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1、一、项目情境引入一、项目情境引入 在汽油发动机中，发动机的性能不在汽油发动机中，发动机的性能不仅取决于燃油的控制，同时点火控制同仅取决于燃油的控制，同时点火控制同等重要。等重要。 在汽油机各系统中，点火系统对发在汽油机各系统中，点火系统对发动机的性能影响最大，统计数字表明将动机的性能影响最大，统计数字表明将近一半的故障是因为点火系统工作不良近一半的故障是因为点火系统工作不良而引起的，因此发动机性能检测往往从而引起的，因此发动机性能检测往往从点火系统开始。点火系统开始。 首先使用先进电子技术的当属点火首先使用先进电子技术的当属点火系统，而形式结构和工作原理更新最快系统，而形式结构和工作原理更新最
2、快的也非点火系统莫属。的也非点火系统莫属。 点火系统的结构原理不同，在检测点火系统的结构原理不同，在检测时的接线有所不同，应区别对待。时的接线有所不同，应区别对待。 （一）汽油机点火系统的作用（一）汽油机点火系统的作用 汽车发动机的工作循环由进气、压汽车发动机的工作循环由进气、压缩、做功与排气缩、做功与排气4个行程组成，虽然在压个行程组成，虽然在压缩终了时，汽缸内的混合气温度很高，缩终了时，汽缸内的混合气温度很高，但由于汽油的燃点较高，还不能像柴油但由于汽油的燃点较高，还不能像柴油那样产生自燃，所以必须采用明火进行那样产生自燃，所以必须采用明火进行点燃。汽油机的点火方式就是采用高压点燃。汽油机
3、的点火方式就是采用高压电火花点燃混合气的。电火花点燃混合气的。 按照组成和产生高压电方式的不同，按照组成和产生高压电方式的不同，发动机点火系统可分为传统点火系统、电发动机点火系统可分为传统点火系统、电子点火系统、微机控制点火系统和磁电动子点火系统、微机控制点火系统和磁电动机点火系统。机点火系统。 传统点火系统以蓄电池和发电机为电传统点火系统以蓄电池和发电机为电源，借助点火线圈和断电器的作用，将电源，借助点火线圈和断电器的作用，将电源提供的源提供的6V、12V或或24V的低压直流电转的低压直流电转变为高压电，再通过分电器分配到各缸火变为高压电，再通过分电器分配到各缸火花塞，使火花塞两电极之间产生
4、电火花，花塞，使火花塞两电极之间产生电火花，点燃可燃混合气体。点燃可燃混合气体。 传统点火系统由于存在产生的高压传统点火系统由于存在产生的高压电比较低、高速时工作不可靠、使用过电比较低、高速时工作不可靠、使用过程中须经常检查和维护等缺点，目前已程中须经常检查和维护等缺点，目前已被电子点火系统和微机控制点火系统所被电子点火系统和微机控制点火系统所取代。取代。 点火系统应在发动机各种工况和使用点火系统应在发动机各种工况和使用条件下都能保证可靠而准确地点火。条件下都能保证可靠而准确地点火。 为此点火系统应满足以下基本要求。为此点火系统应满足以下基本要求。 使火花塞两电极之间的间隙击穿并使火花塞两电极
5、之间的间隙击穿并产生电火花所需要的电压，称为火花塞产生电火花所需要的电压，称为火花塞的击穿电压。的击穿电压。 火花塞击穿电压的大小与中心电极火花塞击穿电压的大小与中心电极和侧电极之间的距离（火花塞间隙）、和侧电极之间的距离（火花塞间隙）、汽缸内的压力和温度、电极的温度、发汽缸内的压力和温度、电极的温度、发动机的工作状况等因素有关。动机的工作状况等因素有关。 火花塞电极示意图如图火花塞电极示意图如图3-1所示。所示。图图3-1 火花塞电极示意图火花塞电极示意图 为了使混合气可靠点燃，火花塞产为了使混合气可靠点燃，火花塞产生的火花应具备一定的能量。生的火花应具备一定的能量。 发动机正常工作时，由于
6、混合气压发动机正常工作时，由于混合气压缩时的温度接近自燃温度，因此所需的缩时的温度接近自燃温度，因此所需的火花能量较小，火花能量为火花能量较小，火花能量为1550mJ就就足以点燃混合气。足以点燃混合气。 但在启动、怠速以及突然加速时需但在启动、怠速以及突然加速时需要较高的点火能量，为保证可靠点火，要较高的点火能量，为保证可靠点火，一般应保证一般应保证5080mJ的点火能量，启动的点火能量，启动时应能产生大于时应能产生大于100mJ的点火能量。的点火能量。 首先发动机的点火时刻应满足发动首先发动机的点火时刻应满足发动机工作循环的要求；其次可燃混合气在机工作循环的要求；其次可燃混合气在汽缸内从开始
7、点火到完全燃烧需要一定汽缸内从开始点火到完全燃烧需要一定的时间（千分之几秒），所以要使发动的时间（千分之几秒），所以要使发动机产生最大的功率，就不应在压缩行程机产生最大的功率，就不应在压缩行程终了（上止点）点火，而应适当地提前终了（上止点）点火，而应适当地提前一个角度。一个角度。 这样当活塞到达上止点时，混合气这样当活塞到达上止点时，混合气已经接近充分燃烧，发动机才能发出最已经接近充分燃烧，发动机才能发出最大功率。大功率。 微机控制点火系统主要由凸轮轴位置传感器微机控制点火系统主要由凸轮轴位置传感器 （CPS）、曲轴位置传感器（）、曲轴位置传感器（CPS）、空气流量传）、空气流量传感器（感器（
8、AFS）、节气门位置传感器（）、节气门位置传感器（TPS）、冷却）、冷却液温度传感器（液温度传感器（CTS）、进气温度传感器（）、进气温度传感器（IATS）、）、车速传感器（车速传感器（VSS）、爆燃传感器（）、爆燃传感器（KS）、各种控）、各种控制开关、电控单元（制开关、电控单元（ECU）、点火控制模块、点火）、点火控制模块、点火线圈、火花塞等组成。线圈、火花塞等组成。 桑塔纳桑塔纳2000GSi、3000型轿车微机控型轿车微机控制点火系统的组成如图制点火系统的组成如图3-2所示。所示。G40凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器 G70空气流量传感器空气流量传感器 G62冷却液温度传感器冷却液温
9、度传感器G72进气温度传感器进气温度传感器 G69节气门位置传感器节气门位置传感器 F60怠速触点开关怠速触点开关G61、G66爆燃传感器爆燃传感器 G28曲轴位置传感器曲轴位置传感器 J220ECU N152点火控制组件点火控制组件N122点火控制器点火控制器 N128、N点火线圈点火线圈 Q火花塞火花塞图图3-2 桑塔纳桑塔纳2000Gsi、3000型轿车微机控制点火系统的组成型轿车微机控制点火系统的组成 传感器用来检测与点火有关的发动机工传感器用来检测与点火有关的发动机工作和状况信息，并将检测结果输入作和状况信息，并将检测结果输入ECU，作，作为计算和控制点火时刻的依据。为计算和控制点火
10、时刻的依据。 虽然各型汽车采用的传感器的类型、虽然各型汽车采用的传感器的类型、数量、结构及安装位置不尽相同，但是其数量、结构及安装位置不尽相同，但是其作用都大同小异，而且这些传感器大多与作用都大同小异，而且这些传感器大多与燃油喷射系统、怠速控制系统等共用。燃油喷射系统、怠速控制系统等共用。 检测发动机爆燃的方法有检测发动机爆燃的方法有3种：一是种：一是检测发动机燃烧室的压力变化；二是检检测发动机燃烧室的压力变化；二是检测发动机缸体的振动频率；三是检测混测发动机缸体的振动频率；三是检测混合气燃烧的噪声。合气燃烧的噪声。 通过直接检测燃烧室压力变化来检通过直接检测燃烧室压力变化来检测发动机振动的测
11、量精度高，但传感器测发动机振动的测量精度高，但传感器安装复杂且耐久性差，一般用于测量仪安装复杂且耐久性差，一般用于测量仪器。器。 测量混合气燃烧噪声的方法为非接触测量混合气燃烧噪声的方法为非接触式检测，其耐久性好但测量精度与灵敏度式检测，其耐久性好但测量精度与灵敏度较低，实际应用很少。较低，实际应用很少。 实际应用的压力检测传感器均为间接实际应用的压力检测传感器均为间接测量式，通过检测发动机缸体振动频率来测量式，通过检测发动机缸体振动频率来检测爆燃的优点是测量灵敏度高、传感器检测爆燃的优点是测量灵敏度高、传感器安装方便且输出电压变化大，因此现代汽安装方便且输出电压变化大，因此现代汽车工业广泛采
12、用该种检测方法。车工业广泛采用该种检测方法。 这种爆燃传感器安装在发动机上，这种爆燃传感器安装在发动机上，将发动机振动频率转换成电压信号，然将发动机振动频率转换成电压信号，然后输送给后输送给ECU，以检测发动机爆燃的强，以检测发动机爆燃的强度。度。 当发动机的爆燃强度与设定值相同当发动机的爆燃强度与设定值相同时，爆燃传感器输出最大的电压信号，时，爆燃传感器输出最大的电压信号，以表示发动机由于爆燃而产生使机体异以表示发动机由于爆燃而产生使机体异常的振动频率。常的振动频率。 图图3-3、图、图3-4所示分别为应用较早的所示分别为应用较早的磁致伸缩式爆燃传感器的外形与结构图，磁致伸缩式爆燃传感器的外
13、形与结构图，其内部有永久磁铁、靠永久磁铁激磁的强其内部有永久磁铁、靠永久磁铁激磁的强磁性铁心以及铁心周围的线圈。磁性铁心以及铁心周围的线圈。图图3-3 磁致伸缩式爆燃传感器的外形与结构磁致伸缩式爆燃传感器的外形与结构1绕组绕组 2铁心铁心 3外壳外壳 4永久磁铁永久磁铁 图图3-4 磁致伸缩式爆燃传感器的组成磁致伸缩式爆燃传感器的组成1软磁套软磁套 2端子端子 3弹簧弹簧 4外壳外壳 5永久磁铁永久磁铁6绕组绕组 7磁致伸缩杆磁致伸缩杆 8电绝缘体电绝缘体 其工作原理是：当发动机的汽缸体其工作原理是：当发动机的汽缸体出现振动时，该传感器在出现振动时，该传感器在7kHz左右处与左右处与发动机产生
14、共振，强磁性材料铁心的导发动机产生共振，强磁性材料铁心的导磁率发生变化，致使永久磁铁穿心的磁磁率发生变化，致使永久磁铁穿心的磁通密度也变化，从而在铁心周围的绕组通密度也变化，从而在铁心周围的绕组中产生感应电动势，并将这一电信号输中产生感应电动势，并将这一电信号输入入ECU。 非共振型压电式爆燃传感器以接收非共振型压电式爆燃传感器以接收加速度信号的形式，来判别爆燃是否产加速度信号的形式，来判别爆燃是否产生。生。 传感器结构如图传感器结构如图3-5所示。所示。图图3-5 非共振型压电式爆燃传感器非共振型压电式爆燃传感器1压电元件压电元件 2惯性配重惯性配重 3信号输出线信号输出线 4爆燃压力波爆燃
15、压力波 此种形式的爆燃传感器利用产生爆此种形式的爆燃传感器利用产生爆燃时的发动机振动频率，与传感器本身燃时的发动机振动频率，与传感器本身的固有频率相符合，而产生共振现象，的固有频率相符合，而产生共振现象，用以检测爆燃是否发生。用以检测爆燃是否发生。 该传感器在爆燃时的输出电压比无该传感器在爆燃时的输出电压比无爆燃时的输出电压高得多，因此无需使爆燃时的输出电压高得多，因此无需使用滤波器，即可判别有无爆燃产生。用滤波器，即可判别有无爆燃产生。 图图3-7所示为共振型压电式爆燃传感所示为共振型压电式爆燃传感器的结构，压电元件紧密地贴合在振荡器的结构，压电元件紧密地贴合在振荡片上。片上。 振荡片则固定
16、在传感器的基座上。振荡片则固定在传感器的基座上。 振荡片随发动机振动而振荡，波及振荡片随发动机振动而振荡，波及压电元件，使其变形而产生电压信号。压电元件，使其变形而产生电压信号。 当发动机爆燃时的振动频率与振荡当发动机爆燃时的振动频率与振荡片的固有频率相符合时，振荡片产生共片的固有频率相符合时，振荡片产生共振，此时压电元件将产生最大的电压信振，此时压电元件将产生最大的电压信号。号。图图3-6 非共振型压电式爆燃传感器输出电压与频率的关系非共振型压电式爆燃传感器输出电压与频率的关系图图3-7 共振型压电式爆燃传感器共振型压电式爆燃传感器l压电元件压电元件 2振荡片振荡片 3基座基座 4O形密封圈
17、形密封圈 5连接器连接器 6接头接头 7密封剂密封剂 8壳体壳体 9引线引线 现代汽车发动机大多数采用集中控制系现代汽车发动机大多数采用集中控制系统，微机控制点火系统是其子系统，统，微机控制点火系统是其子系统，ECU不不仅是燃油喷射控制系统的控制核心，也是点仅是燃油喷射控制系统的控制核心，也是点火控制系统的控制核心。火控制系统的控制核心。 在在ECU的只读存储器（的只读存储器（ROM）中，）中，除存储有监控和自检等程序之外，还存除存储有监控和自检等程序之外，还存储有由台架试验测定的该型发动机在各储有由台架试验测定的该型发动机在各种工况下的最佳点火提前角。种工况下的最佳点火提前角。 随机存储器（
18、随机存储器（RAM）用来存储微机）用来存储微机工作时暂时需要存储的数据，如输入工作时暂时需要存储的数据，如输入/输输出数据、单片机运算得出的结果、故障出数据、单片机运算得出的结果、故障代码、点火提前角修正数据等。代码、点火提前角修正数据等。 这些数据根据需要可随时调用或被这些数据根据需要可随时调用或被新的数据改写。新的数据改写。 CPU不断接收上述各种传感器发送不断接收上述各种传感器发送来的信号，并按预先编制的程序进行计来的信号，并按预先编制的程序进行计算和判断，向点火控制器发出接通与切算和判断，向点火控制器发出接通与切断点火线圈初级电路的控制信号。断点火线圈初级电路的控制信号。 点火控制器又
19、称为点火电子组件或点火控制器又称为点火电子组件或点火器，是微机控制点火系统的功率输点火器，是微机控制点火系统的功率输出级，它接收出级，它接收ECU输出的点火控制信号输出的点火控制信号并进行功率放大，以便驱动点火线圈工并进行功率放大，以便驱动点火线圈工作。作。1微机控制点火系统的控制原理微机控制点火系统的控制原理 微机控制点火系统的控制原理如图微机控制点火系统的控制原理如图3-8所示，曲轴位置传感器（所示，曲轴位置传感器（CPS）向）向ECU提提供发动机转速、曲轴转角信号，转速信号供发动机转速、曲轴转角信号，转速信号用于计算确定点火提前角，转角信号用于用于计算确定点火提前角，转角信号用于控制点火
20、时刻（点火提前角）。控制点火时刻（点火提前角）。 空气流量传感器（空气流量传感器（AFS）和节气门）和节气门位置传感器（位置传感器（TPS）向）向ECU提供发动机提供发动机负荷信号，用于计算确定点火提前角。负荷信号，用于计算确定点火提前角。 冷却液温度信号冷却液温度信号CTS、进气温度信、进气温度信号号IATS、车速信号、车速信号VSS、空调开关信号、空调开关信号A/C以及爆燃传感器（以及爆燃传感器（KS）信号等，用）信号等，用于修正点火提前角。于修正点火提前角。图图3-8 微机控制点火系统的控制原理微机控制点火系统的控制原理 汽油发动机的可燃混合气在汽缸内燃汽油发动机的可燃混合气在汽缸内燃烧
21、不是瞬时完成的，需要先经诱导期，然烧不是瞬时完成的，需要先经诱导期，然后才能进入猛烈的明显燃烧期。后才能进入猛烈的明显燃烧期。 因此，要使发动机发出最大的功率，因此，要使发动机发出最大的功率，混合气不应在压缩冲程上止点处点火，而混合气不应在压缩冲程上止点处点火，而应适当地提早一些。应适当地提早一些。 通常把发动机发出功率最大和油耗最通常把发动机发出功率最大和油耗最少的点火提前角称为最佳点火提前角。少的点火提前角称为最佳点火提前角。 点火提前角大小直接影响发动机的输点火提前角大小直接影响发动机的输出功率、油耗、排放等。出功率、油耗、排放等。 发动机工况不同，需要的最佳点火提发动机工况不同，需要的
22、最佳点火提前角也不相同，怠速时的最佳点火提前角前角也不相同，怠速时的最佳点火提前角是为了使怠速运转平稳、降低有害气体排是为了使怠速运转平稳、降低有害气体排放量和减少燃油消耗量；部分负荷时的最放量和减少燃油消耗量；部分负荷时的最佳点火提前角是为了减少燃油消耗量和有佳点火提前角是为了减少燃油消耗量和有害气体排放量，提高经济性和排放性能；害气体排放量，提高经济性和排放性能；大负荷时的最佳点火提前角是为了增大输大负荷时的最佳点火提前角是为了增大输出转矩，提高动力性能。出转矩，提高动力性能。 微机控制的点火提前角由汽车启动微机控制的点火提前角由汽车启动时的初始点火提前角和启动后的基本点时的初始点火提前角
23、和启动后的基本点火提前角与修正点火提前角火提前角与修正点火提前角3部分组成。部分组成。（1）启动时点火提前角的控制）启动时点火提前角的控制 发动机启动时，由于转速变化大，发动机启动时，由于转速变化大，进气管绝对压力传感器信号或空气流量进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号不稳定，计信号不稳定，ECU无法正确计算点火无法正确计算点火提前角。提前角。 而是而是ECU根据转速信号和启动开关信号，参根据转速信号和启动开关信号，参照内存储的初始点火提前角（设定值）对点火提照内存储的初始点火提前角（设定值）对点火提前角进行控制，一般设定值为上止点前前角进行控制，一般设定值为上止点前10左右左右（因发动机
24、型号而异）。（因发动机型号而异）。 启动后点火提前角由基本点火提前角启动后点火提前角由基本点火提前角和修正角（或修正系数）组成。和修正角（或修正系数）组成。 基本点火提前角。发动机设计的最佳基基本点火提前角。发动机设计的最佳基本点火提前角的数据存储在发动机本点火提前角的数据存储在发动机ECU的的存储器中。存储器中。 发动机运行时，发动机发动机运行时，发动机ECU根据各根据各种传感器的输入信号，在存储器中查找种传感器的输入信号，在存储器中查找到这一工况条件下运转时相应的基本点到这一工况条件下运转时相应的基本点火提前角。火提前角。a怠速工况时基本点火提前角的确定。怠速工况时基本点火提前角的确定。
25、ECU根据节气门位置传感器信号（根据节气门位置传感器信号（IDL信信号）、发动机转速传感器信号（号）、发动机转速传感器信号（Ne信号）和空信号）和空调开关信号（调开关信号（A/C信号）来确定，如图信号）来确定，如图3-9所示。所示。图图3-9 怠速时基本点火提前角的确定怠速时基本点火提前角的确定b其他工况下基本点火提前角的确定。其他工况下基本点火提前角的确定。 ECU根据发动机的转速和负荷对照根据发动机的转速和负荷对照存储器中存储的基本点火提前角控制模存储器中存储的基本点火提前角控制模型来确定，如图型来确定，如图3-10所示。所示。图图3-10 基本点火提前角控制模型基本点火提前角控制模型 点
26、火提前角的修正。点火提前角的修正。a冷却液温度修正。为了改善发动机的冷却液温度修正。为了改善发动机的驾驶性能，发动机冷车刚启动后，冷却液驾驶性能，发动机冷车刚启动后，冷却液温度还比较低，混合气燃烧的速度也比较温度还比较低，混合气燃烧的速度也比较慢，发生爆燃的可能性比较小，此时应适慢，发生爆燃的可能性比较小，此时应适当地增大点火提前角。暖机过程中，随着当地增大点火提前角。暖机过程中，随着冷却液温度的升高，点火提前角应逐渐减冷却液温度的升高，点火提前角应逐渐减小，如图小，如图3-11（a）所示。）所示。图图3-11 点火提前角与冷却液温度信号的关系点火提前角与冷却液温度信号的关系 发动机处于部分负
27、荷运行（如节气发动机处于部分负荷运行（如节气门位置传感器的怠速触点断开），当冷门位置传感器的怠速触点断开），当冷却液温度过高时，为了避免爆燃，可将却液温度过高时，为了避免爆燃，可将点火提前角推迟，如图点火提前角推迟，如图3-11（c）所示。）所示。 发动机处于怠速工况（如节气门位发动机处于怠速工况（如节气门位置传感器怠速触点闭合），当冷却液温置传感器怠速触点闭合），当冷却液温度过高时，为避免发动机长时间过热，度过高时，为避免发动机长时间过热，应将点火提前角增大，以此来提高发动应将点火提前角增大，以此来提高发动机的怠速转速，从而提高水泵和冷却风机的怠速转速，从而提高水泵和冷却风扇的转速，增强制冷
28、效果，降低发动机扇的转速，增强制冷效果，降低发动机的温度。的温度。 过热修正曲线如图过热修正曲线如图3-11（b）所示。）所示。b怠速稳定性修正。怠速运行期间，发动怠速稳定性修正。怠速运行期间，发动机负荷变化时发动机转速也会发生改变，为机负荷变化时发动机转速也会发生改变，为使发动机在规定的怠速下稳定运转，需要对使发动机在规定的怠速下稳定运转，需要对点火提前角进行修正。点火提前角进行修正。c喷油量修正。装有氧传感器和闭环控制喷油量修正。装有氧传感器和闭环控制程序的电子燃油控制系统中，发动机程序的电子燃油控制系统中，发动机ECU根据氧传感器的反馈信号对空燃比进行修根据氧传感器的反馈信号对空燃比进行
29、修正。随着修正喷油量的增加和减少，发动正。随着修正喷油量的增加和减少，发动机的转速会在一定范围内波动。机的转速会在一定范围内波动。 在喷油量减少时，混合气变稀，发动机在喷油量减少时，混合气变稀，发动机转速相应降低，为了提高怠速的稳定性，点转速相应降低，为了提高怠速的稳定性，点火提前角应适当地增加；反之，点火提前角火提前角应适当地增加；反之，点火提前角应适当地减小，如图应适当地减小，如图3-13所示。所示。图图3-12 怠速稳定性修正怠速稳定性修正 图图3-13 点火提前角随喷油量的变化关系点火提前角随喷油量的变化关系 微机控制点火系统的控制过程可分微机控制点火系统的控制过程可分为点火提前角控制
30、和点火导通角控制两为点火提前角控制和点火导通角控制两种。种。 发动机工作时任何工况都需要一个发动机工作时任何工况都需要一个点火提前角，最佳的点火提前角是保证点火提前角，最佳的点火提前角是保证发动机的动力性、燃油经济性和排放性发动机的动力性、燃油经济性和排放性最佳的前提。最佳的前提。 当点火提前角过大时，会造成缸内最当点火提前角过大时，会造成缸内最高压力升高，爆燃倾向大。高压力升高，爆燃倾向大。 当点火提前角过小时，燃烧最高压力当点火提前角过小时，燃烧最高压力和温度下降，传热损失增多，排气温度升和温度下降，传热损失增多，排气温度升高。高。 所以，为了保证发动机每一工况下点所以，为了保证发动机每一
31、工况下点火角为最佳，即在最高压力出现在上止点火角为最佳，即在最高压力出现在上止点后后1015曲轴转角时进行点火，必须曲轴转角时进行点火，必须通过电控方式来实现。通过电控方式来实现。 通电时间控制的必要性。当点火线圈通电时间控制的必要性。当点火线圈的初级电路被接通后，其初级电流按指的初级电路被接通后，其初级电流按指数规律增长，通电时间长短决定初级电数规律增长，通电时间长短决定初级电流的大小。当初级电流达到饱和时，若流的大小。当初级电流达到饱和时，若初级电路被断开，此瞬间初级电流达到初级电路被断开，此瞬间初级电流达到最大值（即断开电流），会感应次级电最大值（即断开电流），会感应次级电压达到最大值。
32、压达到最大值。 次级电压的升高，会使火花塞点火次级电压的升高，会使火花塞点火能力增强，所以在发动机工作时，必须能力增强，所以在发动机工作时，必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间。时间。 但如果通电时间过长，点火线圈又但如果通电时间过长，点火线圈又会发热并增大电能消耗。会发热并增大电能消耗。 所以，通电时间过长过短，都会给所以，通电时间过长过短，都会给点火系统带来不利，为了保证点火线圈点火系统带来不利，为了保证点火线圈工作性能，必须对初级电路的通电时间工作性能，必须对初级电路的通电时间进行控制。进行控制。 通电时间的控制。在现代电控点火系通电时间的控制。在
33、现代电控点火系统中，通过凸轮轴与曲轴位置传感器把统中，通过凸轮轴与曲轴位置传感器把发动机工作信号输入发动机工作信号输入ECU，ECU根据存根据存储在内部的闭合角（通电时间）控制模储在内部的闭合角（通电时间）控制模型（见图型（见图3-14），控制点火线圈初级电），控制点火线圈初级电路的通电时间。路的通电时间。图图3-14 闭合角（通电时间）控制模型闭合角（通电时间）控制模型 发动机工作时，发动机工作时，ECU根据发动机转速根据发动机转速信号（信号（Ne信号）和电源电压信号确定最佳信号）和电源电压信号确定最佳的闭合角（通电时间），并向点火器输出的闭合角（通电时间），并向点火器输出指令信号（指令信号
34、（IGt信号），以控制点火器中信号），以控制点火器中晶体管的导通时间，并随发动机转速提高晶体管的导通时间，并随发动机转速提高和电源电压下降，使闭合角（通电时间）和电源电压下降，使闭合角（通电时间）增长。增长。 有分电器微机控制点火系统的组成有分电器微机控制点火系统的组成如图如图3-15所示。所示。图图3-15 有分电器微机控制点火系统的组成有分电器微机控制点火系统的组成 发动机工作时，发动机工作时，ECU根据各传感器信根据各传感器信号确定某缸点火时，向点火器发出指令信号确定某缸点火时，向点火器发出指令信号，点火器控制点火线圈内初级电路通电号，点火器控制点火线圈内初级电路通电或断电。或断电。 当
35、点火线圈中的初级电路断电时，次当点火线圈中的初级电路断电时，次级线圈产生的高压电输送给分电器，分电级线圈产生的高压电输送给分电器，分电器按照发动机的点火顺序，依次将高压电器按照发动机的点火顺序，依次将高压电输送给各缸火花塞，火花塞跳火，点燃汽输送给各缸火花塞，火花塞跳火，点燃汽缸内的混合气。缸内的混合气。 这种配电方式称分电器配电方式。这种配电方式称分电器配电方式。 有分电器电控点火系统的主要特点有分电器电控点火系统的主要特点是只有是只有1个点火线圈。个点火线圈。 有分电器配电方式存在以下缺点。有分电器配电方式存在以下缺点。 分火头与分电器盖旁电极之间必须保留分火头与分电器盖旁电极之间必须保留
36、一定间隙才能进行高压电分配，因此，必一定间隙才能进行高压电分配，因此，必须损失一部分火花能量，同时也是一个主须损失一部分火花能量，同时也是一个主要的无线电干扰源。要的无线电干扰源。 为了抑制无线电的干扰信号，高压线采为了抑制无线电的干扰信号，高压线采用了高阻抗电缆，也要消耗一部分能量。用了高阻抗电缆，也要消耗一部分能量。 分火头、分电器盖或高压导线漏电时，分火头、分电器盖或高压导线漏电时，会导致高压电火花减弱、缺火或断火。会导致高压电火花减弱、缺火或断火。 曲轴位置传感器转子由分电器轴驱动，曲轴位置传感器转子由分电器轴驱动，旋转机构的机械磨损会影响点火时刻的控旋转机构的机械磨损会影响点火时刻的
37、控制精度。制精度。 分电器安装的位置和占据的空间，会分电器安装的位置和占据的空间，会给发动机的结构布置和汽车的外形设计造给发动机的结构布置和汽车的外形设计造成一定的困难。成一定的困难。 无分电器微机控制点火系统是指在无分电器微机控制点火系统是指在点火控制器控制下，点火线圈的高压电点火控制器控制下，点火线圈的高压电按照一定的点火顺序，直接加到火花塞按照一定的点火顺序，直接加到火花塞上的点火方式，如图上的点火方式，如图3-16所示。所示。图图3-16 无分电器微机控制点火系统的组成无分电器微机控制点火系统的组成 常用无分电器微机控制点火系统可常用无分电器微机控制点火系统可分为双缸同时点火和各缸单独
38、点火两种分为双缸同时点火和各缸单独点火两种配电方式。配电方式。（1）双缸同时点火的控制）双缸同时点火的控制 双缸同时点火是指点火线圈每产生双缸同时点火是指点火线圈每产生一次高压电，都使两个汽缸的火花塞同一次高压电，都使两个汽缸的火花塞同时跳火。时跳火。 次级绕组产生的高压电将直接加在次级绕组产生的高压电将直接加在两个汽缸（四缸发动机的两个汽缸（四缸发动机的1、4缸或缸或2、3缸；六缸发动机的缸；六缸发动机的1、6缸、缸、2、5缸或缸或3、4缸）的火花塞电极上跳火。缸）的火花塞电极上跳火。 双缸同时点火时，一个汽缸处于压缩行双缸同时点火时，一个汽缸处于压缩行程末期，是有效点火，另一个汽缸处于排气
39、程末期，是有效点火，另一个汽缸处于排气行程末期，缸内温度较高而压力很低，火花行程末期，缸内温度较高而压力很低，火花塞电极间隙的击穿电压很低，对有效点火汽塞电极间隙的击穿电压很低，对有效点火汽缸火花塞的击穿电压和火花放电能量影响很缸火花塞的击穿电压和火花放电能量影响很小，是无效点火。小，是无效点火。 曲轴旋转一转后，两缸所处行程恰曲轴旋转一转后，两缸所处行程恰好相反。好相反。 双缸同时点火时，高压电的分配方双缸同时点火时，高压电的分配方式又分为二极管分配和点火线圈分配两式又分为二极管分配和点火线圈分配两种。种。 二极管分配高压电式。利用二极管分二极管分配高压电式。利用二极管分配高压电的双缸同时点
40、火电路原理如图配高压电的双缸同时点火电路原理如图3-17所示。点火线圈由两个初级绕组和所示。点火线圈由两个初级绕组和一个次级绕组构成，次级绕组的两端通一个次级绕组构成，次级绕组的两端通过过4只高压二极管与火花塞构成回路。只高压二极管与火花塞构成回路。4只二极管有内装式（安装在点火线圈内只二极管有内装式（安装在点火线圈内部）和外装式两种。部）和外装式两种。 对于点火顺序为对于点火顺序为1342的发动的发动机，机，1、4缸为一组，缸为一组，2、3缸为另一组（缸为另一组（1缸、缸、2缸、缸、3缸、缸、4缸所对应的二极管分别缸所对应的二极管分别是是VD1、VD2、VD3、VD4）。）。 点火控制器中的
41、两只功率三极管分点火控制器中的两只功率三极管分别控制一个初级绕组，两只功率三极管别控制一个初级绕组，两只功率三极管由由ECU按点火顺序交替控制其导通与截按点火顺序交替控制其导通与截止。止。图图3-17 二极管分配高压电的点火控制方式二极管分配高压电的点火控制方式 点火线圈分配高压电式。利用点火线圈点火线圈分配高压电式。利用点火线圈直接分配高压电的同时点火电路原理如图直接分配高压电的同时点火电路原理如图3-18所示，桑塔纳所示，桑塔纳2000GSi、3000型，捷达型，捷达AT、GTX型和奥迪型和奥迪200型轿车点火系统采型轿车点火系统采用了这种配电方式。用了这种配电方式。图图3-18 点火线圈
42、分配高压电双缸同时点火方式点火线圈分配高压电双缸同时点火方式 点火线圈组件由两个（四缸发动机）或点火线圈组件由两个（四缸发动机）或3个个（六缸发动机）独立的点火线圈组成，每个点（六缸发动机）独立的点火线圈组成，每个点火线圈供给成对的两个火花塞工作（四缸发动火线圈供给成对的两个火花塞工作（四缸发动机的机的1、4缸和缸和2、3缸分别共用一个点火线圈，缸分别共用一个点火线圈，六缸发动机的六缸发动机的1、6缸、缸、2、5缸和缸和3、4缸分别共缸分别共用一个点火线圈）。用一个点火线圈）。 点火控制组件中设有与点火线圈数点火控制组件中设有与点火线圈数量相等的功率三极管，分别控制一个点量相等的功率三极管，分
43、别控制一个点火线圈工作。火线圈工作。 点火控制器根据点火控制器根据ECU输出的点火控输出的点火控制信号，按点火顺序轮流触发功率三极制信号，按点火顺序轮流触发功率三极管导通与截止，从而控制每个点火线圈管导通与截止，从而控制每个点火线圈轮流产生高压电，再通过高压线直接输轮流产生高压电，再通过高压线直接输送到成对的两缸火花塞电极间隙上跳火送到成对的两缸火花塞电极间隙上跳火点燃可燃混合气。点燃可燃混合气。 点火系统采用单独点火方式时，每一点火系统采用单独点火方式时，每一个汽缸都配有一个点火线圈，并安装在火个汽缸都配有一个点火线圈，并安装在火花塞上方。花塞上方。 在点火控制器中，设置有与点火线圈在点火控
44、制器中，设置有与点火线圈相同数目的大功率三极管，分别控制每个相同数目的大功率三极管，分别控制每个线圈次级绕组电流的接通与切断，其工作线圈次级绕组电流的接通与切断，其工作原理与同时点火方式相同。原理与同时点火方式相同。 单独点火的优点是省去了高压线，点火单独点火的优点是省去了高压线，点火能量损耗进一步减少；此外，所有高压部件能量损耗进一步减少；此外，所有高压部件都可以安装在发动机的汽缸盖上的金属屏蔽都可以安装在发动机的汽缸盖上的金属屏蔽罩内，点火系统对无线电的干扰可大幅度降罩内，点火系统对无线电的干扰可大幅度降低。低。 各缸单独点火控制方式如图各缸单独点火控制方式如图3-19所示。所示。图图3-
45、19 各缸单独点火控制方式各缸单独点火控制方式1点火控制器点火控制器 2点火线圈点火线圈 3火花塞火花塞 发动机工作时，燃料燃烧的火焰在传发动机工作时，燃料燃烧的火焰在传播的过程中，会使未燃混合气进一步受到播的过程中，会使未燃混合气进一步受到压缩和热辐射的作用。压缩和热辐射的作用。 如果在火焰前锋尚未到达之前，末端如果在火焰前锋尚未到达之前，末端混合气已经自燃，则这部分混合气燃烧速混合气已经自燃，则这部分混合气燃烧速度极快，火焰速度可达每秒百米甚至数百度极快，火焰速度可达每秒百米甚至数百米以上，使燃烧室内的局部压力、温度很米以上，使燃烧室内的局部压力、温度很高，并伴随有冲击波。高，并伴随有冲击
46、波。 压力冲击波反复撞击缸壁，发出尖压力冲击波反复撞击缸壁，发出尖锐的敲缸声，这种现象称为爆燃，是一锐的敲缸声，这种现象称为爆燃，是一种不正常燃烧。种不正常燃烧。 轻微时，可使发动机功率上升，油轻微时，可使发动机功率上升，油耗下降；严重时，汽缸内发出特别尖锐耗下降；严重时，汽缸内发出特别尖锐的金属敲击声，且会导致冷却液过热，的金属敲击声，且会导致冷却液过热，功率下降，耗油率上升。功率下降，耗油率上升。 所以，应对爆燃加以控制。所以，应对爆燃加以控制。 汽油发动机获得最大功率和最佳燃汽油发动机获得最大功率和最佳燃油经济性的有效方法之一是增大点火提油经济性的有效方法之一是增大点火提前角，但是点火提
47、前角过大又会引起发前角，但是点火提前角过大又会引起发动机爆燃。动机爆燃。 在采用闭环控制的发动机电子控制在采用闭环控制的发动机电子控制系统中，当发动机产生爆燃时，电控系系统中，当发动机产生爆燃时，电控系统就能够通过调整点火时刻（点火提前统就能够通过调整点火时刻（点火提前角）来有效地抑制和消除发动机爆燃。角）来有效地抑制和消除发动机爆燃。 爆燃传感器是发动机闭环控制系统中爆燃传感器是发动机闭环控制系统中的重要部件，其功能是将发动机爆燃信号的重要部件，其功能是将发动机爆燃信号转换为电信号传递给电控单元，电控单元转换为电信号传递给电控单元，电控单元根据爆燃信号随时对点火时刻进行修正，根据爆燃信号随时
48、对点火时刻进行修正，使点火提前角保持在最佳状态。使点火提前角保持在最佳状态。 要消除爆燃，通常可以采用抗爆性要消除爆燃，通常可以采用抗爆性能好的燃料、改进燃烧室结构、加强冷能好的燃料、改进燃烧室结构、加强冷却液循环、推迟点火时间等方法。却液循环、推迟点火时间等方法。 特别是推迟点火时间对消除爆燃有特别是推迟点火时间对消除爆燃有明显的作用。明显的作用。 点火提前角越大，越容易产生爆燃。点火提前角越大，越容易产生爆燃。 试验证明，发动机发出最大扭矩的点试验证明，发动机发出最大扭矩的点火时刻是在发动机即将产生爆燃的点火时火时刻是在发动机即将产生爆燃的点火时刻附近。刻附近。 通常情况下，爆燃传感器安装
49、在发动通常情况下，爆燃传感器安装在发动机的缸体上，根据发动机产生的各种不同机的缸体上，根据发动机产生的各种不同的振荡频率的振动，而产生不同的电压信的振荡频率的振动，而产生不同的电压信号。号。 当发动机发生爆燃时，爆燃传感器的当发动机发生爆燃时，爆燃传感器的感应性能最好，产生最大的电压信号，其感应性能最好，产生最大的电压信号，其输出电压特性如图输出电压特性如图3-20（a）所示。）所示。图图3-20 爆燃信号的确定爆燃信号的确定1无爆燃电压波无爆燃电压波 2产生爆燃电压波产生爆燃电压波 3爆燃识别区间爆燃识别区间 4爆燃确定基准爆燃确定基准 5爆燃传感器输出信号爆燃传感器输出信号 图图3-21
50、爆燃传感器信号处理电路爆燃传感器信号处理电路1火花塞火花塞 2滤波电路滤波电路 3峰值检测电路峰值检测电路 4与基准值比较电路与基准值比较电路 5爆燃判断电路爆燃判断电路 6微处理器微处理器 在电控点火系统中，爆燃传感器信在电控点火系统中，爆燃传感器信号输入给号输入给ECU，ECU经过分析，判定有经过分析，判定有无发生爆燃及爆燃的强度，并根据其判无发生爆燃及爆燃的强度，并根据其判定结果对点火提前角进行反馈控制，可定结果对点火提前角进行反馈控制，可以使发动机处于爆燃的边缘工作，既能以使发动机处于爆燃的边缘工作，既能防止爆燃发生，又能有效地提高发动机防止爆燃发生，又能有效地提高发动机动力性和经济性