汽车电子控制技术第5章-点火系统控制汇编

1、汽车(qch)电子控制技术第5章 点火(din hu)系统控制 共五十页电子(dinz)控制点火(ESA)系统点火能量控制点火正时控制点火提前角控制发动机爆震控制共五十页 点火系统是用于提供点火能量和控制各个气缸点火顺序(shnx)、点火时刻的装置。 点 火 系 统第一阶段 机械式有触点(ch din)点火系统第二阶段 无触点晶体管点火系统 （无分电器点火系统）第三阶段 电子控制点火系统共五十页机械式点火(din hu)系统组成：电源、点火(din hu)开关、点火(din hu)线圈、分电器、火花塞。共五十页机械式点火系统(xtng)的工作过程初级线圈配电器断电器火花塞次级线圈 曲轴带动分电

2、器轴上的凸轮转动(zhun dng)，使点火线圈次级触点通、断而产生高压电。点火高压通过分电器轴上的分火头，按发动机工作顺序送到各气缸的火花塞上，发出电火花点燃燃烧室内的气体。共五十页四缸点火(din hu)演示简图1) 高压电的产生，有点火线圈和分电器中的断电器完成(wn chng)。2) 高压电的分配有分电器中的配电器完成。共五十页初级(chj)电压共五十页次级(c j)电压共五十页点火系的主要(zhyo)元件点火(din hu)线圈功用：将汽车电源供给的低压电转变为高压电(10kV) 共五十页分电器功用： 将脉冲高压电按发动机的作功顺序和点火(din hu)时间要求，配送至各缸的火花塞。

3、 调节发动机不同转速下的提前角。 分电器壳体可以手动转动来调节基本的点火提前角 ( 即怠速运转时的点火提前角 )。共五十页配电器、断电器、电容器、点火提前调节(tioji)装置共五十页火花塞(俗称(s chn)火咀)作用：把高压导线(火咀线)送来的脉冲高 压电(俗称“击穿(j chun)电压”)放电，击穿(j chun) 火花塞两电极间空气，产生电火花 引燃气缸内的混合气体。共五十页电 源共五十页点火系在发动机上的安装(nzhung)位置共五十页高性能发动机的基本条件： 1.高能量稳定的点火 2.混合(hnh)均匀的混合(hnh)气 3.高压缩比5.1点火(din hu)系统的基本要求1.产生

4、电火花2.点燃混合气的能量3.点火时刻高能量稳定的点火共五十页 击穿电压高，点火可靠，但绝缘困难。一般(ybn)次极电压限制在50kV以内，对于某些车辆需要提高对各种燃料适应性，可将次极电压提高，但最高不超过100 kV。产生火花的击穿电压火花塞间隙火花塞两电极间隙越大，击穿电压越高。缸内混合气压力和温度混合气密度越大，击穿电压越高。当混合气温度低或混合气压力大时，击穿电压要高。电极的温度和极性火花塞的电极温度超过混合气的温度时，电极周围的气体密度变稀，击穿电压可降低。受热电极为负极时，击穿电压可降低。发动机的运行工况发动机启动时的击穿电压最高； 汽车加速时，需要较高的击穿电压。5.1.1 产

5、生(chnshng)电火花共五十页1 发动机正常工作，混合气压缩终了时的温度已接 近其自燃温度，所需的点火能量很小（1 5 mJ）2 在启动、怠速以及急加速(ji s)等非稳定工况时，则需要较高的点火能量。3 A/F17的稀混合气，也需要增加点火能量。5.1.2点燃(din rn)混合气的能量 基于以上原因，为了可靠点火，一般需要点火系统提供50 80 mJ，最大时可达150 mJ的点火能量。共五十页 因为混合气在气缸内燃烧需要占用一定的时间，所以混合气不应在压缩行程的上止点处燃烧，而应适当提前(tqin)，使活塞到达上止点时，混合气已充分燃烧，从而使发动机获得较大的功率。点火的提前量称为点火

6、提前角。5.1.3 点火(din hu)时刻 点火过早，会造成爆震，活塞上行受阻，效率降低，磨损加剧； 点火过迟，气体做功效率低，排气声大。1.点火提前角 从发出电火花开始到活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度。点火提前角：共五十页 最佳点火提前角就是在各种不同工况下使气体膨胀趋势最大段处于活塞做功下降行程。 这样效率最高，振动最小，温升最低。不论(bln)点火过早或过迟，这是应该防止的。最佳点火角受很多因素影响。2.影响(yngxing)最佳点火提前角的因素 1）活塞的运行速度快，最佳点火提前角相应增大； 反之，最佳点火提前角相应减小。 2）混合气燃烧速度快，最佳点火提前角相应减小；

7、 反之，最佳点火提前角相应增大。影响最佳点火提前角的因素可归结为一下两点：共五十页影响最佳点火(din hu)提前角的具体因素有：1.与活塞的运行速度加快(ji kui)的因素：发动机转速：发动机转速增高，最佳点火提前角相应增大， 但不是线性关系。2.与混合气燃烧速度加快的因素：1 负荷： 发动机转速不变，负荷增加，混合气燃烧速度变快，最佳点火提前角相应减小。2 压缩比： 发动机压缩比越大，气缸压力和温度越高，混合气燃烧越快，点火提前角要越小。3 混合气浓度： 混合气浓度过浓A/F18时，燃烧速度皆慢，点火提前角需增大。 共五十页1 启动和怠速 发动机启动和怠速时，发动机转速低，但混合气燃烧速

8、度也较慢，最佳(zu ji)点火提前角适当减小或不提前。2 汽油的辛烷值 汽油的辛烷值，也就是汽油牌号，越高抗爆震能力越强，相应允许更大的点火提前角。 3.其它(qt)因素：4 进气压力 进气压力减小，混合气燃烧速度变慢，最佳点火提前角相应增大。5 火花塞的数量 气缸体同时装有两个火花塞，混合气燃烧速度变快，最佳点火提前角比装有一个火花塞相应减小。共五十页5.2 电子控制点火系统的基本组成(z chn)与原理5.2.1电子控制点火系统(xtng)的特点1 各种工况和环境条件下均可获得理想的点火提 前角；2 保持点火能量不变，提高了点火的可靠性；3 采用闭环控制后，与燃料供给系统实现综合控 制，

9、可使点火提前角控制在刚好不发生爆震的 临界状态；提高发动机各种性能。 点火提前角的控制不能只考虑点火系统或者发动机系统，而是要求能与其它的系统很好的协调，以达到车辆整体的最佳控制。共五十页根据传感器信息，计算最佳提前角，发出(fch)点火指令。5.2.2电子(dinz)控制点火系统的基本组成转 速I/OCPU曲轴位置负 荷爆 震温 度I/O信号预处理A/D转换RAMROM传感器：ECU：执行机构：检测工况信息。点火线圈点火控制装置火花塞执行点火共五十页1.原理： ECU根据发动机的有关(yugun)传感器检测的各种工况信号进行控制点火.5.2.3电子控制点火系统的原理(yunl)与控制过程2.

10、控制过程 首先根据发动机转速、吸入的空气质量流量和曲轴的位置，确定相应的基本点火提前角，然后根据检测冷却水温度、进气温度等加以修正，得到最佳点火提前角。3.闭环控制与开环控制对于爆震闭环控制，ECU根据爆震传感器检测到出现爆震时，减小点火提前角，若未产生爆震，则加大点火提前角，实现闭环控制。 当发动机负荷低于一定值时，一般不出现爆震，这时采用开环控制。共五十页 即使只考虑发动机转速和负荷从理论上来建立点火系统的数学模型也是相当困难的，其原因(yunyn)是点火系统的非线性特性。5.3 点火(din hu)提前角控制1.影响点火提前角的主要因素 影响点火提前角最主要的因素是发动机转速和负荷。2.

11、点火系统的数学模型采用实验方法获得点火系统的数学模型： 大量的台架试验和道路试验，并对试验数据进行处理，获得发动机在不同转速、不同负荷时所对应的最佳提前角的数据点集合，绘出三维控制模型图(MAP图)，再将其转换为二维表，并存放再ECU的存储器中。共五十页三维控制(kngzh)模型图(MAP图)共五十页1218162023182225点火提前(tqin)角二维表存储形式单位转速的进气量发动机转速(zhun s)大小低高提前角数值共五十页共五十页实际点火提前角 初始(ch sh)点火提前角基本点火提前角修正点火提前角5.3.1 丰田汽车点火系统点火提前(tqin)角控制点火正时控制模式分为： 启动

12、点火时间控制 启动后点火时间控制1.启动点火时间控制 预先确定的初始点火提前角也称为固定点火提前角，其值为上止点前10。下列情况： 1 发动机启动； 2 发动机启动且转速稳定在400 r/min 以下。 实际点火提前角初始点火提前角共五十页 启动后点火时间控制由基本(jbn)点火提前角和修正点火提前角两部分组成。2.启动(qdng)后点火时间控制1 怠速基本点火提前角 传感器有怠速输出时所对应的基本点火提前角。 空调工作：基本点火提前角为 8； 空调不工作：基本点火提前角为 4。2 正常行驶时的基本点火提前角 该值主要依据发动机的转速和负荷（用进气量表示）来确定。ECU根据传感器的信号在ROM

13、存储器搜寻基本点火提前角。1）基本点火提前角共五十页2）点火提前(tqin)角的修正暖 机修 正冷却水温较低时，点火提前角适当增大；冷却水温逐渐升高时，点火提前角逐渐减小。怠 速稳定性修 正 ECU计算发动机平均转速：平均转速低于规定的怠速转速，点火提前角增大；平均转速高于规定的怠速转速，点火提前角减小。过 热修 正 冷却水温过高时；发动机正常运行，避免爆震，点火提前角减小；发动机怠速运行，避免发动机长时间过热，点火提前角增大。空燃比反 馈修 正混合气浓度过浓 A/F18， 燃烧速度皆慢，需增大点火提前角。 爆 震修 正减小点火提前角，5.5节介绍。共五十页共五十页共五十页修正项ECU确定提前

14、角修正的工况信号暖机修正冷却水温、进气歧管压力(空气流量)、节气门位置等。怠速稳定性修 正发动机转速、节气门位置、车速、空调开关等。过热修正冷却水温、节气门位置。空燃比反馈修正氧传传感器爆震修正爆震传感器3）ECU判断点火提前(tqin)角修正的信号 当ECU给出的实际点火提前角超过允许范围时，发动机将难以(nny)运转。当超过允许范围时，则ECU就按预先设定的点火提前角的最大值或最小值进行控制。共五十页丰田汽车(qch)点火系统(TCCS系统)共五十页电子控制点火系统(xtng)的框图共五十页1.正常工况点火提前角控制 当ECU无怠速信号输入(shr)时， 实际点火提前角基本点火提前角水温修

15、正系数 基本点火提前角预先设定并存放在ECU中。5.3.2日产汽车点火(din hu)系统提前角控制2.怠速点火提前角控制 当ECU怠速信号输入时，进入怠速点火提前角控制模式,主要根据发动机转速和冷却水温度控制点火提前角。3.启动时点火提前角控制 根据冷却水的温度确定启动时点火提前角控制。共五十页5.4 无分电器点火(din hu)系统微机控制点火系统的分类1非直接点火系统该系统仍然保留分电器，点火线圈产生的高压电是经过分电器中的配电器进行分配的，即由分火头和分电器盖组成的配电器，依照点火顺序适时地将高压电分配至各气缸，使各缸火花塞依次点火。2直接点火系系统（无分电器点火系统）直接点火系统取消

16、了分电器，该系统中点火线圈上的高压线直接与火花塞相连，工作时，点火线圈产生的高压电直接送至各火花塞，由微机根据各传感器输入(shr)的信息，依照发动机的点火顺序，适时的控制各缸火花塞点火。共五十页 传统的点火装置主要由分电器，点火线圈，火花塞等部件组成，其中分电器和点火线圈是产生互感高压电的关键部件。分电器通过其凸轮棱角来控制白金触点的开、闭使点火线圈产生高压电。 现代汽油发动机每分钟转速最高可达6千多转，瞬间点火时间极短，传统点火装置已经不能适应其点火要求。车用无触点电子(dinz)点火装置代替了传统的点火装置。传统(chuntng)的点火装置 1989年，无分电器电子点火系统应用在福特的汽

17、车上。它采用多个线圈的点火装置，去掉了分电器。共五十页1. 提高可靠性：因为该系统是半导体点火，无运行部件(bjin)的摩擦损耗，2. 减少维修工作量：因为没有分电器盖和分火头，不需维修和更换。3. 不会缺火或不易起动：消除了分电器盖中形成的臭氧/硝酸和水的可能性，4. 减小对电磁干扰：没有分火头和分电器盖之间产生的火花。无分电器点火可以将高压线圈与火花塞安装为一体，减少了高压导线。5.点火装置体积小：便于布置安装，有利发动机室设计小型化。无分电器点火系统(xtng)的优点：共五十页 无分电器点火为每一个火花塞使提供一个线圈(xinqun)，直接安装在火花塞上。共五十页 该方式(fngsh)将

18、点火线圈与火花塞安装为一体，电压的分配性能好，能量损失小，缺点是结构与控制电路复杂。5.4.1无分电器点火系统的配电(pi din)方式1.单独点火配电方式 共五十页 该方式将将两个火花塞共用一个点火线圈，结构与控制电路相对简单。缺点是能量损失大，且只能(zh nn)用于双数缸的发动机。2.双缸同时(tngsh)点火配电方式3.二极管配电点火方式 该方式将将四个火花塞共用一个点火线圈，结构与控制电路简单。缺点是能量损失大，且只能用于以 4 为倍数缸的发动机。共五十页共五十页共五十页共五十页 与燃料供给系统实现综合控制，使点火提前角控制在刚好不发生爆震的临界状态（处于微爆震状态）；发动机将获得最佳性能。微爆震状态极不稳定，控制必须(bx)是动态的，使发动机始终工作在微爆震状态。5.5 爆震(bo zhn)控制1. 点火时刻早，燃烧压力过高，容易发生爆震。2. 点火时刻设定远离发生爆震的