汽车电子控制技术课件：汽油机电控点火系统

汽车电子控制技术

汽油机电控点火系统学习目标通过本项目的学习，了解汽油机对点火系统的要求、电控点火系统的类型；掌握微机控制点火系统的基本组成、控制原理、控制功能；掌握爆燃传感器的结构组成、工作原理、使用维护、检修方法；掌握几种典型电控点火系统执行元件的检修方法；能够对微机控制点火系统的故障进行正确检查、准确判断、合理维修，为能够全面准确排除电控发动机常见故障打下坚实的基础。

汽油机电控点火系统课题一微机控制点火系统的组成与控制原理一、微机控制点火系统的组成二、微机控制点火系统控制原理课题二微机控制点火系统控制功能一、点火提前角控制二、闭合角的控制三、爆燃传感器与爆燃反馈控制1.点火系统应能迅速及时的产生足以击穿火花塞电极间隙的高电压为保证点火可靠，考虑各种不利因素的影响，现代发动机中大多数的点火系统都能提供20kV以上的点火电压。2．电火花应具有足够的点火能量目前采用的高能点火装置，点火能量都要求超过80～lOOmJ。3.点火系统应按发动机各缸的工作顺序并以最佳时刻（点火提前角）进行点火六缸发动机一般点火顺序为153624，四缸发动机的点火顺序为1342。最佳点火提前角是由发动机的动力性、经济性和排放性能要求共同确定的。课题一汽油机电控点火系统概述一、汽油机对点火系统的要求二、电控点火系统的类型电控点火系统的种类很多，可分为普通电子控制点火系统和微机控制点火系统两种类型。1.普通电子控制点火系统普通电子控制点火系统虽然增加了闭合角控制、恒流控制等，大大提高了点火系统的性能，但这种点火系统存在机械滞后、磨损等，响应速度慢；点火提前角的控制不精确，考虑点火提前角的影响因素不全面；这种点火系统整体性能不理想,所以普通电子控制点火系统逐步走向淘汰。2.微机控制点火系统微机根据各种传感器输入的信号，经过数学运算和逻辑分析，控制初级电路通断的点火系统。微机控制点火系统利用各种传感器采集发动机工作时的实际运行状况参数，考虑了更多的点火提前角的影响因素，由微型微机计算出发动机在各种工况下的最佳点火时间，达到降低发动机排放、节约能源、提高发动机动力性能的要求。课题一微机控制点火系统的组成与控制原理一、微机控制点火系统的组成汽油机电控点火系统主要由传感器、电控单元（ECU）、点火执行器（点火器、点火线圈）、火花塞等组成，如图3-1所示。图3-1微机点火控制系统组成图1.传感器绝大部分传感器与电控燃油喷射系统是共用的，传感器的作用是检测发动机运行工况，向电控单元（ECU）提供发动机的各种运行参数，以便电控单元（ECU）确定最佳的点火时刻。2.电控单元（ECU）电控单元(又称ECU或电脑)主要作用是电控单元（ECU）内存的控制程序对传感器送来的各种信号经过数据处理后计算出最佳点火提前角，并向电子点火器输出点火控制信号，使发动机在最佳时刻完成点火，从而使发动机的动力性、经济性和排气净化性等处于最佳状态。3.点火器点火器是微机控制点火系统的功率输出级，它接受电子控制单元输出的指令进行工作，并对点火信号进行放大，驱动点火线圈工作。如图3-2所示为丰田发动机点火器的内部电路框图，该点火器的功能有：(1）根据电控单元输入的点火信号，使大功率三极管适时导通和截止。(2）闭合角控制及恒流控制，其作用是：根据发动机转速和蓄电池电压调节闭合角，以保证足够的点火能量。(3）点火监视。图3-2点火器内部框图4.点火线圈火线圈的作用是将低压电转变为15KV～30KV的高压电,以满足火花塞跳火的需要。与微机控制电子点火系统相匹配的点火线圈为专用高能点火线圈，如图3-3所示为日字形闭磁路点火线圈结构及磁路。a)结构b)磁路图3-3闭磁路点火线圈结构5.火花塞火花塞安装在燃烧室内,其功用是将高压电引入燃烧室内,在电极间形成火花,以点燃可燃混合气。对火花塞性能要求：必须有足够的机械强度，应有足够的绝缘强度,能承受30kV高压，耐高温,能承受温度剧变,不出现局部过冷或过热，耐腐蚀，要有合适的电极间隙，火花塞气密性应好。二、微机控制点火系统控制原理1.双缸同时点火方式两个缸的火花塞共用一个点火线圈，点火线圈有两个输出端分别接两个缸的火花塞，其中一个缸在排气上止点，另一个缸在压缩上止点，两缸火花塞同时串联点火。（1）二极管分配式利用二极管分配高压电的双缸同时点火电路原理如图3-4所示。图3-4二极管分配高压同时点火电路原理图1-电子点火器；2-点火线圈；3-气缸盖；4-次级绕组；5-初级绕组A；6-初级绕组B（2)点火线圈分配式利用点火线圈直接分配高压的同时点火电路原理如图3-5所示。桑塔纳2000GSi、捷达AT、GTX和奥迪Audi200型轿车点火系统采用了这种配电方式。3-5点火线圈分配高压同时点火电路原理图1-输入电路；2-稳压电源；3-微处理器；4-输入电路；5-闭合角控制电路；6-IGf发生电路；7-气缸判别电路；8、9、10-驱动电路；11-点火线圈；12-火花塞2．各缸单独点火方式各缸单独点火方式电路原理如图3-6所示。各缸单独点火方式也称为独立点火方式，它是指每缸一个点火线圈，点火线圈的数量与汽缸数相等，无需分电器就能将高压电适时地分配给各个火花塞。图3-6单独点火方式一、点火提前角控制1．点火提前角的确定实际点火提前角的控制，实际点火提前角等于初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角之和。点火提前角的计算如图3-7所示。（1）初始点火提前角它是在发动机生产出来之后便固定了的点火提前角，在任何工况下该角度都保持恒定不变。丰田公司的发动机设定为汽缸压缩行程上止点前10°CA（用BTDC10°CA表示，CA表示曲轴转角），如图3-8所示。图3-7点火提前角的计算图3-8初始点火提前角课题二微机控制点火系统控制功能（2)基本点火提前角基本点火提前角是发动机最主要的点火提前角，它是在设计微机控制点火系统时确定的。国内外普遍采用台架试验的方法，利用发动机最佳运行状态下的实验数据来确定基本点火提前角。试验所得的以转速和负荷（进气管真空度）为变量的三维点火特性脉谱图以数据形式存储在ECU的只读存储器ROM中，如图3-9所示。图3-9三维点火特性脉谱图（3)修正点火提前角为了使实际点火提前角适应发动机的运转状态，以便得到良好的动力性、经济性和排放性能，必须根据相关因素（如冷却液温度、进气温度、爆燃信号、开关信号等）适当地增大或减小点火提前角，即对点火提前角进行必要的修正。2．起动时点火提前角的控制在发动机起动过程中，发动机转速变化大，并且由于转速较低（一般低于500r/min）：进气歧管绝对压力传感器或空气流量传感器的信号不稳定，ECU无法正确计算点火提前角，一般将点火时刻固定在设定的初始点火提前角。此时的控制信号主要是发动机转速信号(Ne)和起动开关信号(STA)。3．起动后点火提前角的控制（1)基本点火提前角在非怠速工况时，节气门位置传感器的怠速触点(IDL)断开，ECU根据发动机的转速和负荷信号，按存储器的数据确定基本点火提前角，数据表格存储形式如图3-10所示。在怠速工况下运行时，节气门位置传感器怠速触点闭合，此时，ECU根据发动机转速和空调开关是否接通等确定基本点火提前角．如图3-11所示。

图3-10点火提前角的数据表格存储形式图3-11怠速工况基本点火提前角（2)点火提前角的修正点火提前角的修正项目随车型的不同而有多有少，在丰田车系TCCS系统的控制中主要有暖机修正和怠速修正。暖机修正：暖机修正是指节气门位置传感器的怠速触点IDL闭合，发动机冷却液温度较低时对点火提前角进行的修正。怠速修正：怠速修正是为了保证怠速运转稳定而对点火提前角进行的修正。发动机实际点火提前角为初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角之和，发动机每转一周，ECU就计算处理后输出一个点火正时信号，控制电子点火器，再通过点火器控制点火线圈使火花塞点火。闭合角是指点火线圈初级电路通电期间曲轴转过的角度。发动机工作时，必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间。但如果通电时间过长，点火线圈又会发热并增大电能消耗。因此必须对点火线圈初级电路的通电时间进行控制。当蓄电池的电压变化时，也将影响初级电流，必须根据蓄电池电压对通电时间进行修正。蓄电池电压修正曲线如图3-12所示。随着发动机转速的变化对闭合角进行控制，当转速升高时，闭合角应增大，如图3-13所示。二、闭合角的控制图3-12通电时间与电源电压的关系

图3-13闭合角与转速的关系ECU根据发动机转速信号(Ne信号)和电源电压信号确定最佳的闭合角，其控制模型如图3-14所示。闭合角控制模型存储在ECU内的ROM储存器中，发动机工作时，ECU根据Ne和电源电压信号计算确定最佳的闭合角，并向点火器输出指令信号(IGt信号)，以控制点火器中晶体管的导通时间。随发动机转速提高和电源电压下降，闭合角应增大；反之，闭合角应减小。ECU对闭合角的控制通常是根据电源电压查得导通时间，再根据发动机转速换算成曲轴的转角，以确定闭合角的大小。图3-14闭合角控制模型1．爆燃传感器的结构和工作原理通常把传感器安装在发动机缸体上，检测爆燃引起的振动。（1）磁致伸缩式爆燃传感器磁致伸缩式爆燃传感器的外形与结构如图3-15所示。当振动频率达到一定程度时，传感器与发动机产生共振，此时传感器输出最大电压信号，如图3-16所示，ECU判定发生爆燃。图3-15磁致伸缩式爆燃传感器的外形与结构1-线圈；2-铁心；3-外壳；4-永久磁铁图3-16磁致伸缩式爆燃传感器的输出特性三、爆燃传感器与爆燃反馈控制压电式爆燃传感器利用压电效应来检测爆燃，有非共振型、共振型和火花塞座垫型3种。非共振型非共振型爆燃传感器的结构如图3-17所示。这种传感器利用结晶或陶瓷多晶体的压电效应而工作的。共振型共振型爆燃传感器如图3-18所示。压电元件检测振子的振动压力，并转换成电信号输入ECU，当发动机爆燃的频率与振子频率一致时，传感器输出最高电压。图3-17压电式非共振型爆燃传感器的结构1-导线；2-配重块；3-压电元件图3-18压电式共振型爆燃传感器1-压电元件；2-振子；3-基座；4-O型密封圈；5-插接器；6-接头；7-密封剂；8-壳体；9-导线（2）压电式爆燃传感器火花塞座垫型火花塞座垫型传感器安装在火花塞垫圈部位，根据燃烧压力直接检测爆燃。发动机爆燃的强度取决于爆燃传感器输出信号电压的振幅和持续时间。爆燃信号电压值超过基准电压值的次数越多，爆燃强度越大；反之，超过基准电压值的次数越少，说明爆燃强度越小。确定爆燃强度常用的方法如图3-19所示。2.爆燃强度的判别图3-19爆燃强度的判定方法如图3-20所示，爆燃反馈控制中的点火提前角控制。爆燃反馈控制的结构简图如图3-21所示。发动机工作时，爆燃传感器的信号输入ECU，由ECU