發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的控制思路

1、發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的控制思路一、點(diǎn)火提前角控制（1）點(diǎn)火提前角的控制方法（a）點(diǎn)火提前角控制方法概述ECU根據(jù)汽油機(jī)的各種工況信號對點(diǎn)火時(shí)刻控制。根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣壓力信號從存貯器數(shù)據(jù)找到相應(yīng)的基本點(diǎn)火提前角，根據(jù)有關(guān)傳感器信號值加于修正，得出實(shí)際點(diǎn)火提前角。初始點(diǎn)火提前角是指汽油機(jī)在各種工況可能具有的最小提前角。點(diǎn)火定時(shí)控制方法的兩種基本類型：啟動期間的點(diǎn)火時(shí)刻控制；以及實(shí)際點(diǎn)火時(shí)刻修正點(diǎn)火提前角基本點(diǎn)火提前角初始點(diǎn)火提前角正常運(yùn)行期間的點(diǎn)火時(shí)刻控制。（b）啟動點(diǎn)火定時(shí)控制備用電路控制在啟動期間，當(dāng)汽油機(jī)轉(zhuǎn)速在規(guī)定轉(zhuǎn)速（500轉(zhuǎn)/分）以下時(shí)，由于進(jìn)氣歧管壓力或進(jìn)氣量信號不穩(wěn)定，點(diǎn)火時(shí)刻固定為

2、初始點(diǎn)火提前角。這一提前角由ECU中的備用電路控制，不需計(jì)算處理。根據(jù)水溫控制如日產(chǎn)汽車的ECCS系統(tǒng)當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在100轉(zhuǎn)/分以下超低速運(yùn)行時(shí)，把從點(diǎn)火至活塞到達(dá)上止點(diǎn)的時(shí)間定為常量；轉(zhuǎn)速大于一百時(shí)，根據(jù)水溫選擇最佳點(diǎn)火提前角。其中，在零攝氏度以下時(shí)應(yīng)特別加大點(diǎn)火提前角。（c）正常運(yùn)行期間的點(diǎn)火時(shí)刻控制發(fā)動機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，ECU根據(jù)進(jìn)氣歧管壓力和轉(zhuǎn)速確定基本點(diǎn)火提前角，然后根據(jù)其它相關(guān)信號來修正。 基本點(diǎn)火提前角怠速觸點(diǎn)斷開 ：ECU接收如下信號：進(jìn)氣歧管壓力 或進(jìn) 氣量 信號； 汽油機(jī)轉(zhuǎn)速信號；節(jié)氣門 位置 信號；燃油選擇開關(guān)；爆 震信號。怠速 觸點(diǎn)斷開，發(fā)動機(jī)處于正常工況運(yùn)行，ECU根據(jù)

3、存儲器的數(shù)據(jù)確定基本點(diǎn)火提前角。具有爆震控制功能的系統(tǒng)，在 ECU中裝有專門用于爆震控制的點(diǎn)火時(shí)刻控制數(shù)據(jù)。怠速觸點(diǎn)閉合：ECU接收的信號有：節(jié)門位置信號；汽油機(jī)轉(zhuǎn)速；空調(diào)信號。怠速觸點(diǎn)閉合，怠速工況運(yùn)轉(zhuǎn)，ECU根據(jù)汽油機(jī)與空調(diào)開關(guān)的接通確定基本點(diǎn)火提前角；空調(diào)開關(guān)接通，由于怠速旁通氣量和 噴油增加，點(diǎn)火提前角增大。怠速工況基本點(diǎn)火提前角如圖影響點(diǎn)火提前角的主要因素1、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速提高后，在給定的時(shí)間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過的角度會更大，而燃燒速度在相對低的轉(zhuǎn)速下是不會跟隨變化的，如果想使燃燒在上止點(diǎn)后(ATDC)10°15°左右完成，那么必須使點(diǎn)火時(shí)刻提前。如發(fā)動機(jī)在850r

4、min的怠速時(shí)，點(diǎn)火提前角為6°12°，而轉(zhuǎn)速增加到4000rmin時(shí)，點(diǎn)火提前角增大到28°。但當(dāng)轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加時(shí)，由于混合氣壓力與溫度的提高及進(jìn)氣擾流的增強(qiáng)，會使燃燒速度加快，為避免發(fā)生爆燃，最佳點(diǎn)火提前角的增加速度就要適當(dāng)減慢。2、發(fā)動機(jī)負(fù)荷 在輕載和節(jié)氣門部分開度時(shí)，進(jìn)氣管內(nèi)的真空度較高，吸進(jìn)進(jìn)氣管和汽缸內(nèi)的空燃混合氣的數(shù)量少。這些稀薄的混合氣在壓縮終了的壓力較低，燃燒速度較慢，為了在上止點(diǎn)后(ATDC)10°15°左右完成燃燒，點(diǎn)火時(shí)刻必須提前。 在大負(fù)荷時(shí)，節(jié)氣門全開，大量的空燃混合氣被吸入汽缸，并且進(jìn)氣管的真空度低，這就會導(dǎo)致燃燒壓

5、力增高，燃燒速度加快。在這樣的情況下，必須推遲點(diǎn)火提前角，以防止氣體在上止點(diǎn)后(ATDC)10°15°以前全部燃燒完畢。3、辛烷值 汽油的辛烷值越高，抗爆性越好，點(diǎn)火提前角可適當(dāng)增大；辛烷值越低，抗爆性越差，點(diǎn)火提前角則應(yīng)相應(yīng)減小，否則容易產(chǎn)生爆燃。修正點(diǎn)火提前角1、暖機(jī)修正 發(fā)動機(jī)冷機(jī)起動后，冷卻液溫度較低且汽油霧化不良，此時(shí)應(yīng)增大點(diǎn)火提前角。在暖機(jī)過程中，隨冷卻液溫度的升高，點(diǎn)火提前角修正值逐漸減小。修正值的變化規(guī)律及大小隨發(fā)動機(jī)暖機(jī)修正的主要控制信號如：冷卻液溫度信號、空氣流量信號、節(jié)氣門位置信號等有關(guān)。2、怠速穩(wěn)定性修正 發(fā)動機(jī)在怠速工況運(yùn)行時(shí)，由于負(fù)荷變化使發(fā)動機(jī)

6、轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，電控單元要調(diào)整點(diǎn)火提前角，使發(fā)動機(jī)在規(guī)定的怠速轉(zhuǎn)速內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。發(fā)動機(jī)處于怠速工況時(shí)，電控單元不斷地計(jì)算發(fā)動機(jī)的平均轉(zhuǎn)速，當(dāng)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速低于規(guī)定的怠速轉(zhuǎn)速時(shí)，電控單元根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速與目標(biāo)轉(zhuǎn)速差值的大小相應(yīng)地增大點(diǎn)火提前角；當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高于目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)，則減小點(diǎn)火提前角。調(diào)節(jié)范圍一般在±20r/min。怠速穩(wěn)定性修正的控制信號主要有：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號、節(jié)氣門位置信號、車速信號和空調(diào)信號等。 3、空燃比反饋修正 現(xiàn)在的發(fā)動機(jī)都裝有氧傳感器，ECU根據(jù)氧傳感器的反饋出來的電信號對空燃比進(jìn)行修正。隨著修正噴油量的增加或減少，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)波動。為了提高怠速的穩(wěn)定性，在反饋修正油

7、量減少時(shí)，點(diǎn)火提前角會適當(dāng)?shù)卦黾??？杖急确答佇拚目刂菩盘栔饕校貉鮽鞲衅餍盘枴⒐?jié)氣門位置信號、冷卻液溫度信號、車速信號等。4、過熱修正 發(fā)動機(jī)處于正常運(yùn)行工況時(shí)(怠速觸點(diǎn)斷開)，如果冷卻液溫度過高，很可能造成發(fā)動機(jī)爆燃，此時(shí)應(yīng)將點(diǎn)火提前角適當(dāng)推遲。而在發(fā)動機(jī)處于怠速工況時(shí)(怠速觸點(diǎn)閉合)，若冷卻液溫度過高，為了避免發(fā)動機(jī)長時(shí)間過熱，應(yīng)將點(diǎn)火提前角增大（提高發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速）。過熱時(shí)修正的主要控制信號有：冷卻液溫度信號、節(jié)氣門位置信號等。點(diǎn)火導(dǎo)通角的控制思路點(diǎn)火線圈的通電時(shí)間是以建立磁場形式蓄積點(diǎn)火能量的時(shí)間，對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為閉合角；通電時(shí)間控制的原則是在不影響火花放電的前提下，在保證點(diǎn)火線圈有足

8、夠時(shí)間蓄積能量下而不造成過熱損失和破壞；蓄電池電壓變化影響點(diǎn)火線圈磁場建立。電壓下降，通電時(shí)間加長，關(guān)系如圖。爆震的控制思路爆震控制系統(tǒng)的任務(wù)發(fā)動機(jī)如較長時(shí)間工作在爆燃狀態(tài)下，會導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p壞。爆震控制可防止因爆震導(dǎo)致的損壞，即使在不利的條件下 盡可能利用低等級燃油并考慮發(fā)動機(jī)的各個(gè)工況來提高經(jīng)濟(jì)性 鑒于燃油可利用性的邏輯優(yōu)點(diǎn) 在整個(gè)大負(fù)荷區(qū)，具有低消耗、高扭矩輸出。爆震控制系統(tǒng)的功能當(dāng)出現(xiàn)爆震，點(diǎn)火滯后會持續(xù)幾個(gè)工作循環(huán)，然后再逐漸恢復(fù)到原來的點(diǎn)火時(shí)刻?？梢詫Ω鳉飧捉M獨(dú)立地進(jìn)行點(diǎn)火滯后調(diào)整 (有選擇性地氣缸組調(diào)整)。1、爆震定義 汽油發(fā)動機(jī)利用火花塞提供電火花將混合氣點(diǎn)燃，火焰在混合氣不斷傳播

9、完成燃燒過程；期間如果某種原因?qū)е聣毫ι撸恍┎课换旌蠚猓┒嘶旌蠚猓┎坏然鹧鎮(zhèn)鞯?，就自行燃燒，造成瞬時(shí)爆發(fā)燃燒。2、爆震危害破壞燃燒室壁的激冷層，導(dǎo)致 散熱量增加，發(fā)動機(jī)各部分溫度上升，結(jié)果功率 下降，嚴(yán)重時(shí)活塞燒結(jié)，活塞環(huán)粘著，軸承破壞，氣門燒蝕。 爆震與點(diǎn)火時(shí)刻的關(guān)系1爆震區(qū)域 2有爆震控制 3- 無爆震控制 4安全余量5最大扭矩提前角(MBT)3、爆振傳感器爆震傳感器：安裝在缸體上專門檢測發(fā)動機(jī)的爆燃狀況，提供給ECU根據(jù)信號調(diào)整點(diǎn)火提前角。壓力傳感器主要用于檢測氣缸負(fù)壓、大氣壓、渦輪發(fā)動機(jī)的升壓比、氣缸內(nèi)壓、油壓等。吸氣負(fù)壓式傳感器主要用于吸氣壓、負(fù)壓、油壓檢測。汽車用壓力傳感器應(yīng)

10、用較多的有電容式、壓阻式、差動變壓器式（LVDT）、表面彈性波式（SAW）。 溫度傳感器主要用于檢測發(fā)動機(jī)溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度用傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點(diǎn)，其應(yīng)用場合也略有區(qū)別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應(yīng)特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性差，適應(yīng)溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。爆振傳感器的作用是對發(fā)動機(jī)的氣缸壓力或其他能對發(fā)動機(jī)爆振做出判斷的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測，并將信號送入發(fā)動機(jī)ECU。常見的爆振傳感器有兩種，磁

11、致伸縮式爆振傳感器，壓電式爆振傳感器。a磁致伸縮式爆震傳感器：利用 磁致伸縮效應(yīng)的加速度計(jì)。爆震使傳感器在特定的頻率產(chǎn)生異常高輸出電壓，把這個(gè)異常信號分離出來作為爆震信號。磁致伸縮式爆振傳感器的外形與結(jié)構(gòu) 磁致伸縮式爆振傳感成b、壓電式爆震傳感器：利用結(jié)晶和陶瓷多晶體的壓電效應(yīng)，或利用摻硅壓敏電阻效應(yīng)等原理。分為共振型和非共振型。共振型是自振頻率與爆震頻率相同的振子和能夠檢測振子振動壓力并將其轉(zhuǎn)換為電信號壓電元件構(gòu)成。非共振爆震傳感器利用壓電元件直接檢測爆震信號。 壓電式爆震傳感器如圖所示，1、6電氣接頭 2配重；3壓電元件 4外殼 5、8安裝部螺紋 7壓電元件4、爆震控制原理點(diǎn)火過早時(shí)，由于

12、上止點(diǎn)附近的壓力升高率迅速增大，使末端混合氣的壓力顯著上升，因而爆震容易發(fā)生；相反，推遲點(diǎn)火則可以減輕甚至避免爆震。爆震控制的目的就是根據(jù)爆震傳感器的信號調(diào)整點(diǎn)火時(shí)刻使汽油發(fā)動機(jī)工作在臨界爆震狀態(tài)。爆振控制系統(tǒng)組成 如圖爆振控制系統(tǒng)組成硬件調(diào)整的三種方法(a)緩慢推遲，緩慢提前：每當(dāng)判定發(fā)生爆震時(shí)，慢慢推遲點(diǎn)火，一步步減少修正量；利弊：爆震會持續(xù)一段時(shí)間。 (b)急速推遲，緩慢提前：一收到爆震的 判斷信號 ，迅速大幅度推遲點(diǎn)火，再慢慢恢復(fù)到原來的點(diǎn)火時(shí)間；利弊：立刻制止爆燃的優(yōu)點(diǎn)，推遲點(diǎn)火持續(xù)時(shí)間較長，會導(dǎo)致油耗增加。(c)急速推遲，急速提前：每當(dāng)判定發(fā)生爆震時(shí)，大幅度推遲點(diǎn)火，而且快速恢復(fù)。

13、利弊：立刻制止爆燃，因點(diǎn)火時(shí)間的變動大，有時(shí)會引起扭矩波動。 硬件調(diào)整的三種方法如圖所示，其中：1-爆震判斷信號；2-點(diǎn)火提前角延遲量。軟件調(diào)整利用控制點(diǎn)火時(shí)刻公式中的一個(gè)修正項(xiàng)。檢測到爆震，把點(diǎn)火時(shí)刻修正項(xiàng)變?yōu)闇笾?，并以固定的角度逐步推遲點(diǎn)火；當(dāng)爆震信號削除，以一固定的角度使點(diǎn)火時(shí)刻增加；當(dāng)再出現(xiàn)爆震，點(diǎn)火提前角再次推遲；點(diǎn)火提前角實(shí)行爆震反饋控制，這種調(diào)整過程反復(fù)進(jìn)行，直到穩(wěn)定為止。點(diǎn)火提前 爆震削失 爆震 推遲點(diǎn)火 5、造成爆震的原因一般的爆震是因?yàn)槿紵覂?nèi)油氣點(diǎn)火后，火焰波尚未完全擴(kuò)散，遠(yuǎn)程未燃的油氣即因?yàn)楦邷鼗蚋邏憾匀?，其火焰波與正規(guī)燃燒的火焰波撞擊而產(chǎn)生極大壓力，使得引擎產(chǎn)生不

14、正常的敲擊聲。造成爆震最主要有以下幾點(diǎn)原因：一、點(diǎn)火角過于提前：為了使活塞在壓縮上死點(diǎn)結(jié)束后，一進(jìn)入動力沖程能立即獲得動力，通常都會在活塞達(dá)到上死點(diǎn)前提前點(diǎn)火 (因?yàn)閺狞c(diǎn)火到完全燃燒需要一段時(shí)間)。而過于提早的點(diǎn)火會使得活塞還在壓縮行程時(shí)，大部分油氣已經(jīng)燃燒，此時(shí)未燃燒的油氣會承受極大的壓力自燃，而造成爆震。 二、引擎過度積碳：引擎于燃燒室內(nèi)過度積碳，除了會使壓縮比增大(產(chǎn)生高壓)，也會在積碳表面產(chǎn)生高溫?zé)狳c(diǎn)，使引擎爆震。 三、引擎溫度過高：引擎在太熱的環(huán)境使得進(jìn)氣溫度過高，或是引擎冷卻水循環(huán)不良，都會造成引擎高溫而爆震。四、空燃比不正確：過于稀的燃料空氣混合比，會使得燃燒溫度提升，而燃燒溫度

15、提高會造成引擎溫度提升，當(dāng)然容易爆震。五、燃油辛烷值過低：辛烷值是燃油抗爆震的指標(biāo)，辛烷值越高，抗爆震性越強(qiáng)。壓縮比高的引擎，燃燒室的壓力較高，若是使用抗爆震性低的燃油，則容易發(fā)生爆震。6、爆震的判斷爆震強(qiáng)度的兩種表示方法 （1）用一個(gè)燃燒循環(huán)爆震傳感器輸出信號的最大幅值 表示。幅值越大，爆震越強(qiáng)。（2）用爆震循環(huán)的百分比表示。在 一定數(shù)量的工作循環(huán)中，發(fā)生爆震的循環(huán)所占的百分比越高，爆震越強(qiáng) 。 爆震檢測原理爆震傳感器的輸出信號經(jīng)過放大，濾波處理，由峰值檢測電路將爆震傳感器信號的最大幅值記錄下來，與爆震檢測基準(zhǔn)信號VR比較，如峰值信號大于基準(zhǔn)信號說明發(fā)生爆震。 為防止點(diǎn)火雜波的干擾而產(chǎn)生錯誤

16、的判斷 ，所以規(guī)定爆震檢測區(qū)域?yàn)辄c(diǎn)火上止點(diǎn)后10-90度CA（曲軸轉(zhuǎn)角） 。 基準(zhǔn)信號大小計(jì)算理想的基準(zhǔn)信號VR是發(fā)動機(jī)在爆震臨界狀態(tài)下爆震傳感器的輸出信 號峰值。 VR爆震檢測基準(zhǔn)信號，VM 爆震傳感器信號在檢測區(qū)間的平均，K放大倍數(shù)，VOS 基準(zhǔn)信號的閾值爆震強(qiáng)度越大，傳感器的輸出信號越大，所以傳感器信號的峰值與基準(zhǔn)信號的差越大，說明爆震的強(qiáng)度越大。 爆震檢測方法存在的問題（1）高速時(shí)，不易從背景噪音信號中區(qū)分出爆震；（2）發(fā)動機(jī)存在著制造誤差，因而不同發(fā)動機(jī)存在著不同的檢測基準(zhǔn)。上面的檢測方法確定爆震檢測基準(zhǔn)VR是大量發(fā)動機(jī)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)平均。（3）若確定理想的檢測基準(zhǔn)，就需對每一臺發(fā)動機(jī)做

17、實(shí)驗(yàn)，這是十分困難和昂貴。自動修正檢測基準(zhǔn)爆震檢測方法 爆震傳感器濾波電路峰值檢出比較基準(zhǔn)計(jì)算爆震判定微處理器ECU 爆震判定區(qū)間信號四、恒流控制1基本功能 1）發(fā)動機(jī)工作時(shí)，分電器軸帶動霍爾信號發(fā)生器的觸發(fā)葉輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)觸發(fā)葉輪的葉片進(jìn)入空氣隙時(shí)，信號發(fā)生器輸出高電壓信號1112V，使點(diǎn)火控制器集成電路中末級大功率三極管導(dǎo)通VT，點(diǎn)火系初級電路接通：電源“”點(diǎn)火線圈W1點(diǎn)火控制器（三極管VT）搭鐵。2）當(dāng)觸發(fā)葉輪的葉片離開空氣隙時(shí)，信號發(fā)生器輸出0.30.4V的低電壓信號，使點(diǎn)火器大功率三極管截止，初級電路切斷，次級產(chǎn)生高壓?；魻栯娮狱c(diǎn)火系工作過程葉片位置霍爾電壓信號發(fā)生器輸出信號點(diǎn)火器大功率

18、管 點(diǎn)火線圈初級回路進(jìn)入空氣隙不產(chǎn)生高電位適時(shí)導(dǎo)通接通離開空氣隙產(chǎn)生 低電位截止切斷次級繞組產(chǎn)生高壓。圖5-13 霍爾信號發(fā)生器完成功能時(shí)的波形a) 磁感應(yīng)強(qiáng)度B b) 霍爾電壓UHc) 信號發(fā)生器輸出電壓Ug2限流控制 （恒流控制）為保證發(fā)動機(jī)在各種工況下穩(wěn)定點(diǎn)火，采用高能點(diǎn)火線圈，其初級電路電阻小，電感小，初級電流增長快，電流大，若不控制，點(diǎn)火線圈和點(diǎn)火器會因過熱而損壞。初級電流上升特性見圖4-37。圖4-35 一般型和恒流控制型點(diǎn)火線圈初級電流上升特性控制電路原理圖見圖4-38。圖中VT為點(diǎn)火器末級大功率管，Rs為采樣電阻，IC為點(diǎn)火集成塊。當(dāng)采樣電阻值一定時(shí)，采樣電阻兩端的電壓值與通過點(diǎn)火線圈的初級電流成正比，工作中，采樣電阻壓降值反饋到點(diǎn)火集成塊中的限流控制電路，使限流控制電路工作，從而保持流過點(diǎn)火線圈的初級電流恒定不變。圖4-38 限流控制原理電路基本工作情況：當(dāng)大功率管飽和導(dǎo)通時(shí)，如果初級電流限流值時(shí)，初級電流逐漸增大；當(dāng)初級電流限流值時(shí)，Rs反饋電壓使放大器F輸出端電壓升高，使VT1更加導(dǎo)通，集電極電位下降，VT向截止區(qū)偏移，初級電流下降；當(dāng)初級電流略