第四章 汽油机点火控制

第四章汽油机点火控制传统的点火系统，其点火时刻的调整是依靠机械离心式调节装置和真空式调节装置完成的，由于机械的滞后、磨损及装置本身的局限性，故不能保证点火时刻在最佳值。而用ECU控制的点火系统，则可方便地解决以上问题。因为用微机可考虑更多的对点火提前角影响的因素，使发动机在各种工况下均能达到最佳点火时刻，从而提高发动机的动力性和经济性，并可改善排放指标。汽油机点火系统可分为以下两种类型：传统点火系统：又分为：磁电机点火系统；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。微机控制的点火系统：即电控点火系统。采用计算机根据各传感器信号对点火提前角进行控制。有分电器式无分电器式点火系统的类型第一节电控点火系统的组成和分类

一、电控点火系统的组成ECU控制的点火系统主要由ECU、传感器和点火执行器三部分组成基本组成与工作原理组成：电源、传感器、ECU、点火器、点火线圈、分电器和火花塞等。工作原理：发动机工作时，ECU根据传感器信号（G、Ne等信号），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（IGt、IGd信号）。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，点火线圈初级电路导通。当初级电路被切断时，次级线圈中感应出高压，经分电器或直接送至工作气缸的火花塞。IGt：点火正时信号IGd：判缸信号二、电控点火系统分类

1、有分电器式点火系

ECU根据各输入信号，确定点火时刻，并将点火正时信号IGt送至点火器，当IGt信号变为低电平时，点火线圈一次侧被切断，二次线圈中感应出高压电，再由分电器送至相应缸火花塞点火。主要特点：只有1个点火线圈。ECU主要输入信号：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。1、有分电器电控点火系统点火线圈点火器分电器火花塞ECU2、无分电器电控点火系统特点：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。分类：根据点火线圈的数量和高压电分配方式的不同，分为：二极管配电点火方式；点火线圈分配式。（1）二极管配电点火方式

特点：四个气缸共用一个点火线圈。发动机气缸数必须是4的整数倍，点火顺序为1-3-4-2。

工作原理：当ECU接收到曲轴位置传感器相应信号时，向点火控制器发出点火信号，点火控制器的控制回路使VT1切断，一次线圈的上半部电流被切断，在二次线圈中感应出上“+”下“-”的高电压，经1缸和4缸火花塞构成回路，两个火花塞均跳火，此时1缸接近压缩终了，混合气被点燃，而4缸正在排气，火花塞点空火。曲轴转过180°后，则VT2截止，3缸点火，2缸火花塞点空火。

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花塞，有同时点火和单独点火两种形式。（2）点火线圈分配式1）同时点火方式

特点：点火线圈的个数等于气缸数的一半。当两同步缸同时到达上止点时，火花塞跳火，其中一缸接近压缩行程上止点，为有效点火；另一缸接近排气行程上止点，为无效点火。2）独立点火方式特点：每缸一个点火线圈，即点火线圈的数量与气缸数相等。由于每缸都有点火线圈，即使发动机转速很高，点火线圈也有较长的通电时间，可提供足够高的点火能量。点火线圈火花塞点火器ECU各种传感器1缸2缸3缸4缸5缸6缸第二节点火提前角和闭合角的控制

点火提前角的控制可分为开环控制和闭环控制两种1）开环控制的基本点火提前角是靠预先在台架上用实验方法测得的数据来确定的。这些数据存入ECU的只读存储器ROM中，工作时，ECU根据发动机的工况来选择调取。2）闭环控制方式是根据发动机实际运行结果的反馈信息来控制点火提前角的，所以闭环控制又称为反馈控制。通常，闭环控制方式是利用爆震传感器反馈爆震信号来控制点火提前角的。目前广泛应用的电控点火系统，是在开环控制方式的基础上再配以闭环控制方式的混合控制方式。一、点火提前角的控制实际点火提前角＝初始提前角+基本提前角+修正提前角点火提前角是从火花塞发出电火花开始，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）点火提前角过大，易爆燃；点火提前角过小，排气温度升高，功率降低。1、点火提前角对发动机性能的影响A：不点火B：点火过早C：点火适当D：点火过迟最佳点火提前角与下述因素有关：发动机转速：转速升高，点火提前角增大。发动机负荷：歧管压力高（真空度小、负荷大），点火提前角小，反之点火提前角大。燃料性质：汽油辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可增大。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。采用电控点火（ESA）系统，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。

2、最佳点火提前角的影响因素

点火提前角常用的计算方法：实际点火提前角＝初始点火提前角＋基本点火提前角＋修正点火提前角

起动时起动后基本点火提前角初始点火提前角修正点火提前角实际点火提前角点火正时控制起动点火控制起动后点火控制初始点火提前角基本点火提前角修正点火提前角预热修正过热修正怠速稳定修正爆燃修正其他修正等初始点火提前角3、点火提前角的确定方法

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，通常为10°左右。控制信号：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

5、起动后基本点火提前角的确定

（1）怠速运转

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。图4-8（P96）（2）正常行驶

ECU根据发动机的转速和负荷（单位转数的进气量或基本喷油量）确定基本点火提前角。采用查表法确定,图4-7（P96）。

基本点火提前角发动机转速进气量（歧管压力）高高电控点火数据图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。部分负荷工况根据冷却水温、进气温度和节气门位置等信号修正。

满负荷工况要特别小心控制点火提前角，以免产生爆震。

主要修正项目：水温修正；怠速稳定修正；空燃比反馈修正。6、点火提前角的修正（1）水温修正水温修正又可分为暖机修正和过热修正。暖机修正：暖机过程中，随冷却水温的提高，点火提前角应适当减小。暖机修正控制信号：冷却液温度传感器信号、进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号、节气门位置传感器信号（IDL信号）过热修正：节气门位置传感器（IDL信号）触点断开时，若冷却液温度过高，点火提前角应减小，以免产生爆燃。节气门位置传感器（IDL信号）触点闭合时，若冷却液温度过高，点火提前角应适当增大，以免发动机长时间过热。过热修正控制信号：冷却液温度传感器信号、节气门位置传感器信号（IDL信号）-40-20020406080冷却液温度/℃提前角暖机修正过热修正

20406080100120冷却液温度/℃←推迟提前→IDL通IDL断ECU根据实际转速与目标转速的差值来修正点火提前角，低于目标转速，应增大点火提前角，反之，推迟点火提前角。（注意：空调或动力转向的引入会引起转速的不稳定。）怠速稳定修正控制信号：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）怠速稳定修正空调断开空调接通与怠速目标转速的差值修正值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。（3）空燃比反馈修正点火提前角喷油量微处理器计算的点火提前角必须控制在一定范围内，否则发动机很难正常运转。一般地，最大提前角为35~45º，最小提前角为-10~0º。（4）最大和最小提前角的控制二、闭合角的控制闭合角控制电路的作用是：根据发动机转速和蓄电池电压调节闭合角，以保证足够的点火能量。在发动机转速上升和蓄电池电压下降时，闭合角控制电路使闭合角加大，即延长一次侧电路的通电时间，防止一次侧储能下降，确保点火能量。

在发动机转速下降和蓄电池电压较高时，闭合角控制电路使闭合角减小，即缩短一次侧电路的通电时间，确保一次线圈的安全。

1、通电时间控制

（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。另外还需根据蓄电池电压对通电时间进行修正。点火线圈的次级电压是和初级电路断开时的初级电流成正比。通电时间短时，初级电流小，会使感应的次级电压偏低，容易造成失火。初级电流大，对点火有利；但通电时间过长，会使点火线圈发热，甚至烧坏，还会使能耗增大。因此要控制一个最佳通电时间。

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。2、点火线圈的恒流控制

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：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。（2）通电时间的控制方法第三节发动机爆燃的控制1、发动机爆燃的概念

汽车发动机利用电火花将混合气点燃，并以火焰传播方式使混合气燃烧。如果在传播过程中，火焰还未到达时，局部地区混合气自行着火燃烧，使气流运动速度加快，缸内压力、温度迅速增加，这种现象称为爆燃。2、爆燃的危害是一种不正常燃烧。轻微的爆燃，可使发动机功率上升，油耗下降。爆燃严重时，会导致冷却液过热，功率下降油耗上升。控制方法：推迟点火提前角。在电控点火系统中，通过增加爆燃传感器检测是否发生爆燃及爆燃程度，并根据判定结果对点火提前角进行反馈控制。增大点火提前角有爆燃无爆燃减小点火提前角3、发动机爆燃等级若用发生爆燃的循环次数与实际工作循环的次数之比值（爆燃率）来衡量爆燃强度，可以定量地把爆燃分为四个等级： 爆震率在5％以下时为微爆燃

5％～10％为轻爆燃

10％～25％为中爆燃

25％以上为重爆燃。当发动机出现1％～5％的轻微爆燃时，其动力性、经济性接近最佳值。闭环控制方式即按轻微爆燃来确定最佳点火提前角。4、爆燃的闭环