第四章 汽油機點火控制

第四章汽油機點火控制傳統(tǒng)的點火系統(tǒng)，其點火時刻的調(diào)整是依靠機械離心式調(diào)節(jié)裝置和真空式調(diào)節(jié)裝置完成的，由于機械的滯后、磨損及裝置本身的局限性，故不能保證點火時刻在最佳值。而用ECU控制的點火系統(tǒng)，則可方便地解決以上問題。因為用微機可考慮更多的對點火提前角影響的因素，使發(fā)動機在各種工況下均能達到最佳點火時刻，從而提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性，并可改善排放指標。汽油機點火系統(tǒng)可分為以下兩種類型：傳統(tǒng)點火系統(tǒng)：又分為：磁電機點火系統(tǒng)；蓄電池點火系統(tǒng)。缺點：高速易斷火，不適合高速發(fā)動機；斷電器觸點易燒蝕，工作可靠性差；點火能量低，點火可靠性差。微機控制的點火系統(tǒng)：即電控點火系統(tǒng)。采用計算機根據(jù)各傳感器信號對點火提前角進行控制。有分電器式無分電器式點火系統(tǒng)的類型第一節(jié)電控點火系統(tǒng)的組成和分類

一、電控點火系統(tǒng)的組成ECU控制的點火系統(tǒng)主要由ECU、傳感器和點火執(zhí)行器三部分組成基本組成與工作原理組成：電源、傳感器、ECU、點火器、點火線圈、分電器和火花塞等。工作原理：發(fā)動機工作時，ECU根據(jù)傳感器信號（G、Ne等信號），確定出最佳點火提前角和通電時間，并以此向點火器發(fā)出指令（IGt、IGd信號）。點火器根據(jù)指令，控制點火線圈初級電路的導(dǎo)通和截止。當電路導(dǎo)通時，點火線圈初級電路導(dǎo)通。當初級電路被切斷時，次級線圈中感應(yīng)出高壓，經(jīng)分電器或直接送至工作氣缸的火花塞。IGt：點火正時信號IGd：判缸信號二、電控點火系統(tǒng)分類

1、有分電器式點火系

ECU根據(jù)各輸入信號，確定點火時刻，并將點火正時信號IGt送至點火器，當IGt信號變?yōu)榈碗娖綍r，點火線圈一次側(cè)被切斷，二次線圈中感應(yīng)出高壓電，再由分電器送至相應(yīng)缸火花塞點火。主要特點：只有1個點火線圈。ECU主要輸入信號：凸輪軸/曲軸位置傳感器、空氣流量計、冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、起動開關(guān)、空調(diào)開關(guān)、車速傳感器。1、有分電器電控點火系統(tǒng)點火線圈點火器分電器火花塞ECU2、無分電器電控點火系統(tǒng)特點：用電子控制裝置取代了分電器，利用電子分火控制技術(shù)將點火線圈產(chǎn)生的高壓電直接送給火花塞進行點火，點火線圈的數(shù)量比有分電器電控點火系統(tǒng)多。優(yōu)缺點：分火性能較好，但其結(jié)構(gòu)和控制電路復(fù)雜。分類：根據(jù)點火線圈的數(shù)量和高壓電分配方式的不同，分為：二極管配電點火方式；點火線圈分配式。（1）二極管配電點火方式

特點：四個氣缸共用一個點火線圈。發(fā)動機氣缸數(shù)必須是4的整數(shù)倍，點火順序為1-3-4-2。

工作原理：當ECU接收到曲軸位置傳感器相應(yīng)信號時，向點火控制器發(fā)出點火信號，點火控制器的控制回路使VT1切斷，一次線圈的上半部電流被切斷，在二次線圈中感應(yīng)出上“+”下“-”的高電壓，經(jīng)1缸和4缸火花塞構(gòu)成回路，兩個火花塞均跳火，此時1缸接近壓縮終了，混合氣被點燃，而4缸正在排氣，火花塞點空火。曲軸轉(zhuǎn)過180°后，則VT2截止，3缸點火，2缸火花塞點空火。

點火線圈分配式無分電器點火系統(tǒng)是將來自點火線圈的高壓電直接分配給火花塞，有同時點火和單獨點火兩種形式。（2）點火線圈分配式1）同時點火方式

特點：點火線圈的個數(shù)等于氣缸數(shù)的一半。當兩同步缸同時到達上止點時，火花塞跳火，其中一缸接近壓縮行程上止點，為有效點火；另一缸接近排氣行程上止點，為無效點火。2）獨立點火方式特點：每缸一個點火線圈，即點火線圈的數(shù)量與氣缸數(shù)相等。由于每缸都有點火線圈，即使發(fā)動機轉(zhuǎn)速很高，點火線圈也有較長的通電時間，可提供足夠高的點火能量。點火線圈火花塞點火器ECU各種傳感器1缸2缸3缸4缸5缸6缸第二節(jié)點火提前角和閉合角的控制

點火提前角的控制可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種1）開環(huán)控制的基本點火提前角是靠預(yù)先在臺架上用實驗方法測得的數(shù)據(jù)來確定的。這些數(shù)據(jù)存入ECU的只讀存儲器ROM中，工作時，ECU根據(jù)發(fā)動機的工況來選擇調(diào)取。2）閉環(huán)控制方式是根據(jù)發(fā)動機實際運行結(jié)果的反饋信息來控制點火提前角的，所以閉環(huán)控制又稱為反饋控制。通常，閉環(huán)控制方式是利用爆震傳感器反饋爆震信號來控制點火提前角的。目前廣泛應(yīng)用的電控點火系統(tǒng)，是在開環(huán)控制方式的基礎(chǔ)上再配以閉環(huán)控制方式的混合控制方式。一、點火提前角的控制實際點火提前角＝初始提前角+基本提前角+修正提前角點火提前角是從火花塞發(fā)出電火花開始，到該缸活塞運行至壓縮上止點時曲軸轉(zhuǎn)過的角度。當汽油機保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定時，汽油機功率和耗油率隨點火提前角的改變而變化。對應(yīng)于發(fā)動機每一工況都存在一個最佳點火提前角。適當點火提前角，可使發(fā)動機每循環(huán)所做的機械功最多（曲線陰影部分）點火提前角過大，易爆燃；點火提前角過小，排氣溫度升高，功率降低。1、點火提前角對發(fā)動機性能的影響A：不點火B(yǎng)：點火過早C：點火適當D：點火過遲最佳點火提前角與下述因素有關(guān)：發(fā)動機轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速升高，點火提前角增大。發(fā)動機負荷：歧管壓力高（真空度小、負荷大），點火提前角小，反之點火提前角大。燃料性質(zhì)：汽油辛烷值越高，抗爆性越好，點火提前角可增大。其他因素：燃燒室形狀、燃燒室內(nèi)溫度、空燃比、大氣壓力、冷卻水溫度。采用電控點火（ESA）系統(tǒng)，可以使發(fā)動機的實際點火提前角接近于理想的點火提前角。

2、最佳點火提前角的影響因素

點火提前角常用的計算方法：實際點火提前角＝初始點火提前角＋基本點火提前角＋修正點火提前角

起動時起動后基本點火提前角初始點火提前角修正點火提前角實際點火提前角點火正時控制起動點火控制起動后點火控制初始點火提前角基本點火提前角修正點火提前角預(yù)熱修正過熱修正怠速穩(wěn)定修正爆燃修正其他修正等初始點火提前角3、點火提前角的確定方法

發(fā)動機起動過程中，進氣管絕對壓力傳感器信號或空氣流量計信號不穩(wěn)定，ECU無法正確計算點火提前角，一般將點火時刻固定在設(shè)定的初始點火提前角，通常為10°左右?？刂菩盘枺喊l(fā)動機轉(zhuǎn)速信號（Ne信號）和起動開關(guān)信號（STA信號）。4、起動時點火提前角的控制

5、起動后基本點火提前角的確定

（1）怠速運轉(zhuǎn)

ECU根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器信號（IDL信號）、發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器信號（Ne信號）和空調(diào)開關(guān)信號（A/C信號）確定基本點火提前角。圖4-8（P96）（2）正常行駛

ECU根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷（單位轉(zhuǎn)數(shù)的進氣量或基本噴油量）確定基本點火提前角。采用查表法確定,圖4-7（P96）。

基本點火提前角發(fā)動機轉(zhuǎn)速進氣量（歧管壓力）高高電控點火數(shù)據(jù)圖不同的發(fā)動機控制系統(tǒng)中，對點火提前角的修正項目和修正方法也不同。修正方法有修正系數(shù)法和修正點火提前角法兩種。部分負荷工況根據(jù)冷卻水溫、進氣溫度和節(jié)氣門位置等信號修正。

滿負荷工況要特別小心控制點火提前角，以免產(chǎn)生爆震。

主要修正項目：水溫修正；怠速穩(wěn)定修正；空燃比反饋修正。6、點火提前角的修正（1）水溫修正水溫修正又可分為暖機修正和過熱修正。暖機修正：暖機過程中，隨冷卻水溫的提高，點火提前角應(yīng)適當減小。暖機修正控制信號：冷卻液溫度傳感器信號、進氣管絕對壓力傳感器信號或空氣流量計信號、節(jié)氣門位置傳感器信號（IDL信號）過熱修正：節(jié)氣門位置傳感器（IDL信號）觸點斷開時，若冷卻液溫度過高，點火提前角應(yīng)減小，以免產(chǎn)生爆燃。節(jié)氣門位置傳感器（IDL信號）觸點閉合時，若冷卻液溫度過高，點火提前角應(yīng)適當增大，以免發(fā)動機長時間過熱。過熱修正控制信號：冷卻液溫度傳感器信號、節(jié)氣門位置傳感器信號（IDL信號）-40-20020406080冷卻液溫度/℃提前角暖機修正過熱修正

20406080100120冷卻液溫度/℃←推遲提前→IDL通IDL斷ECU根據(jù)實際轉(zhuǎn)速與目標轉(zhuǎn)速的差值來修正點火提前角，低于目標轉(zhuǎn)速，應(yīng)增大點火提前角，反之，推遲點火提前角。（注意：空調(diào)或動力轉(zhuǎn)向的引入會引起轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定。）怠速穩(wěn)定修正控制信號：發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號（Ne信號）、節(jié)氣門位置傳感器信號（IDL信號）、車速傳感器信號（SPD信號）、空調(diào)開關(guān)信號（A/C信號）（2）怠速穩(wěn)定修正空調(diào)斷開空調(diào)接通與怠速目標轉(zhuǎn)速的差值修正值由于空燃比反饋控制系統(tǒng)，是根據(jù)氧傳感器的反饋信號調(diào)整噴油量的多少來達到最佳空燃比控制的，所以這種噴油量的變化必然帶來發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化。為了穩(wěn)定發(fā)動機轉(zhuǎn)速，點火提前角需根據(jù)噴油量的變化進行修正。（3）空燃比反饋修正點火提前角噴油量微處理器計算的點火提前角必須控制在一定范圍內(nèi)，否則發(fā)動機很難正常運轉(zhuǎn)。一般地，最大提前角為35~45o，最小提前角為-10~0o。（4）最大和最小提前角的控制二、閉合角的控制閉合角控制電路的作用是：根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和蓄電池電壓調(diào)節(jié)閉合角，以保證足夠的點火能量。在發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升和蓄電池電壓下降時，閉合角控制電路使閉合角加大，即延長一次側(cè)電路的通電時間，防止一次側(cè)儲能下降，確保點火能量。

在發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降和蓄電池電壓較高時，閉合角控制電路使閉合角減小，即縮短一次側(cè)電路的通電時間，確保一次線圈的安全。

1、通電時間控制

（1）通電時間對發(fā)動機工作的影響：在發(fā)動機工作時，必須保證點火線圈的初級電路有足夠的通電時間。但如果通電時間過長，點火線圈又會發(fā)熱并增大電能消耗。要兼顧上述兩方面的要求，就必須對點火線圈初級電路的通電時間進行控制。另外還需根據(jù)蓄電池電壓對通電時間進行修正。點火線圈的次級電壓是和初級電路斷開時的初級電流成正比。通電時間短時，初級電流小，會使感應(yīng)的次級電壓偏低，容易造成失火。初級電流大，對點火有利；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。

現(xiàn)代點火線圈初級電路的通電時間由ECU控制，根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號和電源電壓信號確定最佳的閉合角（通電時間），并控制點火器輸出指令信號（IGt信號），以控制點火器中晶體管的導(dǎo)通時間。2、點火線圈的恒流控制

為了防止初級電流過大燒壞點火線圈，在部分電控點火系統(tǒng)的點火控制電路中增加了恒流控制電路。恒流的基本方法：在點火器功率晶體管的輸出回路中增設(shè)一個電流檢測電阻，用電流在該電阻上形成的電壓降反饋控制晶體管的基極電流，只要這種反饋為負反饋，就可使晶體管的集電極電流穩(wěn)定，從而實現(xiàn)恒流控制。（2）通電時間的控制方法第三節(jié)發(fā)動機爆燃的控制1、發(fā)動機爆燃的概念

汽車發(fā)動機利用電火花將混合氣點燃，并以火焰?zhèn)鞑シ绞绞够旌蠚馊紵?。如果在傳播過程中，火焰還未到達時，局部地區(qū)混合氣自行著火燃燒，使氣流運動速度加快，缸內(nèi)壓力、溫度迅速增加，這種現(xiàn)象稱為爆燃。2、爆燃的危害是一種不正常燃燒。輕微的爆燃，可使發(fā)動機功率上升，油耗下降。爆燃嚴重時，會導(dǎo)致冷卻液過熱，功率下降油耗上升。控制方法：推遲點火提前角。在電控點火系統(tǒng)中，通過增加爆燃傳感器檢測是否發(fā)生爆燃及爆燃程度，并根據(jù)判定結(jié)果對點火提前角進行反饋控制。增大點火提前角有爆燃無爆燃減小點火提前角3、發(fā)動機爆燃等級若用發(fā)生爆燃的循環(huán)次數(shù)與實際工作循環(huán)的次數(shù)之比值（爆燃率）來衡量爆燃強度，可以定量地把爆燃分為四個等級： 爆震率在5％以下時為微爆燃

5％～10％為輕爆燃

10％～25％為中爆燃

25％以上為重爆燃。當發(fā)動機出現(xiàn)1％～5％的輕微爆燃時，其動力性、經(jīng)濟性接近最佳值。閉環(huán)控制方式即按輕微爆燃來確定最佳點火提前角。4、爆燃的閉環(huán)