汽车发动机点火系统的研究现状及发展方向

汽车发动机点火系统的研究现状及发展方向
摘要：本文介绍了汽油发动机点火系统的基本工作原理。

在此基础上，综述了现代电子点火系统，尤其是点火能量及点火控制系统研究的现状、发展趋势。

随着发动机向高转速、稀混合气方向发展，普通电子点火系统已不能满足要求，高能微机控制点火系统将成为今后点火系统的发展方向。

关键词：点火系统；电子点火；发展趋势；
点火系统是汽油发动机重要的组成部分,对发动机的性能有着决定性的
影响。

它的的基本装置包含了电源、点火系统（电瓶）、点火触发装置、点
火正时控制装置、高压产生器（高压线圈）、高压电分配装置（分电盘）、高
压导线及火花塞。

现代的点火提前装置则已改由引擎管理电脑所控制，电脑
收集引擎转速、进气歧管压力或空气流量、节气门位置、电瓶电压、水温、
爆震等讯号，算出最佳点火正时提前角度，再发出点火讯号，达到控制点火
正时的目的。

随着汽车工业的不断发展，汽车电子化程度不断提高,汽车的
点火系统已由传统的蓄电池点火系统发展到国内外广泛采用的电子点火系
统，电子点火系统又称为半导体点火系统或晶体管点火系统，越来越多的汽
车厂家将电子技术应用到了汽车上它的作用是在适当的时刻点燃被压缩的
混合气件并使其燃烧，点火系统的性能良好与否对发动机的功率、油耗和排
气污染等影响很大．随着世界汽车工业的发展，汽车点火系统经历了由传统
点火系统到电子点火系统再到计算机控制的点火系统三个阶段．
最早应用于汽车的是传统点火系，采用机械触点控制初级电流，当触点闭合时，点火线圈初级电路接通，储存能量；当触点打开时，点火线圈初级电路断开，在次级线圈中产生高电压，并经分电器加于火花塞，击穿火花塞，产生电火花点燃混合气。

其优点是结构简单、更换方便。

缺点是初级电流受机械触点允许电流限制不能过大，点火能量低；闭合角不能调整；次级电压上升速率较慢，在火花塞积炭时形成漏电流，次级电压下降；机械触点易烧蚀，凸轮易磨损，工作不可靠；机械调整装置调节点火提前角，反应速度慢，控制精度低。

目前，传统的点火系已经淘汰。

国内汽油发动机车点火系统中，电子点火系统已占有较大比例，传统点火系统已处于淘汰的状况。

当前我国点火系统发展很快，电子点火系统已在微型车及普通型轿车中普及，中、高档轿车已开始采用计算机控制．计算式控制的点火系统中高压配电方式是由有分电器式向无分电器式发展在电子点火系统中，原有的凸轮驱动被脉冲发生器所取代，靠磁变化(无触点)产生电流及电压脉冲，并通过
该系统的电器来触发高压点火脉冲。

2.1.2 有触电电子点火系
有触点电子点火系是最早机电相结合的产品之一，它保留了原分电器中的机械触点，增加了一个电子驱动电路，大功率开关晶体三极管串联在点火线圈初级电路中，机械触点接在三极管的基极电路中。

当触点闭合时，大功率三极管导通，接通初级电路；当触点打开时，大功率三极管截止，断开初级电路，次级线圈产生高压电而点火。

其优点是：减小了机械触点的电流，消除了触点烧蚀现象,并取消了和触点并联的电容器，降低了故障率。

缺点是：由于机械触点的存在，继承了传统点火系的缺点，仍然采用机械调节装置调节点火提前角，无闭合角调节功能，这些限制了点火性能的提高。

2.1.3 无触点普通电子点火系
无触点普通电子点火系主要由点火开关、点火信号发生器、点火器、点火线圈、分电器以及火花塞组成。

其特点是利用各种无触点点火信号发生器来代替上述断电器触点产生点火信号。

因此，与触点有关的各种故障和保修作业均不复存在。

当发动机工作时，分电器信号发生器产生电信号，经电子点火组件的放大、整形后，控制末级大功率晶体管的导通与截止，使点火线圈中的初级电流发生变化，在次级绕组中感应出高电压。

由于采用了闭合角和恒流控制，普通电子点火系统的初级电流在发动机高速或低速时都为一定值，从而在次级绕组中产生的感应电动势也为一定值，从而提高了点火性能。

另外，从根本上解决了由触点带来的问题，使之具有一定的免维修化。

该点火系统最大的缺点是点火提前角仍采用传统的真空和离心机构机械控制，点火提前角控制不够精确。

另外，点火触发信号仍采用机械控制，点火可靠性仍有待提高。

2.1.4 微机控制电子点火系
上述点火系统均采用机械调节装置调节点火提前角，一方面，机械装置反应慢，实时性差，控制精度低；另一方面，点火提前角不仅与发动机转速和负载有关，而且与其它因素有关，如汽油的抗爆性能、混合气的空燃比、发动机工作温度和进气终了的压力等，因而越来越不能满足现代发动机的需要。

随着微处理机
技术的发展，在70年代中期，汽车上开始应用微处理机控制点火。

微机控制电子点火系的组成如图2.4所示，它主要由电源、传感器、电控单元（ECU）、点火控制器、分电器、高压线、火花塞等组成。

该系统根据各种传感器检测发动机工况信息，由控制单元对点火提前角和闭合角进行精确的控制，点火时机更准确、合理，使发动机性能更加优越。

该点火系中的分电器只起到分配高压电的作用，取消了点火提前角机械调节机构。

微机控制点火系可以实现点火提前角控制、闭合角控制和爆震控制的功能，具有如下特点：
1.在各种工况及环境条件下，均可获得最佳点火提前角，从而使发动机在动力性、经济性、排放性及工作稳定性等方面均处于最理想的情况。

2.在全部工作范围内，均可对点火线圈的导通时间进行控制，从而使线圈中存储的点火能量保持不变，提高了点火的可靠性，有效地防止了点火线圈过热，减少了能源消耗。

此外，该系统很容易实现在全部工作范围内提供稀薄燃烧所需恒定点火能量的目标。

3.通过采用闭环控制技术，可使各缸点火提前角控制在刚好不发生爆震的临界状态，从而获得较高的燃烧效率，有利于提高发动机的各种性能
汽车工业的水平，是衡量一个国家工业化水平高低的一个重要标志．世界汽车工业正在进行一场新的技术革命，围绕环保节能、安全、可靠及舒适等性能，各国都制定了长远发展规划我国“十五”规划经济工作重点将发展汽车工业放在非常重要的位置。

根据世界汽车工业新的发展动向，随着国家“北京申奥-上海申博”等的成功，以及加人WT0后国际市场的挑战，迫切要求国内企业快速提高点火系统的技术水平和生产能力：通过合资合作，扩大点火系统技术引进规模，在合作中求发展；同时应进行企业重组，扩大点火系统生产规模，克服目前技术落后，创新能力差、规模小、效益低的状况。

随着世界汽车在安全性、舒适性、智能行驶等方面的迅速发展和新的突破，国内企业特别要注意如下几个方面的技术动向，做好相关的技术开发及储备工作：
1.多种能源（燃油、天然气等）的混合使用，对点火系统可靠性、安全性要求更高；
2.42V输出电系汽车的出现，必须有新的点火系统及其它电子设备的产生和应用；
3.由于节能、环保等要求的不断提高，必须有新的点火系统来完成这一艰巨任务；
4.电子及计算机技术的飞速发展，新材料的出现，必将不断产生新的点火系统。

根据我国现有的汽车工业基础以及“十五”规划汽车产量大幅增长的前景，加大重视开发和应用高性能的汽车发动机点火系统技术是完全必要的，只有这样才能缩短我国与先进国家的差距，取得超速的发展。

综上所述，随着微机控制在汽车发动机点火系统上的应用和点火系统控制技术的日臻成熟，对点火能量进行定性乃至定量研究，总结出理想的点火能量曲线并进行精确控制的研究就显得十分必要了；汽车发动机电子点火系统今后的发展趋势及技术创新可行点如下：
1.更为复杂、精确的微机控制点火系统已成为电子点火系统的发展要求，同时也对传感器的开发提出了更高的要求。

2.模糊控制和神经网络技术将更多的应用于点火系统的研究中，而且今后也将会有新的控制理论出现并在点火系统中应用。

3.随着能源问题的日益突出及系统的散热问题，开发低耗能电子元件是目前电子点火系统也是汽车电子控制系统急需要解决的问题之一。

4.随着高速稀燃发动机的发展应用，点火系统将向高能点火方向发展；精确控制点火能量也是今后需要研究的重要课题。

本课题针对汽车点火系统的发展现状；论述了微机控制点火系统的组成和工作原理；指出了我国汽车点火系统当今发展存在的问题与不足，分析了微机控制点火系统今后的发展趋势；从而提出相应的解决方向，为指导我国汽车点火系统今后的研究和发展提供一定的参考。

为进一步研究和开发汽油发动机点火控制系统提供较有价值的资料。