汽車電子控制技術(shù)第5章-點火系統(tǒng)控制匯編

1、汽車(qch)電子控制技術(shù)第5章 點火(din hu)系統(tǒng)控制 共五十頁電子(dinz)控制點火(ESA)系統(tǒng)點火能量控制點火正時控制點火提前角控制發(fā)動機爆震控制共五十頁 點火系統(tǒng)是用于提供點火能量和控制各個氣缸點火順序(shnx)、點火時刻的裝置。 點 火 系 統(tǒng)第一階段 機械式有觸點(ch din)點火系統(tǒng)第二階段 無觸點晶體管點火系統(tǒng) （無分電器點火系統(tǒng)）第三階段 電子控制點火系統(tǒng)共五十頁機械式點火(din hu)系統(tǒng)組成：電源、點火(din hu)開關(guān)、點火(din hu)線圈、分電器、火花塞。共五十頁機械式點火系統(tǒng)(xtng)的工作過程初級線圈配電器斷電器火花塞次級線圈 曲軸帶動分電

2、器軸上的凸輪轉(zhuǎn)動(zhun dng)，使點火線圈次級觸點通、斷而產(chǎn)生高壓電。點火高壓通過分電器軸上的分火頭，按發(fā)動機工作順序送到各氣缸的火花塞上，發(fā)出電火花點燃燃燒室內(nèi)的氣體。共五十頁四缸點火(din hu)演示簡圖1) 高壓電的產(chǎn)生，有點火線圈和分電器中的斷電器完成(wn chng)。2) 高壓電的分配有分電器中的配電器完成。共五十頁初級(chj)電壓共五十頁次級(c j)電壓共五十頁點火系的主要(zhyo)元件點火(din hu)線圈功用：將汽車電源供給的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘?10kV) 共五十頁分電器功用： 將脈沖高壓電按發(fā)動機的作功順序和點火(din hu)時間要求，配送至各缸的火花塞。

3、 調(diào)節(jié)發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速下的提前角。 分電器殼體可以手動轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)基本的點火提前角 ( 即怠速運轉(zhuǎn)時的點火提前角 )。共五十頁配電器、斷電器、電容器、點火提前調(diào)節(jié)(tioji)裝置共五十頁火花塞(俗稱(s chn)火咀)作用：把高壓導(dǎo)線(火咀線)送來的脈沖高 壓電(俗稱“擊穿(j chun)電壓”)放電，擊穿(j chun) 火花塞兩電極間空氣，產(chǎn)生電火花 引燃氣缸內(nèi)的混合氣體。共五十頁電 源共五十頁點火系在發(fā)動機上的安裝(nzhung)位置共五十頁高性能發(fā)動機的基本條件： 1.高能量穩(wěn)定的點火 2.混合(hnh)均勻的混合(hnh)氣 3.高壓縮比5.1點火(din hu)系統(tǒng)的基本要求1.產(chǎn)生

4、電火花2.點燃混合氣的能量3.點火時刻高能量穩(wěn)定的點火共五十頁 擊穿電壓高，點火可靠，但絕緣困難。一般(ybn)次極電壓限制在50kV以內(nèi)，對于某些車輛需要提高對各種燃料適應(yīng)性，可將次極電壓提高，但最高不超過100 kV。產(chǎn)生火花的擊穿電壓火花塞間隙火花塞兩電極間隙越大，擊穿電壓越高。缸內(nèi)混合氣壓力和溫度混合氣密度越大，擊穿電壓越高。當(dāng)混合氣溫度低或混合氣壓力大時，擊穿電壓要高。電極的溫度和極性火花塞的電極溫度超過混合氣的溫度時，電極周圍的氣體密度變稀，擊穿電壓可降低。受熱電極為負極時，擊穿電壓可降低。發(fā)動機的運行工況發(fā)動機啟動時的擊穿電壓最高； 汽車加速時，需要較高的擊穿電壓。5.1.1 產(chǎn)

5、生(chnshng)電火花共五十頁1 發(fā)動機正常工作，混合氣壓縮終了時的溫度已接 近其自燃溫度，所需的點火能量很?。? 5 mJ）2 在啟動、怠速以及急加速(ji s)等非穩(wěn)定工況時，則需要較高的點火能量。3 A/F17的稀混合氣，也需要增加點火能量。5.1.2點燃(din rn)混合氣的能量 基于以上原因，為了可靠點火，一般需要點火系統(tǒng)提供50 80 mJ，最大時可達150 mJ的點火能量。共五十頁 因為混合氣在氣缸內(nèi)燃燒需要占用一定的時間，所以混合氣不應(yīng)在壓縮行程的上止點處燃燒，而應(yīng)適當(dāng)提前(tqin)，使活塞到達上止點時，混合氣已充分燃燒，從而使發(fā)動機獲得較大的功率。點火的提前量稱為點火

6、提前角。5.1.3 點火(din hu)時刻 點火過早，會造成爆震，活塞上行受阻，效率降低，磨損加劇； 點火過遲，氣體做功效率低，排氣聲大。1.點火提前角 從發(fā)出電火花開始到活塞到達上止點為止的一段時間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度。點火提前角：共五十頁 最佳點火提前角就是在各種不同工況下使氣體膨脹趨勢最大段處于活塞做功下降行程。 這樣效率最高，振動最小，溫升最低。不論(bln)點火過早或過遲，這是應(yīng)該防止的。最佳點火角受很多因素影響。2.影響(yngxing)最佳點火提前角的因素 1）活塞的運行速度快，最佳點火提前角相應(yīng)增大； 反之，最佳點火提前角相應(yīng)減小。 2）混合氣燃燒速度快，最佳點火提前角相應(yīng)減小；

7、 反之，最佳點火提前角相應(yīng)增大。影響最佳點火提前角的因素可歸結(jié)為一下兩點：共五十頁影響最佳點火(din hu)提前角的具體因素有：1.與活塞的運行速度加快(ji kui)的因素：發(fā)動機轉(zhuǎn)速：發(fā)動機轉(zhuǎn)速增高，最佳點火提前角相應(yīng)增大， 但不是線性關(guān)系。2.與混合氣燃燒速度加快的因素：1 負荷： 發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變，負荷增加，混合氣燃燒速度變快，最佳點火提前角相應(yīng)減小。2 壓縮比： 發(fā)動機壓縮比越大，氣缸壓力和溫度越高，混合氣燃燒越快，點火提前角要越小。3 混合氣濃度： 混合氣濃度過濃A/F18時，燃燒速度皆慢，點火提前角需增大。 共五十頁1 啟動和怠速 發(fā)動機啟動和怠速時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速低，但混合氣燃燒速

8、度也較慢，最佳(zu ji)點火提前角適當(dāng)減小或不提前。2 汽油的辛烷值 汽油的辛烷值，也就是汽油牌號，越高抗爆震能力越強，相應(yīng)允許更大的點火提前角。 3.其它(qt)因素：4 進氣壓力 進氣壓力減小，混合氣燃燒速度變慢，最佳點火提前角相應(yīng)增大。5 火花塞的數(shù)量 氣缸體同時裝有兩個火花塞，混合氣燃燒速度變快，最佳點火提前角比裝有一個火花塞相應(yīng)減小。共五十頁5.2 電子控制點火系統(tǒng)的基本組成(z chn)與原理5.2.1電子控制點火系統(tǒng)(xtng)的特點1 各種工況和環(huán)境條件下均可獲得理想的點火提 前角；2 保持點火能量不變，提高了點火的可靠性；3 采用閉環(huán)控制后，與燃料供給系統(tǒng)實現(xiàn)綜合控 制，

9、可使點火提前角控制在剛好不發(fā)生爆震的 臨界狀態(tài)；提高發(fā)動機各種性能。 點火提前角的控制不能只考慮點火系統(tǒng)或者發(fā)動機系統(tǒng)，而是要求能與其它的系統(tǒng)很好的協(xié)調(diào)，以達到車輛整體的最佳控制。共五十頁根據(jù)傳感器信息，計算最佳提前角，發(fā)出(fch)點火指令。5.2.2電子(dinz)控制點火系統(tǒng)的基本組成轉(zhuǎn) 速I/OCPU曲軸位置負 荷爆 震溫 度I/O信號預(yù)處理A/D轉(zhuǎn)換RAMROM傳感器：ECU：執(zhí)行機構(gòu)：檢測工況信息。點火線圈點火控制裝置火花塞執(zhí)行點火共五十頁1.原理： ECU根據(jù)發(fā)動機的有關(guān)(yugun)傳感器檢測的各種工況信號進行控制點火.5.2.3電子控制點火系統(tǒng)的原理(yunl)與控制過程2.

10、控制過程 首先根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、吸入的空氣質(zhì)量流量和曲軸的位置，確定相應(yīng)的基本點火提前角，然后根據(jù)檢測冷卻水溫度、進氣溫度等加以修正，得到最佳點火提前角。3.閉環(huán)控制與開環(huán)控制對于爆震閉環(huán)控制，ECU根據(jù)爆震傳感器檢測到出現(xiàn)爆震時，減小點火提前角，若未產(chǎn)生爆震，則加大點火提前角，實現(xiàn)閉環(huán)控制。 當(dāng)發(fā)動機負荷低于一定值時，一般不出現(xiàn)爆震，這時采用開環(huán)控制。共五十頁 即使只考慮發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷從理論上來建立點火系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型也是相當(dāng)困難的，其原因(yunyn)是點火系統(tǒng)的非線性特性。5.3 點火(din hu)提前角控制1.影響點火提前角的主要因素 影響點火提前角最主要的因素是發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷。2.

11、點火系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型采用實驗方法獲得點火系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型： 大量的臺架試驗和道路試驗，并對試驗數(shù)據(jù)進行處理，獲得發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速、不同負荷時所對應(yīng)的最佳提前角的數(shù)據(jù)點集合，繪出三維控制模型圖(MAP圖)，再將其轉(zhuǎn)換為二維表，并存放再ECU的存儲器中。共五十頁三維控制(kngzh)模型圖(MAP圖)共五十頁1218162023182225點火提前(tqin)角二維表存儲形式單位轉(zhuǎn)速的進氣量發(fā)動機轉(zhuǎn)速(zhun s)大小低高提前角數(shù)值共五十頁共五十頁實際點火提前角 初始(ch sh)點火提前角基本點火提前角修正點火提前角5.3.1 豐田汽車點火系統(tǒng)點火提前(tqin)角控制點火正時控制模式分為： 啟動

12、點火時間控制 啟動后點火時間控制1.啟動點火時間控制 預(yù)先確定的初始點火提前角也稱為固定點火提前角，其值為上止點前10。下列情況： 1 發(fā)動機啟動； 2 發(fā)動機啟動且轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在400 r/min 以下。 實際點火提前角初始點火提前角共五十頁 啟動后點火時間控制由基本(jbn)點火提前角和修正點火提前角兩部分組成。2.啟動(qdng)后點火時間控制1 怠速基本點火提前角 傳感器有怠速輸出時所對應(yīng)的基本點火提前角。 空調(diào)工作：基本點火提前角為 8； 空調(diào)不工作：基本點火提前角為 4。2 正常行駛時的基本點火提前角 該值主要依據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷（用進氣量表示）來確定。ECU根據(jù)傳感器的信號在ROM

13、存儲器搜尋基本點火提前角。1）基本點火提前角共五十頁2）點火提前(tqin)角的修正暖 機修 正冷卻水溫較低時，點火提前角適當(dāng)增大；冷卻水溫逐漸升高時，點火提前角逐漸減小。怠 速穩(wěn)定性修 正 ECU計算發(fā)動機平均轉(zhuǎn)速：平均轉(zhuǎn)速低于規(guī)定的怠速轉(zhuǎn)速，點火提前角增大；平均轉(zhuǎn)速高于規(guī)定的怠速轉(zhuǎn)速，點火提前角減小。過 熱修 正 冷卻水溫過高時；發(fā)動機正常運行，避免爆震，點火提前角減??；發(fā)動機怠速運行，避免發(fā)動機長時間過熱，點火提前角增大?？杖急确?饋修 正混合氣濃度過濃 A/F18， 燃燒速度皆慢，需增大點火提前角。 爆 震修 正減小點火提前角，5.5節(jié)介紹。共五十頁共五十頁共五十頁修正項ECU確定提前

14、角修正的工況信號暖機修正冷卻水溫、進氣歧管壓力(空氣流量)、節(jié)氣門位置等。怠速穩(wěn)定性修 正發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門位置、車速、空調(diào)開關(guān)等。過熱修正冷卻水溫、節(jié)氣門位置?？杖急确答佇拚鮽鱾鞲衅鞅鹦拚饌鞲衅?）ECU判斷點火提前(tqin)角修正的信號 當(dāng)ECU給出的實際點火提前角超過允許范圍時，發(fā)動機將難以(nny)運轉(zhuǎn)。當(dāng)超過允許范圍時，則ECU就按預(yù)先設(shè)定的點火提前角的最大值或最小值進行控制。共五十頁豐田汽車(qch)點火系統(tǒng)(TCCS系統(tǒng))共五十頁電子控制點火系統(tǒng)(xtng)的框圖共五十頁1.正常工況點火提前角控制 當(dāng)ECU無怠速信號輸入(shr)時， 實際點火提前角基本點火提前角水溫修

15、正系數(shù) 基本點火提前角預(yù)先設(shè)定并存放在ECU中。5.3.2日產(chǎn)汽車點火(din hu)系統(tǒng)提前角控制2.怠速點火提前角控制 當(dāng)ECU怠速信號輸入時，進入怠速點火提前角控制模式,主要根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和冷卻水溫度控制點火提前角。3.啟動時點火提前角控制 根據(jù)冷卻水的溫度確定啟動時點火提前角控制。共五十頁5.4 無分電器點火(din hu)系統(tǒng)微機控制點火系統(tǒng)的分類1非直接點火系統(tǒng)該系統(tǒng)仍然保留分電器，點火線圈產(chǎn)生的高壓電是經(jīng)過分電器中的配電器進行分配的，即由分火頭和分電器蓋組成的配電器，依照點火順序適時地將高壓電分配至各氣缸，使各缸火花塞依次點火。2直接點火系系統(tǒng)（無分電器點火系統(tǒng)）直接點火系統(tǒng)取消

16、了分電器，該系統(tǒng)中點火線圈上的高壓線直接與火花塞相連，工作時，點火線圈產(chǎn)生的高壓電直接送至各火花塞，由微機根據(jù)各傳感器輸入(shr)的信息，依照發(fā)動機的點火順序，適時的控制各缸火花塞點火。共五十頁 傳統(tǒng)的點火裝置主要由分電器，點火線圈，火花塞等部件組成，其中分電器和點火線圈是產(chǎn)生互感高壓電的關(guān)鍵部件。分電器通過其凸輪棱角來控制白金觸點的開、閉使點火線圈產(chǎn)生高壓電。 現(xiàn)代汽油發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn)速最高可達6千多轉(zhuǎn)，瞬間點火時間極短，傳統(tǒng)點火裝置已經(jīng)不能適應(yīng)其點火要求。車用無觸點電子(dinz)點火裝置代替了傳統(tǒng)的點火裝置。傳統(tǒng)(chuntng)的點火裝置 1989年，無分電器電子點火系統(tǒng)應(yīng)用在福特的汽

17、車上。它采用多個線圈的點火裝置，去掉了分電器。共五十頁1. 提高可靠性：因為該系統(tǒng)是半導(dǎo)體點火，無運行部件(bjin)的摩擦損耗，2. 減少維修工作量：因為沒有分電器蓋和分火頭，不需維修和更換。3. 不會缺火或不易起動：消除了分電器蓋中形成的臭氧/硝酸和水的可能性，4. 減小對電磁干擾：沒有分火頭和分電器蓋之間產(chǎn)生的火花。無分電器點火可以將高壓線圈與火花塞安裝為一體，減少了高壓導(dǎo)線。5.點火裝置體積?。罕阌诓贾冒惭b，有利發(fā)動機室設(shè)計小型化。無分電器點火系統(tǒng)(xtng)的優(yōu)點：共五十頁 無分電器點火為每一個火花塞使提供一個線圈(xinqun)，直接安裝在火花塞上。共五十頁 該方式(fngsh)將

18、點火線圈與火花塞安裝為一體，電壓的分配性能好，能量損失小，缺點是結(jié)構(gòu)與控制電路復(fù)雜。5.4.1無分電器點火系統(tǒng)的配電(pi din)方式1.單獨點火配電方式 共五十頁 該方式將將兩個火花塞共用一個點火線圈，結(jié)構(gòu)與控制電路相對簡單。缺點是能量損失大，且只能(zh nn)用于雙數(shù)缸的發(fā)動機。2.雙缸同時(tngsh)點火配電方式3.二極管配電點火方式 該方式將將四個火花塞共用一個點火線圈，結(jié)構(gòu)與控制電路簡單。缺點是能量損失大，且只能用于以 4 為倍數(shù)缸的發(fā)動機。共五十頁共五十頁共五十頁共五十頁 與燃料供給系統(tǒng)實現(xiàn)綜合控制，使點火提前角控制在剛好不發(fā)生爆震的臨界狀態(tài)（處于微爆震狀態(tài)）；發(fā)動機將獲得最佳性能。微爆震狀態(tài)極不穩(wěn)定，控制必須(bx)是動態(tài)的，使發(fā)動機始終工作在微爆震狀態(tài)。5.5 爆震(bo zhn)控制1. 點火時刻早，燃燒壓力過高，容易發(fā)生爆震。2. 點火時刻設(shè)定遠離發(fā)生爆震的