汽車拖拉機學(xué)（第2版）課件：汽油機點火系統(tǒng)

汽車拖拉機學(xué)2024/10/10《汽車拖拉機學(xué)》汽油機點火系統(tǒng)汽油機點火系統(tǒng)第一節(jié)點火系統(tǒng)的要求與分類第二節(jié)傳統(tǒng)的點火系統(tǒng)第三節(jié)半導(dǎo)體點火系統(tǒng)第四節(jié)電控點火系統(tǒng)《汽車拖拉機學(xué)》2024/10/101半導(dǎo)體點火系統(tǒng)原理電控點火系統(tǒng)原理重點、難點掌握點火線圈原理掌握獨立點火控制原理掌握爆燃控制教學(xué)要求1.點火線圈原理與實踐2.獨立點火控制原理與實踐3.爆燃控制與實踐課程思政融入點科學(xué)創(chuàng)新科技發(fā)展終生學(xué)習(xí)科技發(fā)展專業(yè)能力工匠精神課程思政的育人目標“耕讀教育”思政點映射表課程耕讀教育要點耕讀教育映射與融入點教育方法與載體途徑耕讀育人預(yù)期成效點火線圈原理與實踐1.點火線圈是如何將12V電壓提高到10-20kV高電壓的？2.點火線圈是如何提高點火能量的？信息化載體、參觀體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT科學(xué)創(chuàng)新科技發(fā)展終生學(xué)習(xí)獨立點火控制原理與實踐1.為何獨立點火控制已代替了傳統(tǒng)點火系統(tǒng)、半導(dǎo)體點火系統(tǒng)？2.獨立點火控制原理是如何實現(xiàn)精準各缸點火提前角控制的？3.目標點火提前角是如何得到的？為何要修正？4.點火提前角是如何獲得1°信號的？信息化載體、參觀體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT科技發(fā)展專業(yè)能力終生學(xué)習(xí)科學(xué)創(chuàng)新爆燃控制與實踐1.如何獲得各個氣缸的爆燃信號？2.爆燃控制是如何實現(xiàn)各缸爆燃精準控制的？信息化載體、參觀體驗、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT專業(yè)能力工匠精神科學(xué)創(chuàng)新7

2024/10/10第一節(jié)點火系統(tǒng)的要求與分類8一、點火系統(tǒng)的功用

1.作用

在汽油發(fā)動機中，汽油機的壓縮可燃混合氣是靠電火花點燃的，為此在汽油機的燃燒室內(nèi)裝有火花塞。能夠按時在火花塞電極間產(chǎn)生電火花的全部設(shè)備，稱為汽油機點火系。

點火系統(tǒng)的功用是按照發(fā)動機點火次序在規(guī)定時刻供給火花塞足夠能量的直流高壓電，使其兩極產(chǎn)生電火花點燃可燃混合氣，使發(fā)動機做功。2024/10/10第一節(jié)點火系統(tǒng)的要求與分類9

點火系統(tǒng)應(yīng)在發(fā)動機各種工況和使用條件下，保證可靠而準確的點火。為此，點火裝置應(yīng)滿足下列三個基本要求。1.能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的高壓電

實踐證明，汽車發(fā)動機在滿負荷低速時需8～10kV的點火電壓，起動時則常需9～17kV的點火電壓，正常點火一般在15kV以上，為了保證點火可靠，考慮各種不同因素的影響，點火高電壓必須有一定的儲量，所以點火裝置產(chǎn)生的電壓一般在15～20kV之間，而且高電壓的升值要快。

擊穿電壓與很多因素有關(guān)。這些因素包括：火花塞電極間隙的大??；氣缸內(nèi)混合氣的壓力與溫度；電極的形狀、溫度和極性；發(fā)動機的工作情況等。2024/10/1010

2.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15～50mJ的火花能量，足以點燃混合氣。但在發(fā)動機起動、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。

起動時，由于混合氣霧化不良，廢氣稀釋嚴重，電極溫度低，幫所需的點火能量最高。另外，為了提高發(fā)動機的經(jīng)濟性，當采用α=1.2～1.25的稀混合氣時，由于稀混合氣難于點燃，也需增加火花能量。考慮上述情況，為了保證可靠點火，火花塞一般應(yīng)保證有50～80mJ的點火能量，起動時應(yīng)產(chǎn)生大于100mJ的火花能量。2024/10/1011

3.點火提前角應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機的工況要求（1）點火提前角

從火花塞發(fā)出電火花（火花時刻）開始到活塞移到上止點之間的CA，稱為點火提前角。（2）影響點火提前角的因素

影響點火提前角的因素主要有轉(zhuǎn)速、負荷、起動工況、怠速工況、汽油的辛烷值、壓縮比、混合氣成分、進氣壓力等。2024/10/102024/10/1012

①轉(zhuǎn)速。發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，最佳點火提前角越大。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，CA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。

②負荷。在同一轉(zhuǎn)速下，發(fā)動機負荷率增大，最佳點火提前角隨之減小，這是由于負荷率增大，即節(jié)氣門開度增大，吸入氣缸的混合量增多，壓縮終了時，壓力和溫度增高，使燃燒速度加快，因此最佳點火提前角，隨負荷的增大而應(yīng)減小。第一節(jié)點火系統(tǒng)的要求與分類14

③起動及怠速。發(fā)動機起動和怠速時，雖然混合氣燃燒速度較慢，但混合氣的全部燃燒時間，只占較小的CA，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。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)適當減速小點火提前角。

⑤壓縮比壓，縮比增大，壓縮行程終了時的壓力和溫度增高，最佳點火提前角應(yīng)減小。2024/10/1015

⑥混合氣成分?；旌蠚鉂舛戎苯佑绊懭紵俾?，在α=0.8～0.9時，燃燒速率最快，最佳點火提前角最小。過稀或過濃的混合氣，由于燃燒速度變慢，必須增加點火提前角。

⑦進氣壓力。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)適當加大點火提前角。2024/10/1016三、點火系統(tǒng)的分類

按照點火系統(tǒng)的組成和產(chǎn)生高壓的方式不同，發(fā)動機的點火系統(tǒng)分為：傳統(tǒng)點火系統(tǒng)、半導(dǎo)體點火系統(tǒng)、電控點火系統(tǒng)等。1.傳統(tǒng)點火系統(tǒng)

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)以蓄電池和發(fā)電機為電源，也稱為蓄電池點火系統(tǒng)。它靠點火線圈和分電器的作用，將電源提供的12V、24V或6V的低壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘?，并分配到各缸火花塞，使火花塞兩電極之間產(chǎn)生電火花，點燃可燃混合氣。傳統(tǒng)點火系統(tǒng)由于產(chǎn)生的高壓電比較低、高速時工作不可靠、需要經(jīng)常檢查和維護等許多缺點，目前已被半導(dǎo)體點火系統(tǒng)和微機控制點火系統(tǒng)所代替。2024/10/10第一節(jié)點火系統(tǒng)的要求與分類17

2.半導(dǎo)體點火系統(tǒng)

半導(dǎo)體點火系統(tǒng)也是以蓄電池和發(fā)電機為電源。它由傳感器或斷電器的觸點產(chǎn)生點火信號，經(jīng)由半導(dǎo)體器件組成的點火控制和點火線圈，將電源的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏弘姟?.電控點火系統(tǒng)

電控點火系統(tǒng)與上述兩種點火系統(tǒng)相同，也以蓄電池和發(fā)電機為電源。它由電控裝置即電腦，根據(jù)各種傳感器提供的反映發(fā)動機工況的信號，確定點火時刻，并發(fā)出點火控制信號，通過點火線圈將電源的低壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏海膳潆娖鲗⒏邏弘姺峙涞礁鱾€缸火花塞，它還可以進一步取消分電器，由電控系統(tǒng)直接進行高壓電的分配，是現(xiàn)代最新型的點火系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用在汽車上。2024/10/1018

2024/10/10第二節(jié)傳統(tǒng)點火系統(tǒng)19一、傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的組成

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)主要由電源、點火開關(guān)、點火線圈、分電器、火花塞等組成，如圖所示。2024/10/10第二節(jié)傳統(tǒng)點火系統(tǒng)20

①電源。電源為蓄電池和發(fā)電機，供給點火系統(tǒng)所需電能，標稱電壓一般是12V。②點火開關(guān)。點火開關(guān)的作用是接通或斷開點火系統(tǒng)初級電路。③點火線圈。點火線圈即變壓器，其功用是將蓄電池12V的低壓電變?yōu)?5～20kV的高壓電。④分電器。分電器的功用是接通和切斷低壓電路，使點火線圈及時產(chǎn)生高壓電，按發(fā)動機各氣缸的點火順序送至火花塞；同時可調(diào)整點火時間。2024/10/1021

⑤電容器。減小斷電器的火花，防止觸點燒蝕，延長其使用壽命，同時加速點火線圈中磁通的變化速率，提高點火高電壓。⑥火花塞。其功用是將高壓電引入燃燒室產(chǎn)生電火花，點燃混合氣。⑦高壓導(dǎo)線。用以連接點火線圈至分電器中心電極和分電器旁電極至各缸火花塞。2024/10/1022二、傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的工作原理

圖是傳統(tǒng)點火系的工作示意圖。點火線圈一次繞組的一端經(jīng)點火開關(guān)與蓄電池相連，另一端經(jīng)分電器殼上的接線柱接斷電器的活動觸點臂，固定觸點通過分電器殼體接地。電容器并聯(lián)在斷電器觸點之間。2024/10/10第二節(jié)傳統(tǒng)點火系統(tǒng)23

傳統(tǒng)點火系的工作過程：接通點火開關(guān)，當斷電器觸點閉合時，蓄電池的電流從蓄電池的正極出發(fā)，經(jīng)點火開關(guān)、點火線圈的一次繞組（200～300匝的粗導(dǎo)線）、斷電器活動觸點臂、觸點、分電器殼體接地，流回蓄電池負極（圖a）。由于回路中流過的是低壓電流，所以稱這條電路為低壓電路或一次電路。電流通過點火線圈一次繞組時，在一次繞組的周圍產(chǎn)生磁場，并由于鐵心的作用而加強。當斷電器凸輪頂開觸點時，一次電路被切斷，一次電流迅速下降到零，鐵心中的磁場隨之迅速衰減以至消失，因此在匝數(shù)多（15000～23000匝）、導(dǎo)線細的二次繞組中感應(yīng)出很高的電壓，稱為高壓電。二次繞組中產(chǎn)生的高壓電，作用在火花塞的中心電極和側(cè)電極之間，當高壓電超過火花塞間隙的擊穿電壓時，火花塞的間隙被擊穿，產(chǎn)生電火花，點燃混合氣。2024/10/1024二、傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的缺陷

在汽車上傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的應(yīng)用已近一個多世紀的歷史了，雖然它的部件不斷地有所改進，使其點火性能及使用壽命有所提高。但是并未從根本上解決問題。傳統(tǒng)點火系統(tǒng)主要存在以下不足之處。1.火花能量的提高受到限制

現(xiàn)代汽車發(fā)動機以其高轉(zhuǎn)速、高壓縮比、稀薄燃燒和缸內(nèi)直噴為特點，對點火能量的要求越來越高。顯然，傳統(tǒng)點火系統(tǒng)由于其初級電流受斷電器觸點允許電流的限制，火花能量的提高也受到限制，已不能適應(yīng)現(xiàn)在及將來汽車發(fā)展的需要。2.觸點故障多、壽命短2024/10/10第二節(jié)傳統(tǒng)點火系統(tǒng)25

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)中，初級電流的通斷由斷電器觸點控制。當觸點打開瞬間，觸點間極易形成火花而將觸點燒蝕。又因觸點反復(fù)開閉，觸點臂頂塊與凸輪長期摩擦而磨損，造成觸點間隙變化、點火正時不穩(wěn)定，影響發(fā)動機的功率輸出。當間隙小到一定程度后，由于觸點斷開時產(chǎn)生的電弧不能切斷，會使觸點在很短時間內(nèi)燒蝕，甚至失去工作能力。

此外，發(fā)動機在高速時，由于機械滯后和磁滯的存在，斷電器觸點易產(chǎn)生“回跳”或“顫動”現(xiàn)象，使實際閉合角減小，影響火花能量，導(dǎo)致高速失火。2024/10/102024/10/10263.對火花塞積炭和污染敏感

傳統(tǒng)點火系統(tǒng)中次級電壓上升速率低（一般需120μs），故對火花塞積炭和污染很敏感。當火花塞積炭時，次級電壓就會顯著下降。

為此，一種使用點火信號發(fā)生器來代替觸點觸發(fā)的點火系統(tǒng)應(yīng)運而生，即半導(dǎo)體點火系統(tǒng)，又稱電子點火系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)蓄電池點火系統(tǒng)。27

2024/10/10第三節(jié)半導(dǎo)體點火系統(tǒng)28一、半導(dǎo)體點火系統(tǒng)的類型

汽車上使用的半導(dǎo)體點火系統(tǒng)分為：有觸點半導(dǎo)體點火系統(tǒng)和無觸點半導(dǎo)體點火系統(tǒng)兩大類。

無觸點式半導(dǎo)體點火系統(tǒng)按信號發(fā)生器原理不同又分為；磁脈沖式（又稱為磁電式、磁感應(yīng)式、發(fā)電式）、霍爾式、光電式和電磁式（即電磁振蕩式）等多種形式。2024/10/10第三節(jié)半導(dǎo)體點火系統(tǒng)29二、有觸點半導(dǎo)體點火系統(tǒng)

有觸點半導(dǎo)體點火裝置用減小觸點電流的方法，減小觸點火花，改善點火性能，它是一種半導(dǎo)體輔助點火裝置，如圖所示。除了與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)一樣具有電源、點火開關(guān)、分電器、點火線圈、火花塞之外，還在點火線圈初級繞組的電路中，增加了由三極管VT和電阻、電容等組成的點火控制電路，斷電器的觸點串聯(lián)在三極管的基極電路中，控制三極管的導(dǎo)通與截止。2024/10/10第三節(jié)半導(dǎo)體點火系統(tǒng)30

其工作過程如下：接通點火開關(guān)SW，當斷電器觸點閉合時，三極管的基極電路被接通，使三極管飽和導(dǎo)通，接通了點火線圈的初級電路。其路徑是：

三極管的基極電流：從蓄電池“+”→點火開關(guān)SW→點火線圈初級繞組N1→附加電阻Rf→三級管的發(fā)射極e、基極b→電阻R2→斷電器觸點K→搭鐵→蓄電池“-”。

點火線圈初級繞組的電流：從蓄電池“+”→點火開關(guān)SW→點火線圈初級繞組N1→附加電阻Rf→三級管的發(fā)射極e、集電極c→搭鐵→蓄電池“-”。使點火線圈的鐵心中積蓄了磁場能。2024/10/102024/10/1031

當斷電器觸點分開時，三極管的基極電路被切斷。三極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，切斷了點火線圈初級繞組的電路，初級電流迅速下降到零，在點火線圈次級繞組中產(chǎn)生高壓電，擊穿火花塞間隙，點燃混合氣。

發(fā)動機工作時，斷電器觸點不斷地閉合、分開，控制三極管的導(dǎo)通與截止和初級電路的通斷，控制點火系統(tǒng)的工作。觸點式半導(dǎo)體點火裝置，目前已很少使用。32三、無觸點半導(dǎo)體點火系統(tǒng)

無觸點半導(dǎo)體點火系統(tǒng)利用傳感器代替斷電器觸點，產(chǎn)生點火信號，控制點火線圈的通斷和點火系統(tǒng)的工作，可以克服與觸點有關(guān)的缺點。

無觸點電子點火系統(tǒng)主要由傳感器（即脈沖信號發(fā)生器）和電子點火控制構(gòu)成，如圖所示。它的分電器、點火線圈、火花塞等與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的基本相同。2024/10/10第三節(jié)半導(dǎo)體點火系統(tǒng)33

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傳感器（即脈沖信號發(fā)生器）取代了原來分電器中的斷電器（凸輪和觸點）。它是一種將非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏康难b置。其功用是：通過一定的轉(zhuǎn)換方式，將汽車發(fā)動機曲軸所轉(zhuǎn)過的角度或活塞在氣缸中所處的位置，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖電信號，再輸出送至電子點火控制器。

電子點火控制器簡稱電子點火器，也稱點火放大器或電子控制組件。它的主要任務(wù)是接收傳感器輸出的脈沖信號，控制點火線圈初級電路的通斷。它雖然起著和傳統(tǒng)點火裝置中斷電器觸點同樣的作用，但其電路具有放大作用，可把點火線圈初級電流由4～5A放大至7～10A。2024/10/1035四、半導(dǎo)體點火系統(tǒng)的缺陷

半導(dǎo)體點火裝置，在提高二次電壓和點火能量，延長觸點使用壽命等方面都是卓有成效的。但是，它們對點火時間的調(diào)節(jié)，與傳統(tǒng)點火系一樣，仍靠離心提前和真空提前兩套機械式點火提前調(diào)節(jié)裝置來完成。由于機械的滯后、磨損以及裝置本身的局限性等許多因素的影響，它不能保證發(fā)動機的點火時刻總為最佳值，不是偏早就是偏遲。同時，點火線圈一次電路的導(dǎo)通時間受凸輪形狀的限制，發(fā)動機低速時觸點閉合時間長，一次電流大，點火線圈容易發(fā)熱；高速時，觸點閉合時間縮短，一次電流減小，二次電壓降低，點火不可靠。2024/10/10第三節(jié)半導(dǎo)體點火系統(tǒng)36

2024/10/10第四節(jié)電控點火系統(tǒng)37一、電控點火系統(tǒng)的特點

普通的無觸點式點火裝置采用機械方式調(diào)整點火時刻，由于機械裝置本身的局限性而無法保證在各種狀況下點火提前角一般處于最佳。同時，由于配電器中運動部件的磨損，又會導(dǎo)致驅(qū)動部件的松曠，影響點火提前角的穩(wěn)定性和均勻性。但是點火時刻的精確控制對發(fā)動機功率、油耗、排放污染、爆燃、行駛的穩(wěn)定性等都會產(chǎn)生較大的影響。因而為滿足各種工況的要求，必須測試大量的工況信息，使即時處理后輸出相應(yīng)的控制信號，控制最佳點火時刻，顯然這只有采用是電子控制，目前，汽車上均采用電控點火系統(tǒng)。2024/10/10第四節(jié)電控點火系統(tǒng)38二、電控點火系統(tǒng)的類型

1.按高壓配電方式不同分

可分為機械高壓配電和電子高壓配電兩類。（1）機械高壓配電

采用傳統(tǒng)的分電器分配點火線圈產(chǎn)生的高壓。因此這種改進型的微電腦點火控制系統(tǒng)還有分電器，但只相當于傳統(tǒng)分電器中的配電器的功能。（2）電子高壓配電

由電子控制進行高壓分配，這種全電子微電腦點火控制系統(tǒng)又分兩種類型：一種是無分電器，但點火線圈與火花塞之間還用高壓導(dǎo)線連接；另一種則無高壓導(dǎo)線，每個火花塞上面直接連接著一個點火線圈。2024/10/10第四節(jié)電控點火系統(tǒng)39

2.按點火方式不同分

可分為分組同時點火方式和直接點火方式兩類。（1）分組同時點火方式

一般是將各缸火花塞兩兩分組，每次點火都是同組的兩缸火花塞同時進行。其中一缸是有效點火，成對的另一缸為排氣行程，是無效點火。由于排氣行程缸內(nèi)的溫度高、壓力低，因此跳火電壓很低，能量的損失很小。分組同時點火方式又有二極管分配方式和點火線圈分配方式兩種不同的高壓配電形式。（2）直接點火方式

每缸火花塞都單獨配有一個點火線圈，一般是將點火線圈直接安裝在火花塞的上面，因此可省去高壓導(dǎo)線。2024/10/1040

3.按是否有反饋控制分

可分為開環(huán)控制方式和閉環(huán)控制方式。（1）開環(huán)控制方式

微電腦點火控制系統(tǒng)中無爆燃傳感器，控制器只是以反映發(fā)動機工況、狀態(tài)的各傳感器信號對點火提前角進行控制。（2）閉環(huán)控制方式

微電腦點火控制系統(tǒng)中設(shè)有發(fā)動機爆燃傳感器，通過發(fā)動機爆燃傳感器反饋發(fā)動機爆燃情況，作出點火提前角的修正控制。閉環(huán)控制方式可使點火提前角控制更接近爆燃區(qū)，可更有效地發(fā)揮發(fā)動機的功率。因此，目前的微電腦點火控制系統(tǒng)大都采用閉環(huán)控制方式。2024/10/1041三、電控點火系統(tǒng)的組成

電控點火系統(tǒng)主要由傳感器、控制單元ECU、點火執(zhí)行器3大部分組成。2024/10/10第四節(jié)電控點火系統(tǒng)42

1.傳感器

用于點火控制的傳感器主要有：發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、判缸傳感器、爆燃傳感器等。

本節(jié)主要介紹判缸傳感器和爆燃傳感器，其余傳感器與燃油控制系統(tǒng)的傳感器一致。（1）判缸傳感器

又稱為上止點位置傳感器，通常安裝在凸輪軸，所以又稱為凸輪軸傳感器。

判缸傳感器的功用是檢測各缸第1缸上止點的位置，以使點火提前角控制按該發(fā)動機的作用順序進行點火控制。判缸傳感器一般采用霍爾效應(yīng)原理，又稱霍爾傳感器。2024/10/1043

（2）爆燃傳感器

①功用。在微機控制點火系統(tǒng)中，ECU根據(jù)爆燃傳感器的信號，判斷發(fā)動機是否發(fā)生爆燃，并對點火提前角進行修正，實現(xiàn)點火提前角的閉環(huán)控制（防爆燃控制）。

發(fā)動機發(fā)生爆燃時，氣缸內(nèi)的可燃混合氣異常燃燒，導(dǎo)致壓力急劇上升而引起爆燃，使發(fā)動機輸出功率降低，甚至導(dǎo)致發(fā)動機損壞。

目前，汽車上廣泛采用檢測發(fā)動機缸體振動頻率的方法來檢測爆燃。發(fā)動機爆燃產(chǎn)生的壓力沖擊波頻率一般為6～9kHz，在檢測缸體振動頻率時，一般都將爆燃傳感器安裝在發(fā)動機缸體側(cè)面。

②類型。按檢測方式不同，爆燃傳感器可分為共振型和非共振型；按結(jié)構(gòu)不同，可分為壓電式和磁致伸縮式。2024/10/1044

共振型爆燃傳感器的共振頻率與發(fā)動機爆燃的固有頻率相匹配，因此其內(nèi)部設(shè)有共振體，并且要使共振體的共振頻率與爆燃頻率協(xié)調(diào)一致。共振型爆燃傳感器輸出信號的電壓高，不需要濾波器，信號處理比較方便。由于機械共振體的頻率特性尖且頻帶窄，只適用于特定的發(fā)動機，不能與其他發(fā)動機互換使用。

非共振型爆燃傳感器適用于所有的發(fā)動機，但其輸出電壓較低，頻率特性平坦且頻帶較寬，需要配用帶通濾波器，信號處理比較復(fù)雜。2024/10/1045

③構(gòu)造原理。以壓點式爆燃傳感器為例進行說明。壓電式爆燃傳感器主要由壓電元件、配重塊及引線等組成，如圖所示。

當發(fā)動機缸體發(fā)生振動時，傳感器底座及慣性配重隨之產(chǎn)生振動.底座和配重的振動作用在壓電元件上，由壓電效應(yīng)可知，壓電元件的信號輸出端，就會輸出與振動頻率和振動強度有關(guān)的交變電壓信號，如圖所示。實驗證明，發(fā)動機爆燃頻率一般在6～9kHz之間，其振動強度較大，所以信號電壓較高。發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，信號電壓幅值越大。2024/10/1046

因為發(fā)動機爆燃是在活塞運行到壓縮上止點前后產(chǎn)生的,此時缸體振動強度最大,所以爆燃傳感器在活塞運行到壓縮上止點前后產(chǎn)生的輸出電壓較高,爆燃傳感器輸出信號與曲軸轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系如圖7-9所示。爆燃傳感器的靈敏度約為20mV/g(1g=9.8m/s2)。2024/10/1047

2.控制單元（ECU）

ECU只讀存儲器中存儲有監(jiān)控和自檢等程序，以及發(fā)動機在各種工況下的最佳點火提前角數(shù)據(jù)。ECU不斷接收各種傳感器和開關(guān)發(fā)送的信號，并按預(yù)先編制的程序進行計算和判斷后，向點火控制器發(fā)出控制信號，實現(xiàn)點火提前角和點火時刻的最佳控制。點火控制與燃油控制均在同一控制單元，即發(fā)動機ECU。3.點火執(zhí)行器

點火執(zhí)行器主要有點火線圈、火花塞。2024/10/1048

（1）點火線圈

①功用。點火線圈是將蓄電池或發(fā)動機所供給的低壓電變成高壓電的主要部件。

②類型。常用的點火線圈分為開磁路點火線圈和閉磁路點火圈兩種形式。

開磁路點火線圈是利用電磁互感原理制成的。其結(jié)構(gòu)主要由硅鋼片疊成的鐵芯上的初級線圈和次級線圈、殼體及其外的附加電阻等組成。

開磁路點火線圈的磁路如圖所示。由于磁路上、下部分是從空氣中通過的，鐵芯未構(gòu)成閉合磁路，所以漏磁較多，主要用于傳統(tǒng)點火系統(tǒng)中。2024/10/1049

閉磁路點火線圈，將初級繞阻和次級繞組都繞在口字形或日字形的鐵芯上。初級繞組在鐵芯中產(chǎn)生的磁通，通過鐵芯構(gòu)成閉合磁路。2024/10/1050

閉磁路點火線圈的優(yōu)點是漏磁少，磁路的磁阻小，因而能量損失小，能量變換率高，可達75％（開磁路式點火線圈只有60％）。并且閉磁路式點火線圈采用熱固性樹脂作為絕緣填充物，外殼以熱熔性塑料注塑成型，其絕緣性、密封性均優(yōu)于開磁式點火線圈。體積小，可直接裝在分電器蓋上，不僅結(jié)構(gòu)緊湊，又省去了點火線圈與分電器之間的高壓導(dǎo)線，并可使二次側(cè)電容減小，故已在電控點火系統(tǒng)中廣泛采用。2024/10/1051

③工作原理。如圖示，當發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機ECU輸出點火正時信號（IGT），蓄電池的電流通過點火器流到初級線圈，在線圈中心鐵心產(chǎn)生磁力線，并存儲能量。當發(fā)動機繼續(xù)運轉(zhuǎn)時，點火器按發(fā)動機電子控制單元（ECU）輸出的點火正時信號（IGT）快速地停止流往初級線圈的電流。其結(jié)果是初級線圈的磁通量開始減小。因此，通過初級線圈的自感和次級線圈的互感，在阻止現(xiàn)存磁通量衰減的方向上產(chǎn)生電動勢。自感效應(yīng)產(chǎn)生約為500V的電動勢，而與其相伴的次級線圈互感效應(yīng)產(chǎn)生約為30kV高壓電動勢。這樣火花塞就產(chǎn)生火花放電。初級電流切斷越迅速，初級電流值越大，則相應(yīng)的次級電壓也越高。2024/10/1052

2024/10/1053

（2）火花塞

①功用?；鸹ㄈ淖饔檬菍Ⅻc火線圈產(chǎn)生的高壓電引入發(fā)動機燃燒室，在其電極間隙中產(chǎn)生電火花點燃混合氣。

②結(jié)構(gòu)?；鸹ㄈ慕Y(jié)構(gòu)如圖所示。它主要由中心電極、搭鐵電極、外殼和絕緣管等組成。在鋼質(zhì)殼體的內(nèi)部固定有高氧化鋁陶瓷絕緣體,在絕緣體中心孔的上部有金屬桿,桿的上端有接線端子,用來接高壓電。下部裝有中心電極,金屬桿與中心電極有銅芯和電阻。墊片起密封和導(dǎo)熱作用。外殼體的上部有便于拆裝的六角平面,下部有螺紋,用于把火花塞安裝到發(fā)動機氣缸蓋內(nèi),殼體下端焊接有彎曲的搭鐵電極。2024/10/1054

③點火機理?；鸹ㄈ袭a(chǎn)生的火花點燃空氣-燃油混合氣，使其爆發(fā)，通常稱為燃燒。燃燒不會立刻發(fā)生，

火花塞點火機理如圖所示，火花穿過空氣-燃油混合氣從中心電極到搭鐵電極。結(jié)果，空氣-燃油混合氣沿著火花的路徑被觸發(fā)，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)（通過氧化作用），同時產(chǎn)生熱量，形成火焰中心?；鹧嬷行挠|發(fā)周圍的空氣-燃油混合氣。這樣，火焰中心的熱量向外擴展并稱之為火焰?zhèn)鞑ィc燃空氣-燃油混合氣。2024/10/1055

③點火機理。如果火花塞電極的溫度太低或電極的間隙太小，電極將吸收火花產(chǎn)生的熱量。結(jié)果，火焰中心將被熄滅，導(dǎo)致缺火，這種現(xiàn)象稱為“電極猝熄”。如果電極猝熄效應(yīng)比較明顯，則火焰中心將被熄滅。電極越小，猝熄作用越小。電極越尖，越容易放電。

為了改善點火性能，某些火花塞在接地電極上有一個U形槽，或在中心電極上有V形槽。帶槽火花塞比電極上不帶槽的火花塞具有較小的猝熄作用，以形成較大的火焰中心。同樣，還有些火花塞通過較細的電極減小猝熄效應(yīng)，如白金/銥金火花塞。2024/10/1056

④火花塞熱值。火花塞的散熱量稱為熱值?；鸹ㄈ苌⒊鲚^多熱量的稱為“冷型”，因為火花塞自身保持較少的熱量。散熱量較少稱為“熱型”，因為自身保持較多的熱量。

火花塞的熱特性主要取決于絕緣體裙部的長度。絕緣體裙部長的火花塞，其受熱面積大，而傳熱距離長，散熱困難，因此裙部的溫度高，稱為熱型火花塞；反之，稱為冷型火花塞，但是，習(xí)慣上都是以熱值來定型，所謂熱值是指瓷絕緣體裙部吸熱與散熱的平衡性能。這樣就可將火花塞分為低熱值（即熱型）、中熱值（即普通型）、高熱值（即冷型）3種形式。與此對應(yīng)，將火花塞下部瓷絕緣體裙部長度（A）為16～20mm的劃為熱型，長度為11～14mm的劃為普通型，長度小于8mm的劃為冷型。2024/10/1057

2024/10/1058四、電控點火系統(tǒng)的點火控制原理

1.基本控制原理

電子點火系統(tǒng)控制原理如圖所示?？諝饬髁總鞲衅骱凸?jié)氣門位置傳感器向ECU提供發(fā)動機負荷信號，用于計算確定點火提前角。曲軸位置傳感器向ECU提供發(fā)動機轉(zhuǎn)速CA信號，轉(zhuǎn)速信號用于計算確定點火提前角，轉(zhuǎn)角信號用于控制點火時刻（點火提前角）。凸輪軸位置傳感器用于檢測活塞上止點位置，識別缸序。冷卻液溫度信號、進氣溫度信號、車速信號、空調(diào)開關(guān)信號以及爆燃信號等，用于修正點火提前角。2024/10/10第四節(jié)電控點火系統(tǒng)59

2024/10/1060

發(fā)動機工作時,根據(jù)凸輪軸位置傳感器信號,判定哪一缸即將到達壓縮上止點,根據(jù)反映發(fā)動機工況的轉(zhuǎn)速信號、負荷信號及與點火提前角有關(guān)的傳感器信號,確定相應(yīng)工況下的最佳點火提前角,向點火控制器發(fā)出控制指令,使功率晶體管截止,點火線圈一次電流被切斷,二次繞組產(chǎn)生高壓電,并按發(fā)動機點火順序分配到各缸火花塞跳火點燃混合氣。上述控制過程是指發(fā)動機在正常狀態(tài)下點火時刻的控制過程。當發(fā)動機起動、怠速或汽車滑行時,設(shè)有專門的控制程序和控制方式進行控制。2024/10/1061

2.點火提前角的理論計算

發(fā)動機產(chǎn)生最大功率和最小油耗的點火提前角為最佳點火提前角，該時刻不在壓縮行程上止點處，應(yīng)適當提前。理論和實踐證明，發(fā)動機的最佳點火提前角應(yīng)能夠使發(fā)動機的燃燒臨近爆燃而又不發(fā)生爆燃。發(fā)動機的最佳點火提前角隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷的變化，實際上是非線性的，如圖所示。

理論點火提前角（或最佳點火提前角）由初始點火提前角、基本點火提前角和修正點火提前角3部分組成2024/10/1062

（1）初始點火提前角

初始點火提前角又稱為固定點火提前角，其值取決于發(fā)動機的型號，并由曲軸位置傳感器的初始位置決定，一般為上止點前6°～12°。在下列情況時，實際點火提前角等于初始點火提前角。①發(fā)動機起動時。②發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于400r/min時。③檢查初始點火提前角時。此時，診斷插座測試端子短路，怠速觸點閉合，車速低于2km/h。2024/10/1063

（2）基本點火提前角

基本點火提前角是發(fā)動機最主要的點火提前角，由于發(fā)動機本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響點火的因素較多。理論推導(dǎo)基本點火提前角的數(shù)學(xué)模型比較困難，而且很難適應(yīng)發(fā)動機的運行狀態(tài)，因此，國內(nèi)外普遍采用臺架試驗法，即利用發(fā)動機最佳運行狀態(tài)下的試驗數(shù)據(jù)來確定基本點火提前角。（3）修正點火提前角

為使實際點火提前角適應(yīng)發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀況，以便得到良好的動力性、經(jīng)濟性和排放性，必須根據(jù)冷卻液溫度、進氣溫度及開關(guān)信號等相關(guān)因素，適當增大或減小點火提前角，即對點火提前角進行必要的修正。修正點火提前角的方法有多種，主要有暖機修正和怠速修正。2024/10/1064

發(fā)動機的實際點火提前角是上述三個點火提前角之和，發(fā)動機曲軸每轉(zhuǎn)一圈，ECU經(jīng)計算處理后就輸出一個點火提前角信號，因此當傳感器檢測到發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷、冷卻液溫度發(fā)生變化時，ECU將自動調(diào)整點火提前角。

如果ECU確定的點火提前角超過允許的最大點火提前角，或小于允許的最小點火提前角，發(fā)動機很難正常運轉(zhuǎn)，此時ECU將以最大或最小點火提前角允許值進行控制。2024/10/1065

3.起動時點火提前角的控制（1）起動初始點火提前角控制

在起動期間，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速很低（一般發(fā)動機起動轉(zhuǎn)速在500r/min以下），此時的發(fā)動機負荷信號（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起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。（2）起動非初始點火提前角控制

為提高起動性能，一些發(fā)動機起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)動機的溫度和起動轉(zhuǎn)速對起動點火提前角進行不同的控制。2024/10/1066

3.起動時點火提前角的控制

①正常起動轉(zhuǎn)速情況在正常的起動轉(zhuǎn)速（100r/min以上）下起動，主要考慮的是溫度對發(fā)動機燃燒的影響。在溫度低于0℃時，從點火到迅速燃燒需較長的時間，故需適當增大點火提前角。

②低起動轉(zhuǎn)速情況在起動轉(zhuǎn)速很低（100r/min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，引起起動閑難或造成反轉(zhuǎn)。為避免此種情況，ECU根據(jù)起動轉(zhuǎn)速的降低來減小點火提前角，并由下式確定低速起動點火提前角：2024/10/1067

低速起動點火提前角=正常起動轉(zhuǎn)速點火提前角×

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)動機在低溫或低起動轉(zhuǎn)速的情況下能順利起動。2024/10/1068

4.起動后點火提前角的控制

當發(fā)動機起動后，點火開關(guān)提供的起動信號消失，ECU隨即轉(zhuǎn)入起動后點火提前角控制。ECU中的CPU對點火定時信號進行控制。其點火提前角由基本點火提前角和修正點火提前角兩部分組成。（1）基本點火提前角控制

怠速工況與正常運行工況下的基本點火提前角控制有所不同。

①怠速時基本點火提前角控制。發(fā)動機處于怠速運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，微機根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和空調(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)速信號和空調(diào)開關(guān)信號。2024/10/1069

②正常運轉(zhuǎn)時基本點火提前角控制。發(fā)動機處于正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)（怠速觸點斷開）時，微機根據(jù)進氣管壓力傳感器（或進氣流量傳感器）和發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器的信號，通過查找、計算后得到基本點火提前角值。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。（2）修正點火提前角控制

修正點火提前角是基本點火提前角乘以適當?shù)南禂?shù)得到的點火提前角。不同型號的發(fā)動機，其修正系數(shù)各不相同，所修正的項目也不盡相同。點火提前。角修正方法見下表。2024/10/1070

2024/10/1071

2024/10/1072

5.配電方式

常見的電子配