第二章 电控发动机点火控制

点火系统分类

一、电控点火系统的类型

1．汽油机点火系统的类型：

传统点火系统分为：磁电机点火系统和蓄电池点火系统。

缺点：（1）高速易断火，不适合高速发动机。

（2）断电器触点易烧蚀，工作可靠性差。

（3）点火能量低，点火可靠性差。

微机控制的点火系统 采用计算机根据各传感器信号对点火提前角进行控制。

2．电控点火系统的类型：

有分电器和无分电器式。

二、基本组成与工作原理

1．基本组成

一般由电源、传感器、ECU、点火器、点火线圈、分电器和火花塞组成。

2．工作原理

发动机工作时，ECU根据接收到的传感器信号，按存储器中的相关程序和数据，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。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，有电流从点火线圈中的初级电路通过，点火线圈将点火能量以磁场的形式储存起来。当初级电路被切断时，次级线圈中产生很高的感应电动势，经分电器或直接送至工作气缸的火花塞。

三、有分电器电控点火系统

特点：1个点火线圈。

组成：由凸轮轴/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。

四、无分电器电控点火控制系统

特点：用电子控制装置取代分电器，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。

1．独立点火方式

特点：点火线圈的数量和气缸数相等。

优缺点：分火性能较好，但其结构和控制电路复杂。

2．同时点火方式

特点：点火线圈的数等于气缸数的一半。

3．二极管配电点火方式

特点：四个气缸共用一个点火线圈。

点火系统控制功能1

一、点火提前角的控制

1．点火提前角对发动机性能的影响

如点火提前角过大，大部分混合气在压缩过程中燃烧，活塞所消耗的压缩功增加，缸内最高压力升高，末端混合气自燃所需的时间缩短，爆燃倾向增大；过小（点火过迟），燃烧延伸到膨胀过程，燃烧最高压力和温度降低，传热损失增多，排气温度升高，功率降低，爆燃倾向减小，NOx排放降低。

2．最佳点火提前角确定依据

（1）发动机转速 随着转速的升高点火提前角增大。采用ESA控制系统，更接近理想的点火提前角。

（2）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。

（3）燃油辛烷值 辛烷值越高，抗爆性越好，点火提前角可增大，反之应减小。

（4）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。

3．控制点火提前角的基本方法

起动时的点火提前角是固定的，一般为10°左右，与发动机工况无关。

起动后的点火提前角控制有：

（1）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

（2）实际点火提前角=初始点火提前角×点火提前角修正系数

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点火提前角和修正量决定。

4．点火提前角的修正

（1）水温修正

1）暖机修正 冷车起动后，冷却水温度过低，增大点火提前角。随温度升高点火提前角变化如图。

点火提前角的暖机修正曲线

控制信号有：冷却水温度信号、进气歧管压力（或进气量）信号、节气门位置信号。

2）过热修正 发动机处于正常的工况（IDL触点断开），当冷却水过高时，为避免爆震，推迟点火提前角。发动机处于怠速工况（IDL触点闭合），冷却水温过高时应增大点火提前角。

控制信号有：冷却水温度信号、节气门位置信号。

点火系统控制功能2

点火提前角的修正

（2）怠速稳定性的修正 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。

控制信号有：发动机转速信号、节气门开度信号、车速、空调信号等。

（3）空燃比反馈修正 根据氧传感器的反馈信号调整喷油量来控制空燃比，喷油量大则点火提前角小。

二、通电时间的控制

1．通电时间对发动机性能的影响

初级电路被断开的瞬间，初始电流能达到的值与初级电路接通的时间长短有关，只有通电时间一定值时，初级电流才可能达到饱和。由于断开电流影响次级电压的最大值，次级电压的高低又直接影响点火系工作的可靠性。所以，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。

2．通电时间的控制方法

现代电控点火系统和传统的分电器不同，传统的点火线圈初级电路的通电时间取决于断电器触点的闭合角和发动机转速；而现代点火线圈初级电路的通电时间由ECU控制，根据发动机的转速信号和电源电压信号确定最佳的闭合角（通电时间），并控制点火器输出指令信号（IGt信号），以控制点火器中晶体管的导通时间。

3．点火线圈的恒流控制

由于现代车采用了高能点火线圈，改善点火性能。为了防止初级电流过大烧坏点火线圈，在部分电控点火系统的点火控制电路中增加了恒流控制电路。

恒流的基本方法是：在点火器功率晶体管的输出回路中增设一个电流检测电阻，用电流在该电阻上形成的电压降反馈控制晶体管的基极电流，只要这种反馈为负反馈，就可使晶体管的集电极电流稳定，从而实现恒流控制。

三、爆燃的控制

1．爆燃的危害 会导致冷却液过热，功率下降，油耗上升。

2．控制方法 推迟点火提前角，利用爆震传感器中的压电晶体的压力效应。

四、爆燃控制系统

1．组成

2．识别 根据安装在缸体上的爆震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。

3．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。

五、电控点火系统主要元件的构造与维修

点火器

点火线圈

爆燃传感器

点火控制电路

点火系统要求与基本原理

汽油机点火系统的任务是点燃气缸内的可燃混合气。点火系统的性能对汽油机的动力性、经济性、排放性能具有十分重要的影响。为了使汽油机的各项性能指标达到较佳的水平，点火系统的性能必须满足汽油机的基本要求。

汽油机对点火系统的要求

1、提供足够高的击穿电压

火花塞电极间产生火花时的电压，称为击穿电压。

汽油机正常工作所需的击穿电压与汽油机的运行工况有关。在低速大负荷时，所需的击穿电压约为8KV～10KV，而启动时所需击穿电压最高可达到7KV。大多数现代轿车汽油机点火系统所能提供的击穿电压超过28KV。

2、提供足够高的点火能量

为了可靠地点燃混合气，除了需要足够高的击穿电压外，火花塞产生的电火花还应具有足够的能量。

电火花的能量=火花塞电极间的电压*火花塞电极间渡过的电流*电火花持续时间

一般情况而言，电火花能量越大，则混合气的着火性能也越好。点燃混合气所必须的最低能量，与混合气成分、浓度、火花塞电极间的间隙及电极的形状等因素有关。发动机正常工作时，由于接近压缩终点的混合气已具有很高的温度，因此所需的花火能量较小（1mJ—5MJ）。而在发动机启动、怠速及节气门急剧打开时，则需较高的火花能量。

3、点火时刻（点火提前角）应与汽油机的运行工况相匹配

点火时刻对汽油机的动力性、经济性及排放性能具有重要的影响。

点火系统除了应按各缸的工作顺序依次点火外，还必须把开始点火的时刻控制在最佳时刻。最佳的点火正时能提高汽油机动力性，并能降低燃油消耗率，减少有害物的排放量。

为了使汽油机的各项性能指标达到较佳水平，点火系统必须向火花塞电极提供足够高的击穿电压，火花塞电极间产生的火花必须具有足够的能量，点火正时应与汽油机运行工况相匹配。以上三点在传统点火系统中很难完全满足，只有采用电控点火系统。

电控点火系统正是在这种基本要求的促进和推动下，发展和不断完善起来的。

点火系统基本原理

发动机工作时，ECU根据接收到的传感器信号，按存储器中的相关程序和数据，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。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，有电流从点火线圈中的初级电路通过，点火线圈将点火能量以磁场的形式储存起来。当初级电路被切断时，次级线圈中产生很高的感应电动势，经分电器或直接送至工作气缸的火花塞。 节气门直动式结构、原理与检测

结构：主要由直流电动机、减速齿轮机构、丝杠机构和传动轴等组成。

原理：当直流电动机通电转动时，经减速齿轮机构减速增扭后，再由丝杠机构将其旋转运动转换为传动轴的直线运动。传动轴顶靠在节气门最小开度限制器上，发动机怠速运转时，ECU根据各传感器的信号，控制直流电动机的正反转和转动量，以改变节气门最小开度限制器的位置，从而控制节气门的最小开度，实现对怠速进气量进行控制的目的。

大众车节气门直动式怠速控制器电路图

控制内容

起动控制

在起动期间，ECU根据冷却液温度的高低控制步进电动机，调节节气门的开度，使之到起动后暖机控制的最佳位置，此位置随冷却液温度的升高而减小。

暖机控制

在暖机过程中，ECU根据冷却液温度信号按内存的控制特性控制节气门的开度，随温度上升，节气门开度渐渐减小。当冷却液温度达到70℃时，暖机控制过程结束。

怠速稳定控制

当转速信号与确定的目标转速进行比较有一定差值时（一般为20r/min），ECU将通过电动机控制节气门，调节怠速空气供给量，使发动机的实际转速与目标转速相同。

怠速预测控制

在发动机负荷发生变化时，为了避免怠速转速波动或熄火，ECU会根据各负荷设备开关信号，通过电动机提前调节节气门的开度。

电器负荷增多时的怠速控制

如电器负荷增大到一定程度时，蓄电池电压会降低，为了保证电控系统正常的供电电压，ECU根据蓄电池电压调节节气门的开度，提高发动机怠速转速，以提高发动机的输出功率。 进气控制系统1

一、动力阀控制系统

功用：根据发动机不同的负荷，改变进气流量去改善发动机的动力性能。

工作原理：受真空控制的动力阀在进气管上，控制进气管空气通道的大小。发动机小负荷运转时，受ECU控制的真空电磁阀关闭，真空室的真空度不能进入动力阀上部的真空室，动力阀关闭，进气通道变小，发动机输出小功率。当发动机负荷增大时，ECU根据转速、温度、空气流量信号将真空电磁阀电路接通，真空电磁阀打开，真空室的真空度进入动力阀，将动力阀打开，进气通道变大，发动机输出大的扭矩和功率。

维修时主要检查真空罐、真空气室、和真空管路有无漏气，真空电磁阀电路有无短路或断路。

二、谐波增压控制系统（ACIS）

谐波增压控制系统是利用进气流惯性产生的压力波提高进气效率。

1．压力波的产生

当气体高速流向进气门时，如进气门突然关闭，进气门附近气流流动突然停止，但由于惯性，进气管仍在进气，于是将进气门附近气体被压缩，压力上升。当气体的惯性过后，被压缩的气体开始膨胀，向进气气流相反方向流动，压力下降。膨胀气体的波传到进气管口时又被反射回来，形成压力波。

2．压力波的利用方法

一般而言，进气管长度长时，压力波长，可使发动机中低转速区功率增大；进气管长度短时，压力波波长短，可使发动机高速区功率增大。

3．波长可变的谐波进气增压控制系统

系统工作原理如图，ECU根据转速信号控制电磁真空通道阀的开闭。低速时，电磁真空孔道阀电路不通，真空通道关闭，真空罐的真空度不能进入真空气室，受真空气室控制的进气增压控制阀处于关闭状态。此时进气管长度长，压力波长大，以适应低速区域形成气体动力增压效果。高速时，ECU接通电磁真空道阀的电路，真空通道打开，真空罐的真空度进入真空气室，吸动膜片，从而将进气增压控制阀打开，由于大容量空气室的参与，缩短了压力波的传播距离，使发动机在高速区域也得到较好的气体动力增压效果。