發(fā)動機(jī)點火及其它控制

1、第七章 發(fā)動機(jī)點火及其它控制第一節(jié) 發(fā)動機(jī)點火控制系統(tǒng)一、點火控制系統(tǒng)的發(fā)展點火系統(tǒng)最基本的原理是通過斷電開關(guān)控制點火線圈一次電流的大小和斷電時間，從而控制點火的能量和時刻，保證發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)的混合氣徹底燃燒。在傳統(tǒng)的化油器式汽油機(jī)中，點火控制系統(tǒng)經(jīng)過了傳統(tǒng)式（觸點式）向無觸點式發(fā)展的過程。在這一過程中，系統(tǒng)的分電器仍一直采用機(jī)械式離心和真空提前機(jī)構(gòu)來控制發(fā)動機(jī)的點火提前角。隨著EFI系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展，點火控制系統(tǒng)開始采用電控點火裝置（ESA）。它可以使發(fā)動機(jī)在任何工況下均處于最佳點火提前狀態(tài)，并實現(xiàn)3方面的功能：通電時間控制，點火提前角控制和爆震控制。二、電子點火控制系統(tǒng)現(xiàn)代點火控制系統(tǒng)都是計

2、算機(jī)控制的電子控制系統(tǒng)。它可以分為兩大類，一類是有分電器的，一類是沒有分電器的。但是它們的主要組成及控制原理是相同的。組成：（1） 點火器：包括點火控制電路等、閉合角控制電路、點火器信號電路、功率晶體管及其驅(qū)動電路等。（2） 點火線圈及分電器 點火線圈采用一次線圈電阻值很小的高能點火線圈。在有分電器的系統(tǒng)中，各汽缸共用一個點火線圈；在無分電器的系統(tǒng)中，將氣缸分組，每組共用一個點火線圈，或者是每個氣缸獨立用一個線圈。電子點火控制系統(tǒng)的組成如圖（1） ECU的輸入信號ECU的輸入信號，除了節(jié)氣門位置傳感器、輸入信號，除了節(jié)氣門位置傳感器、空氣流量計、水溫傳感器等送來的信號外，還有曲軸位置傳感器送來

3、的以下信號：1） G信號所謂G信號，即上止點參考位置信號。它的周期對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角等于發(fā)動機(jī)各缸工作間隔所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角（四缸發(fā)動機(jī)為180度，六缸發(fā)動機(jī)為120度），G信號的相位所對應(yīng)的曲軸位置與各組活塞的上止點位置有一定的角度，一般為上止點前10度。根據(jù)G信號，ECU可能準(zhǔn)確地計算出曲軸每轉(zhuǎn)1度及一周所用時間和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。由轉(zhuǎn)速和其它傳感器輸入的參數(shù)，ECU可查表得到點火提前角和點火線圈通電時間。根據(jù)計算的1度信號所用時間，可計算出G信號后點火器的通電和斷電時刻，最后輸出點火控制信號。在無分電器的點火控制系統(tǒng)中，有的將上止點位置G信號分為G1和G2，兩信號相隔180度（曲軸轉(zhuǎn)角360度）。在

4、豐田皇冠汽車無分電器點火控制系統(tǒng)中，G1設(shè)定在第六缸上止點附近，G2設(shè)定在第一缸上止點附近。2） Ne信號。所謂Ne信號，即發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速信號。Ne信號的每一個脈沖，表示發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)過一個固定的角度。一般的系統(tǒng)中，Ne信號周期為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過30度所對應(yīng)的時間，在較精密的系統(tǒng)中，Ne信號周期為曲軸轉(zhuǎn)過1度所對應(yīng)的時間。（2） ECU的輸出信號1） 點火控制信號IGtIGt實際上就是點火器中功率晶體管的通斷控制信號。它是ECU輸出到點火組件的點火命令信號，也是點火組件計算閉合角的基準(zhǔn)信號。IGt信號輸出后，在活塞位置達(dá)到存儲器所記憶的最佳點火時間時，IGt信號消失，也就是發(fā)出了點火指令。2） 辨缸信號

5、IGdA、IGdB曲軸每轉(zhuǎn)一周將產(chǎn)生多個G信號，而每個G信號與點火氣缸的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)該是確定不變的。在有分電器的系統(tǒng)中，由于點火氣缸是由分火頭的指向決定的，所以不會出現(xiàn)問題。但是在無分電器的系統(tǒng)中，僅有G信號不能決定具體的點火氣缸，所以ECU輸出信號中增加了辨缸信號IGd，以便與G信號一同決定需要點火的氣缸。在無分電器同時點火方式中，又把IGd分為IGdA和IGdB。3、無分電器點火控制系統(tǒng) （DIL）無分電器點火控制系統(tǒng)是一種全電子化的點火系統(tǒng)。優(yōu)點：（1）由于沒有機(jī)械傳動，減少了分火頭與旁電極這一中間跳火間隙的能量損耗和干擾；（2）由于無分電器，也使發(fā)動機(jī)各部件的布置更容易、更合理。分類：（

6、1）每缸一個點火線圈的獨立點火方式；（2）兩個活塞位置同步缸（兩個缸的活塞同時到達(dá)上止點位置，但一個缸為壓縮行程的上止點，另一個缸為排氣行程的上止點）共用一個點火線圈的同時點火方式。1） 無分電器同時點火方式1、6缸，2、5缸及3、4缸分別為同步缸，兩同步缸共用一個線圈，其方法是兩同步缸的火花塞與共用的點火線圈二次線圈串聯(lián)。當(dāng)點火線圈一次線圈斷電時，一個氣缸處于壓縮行程的上止點，所以為有效點火；而另一個氣缸處于排氣行程的上止點，為無效點火。由于處于排氣行程中氣缸內(nèi)的壓力很低，加之廢氣中導(dǎo)電離子較多，其火花塞很容易被高壓擊穿，消耗的能量非常少，不會對壓縮行程氣缸點火產(chǎn)生影響。2） 無分電器獨立點

7、火方式控制系統(tǒng)由于每缸都有獨立的點火線圈，所以即使發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速高達(dá)9000r/min，線圈也有較長的通電時間（大的閉合角），可以提供足夠高的點火能量。與分電器系統(tǒng)相比，在相同的轉(zhuǎn)速和相同點火能量下，單位時間內(nèi)點火線圈的電流要小的多，因此，線圈不宜發(fā)熱而體積又可以非常小巧，一般是將點火線圈壓裝在火花塞上，這種點火方式控制系統(tǒng)特別適合于多氣門發(fā)動機(jī)。三、最佳點火提前角及影響點火提前角的因素1、最佳點火提前角定義：能保證發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放都達(dá)到最佳值的點火提前角稱為最佳點火提前角。一般來說，混合氣在氣缸內(nèi)燃燒時，其最高燃燒壓力（也可以說是發(fā)動機(jī)的最大輸出功率）出現(xiàn)在曲軸轉(zhuǎn)角的上止點后10度

8、左右。如圖3-4，圖中曲線A是氣缸內(nèi)不燃燒的壓力波形，它是以上止點（TDC）為中心的左右對稱波形。曲線B、C、D分別表示點火時刻在上止點第10度以前，10度左右和10度以后三種點火提前角時的燃燒壓力波形。由圖可知，時刻點火可以獲得最佳的燃燒壓力（作功也是最多的，作功的多少可以看陰影部分所示）且無爆震發(fā)生；而在時刻點火，雖然燃燒壓力最高，但有爆震發(fā)生（曲軸B上部的的鋸齒波形）?？梢?，最佳點火提前角在上止點前10度左右。但最佳點火提前角也不是一成不變的。2、影響點火提前角的因素1） 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速對點火提前角的影響如圖3-5知，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，點火提前角應(yīng)該增大。在普通EFI系統(tǒng)中，由于采用的是機(jī)械式

9、離心調(diào)節(jié)器，所以調(diào)節(jié)曲線與理想點火調(diào)節(jié)曲線相差較大。當(dāng)采用ESA時，可以使發(fā)動機(jī)的實際點火提前角接近與理想的點火提前角。2） 進(jìn)氣歧管絕對壓力對點火提前角的影響如圖3-6知，當(dāng)管路壓力高（真空度小，負(fù)荷大），要求點火提前角?。环粗?，管路壓力低（真空度高，負(fù)荷小）時，要求點火提前角大。在普通EFI系統(tǒng)中，由于采用真空調(diào)節(jié)器，所以調(diào)節(jié)曲線與理想曲線相差較大。當(dāng)采用ESA控制系統(tǒng)時，可以使發(fā)動機(jī)的實際點火提前角接近于理想的點火提前角。3） 辛烷值對點火提前角的影響發(fā)動機(jī)在一定條件下，會出現(xiàn)爆震現(xiàn)象。爆震使發(fā)動機(jī)動力下降、油耗增加、發(fā)動機(jī)過熱，對發(fā)動機(jī)極為有害。發(fā)動機(jī)的爆震與汽油品質(zhì)有密切關(guān)系，常用辛

10、烷值來表示汽油的抗爆性能。汽油的辛烷值越高，抗爆性越好，點火提前角可以加大；反之，汽油的辛烷值越低，抗爆性越差，點火提前角應(yīng)減少。在無電控的普通點火系統(tǒng)中，是靠人工分電器初始位置進(jìn)行調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。在EFI中，為了適應(yīng)不同辛烷值的汽油的需要，在實際運用時，可以根據(jù)不同的汽油品種進(jìn)行選擇。在出廠時，一般開關(guān)設(shè)定在無鉛汽油的位置上。3、點火提前角的控制方式在ESA控制系統(tǒng)中，根據(jù)有關(guān)傳感器送來的信號，ECU計算出最佳點火時刻，輸出點火正時信號（IGt），控制點火器點火。在發(fā)動機(jī)起動時，不經(jīng)ECU計算，點火時刻直接由傳感器信號控制一個固定的初始點火提前角。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過一定值時，自動轉(zhuǎn)換為由ECU的

11、點火正時信號IGt控制。1初始點火提前角為了確定點火正時，ECU根據(jù)上止點位置確定點火的時刻。在有些發(fā)動機(jī)中，ECU把G1或G2信號后第一個Ne信號過零點定為壓縮行程上止點前10度，ECU計算點火正時時，就把這一點作為參考點。這個角度就稱作初始點火提前角，其大小隨發(fā)動機(jī)而異。2點火提前角的計算發(fā)動機(jī)工作時，ECU根據(jù)進(jìn)氣歧管壓力（或進(jìn)氣量）和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，從存儲器存儲的數(shù)據(jù)中找到相應(yīng)的基本點火提前角，再根據(jù)有關(guān)傳感器信號值加以修正，得出實際點火提前角。實際點火提前角=初始點火提前角個基本點火提前角十修正點火提前角（或延遲角）3點火提前角的控制點火提前角的控制包括兩種基本情況：起動期間的點火時間控

12、制：發(fā)動機(jī)在起動時，在固定的曲軸轉(zhuǎn)角位置點火，與發(fā)動機(jī)的工況無關(guān)。起動后發(fā)動機(jī)正常運行期間的點火時間控制：點火時間由進(jìn)氣歧管壓力信號（或進(jìn)氣量信號）和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速確定的基本點火提前角和修正量決定。修正項目隨發(fā)動機(jī)而異，并根據(jù)發(fā)動機(jī)各自的特性曲線進(jìn)行修正。四、爆震控制爆震是汽油機(jī)運行中最有害的一種故障現(xiàn)象。發(fā)動機(jī)工作如果持續(xù)產(chǎn)生爆震，火花塞電極或者是活塞就可能產(chǎn)生過熱、熔損等現(xiàn)象，造成嚴(yán)重故障，因此必須防止爆震的產(chǎn)生。爆震與點火時刻有密切關(guān)系，同時還與汽油的辛烷值有關(guān)。如圖3-16可知，在傳統(tǒng)的點火系統(tǒng)和無爆震控制的點火系統(tǒng)中，為防止爆震的發(fā)生，其點火時刻的設(shè)定往往遠(yuǎn)離爆震邊緣。這樣勢必就會降低發(fā)動機(jī)效率，增加燃油消耗。而具有爆震控制的點火系統(tǒng)，點火時刻到爆震邊緣只留一個較小的余量，或者說，就在爆震界面上工作，這樣即控制了爆震的發(fā)生，又能更有效地得到發(fā)動機(jī)的輸出功率。1、爆震控制系統(tǒng)組成：感器和ECU兩大部分。從硬件上看，爆震控制系統(tǒng)實際上就是加了爆震傳感器的點火控制系統(tǒng)。2、爆震控制方法工作原理：爆震傳感器安裝在發(fā)動機(jī)的缸體上，利用壓電晶體的壓電效應(yīng)，把缸體的振動轉(zhuǎn)換成電信號輸入ECU，ECU把爆震傳感器輸出的信號進(jìn)行濾