CDI点火器原理

1、C D I 点火器提前角曲线形成原理 前言 电容放电式电子点火器简称 C D I ,虽很多文章都介绍过,但都比较笼统,没有 把与之相关的磁电机、脉冲触发器等相关零件联系起来,所以对于初学者来说, 理解点火提前角曲线的具体形成过程是相当困难的。 本文从磁电机触发凸台设计、 触发脉冲信号的产生、点火提前角曲线的形成等方 面,介绍 C D I 点火提前角曲线的形成过程。 1 、 磁电机触发凸台设计 触发凸台的设计是整个点火提前角设计的基础, 直接决定了脉冲触发信号的产生 和高转速下的正确点火提前量。 6 极磁电机转子如图 1 所示,触发凸台有 2 个关键量：即在转子上的位置和凸台 长度。 触发凸台的

2、位置是由触发器的安装位置决定的,设计时要根据发动机的内 部空间首先选择好触发器的安装位置,并计算触发器中心和上止点的角度,然 后将这个角度提前1 0 一 1 5,得到的就是触发凸台的 B 点位置。所 提前的角度就是发动机的机械提前量,而这个提前量就是发动机的机械提前角, 也是 C D I 电子提前角的坐标原点。实际设计时,整个点火系统设计完成后，还需 要根据发动机的实际运行情况对机械提前量进行微调。 然后要决定的是点火凸台的长度,这个长度实际上就是后面要讲到的 3?的电 子提前角,也就是发动机在高速运行时的最佳点火提前角。 点火凸台的长度要根 据电子提前角来确定,过程非常繁琐,要经过反复的设计

3、和修改,通过比较不 同电子进角情况下发动机的燃烧情况、 油耗、 输出功率、 转矩和排放等参数之后, 才能决定。 2 、脉冲触发信号的产生 图 2 所示是一种常见的触发器,适用于外转子式磁电机,用于产生触发脉冲信 号。触发脉冲信号实际上是转速信号,它输入到集成 C D I 中去起作用的量与分 立元件 C D I 不同,不是脉冲电压的高低,而是频率的快慢。 触发器输出的触发脉 冲信号在波形上是有要求的,一般是先正后负,如图 3 所示。 下面介绍一下触发 脉冲波形的产生。 图 1 和图 2 中标示有 A B C3 个点,这 3 个点对于理解触发波形的产生至关重要。 如图4 所示,磁电机转子顺时针旋转

4、,当转子触发凸台的A 点刚刚进人触发器触 头区域时,触发线圈通过的磁通量逐渐增大,形成触发脉冲的正半波上升沿, 当凸台的 A 点和触头的中心 C 点重合时,触发脉冲达到正半波的峰值 （+ U P） ,此 后,由于触发器线圈中通过的磁通量逐渐减小,形成正半波下降沿,直到触发 器触头全部进人凸台后,正半波结束。这就是图 3 中的区域。区域是由于触 发器触头在凸台范围内,触发线圈中的磁通量没有变化,所以感应电动势为零。 图5 为当磁电机B 点开始通过触发器触头时,触发线圈中通过的磁通量开始减小, 当 B 点完全离开触发器触头时, 触发线圈中的磁通量将减小到零。这一过程形成 了触发脉冲的负半波,即图

5、3 中区域。 从以上分析可知: 触发信号的峰值电势随转速的加快而增大、触发信号的频率随 转速的加快而加快。 触发器触头和转子凸台之间的间隙称为触发间隙,一般控制 在 0 . 7 m m左右。触发间隙实际上就是磁路的气隙,气隙越小,磁通损失越少, 触发线圈中的感应电动势就越大。 但是由于受加工工艺和加工成本以及材料成本 的影响,间隙不可能太小,所以通常都取到 0 . 7 m m 。 此后, 触发线圈中的磁通量不再变化,保持为零, 直到触发凸台的 A 点再次进人触发器 触头区域时,又开始产生下一个脉冲波形。所以图 3 中的区域没有感应电压, 直到下一个正半波的到来。 3 、点火提前角曲线的形成 现

6、在国内外摩托车使用比较多的是集成电路的电容放电式电子点火器,而使用 分立元件的电子点火器,因为点火不够准确、 高速失火等多方面的原因,已经退 出了市场。所以,一般只要是 C D I ,就是指集成电路的电容放电式电子点火器。 C D I 因其点火能量的来源不同而分为 D C - C D I 和 A C - C D I 。D C - C D I 因其点火能量不 随磁电机的转速而变化,不管是低速还是高速,点火能量都非常充足,解决了 A C - C D I 低速断火和高速失火的问题,而比 A C - C D I 点火更加可靠,但在点火提前 角曲线形成的控制上,二者没有区别。 图6 是某1 2 5 m

7、l 摩托车的点火提前角曲线。 C D I 的点火提前角曲线都比较简单,形状就像楼梯的台阶,所以称为台阶曲 线。为了介绍具体控制时方便,图 6 中标出了 D E F G4 个点,在实际应用中 C D I 的提前角是由上下两条曲线构成的公差带控制的,一般作出4 个控制点,如 图中箭头所示。图中规定 E 点对应的转速为进角起始转速 n l o w; F 点对应的转速为 最大进角起始转速 n h i g h, F 点对应的最大进角为m a x。不同发动机,其台阶曲线 的形状基本一致,只是 E 、F两点的位置不同,即 E F 线段斜率不同。实际上, C D I 的电子进角设计就是通过实验, 确定发动机在

8、什么转速下开始进角和在哪个 转速下达到最大进角的过程。 当进角起始转速、最大进角和最大进角起始转速确 定后,就要在 C D I实际电路中去实现这些参数了,如图 7 、图 8 所示。 图 7 是 4 2 1 3 芯片的原理框图。 （1 ）为电源, （2 ） 、 （7 ）是信号输人端, （3 ） 、 （4 ） 、 （5 ） 、 （6 ）脚接地, （8 ） 、 （9 ）脚是参考电压端, （1 0 ）脚是点火信号输出端, （1 1 ） 脚是（1 2 ）脚的基准电压端, （1 4 ）是（1 3 ）脚的基准电压端。在参数设定上, （1 2 ）脚的脉冲前沿电压幅度是（1 1 ）脚的 1 / 2 ,这样,当触

9、发信号的正半波进 人下降沿时,由（1 1 ）脚提供电能,使（1 2 ）脚的电压继续升高。 图 8 是 4 2 1 3 的典型应用电路,整个电路的构成非常简单,仅在集成块的外围布 置了少量的阻容元件。T 1、T2及外围的阻容元件构成了两路共集电极电 路,主要用于输人信号和负载之间的阻抗匹配；R 1、C1为积分电路；D1、D2为稳 压电路；R 9、C8、C9为电源滤波电路。 台阶曲线的形成其实是由（1 2 ）脚的小锯齿波形和（1 3 ）脚的大锯齿波形的比较 而成。从图 9 可以看到大锯齿波形是从零电平开始的积分波形,而小锯齿波形 是被钳位在一定高电平的积分波形。 小锯齿波形与触发脉冲正半波同时出现

10、,其 积分时间常数决定于 R 7和 C6,同时受点火驱动模块的影响,当触发脉冲负半波出 现时,小锯齿波形结束。 大锯齿波形则是从触发脉冲的第一个负半波开始,到下 一个负半波到来时结束,在大锯齿结束的同时,下一个大锯齿波形又产生了, 其积分时间常数决定于 R 8和 C7。发动机刚刚起动时,随第一个触发脉冲的正半 波产生的小锯齿是没用的,C D I 实际是从第一个大锯齿和第二个小锯齿开始比较, 才真正进人工作阶段,不断发出点火信号的。 图 9 为转速小于起始进角转速时的波形,当第一个负脉冲到来时,通过（7 ）脚 送入集成电路,并在 （1 3 ） 脚产生大锯齿波形 在第二个周期正脉冲到来时,通 过（

11、2 ）脚送人集成电路,并在（1 2 ）脚产生小锯齿波形。 （1 2 ）脚的电压一出现 就与（1 3 ）脚的电压进行比较，但直到最后电压也不能大于（1 3 ）脚的电压， 所 以比较器输出高电平1。当第二个负脉冲到来时,经（7 ）脚送人,在（1 3 ） 脚产生大锯齿波形；另一路和比较器输出的1一同送人与非门,使与 非门输出1, （1 0 ）脚即输出点火信号,使发动机点火。发动机点火时, 刚好是负脉冲到来的时刻,也就是说发动机没有提前点火,只是在机械提前角 的位置点火。发动机的绝对点火角1, 应该为机械进角2与电子进角3之和, 假设此时发动机的机械进角为 1 0，那么发动机的绝对进角也为 1 0,这

12、就是图 6 所示的曲线 D E 段。 当发动机转速刚好大于起始进角转速时,如图 1 0 所示,小锯齿电压在提前负脉 冲大约 0 . 5的地方大于大锯齿电压,比较器输出低电平0， 此时负脉冲 还没有到来,所以与非门输出高电平, 1,使（1 0 ）脚提前了 0 . 5 输出点火信号。这时发动机的绝对进角为1= 2+ 3= 1 0+ 0 . 5= 1 0 . 5。 发动机开始提前点火。图 1 1 为转速大于起始进角转速而小于最大进角转速的波 形图。 当发动机转速继续升高并大于最高进角转速时, 如图 1 2 ，所示发动机进人最 大进角。 此时,正脉冲信号一出现,随之同时出现的小锯齿电压就比大锯齿电压 高了,发动机在正脉冲