系統(tǒng)，是用一個功率晶體管代替斷電器觸點去接通和切斷點火線圈的初級電流，仍保留觸點斷電去接通和切斷點火線圈的初級電流，仍保留觸點斷電器，用它去接通和斷開功率晶體管的基極電流和完成器，用它去接通和斷開功率晶體管的基極電流和完成點火提前的調(diào)整裝置。這是最早的一種電子點火裝置。點火提前的調(diào)整裝置。這是最早的一種電子點火裝置。其優(yōu)點是成本低，其優(yōu)點是成本低， 能切斷和接通大的初級電流能切斷和接通大的初級電流(810 A)，次級電壓高，火花能量大、使用壽命長。，次級電壓高，火花能量大、使用壽命長。觸點閉合觸點閉合截止截止導通導通觸點斷開觸點斷開截止截止導通導通 延長了觸點的使用壽命觸點只通過很

7、小的基極延長了觸點的使用壽命觸點只通過很小的基極電流，只有電流，只有04A05A。無觸點燒蝕問題。無觸點燒蝕問題。 提高了點火性能，次級電壓從原來的提高了點火性能，次級電壓從原來的18KV提高提高到到KV，因初級電流不經(jīng)過觸點，故可增大初級，因初級電流不經(jīng)過觸點，故可增大初級電流，使次級電壓提高。電流，使次級電壓提高。 由干點火能量增大，次級電壓提高，使冷啟動容由干點火能量增大，次級電壓提高，使冷啟動容易，動力性提高、低速穩(wěn)定性均有明顯提高，節(jié)油易，動力性提高、低速穩(wěn)定性均有明顯提高，節(jié)油以上，排放改善。以上，排放改善。BD71F點火系較傳統(tǒng)點火系的優(yōu)點點火系較傳統(tǒng)點火系的優(yōu)點觸點式電子點火裝

8、置主要特點觸點式電子點火裝置主要特點一是通過點火線圈初級繞組的電流被晶體三極管放大了一是通過點火線圈初級繞組的電流被晶體三極管放大了這樣，當三極管截止時，初級繞組的斷電電流大，點火這樣，當三極管截止時，初級繞組的斷電電流大，點火線圈中磁通變化率高，次級繞組產(chǎn)生的電壓相應(yīng)提高了。線圈中磁通變化率高，次級繞組產(chǎn)生的電壓相應(yīng)提高了。二是通過斷電器觸點的電流明顯減小，因為此電流二是通過斷電器觸點的電流明顯減小，因為此電流并非流過初級繞組的電流，其大小約為初級電流的并非流過初級繞組的電流，其大小約為初級電流的11020，因而消除了斷電器觸點嚴重燒蝕，因而消除了斷電器觸點嚴重燒蝕的現(xiàn)象，既延長了使用壽命，

9、又縮短了觸點維修、的現(xiàn)象，既延長了使用壽命，又縮短了觸點維修、調(diào)整的時間。調(diào)整的時間。第四節(jié)電容儲能有觸點電子點火系第四節(jié)電容儲能有觸點電子點火系電容放電點火系統(tǒng)的基本特點是，能量儲存在電容放電點火系統(tǒng)的基本特點是，能量儲存在電容器的電場里，而不是儲存在初級繞組的磁電容器的電場里，而不是儲存在初級繞組的磁場里，電容器充電電壓的高低決定了存儲能量場里，電容器充電電壓的高低決定了存儲能量的大小。的大小。一、組成和工作原理二、工作過程、觸點閉合，可控硅關(guān)斷，儲能電客充電的過程。2、觸點打開，可控硅導通，儲能電容放電的過程。實例300500V電壓電壓振蕩電路升壓變壓器整流電路電容放電具有以下優(yōu)點電容放

10、電具有以下優(yōu)點v次級電壓上升時間快，當火花塞被污染時仍能提供較好的次級電壓上升時間快，當火花塞被污染時仍能提供較好的發(fā)火性能發(fā)火性能v火化能量超過其他形式的點火系統(tǒng)且易控制火化能量超過其他形式的點火系統(tǒng)且易控制v斷電器通過的電流很小，觸點壽命長，可靠性高斷電器通過的電流很小，觸點壽命長，可靠性高v由于其提前固定的消耗由于其提前固定的消耗A A的電流，因而對電池缺電不敏感的電流，因而對電池缺電不敏感v電容充電時間是輸出頻率周期的，因而在較高的法電容充電時間是輸出頻率周期的，因而在較高的法火頻率下仍有較好的點火性能?；痤l率下仍有較好的點火性能。電容放電的缺點v由于火花持續(xù)時間比較短，對點燃稀薄氣體

11、不利由于火花持續(xù)時間比較短，對點燃稀薄氣體不利v由于點火能量較高，對分電器蓋、分火頭、高壓由于點火能量較高，對分電器蓋、分火頭、高壓線的絕緣性能要求較高線的絕緣性能要求較高v所用的元件較多，導致可靠性下降、成本提高所用的元件較多，導致可靠性下降、成本提高第五節(jié)無觸點電子點火系采用觸發(fā)脈沖代替斷電器的觸點原理特點1、發(fā)火率高2、壽命長3、能實現(xiàn)精確時間控制4、點火能量高一、磁脈沖式（發(fā)電機式）1、傳感器結(jié)構(gòu)傳感器工作原理轉(zhuǎn)速與電動勢的關(guān)系轉(zhuǎn)速與電動勢的關(guān)系2、放大電路、放大電路點火器中各三極管作用點火器中各三極管作用VT1發(fā)射極與集電極相連，相發(fā)射極與集電極相連，相當于一個二極管，起溫度補償作當

12、于一個二極管，起溫度補償作用用VT2觸發(fā)管，起信號檢測作用觸發(fā)管，起信號檢測作用VT3、VT4放大作用，將放大作用，將VT2輸輸出放大以驅(qū)動出放大以驅(qū)動VT5VT5大功率管，控制初級電流大功率管，控制初級電流的通斷的通斷其它元件作用VS1、VS2反向串聯(lián)后與點火信號發(fā)生器的傳感線圈并聯(lián)，在高轉(zhuǎn)速時，使傳感線圈輸出的正向和負向電壓穩(wěn)定在某一數(shù)值，保護VT2不受損害；VS3與R4組成穩(wěn)壓電路，保證VT1、VT2保證在穩(wěn)定電壓下工作；VS4當VT5管截止時，將初級繞組的自感電動勢限制在某一值內(nèi)，保護VT5管；C1消除點火信號發(fā)生器傳感線圈輸出電壓波形上的毛刺，防止誤點火；C2與R4組成組容吸收電路，

13、吸收瞬時過電壓，防止誤點火；R3的作用是加速VT2級VT5的翻轉(zhuǎn)。二、霍爾效應(yīng)式電子點火系霍爾式電子點火裝置特點：霍爾式電子點火裝置特點：工作可靠，壽命長；發(fā)動機工作可靠，壽命長；發(fā)動機起動性能好起動性能好；價格較高；價格較高第六節(jié)、第六節(jié)、微機控制電子點火系微機控制電子點火系組成 傳感器 監(jiān)測發(fā)動機運行狀態(tài) ECU 處理信號、發(fā)出指令 點火器以及點火線圈 響應(yīng)指令系統(tǒng)各組成部分及其功用 電子控制器電子控制器一一 組成和分類組成和分類 點火控制的控制內(nèi)容：點火控制的控制內(nèi)容：包括點火提前角控制、通電時間控制和爆燃控制。電控點火系統(tǒng)的組成電控點火系統(tǒng)的組成 由信號輸入裝置信號輸入裝置、ECU和執(zhí)

14、行器執(zhí)行器三部分組成。 在所有用的傳感器中，除爆燃傳感器為電控點火系統(tǒng)所專用之外，其他傳感器基本上都與電控燃油噴射系統(tǒng)所共用，而且都由一個ECU集中控制。 1轉(zhuǎn)速傳感器；2基準位置傳感器；3空氣流量計；4水溫傳感器；5節(jié)氣門位置傳感器；6啟動信號；7空調(diào)開關(guān)A/C；8車速傳感器；9輸入接口回路；10輸入接口回路；11A/D轉(zhuǎn)換器；12輸出接口回路；13存儲器；14恒定電壓電源；15點火器；16IG線圈；17分電器2. 2. 電子點火控制系統(tǒng)工作過程電子點火控制系統(tǒng)工作過程 按高壓配電方式可分為兩大類：一類是有分電器有分電器的，另一類是無分電器無分電器的。 1) 1) 分電器式電控點火系統(tǒng)分電器

15、式電控點火系統(tǒng) ECU根據(jù)各輸入信號，確定點火時間，并將點火正時信號點火正時信號IGtIGt送至點火控制器(簡稱點火器)。 當IGt信號變?yōu)榈碗娖綍r，點火線圈初級電路由于功率晶體管的截止而被切斷，次級感應(yīng)出高電壓，再由分電器按發(fā)火順序送至相應(yīng)氣缸的火花塞上產(chǎn)生電火花。 點火確認信號點火確認信號IGf發(fā)生電路的作用是在點火線圈初級電流切斷，初級繞組產(chǎn)生自感電動勢時，輸出點火確認信號IGf給ECU，以監(jiān)視點火控制電路是否工作正常。 如果由于某種原因，偶爾出現(xiàn)一次不正常信號，ECU并不會判定為故障，一般需點火器六次六次沒有點火確認信號(IGf)反饋給ECU，才判定為點火系統(tǒng)故障，停止噴油。 有分電器

16、式電控點火系統(tǒng)有分電器式電控點火系統(tǒng)1主繼電器；2壓力傳感器；3溫度傳感器；4基準位置傳感器；5轉(zhuǎn)速傳感器；6ECU；7EFI 控制；8ESA控制；9點火信號；10通電開始；11點火；12電子點火器；13點火監(jiān)視回路；14閉合角控制；15點火線圈；16點火開關(guān)；17蓄電池；18至分電器；19至發(fā)動機轉(zhuǎn)速表 2) 2) 無分電器式電控點火系統(tǒng)無分電器式電控點火系統(tǒng) 無分電器式點火系統(tǒng)的高壓配電方式有二極管分配式二極管分配式和點火線圈分配點火線圈分配式式兩種形式。 點火線圈分配式點火系統(tǒng)又有雙缸同時點火雙缸同時點火和各缸獨立點火各缸獨立點火方式。(1) (1) 二極管分配式二極管分配式 二極管分配

17、式同時點火的無分電器點火系工作原理圖二極管分配式同時點火的無分電器點火系工作原理圖 1一、四缸觸發(fā)信號；2電子點火控制器；3控制部分；4穩(wěn)壓器；5一初級繞組A；6高壓二極管；7次級繞組； 8初級繞組B；9二、三缸觸發(fā)信號(2) (2) 點火線圈分配式點火線圈分配式 點火線圈分配式無分電器點火系統(tǒng)，有雙缸同時點火雙缸同時點火和各缸單獨點火各缸單獨點火兩種形式。 雙缸同時點火式雙缸同時點火式 DLI系統(tǒng)的電路圖 點火線圈分配式同時點火的無分電器點火系統(tǒng) 雙缸同時點火式雙缸同時點火式 單獨點火方式單獨點火方式 在每一個氣缸的火花塞上各配有一個點火線圈。由于無機械配電方式分火頭與分電器蓋旁電極之間的附

18、加跳火間隙和高壓導線，因而能量傳導損失、漏電損失小，系統(tǒng)可靠性提高，故障率減少，電磁干擾小。單獨點火方式（日產(chǎn)單獨點火方式（日產(chǎn)6缸發(fā)動機）缸發(fā)動機）單獨點火方式（奧迪單獨點火方式（奧迪5缸發(fā)動機）缸發(fā)動機）二二 點火提前角和閉合角的控制點火提前角和閉合角的控制 點火提前角的控制可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種1）、開環(huán)控制的基本點火提前角是靠預先在臺架上用實驗方法測得的數(shù)據(jù)來確定的。這些數(shù)據(jù)存入ECU的只讀存儲器ROM中，工作時，ECU根據(jù)發(fā)動機的工況來選擇調(diào)取。2）、閉環(huán)控制方式是根據(jù)發(fā)動機實際運行結(jié)果的反饋信息來控制點火提前角的，所以閉環(huán)控制又稱為反饋控制。通常，閉環(huán)控制方式是利用爆震傳感器

19、反饋爆震信號來控制點火提前角的。目前廣泛應(yīng)用的電控點火系統(tǒng)，是在開環(huán)控制方式的基礎(chǔ)上再配以閉環(huán)控制方式的混合控制方式。 一、點火提前角控制一、點火提前角控制點火提前角的控制方法，一般采用以下兩種：1) 1) 基本點火提前角乘水溫修正系數(shù)法基本點火提前角乘水溫修正系數(shù)法（日產(chǎn)）（日產(chǎn)） 分三種情況：分三種情況： 正常行駛時正常行駛時 實際點火提前角實際點火提前角=基本點火提前角基本點火提前角水溫修正系數(shù)水溫修正系數(shù) 基本點火提前角表格基本點火提前角表格 水溫修正系數(shù)水溫修正系數(shù) 怠速及減速時怠速及減速時 發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于1000r/min，點火提前角為16；當冷卻水溫在50以下、車速不大于8km/

20、h、發(fā)動機轉(zhuǎn)速在1200r/min以上時，點火提前角幾乎保持在上止點前10不變。 50以上、車速大于8km/h時，點火提前角隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高而增大。 啟動時啟動時 當水溫在0以上啟動時，其點火提前角均為16；而在0以下啟動時，還要適當增加點火提前角。2) 原始點火提前角加基本點火提前角加修正點火提前角原始點火提前角加基本點火提前角加修正點火提前角控制法控制法（豐田）（豐田）實際點火提前角=原始點火提前角基本點提前角修正點火提前角 （1 1）原始點火提前角）原始點火提前角：也稱為固定點火提前角，為上止點前10，適用以下工況： 發(fā)動機啟動；發(fā)動機轉(zhuǎn)速在400r/min以下；節(jié)氣門位置傳感器怠速觸點閉合；車速為2km/h；發(fā)動機ECU內(nèi)后備系統(tǒng)開始工作。 （2）基本點火提前角）基本點火提前角：分為怠速和正常行駛兩種情況。 怠速的基本點火提前角在空調(diào)系統(tǒng)工作時為8，空調(diào)不工作時為4。 正常行駛時的基本點火提前角，以表格的形式存儲在ECU的存儲器中。 豐田IG-GEL發(fā)動機正常行駛的基本點火提前角（3）修正點火提前角：）修正點火提前角：修正點火提前角分為暖機和穩(wěn)定怠