第三章 微机控制点火系统的结构原理

第三章第三章 微机控制点火系微机控制点火系统的结构原理统的结构原理第一节 微机控制点火系统的组成第二节 MCI主要部件的结构原理第三节 MCI控制原理主要内容组成：组成：电源、传感器、ECU、点火器、点火线圈、分电器和火花塞等。第一节 微机控制点火系统的组成工作原理：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：判缸信号第一节 微机控制点火系统的组成传统点火系统：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汽油机点火系统的类型主要特点：主要特点：只有1个点火线圈。组成：组成：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ECUECU2.无分电器电控点火系统特点：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，点火线圈的数比有分电器电控点火系统多。优缺点：优缺点：分火性能较好，但其结构和控制电路复杂。分分类类：根据点火线圈的数量和高压电分配方式的不同，分为：独立点火方式；同时点火方式；二极管配电点火方式。独立点火方式特点：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缸同时点火方式 特点：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。传感器ECU点火器点火器点火线圈火花塞二极管配电点火方式 特点：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。第二节 MCI主要部件的结构原理本节主要内容：点火器点火线圈和分电器爆燃传感器点火控制电路1、点火器功能：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。检测：检测：用万用表或示波器检查发动机ECU相应端子间电压。检测：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。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。2、点火线圈和分电器【功能功能】检测发动机燃烧时有无爆燃，并把爆燃信号送给发动机控制电脑作为修正点火提前角的重要参考信号。【安装位置安装位置】缸体侧面或火花塞座孔上【分类分类】电感式爆燃传感器压电式爆燃传感器。这又分为：压电式共振型爆燃传感器 压电式非共振型爆燃传感器 压电式火花塞座金属垫型爆燃传感器3、爆燃传感器 Knock Sensor(KS)【组成组成】铁心、永久磁铁、线圈及外壳。【原理原理】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。电感式爆燃传感器线圈铁心壳体永久磁铁谐振点频率f输出电压u0电感式爆燃传感器电感式爆燃传感器压电式共振型爆燃传感器【组成组成】压电元件、振子、基座、外壳等组成。【原理原理】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ECUKNK信号波形带开路/断路检测电阻的传感器压电式非共振型爆燃传感器 与共振式相比，非共振式内部无震荡片，但设一个配重块，以一定的预紧压力压紧在压电元件上。当发动机发生爆燃时，配重块以正比于振动加速度的交变力施加在压电元件上，压力元件则将此压力信号转变成电信号输送给ECU。配重块压电元件引线频率（kHz）输出电压（mV）压电式非共振型爆燃传感器压电式非共振型爆燃传感器压电式火花塞座金属垫型爆燃传感器 安装在火花塞的垫圈处，每缸一个，根据各缸的燃烧压力直接检测各缸的爆燃信息，并转换成电信号输送给ECU。火花塞爆燃传感器用万用表在传感器侧检查传感器端子与传感器壳体之间电阻，应不导通（电阻为无穷大），否则说明内部短路，应更换传感器。用敲击传感器的方法来模拟传感器的工作过程，测试传感器的输出信号。在发动机急加速的时候，测试传感器的输出信号。爆燃传感器电路及其检修1号爆燃传感器2号爆燃传感器ECU发动机正常状态下点火时刻的控制,起动/怠速/滑行时,设有专门的控制程序和控制方式第三节 MCI控制原理 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最佳点火提前角提前角。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；点火提前角过大，易爆燃；点火提前角过小，排气温度升高，功率降低。点火提前角过小，排气温度升高，功率降低。点火提前角和闭合角的控制A：不点火：不点火 B：点火过早：点火过早C：点火适当：点火适当 D：点火过迟：点火过迟点火提前角和闭合角的控制最佳点火提前角与下述因素有关：发动机转速：发动机转速：转速升高，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：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。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：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：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。最佳点火提前角确定依据 起动：按ECU内存储的初始点火提前角对点火提前角进行控制。起动时的点火提前角一般是固定的，为10左右。正常运转：ECU根据发动机的转速和负荷信号，确定基本点火提前角，并根据其他信号修正，以确定实际的点火提前角，并向电子点火控制器输出点火信号。控制点火提前角的基本方法 控制点火提前角的基本方法 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电控点火数据图点火提前角常用的计算方法：实际点火提前角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 实际点火提前角实际点火提前角基本点火提前角点火提前角修正系数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实际点火提前角点火正时控制点火正时控制点火正时控制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点火正时控制点火正时控制发动机起动过程中，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。控制信号控制信号：发动机转速信号（Ne信号）和起动开关信号（STA信号）。起动时点火提前角的控制 起动后基本点火提前角的确定 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。怠速以外工况 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。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修正系数法和修正点火提前角法修正点火提前角法两种。主要修正项目：水温修正；怠速稳定修正；空燃比反馈修正。点火提前角的修正（1）水温修正水温修正水温修正又可分为暖机修正暖机修正和过热修正过热修正。暖机修正：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：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：过热修正：冷却液温度过高时，点火提前角应适当增大。过热修正控制信号：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）（1）水温修正-40 -20 0 20 40 60 80冷却液温度/提前角暖机修正暖机修正过热修正过热修正 20 40 60 80 100 120 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。怠速稳定修正控制信号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闭合角控制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。组成：组成：在电控点火系统基础上增加爆燃传感器。1、爆燃传感器、爆燃传感器 2、ECU3、其他传感器、其他传感器4、点火器和点火线圈、点火器和点火线圈5、分电器、分电器 6、火花塞、火花塞爆燃的控制爆燃识别：爆燃识别：由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：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。爆燃的控制是一种不正常燃烧。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：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。增大点火提前角增大点火提前角有爆燃有爆燃无爆燃无爆燃减小点火提前角减小点火提前角爆燃的危害爆燃的危害发动机爆燃的控制闭环控制原理框图点火提前角的快速调节法发动机爆燃的控制点火提前角的慢速调节法发动机爆燃的控制