汽车发动机电控技术第3章 汽油机电控点火系统

3.1.1汽油机电控点火系统的组成
汽油机电控点火系统主要由各种传感器、电控单元、分电器、 点火线圈等组成，如图3.1所示。
1.传感器 传感器的作用是检测发动机运行工况。主要的传感器有:发动
机转速传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、空气 流量传感器(或进气压力传感器)、冷却液温度传感器、进气 温度传感器、爆震传感器、节气门位置传感器等。
(1)点火系统应能迅速及时地产生足以击穿火花塞电极间隙的 高电压。火花塞电极之间产生火花的电压称为击穿电压。影 响击穿电压的因素有:火花塞电极间隙，气缸内混合气的压力 与温度，电极的温度与极性，发动机工作情况等。
下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
发动机起动时击穿火花塞气隙需要19 kV的高电压，汽车行驶 时，发动机在满载低速时击穿火花塞气隙需要8-10 kV的高电 压，发动机正常工作时点火电压一般为15 kV以上。为保证点 火可靠，考虑各种不利因素的影响，通常点火装置设计的能 力为30 kV。
上一页 下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
4.电源 电源由蓄电池和发电机向点火系提供低压直流电，电压一般
为12 V。 5.点火开关 点火开关控制点火系初级电路的通断，同时也控制充电系的
励磁电路、起动电路及由点火开关控制的所有用电设备。 6.点火线圈(又称升压变压器) 点火线圈将12 V低压电升变成20 kV左右的高压电。分电器分
在某些发动机中，按燃油辛烷值不同，在存储器中存放着两 张基本点火提前角的数据表格。驾驶员可根据使用燃油辛烷 值的不同，通过燃油选择开关或插头进行选择。
具有爆震控制功能的电控点火系统中，ECU中还存有专用于 爆震控制点火时间的数据。
上一页 下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
实际点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点 火提前角(或延迟角)。
下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
点火提前角的控制包括两种基本情况。 ①起动期间的点火时间控制:发动机在起动时，在固定的曲轴
转角位置点火，与发动机的工况无关。 ②起动后发动机正常运行期间的点火时间控制:点火时间由进
7.火花塞 火花塞的作用是将高压电引人各个气缸，产生电火花，点燃
混合气。
3.1.2 汽油机电控点火系统的控制原理
发动机工作时，ECU根据接收到的各传感器信号，按存储器 中存储的有关程序和相关数据，确定出该工况下最佳点火提 前角和点火线圈初级电路闭合角(通电时间)，并以此向点火 器发出指令。点火器则根据ECU的指令，控制点火线圈初级 电路的导通和截止。当电路导通时，有电流从点火线圈中的 初级电路通过，点火线圈将点火能量以磁场的形式储存起来。 当初级电路中的电流被切断时，在次级线圈中将产生很高的 感应电动势(15- 20 kV )，按照发动机工作顺序，经分电器或 直接送至气缸的火花塞。点火能量经火花塞瞬间释放，产生 的电火花点燃气缸内混合气，使发动机完成做功过程。
下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
此外，在具有爆燃控制功能的电控点火系统中，ECU还根据 爆燃传感器的输人信号来判断发动机有无爆燃及爆燃的程度， 并对点火提前角进行闭环控制。
3.1.3 点火提前角的控制
发动机在任何负荷和转速下都要求有精确的点火正时及较强 的火花。点火正时精确与否对发动机的性能影响很大。影响 最佳点火提前角的主要因素除发动机负荷和转速外，混合气 浓度、进气温度和发动机水温等几个因素一也有一定的影响。 如果在任何工况下都能保持以最佳点火提前角工作，就能使 发动机的功率、经济性、加速性和废气排放等各项性能指标 达到最优。如图3.2所示，电脑控制点火系统可根据发动机各 种负荷和转速，控制最佳的点火正时，使发动机的输出功率、 经济性、加速性和废气排放等都达到最理想的状态。
下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
2.电控单元 电控单元(又称ECU或电脑)是一种电子综合控制装置，其主
要作用是根据发动机各传感器输人的信息及内存的控制程序， 使发动机得到最佳混合气、最佳点火时间和最稳定的怠速， 从而使发动机的动力性、经济性和排气净化性等处于最佳状 态。电控单元由输人电路、输出电路、A/D转换器、微型计 算机以及电源电路、备用电路等组成。 3.点火器 点火器的作用是根据电控单元的输出信号，控制内部的大功 率三极管的导通与截止，从而控制初级线圈的导通和切断。 有些点火器只有大功率三极管，单纯起开关作用;有些点火器 除开关作用外，还有横流控制、闭合角控制、气缸判别、点 火监视等功能。大功率三极管设置在电控单元内部时，点火 系统内无点火器。
下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
发动机工作时，点火时刻的控制要求以10曲轴转角的指令精 度进行控制。当发动机转速为6 000 r/min时，若将10曲轴转 角换算成时间则大约为30 us,为了进行精确的计时控制，需要 具有能够精确检测曲轴转角的曲轴位置传感器和高速运算的 微机，另外还需要有能够巧妙利用它们的控制方式。
电器将点火线圈产生的高压电，按照发动机各缸工作顺序送 至火花塞。某些计算机控制的发动机已取消了分电器，ECU 接收传感器的信号，向点火器发出点火指令，高压电由点火 线圈直接送给火花塞，有的是一个点火线圈控制两个火花塞， 有的是一个点火线圈控制一个火花塞。
上一页 下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
算机根据传感器输出的曲轴转角、空气流量(或进气歧管绝对
压力)、节气门开度、发动机冷却液温度、空燃比、转速等发
动机工作信息，对点火时间进行精确控制，使发动机性能更
加优越。
电控点火系统大致可分为以下几种。
(1)按点火能量的储存方式分类。
①电感储能式电子点火系(点火系电火花的能量以磁场的形式
储存在点火线圈中)。
气歧管压力（或进气量）
和转速确定
暖机修正量
修正点火提前角 稳定怠速修正量 空燃比反馈控制
过热修正量
爆震修正量
最大提前角/延迟角控制
其他修正量
上一页 下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
在起动期间，发动机转速较低(通常在500 r/min以下)，由于 进气歧管压力信号或进气量信号不稳定，点火时间固定为初 始点火提前角(数值大小随发动机而异)。初始点火提前角由 ECU中的备用IC模块进行设定。在某些发动机中，ECU还需 输人起动信号(STA )。起动期间点火时间控制如图3.3 (a)所 示。此时的控制信号主要是发动机转速信号和起动开关信号。 正常运行时点火时间控制如图3.3 (b)所示。
②电容储能式电子点火系(点火系电火花的能量以电场的形式
储存在点火线圈中)。
(2)按信号发生器的工作原理分类。
①电磁感应式电子点火系。
②霍尔效应式电子点火系。
③光电式电子点火系。
上一页 下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
(3)按高压电的配点方式分类。 ①机械配电点火系，在中低档车应用较多。 ②计算机配电点火系，在中高档车中应用较为广泛。
上一页 下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
在电脑控制点火提前角系统中，电脑根据发动机负荷信号、 转速信号自动控制点火提前角，向点火器发出点火信号，通 过点火器晶体管的导通和截止，使点火线圈的初级电流接通 或断开，从而产生高压火花，并控制点火正时，负荷信号通 过空气流量计或进气压力传感器及节气门位置传感器测得。 转速信号和曲轴位置信号则通过分电器内或曲轴皮带轮附近 的曲轴位置传感器测得。
上一页 下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
发动机在怠速运行期间，由于发动机负荷变化使发动机转速 改变，ECU要调整点火提前角，使发动机在规定的怠速下稳 定运转。当发动机的转速低于规定的怠速转速时，ECU根据 与怠速转速差值的大小相应地增大点火提前角，当发动机转 速高于规定的怠速转速时，推迟点火提前角。怠速稳定修正 信号主要有:
在怠速工况运行时，节气门位置传感器怠速触点闭合，此时， ECU发动机转速和空调开关是否接通确定基本点火提前角。 控制信号主要有:节气门位置信号(IDL)、发动机转速信号 (NE)、空调开关信号(A/C) 。在正常工况运行时，电控点火 系统对点火提前角进行修正。发动机冷车起动后，当发动机 冷却水温度较低时，应增大点火提前角。暖机过程中，随冷 却水温度升高，点火提前角变化。修正曲线的形状与提前角 的大小随车型不同而异。暖机过程中，控制信号主要有:冷却 水温度信号(THW、进气歧管绝对压力(或进气量信号)、节气 门位置信号等。当冷却水温度过高时，为了避免产生爆震， 应将点火提前角推迟。
在正常工况下运转时，节气门位置传感器的怠速触点(IDL) 断开，根据发动机转速信号和进气歧管压力信号(或进气量信 号)，在存储器中查到这一工况下运转时相应的基本点火提前 角，数据表格存储形式如图3.4所示。
下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
在正常工况运行时，控制信号主要有:进气歧管压力信号(或 进气量信号)、发动机转速信号、节气门位置信号、燃油品种 选择开关或插头信号(R-P)、爆震信号KNK等。
节气门开度(IDL)、车速(SPD、发动机转速信号(NE )、空调 信号(A/C)等。
如果发动机实际点火提前角(初始点火提前角+基本点火提前 角+修正点火提前角或延迟角)不合理，发动机很难正常运转， 在初始点火提前角已设定时，受ECU控制的实际点火提前角 则只是基本点火提前角与修正点火提前角之和，该值保持在 某一范围内(最大提前角:35 °-45 °;最小提前角:-10 °-0 °)。
发动机在不同转速和负荷下的最佳点火提前角被预先存储在 电脑的存储器内，在发动机实际运行时，由电脑根据所存储 的点火特性进行点火提前角自动控制。
上一页 下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
具体过程是:电脑先根据负荷和转速信号，从存储器内读出相 应工况下的点火提前角;再根据水温传感器、进气温度传感器、 节气门位置传感器、点火开关、空调开关、自动变速器挡位 开关等测得的发动机其他运转参数，对所选取的点火提前角 进行修正，以保证在任意运转工况下都能获得最佳的点火提 前角;最后，电脑还要根据曲轴位置传感器测得的曲轴位置基 准信号，通过控制点火器，在各缸活塞到达压缩行程上止点 之前，精确地按照这一最佳点火提前角触发火花塞跳火。
气歧管绝对压力信号(或进气量信号)和发动机转速确定的基 本点火提前角和修正量决定。修正项日随发动机而异，并根 据发动机各自的特性曲线进行修正。
上一页 下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
运动期间点
火时间控制
点火正
｛ ｛ ｛ 时控制
一固定点火
提前角 基本点火提前角-由进
启动后点 火提前角 控制
汽车发动机电控技术第3章 汽油机电 控点火系统
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
汽油机电控点火系统根据发动机的不同工况，适时在气缸内 提供足够能量的电火花，使混合气能准时、迅速的燃烧做功。 发动机在任何转速和负荷下都要求有精确的点火正时及较强 的火花，点火正时精确与否对发动机的性能影响很大。为使 点火系统能在发动机各种工况和使用条件下可靠而准确地点 火，对点火系统有下列要求。
为使发动机在不同的转速、负荷工况下，把热能转化成机械 能的过程中输出最大功率，点火系统必须随发动机转速和负 荷的变化及时调整点火提前角，实现最佳点火。
上一页 下一页 返回
3.1 汽油机电控点火系统的组成与控 制原理
日前，国内外汽油机绝大多数采用电控燃油喷射，与之相配
套的汽油机电控点火系统已经成为主流。电控点火系统由计
(2)电火花应具有足够的点火能量。为保证发动机能在较高经 济性和污染物排放量指标的基础上正常工作，电火花应具有 足够的点火能量进行点火，一般六缸发动机的点火顺序为1 5 3 6 2 4，四缸发动机的点火顺序为1 3 4 20