哈工大汽車電子電控點火(13本)

2023/2/3汽車電子控制技術(shù)（2013本科）羅念oghit@163.com2013.42023/2/3發(fā)動機電控點火

點火系的任務(wù)是根據(jù)發(fā)動機的工況，在最佳時刻，以足夠的點火能量點燃混合氣。本章主要介紹汽油機對點火系的要求，點火系的發(fā)展歷程和存在的缺陷，重點介紹計算電控點火系統(tǒng)的組成、類型和工作原理。要求學(xué)生掌握無分電器點火系統(tǒng)組成、工作原理，掌握點火控制的內(nèi)容，重點掌握爆震控制的方法。電控汽油機

第3頁主要內(nèi)容1.發(fā)動機對點火系的要求2.傳統(tǒng)點火系點火過程分析3.點火系的發(fā)展歷程4.計算機控制點火的主要內(nèi)容5.計算機控制點火方式電控汽油機

第4頁1概述1.1傳統(tǒng)點火系統(tǒng)1.2發(fā)動機對點火系統(tǒng)的要求影響次級電壓的因素發(fā)動機對點火提前角需求1.3點火系統(tǒng)的發(fā)展歷程電控汽油機

第5頁1.1

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)傳統(tǒng)點火系分類電控汽油機

第7頁1.1

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)組成與工作原理電控汽油機

第8頁1.1

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)觸點閉合，初級電流增長；觸點打開，次級繞組產(chǎn)生高壓；火花塞電極間火花放電。點火三階段電控汽油機

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傳統(tǒng)點火系統(tǒng)觸點閉合，初級電流增長第一階段電控汽油機

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傳統(tǒng)點火系統(tǒng)次級繞組產(chǎn)生高壓第二階段電控汽油機

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傳統(tǒng)點火系統(tǒng)火花塞電極間火花放電的過程火花間隙被擊穿，儲存在C2中的能量迅速放出。時間極短(1us)，電流很大。跳火以后，火花間隙的阻力減小，線圈磁場的其余能量將沿著電離的火花間隙緩慢放電。放電時間長，電流較小、電壓較低，約600V。實驗證明，電感放電的持續(xù)時間越長，點火性能越好。電容放電時，伴隨有迅速消失的高頻振蕩，頻率約為1M~10MHz，是產(chǎn)生無線電干擾的主要因素，必須加以抑制。第三階段電控汽油機

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傳統(tǒng)點火系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)波形電控汽油機

第13頁1.1

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)點火系統(tǒng)發(fā)出的最大電壓隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速或分電器轉(zhuǎn)速而變的關(guān)系稱為點火系統(tǒng)的工作特性。工作特性電控汽油機

第14頁1.2

發(fā)動機對點火系統(tǒng)的要求點火系統(tǒng)應(yīng)在發(fā)動機各種工況和使用條件下保證可靠而準(zhǔn)確的點火，應(yīng)滿足下列三個基本要求。能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的電壓

火花應(yīng)具有足夠的能量點火時間應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工作情況發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機負(fù)荷、混合氣成份、壓縮比其他：起動及怠速、汽油的辛烷值、火花塞的數(shù)量、進氣壓力電控汽油機

第15頁1.2

發(fā)動機對點火系統(tǒng)的要求影響次級電壓的因素氣缸數(shù)對次級電壓的影響火花塞積炭對次級電壓的影響電容C1對次級電壓的影響電容C2對次級電壓的影響點火線圈的溫度對次級電壓的影響電控汽油機

第16頁1.2

發(fā)動機對點火系統(tǒng)的要求最佳點火提前角發(fā)動機對點火提前角需求發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)動機負(fù)荷混合氣成份壓縮比其他：起動及怠速汽油的辛烷值火花塞的數(shù)量進氣壓力電控汽油機

第17頁1.2

發(fā)動機對點火系統(tǒng)的要求Ⅰ）點火提前角與發(fā)動機轉(zhuǎn)速最佳點火提前角雖隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高而增大，但卻不是線性關(guān)系。

轉(zhuǎn)速升高時，混合氣的壓力和溫度的提高以及擾流的增強，會使燃燒速度也隨之加快.

為何提前角仍增大？電控汽油機

第18頁1.2發(fā)動機對點火系統(tǒng)的要求Ⅱ）點火提前角與發(fā)動機負(fù)荷節(jié)氣門開度大時，吸入氣缸的混合氣量增多，壓縮行程終了時的壓力和溫度增高，使燃燒速度加快.最佳點火提前角隨負(fù)荷增大而減小。電控汽油機

第19頁1.2發(fā)動機對點火系統(tǒng)的要求Ⅲ）點火提前角與混合氣成份當(dāng)混合氣成分a＝0.8~0.9時，所需的點火提前角最小，因為這時混合氣燃燒速度最快。電控汽油機

第20頁1.2發(fā)動機對點火系統(tǒng)的要求Ⅳ）點火提前角與發(fā)動機壓縮比當(dāng)壓縮比增大時，壓縮行程終了時的壓力和溫度增高，混合氣燃燒速度加快電控汽油機

第21頁1.2發(fā)動機對點火系統(tǒng)的要求Ⅴ）其他參數(shù)對點火提前角的影響①起動及怠速：點火提前角減小(一般為5~6°)或不提前。②汽油的辛烷值：辛烷值表示汽油的抗爆性能，使用辛烷值低的易爆燃汽油時，應(yīng)適當(dāng)減小點火提前角。③火花塞的數(shù)量：在同一氣缸內(nèi)裝有多個火花塞時，火焰?zhèn)鞑サ穆烦梯^短，燃燒過程完成得較快，提前角比用一個火花塞時為小。④進氣壓力：進氣壓力減小，由于混合氣霧化和擾流變壞，使燃燒速度變慢，因此點火提前角應(yīng)該增大。電控汽油機

第22頁1.3點火系統(tǒng)的發(fā)展歷程傳統(tǒng)點火電控汽油機

第23頁1.3點火系統(tǒng)的發(fā)展歷程分電器電控汽油機

第24頁1.3點火系統(tǒng)的發(fā)展歷程分電器電控汽油機

第25頁1.3點火系統(tǒng)的發(fā)展歷程晶體管輔助點火電控汽油機

第26頁1.3點火系統(tǒng)的發(fā)展歷程由各種傳感器、點火器、點火線圈和分電器組成無觸點點火電控汽油機

第27頁1.3點火系統(tǒng)的發(fā)展歷程無觸點點火電控汽油機

第28頁1.3點火系統(tǒng)的發(fā)展歷程專用集成電路點火系電控汽油機

第29頁1.3點火系統(tǒng)的發(fā)展歷程傳感器控制器執(zhí)行器計算機控制點火電控汽油機

第30頁1.3點火系統(tǒng)的發(fā)展歷程采用初級電阻很小的閉磁高能點火線圈，在無分電器的系統(tǒng)中分組共用或獨立線圈。計算機控制點火電控汽油機

第31頁2計算機控制點火2.1概述2.2點火信號發(fā)生器2.3點火器2.4點火控制類型電控汽油機

第32頁2.1概述功能：根據(jù)發(fā)動機的運行工況和運行條件，適時調(diào)整點火線圈初級電流和斷電時刻，控制點火能量和點火時刻，保證發(fā)動機氣缸內(nèi)混合氣徹底燃燒，使發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性及排放處于最佳狀態(tài)。組成：各種傳感器、控制器(ECU)和點火器(點火線圈、火花塞）。功能與組成電控汽油機

第33頁2.1概述功能與組成電控汽油機

第34頁2.1概述控制內(nèi)容閉合角控制（點火能量）斷電電流控制保證足夠高的點火電壓和點火能量點火時刻（點火提前角）獲得最大的扭矩爆震控制：缸內(nèi)多著火點引起的無序燃燒產(chǎn)生爆震主要原因：發(fā)動機溫度過高、負(fù)荷過大，或者汽油本身的抗爆性差。消除爆震除減小負(fù)荷、降低溫度外，是有效的辦法是推遲點火，這是以降低發(fā)動機性能為代價。電控汽油機

第35頁2.2點火信號發(fā)生器霍爾式電控汽油機

第36頁2.2點火信號發(fā)生器霍爾式電控汽油機

第37頁2.2點火信號發(fā)生器安裝在分電器內(nèi)，由信號轉(zhuǎn)子、永久磁鐵和繞在支架上的傳感線圈等組成。信號轉(zhuǎn)子上的凸齒數(shù)與發(fā)動機的氣缸數(shù)相同。永久磁鐵的磁通經(jīng)信號轉(zhuǎn)子凸齒、線圈鐵心構(gòu)成回路。信號轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，通過傳感線圈的磁通量發(fā)生變化，在傳感線圈內(nèi)感應(yīng)出交變電動勢。磁脈沖式電控汽油機

第38頁2.2點火信號發(fā)生器磁脈沖式電控汽油機

第39頁2.2點火信號發(fā)生器磁脈沖式電控汽油機

第40頁2.2點火信號發(fā)生器磁脈沖式電控汽油機

第41頁2.2點火信號發(fā)生器光電式電控汽油機

第42頁2.3點火器&火花塞點火器根據(jù)ECU輸入信號依次驅(qū)動各點火線圈工作，同時向ECU反饋點火監(jiān)視信號。具有氣缸判別、閉合角控制、恒流控制、點火監(jiān)視、功率三極管及其驅(qū)動電路組成，采用初級電阻很小的閉磁高能點火線圈，在無分電器的系統(tǒng)中分組共用或獨立線圈。電控汽油機

第43頁2.3.1點火器電控汽油機

第44頁2.3.1點火器2.3.2火花塞電控汽油機

第45頁2.3.2火花塞電控汽油機

第46頁電控汽油機

第47頁2.4點火控制類型點火氣缸是由分火頭的指向所決定的；有分電器電控汽油機

第48頁2.4點火控制類型無分電器點火控制系統(tǒng)也稱直接點火。取消分電器，將點火高壓直接送火花塞，減小了分火頭與旁電極跳火能量損失與電磁輻射。點火缸信號是由ECU的辯缸信號IGda、IGdb控制的。根據(jù)點火線圈的數(shù)量與高壓分配的方式分為兩同步缸同時點火與獨立點火兩種形式。從結(jié)構(gòu)上又可分為二極管分配式和點火線圈分配式無分電器電控汽油機

第49頁2.4點火控制類型兩同步缸共用一線圈，點火時處于排氣上止點的缸為無效點火，此時由于排氣缸內(nèi)壓力很低，廢氣中導(dǎo)電離子多，火花塞易擊穿，能量消耗非常少，不會對壓縮行程的氣缸點火產(chǎn)生影響。無分電器點火系由于沒有分電器，在大功率導(dǎo)通瞬間次級可產(chǎn)生1000V電壓，火花塞間隙較小，充電電壓較高時，可能會擊穿若發(fā)生在進氣未或壓縮初期，發(fā)動機將不能正常運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生回火現(xiàn)象，串接高壓二極管避免。同步缸同時點火電控汽油機

第50頁2.4點火控制類型二極管分配式同步缸同時點火電控汽油機

第51頁2.4點火控制類型點火線圈分配式IGd--點火控制信號IGt--缸序判別信號同步缸同時點火電控汽油機

第52頁2.4點火控制類型點火線圈分配式每缸各自有獨立的點火線圈，具有較長的閉合角，可提供足夠高的點火能量。獨立點火式電控汽油機

第53頁3點火正時3.1點火時間計算方法3.2起動后點火時間計算3.3起動后點火時間修正3.4點火控制方式3.5閉合角控制3.6恒流控制3.7爆震控制電控汽油機

第54頁3.1點火時間計算方法開環(huán)和閉環(huán)兩種控制方式點火正時電控汽油機

第55頁3.1點火時間計算方法發(fā)動機起動時，點火時間固定在初始點火提前角其大小隨發(fā)動機而異原因：轉(zhuǎn)速較低(通常在500rpm以下)，由于進氣歧管壓力信號或進氣量信號不穩(wěn)定。開環(huán)控制起動時電控汽油機

第56頁3.1點火時間計算方法根據(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，控制點火電子組件點火。開環(huán)和閉環(huán)起動后電控汽油機

第57頁3.1點火時間計算方法點火時間由進氣歧管壓力信號(或進氣量信號)和發(fā)動機轉(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)動機而異，并根據(jù)發(fā)動機各自的特性曲線進行修正。起動后電控汽油機

第58頁3.2起動后點火時間計算實際點火提前角=基本點火提前角×水溫修正系數(shù)將點火提前角與發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的關(guān)系及水溫修正系數(shù)列表存于ECU中。系統(tǒng)工作時，根據(jù)發(fā)動實際工況，查表求出基本點火提前角和水溫修正系數(shù)相乘后得實際點火提前角。例：日產(chǎn)ECCS系統(tǒng)方案一電控汽油機

第59頁3.2起動后點火時間計算實際點火提前角=初始點火提前角+基本點火提前角+修正點火提前角初始(固定)點火提前角：不隨工況變化，為恒值10°；基本點火提前角：分為怠速與平常兩種，怠速根據(jù)空調(diào)工作8°與否4°，其修正角不同；平常工作修正角由負(fù)荷和轉(zhuǎn)速確定，以表格形式存于ECU；修正點火提前角：分為暖機與怠速穩(wěn)定兩種，與溫度有關(guān)，以表格形式存于ECU。例：豐田TCCS系統(tǒng)方案二電控汽油機

第60頁3.2起動后點火時間計算實際點火提前角=初始點火提前角+基本點火提前角+修正點火提前角方案二電控汽油機

第61頁3.2起動后點火時間計算基本點火提前角電控汽油機

第62頁3.3起動后點火時間修正暖機修正發(fā)動機冷機起動后，當(dāng)發(fā)動機冷卻水溫度較低時，應(yīng)增大點火提前角?？刂菩盘枺豪鋮s水溫度信號(THW)進氣歧管壓力(或進氣量)信號（MAP）節(jié)氣門位置信號（TPS）等。電控汽油機

第63頁3.3起動后點火時間修正過熱修正發(fā)動機正常運行，避免冷卻水溫度過高產(chǎn)生爆震，將點火提前角推遲；發(fā)動機怠速運行，避免發(fā)動機長時間過熱，將點火提前角增大?？刂菩盘枺豪鋮s水溫度信號(THW)、節(jié)氣門位置信號(IDL)等。電控汽油機

第64頁3.3起動后點火時間修正怠速穩(wěn)定性的修正怠速運行期間，ECU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)。當(dāng)?shù)陀谝?guī)定的怠速轉(zhuǎn)速時，增大點火提前角；高于規(guī)定的怠速轉(zhuǎn)速時，推遲點火提前角。調(diào)節(jié)幅度根據(jù)當(dāng)前怠速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速差值的大小確定。控制信號:發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號(Ne)、節(jié)氣門開度(IDL)、車速(ＳSPD)、空調(diào)開關(guān)信號(A/C)等。電控汽油機

第65頁3.3起動后點火時間修正空燃比反饋修正根據(jù)空燃比反饋控制系統(tǒng)中調(diào)整噴油量變化進行修正，以穩(wěn)定發(fā)動機轉(zhuǎn)速電控汽油機

第66頁3.3起動后點火時間修正最大和最小提前角控制在初始點火提前角已設(shè)定時，受ECU控制的實際點火提前角則只是基本點火提前角與修正點火提前角之和，該值應(yīng)保證在某一范圍內(nèi)。最大為35°～45°，最小為-10°～0。電控汽油機

第67頁3.4點火控制方式曲軸位置傳感器只在每個氣缸工作間隔角度產(chǎn)生信號ECU以該信號發(fā)生時刻為基準(zhǔn)，根據(jù)預(yù)定程序的通電時間和點火時刻進行計算，求出開始通電時刻和斷電時刻。結(jié)構(gòu)最簡單控制精度不高方式I電控汽油機

第68頁3.4點火控制方式曲軸位置傳感器產(chǎn)生180°曲軸轉(zhuǎn)角的G信號和30°曲軸轉(zhuǎn)角的Ne信號。ECU同時對G信號和Ne信號計數(shù)，以G信號為基準(zhǔn)，算出通電開始時刻到點火時刻的30°曲軸轉(zhuǎn)角信號，再由微機控制從30°曲軸轉(zhuǎn)角開始的通電時刻和斷電時刻。方式II電控汽油機

第69頁3.4點火控制方式曲軸位置傳感器產(chǎn)生180°曲軸轉(zhuǎn)角的G信號和1°曲軸轉(zhuǎn)角的Ne信號，以G信號為基準(zhǔn)，按每1°曲軸轉(zhuǎn)角分頻，用既定的曲軸角度產(chǎn)生開始通電時刻和斷電時刻信號IGt控制精度高結(jié)構(gòu)復(fù)雜方式III電控汽油機

第70頁3.5閉合角控制也稱通電時間控制電感儲能式電子點火系統(tǒng)，初級電流所能達到的值(即斷開電流)與初級電路接通的時間長短有關(guān)。只有通電時間達到一定值時，初級電流才可能達到飽和。如果通電時間過長，點火線圈又會發(fā)熱并使電能消耗增大。閉合角是蓄電池電壓與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的函數(shù)。發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高、蓄電池電壓越低所需的閉合時間越長。電控汽油機

第71頁3.5閉合角控制蓄電池的電壓變化也將影響初級電流。如果蓄電池電壓下降，那么在相同的通電時間里，初級電流所達到的值將會減小，因此必須對通電時間進行修正。電控汽油機

第72頁3.5閉合角控制ECU根據(jù)發(fā)動機工況，通過內(nèi)存查表的方法，查出實際電壓和發(fā)動機轉(zhuǎn)速下的閉合角或通電時間，并通過IGt控制點火器中晶體管導(dǎo)通時間。電控汽油機

第73頁3.6恒流控制采用初級繞組電阻很小的高能點火線圈，飽和電流可達30Ａ以上。目的：減小轉(zhuǎn)速對次級電壓的影響，提高點火能量，電控汽油機

第74頁3.6恒流控制防止初級電流過大燒壞點火線圈，保證在任何轉(zhuǎn)速下初級電流都能達到規(guī)定值(7Ａ)，既改善了點火性能，又能防止初級電流過大而燒壞點火線圈。電控汽油機

第75頁3.7爆震控制示功圖上面封閉曲線的面積最大，發(fā)動機的功率最大。電控汽油機

第76頁3.7爆震控制爆震和點火時刻有密切關(guān)系，同時還與汽油的辛烷值有關(guān)。點火時刻提前，燃燒的最大壓力就高，因而容易產(chǎn)生爆震。發(fā)動機發(fā)出最大轉(zhuǎn)矩的點火時刻MBT是在開始產(chǎn)生爆震點火時刻(爆震界限)的附近。電控汽油機

第77頁3.7爆震控制無爆震控制時，所留離開爆震界限的余量就必須大一些，這時的點火時刻比發(fā)出最大轉(zhuǎn)矩時的點火時刻滯后，故轉(zhuǎn)矩有所降低。電控汽油機

第78頁3.7爆震控制采用爆震傳感器檢測爆震界限，把點火時刻控制在接近爆震極限的位置，以便能更有效地得到發(fā)動機的輸出功率。尤其是在裝有廢氣渦輪增壓器的發(fā)動機上，由于使用絕熱增壓的空氣燃燒，發(fā)生爆震的可能性增大。電控汽油機

第79頁3.7爆震控制電