第二节微机控制的点火系统的组成与原理

第二节微机控制的点火系统的组成与原理

微机控制的点火系是70年代末开始使用无触点点火装置后的又一重大进展，其最大的成功在于实现了点火提前角的自动控制，即可根据发动机的工况对点火提前角进行适时控制。因而可获得混合气的最佳燃烧，从而能最大限度的改善发动机的高速性能，提高其动力性、经济性，减少排气污染。而普通的无触点点火系采用机械方式调整点火时刻，因为机械装置本身的局限性，无法保证在各种状况下点火提前角均处于最佳。此外，由于分电器中的运动部件的磨损，又会导致驱动部件松旷，影响点火提前角的稳定性和均匀性。全电子点火系则可完全避免此类现象产生。

在微机控制的点火系统中，点火控制包括点火提前角的控制、通电时间控制和爆燃控制

等三个方面，并具有以下特点:

1)在所有的工况及各种环境条件下，均可自动获得理想的点火提前角，从而使发动机在动力性、经济性、排放性及工作稳定性等方面均处于最佳。

2)在整个工作范围内，均可对点火线圈的导通时间进行控制。从而使线圈中存储的点火能量保持恒定不变，提高了点火的可靠性，可有效地减少能源消耗，防止线圈过热二此外，该系统可很容易实现在整个工作范围内提供稀薄燃烧所需恒定点火能量的目标。

3)采用闭环控制技术后，可使点火提前角控制在刚好不发生爆燃的状态，以此获得较高的燃烧效率，有利于发动机各种性能的提高。

微机控制的点火系统一般由电源、传感器、电子控制系统(ECU)、点火控制模块、分电器、火花塞等组成，如图5-1所示。

l）电源一般由蓄电池和发电机共同组成，可供给点火系统所需的点火能量。

2)点火线圈能将点火瞬间所需的能量存储在线圈的磁场中，还可将电源提供的低压电转变为足以在电极间产生击穿点火的15 --- 20kV高压电。

3)分电器可根据发动机的工作时序，将点火线圈产生的高压电依次送到各缸火花基。

4)火花塞将具有一定能量的电火花引人气缸，点燃气缸内的混合气。

5)传感器主要用于检测发动机各种运行参数的变化，为ECU提供点火提前角的控制依据。其中，最主要的传感器是转速传感器、曲轴位置传感器和空气进气量传感器。

6)电子控制系统是点火系统的中枢。在发动机工作时，它不断地采集各传感器的信息，按事先设置的程序计算出最佳点火提前角，并向点火控制装置发出点火指令。

7)点火控制模块是ECU的一个执行机构。它可将电子控制系统输出的点火信号进行功率放大后，再驱动点火线圈下作。

其工作原理及控制过程如图5-1所示。

发动机运行时，ECU不断地采集发动机的转速、负荷、冷却水温度、进气温度等信号，并根据存储器ROM中存储的有关程序与有关数据，确定出该工况下最佳点火提前角和初级电路的最佳导通角，并以此向点火控制模块发出指令。

点火控制模块根据ECU的点火指令，控制点火线圈初级回路的导通和截止。当电路导通时，有电流从点火线圈中的初级线圈通过，点火线圈此时将点火能量以磁场的形式储存起来。当初级线圈中电流被切断时，在其次级线圈中将产生很高的感应电动势(15-20kV),经分电器送至工作气缸的火花塞，点火能量被瞬间释放，并迅速点燃气缸内的混合气，发动

机完成作功过程。

此外，在带有爆燃传感器的点火提前角闭环控制系统中，ECU还可根据爆燃传感器的输入信号来判断发动机的爆燃程度，并将点火提前角控制在轻微爆燃的范围内，使发动机能获得较高的燃烧效率。

第三节点火提前角控制

因点火提前角对发动机的动力性、燃油消耗率、排气净化等性能产生直接影响，因此必须予以控制。

但由于点火提前角的控制本身属于相当复杂的多元求解问题，因此难以找到精确的数学模型。但考虑影响发动机点火提前角的主要因素是转速和负荷，人们普遍采用了实验法，来获得发动机在不同转速、不同负荷时所对应的点火提前角的最佳点(集)，以此找出三维控制模型图(参见图5-2a)，再将模型图转换成二维表，便可将这些数据储存在微机的存储器中(参见图5-2b)，以供实际的点火提前角控制之用。

在发动机实际运行中，ECU通常根据各传感器输入的信息，从这些二维表中找出点火提前角的最佳值，对点火系进行适时控制。

一、丰田汽车TCCS系统点火提前角的控制

点火提前角控制系统，因制造厂家开发点火装置的型号不同而各异，丰田汽车TCCS系统点火提前角的控制如下式所示:

实际点火提前角=初始点火提前角十基本点火提前角十修正点火提前角公式中各项所对应的实际内容如下:

点火提前角的修正随发动机而异，可根据发动机控制系统各白的特性曲线来进行修正。

1.初始点火提前角

初始点火提前角为原始设定的，也称为固定点火提前角。对于丰田汽车的IG-GEL发动机来讲，其值为上止点前10°。此外，在下列之一情况出现时，实际点火提前角等于初始点火提前角:

1)当发动机起动时，由于发动机转速变化大，无法正确计算点火提前角;

2)当发动机起动转速在400r/min 下时;

3)当T端头短路或节气门位置传感器怠速触点闭合时，当车速在2km/h时;

4)当发动机ECU内的后备系统工作时。

2.基本点火提前角

基本点火提前角通常以二维表的形式储存在CPU的ROM存储器中，又分为怠速和正常行驶两种情况:

1)怠速时的基本点火提前角，是指节气门位置传感器的怠速触点闭合时所对应的基本点火提前角。其值还根据空调是否工作及发动机的怠速转速略有不同(参见图5-3 }。如空调工作时，随着发动机怠速的目标转速的提高，应适当地增加点火提前角，以利于发动机运转速度的稳定，此时怠速基本点火提前角定为8°。空调不工作时，怠速基本点火提角则定为4°。由此可见，两种情况所对应的实际点火提前角应分别为18°和14°。

2)正常行驶时的基本点火提前角。是指节气门位置传感器怠速触点打开时所对应的基本点火提前角。该值主要是依据发动机的转速和负荷(用进气量表示)而定。ECU根据传感器的输出信号，利用查表法从CPU的ROM存储器中找出基本点火提前角的最佳值即可，如图5-4所示。

3)点火提前角的修正

通过上述方法得到点火系初始点火提前角与基本点火提前角后。再通过修正方可得到最