第3章汽油机点火系统的电子控制

1、一一. .点火系统的功能和基本工作原理点火系统的功能和基本工作原理 二二. .点火系统的控制要素点火系统的控制要素 三三. .点火系统的种类和特点点火系统的种类和特点 （一）传统机械触点式点火系统（传统白金点火）（一）传统机械触点式点火系统（传统白金点火） （二）有触点电子点火系统（二）有触点电子点火系统 （三）无触点电子点火系统（三）无触点电子点火系统 复习复习 一一. .点火系统的功能和基本工作原理点火系统的功能和基本工作原理 要实现将汽车上的12V低压直流电转化为可以产生 足够强度火花的高压电，只有采用变压器。通过次 级线圈和初级线圈匝数的较大比值来产生高压电。 如图所示为点火系统工作的

2、基本原理。系统由控制 初级电路通断的开关、产生高压电的点火线圈、将 高压电分配到各汽缸的分电器及将高压电变为点火 火花的火花塞组成。系统由蓄电池提供12V电源， 通过断电开关接通和切断初级线圈中的电流，这样， 在次级线圈中就会产生高达上万伏的高压电。当断 电开关闭合时，初级线圈中有电流通过并且电流值 随着闭合时间的增长而不断提高，当开关突然打开 时，由于电磁感应，在次级线圈中便产生足够高的 电压，将此电压通过分电器加到火花塞上，便可产 生火花，点燃混合气。 点火系统最基本的工作原理就是通过断电开关控 制点火线圈初级线圈中电流的大小和切断时机，从 而控制点火的能量和点火时刻，保证发动机混合气 以

3、最佳的速度进行最彻底的燃烧。由于控制初级线 圈电流大小和切断开关的时机不同，其工作性能就 不同，并由此构成了不同的点火系统 功能：依据发动机的作功顺序适时向发动机各缸提供强烈的高压火花。其功能主要体现在 点火的时机和产生点火火花的强度。 二二. .点火系统的控制要素点火系统的控制要素二二. .点火系统的控制要素点火系统的控制要素 （一）闭合角（初级线圈通电时间）（一）闭合角（初级线圈通电时间） 初级线圈通电时间初级线圈通电时间 初级电流大小初级电流大小 点火能量点火能量 初级线圈通电时间：长，点火能量高，易点燃。初级线圈通电时间：长，点火能量高，易点燃。 但会造成初级线圈过热和电源负荷增加。但

4、会造成初级线圈过热和电源负荷增加。 影响因素：电源电压；发动机转速。影响因素：电源电压；发动机转速。 （二）点火提前角（点火时刻，压缩上止点前的曲轴转角）（二）点火提前角（点火时刻，压缩上止点前的曲轴转角） 影响因素：影响因素： 发动机转速：发动机转速：发动机转速与点火提前角成正比，转速越快点火提前角越小发动机转速与点火提前角成正比，转速越快点火提前角越小 发动机负荷发动机负荷：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。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。 三三. .点火系统的种类和特点点火系统的种类和特点 （一）传统机械触点式点火系统（传统白金点火）（一）传统机

5、械触点式点火系统（传统白金点火） 闭合角控制：闭合角控制： 发动机凸轮轴驱动的分电器轴控制发动机凸轮轴驱动的分电器轴控制 断电器触点的张合时刻和时间。断电器触点的张合时刻和时间。 不能调整，且随转速变化而朝发动不能调整，且随转速变化而朝发动 机需要相反的趋势变化机需要相反的趋势变化 点火提前角控制：点火提前角控制： 离心式提前装置（考虑转速）离心式提前装置（考虑转速） 真空式提前装置（考虑负荷）真空式提前装置（考虑负荷） 机械控制不能满足精度与响应速度机械控制不能满足精度与响应速度 的要求。触点容易烧蚀损坏。的要求。触点容易烧蚀损坏。 （二）有触点电子点火系统（二）有触点电子点火系统 （三）无

6、触点电子点火系统（三）无触点电子点火系统 闭合角：闭合角： 电子控制的大功率三极管（根据曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感电子控制的大功率三极管（根据曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感 器提供的器提供的TDC,CKP,CMPTDC,CKP,CMP信号）进行接通和关断初级电路电流。信号）进行接通和关断初级电路电流。 电流值由电路控制电流值由电路控制 点火提前角：点火提前角： 离心式提前装置（考虑转速）离心式提前装置（考虑转速） 真空式提前装置（考虑负荷）真空式提前装置（考虑负荷） 机械控制仍不能满足精度与响应速度的要求。机械控制仍不能满足精度与响应速度的要求。 第三章第三章 汽油机点火系统的电子控制汽油

7、机点火系统的电子控制 点火提前角控制点火提前角控制 通电时间控制（闭合角）通电时间控制（闭合角） 爆震控制爆震控制 第一节第一节 电控点火系统的组成与工作原理电控点火系统的组成与工作原理 ECUECU 爆震传感器爆震传感器 空气流量传感器空气流量传感器 节气门位置传感器节气门位置传感器 水温传感器水温传感器 转速传感器转速传感器 执行器执行器 基本参数基本参数 执行参数执行参数 反反 馈馈 参参 数数 修修 正正 参参 数数 定定 位位 传传 感感 器器 上止点上止点 TDCTDC 曲轴转角曲轴转角 CKPCKP 凸轮轴凸轮轴 CMPCMP 定位参数定位参数 点点 火火 线线 圈圈 有有 1

8、1 多缸多缸 无无 分分 电电 器器 1 21 2 同时同时 点火点火 1 11 1 单独单独 点火点火 TDC:TDC:凸轮（上止点前某角度）凸轮（上止点前某角度） CKP:CKP:转速（角）转速（角） 提前控制提前控制 CMP:CMP:一缸压缩上止点一缸压缩上止点 闭合角：电脑控制，能根据发动机转速控制点火线圈初级电 路的通电电流和通电时间。 点火提前角： 消了真空式和机械离心式点火提前装置，而是由电控单元根 据汽油机的运行工况调整和控制点火提前角，使发动机的动 力性、经济性、排放等方面的性能达到最优。 爆震控制：通过爆震传感器对爆震进行反馈控制，使汽油机 在大部分运行上况都处于刚好不致产

9、生爆震的临界状态，使 汽油机的动力性潜力得到充分发挥。 电子控制点火系统主要有两种形式： 电子控制有分电器点火系统 电子控制无分电器点火系统 一.电子控制有分电器点火系统 1.电路 传感器ECU 转速 负荷 点火提前角 低电平 点火正时信号IGt点火器 (三极管) 点火线圈初级电流被切断，次级线圈感应出高电压 触发IGf信号发生电路 分电器(分配) ECU 点火确认信号IGf(若无中止燃油喷射) 闭合角 分电器：内无断电器，仅起高压电分配作用。 一般内装曲轴位置传感器，提供TDC,CKP,CMP信号。 有的车型点火线圈和点火器都集成在分电器内。 点火线圈：开磁路 闭磁路（磁阻小，有效降低线圈的

10、磁动势)，可与点火器 合二为一，甚至与火花塞一体化 2.基本控制方法 磁脉冲式曲轴位置传感器，6缸，rpm:2000/r/min,点火提前角：30, 闭合角：5ms（60）. 闭合角闭合角=(rpm=(rpm360 360 /60000)/60000)闭合时间闭合时间 二.电子控制无分电器点火系统 直接点火系统：无分电器，点火线圈产生的高压电直接送到火花塞 无分电器双缸同时点火；无分电器独立点火方式 1.无分电器双缸同时点火 (1).工作原理：两缸共用一个点火线圈 两缸同时点火： 压缩行程的气缸： 气缸压力高，放电困难，所需击穿 电压较高，承受大部分电压降。与 只有一个火花塞跳火的击穿电压相

11、差不大 排气行程的气缸： 气缸压力低，接近大气压，放电容 易，所需击穿电压低，承受非常小 的电压降，电能损失也很小。 (2).无分电器双缸同时点火系统的控制 G1 G2 传感器ECU 转速 负荷 点火提前角 低电平 点火正时信号IGt点火器 (三极管) 点火线圈初级电流被切断，次级线圈感应出高电压 触发IGf信号发生电路 ECU 点火确认信号IGf，连续三次无，中止喷油 闭合角 辨缸信号IGd(IGdA,IGdB，以决定IGt用于哪一组点火线圈) (3).点火器 作用：辨别点火气缸； 实现点火线圈初级电路的接通和切断 向ECU反馈点火器工作状态 (4)点火线圈 无分电器双缸同时点火系统中，点火

12、线圈采用小型闭磁路点火线圈， 次级线圈的两端分别与两个个火花塞相连接。 气缸组合的原则是：一个缸处于压缩行程的末期，另一缸处于排气 行程的末期，曲轴旋转360后两缸所处的冲程正好相反。 初级电流突然切断：在次级线圈上会感应出上万伏的高压电动势， 加到火花塞电极之间，跳出高压火花，点燃气缸内的混合气。 初级电流突然接通：当晶体管导通瞬 间，初级电流也发生突变，这样在次 级线圈中便产生约1000v的电压，在 一般的分电器式点火系统中，1000V 的高压电不足以击穿火花塞产生跳火， 因为分电器中的分火头与旁电极之间 的间隙较大，必须要有比这更高的电 压才足以跳过这么大的间隙。而在无 分电器点火系统中

13、，这样的电压很有 可能点燃处于进气行程中气缸内的混 合气。特别是火花塞间隙较小，火花 塞误跳火的可能性就更大。这将会引 起回火等现象的发生，使发动机无法 正常运转。 防止产生这种现象：在点火线圈的次级绕组中串联一个高压二极管， 当功率管导通时，产生的感应电动势反向加在高压二极管上，由于 二极管的反向截止功能，1000V的高压电就无法使火花塞跳火。而 当功率三极管截止时，次级绕组产生的高压电与前相反，二极管导 通，对此不产生影响，使火花塞顺利跳火 2.无分电器独立点火方式 独立点火方式：每个气缸的火花塞上各配一个点火线圈，单独对本缸进行点火。 特点：点火线圈与火花塞是制成一体的，直接安装在缸盖上

14、，特别适合于四气门 发动机使用。火花塞可安装在双凸轮轴的中间，并在每缸火花塞上直接压装一个 点火线圈，以充分利用空间，这对v型多缸轿车发动机燃烧室合理紧凑地布置具 有特别重要的实用意义。同时，由于无机械式分电器和高压导线，因而能量传导 损失和漏电损失小，机械磨损或发生故障的机会均减少。，而且各缸的点火线圈 和火花塞均由金属包着，其电磁干扰大大减少，对发动机电控系统的正常可靠工 作有利。 第二节第二节 点火提前角和闭合角控制点火提前角和闭合角控制 1点火提前角的确定与控制 点火提前角的控制：发动机起动时点火提前角的控制； 起动后点火提前角的控制。 (1)发动机起动时点火提前角的控制 发动机起动时

15、，电控单元不进行最佳点火提前角调整控制，而 是根据发动机转速信号Ne。和起动开关信号STA，以固定不变的点火 提前角点火。当发动机转速超过一定值时(大于500rmin)，则自 动转入由电控单元控制的最佳点火提前角计算及控制程序。 (2)起动后点火提前角的控制 发动机起动后，电控单元对最佳点火提前角的计算和控制一般 按照如下步骤进行： 首先根据G信号和Ne信号确定初始点火提前角(固定值)， 然后根据发动机转速和负荷确定基本点火提前角， 最后根据有关传感器的信号确定修正点火提前角， 最佳点火提前角： 最佳点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角十修正点火提前角(或点火延迟角） 初始点火提前角 为

16、了控制点火正时，电控单元根据上止点位置来确定点火提前角。 有些发动机电控单元把Gl或G2信号出现后第一个Ne信号过零点定位 压缩行程上止点前10。，并以这个角度作为点火正时计算的基准点， 称之为初始点火提前角，其大小随发动机而异同。 基本点火提前角 发动机正常运转时，电控单元按怠 速工况和非怠速工况两种情况，确定 基本点火提前角。 发动机处于怠速工况时，电控单元根 据节气门位置信号(怠速触点闭合)、 发动机转速信号及空调开关信号，确 定基本点火提前角。 发动机处于非怠速工况时，电控单元 根据发动机转速和节气门位置信号， 从预置存储在ECU存储器中的数据表中 查出 相应工况的基本点火提前角 修正

17、点火提前角 除了转速和负荷外，其他对点火提前角有重要影响的因素均归入到修正点火提 前角中。电控单元根据有关传感器的信号，分别求出对应的修正值，它们的代数 和就是修正点火提前角。修正点火提前角所包括的修正值有： *暖机修正 发动机冷起动后，当冷却液温度低时，应增大点火提前角。暖机过程中，随冷 却液温度升高，点火提前角的变化趋势如图所示。修正曲线的形状与提前角的大 小随车型而异。 *过热修正 当发动机处于正常运行工况(怠速触点IDL断开)，冷却液温度过高时，为了避 免爆燃发生，应将点火提前角推迟。过热修正曲线的变化趋势如图所示。 * *怠速稳定性修正怠速稳定性修正 发动机在怠速期间，由于发动机负荷

18、变化发动机在怠速期间，由于发动机负荷变化( (如空调、动力转向等如空调、动力转向等) )而使转速改而使转速改 变，变，ECUECU随时调整点火提前角，使发动机在规定的怠速转速下稳定运转。随时调整点火提前角，使发动机在规定的怠速转速下稳定运转。 发动机处于怠速工况时，发动机处于怠速工况时，ECUECU不断地计算发动机的平均转速，当平均转速低不断地计算发动机的平均转速，当平均转速低 于规定的怠速目标转速时，于规定的怠速目标转速时，ECUECU根据两者的差值大小相应地增加点火提前角；当根据两者的差值大小相应地增加点火提前角；当 平均转速高于规定的怠速目标转速时，相应地推迟点火提前角，如图所示。平均转

19、速高于规定的怠速目标转速时，相应地推迟点火提前角，如图所示。 * *空燃比反馈修正空燃比反馈修正 装有氧传感器的电控燃油喷射系统进行闭环控制时，装有氧传感器的电控燃油喷射系统进行闭环控制时，ECUECU根据氧传感器的反根据氧传感器的反 馈信号对空燃比进行修正。随着修正喷油量的增加和减少，发动机的转速在一定馈信号对空燃比进行修正。随着修正喷油量的增加和减少，发动机的转速在一定 范围内波动。为了提高发动机转速的稳定性，在反馈修正油量减少时，适当地增范围内波动。为了提高发动机转速的稳定性，在反馈修正油量减少时，适当地增 大点火提前角，如图所示。大点火提前角，如图所示。 最大和最小提前角控制 当ECU

20、计算出的实际点火提前角(初始点火提前角十基本点火提 前角+修正点火提前角或延迟角)超过一定范围时，发动机将不能 正常运转。为了防止出现这种情况，在电控点火系统中，由电控 单元对实际点火提前角的数值范围进行限制。最大和最小点火提 前角的一般范围为： 最大点火提前角：35-45 最小点火提前角：-10 -0 2闭合角的控制（通电时间控制） 控制意义： 对于电感储能式点火系而言，当点火线圈的初级通电后，其初 级电流是按指数规律增长的。初级线圈被断开瞬间所能达到的断开电流值与初级 线圈接通时间长短有关，只有通电时间达到一定值时，初级电流才可能达到饱和。 而次级线圈高压的最大值与初级断开电流成正比，为了

21、获得足够的点火能量，必 须使初级电流达到饱和。但是，如果通电时问过长，点火线圈又会发热，并使电 能消耗增大。因此要控制一个最佳的通电时间，以兼顾上述两方面要求。 影响因素：初级线圈通过电流的主要因 素有发动机转速和蓄电池电压。为了保 证在不同的蓄电池供电电压和不同的转 速下都具有相同的初级断开电流，电控 单元根据蓄电池电压和发动机转速信号， 从预置的闭合角数据表中查出相应的数 值，对闭合角进行控制。 当发动机转速升高时，适当增大闭 合角，以防止初级线圈通过电流值下降， 造成次级高压下降，点火困难。蓄电池 电压下降时，基于相同的理由，也应适 当增大闭合角。 爆震：爆震： 汽油发动机是利用火花塞跳

22、火将汽缸内的混合气点燃，正常的燃烧是火汽油发动机是利用火花塞跳火将汽缸内的混合气点燃，正常的燃烧是火 焰从火花塞处开始被点燃，而后火焰前烽迅速向外推进。当发动机由于某种原理，使焰从火花塞处开始被点燃，而后火焰前烽迅速向外推进。当发动机由于某种原理，使 汽缸内未燃部分混合气的温度和压力都很高时，那么，这部分的混合气就会在火焰前汽缸内未燃部分混合气的温度和压力都很高时，那么，这部分的混合气就会在火焰前 峰到来之前自行燃烧。这样，就会在汽缸内形成无方向的爆炸燃烧，简称爆燃，又因峰到来之前自行燃烧。这样，就会在汽缸内形成无方向的爆炸燃烧，简称爆燃，又因 为爆燃时会引起强烈的振动，并伴有强烈的金属敲击声

23、，所以，一般又称爆震。因此为爆燃时会引起强烈的振动，并伴有强烈的金属敲击声，所以，一般又称爆震。因此 说，爆震是一种非正常燃烧，其危害极大。一是爆震破坏发动机的正常燃烧，从而使说，爆震是一种非正常燃烧，其危害极大。一是爆震破坏发动机的正常燃烧，从而使 发动机动力性、经济性变差，排污加重；二是爆震燃烧是在局部产生强烈的冲击波，发动机动力性、经济性变差，排污加重；二是爆震燃烧是在局部产生强烈的冲击波， 此波将破坏发动机汽缸壁上的润滑油膜，使发动机工作条件恶化；三是爆震燃烧容易此波将破坏发动机汽缸壁上的润滑油膜，使发动机工作条件恶化；三是爆震燃烧容易 造成发动机过热使各部机件热负荷增加，冷却水温度失

24、去控制，时间长后，将会造造成发动机过热使各部机件热负荷增加，冷却水温度失去控制，时间长后，将会造 成冷却水沸腾而使发动机无法工作。成冷却水沸腾而使发动机无法工作。 影响因素：点火时刻影响因素：点火时刻 点火时刻提前，燃烧压力点火时刻提前，燃烧压力 高，容易爆震。高，容易爆震。 减小点火提前角：减小点火提前角： 可防止爆震，但发动机输出可防止爆震，但发动机输出 转矩降低。转矩降低。 MBT(MBT(最大转矩的点火时刻最大转矩的点火时刻) )： 爆震点火时刻爆震点火时刻( (爆震界限爆震界限) )附近附近 第三节第三节 爆震的控制爆震的控制 爆震控制：使点火时刻到爆震边缘只有一个较小余量，即可控制

25、爆震发生爆震控制：使点火时刻到爆震边缘只有一个较小余量，即可控制爆震发生 又可有效得到发动机的输出功率。又可有效得到发动机的输出功率。 控制方法：利用爆震传感器感知发动机有无爆震现象，并将信号送至控制方法：利用爆震传感器感知发动机有无爆震现象，并将信号送至 ECUECU，ECUECU利用此信号调整点火提前角。有：推迟点火；无：提利用此信号调整点火提前角。有：推迟点火；无：提 前点火，以保证点火提前角都处于接近发生爆震的最佳角度。前点火，以保证点火提前角都处于接近发生爆震的最佳角度。 爆震检测：气缸压力检测；爆震检测：气缸压力检测；发动机机体振动检测发动机机体振动检测；燃烧噪声检测；燃烧噪声检测

26、 爆震传感器的作用爆震传感器的作用 爆震传感器用来检测发动机的燃烧过程中是否发爆震传感器用来检测发动机的燃烧过程中是否发 生爆震，并把爆震信号输送给发动机控制电脑作生爆震，并把爆震信号输送给发动机控制电脑作 为修正点火提前角的重要参考信号。为修正点火提前角的重要参考信号。 1 1、爆震传感器（、爆震传感器（KSKS） 爆震传感器的分类爆震传感器的分类 1 1、磁致伸缩式爆震传感器、磁致伸缩式爆震传感器 2 2、压电式：、压电式： 非共振型压电式爆震传感器非共振型压电式爆震传感器 共振型压电式爆震传感器共振型压电式爆震传感器 爆震传感器的安装位置：爆震传感器的安装位置： 发动机缸体上发动机缸体上

27、 （1 1）、磁致伸缩式爆震传感器（）、磁致伸缩式爆震传感器（KSKS） 信号输出特点信号输出特点 磁致伸缩式爆震传感器是应用最早的爆震传感器，用高镍合金组成的磁心 外侧设有永久磁铁，在磁铁上绕有感应线圈。当发动机产生爆震时，机体会 产生振动。机体的振动使磁心受振而偏移致使感应线圈中的磁力线发生变化， 线圈将产生感应电动势，此电动势即为爆震传感器的输出电压信号。输出电 压的大小与发动机振动的频率有关，当传感器固有振动频率与发动机的振动 频率相同时将产生谐振，此时，传感器输出的电压最大， （2 2）非共振型压电式爆震传感器（）非共振型压电式爆震传感器（KSKS） 平衡重、压电元件、壳体、电器连接装 置等构成。两个压电元件同极性相向对 接，平衡重将加速度变换成作用于压电 元件上的压力，输出电压从这两个压电 元件的中央取出，平衡重由螺丝固定在 壳体上。该爆震传感器构造简单，制造 时不需要调整。 当发动机爆震时，安装在发动机缸 体上的爆震传感器内部平衡重因受振动 的影响而产生加速度，因此，在压电元 件上受到加速时惯性力的作用而产生压 电信号。在爆震产生时，这种传感器输 出的电压不是很大，具有平缓的输出特 性，如图所示。因此，必须将反映发动 机振动频率的输出电压信号送至识别爆 震