第三讲汽车电子控制系统第一章汽车点火系1课件

第三讲 汽车电子控制系统第一章 汽车点火系点火系的作用 将电池或发动机的低电压变成高电压（2030kv）在按照发动机各气缸的工作次序，点燃气缸中的可燃混合气。点火系发展历史点火系发展历史十九世纪八十年代，出现磁电机为电源的点火系二十世纪初，出现传统点火系，即以蓄电池和发电机为电源的点火系二十世纪六十年代，出现电子点火系二十世纪七十年代初 出现无触点的电子点火系。目前，使用广泛二十世纪七十年代末 开始使用微机控制点火时刻的电子控制系统。目前，最先进的：无分电器的电子点火系点火系的分类点火系的分类迅速产生足以击穿火花塞间隙的高电压电火花应具备足够高的能量 点火时刻应适应发动机的工况 第一节 点火系的要求一、迅速产生足以击穿火花塞间隙的高电压 火花塞电极之间的产生火花的电压称为击穿电压。它与下列因素有关：1、火花塞电极间隙的大小。火花塞电极间隙越大，击穿火花塞的点火电压也越大。火花塞间隙2.气缸内混合气的压力与温度混合气的密度越大，则击穿电压越高。3.电极的温度和极性当火花塞的电极温度超过混合气的温度时，击穿电压约降低30%50%。4.发动机的工作情况发动机不同的工况，其击穿电压也不相同，其值随发动机转速、负荷率、压缩比、点火提前角以及混合气成分而变化。起动时的击穿电压最高。二、火花应具有足够的能量为使混合气点燃可靠，火花应具有一定的能量。发动机正常工作时，由于混合气压缩终了的温度已接管其自燃温度，因此所需的火花能量很小(15mJ)，传统点火系能发出1550mJ的火花能量，足以点燃混合所气。三、点火时刻应适应发动机的工况变化不同发动机均有不同的最佳点火提前角，而且同一发动机在不同工况和不同使用条件下的最佳点火提前角也不相同。影响最佳点火提前角的因素有：1.转速发动机转速越高，最佳点火提前角越大。2.负荷在同一转速下，发动机负荷率增大，最佳点火提前角随之减小。3.起动及怠速发动机起动和怠速时，要求点火提前角减小或不提前。4.汽油的辛烷值辛烷值高的汽油不易产生爆燃，其点火提前角可增大些，在燃用低辛烷值的汽油时，应适当减小点火提前角。5.压缩比压缩比增大，最佳点火提前角减小。6.混合气成分混合气浓度直接影响燃烧速率，在=0.80.9时，燃烧速率最快，最佳点火提前角最小。7.进气压力进气压力减小，应适应加大点火提前角。第二节 传统点火系的组成与工作原理一、组成蓄电池点火开关点火线圈火花塞蓄电池供给点火系统所需要的电能。点火开关接通或断开点火系统电源。点火线圈存储点火能量，并将蓄电池电压转变为点火高压。分电器由断电器和点火提前机构等部分组成。断电器的作用是接通或切断点火线圈初级回路；配电器的作用是将点火线圈产生的点火高压，按照发动机的工作顺序输送给各缸火花塞；点火提前机构的作用是随发动机转速、负荷和汽油辛烷值变化调节点火提前角。火花塞将点火高压引入气缸燃烧室，并在电极间产生电火花，点燃混合气。传统点火系主要存在下列几个问题传统点火系主要存在下列几个问题一、火花能量的提高受到限制一、火花能量的提高受到限制二、触点故障多、寿命短二、触点故障多、寿命短三、对火花塞积炭和污染敏感三、对火花塞积炭和污染敏感触点闭合时间不足，储存的能量不够触点闭合时间不足，储存的能量不够触点的尺寸不能太大，通过的电流受限制触点的尺寸不能太大，通过的电流受限制触点电腐蚀触点电腐蚀顶块磨损顶块磨损发动机在高速时回跳和颤动导致高速失火发动机在高速时回跳和颤动导致高速失火第三节电感储能有触点电子点火系第三节电感储能有触点电子点火系这种点火系统，是用一个功率晶体管代替断电器触点这种点火系统，是用一个功率晶体管代替断电器触点去接通和切断点火线圈的初级电流，仍保留触点断电去接通和切断点火线圈的初级电流，仍保留触点断电器，用它去接通和断开功率晶体管的基极电流和完成器，用它去接通和断开功率晶体管的基极电流和完成点火提前的调整装置。这是最早的一种电子点火装置。点火提前的调整装置。这是最早的一种电子点火装置。其优点是成本低，其优点是成本低，能切断和接通大的初级电流能切断和接通大的初级电流(810 A)，次级电压高，火花能量大、使用寿命长。，次级电压高，火花能量大、使用寿命长。触点闭合触点闭合截止截止导通导通触点断开触点断开截止截止导通导通 延长了触点的使用寿命触点只通过很小的基极延长了触点的使用寿命触点只通过很小的基极电流，只有电流，只有04A05A。无触点烧蚀问题。无触点烧蚀问题。提高了点火性能，次级电压从原来的提高了点火性能，次级电压从原来的18KV提高提高到到KV，因初级电流不经过触点，故可增大初级，因初级电流不经过触点，故可增大初级电流，使次级电压提高。电流，使次级电压提高。由干点火能量增大，次级电压提高，使冷启动容由干点火能量增大，次级电压提高，使冷启动容易，动力性提高、低速稳定性均有明显提高，节油易，动力性提高、低速稳定性均有明显提高，节油以上，排放改善。以上，排放改善。BD71F点火系较传统点火系的优点点火系较传统点火系的优点触点式电子点火装置主要特点触点式电子点火装置主要特点一是通过点火线圈初级绕组的电流被晶体三极管放大了一是通过点火线圈初级绕组的电流被晶体三极管放大了这样，当三极管截止时，初级绕组的断电电流大，点火这样，当三极管截止时，初级绕组的断电电流大，点火线圈中磁通变化率高，次级绕组产生的电压相应提高了。线圈中磁通变化率高，次级绕组产生的电压相应提高了。二是通过断电器触点的电流明显减小，因为此电流二是通过断电器触点的电流明显减小，因为此电流并非流过初级绕组的电流，其大小约为初级电流的并非流过初级绕组的电流，其大小约为初级电流的11020，因而消除了断电器触点严重烧蚀，因而消除了断电器触点严重烧蚀的现象，既延长了使用寿命，又缩短了触点维修、的现象，既延长了使用寿命，又缩短了触点维修、调整的时间。调整的时间。第四节电容储能有触点电子点火系第四节电容储能有触点电子点火系电容放电点火系统的基本特点是，能量储存在电容放电点火系统的基本特点是，能量储存在电容器的电场里，而不是储存在初级绕组的磁电容器的电场里，而不是储存在初级绕组的磁场里，电容器充电电压的高低决定了存储能量场里，电容器充电电压的高低决定了存储能量的大小。的大小。一、组成和工作原理二、工作过程、触点闭合，可控硅关断，储能电客充电的过程。2、触点打开，可控硅导通，储能电容放电的过程。实例300500V电压电压振荡电路升压变压器整流电路电容放电具有以下优点电容放电具有以下优点v次级电压上升时间快，当火花塞被污染时仍能提供较好的次级电压上升时间快，当火花塞被污染时仍能提供较好的发火性能发火性能v火化能量超过其他形式的点火系统且易控制火化能量超过其他形式的点火系统且易控制v断电器通过的电流很小，触点寿命长，可靠性高断电器通过的电流很小，触点寿命长，可靠性高v由于其提前固定的消耗由于其提前固定的消耗A A的电流，因而对电池缺电不敏感的电流，因而对电池缺电不敏感v电容充电时间是输出频率周期的，因而在较高的法电容充电时间是输出频率周期的，因而在较高的法火频率下仍有较好的点火性能。火频率下仍有较好的点火性能。电容放电的缺点v由于火花持续时间比较短，对点燃稀薄气体不利由于火花持续时间比较短，对点燃稀薄气体不利v由于点火能量较高，对分电器盖、分火头、高压由于点火能量较高，对分电器盖、分火头、高压线的绝缘性能要求较高线的绝缘性能要求较高v所用的元件较多，导致可靠性下降、成本提高所用的元件较多，导致可靠性下降、成本提高第五节无触点电子点火系采用触发脉冲代替断电器的触点原理特点1、发火率高2、寿命长3、能实现精确时间控制4、点火能量高一、磁脉冲式（发电机式）1、传感器结构传感器工作原理转速与电动势的关系转速与电动势的关系2、放大电路、放大电路点火器中各三极管作用点火器中各三极管作用VT1发射极与集电极相连，相当发射极与集电极相连，相当于一个二极管，起温度补偿作用于一个二极管，起温度补偿作用VT2触发管，起信号检测作用触发管，起信号检测作用VT3、VT4放大作用，将放大作用，将VT2输输出放大以驱动出放大以驱动VT5VT5大大功功率率管管，控控制制初初级级电电流流的的通断通断其它元件作用VS1、VS2反向串联后与点火信号发生器的传感线圈并联，在高转速时，使传感线圈输出的正向和负向电压稳定在某一数值，保护VT2不受损害；VS3与R4组成稳压电路，保证VT1、VT2保证在稳定电压下工作；VS4当VT5管截止时，将初级绕组的自感电动势限制在某一值内，保护VT5管；C1消除点火信号发生器传感线圈输出电压波形上的毛刺，防止误点火；C2与R4组成组容吸收电路，吸收瞬时过电压，防止误点火；R3的作用是加速VT2级VT5的翻转。二、霍尔效应式电子点火系霍尔式电子点火装置特点：霍尔式电子点火装置特点：工作可靠，寿命长；发动机工作可靠，寿命长；发动机起动性能好起动性能好；价格较高；价格较高第六节、第六节、微机控制电子点火系微机控制电子点火系组成传感器 监测发动机运行状态ECU 处理信号、发出指令点火器以及点火线圈 响应指令系统各组成部分及其功用 电子控制器电子控制器一一 组成和分类组成和分类 点火控制的控制内容：点火控制的控制内容：包括点火提前角控制、通电时间控制和爆燃控制。1.1.电控点火系统的组成电控点火系统的组成2.由信号输入装置信号输入装置、ECU和执行器执行器三部分组成。在所有用的传感器中，除爆燃传感器为电控点火系统所专用之外，其他传感器基本上都与电控燃油喷射系统所共用，而且都由一个ECU集中控制。1转速传感器；2基准位置传感器；3空气流量计；4水温传感器；5节气门位置传感器；6启动信号；7空调开关A/C；8车速传感器；9输入接口回路；10输入接口回路；11A/D转换器；12输出接口回路；13存储器；14恒定电压电源；15点火器；16IG线圈；17分电器2.2.电子点火控制系统工作过程电子点火控制系统工作过程 按高压配电方式可分为两大类：一类是有分电器有分电器的，另一类是无分电器无分电器的。1)1)分电器式电控点火系统分电器式电控点火系统 ECU根据各输入信号，确定点火时间，并将点火正时信号点火正时信号IGtIGt送至点火控制器(简称点火器)。当IGt信号变为低电平时，点火线圈初级电路由于功率晶体管的截止而被切断，次级感应出高电压，再由分电器按发火顺序送至相应气缸的火花塞上产生电火花。点火确认信号点火确认信号IGf发生电路的作用是在点火线圈初级电流切断，初级绕组产生自感电动势时，输出点火确认信号IGf给ECU，以监视点火控制电路是否工作正常。如果由于某种原因，偶尔出现一次不正常信号，ECU并不会判定为故障，一般需点火器六次六次没有点火确认信号(IGf)反馈给ECU，才判定为点火系统故障，停止喷油。有分电器式电控点火系统有分电器式电控点火系统1主继电器；2压力传感器；3温度传感器；4基准位置传感器；5转速传感器；6ECU；7EFI 控制；8ESA控制；9点火信号；10通电开始；11点火；12电子点火器；13点火监视回路；14闭合角控制；15点火线圈；16点火开关；17蓄电池；18至分电器；19至发动机转速表 2)2)无分电器式电控点火系统无分电器式电控点火系统 无分电器式点火系统的高压配电方式有二极管分配式二极管分配式和点火线圈分配点火线圈分配式式两种形式。点火线圈分配式点火系统又有双缸同时点火双缸同时点火和各缸独立点火各缸独立点火方式。(1)(1)二极管分配式二极管分配式 二极管分配式同时点火的无分电器点火系工作原理图二极管分配式同时点火的无分电器点火系工作原理图 1一、四缸触发信号；2电子点火控制器；3控制部分；4稳压器；5一初级绕组A；6高压二极管；7次级绕组；8初级绕组B；9二、三缸触发信号(2)(2)点火线圈分配式点火线圈分配式 点火线圈分配式无分电器点火系统，有双缸同时点火双缸同时点火和各缸单独点火各缸单独点火两种形式。双缸同时点火式双缸同时点火式 DLI系统的电路图 点火线圈分配式同时点火的无分电器点火系统 双缸同时点火式双缸同时点火式 单独点火方式单独点火方式 在每一个气缸的火花塞上各配有一个点火线圈。由于无机械配电方式分火头与分电器盖旁电极之间的附加跳火间隙和高压导线，因而能量传导损失、漏电损失小，系统可靠性提高，故障率减少，电磁干扰小。单独点火方式（日产单独点火方式（日产6缸发动机）缸发动机）单独点火方式（奥迪单独点火方式（奥迪5缸发动机）缸发动机）二二 点火提前角和闭合角的控制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、点火提前角控制一、点火提前角控制点火提前角的控制方法，一般采用以下两种：1)1)基本点火提前角乘水温修正系数法基本点火提前角乘水温修正系数法（日产）（日产）分三种情况：分三种情况：正常行驶时正常行驶时 实际点火提前角实际点火提前角=基本点火提前角基本点火提前角水温修正系数水温修正系数 基本点火提前角表格基本点火提前角表格 水温修正系数水温修正系数怠速及减速时怠速及减速时 发动机转速低于1000r/min，点火提前角为16；当冷却水温在50以下、车速不大于8km/h、发动机转速在1200r/min以上时，点火提前角几乎保持在上止点前10不变。50以上、车速大于8km/h时，点火提前角随发动机转速的升高而增大。启动时启动时 当水温在0以上启动时，其点火提前角均为16；而在0以下启动时，还要适当增加点火提前角。2)原始点火提前角加基本点火提前角加修正点火提前角原始点火提前角加基本点火提前角加修正点火提前角控制法控制法（丰田）（丰田）实际点火提前角=原始点火提前角基本点提前角修正点火提前角 （1 1）原始点火提前角）原始点火提前角：也称为固定点火提前角，为上止点前10，适用以下工况：发动机启动；发动机转速在400r/min以下；节气门位置传感器怠速触点闭合；车速为2km/h；发动机ECU内后备系统开始工作。（2）基本点火提前角）基本点火提前角：分为怠速和正常行驶两种情况。怠速的基本点火提前角在空调系统工作时为8，空调不工作时为4。正常行驶时的基本点火提前角，以表格的形式存储在ECU的存储器中。丰田IG-GEL发动机正常行驶的基本点火提前角（3）修正点火提前角：）修正点火提前角：修正点火提前角分为暖机和稳定怠速两种特性。丰田IG-GEL发动机暖机时的点火提前特性丰田IG-GEL发动机稳定怠速时的点火提前特性 当进行空燃比反馈控制时，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，喷油量减小时增大点火提前角。二、闭合角控制二、闭合角控制 电源电压越高，所需的闭合时间越短，闭合角越小；发动机转速越高，所需闭合时间不变，但闭合角增大。点火闭合角控制特性三三 发动机爆震的控制发动机爆震的控制 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。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。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。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；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；爆震率大于爆震率大于5时，又将点火提前角减小，直至爆震消除。时，又将点火提前角减小，直至爆震消除。爆燃控制的原理爆燃控制的原理点火提前角控制示意图爆燃反馈控制原理