第三章汽车发动机微机控制点火系统.ppt

第3章汽车发动机微机控制点火系统、第1节微机控制点火系统的构成第2节微机控制点火系统的控制过程第3节微机控制点火系统高压的分配方式第4节发动机爆震的控制过程第5节微机控制点火系统的使用和检查、第1节微机控制点火系统的构成第1 传感器和开关信号传感器检测与点火相关的发动机的动作和状况信息，将检测结果输入ECU，计算点火时期并进行控制。 各类汽车采用的传感器类型、数量、结构、安装位置不同，但其作用相同，这些传感器多与燃料喷射系统、怠速控制系统等共用。 凸轮轴位置传感器是决定曲轴基准位置和点火基准的传感器。 该传感器在曲轴旋转到某个特定位置(例如，处于第一汽缸的压缩上止点前的特定角度)时输出脉冲信号，ECU将该脉冲信号作为计算曲轴的位置的基准信号，利用曲轴角度信号计算曲轴所处的特定位置。 返回下一页，第一节微机控制点火系统的结构，(1)爆震传感器的功能发动机爆震是指汽缸内的可燃混合气体在到达火焰前锋之前自燃，压力急剧上升，汽缸振动的现象。 爆震不仅会降低发动机的输出功率，还可能会损坏发动机。 在引擎电子控制系统中，点火正时可以采用闭环控制以有效地抑制引擎中的爆震，动力爆震传感器是引擎爆震传感器eds (引擎爆震传感器)的缩写，并且：表示引擎中的爆震信号的电流传感器因此，爆震传感器是点火提前角闭环控制系统中不可缺少传感器(2)发动机爆震的检测方法发动机爆震的检测方法是三个：之一检测发动机缸体的振动频率下一页，上一页，返回第1节的微机控制点火系统的构成，(3)爆震传感器的分类爆震传感器根据检测方式分为谐振型和非谐振型两种结构，分为磁致伸缩式和压电式。 通用和日产汽车采用磁致伸缩式爆震传感器。 桑塔纳格里、2000GLi、2000GSi、3000型、捷克AT、GTX型等国产轿车一般采用压电爆震传感器。 (4)压电式爆震传感器1 .压电式爆震传感器的结构特征前几天，国内外许多汽车微机在点火系统中采用了非谐振型压电式爆震传感器。 如图312所示，采用于桑塔纳GLi、2000GLi、2000GSi、3000型、捷克AT、GTX型乘用车的压电式爆震传感器的结构主要由套筒基座、压电元件、“惯性锤、塑料壳体和配线插座等构成。 下页，上页，回到第1节微机控制点火系统的构成，2 .压电式爆震传感器的工作原理压电式爆震传感器利用1880年发现的压电效应制作而成。 压电效应是指：水晶、酒石酸盐、食盐、砂糖等结晶薄片受到压力或机械振动而产生电荷的现象。 如果外力作用于晶体，则在晶体的某两面产生电荷(输出电压)的外力被去除后，晶体再次返回不带电的状态，晶体受力的电荷量与外力的大小成正比。 发动机缸体产生振动时，传感器衬套座和惯性配重振动，套筒座和配重的振动作用于压电元件，从压电效应可知，从压电元件的信号输出端输出与振动频率和振动强度相关的交变电压信号。发动机爆震产生的压力冲击波频率为69kHz，振动强度大，因此证实了信号电压高。发动机转速越高，信号电压振幅越大，由下一页、上一页、返回、第一节微机控制点火系统的结构构成，(5)磁致伸缩式爆震传感器1 .磁致伸缩式爆震传感器的结构特征磁致伸缩式爆震传感器是谐振型爆震传感器，结构如图3-5所示伸缩杆为高镍合金制，其一端设置永久磁铁，另一端安装在弹性体上。 传感器线圈卷绕在伸缩杆的周围，线圈两端的引出电极与控制线路连接。 2 .磁致伸缩式爆震传感器的工作原理发动机组振动时，传感器的伸缩杆振动，感应线圈的磁通量发生变化。 根据电磁感应的原理可知，在线圈中感应出交变电动势，即向传感器输出信号电压，输出电压的高低依赖于发动机的振动强度和振动频率，当发动机模块的振动频率成为6、9kHz时，在传感器中产生共振，振动强度最大，线圈中产生的电压最高如图3、6所示，下页、上页、返回、第1节微机控制点火系统的构成，(6)压力检测式爆震传感器直接检测燃烧压力来检测发动机爆震是测定精度最高的测定方法，但传感器的安装困难且耐久性差。 汽车的一种实用方法是间接检测燃烧压力，其中检测燃烧压力的传感器安装在火花塞的垫圈下，如图3-1至3-7所示。 这种传感器也称为垫圈式爆震传感器，奥迪车采用过这种传感器。 上一页，上一页，回到第一节微机控制点火系统的构成，第二，电控单元ECU现代汽车引擎多采用集中控制系统，微机控制点火系统是其子系统。 ECU是燃料喷射控制系统控制的核心，也是点火控制系统控制的核心。 在ECU的只读存储器ROM中，除了监视器和自检等程序之外，还存储着在架台试验中测量的这种发动机的各种情况下的最佳点火提前角。 随机存储器RAM用于存储微机工作时需要暂时存储的数据，例如输入输出数据、单片机运算的结果、故障代码、点火提前角修正数据等，这些数据可以根据需要随时调用或以新的数据改写CPU不断地接收来自上述各种传感器的信号，按照预先制作的程序进行计算和判断之后，向点火控制器发送使点火线圈的一次电路接通和断开的控制信号。 下一页、上一页返回，第一节的微机控制点火系统的结构，第三点火控制器的点火控制器也称作点火电子部件或点火器，微机控制点火系统的功率输出单元，接收ECU输出的点火控制信号进行功率放大而使点火线圈动作。 点火控制器的电路、功能和结构因车型而异，有的与ECU在同一基板上制作，例如北京大提琴键4.0L发动机集中控制系统一部分是独立的组件，如丰田车采用的TCCS系统一样， 用线束和连接器与ECU连接。一些点火控制器与点火线圈一起安装，具有大面积的散热器，例如桑塔纳2000GSi、3000型轿车的点火控制器。 微机控制点火系统中采用的点火线圈、火花塞、配电盘等部件的结构原理与通常的电子点火系统基本相同，因此省略说明。 返回上一页，第2节的微机控制点火系统的过程中，第1、微机控制点火原理的微机控制点火系统的原理如图3、图8所示，曲柄位置传感器CPS向ECU供给发动机转速、曲柄角信号，转速信号用于控制点火时期(点火提前角) 气流传感器AFS和节气门位置传感器TPS向ECU供应用于确定点火提前角的发动机负载信号。 水温信号CTS、进气温度信号IATS、车速信号VSS、空调开关信号A/C、爆震传感器EDS信号等用于校正点火提前角。返回下一页，第二节微机控制点火系统的控制过程，第二、微机决定点火系统的点火提前角1 .初始点火提前角.初始点火提前角也称为固定点火提前角，其值的大小取决于发动机的结构形式，由曲柄位置传感器的初始位置决定，一般为上死点前BTDC6一BTDC12， 在以下情况下，由于发动机转速变化大，空气流量不稳定，进气量传感器输出的流量信号不稳定，不能正确地控制点火提前角，因此将初始点火提前角控制为恒定，其实际的点火提前角与初始点火提前角(1)发动机起动时相等检查初始点火提前角时，下一页、上一页、返回、第2节微机控制点火系统的控制过程，2 .基本点火提前角b基本点火提前角是发动机最主要的点火提前角，是微机设计为控制点火系统时决定的点火提前角。 发动机本身结构复杂，影响点火的因素多，理论推导基本点火提前角的数学模型困难，难以适应发动机的运行状态。 因此，国内外一般采用台架试验方法，利用发动机最佳运行状态下的实验数据确定基本点火提前角。 下一页、上一页、返回、第二节微机控制点火系统的控制过程，3 .修正点火提前角c，使实际的点火提前角适应发动机的运转状况，为了得到良好的动力性、经济性和排放性能，根据相关要素(冷却液温度、进气温度、开关信号等)适当地增大或减少点火提前角修正点火提前角的项目日期有多少，主要有暖机修正和怠速修正(1)暖机修正。 暖机修理是指节气门位置传感器(TPS )的怠速触点IDL关闭，发动机冷却水温度变化时修正点火提前角。 冷却水温度较低时，为了促进发动机的早期暖机而必须增大点火提前角的冷却水温度上升时，点火必须相应地提前减少。 (2)怠速补偿。 怠速校正是为了保证怠速运转的稳定而校正点火提前角的方法。 发动机怠速运转时，负荷会发生变化，因此ECU将怠速转速调整为设定的日标转速。 动力转向开关和空调开关接通，发动机的实际转速低于规定的日标转速时，ECU根据转速的差减小点火提前角，使怠速运转顺畅，防止发动机的怠速停止。 下页、上页、返回、第2节微机控制点火系统的控制过程、第3、微机控制点火系统的控制过程1 .点火提前角的控制，从凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器的结构原理可知，在基于凸轮轴位置传感器的气缸信号的下降沿被输入到ECU时ECU在接收到气缸信号的下降沿时，将输入到曲柄位置传感器CPS的转速以及开始对旋转角度信号进行计数时所获得的信号称为基准信号。ECU受ECU内部电路的控制，并且在曲柄轴每旋转180度时产生基准信号。 曲柄位置传感器最初的凸齿信号在气缸信号的下降沿后7点产生，因此基准信号与第1气缸活塞压缩上止点前BTDC81位置对应，如图3的10(b )所示，下一页、前一页、返回、第2节微机控制点火系统的控制过程，2 .点火导通角的控制点火导通导通角的控制方法是：ECU首先根据电源电压的高低，从预先测试并存储在存储器中的导通时间图中调查导通时间，根据发动机转速决定导通角的大小。 上一页，第三节微机控制点火系统的高压电压分配方式，第一、机械配电方式的机械配电方式是将高压电压分配到分电器盖的相邻电极，通过高压线传送到各汽缸的火花塞的传统配电方式。桑塔纳2000GLi、红旗CA7220E型轿车和切尔诺贝利点火系统采用了这种配电方式。 在机械配电方式中，如果不在下述缺点：(1)分火头与分电器盖的横电极之间确保一定的间隙，则无法进行高电压分配，因此必然损失火花能量的一部分，并且为了抑制作为主要的无线干扰源的(2)无线电的干扰信号， 高压线采用高阻抗电缆，一部分能量也必须消耗(3)火头、分电器盖或高压导线漏电后，高压放电减弱，可能发火或断开，返回下一页，第3节微机控制点火系统的高压电压分配方式，(4) 曲柄位置传感器转子由分电器轴驱动，旋转机构的机械磨损影响点火时期的控制精度(5)电气设备的设置场所和占有空间给发动机的结构配置和汽车的外形设计带来一定困难，二是指在点火控制器的控制下，点火线圈的高电压以一定的点火顺序直接施加到火花塞上的直接点火方式采用电子配电方式分配高压电力的点火系统称为无分电器点火系统DIS，由于机械配电方式存在上述缺点，越来越多的汽车采用电子配电方式控制点火。 常用电子配电方式分为2气缸同时点火和各气缸单独点火2种配电方式。 下一页，上一页，回到第三节微机控制点火系统的高压分配方式，(1)控制双气缸同时点火的双气缸同时点火是指每次点火线圈产生高压时，同时点火双气缸的火花塞。 在二次绕组产生的高电压是对直接施加于2个汽缸(4汽缸发动机的1、4汽缸或2、3汽缸)的6汽缸发动机的1、6汽缸、2、5汽缸或3、4汽缸)的火花塞电极点火的2汽缸同时点火的情况下，一个汽缸在压缩行程末期有效点火，另一个汽缸在排气行程末期， 缸内温度高、压力低、火花塞电极间隙破坏电压低、对有效火花塞的破坏电压和火花放电能量的影响小，是无效点火. 曲轴旋转一圈，两气缸的行程正好相反。 双汽缸同时点火的情况下，高电压的分配方式分为二极管分配和点火线圈分配两种形式，下页、前页、返回、第3节微机控制点火系统高电压分配方式、1 .二极管分配式双汽缸同时点火的控制二极管分配高电压的双汽缸同时点火电路原理如图3所示。 2 .点火线圈分配式2气缸同时点火的控制用点火线圈直接分配高压的同时点火电路的原理如图3-14所示。 3 .高压二极管的作用是向点火线圈的一部分分配高压的同时点火系统，在点火线圈的二次电路上连接高压二极管，如图3的15所示，该高压二极管：向火花塞电极施加二次绕组的一次电流接通时产生的电压(约1000V )而误点火下页，前页，返回，第3节微机控制点火系统的高压电压分配方式，(2)各气缸采用单独点火方式时，各气缸带有点火线圈，安装在火花塞的上方。 点火控制器中设置有与点火线圈相同数日的大功率晶体管，控制各线圈的次级绕组电流的导通和截止，其动作原理与同时点火方式相同。 单独点火的优点是省略高压线，进一步减少点火能量损失，并且所有高压部件均可安装在发动机气缸盖的金属屏蔽件上，可大幅降低点火系统的干扰。 上一页，回到第四节发动机爆震的控制过程，第一、发动机爆震控制系统的构成理论和实践证明：强烈爆震会严重恶化发动机的动力性和经济性，发动机有爆震临界点或轻微爆震时，发动机的热效率最高，动力性和路径因此，点火提前闭环控制系统可以有效地控制点火提前角，使发动机进入爆震的临界状态。如图3中的16所示，带有发动机爆震控制EDC (发动机爆震控制)的点火提前闭环控制系统包括传感器、带通滤波器、信号放大器、整形滤波器、比较基准电压发生器、积分器、提前控制器、点火控制器等返回下一页，第4节的发动机爆震的控制过程、第2、发动机爆震