模塊二 點火系統(tǒng)

汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)2.1概述2.2點火控制功能模塊2汽油機電控點火系統(tǒng)2.1.1汽油機對點火系統(tǒng)的要求2.1.2電控點火系統(tǒng)的組成2.1.3電控點火系統(tǒng)的類型及各自特點2.1.4點火控制的基本原理2.1概述1、產(chǎn)生足以擊穿火花塞間隙的高壓電在滿載低速時需要8-10KV的高壓電，起動時需要19KV的高壓電。正常點火一般需要15kv以上。2、電火花應(yīng)具有足夠的能量3、點火時刻能適應(yīng)發(fā)動機各種工況的變化2.1.1汽油機對點火系統(tǒng)的要求一般由三大部分組成：1、傳感器2、ECU3、執(zhí)行器

2.1.2電控點火系統(tǒng)的組成1.傳感器用來監(jiān)測與點火有關(guān)的發(fā)動機工作和狀況信息，并將監(jiān)測結(jié)果輸入ECU，作為計算和控制點火時刻的依據(jù)。點火控制用到的傳感器主要有以下幾個（1）凸輪軸/曲軸位置傳感器用來確定曲軸基準(zhǔn)位置和點火基準(zhǔn)。（2）空氣流量計用作負荷信號來計算和確定基本點火提前角。（3）進氣溫度傳感器用來對基本點火提前角進行修正（4）冷卻水溫度傳感器用來對基本點火提前角進行修正外，還要用該信號控制起動和發(fā)動機暖機期間的點火提前角。（5）節(jié)氣門位置傳感器用該信號和車速傳感器信號綜合判斷發(fā)動機所處的工況，對點火提前角進行修正。（6）其他開關(guān)信號：如起動開關(guān)、空調(diào)開關(guān)、空擋安全開關(guān)等信號對點火提前角進行修正。2、ECU它具有強大的數(shù)學(xué)運算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理等功能。在電控點火系統(tǒng)工作時，其作用是接受由傳感器傳來的各種模擬信號數(shù)字信號，對這些信號進行運算、判斷與處理，然后向執(zhí)行器發(fā)出的控制指令。3、執(zhí)行器包括：點火器、點火線圈和火花塞等。

點火器由專用集成塊與外圍電路組成，除具有接通和切斷點火線圈的初級電路外，還具有許多其他功能，如限流控制、閉合角控制，停車斷電保護，點火確認信號發(fā)生電路，鎖止保護電路，過壓保護電路等。點火線圈均采用閉磁路式點火線圈，由于其鐵芯是封閉的，磁通全部通過鐵心內(nèi)部，所以漏磁少，磁阻小，能量損失小，在產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相同的情況下，所需線圈匝數(shù)少體積小?；鸹ㄈ淖饔檬菍Ⅻc火線圈次級產(chǎn)生的高壓電引入發(fā)動機燃燒室，在其電極間隙形成電火花點燃混合氣。

1.汽油機點火系統(tǒng)的類型：（1）傳統(tǒng)點火系統(tǒng)分為：

1）磁電機點火系統(tǒng)；

2）蓄電池點火系統(tǒng)。缺點：高速易斷火，不適合高速發(fā)動機；斷電器觸點易燒蝕，工作可靠性差；點火能量低，點火可靠性差。（2）微機控制的點火系統(tǒng)采用計算機根據(jù)各傳感器信號對點火提前角進行控制。2.電控點火系統(tǒng)的類型：有分電器和無分電器式2.1.3、電控點火系統(tǒng)的類型圖2-3分電器對高壓電的分配圖2-4分電器式電控點火系統(tǒng)電路（1）有分電器電控點火系統(tǒng)

特點：只有1個點火線圈

一個點火線圈產(chǎn)生高壓電、然后由分電器按點火順序依次分配到各缸火花塞

特點：用電子控制裝置取代了分電器，利用電子分火控制技術(shù)將點火線圈產(chǎn)生的高壓電直接送給火花塞進行點火，點火線圈的數(shù)量比有分電器電控點火系統(tǒng)多。優(yōu)缺點：分火性能較好，但其結(jié)構(gòu)和控制電路復(fù)雜。根據(jù)點火線圈的數(shù)量和高壓電分配方式的不同，該火系統(tǒng)又可分為：

a.獨立點火方式；

b.同時點火方式；

c.二極管配電點火方式。（2）無分電器電控點火系統(tǒng)1、點火線圈2、火花塞3、點火器4、ECU5、各種傳感器a.獨立點火方式

特點是每缸一個點火線圈，即點火線圈的數(shù)量與氣缸數(shù)相等。

b.同時點火方式

特點：點火線圈的數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。c.二極管配電點火方式

特點：四個氣缸共用一個點火線圈。

發(fā)動機工作時，ECU根據(jù)接受到的傳感器信號，按存儲器中的相關(guān)程序和數(shù)據(jù)，確定出最佳點火提前角和通電時間，并以此向點火器發(fā)出指令。點火器根據(jù)指令，控制點火線圈初級電路的導(dǎo)通和截止。當(dāng)電路導(dǎo)通時，有電流從點火線圈中的初級電路通過，點火線圈將點火能量以磁場的形式儲存起來。當(dāng)初級電路被切斷時，次級線圈中產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動勢，經(jīng)分電器或直接送至工作氣缸的火花塞。如圖2-9所示.2.1.4點火控制的基本控制原理圖2-9微機控制點火系統(tǒng)控制原理2.2點火控制功能一、點火提前角的控制二、通電時間的控制三、爆燃的控制一、點火提前角的控制1．點火提前角對發(fā)動機性能的影響2．最佳點火提前角確定依據(jù)3．控制點火提前角的基本方法4．點火提前角的修正

1．點火提前角對發(fā)動機性能的影響點火提前角是從火花塞發(fā)出電火花，到該缸活塞運行至壓縮上止點時曲軸轉(zhuǎn)過的角度。當(dāng)汽油機保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定時，汽油機功率和耗油率隨點火提前角的改變而變化。對應(yīng)于發(fā)動機每一工況都存在一個“最佳”點火提前角適當(dāng)點火提前角，可使發(fā)動機每循環(huán)所做的機械功最多（曲線陰影部分）發(fā)動機轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)速的升高點火提前角增大。采用電控點火系統(tǒng)，更接近理想的點火提前角。發(fā)動機負荷歧管壓力高（真空度小、負荷大），點火提前角小，反之點火提前角大。采用電控點火（ESA）系統(tǒng)時，可以使發(fā)動機的實際點火提前角接近于理想的點火提前角。燃料性質(zhì)汽油辛烷值越高，抗爆性越好，點火提前角可增大，反之應(yīng)減小。其他因素燃燒室形狀、燃燒室內(nèi)溫度、空燃比、大氣壓力、冷卻水溫度。2．最佳點火提前角確定依據(jù)

發(fā)動機起動時，按ECU內(nèi)存儲的初始點火提前角（設(shè)定值）對點火提前角進行控制。起動時點火提前角的設(shè)定值隨發(fā)動機而異，對一定的發(fā)動機而言，起動時的點火提前角是固定的，一般為10°左右。發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時（起動后），主ECU根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷信號，確定基本點火提前角，并根據(jù)其他有關(guān)信號進行修正，最后確定實際的點火提前角，并向電子點火控制器輸出點火執(zhí)今信號，以控制點火系的工作。

起動時

起動后3．控制點火提前角的基本方法

發(fā)動機起動過程中，進氣管絕對壓力傳感器信號或空氣流量計信號不穩(wěn)定，ECU無法正確計算點火提前角，一般將點火時刻固定在設(shè)定的初始點火提前角。此時的控制信號主要是發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號（Ne信號）和起動開關(guān)信號（STA信號）。起動時點火提前角的確定

起動后基本點火提前角的確定

發(fā)動機起動后怠速運轉(zhuǎn)時，ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器信號（IDL信號）、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器信號（Ne信號）和空調(diào)開關(guān)信號（A／C信號）確定基本點火提前角。發(fā)動機起動后在除怠速以外的工況下運轉(zhuǎn)時，ECU根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷（單位轉(zhuǎn)數(shù)的進氣量或基本噴油量）確定基本點火提前角。

不同的發(fā)動機控制系統(tǒng)中，對點火提前角的修正項目和修正方法也不同。修正方法有修正系數(shù)法和修正點火提前角法兩種。主要修正項目有：（1）暖機修正；（2）怠速穩(wěn)定修正；（3）空燃比反饋修正。4．點火提前角的修正（1）暖機修正暖機修正指發(fā)動機處于怠速工況，由于冷卻液溫度較低，可燃混合氣燃燒速度較慢，應(yīng)適當(dāng)增大點火提前角。暖機修正的主要控制信號有節(jié)氣門位置傳感（TPS）的怠速觸點IDL閉合信號，冷卻液溫度信號和空氣流量信號等。

ECU根據(jù)實際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速的差來修正點火提前角，低于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，應(yīng)增大點火提前角，反之，推遲點火提前角。控制信號有：發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號（Ne信號）、節(jié)氣門位置傳感器信號（IDL信號）、車速傳感器信號（SPD信號）、空調(diào)開關(guān)信號（A／C信號）（2）怠速穩(wěn)定修正

由于空燃比反饋控制系統(tǒng)，是根據(jù)氧傳感器的反饋信號調(diào)整噴油量的多少來達到最佳空燃比控制的，所以這種噴油量的變化必然帶來發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化。為了穩(wěn)定發(fā)動機轉(zhuǎn)速，點火提前角需根據(jù)噴油量的變化進行修正，如右圖所示。（3）空燃比反饋修正二、通電時間控制1．通電時間對發(fā)動機工作的影響2．通電時間的控制方法3．閉合角與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和蓄電池電壓的關(guān)系1．通電時間對發(fā)動機工作的影響

在發(fā)動機工作時，必須保證點火線圈的初級電路有足夠的通電時間。但如果通電時間過長，點火線圈又會發(fā)熱并增大電能消耗。要兼顧上述兩方面的要求，就必須對點火線圈初級電路的通電時間進行控制。

現(xiàn)代電控點火系統(tǒng)和傳統(tǒng)的分電器不同，傳統(tǒng)的點火線圈初級電路的通電時間取決于斷電器觸點的閉合角和發(fā)動機轉(zhuǎn)速。而現(xiàn)代點火線圈初級電路的通電時間由ECU控制，根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)度信號和電源電壓信號確定最佳的閉合角（通電時間），并控制點火器輸出指令信號（IGt信號），以控制點火器中晶體管的導(dǎo)通時間。2．通電時間的控制方法3．閉合角與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和蓄電池電壓的關(guān)系

圖2-15閉合角與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和蓄電池電壓的關(guān)系1、爆燃傳感器（1）共振型爆燃傳感器（2）非共振型爆燃傳感器2、爆震控制原理（1）基準(zhǔn)電壓的確定（2）爆燃強度的判別（3）爆燃的控制過程三、爆燃的控制（1）共振型爆燃傳感器由壓電元件、振子、基座、外殼等組成，如右圖。當(dāng)發(fā)生爆燃時，振子與發(fā)動機共振，壓電元件輸出的信號電壓也有明顯增大，易于測量。1、壓電元件2、振子3、基座4、O型密封圈5、連接器6、接頭7、密封劑8、殼體9、引線圖2-18壓電式爆震傳感器的結(jié)構(gòu)（a）傳感器外形（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)1-套筒底座；2-絕緣墊圈；3-壓電元件；4-慣性配重；5-塑料殼體；6-固定螺栓；7-接線插座；8-電極該傳感器用壓電元件直接檢測爆震信息，并將振動壓力轉(zhuǎn)換成電信號輸出。在發(fā)動機工作時，機體的振動傳遞到傳感器上，慣性配重在機體的激勵下產(chǎn)生與機體振動規(guī)律相對應(yīng)的振動，該振動作用在壓電元件上，則壓電元件輸出與機體振動規(guī)律相對應(yīng)的電壓信號。由于該電壓信號在爆震區(qū)域和非爆震區(qū)域均有電壓輸出（幅值強弱不同），所以必須對傳感器輸出的電壓信號進行濾波處理，取出有用的信號，供ECU判斷發(fā)動機是否有爆震。（2）非共振型爆震傳感器1、基準(zhǔn)電壓的確定

圖2-21基準(zhǔn)電壓的確定方法

判定爆震的基準(zhǔn)電壓通常利用發(fā)動機即將爆震時的傳感器輸出信號電壓來確定首先對傳感器輸出電壓信號進行濾波和半波整流，通過平均電路求得信號電壓平均值，然后再乘以常數(shù)倍形成基準(zhǔn)電壓Ub,平均值的常數(shù)倍由試驗取得。2、爆燃強度的判別

圖2-22爆震強度判定方法發(fā)動機爆震的強度取決于爆震傳感器輸出電壓信號的振幅和持續(xù)時間。電壓信號幅值超過基準(zhǔn)電壓值的次數(shù)越多，爆震強度越大；超過基準(zhǔn)電壓值的次數(shù)越少，爆震強度越小用基準(zhǔn)電壓值對傳感器輸出信號進行整形處理，整形后的波型進行積分，求得積分值Ui