第10章_电子点火控制系统

1、第10章 电子点火控制系统,电子点火控制系统的分类 电子点火控制系统的结构与工作原理,本章主要内容,1发展概况 1931年美国人首先在分电器上使用真空装置与离心装置来自动调节点火提前角。 1976年，美国通用汽车公司首次将微机应用于点火时刻控制。 微机控制的燃油喷射系统：点火提前角控制功能通常作为发动机电子控制系统的一部分，由发动机电子控制系统协调控制。 全电子点火控制装置（无分电器、无高压导线）其点火性能也有进一步的提高。,10.1 概 述10.1.1 电子点火控制技术发展概况与特点,10.1.1 电子点火控制技术发展概况与特点,2机械式点火提前调节的不足 分电器中的真空点火提前装置和离心点

2、火提前装置其工作特性如图10-1所示，它在某种程度上满足了发动机负荷和转速变化对点火提前角改变的需求，但主要存在以下不足：,点火提前角调节性能较差 对温度等其它影响燃烧的因素不能起调节作用,10.1.1 电子点火控制技术发展概况与特点,10.1.1 电子点火控制技术发展概况与特点,(1) 点火提前角调节性能较差 理论和实践证明，发动机的最佳点火时间应能够使发动机的燃烧临近爆燃(但不产生爆燃)。因此，发动机的最佳点火提前角随发动机转速和负荷的变化是一个不规则的曲面(图10-2)。,10.1.1 电子点火控制技术发展概况与特点,由于真空、离心点火提前调节器的点火提前角调节是线性的，因此不可能在发动

3、机转速、负荷变化的范围内将点火提前角都调整到最佳的值。以某一负荷下的转速变化对点火提前角的调整要求为例，点火正时所调整的基本点火提前角是以发动机在整个转速变化范围内不产生爆燃为前提的，这样只能使发动机在某些工况下接近于最佳点火，而在其它工况下实际上是点火过迟了(图10-3)。 真空、离心点火提前调节装置使发动机在许多工况下偏离最佳点火时刻，发动机的功率不能充分发挥，油耗和排污较高。,10.1.1 电子点火控制技术发展概况与特点,(2) 对温度等其它影响燃烧的因素不能起调节作用 当发动机的温度、进气压力和温度、混合气浓度等因素起变化时，混合气的燃烧速度会发生变化，点火提前角也应作相应的调整。而真

4、空、离心点火提前调节器则不能起作用。,10.1.1 电子点火控制技术发展概况与特点,3电子点火控制系统的优点 电子控制点火系统由微机根据各有关传感器的电信号确定最佳的点火时间并进行实时调整，这种点火提前角控制方式具有如下的优点。 可实现最佳点火时间控制。电子控制点火实现了非线性控制，使发动机各工况下都可处于最佳的点火状态。 可针对各种影响因素修正点火时间。电子控制点火系统微机根据发动机温度、进气压力、混合气浓度等传感器的信号，及时对点火提前角进行修正，使发动机在任何状态下都不偏离最佳的点火提前角控制。 可与其它电子控制系统实现协调控制。电子点火控制系统可接受其它电子控制系统的有关信号，及时对点

5、火提前角进行适当的调整，以使发动机的运转和汽车的运行更加平稳。,10.1.1 电子点火控制技术发展概况与特点,全电子点火控制系统的优点。 减少了点火能量的损失。传统的高压配电方式工作时配电器分火头与旁电极之间的跳火和具有较高电阻的高压导线均会损失部分点火能量，电子高压配电避免了这部分能量损失，提高了有效的点火能量。 降低了点火系统的故障率。配电器在高压下工作，分电器盖、分火头及高压导线等的漏电、烧损是电子点火装置常见的故障，采用电子高压配电则避免了这些故障可能，从而提高了点火系统的工作可靠性。 增加了点火线圈(或初级绕组)的个数。对于每个点火线圈来说，初级绕组的可通电时间增加了26倍。因此，即

6、使发动机在极高的转速下，点火线圈初级也有充足的通路时间，从而保证了发动机在高速时有足够的点火能量和次级电压。,20.1.2 电子点火控制系统分类,电子点火控制系统分类 1高压配电方式 机械高压配电 电子高压配电 2点火方式 分组同时点火 单独点火 3控制方式 闭环控制 开环控制,20.1.2 电子点火控制系统分类,1高压配电方式 机械高压配电：采用传统的配电器分配点火线圈产生的高压。因此这种改进型的电子点火控制系统还有分电器，但只相当于传统分电器中的配电器的功能。 电子高压配电：由电子控制进行高压分配，这种全电子点火控制系统又分两种类型，一种是无分电器，但点火线圈与火花塞之间还用高压导线连接；

7、另一种则无高压导线，每个火花塞上面直接连接着一个点火线圈。,20.1.2 电子点火控制系统分类,20.1.2 电子点火控制系统分类,2按点火方式不同分 分组同时点火方式：一般是将各缸火花塞两两分组，每次点火都是同组的两缸火花塞同时进行。其中一缸是有效点火，成对的另一缸为排气行程，是无效点火。由于排气行程缸内的温度高、压力低，因此跳火电压很低，能量的损失很小。分组同时点火方式又有二极管分配方式和点火线圈分配方式两种不同的高压配电形式。 单独点火方式：每缸火花塞都单独配有一个点火线圈，一般是将点火线圈直接安装在火花塞的上面，因此可省去高压导线。,20.1.2 电子点火控制系统分类,3控制方式 开环

8、控制：电子点火控制系统中无爆燃传感器，控制器只是以反映发动机工况、状态的各传感器信号对点火提前角进行控制。 闭环控制：电子点火控制系统中设有发动机爆燃传感器，通过发动机爆燃传感器反馈发动机爆燃情况，作出点火提前角的修正控制。闭环控制方式可使点火提前角控制更接近爆燃区，可更有效地发挥发动机的功率。因此，目前的电子点火控制系统大都采用闭环控制方式。,20.2 电控点火系统的组成和分类,1. 组成 ECU 传感器 点火执行器,有分电器式 无分电器式,1）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

9、应出高压电，再由分电器送至相应缸火花塞点火。,2.电控点火系的型式,20.2 电控点火系统的组成和分类,2）无分电器点火系统 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。,20.2 电控点火系统的组成和分类,单独点火式,20.2 电控点火系统的组成和分类,3.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

10、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。,20.2 电控点火系统的组成和分类,4.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,20.2 电控点火系统的组成和分类,起动期间:点火提前角为固定值 起动后 基本点火提前角的控制：由转速和负荷确定 点火提前角的修正：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。最大和最小提前角的控制：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

11、很难正常运转。,20.2 电控点火系统的组成和分类,起动初始点火提前角控制,起动时点火提前角控制,起动非初始点火提前角控制,起动后火提前角控制,起动时点火提前角控制,基本点火提前角控制,怠速时基本点火提前角控制,正常运转时基本点火提前角控制,起动后火提前角控制,起动时点火提前角控制,修正点火提前角控制,怠速暖机修正,怠速稳定修正,空燃比反馈修正,起动后火提前角控制,起动时点火提前角控制,修正点火提前角控制,过热点火提前角修正,发动机爆燃点火提前角修正,最大提前和推迟修正,4.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

12、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。,20.2 电控点火系统的组成和分类,点火线圈通电时间控制,起动时点火提前角控制,通电时间控制的作用,通电时间控制原理,发动机爆燃推迟点火控制,起动时点火提前角控制,爆燃点火提前角修正控制的作用,开环电子点火控制系统的不足,爆燃推迟点火控制的作用,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。,5.发动机爆震的

13、控制 闭环控制所用的反馈信息可以是发动机的爆震信号、转速信号或气缸的压力信号等。最常见的是利用发动机的爆震信号作为反馈信息，用来控制大负荷等工况下的点火提前角； 爆震传感器将发动机的爆震状况反馈给ECU，一旦爆震程度超过规定的标准，ECU立即发出点火系统推迟点火；当爆震程度低于规定的标准时，ECU又会将点火时刻提前，循环调节点火时刻的结果，使发动机始终处于临界爆震的工作状态。,20.2 电控点火系统的组成和分类,若用发生爆震的循环次数与实际工作循环的次数之比值（爆震率）来衡量爆震强度，可以定量地把爆震分为四个等级： 爆震率在5以下时为微爆震 510为轻爆震 1025为中爆震 25以上为重爆震。

14、 当发动机出现15的轻微爆震时，其动力性、经济性接近最佳值。闭环控制方式即按轻微爆震来确定最佳点火提前角。,20.2 电控点火系统的组成和分类,一定时间内无爆震时，就逐步增大点火提前角，直至发生轻微爆震；爆震率大于5时，又将点火提前角减小，直至爆震消除。,20.2 电控点火系统的组成和分类,20.2 电控点火系统的组成和分类,发动机爆燃推迟点火控制,起动时点火提前角控制,爆燃的判别,爆燃推迟点火提前角控制方式,高压配电原理,起动时点火提前角控制,高压配电电路原理,二极管分配同时点火方式 高压配电电路原理,点火线圈分配同时点火方式 高压配电电路原理,单独点火方式高压配电电路原理,高压配电原理,起

15、动时点火提前角控制,顺序点火信号的产生原理,点火定时信号的产生,汽缸识别原理,3.4 典型电控点火系,上海别克轿车 奥迪轿车点火系统 雅阁点火系统,上海别克轿车,上海别克轿车使用的电子点火系统，简称EI系统。有时也将其叫做无分电器点火系统。EI系统有活动部件少、维修工作量少、点火线圈控制效率高等优点，是点火系统的换代产品。EI点火系统控制电路如图所示，这些电路执行以下功能： 13参考高（电路430）7X曲轴位置传感器发送信号到EI控制模块，而点火控制模块产生参考脉冲送到PCM。PCM使此信号计算曲轴位置和发动机转速（还用于触发喷油器）。 23X参考低（电路453）此线路通过点火控制模块搭铁，并

16、且保证点火控制模块与PCM之间搭铁电路无电压降。,上海别克轿车,3点火控制旁路（电路424）初始起动时，PCM寻找自凸轮轴位置传感器和7曲轴位置传感器的同步脉冲。脉冲指示#1活塞和#1进气门的位置。在PCM接收到此信号的同一时刻，向旁路电路提供5v电压。这通常发生在曲轴一两转之内。旁路电路断路或搭铁将设置故障诊断码P1350，发动机将使用基本点火正时运转。为保证性能，点火控制模块有一个固定的点火提前角。 4点火控制（IC）（电路423）PCM使用此电路触发EI控制模块。PCM使用曲轴参考信号计算所需的点火提前角。 524X参考信号通过在标定转速中提供更高的分辨率，24X曲轴位置传感器增加怠速性

17、能和低速运行性能。,上海别克轿车,1点火系统基本原理传统的点火线圈次级绕组的一端搭铁。而在EI系统中，次级绕组的两端都不搭铁。取而代之的是，线圈次级绕组的每一端都接到火花塞上。每个气缸与相对的气缸组成一对。次级绕组的两端就接在配对的气缸（即同时处于上止点的两缸）的火花塞上。当线圈放电时，两火花塞同时点火从而形成串联回路。处于压缩状态的气缸称为作功气缸，而处于排气状态的气缸称作废火气缸。在进行排气行程的气缸中，火花塞点火只需很小的能量，而剩下的能量将用于压缩行程中的气缸。当各气缸交换工况的时候，同样的过程将被重复。这种点火方式被称作废火点火系统。在点火线圈初级次级绕组极性确定以后，一个火花塞总以

18、固定的极性点火，而配对的火花塞总以相反的极性点火。,上海别克轿车,2.点火系统的操作模式点火系统有两种运行模式：旁路模式和点火控制模式。在旁路模式中，点火系统独立于PCM运行，旁路模式点火提前角总是上止点前10度。在这种模式中PCM不控制点火系统。事实上，只要点火系统其它元件正常，即使从车上拆下PCM，点火系统仍能使火花塞点火（只是提供点火而不提供喷油脉冲，这种情况下发动机将不能起动）。只要发动机被起动，PCM就切换到点火控制模式（PCM控制点火提前角）。切换到点火控制模式后，将始终保持此模式。在点火控制模式中，点火正时和点火闭合时间完全由PCM控制。,上海别克轿车,PCM是通过下列输人信息计

19、算点火挂制点火提前角和点火闭合角： （1）发动机转速（24X参考或3X参考）。 （2）曲轴位置（24X参考或3X参考和凸轮轴位置PCM输入信号）。 （3）发动机冷却液温度（发动机冷却液温度传感器）。 （4）节气门位置（节气门位置传感器）。 （5）爆震信号（爆震传感器）。 （6）驻车空档位置（PRNDL输入）。 （7）车速（车速传感器）。 （8）PCM和点火系统供电电压。 当发动机运转时，如果检测出PCM点火控制故障，点火系统将切换到旁路模式。可以停止发动机运转，但再起动发动机时仍将以旁路模式运转，而有明显的性能下降。,上海别克轿车,3.影响点火控制的电路除点火系统本身之外，PCM按照下列信息正

20、确地控制点火正时：（1）发动机负荷（歧管压力和真空度）。（2）大气压力。（3）发动机温度。（4）曲轴位置。（5）发动机转速（RPM）。,奥迪轿车点火系统,MPI点火系统组成 奥迪2.8L排量v6发动机点火系统没有分电器。由于没有于运动部件，因此不产生干扰爆震传感器信号的噪音。另外，由于不必进行自行调节，该系统也容易维修。奥迪轿车点火系统见图。,奥迪轿车点火系统,奥迪轿车点火系统,MPI点火系统由下列元件组成：1MPI发动机控制电脑（ECM）。2凸轮轴位置（CMP）传感器。 3曲轴位置（CKP）传感器。 4发动机冷却水温传感器（ECT）。5发动机转速（RPM）传感器。 6爆震传感器（KS）。 7

21、爆震传感器（KS）。8功率晶体管。9三个双头点火线圈。10点火电缆。11点火电缆电阻接头。12火花塞。,奥迪轿车点火系统,MPI点火系统工作原理MPI控制电脑通过功率晶体管来控制每一个双头点火线圈。功率晶体管是一种用来使线圈产生点火电压的电子开关装置，它位于发动机后部的发动机舱防火壁上。点火线圈断电后，高压电流通过火花塞给两个气缸同时提供点火火花。一个火花塞在气缸压缩行程末期点火，并点燃可燃混合气，另一个火花塞在气缸排气行程末期点火。例如：当气缸1的火花塞在其压缩行程末期点火时，气缸6的火花塞在其排气行程末期点火。曲轴旋转360度后，气缸6处于压缩行程，而气缸1则处于排气行程。两个火花塞如前述

22、一样进行点火。气缸2和4；气缸3和5按同样的方式点火。,奥迪轿车点火系统,该系统采用两个爆震传感器。当发动机发生爆震时，点火时刻延迟，直到爆震消失。由于发动机的爆震点随气缸的不同而不同，因此，要针对不同的气缸，单个进行爆震调整。当发动机冷却水温40C时，便开始进行爆震控制。逐次延迟爆震气缸的点火提前角（每次延迟3度），直到爆震消失或延迟达到12度（最大值）。如果气缸继续发生爆震，ECM将从优质燃油的点火程序控制转换到普通燃油的点火程序控制，从而使点火提前角再延迟3度。,奥迪轿车点火系统,点火系统主要部件说明1发动机电脑（ECM）ECM（发动机电脑）监控和调节可燃混合气混合比、怠速、点火正时及排

23、放系统，以使发动机达到最佳性能。最佳性能是指高功率，低油耗和尽可能低的排气污染。ECM处理来自不同的传感器的信息，将它们与存储在存储器内的信息进行比较，以便在各种工作条件下，对供油、点火和排放统进行准确的判断和控制。,奥迪轿车点火系统,2凸轮轴位置传感器ECM根据凸轮轴位置传感器传来的信号来识别1缸的点火正时，以便起动发动机，同时该信号也用于爆震控制和确定燃油喷射正时和顺序。凸轮轴位置传感器（也称为霍尔传感器）包括一磁性外壳、半导体集成电路（霍尔芯片）和磁性转子。其位置位于左气缸盖靠近凸轮轴端。工作中，当磁性转子干扰芯片磁场时，产生一电压信号，因为磁性转子随凸轮轴而转动，因此，凸轮轴每转两圈，

24、就产生一个电压信号。如果MPI电脑未接收到电压信号，则发动机不能起动，如果发动机工作时该信号失效，点火正时将延迟11，并将储存一故障码。,奥迪轿车点火系统,3曲轴位置传感器ECM根据曲轴位置传感器传来的信号来识别3号缸的死点（TDC）位置，并将其作为参考点，该信号和凸轮轴位置传感器信号一起用于发动机起动。该传感器位于发动机左下侧，靠近油盘。曲轴位置传感器是一个感应式拾波器，将第3缸曲轴平衡块上的凹槽（位于上死点前62）作为参考点，曲轴转一圈，凹槽和曲轴位置传感器产生一个信号。如果曲轴位置传感器或发动机转速传感器中任一个信号不存在，则不能起动发动机；如果发动机运转时曲轴位置传感器信号不良，发动机

25、将继续运转。MPI电脑使用发动机首次起动时使用的3号缸的TDC信号。,奥迪轿车点火系统,4冷却水温传感器MPI电脑根据发动机冷却水温等信号来确定点火正时，怠速控制和喷油量。另外，诸如氧传感器控制、减速断油和蒸发排放系统等各种功能也基于发动机冷却水温传感器的输出信号进行工作。发动机冷却水温传感器是负温度系数型电阻器。传感器的电阻随冷却液温度升高而降低。发动机冷却水温传感器位于左气缸盖后面的冷却液管上。,奥迪轿车点火系统,5发动机转速传感器 发动机转速传感器向ECM提供当时的发动机转速以进行点火正时控制和怠速控制。该传感器位于发动机左侧，靠近飞轮处。 发动机转速传感器检测起动机飞轮齿圈（135齿）

26、上的齿数，该传感器检测单位时间转过的齿数以产生一个发动机转速信号，ECM根据该信号来控制发动机转速和点火正时。如果发动机转速传感器和曲轴位置传感器中的任一信号不存在，则不能起动发动机。,奥迪轿车点火系统,6爆震传感器 MPI电脑使用爆震传感器信号来对所选择的气缸进行爆震控制。爆震传感器1位于右排气缸上，在进气歧管的下面，监控1、2、3号气缸。爆震传感器2位于左排气缸上，在进气歧管的下面，监控4、5、6号气缸。如果传感器检测到某气缸发生爆震，可延迟该气缸的点火正时。如果继续发生爆震，ECM将从最佳燃油点火模式转至普通燃油点火模式，爆震传感器I监控气缸1、2、3，爆震传感器监控气缸4、5、6。现在

27、的爆震控制是自适应的，也就是说系统将根据燃油质量和行驶条件对爆震控制进行调节。,奥迪轿车点火系统,7功率晶体管功率晶体管是一种控制点火线圈放电的电子开关。该功率晶体管安装在发动机后部的隔热板上。MPI控制电脑，根据凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器传来的信号，通过功率晶体管向点火线圈的初级一侧提供搭铁。,雅阁点火系统,本田雅阁轿车点火系统见图。车型发动机中所使用的程控点火（PGMIG）方式，利用微电脑（发动机电脑）处理来自上死点曲轴位置气缸位置传感器、节气门位置传感器、冷却水温传感器和歧管绝对压力传感器的输入信号，以确定不同工况下正确的点火正时，这样可对点火正时进行最佳控制，如图及表。发动机电脑的电压脉冲传送给点火电脑以触发电火花。,雅阁点火系统,雅阁点火系统,雅阁点火系统,点火系统有两大功能：1起动时的点火正时控制。起动对点火正时设定在上止点前7，起动状态是由上止点位置传感器（发动机起动转速）和起动信号来判断的。2点火正时控制。发动机电脑中贮存有各种发动机转速和进气歧管真空下的最佳点火正时，即点火三维图，见下图。