第三节 点火闭环控制子系统.ppt

第三章点火系统闭环控制子系统 一概述二电子点火系统的组成三电子点火系统分类四点火系统的使用与故障诊断 曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一 它提供点火时刻 点火提前角 确认曲轴位置的信号 用于检测活塞上止点 曲轴转角及发动机转速 曲轴位置传感器所采用的结构随车型不同而不同 可分为磁脉冲式 光电式和霍尔式三大类 它通常安装在曲轴前端 凸轮轴前端 飞轮上或分电器内 曲轴位置及凸轮轴传感器 曲柄连杆机构简介 机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组 1 曲轴飞轮组功用 1 将做功冲程从连杆传来的力转变为转矩经飞轮传到传动机构 2 靠惯性通过连杆反过来推动各缸活塞的进气 压缩 排气冲程 3 驱动配气机构和其他附属装置 2 曲轴飞轮组主要组成 结构 由前端轴 若干个曲拐和后端轴三部分组成 3 曲轴的结构 1 曲拐的数量与取决于发动机的气缸数和排列方式 2 曲柄是用来连接主轴颈和连杆轴颈 3 平衡重的作用是平衡各机件产生的离心力及其力矩 四缸发动机的曲拐布置 四缸发动机的发火顺序1 3 4 2 4 曲轴形状和曲拐的布置形式 四缸发动机的发火顺序1 3 4 2 四缸发动机曲轴运动示意图 六缸发动机的曲拐布置 1 6 2 5 3 4 120 直列六缸发动机发火顺序 1 5 3 6 2 4 六缸发动机曲轴运动示意图 一 磁脉冲式传感器的结构和工作原理 磁脉冲式传感器 1 磁电式传感器 当转子旋转时 线圈中磁通量发生变化 线圈产生感应电动势 磁电式转速传感器的转子信号盘通常安装在曲轴或凸轮轴上 也可安装在分电器内 2 霍尔效应式传感器 当触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间时 磁场被叶片旁路 不产生霍尔电压 当缺口部分进入磁铁与霍尔元件之间时 磁力线进入霍尔元件 传感器输出电压信号 信号发生器固装在分电器壳体上 主要由两只发光二极管 两只光敏二极管和电子电路组成 两只发光二极管分别正对着光敏二极管 信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间 当信号盘随发动机曲轴运转时 因信号盘上有光孔 产生透光和遮光的交替变化 造成信号发生器输出表征曲轴位置和转角的脉冲信号 光电式传感器 信号盘随分电器轴转动 产生透光和遮光交替变化 当发光二极管的光束照到光敏二极管时 光敏二极管产生电压 当发光二极管光束被挡住时 光敏二极管电压为0 3 光电式传感器 一对点火系统的要求 无论是哪一类的点火装置 均有共同的技术性能要求 即应在发动机各种工况和使用条件下保证可靠而准确地点火 为此应满足以下三个方面的要求 1 能产生足够高的次级电压2 要有足够的点火能量3 点火时间要适当 四缸点火演示简图 1 高压电的产生 由点火线圈和分电器中的断电器完成 2 高压电的分配由分电器中的配电器完成 点火线圈 配电器 断电器 1 能产生足够高的次级电压火花塞电极击穿而产生火花时所需要的电压称为击穿电压 点火系产生的次级电压必须高于击穿电压 才能使火花塞跳火 击穿电压的大小受很多因素影响 其中主要有 1 发动机的工况 2 火花塞电极的温度 3 火花塞电极间隙和形状 4 气缸内混合气体的压力和温度 2 应具有足够的能量发动机正常工作时 由于混合气压缩终了的温度接近其自燃温度 仅需要1 5mJ的火花能量 但在混合气过浓或是过稀时 发动机起动 怠速或节气门急剧打开时 则需要较高的火花能量 经济性和排气净化要求提高提高火花能量 电子点火系一般应具有80 100mJ的火花能量 起动时应产生高于100mJ的能量 3 点火时间要适当影响最佳点火提前角的因素很多 主要有 1 发动机转速 2 发动机负荷 3 汽油辛烷值 4 混合气的浓度 5 进气压力 6 发动机的温度 7 压缩比 8 火花塞的数量 二点火系统的发展概况 一 传统触点式点火系统的工作原理 1 基本工作原理 动画 传统点火系统组成 4 1 2电子控制点火系统的组成 1 传感器2 电子控制单元ECU3 执行器 4 1 3电子控制点火系统的工作原理 4 1电控点火系统的组成与工作原理 4 1 1电子控制点火系统的类型有分电器式的电子控制点火系统特点 由于仍然有机械装置 因此发动机在一些工况下仍存在缺陷 无法保证在各种工况下点火提前角均处于最佳 此外 由于分电器在工作运转过程中有磨损的情况 所以也无法保证点火提前角的稳定与准确性 无分电器式的电子控制点火系统特点 不存在机械磨损 因此不存在各间隙间跳火的能量损失及由于机械的不确定性对点火的干扰 无分电器也使得发动机上的构件在布置上更方便与合理 方便检测与维修 外界的人为因素不能改变点火时刻 取消了在维修作业中的失误情况 比如在安装的时候 由于装配不到位而使点火时刻不正确的现象等 4 3无分电器式点火系统 组成 4 2 2爆燃与爆燃传感器爆燃爆燃是汽油机运行过程中产生的一种最有害的故障现象 是在火花塞点燃汽缸内的可燃混合气之前的自燃 产生的原因积碳聚集过多 发动机过热 燃油使用不当 爆震定义 汽缸内未燃部分混合气的在火焰前峰到来之前自行燃烧 在汽缸内形成无方向的爆炸燃烧 简称爆燃 又因为爆燃时会引起强烈的振动 并伴有强烈的金属敲击声 又称为爆震 爆震的危害 一是爆震破坏发动机的正常燃烧 从而使发动机动力性 经济性变差 排污加重 二是爆震燃烧是在局部产生强烈的冲击波 将破坏发动机汽缸壁上的润滑油膜 使发动机工作条件恶化 三是爆震燃烧容易造成发动机过热 使各部机件热负荷增加 冷却水温度失去控制 时间长后 将会造成冷却水沸腾而使发动机无法工作 控制从最佳点火提前角控制原理中可知 为了最大限度地发挥汽油机的功率 应把点火提前角控制在接近临界爆燃点 同时又不能使发动机发生爆燃的边缘 影响因素 点火时刻 点火时刻提前角预防措施 减小点火提前角 可防止爆震 发动机转矩降低 爆燃控制系统 1 爆燃传感器2 ECU3 其它传感器4 点火控制器5 分电器6 火花塞 爆震控制 使点火时刻到爆震边缘只有一个较小余量 即可控制爆震发生又可有效得到发动机的输出功率 控制方法 利用爆震传感器感知发动机有无爆震现象 并将信号送至ECU ECU利用此信号调整点火提前角 有 推迟点火 无 提前点火 以保证点火提前角都处于接近发生爆震的最佳角度 爆震检测 气缸压力检测 发动机机体振动检测 燃烧噪声检测 爆震传感器的作用 检测发动机的燃烧过程中是否发生爆震 并把爆震信号输送给发动机ECU作为修正点火提前角的重要参考信号 1 爆震传感器 EGS 爆震传感器的分类 1 磁致伸缩式爆震传感器2 压电式 非共振型压电式爆震传感器共振型压电式爆震传感器 爆震传感器的安装位置 发动机缸体上 1 磁致伸缩式爆震传感器 信号输出特点 2 非共振型压电式爆震传感器 传感器的信号输出特点 该爆震传感器的突出优点是检测频率范围宽 可设计成由零至数十千赫兹 能检测很宽频带的发动机振动频率 当用于不同的发动机上时 只需将滤波器的过滤频率调整即可使用 而不需更换传感器 3 共振型压电式爆震传感器 共振型压电式爆震传感器的结构如图所示 主要由压电元件和振荡片组成 压电元件紧压在振荡片上 振荡片又固定在传感器的基座上 振荡片随发动机的振动而振荡 波及压电元件 使其变形而产生电压信号 当发动机爆震时的振动频率与振荡片的固有频率相等时振动片将产生共振 此时 压电元件将产生最大的电压信号 传感器的信号输出特点 4 爆震传感器的输出信号波形 爆燃传感器压电式爆燃传感器磁致伸缩式爆燃传感器 一 点火线圈 1 点火线圈的结构 1 开磁路点火线圈 2 闭磁路点火线圈 1 点火线圈的结构 2 闭磁路点火线圈 通常的点火线圈里面有两组线圈 初级线圈和次级线圈 初级线圈用较粗的漆包线 通常用0 5 1毫米左右的漆包线绕200 500匝左右 次级线圈用较细的漆包线 通常用0 1毫米左右的漆包线绕15000 25000匝左右 初级线圈一端与车上低压电源 联接 另一端与开关装置 断电器 联接 次级线圈一端与初级线圈联接 另一端与高压线输出端联接输出高压电 点火线圈之所以能将车上低压电变成高电压 是由于有与普通变压器相同的形式 初级线圈比次级线圈的匝数比大 但点火线圈工作方式却与普通变压器不一样 普通变压器的工作频率是固定50Hz 又称工频变压器 而点火线圈则是以脉冲形式工作的 可以看成是脉冲变压器 它根据发动机不同的转速以不同的频率反复进行储能及放能 点火线圈分配式无分电器点火系统是将来自点火线圈的高压电直接分配给火