第章点火系统.ppt

第3章 电子点火系统通过本章的学习，应做到(1)了解并掌握各种电子点火系统的特点、组成与原理。(2)初步掌握点火控制及爆震控制的原理。(3)掌握点火系统的控制要素及控制特点。13.1点火系统概述点火系的功能：依据发动机的作功顺序适时向发动机各缸提供强烈的高压火花。主要体现在点火的时刻和点火火花的强度。点火系的基本工作原理：通过断电开关控制点火线圈初级线圈中的电流的大小和切断时刻，从而控制点火时刻和点火的能量，保证发动机混合气以最佳的速度及时的进行完全的燃烧。23点火系的主要参数：1）闭合角（闭合时间）：决定初级电流的大小决定点火电压的高低。影响因素：电源电压、转速2）点火提前角：对应发动机不同的工况，都有一个使其燃烧进行得最佳的点火时刻最佳点火提前角影响因素：转速、负荷4 点火系的控制要素：l闭合角（闭合时间）：决定初级电流的大小决定点火电压的高低。控制特点：（1）随电源电压的变化而变化：电压（2）随转速变化而变化：转速l点火提前角：对应于发动机不同的工况，都有一个使其燃烧进行得最佳的点火时刻最佳点火提前角影响因素：转速、负荷闭合角闭合角5 控制特点：转速点火提前角点火提前角负荷6点火系的分类按点火系统的发展来分有：机械触点式（传统点火系统）普通电子式，又分为：l有触点电子点火l无触点电子点火微机控制式l有分电器微机控制点火系统l无分电器微机控制点火系统7 普通电子点火系统分类：1按有无断电器触点可分为有触点电子点火系或者半导体辅助点火系无触点电子点火系2按点火信号产生的方式不同分磁感应式光电式霍尔效应式等8910点火系统分类机械触点式（传统点火系统）普通电子式微机控制式有触点电子点火系统（晶体管辅助点火系统）无触点电子点火系统有分电器微机控制点火系统无分电器微机控制点火系统图3-1点火系统的分类11机械式点火系统组成：电源（蓄电池）、发电机、点火开关、点火线圈、断电器、配电器、电容器、火花塞、高压导线、附加电阻。12 传统触点式点火系主要存在以下缺点：一、闭合角不能变化，闭合时间随转速变化较大。次级电压的最大值随发动机的转速升高和气缸数的增加而下降。二、由于触点打开时易产生火花，使触点容易烧蚀。三、由于初级电流大小受触点允许电流强度的限制（一般不超过5A），因此火花能量的提高受到了限制。四、点火提前角的控制精度差。五、由于传统点火系次级电压上升慢，因此对火花塞积炭和污染很敏感。13二、无触点电子点火系统无触点普通电子点火系的基本特点：采用了各种型式的点火信号发生器来代替断电器触点，由信号发生器产生触发以控制点火信号，经过点火器的放大电路，最后控制大功率三极管的导通和截止，达到控制点火线圈初级电流通断的目的。结构特点：增加了信号发生器和电子点火器。14151-蓄电池2-点火开关3-脉冲信号发生器4-电子点火器5-过压保护器6-信号处理器7-闭合角控制电路8外接电阻9-点火线圈10-高压线(至分电器)16（一）信号发生器主要有三种：光电式磁感应式霍尔式17光电式信号发生器1819实物图20磁感应式信号发生器21实物图22霍尔式信号发生器23实物图24（二）电子点火器电子点火器的作用：对来自信号发生器的脉冲信号进行放大、处理、识别，求出发动机的转速，并根据发动机转速来控制点火线圈中初级电路电流的接通时间和断开时刻。电子点火器组成：一般由脉冲信号处理电路、初级线圈电流控制电路、稳压电路和大功率三极管输出驱动电路四部分组成。2526 无触点电子点火系统的特点：（1）取消了断电器触点（2）初级电流可通过电路加以控制（3）仍需采用机械离心提前和真空提前调节机构，无法精确控制点火提前角。27三、微机控制点火系统28基本工作原理：ECU根据曲轴位置传感器判断出各缸的活塞位置，并由转速传感器脉冲信号计算出发动机转速，再通过节气门位置传感器和空气流量传感器确定出负荷的大小，对发动机的运行工况作出较精确的判断。根据发动机转速和负荷的大小，ECU从存储单元中查出对应此工况的点火提前角和初级电路导通时间（闭合时间），由这些数据对电子点火器进行控制，从而实现点火系统的智能控制。另外，ECU还可以根据其它影响因素对这两个参数进行修正，实现点火系统的精确控制。29点火时刻控制最佳点火提前角为上止点前40；ECU由曲轴位置传感器（表示此时某缸活塞处于压缩上止点前70的位置）判别工作缸活塞位置；点火时刻控制信号在上述信号后4处（上止点前66）；微机从此处开始计数，经过26个1信号，在第27个1信号输入时实现点火，保证点火为上止点前40。30（一）闭合时间（闭合角）的控制闭合角的概念来源于传统点火系，是指断电器触点闭合期间，即初级电流接通期间分电器轴转过的角度。在电子点火系中，多用闭合时间初级线圈中初级电流导通的时间。为了使发动机在实际工作中的每种工况下，点火系统都产生一定强度的高压火花，要求初级线圈在开关断开时的电流具有稳定的值。而决定初级线圈中电流大小的因素主要是线圈通电时间（即闭合时间）和发动机电源系统电压。31 l闭合角（闭合时间）控制特点：（1）随电源电压的变化而变化：电压（2）随转速变化而变化：转速即在发动机转速变化时，控制大功率三极管导通时间不变。以确保高转速时有足够的能量和次级电压，不致发生断火，又能防低转速时点火线圈和点火电子元件组件过度发热和损坏。传统点火系，在高转速时初级电流减小，次级电压下降，影响了发动机动力性和经济性；而低转速时初级电流增大，次级电压上升，点火线圈过热。闭合角闭合角闭合时间不变32理想闭合角控制三维图33闭合角控制 闭合角控制就是大功率晶体管导通时间的控制。一般是根据电源电压查图表得到的导通时间，再根据发动机的转速换算成曲轴的转角，以决定闭合角的大小。3435 例如，电源电压为14V，导通时间为5ms，发动机转速为2000rmin，则导通5ms相当于曲轴转角（闭合角）为：（3602000/60）（5/1000）603637（二）点火提前角的控制点火提前角的大小会对发动机油耗、功率、排放污染、爆震、行驶特性等产生较大的影响；影响点火提前角的两个主要因素是：发动机的转速和负荷。根据汽车实际运行工况及不同工况的要求，在实验室中可获得各种工况下的最佳点火提前角。并将此数据储存在微机的存储器中。如已知转速和负荷就可以从图中找出相应的最佳点火提前角。38 点火提前角控制特点：转速点火提前角点火提前角负荷3940 点火提前角的控制标准：1、怠速：在保证运转平稳的前提下，排放控制在最低。2、部分负荷：经济性为主3、大负荷和加速：动力性为主41点火提前角的控制方法 实际点火提前角的控制，依据厂家不同，其控制方法也不同，主要有以下几种方法：1、定值控制法：点火提前角固定，适合于参数变化较大的工况。主要有：l启动时，l转速较低时lECU出现故障而起用备用系统时42启动时点火提前角的控制发动机启动时，启动开关作用，即进入启动时点火提前角的控制模式。43怠速及减速时点火提前角控制当节气门位置传感器怠速触点闭合，进入怠速或减速的状态，点火提前角根据发动机转速、冷却水温及车速确定点火提前角。442、基本点火提前X水温修正系数4546 3、原始设定点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角（1）原始点火提前角：有些车，如丰田TCCS系统，其值大约在10度左右。（2）基本点火提前角：存储在微机的存储器ROM中，可分为怠速和平常行驶时的点火提前角。（3）修正点火提前角：可根据暖机、稳定怠速的点火提前特性来确定点火提前角的大小，为实现最佳点火提前角进行修正。如修正点火提前角随水温升高而减小。4748495051 4、防爆震控制方法汽油机用火花塞跳火将混合气点燃，使火焰在混合气内不断传播进行燃烧。爆震燃烧是燃烧室内的末端混合气在正常火焰到达之前，因其高温、高压引起自燃，它在燃烧过程结束前发生。爆震的主要危害：l噪音大，l很可能使发动机损坏，特别是在大负荷条件下。52 消除爆震的方法：（1）采用抗爆震性能好的燃料、（2）改进燃烧室结构、（3）加强冷却水循环、（4）推迟点火时间，尤其是推迟点火时间对消除爆震有明显的作用。点火提前角越大，燃烧的最大压力就越大。53爆震与点火时刻的关系：点火提前角越大，燃烧的最大压力越大，就越易产生爆震。试验证明：发动机发出最大扭矩的点火时刻是在开始产生爆震的点火时刻的附近。5455爆震控制系统爆震控制系统，由爆震传感器检测爆震强度，在产生爆震时，微机自动减少点火提前角使点火时刻保持在爆震边界曲线的附近，提高发动机的功率，降低燃料的消耗。当发动机产生爆震时，微机通过爆震传感器的输入信号和比较电路判别出发动机产生爆震，并依据爆震强度输入信号，由微机控制延迟点火提前角的大小当爆震现象消失时，则微机恢复正常的点火提前角的控制。56爆震控制系统5758 爆震的测量方法：l测汽缸压力：检测精度最佳，但传感器耐久性差，安装困难。l测燃烧噪声：非接触式，耐久性好，但精度和灵敏度差。l测发动机机体振动：较为实用，方便，成本低。爆震传感器的功用：是把爆震时传到缸体上的机械振动频率转换成电压信号，输出ECU作为爆震控制信号。爆震传感器大多安装在汽缸体上。59常用的爆震传感器（测振型）：l磁致伸缩式l压电式60611.电器连接器2.平衡块3.压电元件4.外壳5.安装螺纹部6.压电元件圆盘7.火花塞8.爆震传感器621.磁致伸缩式原理：安装在缸体上，当缸体出现谐振频率的振动时，产生共振，此时强磁材料铁心的导磁率发生变化，使永磁铁穿过铁心的磁密也发生变化，使铁心外的线圈产生感应电动势。组成：永磁铁，外壳，永磁铁激励的强磁铁心和铁心外的感应线圈。63磁致伸缩式6465662.压电式：用压电元件将振动压力转换成电压信号。压电效应：某些晶体（如天然石英晶体、人工极化陶瓷等）在一定方向外力作用下或承受变形时，其晶面或极化面上将有电荷产生的现象。Q=KFK-压电常数F-作用在晶体上的力67 1）非共振型组成：外壳压电元件配重块引线68工作原理传感器及外壳一起安装在发动机缸体上，缸体振动时，外壳与配重块之间产生相对运动外壳与配重块之间的压电元件受振动压力产生交变电压将控制组件的选频网络调至爆震频率，使其仅能检测出爆震时振动产生的电压可根据电压振幅的大小判断爆震的强度。6970爆震传感器的信号712）共振型组成：与爆震几乎具有相同共振频率的振子能够检测振子并将其转换成电压信号的压电元件727374757677787980818283四、微机控制无分电器无分电器点火系统完全取消了传统的分电器，没有配电器（分火头和分电器盖），由微机ECU发出点火信号，点火线圈产生的高压电直接送到火花塞。84 特点：去掉分电器，由微机控制点火模块和多个点火线圈直接给各缸点火，提高了点火控制精度，消除了分电器的电磁干扰。缺点：多个点火线圈，造价高。85 无分电器点火系统目前常采用以下两种方式：1同时点火方式：两缸共用一个点火线圈。2独立点火方式：一缸一个点火线圈861、同时点火方式两个活塞位置同步缸共一个点火线圈。初级点火线圈连接在控制电路中由ECU控制，次级点火线圈有两个高压输出端，分别接在两个活塞位置同步缸的火花塞上。活塞位置同步缸：两缸活塞同时到达上止点，一个缸为压缩上止点，另一个缸为排气上止点87同时点火方式工作原理当初级电路断开后，将在两个活塞位置同步缸的火花塞上同时产生点火火花。其中运行至压缩上止点的气缸点燃作功。运行至排气上止点的气缸为无效点火，由于缸内压力低，废气中有很多导电离子，该缸火花塞很容易被击穿放电，消耗能量很小，不影响点火缸火花能量。88 高压二极管的作用：大功率三极管接通时，在次级线圈上有1000V左右的高压，有分电器时，这个高压不足以击穿分电器电极的间隙，无分电器系统这个高压加在火花塞两端，若在进气冲程或压缩冲程末端，气缸内压力较低，有可能击穿火花塞，影响发动机的正常工作。899091929394952、独立点火方式每缸火花塞配用一个点火线圈，单独对本缸进行点火。各缸点火线圈的初级绕组分别由点火器中的一个功率晶体管控制，整个点火系统的工作由电控单元进行控制。9697 电控单元的主要功能是：判断点火气缸、计算点火提前角和闭合角，以及将点火信号分配到指定的气缸等。发动机工作时，电控单元根据曲轴传感器、空气流量传感器、点火基准信号传感器、水温传感器等及开关输入信号，依据存储器（ROM）存储的数据，经处理计算后适时地输出点火信号至点火器，由点火器中的功率管分别接通和切断各缸点火线圈的初级电流时，则在其次级绕组中产生高压并点燃该气缸内的混合气。9899100单独点火方式的优点：无机械分电器和高压导线漏电小，能量损失少，机械磨损或破坏机会少。无分火头与旁电极间的火花，有效地降低点火系对无线电的干扰；无两缸同时点火现象。点火线圈和火花塞由金属罩包覆，电磁干扰大大减小。特制的点火线圈，充电时间极短，能在高达9000rmin的转速范围内提供足够点火能量和高电压，适于高速发动机。101102103第3章 复习题1.点火系的控制要素有哪些？2.电子点火系统中，闭合角是如何控制的？3.点火提前角的影响因素是什么？如何根据影响因素控制点火提前角？4.点火提前角的控制方法有哪些？定值控制法的特点和使用工况是什么？5.修正点火提前角包括哪些修正？6.爆震的测量方法有哪些？7.测振型爆震传感器主要有哪两种类型？104 8.什么是活塞位置同步缸?9.无分电器式点火系统的分类有哪些？10.试画图说明无分电器式点火系统的工作原理。105