发动机电控技术电子课件第四章

汽车发动机电子控制技术图形教程电子课件第四章黄飞智，黄丽京编辑机械产业出版社2013年2月，第四章发动机电子控制点火技术学习目标：1。确定电控点火系统的配置和功能。了解点火提前角对发动机性能的影响。掌握计算机控制点火系统的原理和控制过程。4.熟悉计算机控制点火系统高压配电方法的结构原理。5.掌握发动机爆燃配置、控制原理及爆燃传感器检测方法。一节发动机电子点火技术概述1，点火系统的功能和点火系统的基本要求1。点火系统的功能点火系统的功能是将发动机电源“12V14V的低压电”转换为火花塞“12KV30KV高压电”，并根据发动机气缸的工作顺序，在每个气缸压缩调度结束时及时点火混合物。2 .点火系统的基本要求点火系统的三个基本要求是1)产生足够的高电压以破坏火花塞电极间隙：一般为12KV以上，启动时为19KV以上，30KV设计值。(2)电火花必须具有足够的点火能量。一般应为50 80mj，启动时需要约100MJ。3)点火时刻必须适合发动机运行条件：点火瞬间(以点火提前角表示)必须按照发动机运行顺序工作；最好的点火时刻是引擎在各种条件下释放的功率最大、燃油最小、污水最小。其次，汽油发动机点火系统开发阶段汽油发动机点火系统开发过程围绕解决点火系统的三大矛盾进行(一次回路切断方式；最佳点火时间控制；二次高压电气分配方式)展开，可以分为四个阶段。即以磁电机为电源的点火系统；用机械触点控制一次回路的启动电池点火装置。晶体管控制一次回路切断电子点火系统；计算机控制点火系统。图4-1中显示了第一代电子点火系统：1。第二代电子点火系统第二代非接触电子点火系统的配置和工作原理如图4-2和图4-3所示。图4-2第二代非接触电子点火系统配置图4-3第二代电子点火系统的原理，2。第三代电子点火系统图4-4说明了第三代电子点火系统的工作原理。在任何情况下，为发动机提供最佳点火提前状态，并提供电源时间控制、点火提前控制和爆燃控制功能。图4-4第三代电子点火系统的原理，3，点火系统的分类点火系统的分类方法和分类系统如图4-5所示：图4-5点火系统的分类方法和分类系统，3，点火系统的分类点火系统的分类方法和分类系统如图4-5所示：图4-5点火系统的分类方法和分类系统微机控制直接点火系统的配置1)计算机控制直接点火系统(MCI)的基本配置如图4-6所示。图4-6计算机控制直接点火系统的基本组件，2)计算机控制点火系统的关键组件ECU的基本配置如图4-7所示。图4-7电子控制单元ECU的基本组件，3)计算机控制点火系统各组件的功能如图4-1所示。表4-1微机控制点火系统组件的功能，2 .由于没有直接点火系统(无分电器)优点1)分电器，分支与侧电极之间的跳跃火灾问题不存在，同时高压导线减少。特别是单独点火系统没有安装高压导线，能量损失减少，无线电干扰减少。2)由于废除了分配器，节省了安装空间。特别是单独点火系统，在双凸轮轴之间安装点火线圈，充分利用有限空间，对轿车发动机舱的合理布置具有特别重要的意义。3)单个点火系统使用与空气气缸数相同的特殊点火线圈，由于充电时间常数小，初级电流迅速上升(即充电时间短)，因此即使在引擎速度高达9000r/min的速度下，该点火线圈也能提供足够的点火能量和高电压。4)将机械点火装置替换为电子线路点火装置ESA，引擎可以在各种速度和负载类型下获得最佳点火提前角。小负载下可以提供更大的点火提前角。在发动机全速度范围内，可以提供点燃火花塞稀混合物所需的能量，严格控制爆燃。第二节计算机控制点火系统控制过程1，计算机控制点火系统点火提前角确定1。点火提前角的作用和最佳点火提前角可燃混合机的燃烧需要一定的过程和时间。也就是说，在进入经过诱导期的明显燃烧室之前，必须经过。一般混合物在气缸内燃烧时的最高压力(与引擎的最大功率相反)出现在上司点之后约10处，如图4-8所示。因此，点火时间不能在压缩停止点正确选择，必须提前。点火提前角的大小对发动机的功率、燃料消耗、爆燃、排放污染等有很大影响。发动机的动力性、经济性、排放都达到最佳值的点火提前角称为最佳点火提前角。图4-8点火提前角曲线4-9速度和点火提前角，图4-8点火提前角曲线4-9速度和点火提前角，2。影响点火提前角的主要因素(1)发动机速度对点火提前角的影响发动机速度对点火提前角的影响图4-9所示。(2)进气歧管绝对压力对点火提前角的影响进气歧管绝对压力对点火提前角的影响如图4-10所示。图4-10歧管压力和点火提前角最佳点火提前角可以根据工作条件而变化。在大负荷下，最佳点火提前角是为了提高动力性，增加输出扭矩。部分负载时，最佳点火提前角是为了减少燃料消耗和有害气体排放；空转时的最佳点火提前角是为了减少有害气体排放，稳定空转操作。(3)辛烷值对点火提前角的影响汽油的辛烷值越高，防爆性越好，点火提前角可以相应增加；相反，点火提前角相应减少。使用EFI的汽车产品一般在无铅汽油位置设置开关，实际使用时可以根据不同汽油品种进行调整。电子控制式普通点火系统是根据汽油品种人工调整家电(辛烷值)初始位置的。3.点火提前角的配置计算机控制点火系统的点火提前角由初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角三部分组成(见图4-11)。图4-11微点火提前角校正，4 .点火提前角确定方法(1)初始点火提前角，也称为固定点火提前角，其大小取决于曲轴位置传感器的初始位置，通常设置为上方向点前(BTDC)10左右。桑塔纳2000GLi轿车是BTDC8。初始点火提前角适用于以下情况：1)发动机启动时；2)速度低于400r/min时；3)确认初始点火提前角时。(2)基本点火提前角基本点火提前角是发动机的主要点火提前角，是设计计算机控制点火系统时确定的点火提前角。台架测试方法在国内外普遍采用，包括利用发动机最佳运行条件下的测试数据确定基本点火提前角。图4-12以转速和负载为变量的三维点火特性脉冲图，(3)为了点火提前角修正良好的动力性、经济性和排放，还应根据发动机进气温度、冷却液温度和各种开关信号等相关因素相应地修改点火提前角。其中主要是加热器修正和怠速修正。1)加热器校准：热维修是指在节气门传感器(TPS)上的空闲触点IDL关闭或发动机冷却液温度发生变化的情况下更正点火提前角。也就是说，水温低的时候，要提高点火提前角，以便尽快加热。水温升高，点火提前角必须立即减少。2)怠速修正：修正点火提前角，以确保怠速稳定性。在空转过程中，由于功率转向开关或空调开关连接等负载变化，引擎速度低于指定的目标速度时，ECU根据速度差异减少点火提前角，从而防止空转速度平稳、突然启动。(4)实际点火提前角确定原理和方法，第二，计算机控制点火系统工作原理计算机控制点火系统控制原理图4-13参考：曲轴位置传感器CPS向用于确定点火提前角和点火时间的ECU提供发动机速度和转角信号。空气流量计AFS和节流位置传感器TPS向ECU提供引擎的负载信号，以确定点火提前角。其余传感器的信号用于确定点火提前角的修正量。CPU通过上述传感器将各种操作条件信息收集到随机内存RAM中。图4-13微机控制点火系统控制原理，图4-13微机控制点火系统控制原理，上述控制程序表示发动机正常状态下点火瞬间的控制过程。引擎的其他操作条件(例如启动、空闲速度、出租车等)由CPU预设的相应控制程序控制。例4-1天津威池汽车计算机控制点火系统天津威池汽车计算机控制点火系统图4-14。ECU根据凸轮位置传感器信号参考发动机速度、负载、进气温度、水温等多个参数确定何时连接Tr1，并将点火信号(IGT)“1”输出为点火装置，点火控制器的控制原理如图4-14所示。图4-14天津威池汽车计算机控制点火系统，图4-14天津威池汽车计算机控制点火系统，第三，以计算机控制点火系统控制过程为例，体现了这一控制过程。桑塔纳2000GSi，3000轿车发动机点火提前角的实际控制过程1。基本原始参数和变换1)曲轴速度2000r/min的最佳点火提前角为上止点之前的BTDC30；2)引擎的“柱面信号”:BTDC88在第一个“柱面”压缩顶部停止点之前生成。3) ECU内部晶体的振动频率为f=6MHz(周期t=1/f=0.00016 ms)。4)凸轮轴位置传感器上的凸轮和小齿槽信号均表示3曲轴拐角，该拐角的相应时间为：=0.25ms时，1曲轴拐角处的相应时间为：=/3=0.25/3=0.083ms5)曲轴旋转1时相应ECU内部晶体的振动数(即时钟脉冲信号数)n如下：N=/T=0.0083ms/0.00016ms=518.75(次要/每个曲轴拐角)，也就是说，如果曲轴转动1，那么晶体就等于生成了518.75 2。点火提前角和闭合角控制过程(1)点火提前角控制点火提前角控制过程如图4-15(1)所示。图4-15(1)点火提前角和传导角度控制过程a)CIS信号；b)基准信号；C)CIS分频信号；d)点火驱动信号，图4-15(1)点火提前角和传导角度控制过程a)CIS信号；b)基准信号；C)CIS分频信号；d)点火驱动信号，图4-15(2)点火提前角和传导角度控制过程a)CIS信号；b)基准信号；C)CIS分频信号；d)点火驱动信号，图4-15(2)点火提前角和传导角度控制过程a)CIS信号；b)基准信号；C)CIS分频信号；d)点火驱动信号，(2)点火闭合角度的点火闭合角度控制方法如图4-15(2)所示。1)点火闭合角度:点火线圈第一电路的功率晶体管传导过程中发动机曲轴转动的角度，也称为传导角度。影响一次绕组通过电流大小的主要因素是电池电压和发动机速度。2)点火切断角度的控制方法：图4-16旋转速度和电池电压为变量的三维传导角度特性脉冲图在本例中具体计算。如果桑塔纳轿车的电源电压为14V，ECU查找通过时间为7.5毫秒，如果引擎速度为2000r/min，则闭合角度为： =7.5=90。也就是说，电源管必须保证从导槽到切口的90曲轴角度。第三节微机控制点火系统高压配电方法1、机械配电方法机械配电方法是传统的配电方法，通过分电器头将高压电力分配到分电器盖旁电极，通过高压线路传送到每个缸火花塞。由于有以下弊病，机器配电方式被淘汰了。1)要分配高压电，分火头和分电罩旁电极应保持一定的间距。这造成了一些能量损失，也是主要的无线电干扰源。(2)高阻抗电缆用于抑制无线电的信号干扰，这可能会消耗部分能量。3)分布器头部、分布器盖或高压引线泄漏时，影响高压电火花减弱、缺火或防火堵塞。4)通过分配器轴驱动曲轴位置传感器转子，机械磨损可能影响点火时间控制精度。5)家电安装位置和占用空间也给发动机结构布置或汽车外形设计带来了困难。第二，电子流通方式电子流通方式在点火线圈的控制下，点火线圈的高压电按一定的点火顺序直接附加到点火插头的直接点火方式称为无电点火系统DIS(或DLI)。直接点火系统的点火方式可以分为组点火(双缸同时点火)系统和各缸独立点火系统两种类型。高压电子配电方法的类型如图4-17所示。图4-17高压电子分配方法类型，1 .组点火方法(双缸同时点火方法)组点火原理图4-18。分组点火方式分为二极管分配和点火线圈分配。图4-18分组点火原理(1)二极管分配二极管分配高压同时点火电路原理图4-19。图4-19二极管分布高压同时点火电路图，图4-19二极管分布高压同时点火电路图，图4-20福特制造的双输出点火线圈，图4-20显示了美国福特使用的特殊双输出点火线圈的内部结构。(2)点火线圈分布在使用点火线圈(如桑塔纳2000GSi，3000，切达AT，GTX，奥迪Audi200，王冠等)直接分配高压的同时，点火方法更为广泛。图4-21由桑塔纳GSi计算机控制点火系统组成。图4-21桑塔纳GSi轿车计算机控制点火系统，1)高压二极管的作用：高压二极管如图4-22和图4-23所示。图4-22第一绕组产生的反电动势图4-23高压二极管的作用，图4-24点火线圈分配高压同时点火电路的示意图，2)工作原理：点火线圈分配高压同时点火电路的原理图4-24所示。图4-25电磁凸轮位置传感器，a)侧视图b)俯视图，例4-3丰田crown car DLI组点火控制系统的结构原理(1)电磁凸轮位置传感器结构原理电磁凸轮位置传感器结构如图4-25所示。(2)DLI组点火控制系统的配置丰田皇冠车DLI组点火控制系统的配置如图4-26:图4-26冠轿车DLI组点火控制系统的配置，(2)DLI组点火控制系统的配置丰田皇冠车DLI组点火控制系统的配置图4-26:图4-26冠轿车Ne信号转子共有24个齿，每个齿检测凸轮的15个角，每个Ne信号生成一个点火信号。图4-27所示的三种信号关系。图4-27G1、G2、Ne三种信号关系，(4)点火器的工作原理点火器的基本功能是接收来自ECU的IGt、IGDA、IGDB信号，然后依次驱动每个点火线圈的第一绕组的连接和切断功能，从而在计算机控制下实现点火。工作原理如图4-28所示。图4-28点火器的工作电路，(4)点火器的工作原理点火器的基本功能是接收来自ECU的IGt