发动机电控点火系统

发动机电控点火系统

一、点火提前角的控制

1．1点火提前角对发动机性能的影响

点火时刻对发动机的影响很大。从火花出现到混合气大部分燃烧完毕而使汽缸压力上升到最大值，是需要一定时间的。虽然这段时间很短，不过千分之几秒，但发动机转速很高，在这么短的时间内，曲轴转过的角度却达到了相当大的数值。若恰好在活塞到达上止点时点火，则可燃气体一面燃烧，活塞一面下移而使汽缸容积增大，这将导致燃烧压力下降，发动机功率也随之减小。若点火过早，则活塞还在向上止点移动过程中，气体压力已达到很大数值。这时气体压力作用的方向与活塞运动的方向相反，此时有效功减小，发动机功率也将减小。因此，应当在活塞到达上止点之前点火，使气体压力在活塞位置相当于曲轴转到上止点后10°～15°时达到最高值。点火时曲轴的曲拐位置与压缩行程结束活塞在上止点时曲拐位置之间的夹角，称为点火提前角。通常把发动机发出功率最大和油耗率最小的点火提前角称为最佳点火提前角。最佳点火提前角除了保证发动机的动力性和燃料的经济性外，还必须保证排放污染最小。发动机工况不同，需要的最佳点火提前角也不相同。怠速时的最佳点火提前角是为了使怠速运转平稳、降低有害气体排放量和减少燃油消耗量;部分负荷时的最佳点火提前角是为了减少燃油消耗量和有害气体排放量，提高经济性和排放性能;大负荷时的最佳点火提前角是为了增大输出扭矩、提高动力性能。在传统的点火系统中，无法使发动机的实际点火提前角达到最理想的状态，实验表明，只有采用电控点火系统时才能使实际点火提前角更接近于理想的点火提前角。

1.2前角的计算

在电控点火系统中，各种工况及运行条件下最理想的点火提前角首先存储记忆在ECU中，微机控制的点火提前角由初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角组成。

（1）初始点火提前角初始点火提前角又称为固定点火提前角，其值的大小取决于发动机的形式，并由曲轴位置传感器的初始位置决定，一般为上止点前

6°～12°。在下列情况时，实际点火提前角等于初始点火提前角:①发动机起动时。起动时，转速变化大，空气流量不稳定，进气量传感器输出的信号就不稳定，点火提前角不能准确控制，所以采用固定的点火提前角进行控制。②发动机转速低于400 r/min时。③检查初始点火提前角时。此时有三个条件:一是诊断插座测试端子短路;二是怠速触点闭合;三是车速低于 2 km/h。④当发动机的后备系统工作时。

（2）基本点火提前角基本点火提前角是发动机最主要的点火提前角，是设计微机控制点火系统时确定的点火提前角。基本点火提前角通常以二维表的形式储存在微机的ROM存储器中，ECU根据发动机转速信号和进气歧管压力信号（或进气量信号）等，从存储器中获得。

（3）修正点火提前角为使实际点火提前角适应发动机的运转状况，以便得到良好的动力性、经济性和排放性能，必须根据相关因素（如冷却液温度、进气温度、开关信号等）适当增大或减小点火提前角，即对点火提前角进行必要的修正。修正点火提前角的项目有多有少，主要有暖机修正、怠速稳定性修正、空燃比反馈修正和过热修正。

①暖机修正暖机修正是指节气门位置传感器怠速触点闭合、发动机冷却液温度变化时，对点火提前角进行的修正。当冷却液温度低时，混合气燃烧速度较慢，应增大点火提前角，以促使发动机尽快暖机;当冷却液温度升高时，为避免发动机过热，点火提前角应逐渐减小。

②怠速稳定性修正怠速稳定性修正是为了保证怠速运转稳定而对点火提前角进行的修正。发动机怠速运转时，由于负荷变化，会引起转速不稳，ECU会将怠速转速调整至设定的目标转速。如当动力转向开关或空调开关接通时，发动机实际转速会低于目标转速，ECU将根据转速之差，使怠速运转平稳，防止发动机熄火。

③空燃比反馈修正装有氧传感器的发动机，当ECU根据氧传感器的反馈信号对空燃比进行修正时，随着喷油量的增加或减少，会引起发动机转速在一定的范围内波动。为提高发动机的怠速稳定性，ECU在控制喷油量减少的同时，适当地增大点火提前角。

④过热修正在发动机正常工作时，如果冷却液温度过高，为了避免爆燃，应

适当地减小点火提前角，但当发动机处于怠速工况时，如果冷却液温度过高，导致发动机长时间过热，应增加点火提前角。当发动机处于怠速时，IDL触点接通;正常运行时，IDL触点断开。发动机的实际点火提前角控制包括起动时的点火提前角控制和起动后正常运转时的点火提前角控制。发动机起动后正常运转时，实际的点火提前角的控制方法各车型有所不同，一般可分为两种类型:

●在日本丰田车系TCCS系统中:实际的点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角

●在日本本田车系ECCS系统中:实际的点火提前角=基本点火提前角×点火提前角修正系数

因此当传感器检测到发动机转速、负荷、水温发生变化时，ECU就自动调整点火提前角。发动机每工作一个循环，ECU计算处理后就发出一个提前角信号。当ECU确定的点火提前角超过允许的最大提前角或小于允许的最小提前角时，发动机很难正常运转，此时ECU将以最大或最小点火提前角允许值进行控制。

1.3通电时间的控制

通电时间是指大功率管的导通时间，即点火线圈初级绕组的通电时间。根据点火原理，对于电感储能式电子点火系统，当点火线圈的一次电路被接通后，其一次电流是按指数规律增长的，一次断开电流直接影响点火能量和二次电压最大。一次电路断开瞬间，一次电流所能达到的值即断开电流与一次电路接值 U

2max

通的时间长短有关。只有通电时间达到一定值时，一次电流才能达到饱和，进而获得较高的二次电压。因此，必须保证有足够的通电时间。但如果通电时间过长，点火线圈又会发热并使电能消耗增大。考虑到上述两方面的要求，必须要控制一个最佳通电时间。另外，蓄电池电压变化也会影响一次电流，如蓄电池电压下降时，在相同的通电时间里一次电流所达到的值将会减小，因此必须对通电时间进行修正。

二、电控点火系统的组成与工作原理

2.1 电控汽油机点火系统的类型

目前汽车上使用的点火系统种类比较多，按点火系统结构和发展过程可分为:

传统点火系统和计算机控制的点火系统。在传统点火系统中有:

（1）触点式点火系统。触点式点火系统也被称为传统点火系统，这种点火系统由于存在种种缺陷，因此已逐步被淘汰。

（2）晶体管辅助点火系统。晶体管辅助点火系统的电子电路部分也被称为点火放大器，由于该点火系统未能完全消除触点式点火系统的缺陷，因此，已被无触点式电子点火系统取代。

（3）无触点式电子点火系统。无触点式电子点火系统按点火触发信号产生的方式不同又可分为:①磁感应式。由分电器轴驱动的导磁转子转动来改变磁路的磁阻，使通过感应线圈的磁通量发生变化而产生点火电压信号。磁感应式点火系统是应用较广的一种，美国和日本等国生产的汽车多采用此种形式。②光电式。由分电器轴驱动的耦合转子转动，以阻挡和穿过发光元件光线的变化，使光敏元件产生点火信号。③霍尔效应式。由分电器轴驱动的导磁转子转动，使霍尔元件上通过的磁通量发生变化来产生点火电压脉冲信号。此种点火系统以信号电压稳定、抗污能力强的优点被广泛应用，德国大众汽车就采用此种形式的点火系统。计算机控制的点火系统即电控点火系统可分为两大类:有分电器式和无分电器式，两者的主要组成和控制原理基本相同。有分电器式的电控点火系统，因为机械装置本身的局限性，因此，无法保证在各种工况下点火提前角都处于最佳，同时，由于分电器中的运动部件的磨损，又会导致驱动部件松旷，影响点火提前角的稳定性和均匀性。无分电器式的电控点火系统是一种全电子化的点火系统，由于无机械传动，减少了分火头与旁电极这一中间跳火间隙的能量损耗，同时，由于无机构磨损，所以不需调整，工作可靠。

2.2 电控点火系统基本组成与工作原理

电控点火系统主要由电源、传感器、电控单元ECU、点火控制器、点火线圈、分电器（有分电器电控系统）、各种控制开关以及火花塞等组成。

1.电源电源一般由蓄电池和发电机共同组成，主要是给点火系统提供电能。

2.传感器传感器主要用来检测与点火有关的发动机的工况信息，并将检测结果输入ECU，作为计算和控制点火时刻的依据。虽然各型汽车采用的传感器的类型、数量、结构及安装位置不尽相同，但是其作用都大同小异，而且这些传感

器大多与燃油喷射系统、怠速控制系统等电子控制系统共用。传感器主要由凸轮轴位置（上止点位置）传感器、曲轴位置（曲轴转速与转角）传感器、空气流量传感器、节气门位置（负荷）传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器、车速传感器、爆燃传感器、各种控制开关、点火控制器以及火花塞等组成。

（1）凸轮轴位置（上止点位置）传感器是确定曲轴基准位置和点火基准的传感器。该传感器在曲轴旋转至某一特定的位置（如1缸上止点点火在上止点前某一确定的角度）时，输出一个脉冲信号，ECU将这一脉冲信号作为计算曲轴位置的基准信号，再利用曲轴转角信号计算出曲轴任一时刻所处的具体位置。曲轴位置（转角与转速）传感器将发动机曲轴转过的角度变换为电信号输入ECU，曲轴每转过一定角度就会发出一个脉冲信号，ECU通过不断检测脉冲个数，即可计算出曲轴转过的角度。与此同时，ECU根据单位时间内接收到的脉冲个数，即可计算出发动机的转速。在微机控制电子点火系统中，发动机曲轴转角信号用来计算具体的点火时刻，转速信号用来计算和读取基本点火提前角。凸轮轴位置和曲轴位置信号是保证ECU控制电子点火系统正常工作的最基本的信号。

（2）空气流量传感器是确定进气量大小的传感器。在L型（流量型）电控燃油喷射系统中，采用的是流量型传感器直接检测空气流量，在D型（压力型）电控燃油喷射系统中，采用的是进气歧管压力传感器通过检测节气门后进气歧管内的负压（真空度）来间接检测空气流量。空气流量信号输入ECU后，除了用于计算基本喷油时间之外，还用做负荷信号来计算和读取基本点火提前角。

（3）进气温度传感器信号反映发动机吸入空气的温度。在微机控制电子点火系统中，ECU利用该信号对基本点火提前角进行修正，ECU除了利用该信号对基本点火提前角进行修正之外，还要利用该信号控制起动机和发动机暖机期间的点火提前角。

（4）节气门位置传感器将节气门开启角度转化为电信号输入ECU，ECU利用该信号和车速传感器信号来综合判断发动机所处的工况（怠速、中等负荷、大负荷、减速），并对点火提前角进行修正。

（5）爆燃传感器用于点火提前角闭环控制系统。ECU根据爆燃传感器输出的信号来判断发动机是否发生爆燃，从而对点火提前角进行修正。各种开关信号用于修正点火提前角。起动开关信号用于起动时修正点火提前角;空调开关信号

用于怠速工况下使用空调时修正点火提前角;空挡安全开关仅在采用自动变速器的汽车上使用，ECU利用该开关信号来判断发动机是处于空挡停车状态还是行驶状态，然后对点火提前角进行必要的修正。

3.电控单元（ECU）

现代汽车发动机大多数都采用集中控制系统，其中微机控制点火系统仅是电控单元的一个子系统。电控单元（ECU）既是燃油喷射控制系统的控制中心，也是点火控制系统的控制中心。在ECU的只读存储器（ROM）中，除存储有监控和自检等程序之外，还存储有由台架试验测定的该型发动机在各种工况下的最佳点火提前角。

4.点火控制器

点火控制器又称点火电子组件、点火器或功率放大器，是微机控制点火系统的功率输出级，它接收ECU信号发生器控制信号并进行功率放大，以便驱动点火线圈工作。