第四章 汽油機(jī)點(diǎn)火控制

第四章汽油機(jī)點(diǎn)火控制傳統(tǒng)的點(diǎn)火系統(tǒng)，其點(diǎn)火時(shí)刻的調(diào)整是依靠機(jī)械離心式調(diào)節(jié)裝置和真空式調(diào)節(jié)裝置完成的，由于機(jī)械的滯后、磨損及裝置本身的局限性，故不能保證點(diǎn)火時(shí)刻在最佳值。而用ECU控制的點(diǎn)火系統(tǒng)，則可方便地解決以上問題。因?yàn)橛梦C(jī)可考慮更多的對(duì)點(diǎn)火提前角影響的因素，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下均能達(dá)到最佳點(diǎn)火時(shí)刻，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，并可改善排放指標(biāo)。汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)可分為以下兩種類型：傳統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)：又分為：磁電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)；蓄電池點(diǎn)火系統(tǒng)。缺點(diǎn)：高速易斷火，不適合高速發(fā)動(dòng)機(jī)；斷電器觸點(diǎn)易燒蝕，工作可靠性差；點(diǎn)火能量低，點(diǎn)火可靠性差。微機(jī)控制的點(diǎn)火系統(tǒng)：即電控點(diǎn)火系統(tǒng)。采用計(jì)算機(jī)根據(jù)各傳感器信號(hào)對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行控制。有分電器式無分電器式點(diǎn)火系統(tǒng)的類型第一節(jié)電控點(diǎn)火系統(tǒng)的組成和分類

一、電控點(diǎn)火系統(tǒng)的組成ECU控制的點(diǎn)火系統(tǒng)主要由ECU、傳感器和點(diǎn)火執(zhí)行器三部分組成基本組成與工作原理組成：電源、傳感器、ECU、點(diǎn)火器、點(diǎn)火線圈、分電器和火花塞等。工作原理：發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，ECU根據(jù)傳感器信號(hào)（G、Ne等信號(hào)），確定出最佳點(diǎn)火提前角和通電時(shí)間，并以此向點(diǎn)火器發(fā)出指令（IGt、IGd信號(hào)）。點(diǎn)火器根據(jù)指令，控制點(diǎn)火線圈初級(jí)電路的導(dǎo)通和截止。當(dāng)電路導(dǎo)通時(shí)，點(diǎn)火線圈初級(jí)電路導(dǎo)通。當(dāng)初級(jí)電路被切斷時(shí)，次級(jí)線圈中感應(yīng)出高壓，經(jīng)分電器或直接送至工作氣缸的火花塞。IGt：點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)IGd：判缸信號(hào)二、電控點(diǎn)火系統(tǒng)分類

1、有分電器式點(diǎn)火系

ECU根據(jù)各輸入信號(hào)，確定點(diǎn)火時(shí)刻，并將點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)IGt送至點(diǎn)火器，當(dāng)IGt信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，點(diǎn)火線圈一次側(cè)被切斷，二次線圈中感應(yīng)出高壓電，再由分電器送至相應(yīng)缸火花塞點(diǎn)火。主要特點(diǎn)：只有1個(gè)點(diǎn)火線圈。ECU主要輸入信號(hào)：凸輪軸/曲軸位置傳感器、空氣流量計(jì)、冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、起動(dòng)開關(guān)、空調(diào)開關(guān)、車速傳感器。1、有分電器電控點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火線圈點(diǎn)火器分電器火花塞ECU2、無分電器電控點(diǎn)火系統(tǒng)特點(diǎn)：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(diǎn)火線圈產(chǎn)生的高壓電直接送給火花塞進(jìn)行點(diǎn)火，點(diǎn)火線圈的數(shù)量比有分電器電控點(diǎn)火系統(tǒng)多。優(yōu)缺點(diǎn)：分火性能較好，但其結(jié)構(gòu)和控制電路復(fù)雜。分類：根據(jù)點(diǎn)火線圈的數(shù)量和高壓電分配方式的不同，分為：二極管配電點(diǎn)火方式；點(diǎn)火線圈分配式。（1）二極管配電點(diǎn)火方式

特點(diǎn)：四個(gè)氣缸共用一個(gè)點(diǎn)火線圈。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)必須是4的整數(shù)倍，點(diǎn)火順序?yàn)?-3-4-2。

工作原理：當(dāng)ECU接收到曲軸位置傳感器相應(yīng)信號(hào)時(shí)，向點(diǎn)火控制器發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)，點(diǎn)火控制器的控制回路使VT1切斷，一次線圈的上半部電流被切斷，在二次線圈中感應(yīng)出上“+”下“-”的高電壓，經(jīng)1缸和4缸火花塞構(gòu)成回路，兩個(gè)火花塞均跳火，此時(shí)1缸接近壓縮終了，混合氣被點(diǎn)燃，而4缸正在排氣，火花塞點(diǎn)空火。曲軸轉(zhuǎn)過180°后，則VT2截止，3缸點(diǎn)火，2缸火花塞點(diǎn)空火。

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花塞，有同時(shí)點(diǎn)火和單獨(dú)點(diǎn)火兩種形式。（2）點(diǎn)火線圈分配式1）同時(shí)點(diǎn)火方式

特點(diǎn)：點(diǎn)火線圈的個(gè)數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。當(dāng)兩同步缸同時(shí)到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，火花塞跳火，其中一缸接近壓縮行程上止點(diǎn)，為有效點(diǎn)火；另一缸接近排氣行程上止點(diǎn)，為無效點(diǎn)火。2）獨(dú)立點(diǎn)火方式特點(diǎn)：每缸一個(gè)點(diǎn)火線圈，即點(diǎn)火線圈的數(shù)量與氣缸數(shù)相等。由于每缸都有點(diǎn)火線圈，即使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很高，點(diǎn)火線圈也有較長(zhǎng)的通電時(shí)間，可提供足夠高的點(diǎn)火能量。點(diǎn)火線圈火花塞點(diǎn)火器ECU各種傳感器1缸2缸3缸4缸5缸6缸第二節(jié)點(diǎn)火提前角和閉合角的控制

點(diǎn)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(diǎn)火提前角是靠預(yù)先在臺(tái)架上用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得的數(shù)據(jù)來確定的。這些數(shù)據(jù)存入ECU的只讀存儲(chǔ)器ROM中，工作時(shí)，ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況來選擇調(diào)取。2）閉環(huán)控制方式是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果的反饋信息來控制點(diǎn)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反饋爆震信號(hào)來控制點(diǎn)火提前角的。目前廣泛應(yīng)用的電控點(diǎn)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(diǎn)火提前角的控制實(shí)際點(diǎn)火提前角＝初始提前角+基本提前角+修正提前角點(diǎn)火提前角是從火花塞發(fā)出電火花開始，到該缸活塞運(yùn)行至壓縮上止點(diǎn)時(shí)曲軸轉(zhuǎn)過的角度。當(dāng)汽油機(jī)保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定時(shí)，汽油機(jī)功率和耗油率隨點(diǎn)火提前角的改變而變化。對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)每一工況都存在一個(gè)最佳點(diǎn)火提前角。適當(dāng)點(diǎn)火提前角，可使發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)所做的機(jī)械功最多（曲線陰影部分）點(diǎn)火提前角過大，易爆燃；點(diǎn)火提前角過小，排氣溫度升高，功率降低。1、點(diǎn)火提前角對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響A：不點(diǎn)火B(yǎng)：點(diǎn)火過早C：點(diǎn)火適當(dāng)D：點(diǎn)火過遲最佳點(diǎn)火提前角與下述因素有關(guān)：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速升高，點(diǎn)火提前角增大。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷：歧管壓力高（真空度小、負(fù)荷大），點(diǎn)火提前角小，反之點(diǎn)火提前角大。燃料性質(zhì)：汽油辛烷值越高，抗爆性越好，點(diǎn)火提前角可增大。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。采用電控點(diǎn)火（ESA）系統(tǒng)，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際點(diǎn)火提前角接近于理想的點(diǎn)火提前角。

2、最佳點(diǎn)火提前角的影響因素

點(diǎn)火提前角常用的計(jì)算方法：實(shí)際點(diǎn)火提前角＝初始點(diǎn)火提前角＋基本點(diǎn)火提前角＋修正點(diǎn)火提前角

起動(dòng)時(shí)起動(dòng)后基本點(diǎn)火提前角初始點(diǎn)火提前角修正點(diǎn)火提前角實(shí)際點(diǎn)火提前角點(diǎn)火正時(shí)控制起動(dòng)點(diǎn)火控制起動(dòng)后點(diǎn)火控制初始點(diǎn)火提前角基本點(diǎn)火提前角修正點(diǎn)火提前角預(yù)熱修正過熱修正怠速穩(wěn)定修正爆燃修正其他修正等初始點(diǎn)火提前角3、點(diǎn)火提前角的確定方法

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，進(jìn)氣管絕對(duì)壓力傳感器信號(hào)或空氣流量計(jì)信號(hào)不穩(wěn)定，ECU無法正確計(jì)算點(diǎn)火提前角，一般將點(diǎn)火時(shí)刻固定在設(shè)定的初始點(diǎn)火提前角，通常為10°左右?？刂菩盘?hào)：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)（Ne信號(hào)）和起動(dòng)開關(guān)信號(hào)（STA信號(hào)）。4、起動(dòng)時(shí)點(diǎn)火提前角的控制

5、起動(dòng)后基本點(diǎn)火提前角的確定

（1）怠速運(yùn)轉(zhuǎn)

ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)（IDL信號(hào)）、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)（Ne信號(hào)）和空調(diào)開關(guān)信號(hào)（A/C信號(hào)）確定基本點(diǎn)火提前角。圖4-8（P96）（2）正常行駛

ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷（單位轉(zhuǎn)數(shù)的進(jìn)氣量或基本噴油量）確定基本點(diǎn)火提前角。采用查表法確定,圖4-7（P96）。

基本點(diǎn)火提前角發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)氣量（歧管壓力）高高電控點(diǎn)火數(shù)據(jù)圖不同的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中，對(duì)點(diǎn)火提前角的修正項(xiàng)目和修正方法也不同。修正方法有修正系數(shù)法和修正點(diǎn)火提前角法兩種。部分負(fù)荷工況根據(jù)冷卻水溫、進(jìn)氣溫度和節(jié)氣門位置等信號(hào)修正。

滿負(fù)荷工況要特別小心控制點(diǎn)火提前角，以免產(chǎn)生爆震。

主要修正項(xiàng)目：水溫修正；怠速穩(wěn)定修正；空燃比反饋修正。6、點(diǎn)火提前角的修正（1）水溫修正水溫修正又可分為暖機(jī)修正和過熱修正。暖機(jī)修正：暖機(jī)過程中，隨冷卻水溫的提高，點(diǎn)火提前角應(yīng)適當(dāng)減小。暖機(jī)修正控制信號(hào)：冷卻液溫度傳感器信號(hào)、進(jìn)氣管絕對(duì)壓力傳感器信號(hào)或空氣流量計(jì)信號(hào)、節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)（IDL信號(hào)）過熱修正：節(jié)氣門位置傳感器（IDL信號(hào)）觸點(diǎn)斷開時(shí)，若冷卻液溫度過高，點(diǎn)火提前角應(yīng)減小，以免產(chǎn)生爆燃。節(jié)氣門位置傳感器（IDL信號(hào)）觸點(diǎn)閉合時(shí)，若冷卻液溫度過高，點(diǎn)火提前角應(yīng)適當(dāng)增大，以免發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間過熱。過熱修正控制信號(hào)：冷卻液溫度傳感器信號(hào)、節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)（IDL信號(hào)）-40-20020406080冷卻液溫度/℃提前角暖機(jī)修正過熱修正

20406080100120冷卻液溫度/℃←推遲提前→IDL通IDL斷ECU根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速的差值來修正點(diǎn)火提前角，低于目標(biāo)轉(zhuǎn)速，應(yīng)增大點(diǎn)火提前角，反之，推遲點(diǎn)火提前角。（注意：空調(diào)或動(dòng)力轉(zhuǎn)向的引入會(huì)引起轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定。）怠速穩(wěn)定修正控制信號(hào)：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)（Ne信號(hào)）、節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)（IDL信號(hào)）、車速傳感器信號(hào)（SPD信號(hào)）、空調(diào)開關(guān)信號(hào)（A/C信號(hào)）（2）怠速穩(wěn)定修正空調(diào)斷開空調(diào)接通與怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速的差值修正值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(hào)調(diào)整噴油量的多少來達(dá)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。為了穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，點(diǎn)火提前角需根據(jù)噴油量的變化進(jìn)行修正。（3）空燃比反饋修正點(diǎn)火提前角噴油量微處理器計(jì)算的點(diǎn)火提前角必須控制在一定范圍內(nèi)，否則發(fā)動(dòng)機(jī)很難正常運(yùn)轉(zhuǎn)。一般地，最大提前角為35~45o，最小提前角為-10~0o。（4）最大和最小提前角的控制二、閉合角的控制閉合角控制電路的作用是：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和蓄電池電壓調(diào)節(jié)閉合角，以保證足夠的點(diǎn)火能量。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升和蓄電池電壓下降時(shí)，閉合角控制電路使閉合角加大，即延長(zhǎng)一次側(cè)電路的通電時(shí)間，防止一次側(cè)儲(chǔ)能下降，確保點(diǎn)火能量。

在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降和蓄電池電壓較高時(shí)，閉合角控制電路使閉合角減小，即縮短一次側(cè)電路的通電時(shí)間，確保一次線圈的安全。

1、通電時(shí)間控制

（1）通電時(shí)間對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的影響：在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，必須保證點(diǎn)火線圈的初級(jí)電路有足夠的通電時(shí)間。但如果通電時(shí)間過長(zhǎng)，點(diǎn)火線圈又會(huì)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(duì)點(diǎn)火線圈初級(jí)電路的通電時(shí)間進(jìn)行控制。另外還需根據(jù)蓄電池電壓對(duì)通電時(shí)間進(jìn)行修正。點(diǎn)火線圈的次級(jí)電壓是和初級(jí)電路斷開時(shí)的初級(jí)電流成正比。通電時(shí)間短時(shí)，初級(jí)電流小，會(huì)使感應(yīng)的次級(jí)電壓偏低，容易造成失火。初級(jí)電流大，對(duì)點(diǎn)火有利；但通電時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)使點(diǎn)火線圈發(fā)熱，甚至燒壞，還會(huì)使能耗增大。因此要控制一個(gè)最佳通電時(shí)間。

現(xiàn)代點(diǎn)火線圈初級(jí)電路的通電時(shí)間由ECU控制，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)和電源電壓信號(hào)確定最佳的閉合角（通電時(shí)間），并控制點(diǎn)火器輸出指令信號(hào)（IGt信號(hào)），以控制點(diǎn)火器中晶體管的導(dǎo)通時(shí)間。2、點(diǎn)火線圈的恒流控制

為了防止初級(jí)電流過大燒壞點(diǎn)火線圈，在部分電控點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火控制電路中增加了恒流控制電路。恒流的基本方法：在點(diǎn)火器功率晶體管的輸出回路中增設(shè)一個(gè)電流檢測(cè)電阻，用電流在該電阻上形成的電壓降反饋控制晶體管的基極電流，只要這種反饋為負(fù)反饋，就可使晶體管的集電極電流穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)恒流控制。（2）通電時(shí)間的控制方法第三節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃的控制1、發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃的概念

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)利用電火花將混合氣點(diǎn)燃，并以火焰?zhèn)鞑シ绞绞够旌蠚馊紵Ｈ绻趥鞑ミ^程中，火焰還未到達(dá)時(shí)，局部地區(qū)混合氣自行著火燃燒，使氣流運(yùn)動(dòng)速度加快，缸內(nèi)壓力、溫度迅速增加，這種現(xiàn)象稱為爆燃。2、爆燃的危害是一種不正常燃燒。輕微的爆燃，可使發(fā)動(dòng)機(jī)功率上升，油耗下降。爆燃嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致冷卻液過熱，功率下降油耗上升?？刂品椒ǎ和七t點(diǎn)火提前角。在電控點(diǎn)火系統(tǒng)中，通過增加爆燃傳感器檢測(cè)是否發(fā)生爆燃及爆燃程度，并根據(jù)判定結(jié)果對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行反饋控制。增大點(diǎn)火提前角有爆燃無爆燃減小點(diǎn)火提前角3、發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃等級(jí)若用發(fā)生爆燃的循環(huán)次數(shù)與實(shí)際工作循環(huán)的次數(shù)之比值（爆燃率）來衡量爆燃強(qiáng)度，可以定量地把爆燃分為四個(gè)等級(jí)： 爆震率在5％以下時(shí)為微爆燃

5％～10％為輕爆燃

10％～25％為中爆燃

25％以上為重爆燃。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)1％～5％的輕微爆燃時(shí)，其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性接近最佳值。閉環(huán)控制方式即按輕微爆燃來確定最佳點(diǎn)火提前角。4、爆燃的閉環(huán)