3. 汽油机微机控制点火系统

拓展：三极管
2、二极管
【特点】晶体二极管为一个由P型半导体和N型半导体形成的PN结。二极 管最大的特性就是单向导电，也就是说电流只可以从二极管的P极流向N 极。
拓展：三极管
3、三极管—以NPN型硅管为例
【理论原理】对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块
P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结，而 集电区与基区形成的PN结称为集电结，三条引线分别称为发射极e （Emitter）、基极b (Base)和集电极c (Collector)。 当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而c点 电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要 高于基极电源Eb。 在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的 ，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接 通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区 的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因 前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流， 这股电子流称为发射极电流子。 由于基区很薄，加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集 电结进入集电区而形成集电极电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电 子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新 补给，从而形成了基极电流Ib。根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic 。 这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个 较大的Ic，这就是所谓电流放大作用。
3.1 概述
3.1.1 微机控制点火系统的特点 1）能在各种转速范围内提供所需的点火电压和点火持续时 间。 2）由ECU根据各有关传感器的电信号确定最佳点火时间并 进行实时调整，能在不同负荷和转速条件下提供最佳点火 提前角。 3）能把点火提前角控制到汽油机爆震的临界状态。 4）微机控制点火系统可与其他电子控制系统实现协调控制 ，提高了发动机的动力性、经济性、净化性。 5）结构紧凑、可靠性高、成本低、耗电少、不需要冷却、 响应性好等。
3.1 概述
3.1.2 微机控制点火系统的分类
1、按有无分电器分 有分电器：只有一个点火线圈 无分电器：有与气缸同等数量或是气缸数量1/2的点火线圈
2、按点火方式分：只针对无分电器微机控制点火系统 同时点火方式：点火线圈分配同时点火和二极管分配同时点火 独立点火方式
3.1 概述
同时点火方式 1）点火线圈分配同时点火
电喷发动机技术
汽车工程学院
上节回顾
汽油机电子燃油喷射系统 汽油机电控燃油喷射系统 喷油时序
曲轴位置传感器的Ne信号
喷 油ห้องสมุดไป่ตู้器
喷油量
空燃比传感器 曲轴位置传感器的G信号 车速传感器
喷油量的控制
空 燃 比 的 精 确 控 制
拓展：三极管
1、PN结
【PN结的形成】如果把一块本征半导体（比如硅）的两边掺入不同的元素，
3.2 微机控制点火系统的工作原理及控制
3.2.1 微机控制点火系统的组成及工作原理
1）传感器：检测发动机的运行工况。 2）电子控制单元：根据各传感器的输入信号，按照控制程序控制点火 线圈的闭合时间和断开时刻，实现闭合角和点火提前角的控制。 3）点火器：根据电子控制单元输出信号，通过内部的大功率三极管的 导通和截止，控制点火线圈初级电流的通断，完成点火工作。
【控制方法】一般将点火时刻固定在设定的初始点火提前角（10°左 右）。 初始点火提前角的数值存储在发 动机ECU中，它在点火正时检查 调整时输出，与其他参数无关。 初始点火提前角的检查（丰田车 ）：短接数据连接器（DLC）中 的TE1和E1 端子，用点火正时灯 观察。
3.2 微机控制点火系统的工作原理及控制
第3章 汽油机微机控制点火系统
3.1 概述 3.2 微机控制点火系统的工作原理及控制 3.3 微机控制点火的应用实例 3.4 微机控制点火系统的检测
第3章 汽油微机控制点火系统
【知识目标】：
1）了解微机控制点火系统的特点和分类； 2）掌握微机控制点火系统的组成及工作原理； 3）掌握微机控制点火系统的控制； 4）熟悉微机控制点火系统的应用实例。
3.2 微机控制点火系统的工作原理及控制
3.2.1 微机控制点火系统的组成及工作原理
【组成】传感器、电子控制单元（ECU）、执行器（点火器、点火线圈、 火花塞） 【工作原理】发动机工作时， ECU根据传感器信号（G、Ne 等信号），确定出最佳点火提 前角和通电时间，并以此向点 火器发出指令（IGt、IGd信号 ）。点火器根据指令，控制点 火线圈初级电路的导通和截止 。当初级电路被切断时，次级 线圈中感应出高压，经分电器 或直接送至工作气缸的火花塞 ，控制火花塞的点火。 微机控制点火系统的组成
3.1 概述
同时点火方式 2）二极管分配同时点火
+12V
3.1 概述
独立点火方式
3.1 概述
3.1.2 微机控制点火系统的分类
3、按是否有反馈控制分
开环控制方式 闭环控制方式：微机控制点火系统中设有爆燃传感器
目前的微机控制系统大都采用的是在开环控制方式的基础上再配以闭 环控制方式的混合控制方式。 【原因】发动机负荷很小时，发生爆燃的可能性为零，在此负荷范围 内采用开环控制模式；而发动机负荷超过一定值时，微机控制点火系 统自动转入闭环控制模式。 发动机工作时，ECU根据节气门位置传感器信号判断发动机负荷 大小，从而决定点火系统采用闭环控制还是开环控制。
2）控制点火提前角的基本方法 （b）起动后发动机正常运转期间点火提前角的控制 【控制方法】ECU根据发动机的转速和进气量，确定基本点火提前角， 并根据其他信号修正，以确定实际的点火提前角，并向电子点火控制 器输出点火信号。 基本点火提前角控制方法又分为两种： （1）怠速工况（怠速触点IDL闭合）： ECU根据节气门位置传感器怠速触点信号 （IDL信号）、发动机转速传感器信号 （Ne信号）和空调开关信号（A/C信号） 确定基本点火提前角。 （2）非怠速工况（怠速触点IDL断开）： ECU根据发动机的转速和负荷（单位转数 的进气量或基本喷油量）确定基本点火提 前角。 怠速工况基本点火提前角的确定
3.2 微机控制点火系统的工作原理及控制
2）控制点火提前角的基本方法 （b）起动后发动机正常运转期间点火提前角的控制 【控制方法】ECU根据发动机的转速和进气量，确定基本点火提前角， 并根据其他信号修正，以确定实际的点火提前角，并向电子点火控制 器输出点火信号。 具体的实际点火提前角的控制方法因车型而异，如在丰田车系 TCCS系统中： 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
使一边为P型（掺硼，空穴型），另一边为N型（掺磷，电子型），则在两部分 的接触面就会形成一个特殊的薄层，称为PN结。PN结是构成二极管、三极管及 可控硅等许多半导体器件的基础。 由于P型区和N型区两边的载流子性质及浓度均不相同，P型区的空穴浓度大 ，而N型区的电子浓度大，于是在交界面处产生了扩散运动。P型区的空穴向N型 区扩散，因失去空穴而带负电；而N型区的电子向P型区扩散，因失去电子而带 正电，这样在P区和N区的交界处形成了一个电场（称为内电场）。 PN结内电场的方向由N区指向P区，在内电场的作用下，电子将从P区向N 区作漂移运动，空穴则从N区向P区作漂移运动。经过一段时间后，扩散运动与 漂移运动达到一种相对平衡状态，在交界处形成了一定厚度的空间电荷区叫做 PN结，也叫阻挡层，势垒。
基本点火提前角三维脉谱图
3.2 微机控制点火系统的工作原理及控制
2）控制点火提前角的基本方法
点火提前角控制可分为起动时点火提前角的控制和起动后发动机正常运 转期间点火提前角的控制。
（a）起动时点火提前角的控制 【区分原因】发动机在起动过程中，转速较低，进气管绝对压力传感 器信号或空气流量计信号不稳定，ECU无法正确计算点火提前角。
3.2 微机控制点火系统的工作原理及控制
3.2.2 微机控制点火系统的控制
主要包括：点火提前角控制、通电时间控制以及爆燃控制
1、点火提前角控制（ESA）
1）点火提前角对发动机性能的影响 对应于发动机每一工况都存在一个最佳 点火提前角。 适当的点火提前角，可使发动机每循环 所做的机械功最多（ 曲线阴影部分） 点火提前角过大，发动机功率下降， 油耗增加，易爆燃； 点火提前角过小，发动机功率下降， 油耗增加，排气温度升高，易引起发动 机过热。
3.2 微机控制点火系统的工作原理及控制
1、点火提前角控制（ESA）
2）控制点火提前角的基本方法
第一步：ECU根据发动机的转速信 号和发动机的负荷信号，从存储器 中读取基本点火提前角三维脉谱图， 获得对应的基本点火提前角。 第二步：根据冷却液温度传感器、 进气温度传感器、节气门位置传感 器等输入信号，对基本点火提前角 进行修正。 第三步：修正后的基本点火提前角 再加上固定的初始点火提前角得到 实际的点火提前角。
足够能量
闭合角（通电时间） 控制
闭合角是分电器中断电器触 点闭合期间（即点火线圈初 级线圈电流接通期间）分电 器驱动轴（凸轮轴）转过的 角度，也称作初级线圈通电 时间。
3.1 概述
微机控制点火系统：即电控点火系统
【闭合角的特点】： 当分电器中断电器的结构一定时（和发动机汽缸数有关），触点的 闭合角数值也是一定的。但发动机转速的变化时，分电器驱动轴的转速 也会发生变化（分电器的驱动轴是由发动机的凸轮轴驱动的），即分电 器驱动轴的转速（角速度）也发生变化，而闭合角值是一定的，所以触 点闭合时间就发生变化（即通电时间发生变化）。 现代发动机点火系统之中已经没有了触点，也就没有了触点闭合角 。现代发动机点火系统中常用电脑来控制初级线圈的通电时间，也就是 相当于原来的闭合角。故现在人们仍沿用闭合角控制这个概念（即通电 时间控制）。 在发动机转速上升和蓄电池电压下降时，延长初级线圈的通电时间 ，即相当于闭合角加大，防止初级线圈储能下降，确保点火能量（电压 ×电流×持续时间）。