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汽车电子控制点火系统


目前汽车上所采用的点火系统大多数为电感储能的点火系统,早期汽车上使用的传统蓄 电池点火系统即为典型的电感储能点火系统,由于电子技术的不断发展,现在汽车上的点火 系统已为电子点火系统或微机控制点火系统所取代,但不管是传统点火系还是电子点火系, 其点火的基本原理是相同的. 下面首先介绍一下 传统的蓄电池点火系的工作情况. 传统点火系统的组成如图 5-20 所示,它主要由蓄电池,点火开

关,点火线圈和火花塞 等组成.蓄电池供给点火系统所需要的电能.点火开关接通或断开点火系统电源.点火线圈 存储点火能量,并将蓄电池电压转变为点火高压.分电器由断电器和点火提前机构等部分组 成.断电器的作用是接通或切断点火线圈初级回路;配电器的作用是将点火线圈产生的点火 高压,按照发动机的工作顺序输送给各缸火花塞;点火提前机构的作用是随发动机转速,负 荷和汽油辛烷值变化调节点火提前角.火花塞将点火高压引入气缸燃烧室,并在电极间产生 电火花,点燃混合气. 图 5-20 传统点火系统的组成及安装位置 传统点火系统的基本工作原理如图 5-21 所示.当点火开关接通,发动机运转时,分电 器轴和断电器凸轮在发动机凸轮轴的驱动下旋转,使断电器触点交替地闭合和打开.在触点 闭合时,点火线圈的初级绕组形成回路,产生初级电流 i1 ,初级电流所流过的电路称为低 压电路.低压电路的路径是:蓄电池正极→电流表→点火开关→点火线圈"+开关"接线柱 →附加电阻 R f →点火线圈"开关"接线柱→点火线圈初级绕组 W1 →点火线圈"—"接线 柱→断电器触点 K →搭铁→蓄电池负极. 初级电流在初级绕组 W1 中逐渐增大至某一值并建 立较强的磁场.当触点打开时,初级电路被切断,初级电流及磁场迅速消失,由电磁感应定 律 e=d φ /dt =- Ldi/dt 可知 , 在两个绕组中都感应出电动势. 由于初级电流迅速消失, 变化率 di/dt 很大,在初级绕组中,可感应出 200 ~ 300V 的自感电动势 U1 .由变压器 原理可知: U2/U1 = W2/W1 ,次级电压 U2=U1W2/W1 .由于次级绕组 W2 的匝数多,因而 在次级绕组内就感应出 15 ~ 20KV 的互感电动势 U2 , U2 称为次级点火高压, U2 通过 高压线输送给火花塞.击穿火花塞的电极间隙产生火花,点燃混合气.从点火线圈到火花塞 的电路称为高压电路,高压电路的路径是:次级绕组 W2 →附加电阻→"+开关"接线柱→ 点火开关→电流表→蓄电池→搭铁→火花塞侧电极→中心电极→配电器(旁电极,分火头) →次级绕组 W2 ( i2 用虚线表示) . 图 5-21 传统点火系统基本工作原理电路 与触点并联的电容器 C 的作用是减少触点烧蚀,延长触点寿命,并提高次级电压.当触 点打开时,初级绕组中产生的自感电动势向电容器迅速充电,开始充电时,电容器两端电压 为零,随着充电低压的不断提高,触点间隙逐渐增大,在触点间已不易形成电火花.同时触 点打开后, 初级绕组和电容器形成一个衰减振荡回路, 使初级电流迅速切断, 加速磁场消失, 有利于次级低压的提高. 传统点火系虽然在汽车上应用的历史悠久,但由于传统点火系本身存在的固有的缺点, 使其性能满足不了现代发动机对点火系统的要求,所以目前正处于淘汰的阶段,取而代之的 是各种类型的电子点火系统.电子点火系统在发动机高速时的点火性能,点火能量方面有了 很大的改善,提高了起动时的点火性能,同时还使无线电干扰减小.达到或基本达到了现代 发动机对点火系统的要求. 电子控制点火系统由传感器及其接口,微机,执行机构等几部分构成.该装置可根据传 感器送来的发动机各种参数进行运算, 判断, 然后进行点火时刻的调节, 这样可以节约燃料,

减少空气污染.一般认为,发动机电子控制装置的节能效果在 15% 以上,而效果更明显的则 是在环境保护方面.此外,新型发动机电子控制装置还有自适应控制,智能控制及自诊断操 作等. 电子控制点火系统的组成和工作原理 ??电子控制点火系统主要由监测发动机运行状态的传感器, 处理信号, 发出指令的 ECU 和响 应指令的点火器以及点火线圈等组成.点火提前角控制系统的组成如图 5-22 所示. 图 5-22 点火提前角控制系统的组成 系统各组成部分及其功用如表 5-1 所示. 点火提前角控制系统的组成 如图 5-23 所示,由点火开关 AM 2 端子提供的电源同时进入点火器的" +B "接柱和 点火线圈的 + " " 端子, 向点火器和点火线圈的初级线圈通电, 该电流从点火线圈的 - " " 端子流出,由点火器的" C- "接柱流入点火器搭铁,从而形成初级电流.而后 ECU 根据转 速信号( Ne )和曲轴位置信号( G 1 , G 2 ) ,进气歧管真空度(或进气流量)信号以及 起动开关信号等计算最佳点火提前角,通过" IGT "端向点火器输出点火正时信号,控制点 火器" C- "搭铁切断的时刻,与此同时,在点火线圈的次级线圈产生很高的感应电动势, 经分电器送至工作汽缸的火花塞,点火能量被瞬间释放,并迅速点燃汽缸内的混合气,发动 机完成做功过程. 点火器的 IGF " ECU 反馈点火确认信号, ECU 接受不到该信号时, " 向 当 便切断燃油喷射,使发动机熄火. 图 5-23 点火控制电路 点火控制 在电子控制的点火系统中,电控单元( ECU )不仅可以产生一个点火信号,而且还可以 对点火信号的位置(决定点火时刻)和形状(决定初级回路闭合角的大小)进行控制.在发 动机控制系统中,点火控制包括点火提前控制,通电时间(闭合角)控制和防爆震控制三个 方面. 点火提前角的控制—— ECU 根据汽油机的各种工况信号对点火时刻进行控制. 首先根据 发动机的转速和进气压力信号从存储器存的数据中找到相应的基本点火提前角,然后根据有 关传感器信号值加以修正,得出实际的点火提前角.实际点火提前角由三部分组成:初始点 火提前角,基本点火提前角和修正点火提前角.点火提前角的修正:暖机修正,过热修正, 空燃比反馈修正,怠速稳定性的修正. 闭合角的控制——点火线圈的通电时间就是它以建立磁场的形式蓄积点火能量的时间, 这段时间所对应的曲轴转角叫做闭合角. 通电时间控制的原则是在不影响火花放电的前提下, 保证点火线圈有足够的时间蓄积能量而又不会造成过热损失和破坏. 爆震控制——当发生剧烈爆震时,发动机各部分温度上升,使输出功率下降,严重时还 会引起活塞烧结,活塞环粘着,轴承破坏和气门烧蚀等.推迟点火可以减轻甚至避免爆震, 保震控制的目的就是根据爆震传感器的信号调整点火时刻使汽油发动机工作在临界爆震状态. 无分电器的电子点火控制系统 无分电器的电子点火控制系统又称为直接点火系统,它取消了传统点火系或普通电子点 火系中的分电器总成,直接将点火线圈次级绕组的两端与火花塞相连,即把点火线圈产生的 高压电直接送给火花塞进行点火. 无分电器的电子点火控制系统具有以下优点:由于废除分电器,节省空间;由于没有配 电器, 不存在分火头与分电器旁电极间产生火花, 因此有效的降低点火系统对无线电的干扰;

点火系为全电子电路,无机械零件,无机械故障. 无分电器的电子点火控制系统可分为单独点火的配电方式,双缸同时点火的配电方式及 二极管配电点火方式三种类型,如图 5-24 所示. 图 5-24 配电方式 单独点火配电方式可将点火线圈直接安装在火花塞的顶上,这样不仅取消了分电器,也 同时取消了高压线,故分火性能较好,相比而言,其结构与点火控制电路最为复杂. 双缸同时点火配电方式因两个火花塞共用一个点火线圈且同时点火,故这种方式只能用 在缸数为双数的发动机上,与单独点火配电方式相比,其结构与点火控制电路相对简单,但 保留了点火线圈与火花塞之间的高压线,能量损失略大.串联在高压回路的二极管,可以用 来防止点火线圈在初级绕组导通瞬间所产生的次级电压(约 1000-2000V )加在火花塞上后 发生的误点火而消耗点火能量.目前这种点火方式应用的较多.双缸同时点火要求共用一个 点火线圈的两个汽缸工作相位差 360 °曲轴转角, 点火时同时点火的两个汽缸汽缸处于排气 行程的汽缸由于缸内气体压力较小,且缸内混合气又处于后燃期,易产生火花,这样放电能 量损失小,而大部分点火高压和点火能量被加在压缩行程的火花塞上,故处于压缩行程的火 花塞的跳火情况与单独点火的火花塞跳火情况基本相同. 二极管配电点火方式的特点是四个汽缸共用一个点火线圈,该点火线圈为内装双初级绕 组, 双输出次级绕组的特制点火线圈, 切利用四个二极管的单向导电性交替完成对 1 , 4 缸 和 2 , 3 缸配电过程.这种点火配电方式与双缸同时点火配电方式相比有相同的特性,但 对点火线圈要求较高.

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