汽车电子控制技术第四章-汽油机点火控制

第四章汽油发动机的点火控制，本章中，对电子控制点火系统的构成和点火提前角和关闭角进行分类的控制发动机的爆震控制的典型电子控制点火系统，汽车点火系统的功能，在发动机的各种情况和使用条件下，在汽缸内适时、准确、可靠地产生火花，点火可燃混合气汽油发动机实现功能点火系统，使电源的低电压为高电压(一般为1520KV )，按照发动机的点火顺序依次送到各汽缸，点燃压缩混合气可以适应发动机的状况和使用条件的变化，自动调节点火时期，实现可靠且正确的点火， 传统点火系统的构成和工作原理，一方面，传统点火系统的构成，汽车点火系统的基础知识的回顾，电源：提供点火系统所需的能量点火线圈，点火开关：控制点火系统的一次电路，控制仪表电路，启动继电器电路等。 火花塞：将高压电压导入汽缸燃烧室，产生火花点火混合气。 附加电阻：用于改善点火性能和启动性能。 电容器：减少断电器接点的火花，延长接点的寿命，提高二次电压。 点火提前角调节装置：根据发动机转速、负载和汽油辛烷值的变化使点火提前角发生变化。 分电器：包括断电器、配电装置、电容器和点火提前角调节装置。 断电器：打开和关闭一次电路，产生点火信号。 配电盘：将点火线圈产生的高电压按发动机的工作顺序传送到各汽缸的火花塞。 二、传统的点火系统工作原理，点火线圈和断电器都完成了从低压电到高压电的转换作用，点火线圈由初级绕组和次级绕组组成，相当于变压器的作用。 断电器接点组闭合后，低压电路导通，一次电流流过一次线圈，产生磁场，在铁心的作用下，磁场被加强。 当断电器凸轮按压接点臂而离开接点组时，低压电路被切断，一次电流变为零，一次线圈的电流变化引起磁通变化，线圈密集的二次线圈产生高感应电动势，火花塞的两电极间隙的气体被破坏，产生火花。 (1)低压电路接点sw闭合时：电池正极点火开关附加电阻一次线圈断电器可动接点臂接点电解壳体旁路电池负极，(2) 高压电路接点sw打开：二次线圈附加电阻电池正电池旁路火花塞侧电极火花塞中心电极高压线配电二次线圈、影像、电解器、断路器、配电装置、三、点火系主要部件、电解物的实物图、火花塞、功能：燃烧高压电线热特性工作温度： 500600以上、800900以下、电极材料：镍锰硅铬合金、火花塞的裙部温度过低还是过高对着火有什么样的影响？ 在火花塞绝缘体裙部的动作温度为500600C的情况下，落下到裙部的油粒子能够完全燃烧，将该温度称为火花塞的自净化温度点火不稳定(裙子部发黑)。温度高达800900C时，可能会发生灼热表面的着火(裙子部变成灰色)。 根据类型的发动机的不同，燃烧作业时的燃烧状况也不同，气缸的温度也不同。 怎么办？热型火花塞：裙子部长，散热慢。 冷型火花塞：裙部短，散热快。 火花塞的绝缘体即紫铜垫片以下的锥形部分称为火花塞的绝缘体裙部，类型：火花塞的绝缘体裙部是吸热部分，吸收的高温热通过与壳体接触的紫铜垫片传递到气缸盖。 冷型：裙部短的高速高压缩比的大功率发动机。 H=8mm中型(常规型):H=11或14mm热型：低速低压缩比的小功率发动机H=16或20mm，火花塞选择的根据：火花塞选择的根据发动机压缩比的高低。在高压缩比的高速发动机中，为了燃烧气体温度高，防止绝缘体裙部过热，必须采用裙部短的冷型火花塞，以低压缩比长时间低速运转的发动机，为了不在裙部堆积碳，对点火性能产生影响什么是破坏电压？ 2、为什么转速越高，二次极电压越低？ 其解决办法是什么？3、电容器的作用是什么？4、点火系统的重点问题，4、起动时起动机的分流作用如何解决？ 1、击穿电压是在火花塞的两电极之间产生火花所需的最低电压，称为击穿电压。 破坏电压产生原理：在火花塞的电极间施加高电压时，电极间的气体发生电离现象，施加电压越高，气体电离的程度越高。 电压上升到一定值时，火花塞两极间的间隙被破坏，产生火花。 原因：汽缸内的压力越大或温度越低，气体密度越大，要求的火花塞的破坏电压越高，电极周围的气体密度越小，容易发生碰撞电离，必要的火花塞的破坏电压越小的发动机实验证明，击穿电压随发动机转速、负载、压缩比、点火提前角及混合气浓度的变化而变化，发动机冷起动所需的击穿电压约为19kV，实际的正常工作电压一般为7-8kV。 火花塞的击穿电压要求为15-20kv，以便发动机能在各种情况下可靠地点火。 为什么火花塞的间隙不太大或太小？如果间隙太小，火花弱，碳蓄积容易漏电的间隙太大，必要的破坏电压变高，发动机难以起动，并且高速时容易发生“失火”。 火花塞间隙：中心电极和侧电极之间的间隙。 2、为什么转速越高，次级电压越低？ 断路器接点闭合时，一次电流不是马上达到欧姆定律所指定的稳定值(I=V/R )，而是在经过一定时间后到达。 因此，一次电流的高低与断路器接点的关闭时间有关。 电池点火系统发动机的转速越高，二次极电压越低是因为，转速越高，断路器接点的关闭时间就越短，一次电流减少，初始磁通量减少，断路器接点被切断时产生的磁通变化率减少，二次线圈产生的感应电动势降低。 矛盾的发动机低速运转时，一次电流大，二次电压高，点火可靠的发动机高速运转时，一次电流小，二次电压低，容易失火。 点火线圈在高速时设计，低速时一次电流变大，线圈一次绕组容易过热，相反，低速时设计，高速时容易失火，点火不可靠。 3、如何解决电池点火系统高、低速之间的矛盾？ 在低压电路上串联连接附加的热敏电阻，其电阻值根据工作温度的高低而变化(温度越高，电阻值越大)，从而满足高低速时一次电流的大小的要求。 解决方法，附加电阻的作用，发动机低速工作时，一次电流变长，电流变大，附加电阻的受热电阻值变大，一次电流不会变得过大，防止点火线圈过热的发动机高速工作时，一次电流的增加时间变短，电流变小，附加电阻温度电阻值小，可以减少一次电流，保证了发动机高速工作时点火系统能提供强高电压。 因此，当转速变化时，通过附加阻力，解决了高速断火和低速点火线圈过热的矛盾，改善了点火性能。 发动机一启动，电池的端子电压急剧下降，一次电流减少，无法给点火线圈提供足够的高电压和点火能，如何解决？ 起动时的点火怎么办？为了确保起动时的点火，起动时起动继电器接点闭合，起动电磁开关的线圈通电，磁性开关焊盘接通附加电阻短路端子，附加电阻短路一次电流增大，二次电压上升4、电容器的作用？ 在电接点的旁边一般并联连接电容器，消除自感应电流的不良影响，避免起到提高二次电极电压的作用的接点烧蚀。 断路器的接点分离后，自感应电流对电容器充电，一次电流和磁通的衰减加速，接点间的火花减少，避免接点烧蚀，断路器接点闭合时，电容器放电，一次电流增大。 六、点火系统的特点，用铁棒单线连接，即电源的一个电极用导线与各电气设备连接，另一个电极通过发动机主体、汽车架和车身与各电气设备连接，称为铁棒，相当于接地。 无论电源的正负，汽车发动机的点火系统一般都可以是电源的正负。 此时点火线圈的线路一般以火花塞的中心电极为负极，侧电极为正极。 电子容易从温度高的中心电极向温度低的侧电极放出(高电压电流方向从正极流向负极)，因此可以将破坏电压降低1520%左右。 分电器，传统电池点火系统的缺点，断电器离开后，接点接触火花，接点逐渐烧蚀。 电器产品的寿命很短。 如果在火花塞上堆积碳，则从火花塞的间隙泄漏，一次电压不上升。 二次电压随着发动机转速的增加和汽缸数的增加而降低，失火、燃烧不良、污染增大。 四、点火系统类型，电池点火系统：由电池或发电机供给低压直流电力，通过点火线圈和断电器产生高压电力，通过配电板按工作顺序向各汽缸的火花塞输送高压电力，产生火花点燃可燃混合气晶体管的点火系统：也称为半导体点火系统根据以电池、发电机为电源，通过点火线圈和晶体管元件使低压电变为高压，产生点火系统的组成和高压电的方法，可分为电池点火系统、半导体点火系统、电动机点火系统和微机控制点火系统。 微机控制的点火系统：由电池或发电机供给低压直流电力，由点火线圈和微机控制装置产生的点火信号使电源的低压电力成为高压。 废除分电器，微机系统直接进行高压分配的是现代最新型的无分电器点火系电动机点火系：电动机本身会直接产生高压，无需另外设置低压电源。 其中，高速时产生的电压高，工作可靠，发动机低旋转时产生的高电压低，不利于发动机起动，因此多用于在某高速满负荷工作的自行车和没有电池的摩托车发动机中，五、汽车发动机对于点火系统的要求迅速地产生足以破坏火花塞的两电极间隙的高电压(火花塞破坏电压)，(2)火花具有充分的能量(3)点火时期应该适应发动机的状况，(1)迅速地产生足以破坏火花塞的两电极间隙的高电压(火花塞破坏电压) 击穿电压的大小受多种因素影响，其中主要有： (1)火花塞电极的间隙和形状；(2)气缸内混合气体的压力和温度；(3)电极的温度和极性；(4)发动机的工作状况；火花塞电极的间隙和形状；间隙：火花塞电极的间隙越大，气体中的电子和离子越有电场力气缸内混合气体的压力和温度、混合气体的压力越大，温度越低，密度越大，离子自由运动距离越短，碰撞电离越难发生，破坏电压越高，电极的温度和极性，火花塞电极的温度越高，电极周围的气体密度越小，破坏电压越低，针状的中心电极中心电极为负极时，其破坏电压比中心电极为正极时下降约20%40%，发动机的工作状况、发动机高速工作时，气缸内的温度上升，气缸的膨胀量减少，气缸内的压力减少，因此火花塞的破坏电压随着转速的上升而下降发动机在起动时和急加速时破坏电压变高，在全负载稳定的工作状态下破坏电压低。 破坏电压和发动机转速的关系，发动机的工作状况，混合气太稀的话破坏电压会变高。 击穿电压与混合气空燃比的关系，(2)火花必须具有足够高的能量。 发动机正常工作时，混合气压缩结束的温度接近其自燃温度，因此，混合气太浓或太稀时，发动机起动，怠速或节气门急剧打开时，需要高火花能量。 一般要求提高50-80mJ的火花能量经济性和排气净化的火花能量。 电子点火系统一般需要80100mJ的火花能量，启动时会产生100mJ以上的能量。 火花能量=火花电压*火花电流*火花持续时间，1 )发动机的点火时期满足发动机工作周期的要求2 )点火时期用点火提前角表示，在发动机的转速和负荷变化时，可以通过点火提前角机构自动调节。 (3)点火时期应适应发动机的状况，点火提前角、点火提前角是从火花塞产生火花，其气缸活塞运转到压缩上死点时曲轴旋转的角度。 目的：在活塞到达压缩上止点之前火花塞点火，燃烧室内的气体压力在活塞到达压缩上止点后的10-12度达到最大值，最佳点火提前角被称为发动机能获得最佳动力性、经济性和最佳排放量的点火提前角，我们被称为最佳点火提前角，并被固定当汽油发动机保持节气门开度、转速及混合气浓度一定时，汽油发动机的电力和燃料消耗根据点火提前角的变化而变化。 与发动机的各情况对应，存在最佳的点火提前角。 适当的点火提前角，发动机每循环进行的机械工作量最多(曲线阴影部分)点火提前角过大，容易爆震的点火提前角过小，排气温度上升，电力下降。 点火提前角对发动机性能的影响，最佳点火提前角根据发动机转速和负荷(表示节气门开度显示、混合气的燃烧速度)的变化而变化。 节气门开度一定的情况下，发动机转速上升，燃烧过程中所占的曲柄角增大，最佳点火提前角增大。 否则，后燃烧损失会增加，发动机功率和燃料消耗会降低。 发动机转速一定时，随着节气门开度的增大，最佳点火提前角必须适当地减少。 如果节气门开度变大，则气缸内的废气的稀释现象减轻，混合气浓度增加，并且，进入气缸内的可燃混合气变多，压缩结束时的压力和温度变高，发动机的爆震倾向增加，因此，适当地减小点火提前角，避免发生爆震现象最佳点火提前角和发动机转速和负载的关系，七，点火系统的控制要素(一)闭角(一次线圈通电时间)一次线圈通电时间一次电流的大小点火能量一次线圈通电时间：长，点火能量高，容易点火。 但是，会导致初级线圈过热和电源负载的增加。 影响因素：电源电压发动机转速。在现有点火系统中，在断电器触电关闭期间的电子点火系统中，指功率晶体管导通期间分电器旋转的角度，(3)点火线点火过程，一次电路接通，点火线圈存储能量的一次电路断开，点火线圈产生高压的二次高压电压并施加到火花塞上点火混合气，(2)点火提前角(点火时期压缩上死点前的曲柄角)影响因素：发动机转速：发动机转速与点火提前角成比例，转速越快点火提前角越大的发动机负荷(混合气的燃烧速度):发动机负荷与点火提前角成反比，负荷越大，点火提前角越小。 第一节电控点火系统的结构和分类，微机控制点火系统的特征，一个，结构：传感器，ECU，点火致动器三个结构，ECU是最佳的点火提前角和点火线圈一次闭角(通电时间)，功能：1 )传感器：曲柄位置传感器是电子控制单元(ECU 2)ECU :接受来自各种传感器的信号并进行数据处理后，输出信号(气缸顺序信号和点火信号)，经由电力输出段传递到点火致动器。 3 )点火控制装置：具备筒序判别、闭角控制、恒流控制、安全信号等电路，主要功能是接收ECU产生的筒别信号(IGdA、IGdB )和点火信号(IGt )来使点火线圈工作，向ECU输入安全信号(IGf )。 电磁式凸轮轴/曲柄位置传感器：丰田车