第1課汽油機點火控制基本原理課件

1、車輛電子控制技術(shù)講授內(nèi)容：第三章 汽油機點火控制（第1課）車輛電子控制技術(shù)課件28 七月 2022228 七月 2022本章內(nèi)容安排第二章 汽油機供油控制第1課 汽油機點火控制的基本原理第2課 汽油機點火控制系統(tǒng)的基本組成本章主要介紹：計算機點火系統(tǒng)的基本組成與原理；點火系統(tǒng)控制過程與控制參數(shù)分析；點火提前角控制過程以及特殊工況下的修正方法；無分電器點火系統(tǒng)基本原理、結(jié)構(gòu)以及不同類型的特性分析；現(xiàn)代汽車點火系典型系統(tǒng)分析。328 七月 2022一、對點火系統(tǒng)的基本要求二、點火提前角的控制三、點火閉合角的控制本節(jié)課的主要內(nèi)容第1課 汽油機點火控制的基本原理第三章 汽油機 點火控制428 七月 2

2、0221.能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的高壓電汽車發(fā)動機在滿負荷低速時：810kV的高壓，啟動時：需917kV的高壓正常點火：15kV以上點火系統(tǒng)產(chǎn)生的電壓：1520kV，而且高電壓的升值要快。火花塞電極之間產(chǎn)生火花的電壓通常稱為擊穿電壓。 影響 擊穿電壓的因素有哪些？火花塞電極間隙的大小；汽缸內(nèi)混合氣的壓力火花塞電極的形狀、溫度和極性；發(fā)動機的工作情況。一、對點火系統(tǒng)的基本要求第1課 汽油機點火控制的基本原理第三章 汽油機 點火控制528 七月 20221.能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的高壓電 （1）為何火花塞電極間隙越大需要的擊穿電壓越高？電極間隙越大，氣體中的離子和電子與電極的距離增大，

3、受電場力的作用減小，不易發(fā)生碰撞電離，因此需要較高的電壓才能跳火。一、對點火系統(tǒng)的基本要求第三章 汽油機 點火控制擊穿電壓與火花塞間隙的關(guān)系第1課 汽油機點火控制的基本原理628 七月 20221.能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的高壓電 （2）為何汽缸內(nèi)混合氣的壓力越大則擊穿電壓越高？為何汽缸內(nèi)混合氣的溫度越高則擊穿電壓越高？實際上擊穿電壓與混合氣的密度有關(guān)，密度越大，單位體積中氣體分子數(shù)量越多，離子自由運動的距離（即兩次碰撞之間的距離）就越短，故不易發(fā)生碰撞電離作用，只有提高加在電極上的電壓，增大作用于離子上的電場力，使離子加速才能發(fā)生碰撞電離而使火花塞間隙擊穿，因此混合氣的密度越大，則擊穿電

4、壓越高。而混合氣的壓力與溫度，影響混合氣密度，從而間接影響擊穿電壓。一、對點火系統(tǒng)的基本要求第三章 汽油機 點火控制擊穿電壓與混合氣壓力的關(guān)系第1課 汽油機點火控制的基本原理728 七月 20221.能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的高壓電 （3）火花塞電極的溫度和極性當(dāng)火花塞的電極溫度超過混合氣的溫度時，擊穿電壓約降低30%50%，因電極溫度越高，其周圍混合氣的密度就越小，容易發(fā)生碰撞電離?；鸹ㄈ麚舸╇妷号c電極極性有何關(guān)系？當(dāng)受熱的電極（火花塞中心電極）是負極時，由于熱電發(fā)射和二次電子發(fā)射作用（即在正離子的轟擊下，使陰極又發(fā)射新的電子的現(xiàn)象），火花塞的擊穿電壓約可降低20%。一、對點火系統(tǒng)的基本

5、要求第三章 汽油機 點火控制擊穿電壓與電極溫度的關(guān)系第1課 汽油機點火控制的基本原理828 七月 20221.能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的高壓電 （4）發(fā)動機的工況發(fā)動機不同的工況，其擊穿電壓也不相同，其值隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷率、壓縮比、點火提前角以及混合氣成分而變化。為何啟動時需要較高的擊穿電壓？當(dāng)火花間隙為0.7mm時可高達19kV。這是由于啟動時汽缸壁、活塞以及火花塞的電極都處于冷態(tài)，吸入的混合氣溫度低、霧化不良。壓縮時混合氣的溫度升高不大，加之火花塞電極之間還可能積有機油或汽油，因此擊穿電壓最高。為何加速時需要較高的擊穿電壓？汽車加速時，大量冷混合氣突然進入汽缸，使火花塞中心電極溫度

6、降低一、對點火系統(tǒng)的基本要求第三章 汽油機 點火控制不同工況時的擊穿電壓第1課 汽油機點火控制的基本原理928 七月 20222.火花塞應(yīng)具有足夠的能量要使混合氣可靠點燃，火花塞產(chǎn)生的火花應(yīng)具有一定的能量，發(fā)動機正常工作時，由于混合氣壓縮終了的溫度已接近其自燃溫度，因此所需的火花能量很?。?5MJ）。蓄電池點火系統(tǒng)能發(fā)出1550 MJ的火花能量，足以點燃混合氣。但在發(fā)動機啟動、怠速運轉(zhuǎn)以及節(jié)氣門急劇打開時，則需較高的火花能量。啟動時，由于混合氣霧化不良，廢氣稀釋嚴(yán)重，電極溫度低，所需的點火能量最高。另外，為了提高發(fā)動機的經(jīng)濟性，當(dāng)采用=1.21.25的稀混合氣時，由于稀混合氣難于點燃，也需增加

7、火花能量。為何稀混合氣需要較高的點火能量？考慮上述情況，為了保證可靠點火，火花塞一般應(yīng)保證有5080MJ的點火能量，啟動時應(yīng)產(chǎn)生大于100MJ的火花能量。一、對點火系統(tǒng)的基本要求第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理1028 七月 20223.點火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工作情況 為何點火應(yīng)適當(dāng)提前？因為混合氣在發(fā)動機的汽缸內(nèi)從開始點火到完全燃燒需要一定的時間（千分之幾秒），所以要使發(fā)動機產(chǎn)生最大的功率，就不能在壓縮行程終了活塞行至上止點才點火，而是需要適當(dāng)提前一些。發(fā)動機汽缸數(shù)的多少，負荷的大小，轉(zhuǎn)速的變化，燃油品質(zhì)的不同，即是同一發(fā)動機由于工況和使用條件的不同等因素，都直接影響

8、汽缸內(nèi)混合氣的點火時間，為了使發(fā)動機能發(fā)出最大功率，點火系統(tǒng)必需適應(yīng)上述情況的變化實現(xiàn)最佳點火。影響最佳點火提前角的因素有哪些？轉(zhuǎn)速、負荷、啟動及怠速、汽油的辛烷值、壓縮比、混合氣成分、進氣壓力等。一、對點火系統(tǒng)的基本要求第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理1128 七月 20223.點火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工作情況 （1）轉(zhuǎn)速為何最佳點火提前角應(yīng)隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高而增大？ 這是因為轉(zhuǎn)速越高，在同一時間內(nèi)活塞移動的距離越大，曲軸轉(zhuǎn)角也就加大。如果混合氣的燃燒速率不變，則最佳點火提前角應(yīng)按線性增加。但當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時，混合氣的壓力和溫度增高，擾流也增強，使燃燒速度隨之加快，因此，最佳

9、點火提前角，應(yīng)隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高而增大，但不是線性的。一、對點火系統(tǒng)的基本要求第三章 汽油機 點火控制最佳點火提前角與轉(zhuǎn)速的關(guān)系第1課 汽油機點火控制的基本原理1228 七月 20223.點火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工作情況 （2）負荷在同一轉(zhuǎn)速下，為何最佳點火提前角隨負荷的增大而應(yīng)減?。坑捎谪摵稍龃?，即節(jié)氣門開度增大，吸入汽缸的混合量增多，壓縮終了時，壓力和溫度增高，使燃燒速度加快一、對點火系統(tǒng)的基本要求第三章 汽油機 點火控制最佳點火提前角與負荷的關(guān)系第1課 汽油機點火控制的基本原理1328 七月 20223.點火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工作情況 （3）啟動及怠速 發(fā)動機啟動和怠速時，雖然混合氣燃燒速度

10、較慢，但混合氣的全部燃燒時間，只占較小的曲軸轉(zhuǎn)角，如果點火過早，可能使曲軸反轉(zhuǎn)，因此，要求點火提前角減小或不提前。 （4）汽油的辛烷值 為何97號汽油的點火提前角應(yīng)比93號大？由內(nèi)燃機原理知，爆燃使發(fā)動機功率下降、油耗增加、發(fā)動機過熱等，對發(fā)動機極為有害。汽油的抗爆能力，用辛烷值表示。辛烷值高的汽油不易產(chǎn)生爆燃，其點火提前角可增大些；在燃用低辛烷值汽油時，應(yīng)適當(dāng)減速小點火提前角。一、對點火系統(tǒng)的基本要求第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理1428 七月 20223.點火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工作情況 （5）壓縮比為何最佳點火提前角應(yīng)隨壓縮比的增大而減小？壓縮比增大，壓縮行程終了

11、時的壓力和溫度增高，最佳點火提前角應(yīng)減小。一、對點火系統(tǒng)的基本要求第三章 汽油機 點火控制最佳點火提前角與壓縮比的關(guān)系第1課 汽油機點火控制的基本原理1528 七月 20223.點火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工作情況（6）混合氣成分混合氣濃度直接影響燃燒速率，在空氣過量系數(shù)=0.80.9時，燃燒速率最快，最佳點火提前角最小。為何混合氣過稀或過濃的均需增加點火提前角？燃燒速度變慢。（7）進氣壓力 為何在高原地區(qū)行車應(yīng)適當(dāng)加大點火提前角？進氣壓力減小，混合氣霧化和擾流變壞，燃燒速度變慢，高原地區(qū)大氣壓力低，空氣稀薄，應(yīng)適當(dāng)加大點火提前角。一、對點火系統(tǒng)的基本要求第三章 汽油機 點火控制最佳點火提前角與混合

12、氣成分的關(guān)系第1課 汽油機點火控制的基本原理1628 七月 20221.何謂點火提前角定義1：點火瞬時，氣缸中心線與曲柄中心線的夾角。定義2：從點火時刻起到活塞到達壓縮上止點，這段時間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度稱為點火提前角。 2.為何要控制點火提前角點火過遲對發(fā)動機性能有何影響？點火過早對發(fā)動機性能有何影響？二、點火提前角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理1728 七月 20223.起動時點火提前角的控制（1）啟動初始點火提前角控制 在發(fā)動機啟動初始，為何將點火提前角固定在在某一值？在啟動初始，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速很低（一般發(fā)動機啟動轉(zhuǎn)速在500rmin以下）此時的發(fā)動機負荷信號（

13、進氣管壓力信號或進氣流量信號）不穩(wěn)定，因此，通常將點火提前角固定在初始點火提前角。ECU根據(jù)點火開關(guān)信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器信號進行啟動初始點火提前角控制，并直接由集成電路IC產(chǎn)生點火定時信號Ne。 二、點火提前角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理1828 七月 20223.起動時點火提前角的控制（2）啟動非初始點火提前角控制 為提高啟動性能，一些發(fā)動機啟動時的點火時間并非是初始點火提前角，而是由電子點火控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機的溫度和啟動轉(zhuǎn)速對啟動點火提前角進行不同的控制。 正常啟動轉(zhuǎn)速情況在正常的啟動轉(zhuǎn)速（100rmin以上）下啟動，主要考慮的是溫度對發(fā)動機燃

14、燒的影響。在溫度低于零度以下時，從點火到迅速燃燒需較長的時間，故需適當(dāng)增大點火提前角。二、點火提前角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理1928 七月 20223.起動時點火提前角的控制低啟動轉(zhuǎn)速情況 在啟動轉(zhuǎn)速很低（100rmin以下）時，保持原有的點火提前角，可能會出現(xiàn)在活塞運行到上止點前混合氣就已迅速燃燒起來，引起啟動困難或造成反轉(zhuǎn)。為避免此種情況，ECU根據(jù)啟動轉(zhuǎn)速的降低來減小點火提前角，并由下式確定低速啟動點火提前角： 電子點火控制系統(tǒng)根據(jù)點火開關(guān)信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器信號及發(fā)動機冷卻液溫度傳感器信號對點火提前角進行控制，使發(fā)動機在低溫或低啟動轉(zhuǎn)速

15、的情況下能順利啟動。二、點火提前角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理2028 七月 20225.起動后點火提前角的控制 起動后點火提前角=基本點火提前角+修正點火提前角。 二、點火提前角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理2128 七月 20225.起動后點火提前角的控制（1）基本點火提前角控制 怠速工況、正常運行工況下的基本點火提前角控制有所不同。 怠速時基本點火提前角是怎樣控制的？ 發(fā)動機處于怠速運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，微機根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、空調(diào)開關(guān)是否接通來確定不同的基本點火提前角。怠速基本點火提前角控制有關(guān)的信號是：節(jié)氣門位置信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號

16、和空調(diào)開關(guān)信號。二、點火提前角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理2228 七月 20225.起動后點火提前角的控制正常運轉(zhuǎn)時基本點火提前角是怎樣控制的？ 電子控制單元根據(jù)發(fā)動機的負荷（進氣管壓力或進氣流量）信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號從ROM存儲器中查出并通過插值法計算得到基本點火提前角。正常運轉(zhuǎn)基本點火提前角控制的有關(guān)信號是：節(jié)氣門位置信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、進氣流量或進氣管壓力信號。二、點火提前角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理2328 七月 20225.起動后點火提前角的控制（2）修正點火提前角控制 何謂修正點火提前角？是基本點火提前角乘以

17、適當(dāng)?shù)南禂?shù)得到的點火提前角。 修正點火提前角通常根據(jù)哪些信號進行修正？暖機、怠速、過熱、空燃比、爆燃等發(fā)動機暖機時，點火提前角是怎樣修正的？發(fā)動機冷車啟動后，當(dāng)發(fā)動機冷卻水溫度較低時，應(yīng)增大點火提前角。暖機過程中，隨冷卻水溫度升高，修正曲線的形狀與提前角的大小隨車型不同而異。暖機過程中，控制信號主要有：冷卻水溫度信號、進氣歧管壓力（或進氣量）信號、節(jié)氣門位置信號等。二、點火提前角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理2428 七月 20225.起動后點火提前角的控制發(fā)動機怠速穩(wěn)定時，點火提前角是怎樣修正的？發(fā)動機在怠速運行期間，由于發(fā)動機負荷變化使發(fā)動機轉(zhuǎn)速改變，ECU

18、要調(diào)整點火提前角，使發(fā)動機在規(guī)定的怠速轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。怠速運轉(zhuǎn)時，ECU不斷地計算發(fā)動機的平均轉(zhuǎn)速。當(dāng)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速低于規(guī)定的怠速轉(zhuǎn)速時，ECU根據(jù)與怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速差值的大小相應(yīng)地增大點火提前角；當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于規(guī)定的怠速時，推遲點火提前角。怠速穩(wěn)定修正信號主要有：發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、節(jié)氣門開度、車速、空調(diào)信號等。二、點火提前角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理2528 七月 20225.起動后點火提前角的控制發(fā)動機溫度過高時，點火提前角是怎樣修正的？發(fā)動機處于正常運行工況（怠速觸點斷開），當(dāng)冷卻水溫度過高時，為了避免產(chǎn)生爆震，應(yīng)將點火提前角推遲。發(fā)動機處于怠速工況運行（怠

19、速觸點閉合），冷卻水溫度過高，為了避免發(fā)動機長時間過熱，應(yīng)將點火提前角增大。過熱修正控制信號主要有：冷卻水溫度信號、節(jié)氣門位置信號等。二、點火提前角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理2628 七月 20225.起動后點火提前角的控制當(dāng)進行空燃比反饋控制時，點火提前角是怎樣修正的？裝有氧傳感器的發(fā)動機，當(dāng)電子控制單元根據(jù)氧傳感器的反饋信號空燃比進行修正時，隨著噴油量的增加或減少，會引起發(fā)動機的轉(zhuǎn)速在一定的范圍內(nèi)波動。為提高發(fā)動機怠速的穩(wěn)定性，控制器在控制噴油量減少的同時，適當(dāng)?shù)卦龃簏c火提前角。ECU根據(jù)氧傳感器反饋信號、節(jié)氣門位置信號、發(fā)動機冷卻液溫度信號、車速信號作

20、出空燃比反饋點火提前角修正二、點火提前角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理2728 七月 20225.起動后點火提前角的控制最大提前和推遲控制如果根據(jù)發(fā)動機實際工況和狀態(tài)計算得到的實際點火提前角過大或過小，會導(dǎo)致發(fā)動機工作不正常。因此，微機點火時刻控制系統(tǒng)設(shè)定了一個實際點火提前角的數(shù)值范圍，以控制發(fā)動機工作時其點火提前角不會超出正常工作的極限值。不同的發(fā)動機，其設(shè)定的點火提前角的最大和最小極限值不同，一般其最大值和最小值在如下范圍：最大點火提前角：3545最小點火提前角：-100二、點火提前角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理2828 七

21、月 20225.起動后點火提前角的控制當(dāng)發(fā)動機發(fā)生爆燃時，點火提前角應(yīng)怎樣修正的？當(dāng)發(fā)動機產(chǎn)生爆燃時，對基本點火提前角進行適當(dāng)?shù)男拚p小點火提前角），以迅速消除爆燃。（具體見下一節(jié)課）二、點火提前角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理2928 七月 20221.何謂點火閉合角？傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的閉合角是指斷電器觸點閉合的時間，即初級電路接通時分電器軸轉(zhuǎn)過的角度。在計算機控制的點火系統(tǒng)中是沿用了傳統(tǒng)點火系統(tǒng)閉合角的概念，實際是指初級電路接通的時間。三、點火閉合角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理第1課 汽油機點火控制的基本原理3028 七月 2

22、0222.為何要控制點火閉合角？當(dāng)點火線圈的初級電路被接通后，初級電流是按指數(shù)曲線規(guī)律增長的，初級電路斷開時初級電流的數(shù)值與初級電路通電時間的長短有關(guān)。只有當(dāng)通電時間到達一定值時，初級電流才可能達到飽和。點火線圈的次級電壓和初級電路斷開時的初級電流成正比。但通電時間過長，會使點火線圈發(fā)熱，甚至燒壞，還會使能耗增大。因此要控制一個最佳通電時間，既能得到較大的初級電流，獲得較高的點火能量和次級電壓，改善點火性能，同時又不會損壞點火線圈。三、點火閉合角的控制第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原理3128 七月 20223.點火閉合角控制方法方法1：在點火控制電路中增加恒流控制電路；方法2：精確地控制通電時間，提高轉(zhuǎn)速信號和曲軸位置信號分辨率，例如采用24齒信號觸發(fā)盤，而不是7齒信號觸發(fā)盤。蓄電池的電壓變化，會影響初級電流的大小。蓄電池電壓下降時，在相同的通電時間里初級電流能達到的值會變小。因此，必須對通電時間進行修正。三、點火閉合角的控制第三章 汽油機 點火控制3228 七月 2022介紹了對點火系統(tǒng)的基本要求分析了起動時點火提前角的控制原理分析了起動后點火提前角的控制原理分析了閉合角的控制原理小結(jié)第三章 汽油機 點火控制第1課 汽油機點火控制的基本原