哈工大汽车电子电控点火(13本)

2023/2/3汽车电子控制技术（2013本科）罗念oghit@163.com2013.42023/2/3发动机电控点火

点火系的任务是根据发动机的工况，在最佳时刻，以足够的点火能量点燃混合气。本章主要介绍汽油机对点火系的要求，点火系的发展历程和存在的缺陷，重点介绍计算电控点火系统的组成、类型和工作原理。要求学生掌握无分电器点火系统组成、工作原理，掌握点火控制的内容，重点掌握爆震控制的方法。电控汽油机

第3页主要内容1.发动机对点火系的要求2.传统点火系点火过程分析3.点火系的发展历程4.计算机控制点火的主要内容5.计算机控制点火方式电控汽油机

第4页1概述1.1传统点火系统1.2发动机对点火系统的要求影响次级电压的因素发动机对点火提前角需求1.3点火系统的发展历程电控汽油机

第5页1.1

传统点火系统传统点火系分类电控汽油机

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传统点火系统组成与工作原理电控汽油机

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传统点火系统触点闭合，初级电流增长；触点打开，次级绕组产生高压；火花塞电极间火花放电。点火三阶段电控汽油机

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传统点火系统触点闭合，初级电流增长第一阶段电控汽油机

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传统点火系统次级绕组产生高压第二阶段电控汽油机

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传统点火系统火花塞电极间火花放电的过程火花间隙被击穿，储存在C2中的能量迅速放出。时间极短(1us)，电流很大。跳火以后，火花间隙的阻力减小，线圈磁场的其余能量将沿着电离的火花间隙缓慢放电。放电时间长，电流较小、电压较低，约600V。实验证明，电感放电的持续时间越长，点火性能越好。电容放电时，伴随有迅速消失的高频振荡，频率约为1M~10MHz，是产生无线电干扰的主要因素，必须加以抑制。第三阶段电控汽油机

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传统点火系统标准波形电控汽油机

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传统点火系统点火系统发出的最大电压随发动机转速或分电器转速而变的关系称为点火系统的工作特性。工作特性电控汽油机

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发动机对点火系统的要求点火系统应在发动机各种工况和使用条件下保证可靠而准确的点火，应满足下列三个基本要求。能产生足以击穿火花塞电极间隙的电压

火花应具有足够的能量点火时间应适应发动机的工作情况发动机转速、发动机负荷、混合气成份、压缩比其他：起动及怠速、汽油的辛烷值、火花塞的数量、进气压力电控汽油机

第15页1.2

发动机对点火系统的要求影响次级电压的因素气缸数对次级电压的影响火花塞积炭对次级电压的影响电容C1对次级电压的影响电容C2对次级电压的影响点火线圈的温度对次级电压的影响电控汽油机

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发动机对点火系统的要求最佳点火提前角发动机对点火提前角需求发动机转速发动机负荷混合气成份压缩比其他：起动及怠速汽油的辛烷值火花塞的数量进气压力电控汽油机

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发动机对点火系统的要求Ⅰ）点火提前角与发动机转速最佳点火提前角虽随发动机转速的升高而增大，但却不是线性关系。

转速升高时，混合气的压力和温度的提高以及扰流的增强，会使燃烧速度也随之加快.

为何提前角仍增大？电控汽油机

第18页1.2发动机对点火系统的要求Ⅱ）点火提前角与发动机负荷节气门开度大时，吸入气缸的混合气量增多，压缩行程终了时的压力和温度增高，使燃烧速度加快.最佳点火提前角随负荷增大而减小。电控汽油机

第19页1.2发动机对点火系统的要求Ⅲ）点火提前角与混合气成份当混合气成分a＝0.8~0.9时，所需的点火提前角最小，因为这时混合气燃烧速度最快。电控汽油机

第20页1.2发动机对点火系统的要求Ⅳ）点火提前角与发动机压缩比当压缩比增大时，压缩行程终了时的压力和温度增高，混合气燃烧速度加快电控汽油机

第21页1.2发动机对点火系统的要求Ⅴ）其他参数对点火提前角的影响①起动及怠速：点火提前角减小(一般为5~6°)或不提前。②汽油的辛烷值：辛烷值表示汽油的抗爆性能，使用辛烷值低的易爆燃汽油时，应适当减小点火提前角。③火花塞的数量：在同一气缸内装有多个火花塞时，火焰传播的路程较短，燃烧过程完成得较快，提前角比用一个火花塞时为小。④进气压力：进气压力减小，由于混合气雾化和扰流变坏，使燃烧速度变慢，因此点火提前角应该增大。电控汽油机

第22页1.3点火系统的发展历程传统点火电控汽油机

第23页1.3点火系统的发展历程分电器电控汽油机

第24页1.3点火系统的发展历程分电器电控汽油机

第25页1.3点火系统的发展历程晶体管辅助点火电控汽油机

第26页1.3点火系统的发展历程由各种传感器、点火器、点火线圈和分电器组成无触点点火电控汽油机

第27页1.3点火系统的发展历程无触点点火电控汽油机

第28页1.3点火系统的发展历程专用集成电路点火系电控汽油机

第29页1.3点火系统的发展历程传感器控制器执行器计算机控制点火电控汽油机

第30页1.3点火系统的发展历程采用初级电阻很小的闭磁高能点火线圈，在无分电器的系统中分组共用或独立线圈。计算机控制点火电控汽油机

第31页2计算机控制点火2.1概述2.2点火信号发生器2.3点火器2.4点火控制类型电控汽油机

第32页2.1概述功能：根据发动机的运行工况和运行条件，适时调整点火线圈初级电流和断电时刻，控制点火能量和点火时刻，保证发动机气缸内混合气彻底燃烧，使发动机动力性、经济性及排放处于最佳状态。组成：各种传感器、控制器(ECU)和点火器(点火线圈、火花塞）。功能与组成电控汽油机

第33页2.1概述功能与组成电控汽油机

第34页2.1概述控制内容闭合角控制（点火能量）断电电流控制保证足够高的点火电压和点火能量点火时刻（点火提前角）获得最大的扭矩爆震控制：缸内多着火点引起的无序燃烧产生爆震主要原因：发动机温度过高、负荷过大，或者汽油本身的抗爆性差。消除爆震除减小负荷、降低温度外，是有效的办法是推迟点火，这是以降低发动机性能为代价。电控汽油机

第35页2.2点火信号发生器霍尔式电控汽油机

第36页2.2点火信号发生器霍尔式电控汽油机

第37页2.2点火信号发生器安装在分电器内，由信号转子、永久磁铁和绕在支架上的传感线圈等组成。信号转子上的凸齿数与发动机的气缸数相同。永久磁铁的磁通经信号转子凸齿、线圈铁心构成回路。信号转子旋转时，通过传感线圈的磁通量发生变化，在传感线圈内感应出交变电动势。磁脉冲式电控汽油机

第38页2.2点火信号发生器磁脉冲式电控汽油机

第39页2.2点火信号发生器磁脉冲式电控汽油机

第40页2.2点火信号发生器磁脉冲式电控汽油机

第41页2.2点火信号发生器光电式电控汽油机

第42页2.3点火器&火花塞点火器根据ECU输入信号依次驱动各点火线圈工作，同时向ECU反馈点火监视信号。具有气缸判别、闭合角控制、恒流控制、点火监视、功率三极管及其驱动电路组成，采用初级电阻很小的闭磁高能点火线圈，在无分电器的系统中分组共用或独立线圈。电控汽油机

第43页2.3.1点火器电控汽油机

第44页2.3.1点火器2.3.2火花塞电控汽油机

第45页2.3.2火花塞电控汽油机

第46页电控汽油机

第47页2.4点火控制类型点火气缸是由分火头的指向所决定的；有分电器电控汽油机

第48页2.4点火控制类型无分电器点火控制系统也称直接点火。取消分电器，将点火高压直接送火花塞，减小了分火头与旁电极跳火能量损失与电磁辐射。点火缸信号是由ECU的辩缸信号IGda、IGdb控制的。根据点火线圈的数量与高压分配的方式分为两同步缸同时点火与独立点火两种形式。从结构上又可分为二极管分配式和点火线圈分配式无分电器电控汽油机

第49页2.4点火控制类型两同步缸共用一线圈，点火时处于排气上止点的缸为无效点火，此时由于排气缸内压力很低，废气中导电离子多，火花塞易击穿，能量消耗非常少，不会对压缩行程的气缸点火产生影响。无分电器点火系由于没有分电器，在大功率导通瞬间次级可产生1000V电压，火花塞间隙较小，充电电压较高时，可能会击穿若发生在进气未或压缩初期，发动机将不能正常运转，产生回火现象，串接高压二极管避免。同步缸同时点火电控汽油机

第50页2.4点火控制类型二极管分配式同步缸同时点火电控汽油机

第51页2.4点火控制类型点火线圈分配式IGd--点火控制信号IGt--缸序判别信号同步缸同时点火电控汽油机

第52页2.4点火控制类型点火线圈分配式每缸各自有独立的点火线圈，具有较长的闭合角，可提供足够高的点火能量。独立点火式电控汽油机

第53页3点火正时3.1点火时间计算方法3.2起动后点火时间计算3.3起动后点火时间修正3.4点火控制方式3.5闭合角控制3.6恒流控制3.7爆震控制电控汽油机

第54页3.1点火时间计算方法开环和闭环两种控制方式点火正时电控汽油机

第55页3.1点火时间计算方法发动机起动时，点火时间固定在初始点火提前角其大小随发动机而异原因：转速较低(通常在500rpm以下)，由于进气歧管压力信号或进气量信号不稳定。开环控制起动时电控汽油机

第56页3.1点火时间计算方法根据有关传感器送来的信号，ECU计算出最佳点火时刻，输出点火正时信号IGt，控制点火电子组件点火。开环和闭环起动后电控汽油机

第57页3.1点火时间计算方法点火时间由进气歧管压力信号(或进气量信号)和发动机转速确定的基本点火提前角和修正量决定。修正项目随发动机而异，并根据发动机各自的特性曲线进行修正。起动后电控汽油机

第58页3.2起动后点火时间计算实际点火提前角=基本点火提前角×水温修正系数将点火提前角与发动机转速、负荷的关系及水温修正系数列表存于ECU中。系统工作时，根据发动实际工况，查表求出基本点火提前角和水温修正系数相乘后得实际点火提前角。例：日产ECCS系统方案一电控汽油机

第59页3.2起动后点火时间计算实际点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角初始(固定)点火提前角：不随工况变化，为恒值10°；基本点火提前角：分为怠速与平常两种，怠速根据空调工作8°与否4°，其修正角不同；平常工作修正角由负荷和转速确定，以表格形式存于ECU；修正点火提前角：分为暖机与怠速稳定两种，与温度有关，以表格形式存于ECU。例：丰田TCCS系统方案二电控汽油机

第60页3.2起动后点火时间计算实际点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角方案二电控汽油机

第61页3.2起动后点火时间计算基本点火提前角电控汽油机

第62页3.3起动后点火时间修正暖机修正发动机冷机起动后，当发动机冷却水温度较低时，应增大点火提前角。控制信号：冷却水温度信号(THW)进气歧管压力(或进气量)信号（MAP）节气门位置信号（TPS）等。电控汽油机

第63页3.3起动后点火时间修正过热修正发动机正常运行，避免冷却水温度过高产生爆震，将点火提前角推迟；发动机怠速运行，避免发动机长时间过热，将点火提前角增大。控制信号：冷却水温度信号(THW)、节气门位置信号(IDL)等。电控汽油机

第64页3.3起动后点火时间修正怠速稳定性的修正怠速运行期间，ECU调整点火提前角，使发动机在规定的怠速转速下稳定运转。当低于规定的怠速转速时，增大点火提前角；高于规定的怠速转速时，推迟点火提前角。调节幅度根据当前怠速与目标转速差值的大小确定。控制信号:发动机转速信号(Ne)、节气门开度(IDL)、车速(ＳSPD)、空调开关信号(A/C)等。电控汽油机

第65页3.3起动后点火时间修正空燃比反馈修正根据空燃比反馈控制系统中调整喷油量变化进行修正，以稳定发动机转速电控汽油机

第66页3.3起动后点火时间修正最大和最小提前角控制在初始点火提前角已设定时，受ECU控制的实际点火提前角则只是基本点火提前角与修正点火提前角之和，该值应保证在某一范围内。最大为35°～45°，最小为-10°～0。电控汽油机

第67页3.4点火控制方式曲轴位置传感器只在每个气缸工作间隔角度产生信号ECU以该信号发生时刻为基准，根据预定程序的通电时间和点火时刻进行计算，求出开始通电时刻和断电时刻。结构最简单控制精度不高方式I电控汽油机

第68页3.4点火控制方式曲轴位置传感器产生180°曲轴转角的G信号和30°曲轴转角的Ne信号。ECU同时对G信号和Ne信号计数，以G信号为基准，算出通电开始时刻到点火时刻的30°曲轴转角信号，再由微机控制从30°曲轴转角开始的通电时刻和断电时刻。方式II电控汽油机

第69页3.4点火控制方式曲轴位置传感器产生180°曲轴转角的G信号和1°曲轴转角的Ne信号，以G信号为基准，按每1°曲轴转角分频，用既定的曲轴角度产生开始通电时刻和断电时刻信号IGt控制精度高结构复杂方式III电控汽油机

第70页3.5闭合角控制也称通电时间控制电感储能式电子点火系统，初级电流所能达到的值(即断开电流)与初级电路接通的时间长短有关。只有通电时间达到一定值时，初级电流才可能达到饱和。如果通电时间过长，点火线圈又会发热并使电能消耗增大。闭合角是蓄电池电压与发动机转速的函数。发动机转速越高、蓄电池电压越低所需的闭合时间越长。电控汽油机

第71页3.5闭合角控制蓄电池的电压变化也将影响初级电流。如果蓄电池电压下降，那么在相同的通电时间里，初级电流所达到的值将会减小，因此必须对通电时间进行修正。电控汽油机

第72页3.5闭合角控制ECU根据发动机工况，通过内存查表的方法，查出实际电压和发动机转速下的闭合角或通电时间，并通过IGt控制点火器中晶体管导通时间。电控汽油机

第73页3.6恒流控制采用初级绕组电阻很小的高能点火线圈，饱和电流可达30Ａ以上。目的：减小转速对次级电压的影响，提高点火能量，电控汽油机

第74页3.6恒流控制防止初级电流过大烧坏点火线圈，保证在任何转速下初级电流都能达到规定值(7Ａ)，既改善了点火性能，又能防止初级电流过大而烧坏点火线圈。电控汽油机

第75页3.7爆震控制示功图上面封闭曲线的面积最大，发动机的功率最大。电控汽油机

第76页3.7爆震控制爆震和点火时刻有密切关系，同时还与汽油的辛烷值有关。点火时刻提前，燃烧的最大压力就高，因而容易产生爆震。发动机发出最大转矩的点火时刻MBT是在开始产生爆震点火时刻(爆震界限)的附近。电控汽油机

第77页3.7爆震控制无爆震控制时，所留离开爆震界限的余量就必须大一些，这时的点火时刻比发出最大转矩时的点火时刻滞后，故转矩有所降低。电控汽油机

第78页3.7爆震控制采用爆震传感器检测爆震界限，把点火时刻控制在接近爆震极限的位置，以便能更有效地得到发动机的输出功率。尤其是在装有废气涡轮增压器的发动机上，由于使用绝热增压的空气燃烧，发生爆震的可能性增大。电控汽油机

第79页3.7爆震控制电