车用发动机电子控制技术

会计学1车用发动机电子控制技术2010年9月第一节电控点火系统的功能一、点火提前角的控制二、通电时间的控制三、爆燃的控制第1页/共53页2010年9月一、点火提前角的控制1．点火提前角对发动机性能的影响2．最佳点火提前角确定依据3．控制点火提前角的基本方法4．点火提前角的修正

第2页/共53页2010年9月1．点火提前角对发动机性能的影响点火提前角是从火花塞发出电火花，到该缸活塞运行至压缩上止点时曲轴转过的角度。当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率和耗油率随点火提前角的改变而变化。对应于发动机每一工况都存在一个“最佳”点火提前角适当点火提前角，可使发动机每循环所做的机械功最多（曲线阴影部分）第3页/共53页2010年9月发动机转速随着转速的升高点火提前角增大。采用电控点火系统，更接近理想的点火提前角。发动机负荷进气歧管压力高（真空度小、负荷大）,进气量大，火焰传播速度快，因此点火提前角小，反之点火提前角大。采用电控点火（ESA）系统时，可以使发动机的实际点火提前角接近于理想的点火提前角。燃料性质汽油辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可增大，反之应减小。其他因素燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃比、大气压力、冷却水温度。2．影响点火提前角的因素第4页/共53页2010年9月

发动机起动时，按ECU内存储的初始点火提前角（设定值）对点火提前角进行控制。起动时点火提前角的设定值随发动机而异，对一定的发动机而言，起动时的点火提前角是固定的，一般为16°CA左右。发动机正常运转时（起动后），主ECU根据发动机的转速和负荷信号，确定基本点火提前角，并根据其他有关信号进行修正，最后确定实际的点火提前角，并向电子点火控制器输出点火执行信号，以控制点火系的工作。3．控制点火提前角的基本方法

第5页/共53页2010年9月

发动机起动过程中，进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号不稳定，ECU无法正确计算点火提前角，一般将点火时刻固定在设定的初始点火提前角，并根据冷却液的温度进行修正，冷却液温度在0℃以上，点火提前角固定在10°CA；若低于0℃，适当增大点火提前角。此时的控制信号主要是发动机转速信号（Ne信号）和起动开关信号（STA信号）。4．起动时点火提前角的控制

第6页/共53页2010年9月5．起动后怠速暖机基本点火提前角的确定

发动机起动后怠速运转时，点火提前角一般由基本点火提前角和其修正值两部分组成。其中怠速基本点火提前角是当怠速触点闭合时，即ECU根据节气门位置传感器信号（IDL信号）、发动机转速传感器信号（Ne信号）和空调开关信号（A／C信号）确定基本点火提前角。怠速点火的修正值，主要包括冷却液温度、怠速增量（空燃比不同）等。第7页/共53页2010年9月6、加速过渡工况时点火时间的控制当汽车加速时，往往造成车辆前后振动。为此在加速时需要控制点火提前角，保证加速工况下的最佳点火时间，降低加速时车辆的振动。第8页/共53页2010年9月从节气门开度一定的稳定运行状态突然开大节气门，使节气门开度变化量超过某一设定值时，就判定为加速状态。在加速过程开始后的某一段设定的时期内，就维持该加速点火时间。经过所设定的时间以后对加速点火时间进行衰减处理，逐渐减小点火提前角，最终恢复到通常的点火时间。第9页/共53页2010年9月点火程序由发动机转速、负荷计算基本点火时间θigb计算θiga实际θiga的标志参数Ex=ON计算θiga←θigo≤θigmaxθiga开始衰减时刻？实行θiga的标志参数Ex=OFFθiga衰减处理，θiga←（θiga+∆θig)≤θamax计算最终点火时间θig,θig←(θigb,θiga,θigk)中最大值NYYN第10页/共53页2010年9月7、稳定工况下点火时间的控制在车辆稳定运行时，发动机转速往往有变动，造成不适的振动。为了减小车辆稳定运行时的这种转速不稳定的现象，根据发动机转速的变动量，相应地控制点火提前角，以控制发动机输出功，降低发动机转速的波动量。第11页/共53页2010年9月开始求基本点火时刻θigb计算平均转速nm稳定运行状态吗？计算转速变动量∆n=nt-nm∆n>0?由脉谱计算点火提前角θign由脉谱计算感应系数Kn∆θign=θignKn计算最终点火时间θig=θign-∆θignθign=0NNYY第12页/共53页2010年9月

不同的发动机控制系统中，对点火提前角的修正项目和修正方法也不同。修正方法有修正系数法和修正点火提前角法两种。主要修正项目有：（1）水温修正；（2）怠速稳定修正；（3）空燃比反馈修正。6．点火提前角的修正第13页/共53页2010年9月（1）水温修正

水温修正又可分为暖机修正和过热修正。发动机冷车起动后的暖机过程中，随冷却水温的提高，混合气的燃烧速度加快，燃烧过程所占的曲轴转角减小，点火提前角也应适当减小，如右图所示。第14页/共53页2010年9月

ECU根据实际转速与目标转速的差来修正点火提前角，低于目标转速，应增大点火提前角，反之，推迟点火提前角。控制信号有：发动机转速信号（Ne信号）、节气门位置传感器信号（IDL信号）、车速传感器信号（SPD信号）、空调开关信号（A／C信号）（2）怠速稳定修正第15页/共53页2010年9月

由于空燃比反馈控制系统，是根据氧传感器的反馈信号调整喷油量的多少来达到最佳空燃比控制的，所以这种喷油量的变化必然带来发动机转速的变化。为了稳定发动机转速，点火提前角需根据喷油量的变化进行修正，如右图所示。（3）空燃比反馈修正第16页/共53页2010年9月二、通电时间控制1．通电时间对发动机工作的影响2．通电时间的控制方法3．点火线圈的恒流控制第17页/共53页2010年9月1．通电时间对发动机工作的影响

在发动机工作时，必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间。但如果通电时间过长，点火线圈又会发热并增大电能消耗。要兼顾上述两方面的要求，就必须对点火线圈初级电路的通电时间进行控制。

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现代电控点火系统和传统的分电器不同，传统的点火线圈初级电路的通电时间取决于断电器触点的闭合角和发动机转速。而现代点火线圈初级电路的通电时间由ECU控制，根据发动机的转速信号和电源电压信号确定最佳的闭合角（通电时间），并控制点火器输出指令信号（IGt信号），以控制点火器中晶体管的导通时间。在车用发动机中，从线圈接通到断电为止的通电时间，此时所对应的曲轴转角来表示，称之为闭合角。2．通电时间的控制方法第19页/共53页2010年9月通电时间是通过闭合角进行控制的。不同的点火系统对闭合角或点火能量的控制方式各不相同，主要有1、固定闭合角方式；（使一次线圈在一定曲轴转角范围内通电，通电时间跟转速有关。）2、闭合角控制方式（当发动机转速降低时，减小闭合角，转速升高时，增加闭合角。）；3、定电流控制方式（闭合角和定电流同时控制）第20页/共53页2010年9月3．点火线圈的恒流控制

由于现代车采用了高能点火线圈，改善点火性能。为了防止初级电流过大烧坏点火线圈，在部分电控点火系统的点火控制电路中增加了恒流控制电路。恒流的基本方法是：在点火器功率晶体管的输出回路中增设一个电流检测电阻，用电流在该电阻上形成的电压降反馈控制晶体管的基极电流，只要这种反馈为负反馈，就可使晶体管的集电极电流稳定，从而实现恒流控制。第21页/共53页2010年9月爆燃的危害会导致冷却液过热，功率下降，油耗上升。爆震燃烧的发生于点火时刻有着密切的关系。当点火时间过于迟后时，整个燃烧过程就延迟，效率降低。如果点火时间过于提前，容易产生爆燃。控制爆燃的目的就是提高点火时间的控制精度，使点火时刻尽可能接近于爆燃界限，以获得最大的输出转矩。控制方法推迟点火提前角，利用爆震传感器中的压电晶体的压力效应。三、爆燃的控制第22页/共53页2010年9月一、电控点火系统的类型二、基本组成与工作原理三、有分电器电控点火系统四、无分电器电控点火控制系统五、爆燃控制系统第二节点火系统的组成与工作原理第23页/共53页2010年9月1.汽油机点火系统的类型：（1）传统点火系统分为：

1）磁电机点火系统；

2）蓄电池点火系统。缺点：高速易断火，不适合高速发动机；断电器触点易烧蚀，工作可靠性差；点火能量低，点火可靠性差。（2）微机控制的点火系统采用计算机根据各传感器信号对点火提前角进行控制。2.电控点火系统的类型：有分电器和无分电器式一、电控点火系统的类型第24页/共53页2010年9月如右图，一般由电源、传感器、ECU、点火器、点火线圈、分电器和火花塞组成

二、基本组成与工作原理

1.基本组成下一页（动画）第25页/共53页2010年9月

发动机工作时，ECU根据接受到的传感器信号，按存储器中的相关程序和数据，确定出最佳点火提前角和通电时间，并以此向点火器发出指令。点火器根据指令，控制点火线圈初级电路的导通和截止。当电路导通时，有电流从点火线圈中的初级电路通过，点火线圈将点火能量以磁场的形式储存起来。当初级电路被切断时，次级线圈中产生很高的感应电动势，经分电器或直接送至工作气缸的火花塞。2.工作原理第26页/共53页2010年9月三、有分电器电控点火系统主要特点：只有1个点火线圈。组成：由凸轮轴/曲轴位置传感器、空气流量计、冷却液温度传感器、节气门位置传感器、起动开关、空调开关、车速传感器。如图下一页第27页/共53页2010年9月有分电器电控点火系统的组成1、2—凸轮轴／曲轴位置传感器3—空气流量计或过气管绝对压力传感器4—冷却液温度传感器5—节气门位置传感器6—起动开关7—空调开关8—车速传感器9、10—输入回路11—A／D转换器12—输出回路13—存储器14—恒定电压电源15—点火器16—点火线圈17—分电器第28页/共53页2010年9月

特点：用电子控制装置取代了分电器，利用电子分火控制技术将点火线圈产生的高压电直接送给火花塞进行点火，点火线圈的数量比有分电器电控点火系统多。优缺点：分火性能较好，但其结构和控制电路复杂。根据点火线圈的数量和高压电分配方式的不同，该火系统又可分为：

1.独立点火方式；

2.同时点火方式；

3.二极管配电点火方式。四、无分电器电控点火系统第29页/共53页2010年9月1、点火线圈2、火花塞3、点火器4、ECU5、各种传感器1.独立点火方式

特点是每缸一个点火线圈，即点火线圈的数量与气缸数相等。

第30页/共53页2010年9月2.同时点火方式

特点：点火线圈的数等于气缸数的一半。第31页/共53页2010年9月利用一个点火线圈对活塞接近压缩行程上止点和排气行程上止点的两个汽缸同时进行点火的高压配电方法。其中活塞接近压缩行程上止点的汽缸点火后，混合气燃烧做功，该汽缸产生的电火花是有效火花。活塞接近排气行程上止点的汽缸，火花塞产生的火花是无效火花。同时点火方式中，由于一个点火线圈要为多个火花塞提供高压电，所以点火线圈和火花塞之间用高压线连接。同时点火方式分为：点火线圈配电方式和二极管配电方式。第32页/共53页2010年9月3.二极管配电点火方式

特点：四个气缸共用一个点火线圈。

第33页/共53页2010年9月第34页/共53页2010年9月第35页/共53页2010年9月五、爆燃控制系统

组成如左图识别根据安装在缸体上的爆燃传感器检测发动机不同频率范围内的机械振动，发生爆燃时传感器电压信号有较大的振幅。爆燃强度的确定

ECU根据爆燃信号超过基准值的次数来判定爆燃强度，次数越多，爆燃强度越大，反之越小。1、爆燃传感器2、ECU3、其他传感器4、点火器和点火线圈5、分电器6、火花塞第36页/共53页2010年9月一般爆燃发生在上止点之后的10°~30°曲轴转角范围内，只需在点火开始到一定曲轴转角位置范围之内进行爆燃判定。爆燃判定水平常用爆燃传感器输出信号的平均值乘以某一常数来设定。当爆燃传感器的输出信号超过该爆燃判定水平时，就认为发生了爆燃。第37页/共53页2010年9月滤波器爆燃传感器峰值拾波爆燃水平判定计算爆燃判定微机ECU爆燃判定区间信号爆燃信号第38页/共53页2010年9月（2）爆燃判定当采用非共振型爆燃传感器时，首先将来自爆燃传感器中含有各种频率成分的电压信号，通过滤波器的滤波电路进行滤波处理，将爆燃信号与其他振动信号进行分离后，只允许特定范围频率的爆燃信号通过；然后将此信号的最大值与爆燃判定水平基准值进行比较。如果大于判定基准值，就将爆燃信号电压数输入微机，以表示发生了爆燃，并由微机进行相应的爆燃控制处理。第39页/共53页2010年9月（3）爆燃的控制方法爆燃控制，实质上就是根据爆燃判定电路判定爆燃状态，由ECU控制点火时刻。当判定为发生爆燃时，按爆燃控制程序已设定的步长迅速推迟点火时刻；在规定的时间内没有发生爆燃时，就按一定的步长缓慢地提前点火时刻。爆燃控制就是通过采用这种点火时间的反馈控制方法，使点火提前角控制在以适当频度发生轻微爆燃（1~2次/s）。第40页/共53页2010年9月一、点火器二、点火线圈三、分电器四、爆燃传感器五、点火控制电路第三节电控点火系统主要元件的构造与维修第41页/共53页2010年9月一、点火器功能：根据ECU的指令，控制点火线圈初级电路的通电或断电，并在完成点火后向ECU输送点火确认信号。结构：如左图检测：用万用表或示波器检查发动机ECU相应端子间电压。第42页/共53页2010年9月检测：拆开点火线圈上的线束，用万用表检查点火线圈电阻，应符合规定，否则说明点火线圈有故障。二、点火线圈第43页/共53页2010年9月三、分电器

电控点火系统所用的分电器，其功用、结构、工作原理、检修方法与传统点火系基本相同。第44页/共53页2010年9月四、爆燃传感器功能：是用来检测发动机有无爆燃发生及爆燃强度。1.电感式2.压电式（1）压电式共振型爆燃传感器（2）压电式非共振型爆燃传感器（3）压电式火花塞座金属垫型爆燃传感器3.爆燃传感器的检修（动画）第45页/共53页2010年9月

主要由铁心、永久磁铁、线圈及外壳等组成。a）结构b）输出信号利用电磁感应原理检测发动机爆燃。当传感器的固有振动频率与发动机爆燃时的振动频率相同时，传感器输出的信号电压最大。1.电感式线圈铁心壳体永久磁铁谐振点频率f输出电压u0第46页/共53页2010年9月压电式共振型爆燃传感器【组成】压电元件、振子、基座、外壳等组成。【原理】压电效应原理。当发生爆燃时，振子与发动机共振，压电元件输出的信号电压也有明显增大，易于测量。爆燃传感器至ECU压电元件膜片频率电压ECUKN