汽车点火系统控制.ppt

1、汽车电子控制技术,点火系统控制,电子控制点火(ESA)系统 点火能量控制 点火正时控制 点火提前角控制 发动机爆震控制,点火系统是用于提供点火能量和控制各个气缸 点火顺序、点火时刻的装置。,点 火 系 统,第一阶段 机械式有触点点火系统 第二阶段 无触点晶体管点火系统 （无分电器点火系统） 第三阶段 电子控制点火系统,机械式点火系统,组成：电源、点火开关、点火线圈、分电器、火花塞。,机械式点火系统的工作过程,曲轴带动分电器轴上的凸轮转动，使点火线圈次级触点 通、断而产生高压电。点火高压通过分电器轴上的分火头， 按发动机工作顺序送到各气缸的火花塞上，发出电火花点燃 燃烧室内的气体。,四缸点火演示

2、简图,1) 高压电的产生，有点火线圈和分电器中的断电器完成。 2) 高压电的分配有分电器中的配电器完成。,初级电压,次级电压,点火系的主要元件,点火线圈,功用：将汽车电源供给的低压电转变为高压电(10kV),分电器,功用： 将脉冲高压电按发动机的作功顺序和点火时间要求，配送至各缸的火花塞。 调节发动机不同 转速下的提前角。 分电器壳体可以手动转动来调节基本的点火提前角 ( 即怠速运转时的点火提前角 )。,配电器、断电器、电容器、点火提前调节装置,火花塞(俗称火咀),作用：把高压导线(火咀线)送来的脉冲高 压电(俗称“击穿电压”)放电，击穿 火花塞两电极间空气，产生电火花 引燃气缸内的混合气体。

3、,电 源,点火系在发动机上的安装位置,高性能发动机的基本条件： 1.高能量稳定的点火 2.混合均匀的混合气 3.高压缩比,5.1点火系统的基本要求,1.产生电火花,2.点燃混合气的能量,3.点火时刻,高能量稳定的点火,击穿电压高，点火可靠，但绝缘困难。一般次极电压限制在50kV以内，对于某些车辆需要提高对各种燃料适应性，可将次极电压提高，但最高不超过100 kV。,5.1.1 产生电火花,1 发动机正常工作，混合气压缩终了时的温度已接 近其自燃温度，所需的点火能量很小（1 5 mJ） 2 在启动、怠速以及急加速等非稳定工况时，则需要较高的点火能量。 3 A/F17的稀混合气，也需要增加点火能量

4、。,5.1.2点燃混合气的能量,基于以上原因，为了可靠点火，一般需要点火 系统提供50 80 mJ，最大时可达150 mJ的点火能 量。,因为混合气在气缸内燃烧需要占用一定的时间，所以 混合气不应在压缩行程的上止点处燃烧，而应适当提前， 使活塞到达上止点时，混合气已充分燃烧，从而使发动机 获得较大的功率。点火的提前量称为点火提前角。,点火时刻,点火过早，会造成爆震，活塞上行受阻，效率降低， 磨损加剧； 点火过迟，气体做功效率低，排气声大。,1.点火提前角,从发出电火花开始到活塞到达上止点为止的一段时间 内曲轴转过的角度。,点火提前角：,最佳点火提前角就是在各种不同工况下使气体膨胀趋势最大段处于

5、活塞做功下降行程。 这样效率最高，振动最小，温升最低。不论点火过早或过迟，这是应该防止的。最佳点火角受很多因素影响。,2.影响最佳点火提前角的因素,1）活塞的运行速度快，最佳点火提前角相应增大； 反之，最佳点火提前角相应减小。 2）混合气燃烧速度快，最佳点火提前角相应减小； 反之，最佳点火提前角相应增大。,影响最佳点火提前角的因素可归结为一下两点：,影响最佳点火提前角的具体因素有：,1.与活塞的运行速度加快的因素：,发动机转速：发动机转速增高，最佳点火提前角相应增大， 但不是线性关系。,2.与混合气燃烧速度加快的因素：,1 负荷： 发动机转速不变，负荷增加，混合气燃烧速度变快，最佳点火提前角相

6、应减小。,2 压缩比： 发动机压缩比越大，气缸压力和温度越高，混合气燃烧越快，点火提前角要越小。,3 混合气浓度： 混合气浓度过浓A/F18时，燃烧速度皆慢，点火提前角需增大。,1 启动和怠速 发动机启动和怠速时，发动机转速低，但混合气燃烧 速度也较慢，最佳点火提前角适当减小或不提前。 2 汽油的辛烷值 汽油的辛烷值，也就是汽油牌号，越高抗爆震能力越 强，相应允许更大的点火提前角。,3.其它因素：,4 进气压力 进气压力减小，混合气燃烧速度变慢，最佳点火提前 角相应增大。 5 火花塞的数量 气缸体同时装有两个火花塞，混合气燃烧速度变快， 最佳点火提前角比装有一个火花塞相应减小。,5.2 电子控

7、制点火系统的基本组成与原理,5.2.1电子控制点火系统的特点,1 各种工况和环境条件下均可获得理想的点火提 前角； 2 保持点火能量不变，提高了点火的可靠性； 3 采用闭环控制后，与燃料供给系统实现综合控 制，可使点火提前角控制在刚好不发生爆震的 临界状态；提高发动机各种性能。,点火提前角的控制不能只考虑点火系统或者发动机系统，而是要求能与其它的系统很好的协调，以达到车辆整体的最佳控制。,根据传感器信息， 计算最佳提前角， 发出点火指令。,5.2.2电子控制点火系统的基本组成,传感器：,ECU：,执行机构：,检测工况信息。,点火线圈,点 火 控 制 装 置,火 花 塞,执行点火,1.原理： E

8、CU根据发动机的有关传感器检测的各种工况信号进行控制点火.,5.2.3电子控制点火系统的原理与控制过程,2.控制过程 首先根据发动机转速、吸入的空气质量流量和曲轴的 位置，确定相应的基本点火提前角，然后根据检测冷却水温度、进气温度等加以修正，得到最佳点火提前角。,3.闭环控制与开环控制 对于爆震闭环控制，ECU根据爆震传感器检测到出现 爆震时，减小点火提前角，若未产生爆震，则加大点火提 前角，实现闭环控制。 当发动机负荷低于一定值时，一般不出现爆震，这时采用开环控制。,即使只考虑发动机转速和负荷从理论上来建立点火系 统的数学模型也是相当困难的，其原因是点火系统的非线 性特性。,5.3 点火提前

9、角控制,1.影响点火提前角的主要因素 影响点火提前角最主要的因素是发动机转速和负荷。,2.点火系统的数学模型,采用实验方法获得点火系统的数学模型： 大量的台架试验和道路试验，并对试验数据进行处理， 获得发动机在不同转速、不同负荷时所对应的最佳提前角 的数据点集合，绘出三维控制模型图(MAP图)，再将其转 换为二维表，并存放再ECU的存储器中。,三维控制模型图(MAP图),点火提前角二维表存储形式,单 位 转 速 的 进 气 量,发动机转速,大,小,低,高,提前角 数值,实际点火提前角 初始点火提前角基本点火提前角修正点火提前角,5.3.1 丰田汽车点火系统点火提前角控制,点火正时控制模式分为：

10、 启动点火时间控制 启动后点火时间控制,1.启动点火时间控制 预先确定的初始点火提前角也称为固定点火提前角， 其值为上止点前10。下列情况： 1 发动机启动； 2 发动机启动且转速稳定在400 r/min 以下。 实际点火提前角初始点火提前角,启动后点火时间控制由基本点火提前角和修正点火提 前角两部分组成。,2.启动后点火时间控制,1 怠速基本点火提前角 传感器有怠速输出时所对应的基本点火提前角。 空调工作：基本点火提前角为 8； 空调不工作：基本点火提前角为 4。,2 正常行驶时的基本点火提前角 该值主要依据发动机的转速和负荷（用进气量表示） 来确定。ECU根据传感器的信号在ROM存储器搜寻

11、基本 点火提前角。,1）基本点火提前角,2）点火提前角的修正,3）ECU判断点火提前角修正的信号,当ECU给出的实际点火提前角超过允许范围时，发动 机将难以运转。当超过允许范围时，则ECU就按预先设定的点火提前角的最大值或最小值进行控制。,丰田汽车点火系统(TCCS系统),电子控制点火系统的框图,1.正常工况点火提前角控制 当ECU无怠速信号输入时， 实际点火提前角基本点火提前角水温修正系数 基本点火提前角预先设定并存放在ECU中。,5.3.2日产汽车点火系统提前角控制,2.怠速点火提前角控制 当ECU怠速信号输入时，进入怠速点火提前角控制模 式。,3.启动时点火提前角控制 根据冷却水的温度确

12、定启动时点火提前角控制。,闭合角控制,闭合角是指点火控制器的末级大功率开关管导通期间， 分电器轴转过的角度，也称导通角。,由于点火线圈采用了高能点火线圈，即初级绕组W1的 电阻很小0.520.76，这样点火系初级电路的饱和电流可 达20A以上。,为防止初级电流过大烧坏点火线圈，点火控制器必须 控制末级大功率开关管的导通时间，从而使初级电流控制 在额定电流值，又保证点火系可靠工作。,1）当转速变化时，闭合角控制电路在低速时使VT延迟导通，高速时使 VT 提前导通，从而使 VT 导通时间基本不变，各种转速下的闭合角见表4-5。,各种转速下的闭合角,2）当电源电压变化时，使初级电流上升率也跟着变化，

13、即 电压高时上升，电压低时上升慢，为保证限流时间不变， 闭和角控制电路使VT导通时间随电源电压的增高而减小， 反之增加，各种电压下闭合角见表4-6。,3）点火线圈参数变化时，闭合角进行控制电路也会作出相应的反应，使闭合角做出小量改变。,电源电压变化时的闭合角,5.4 无分电器点火系统,微机控制点火系统的分类 1非直接点火系统该系统仍然保留分电器，点火线圈产生的高压电是经过分电器中的配电器进行分配的，即由分火头和分电器盖组成的配电器，依照点火顺序适时地将高压电分配至各气缸，使各缸火花塞依次点火。 2直接点火系系统（无分电器点火系统）直接点火系统取消了分电器，该系统中点火线圈上的高压线直接与火花塞

14、相连，工作时，点火线圈产生的高压电直接送至各火花塞，由微机根据各传感器输入的信息，依照发动机的点火顺序，适时的控制各缸火花塞点火。,传统的点火装置主要由分电器，点火线圈，火花塞等 部件组成，其中分电器和点火线圈是产生互感高压电的关 键部件。分电器通过其凸轮棱角来控制白金触点的开、闭 使点火线圈产生高压电。 现代汽油发动机每分钟转速最高可达6千多转，瞬间 点火时间极短，传统点火装置已经不能适应其点火要求。 车用无触点电子点火装置代替了传统的点火装置。,传统的点火装置,1989年，无分电器电子点火系统应用在福特的汽车上。它采用多个线圈的点火装置，去掉了分电器。,1. 提高可靠性：因为该系统是半导体

15、点火，无运行部件的摩擦损耗， 2. 减少维修工作量：因为没有分电器盖和分火头，不需维修和更换。 3. 不会缺火或不易起动：消除了分电器盖中形成的臭氧/硝酸和水的可能性， 4. 减小对电磁干扰：没有分火头和分电器盖之间产生的火花。无分电器点火可以将高压线圈与火花塞安装为一体，减少了高压导线。 5.点火装置体积小：便于布置安装，有利发动机室设计小型化。,无分电器点火系统的优点：,无分电器点火为每一个火花塞使提供一个线圈，直接安装在火花塞上。,该方式将点火 线圈与火花塞安装 为一体，电压的分 配性能好，能量损 失小，缺点是结构 与控制电路复杂。,5.4.1无分电器点火系统的配电方式,1.单独点火配电方式,该方式将将两个火花塞共用一个点火线圈，结构与控 制电路相对简单。缺点是能量损失大，且只能用于双数缸 的发动机。,2.双缸同时点火配电方式,3.二极管配电点火方式 该方式将将四个火花塞共用一个点火线圈，结构与控 制电路简单。缺点是能量损失大，且只能用于以 4 为倍数 缸的发动机。,与燃料供给系统实现综合控制，使点火提前角控制在刚好不发生爆震的临界状态（处于微爆震状态）；发动机将获得最佳性能。微爆震状态极不稳定，控制必须是动态的，使发动机始终工作在微爆震状态。,5.5 爆震控制,1. 点火时刻早，燃烧压力过高，容易发生爆震。 2. 点火时刻设定远离发生爆震的临界状态，发动 机的转矩和功率