汽油機(jī)點火控制

1、第七章汽油機(jī)點火控制二十世紀(jì)70年代，美國GM公司采用了集成電路（IC）點火裝置，高能點火（HEI） 系統(tǒng)，并在分電器內(nèi)裝上點火線圈和點火控制線路，力圖將點火系統(tǒng)做成一體，這種電 路具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、成本低、耗電少、不需冷卻、響應(yīng)性好等特點。后期又采 用數(shù)字式點火時刻控制系統(tǒng)，稱為邁塞（MISAR系統(tǒng)。該系統(tǒng)體積小，由中央處理器 （CPU、存儲器（RAM/ROM和模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器等組成。系統(tǒng)可根據(jù)輸入的冷卻液 溫度、轉(zhuǎn)速和負(fù)荷等信號，計算出最佳點火時刻。美國克萊斯勒公司（Chryslercorporation ）首先創(chuàng)立了模擬計算機(jī)對發(fā)動機(jī)點火時刻進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的點火系統(tǒng)

2、，其點火時刻的調(diào)整是依靠機(jī)械離心式調(diào)節(jié)裝置和真空式調(diào)節(jié)裝置 完成的，由于機(jī)械的滯后、磨損及裝置本身的局限性，故不能保證點火時刻在最佳值。 而用ECU控制的點火系統(tǒng)，則可方便地解決以上問題。因為用微機(jī)可考慮更多的對點火 提前角影響的因素，使發(fā)動機(jī)在各種工況下均能達(dá)到最佳點火時刻，從而提高發(fā)動機(jī)的 動力性、經(jīng)濟(jì)性、改善排放指標(biāo)。ECU控制的點火系統(tǒng)是隨著電子技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起 來的一門新技術(shù)，也是汽車電子化的必然趨勢。第一節(jié)電控點火系統(tǒng)的組成和分類一、電控點火系統(tǒng)的組成與功能ECU控制的點火系統(tǒng)主要有ECU傳感器和點火執(zhí)行器三大部分組成（圖 7-1 ），其 功能如下：1 ） ECU接受各種傳感器送

3、來的信號經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，輸出信號（缸序信號和點火信號）并通過電能輸出級傳到點火執(zhí)行器。2 ）傳感器在點火系中應(yīng)用的傳感器主要有空氣流量計、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣 門位置傳感器、冷卻液溫度傳感器及爆震傳感器等。3 ）點火控制裝置具有缸序判別、閉合角控制、恒流控制、安全信號等電路，其主 要功能是接受ECU發(fā)生的缸別信號（IGdA、IGdB）和點火信號（IGt ）， 驅(qū)動點火線圈工作，并向ECU俞入安全信號（IGf）。圖7-1 ECU控制點火系統(tǒng)的組成簡圖1-傳感器2-ECU 3-點火控制裝置 4-點火線圈二、電控點火系可分為有分電器式和無分電器式兩種型式。1 有分電器式點火控制系統(tǒng)有分電器式點火系

4、統(tǒng)電路如圖7-2所示。圖7-2 有分電器式點火系統(tǒng)電路1-信號發(fā)生器2-ECU 3-點火控制器4-點火線圈5-點火開關(guān)ECU根據(jù)各輸入信號，確定點火時刻，并將點火正時信號IGt送至點火器,當(dāng)IGt信 號變?yōu)榈碗娖綍r，點火線圈一次側(cè)被切斷，二次線圈中感應(yīng)出高壓電，再由分電器送至 相應(yīng)缸火花塞點火。為了產(chǎn)生穩(wěn)定的二次側(cè)電壓和保證系統(tǒng)的可靠工作，在點火器中設(shè)有閉合角控制回路和點火確認(rèn)信號（IGf ）安全保護(hù)電路。2 無分電器的點火控制系統(tǒng)無分電器的點火控制系統(tǒng)有二極管分配式和點火線圈分配式兩大類。（1）二極管分配式 二極管分配式無分電器點火系統(tǒng)采用同時點火方式，工作原 理如圖7-3所示。圖7-3二極

5、管分配式同時點火的無分電器點火系工作原理圖1-1、4缸觸發(fā)信號 2-電子點火控制器 3-控制部分4-穩(wěn)壓器5、8- 一次線圈6-高壓二極管7-二次線圈9-2、3缸觸發(fā)信號點火順序為1-3-4-2的四缸發(fā)動機(jī)，當(dāng)ECU接收到曲軸位置傳感器相應(yīng)信號時，向 點火控制器發(fā)出點火信號，點火控制器的控制回路使VTI截止，一次線圈5中的電流被切斷，在二次線圈中感應(yīng)出下“ +”上“-”的高壓電，經(jīng)4缸和1缸火花塞構(gòu)成回路， 兩個火花塞均跳火，此時1缸接近壓縮終了，混合氣被點燃，而 4缸正在排氣，火花塞 點空火。曲軸轉(zhuǎn)過180。后，ECU接收到傳感器信號后再次向點火控制器發(fā)出觸發(fā)信號， VT2截止，一次線圈8中

6、電流被切斷，二次線圈感應(yīng)出上“ +”下“-”的高壓電，并經(jīng) 2缸和3缸火花塞構(gòu)成回路，同時跳火，此時 3缸點火作功，2缸火花塞點空火。依次 類推，發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)2圈，各缸作功一次。（2）點火線圈分配式 點火線圈分配式無分電器點火系統(tǒng)是將來自點火線圈的高 壓電直接分配給火花塞，有同時點火和單獨點火兩種形式。1 ）同時點火。同時點火即用一個點火線圈對到達(dá)壓縮和排氣上止點的兩個氣缸同 時實施點火，處于壓縮的一缸，混合氣被點燃而作功，正在排氣的另一缸火花塞點空火（圖 7-4 ）。ECU根據(jù)凸輪軸位置傳感器信號，選擇相應(yīng)點火的氣缸，并將點火信號送給點火組 件，使相應(yīng)的晶體管VT截止或?qū)?，點火線圈直接向火

7、花塞輸出高壓電。圖7-4 點火線圈分配式同時點火的無分電器點火系統(tǒng)2 ）單獨點火。單獨點火既為每一個氣缸的火花塞配備一個點火線圈，單獨直接地 對每個氣缸點火（圖7-5 ）。圖7-5單獨點火式無分電器點火系統(tǒng)這種單獨點火系統(tǒng)由于取消了高壓線，能量損失小，效率高，電磁干擾少。第二節(jié)點火提前角和閉合角的控制點火提前角的控制可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種。開環(huán)控制的基本點火提前角是靠預(yù)先在臺架上用實驗方法測得的數(shù)據(jù)來確定的。這些數(shù)據(jù)存入ECU的只讀存儲器ROM中，工作時，ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)的工況來選擇調(diào)取。發(fā)動機(jī)工作時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、進(jìn)氣流量等基本參數(shù)通過相應(yīng)的傳感器 檢測出來，并輸入ECU由E

8、CU從其只讀存儲器ROM中查找相應(yīng)的基本點火提前角（或 由經(jīng)驗式計算得出），再根據(jù)冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度等參數(shù)，對查找出的（或計算出的） 基本點火提前角進(jìn)行修正，得到適應(yīng)當(dāng)前工況的最佳點火提前角，并存入隨機(jī)存儲器RAM 中，然后利用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)角）信號和曲軸位置信號，將最佳點火提前角轉(zhuǎn)換成點 火時刻，即一次側(cè)電流的切斷時刻；ECU還要根據(jù)電源電壓、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等信號，從其 只讀存儲器ROM中選取并換算成適應(yīng)當(dāng)前工況的一次線圈電流導(dǎo)通時間。由ECU以方波 的形式發(fā)出指令，指揮點火控制器或功率三極管，在所確定的時刻導(dǎo)通和切斷點火線圈 中的一次側(cè)電流，使點火系統(tǒng)正常工作。由于開環(huán)控制方式所確定的點火

9、時刻比傳統(tǒng)的機(jī)械式點火正時調(diào)節(jié)裝置所確定的 點火時刻更接近于理想狀態(tài)，因而發(fā)動機(jī)的動力性有不同程度的提高，經(jīng)濟(jì)性也可以提 高3%5%。但是，傳感器工作狀態(tài)的改變會引起開環(huán)控制精度的改變，而且ECU中所存數(shù)據(jù)無法適應(yīng)發(fā)動機(jī)本身制造精度、磨損狀況、使用條件等變化而引起的最佳點火提 前角的變化。隨著使用時間的增加，ECU所存數(shù)據(jù)也會逐漸不能適應(yīng)發(fā)動機(jī)對最佳點火 提前角的要求，造成發(fā)動機(jī)性能逐漸下降，以至 ECU空制點火正時的優(yōu)勢逐漸減退。為 解決上述問題，一些汽車公司正致力于開發(fā)具有自學(xué)習(xí)（或稱自適應(yīng)）功能的智能型ECU 的工作。ECU能夠根據(jù)發(fā)動機(jī)本身制造精度、磨損狀況、使用條件等，對其存儲器中的

10、 數(shù)據(jù)進(jìn)行自動調(diào)整，從而使發(fā)動機(jī)始終處于最佳點火提前角的狀態(tài)下工作。閉環(huán)控制方式是根據(jù)發(fā)動機(jī)實際運行結(jié)果的反饋信息來控制點火提前角的，所以閉環(huán)控制又稱為反饋控制。通常，閉環(huán)控制方式是利用爆震傳感器反饋爆震信號來控制點 火提前角的，有關(guān)內(nèi)容在本章第三節(jié)中介紹。目前廣泛應(yīng)用的電控點火系統(tǒng)，是在開環(huán) 控制方式的基礎(chǔ)上再配以閉環(huán)控制方式的混合控制方式。一、點火提前角的控制影響點火提前角的因素較為復(fù)雜，在電控點火系統(tǒng)中，一般點火提前角有幾部分組 成，即：實際點火提前角=初始點火提前角+基本點火提前角+修正點火提前角（或延遲 角）。初始點火提前角是ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)上止點位置確定的固定點火時刻，其大小隨發(fā)動

11、 機(jī)而異?；军c火提前角是ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號和進(jìn)氣歧管壓力信號（或進(jìn)氣量信 號），在存儲器中查到這一工況下運轉(zhuǎn)時相應(yīng)的點火提前角。修正點火提前角（或延遲 角）是ECU根據(jù)各種傳感器傳來的信號，對點火提前角進(jìn)行修正，使控制更加準(zhǔn)確。點火提前角的控制包括兩種基本情況：起動期間的點火時刻控制，即發(fā)動機(jī)起動 時工況，按固定的曲軸轉(zhuǎn)角位置點火。起動后，發(fā)動機(jī)正常運行時，點火時刻由進(jìn)氣 歧管壓力信號（或進(jìn)氣量信號）和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速確定的基本點火提前角和修正量決定。修 正項目隨發(fā)動機(jī)而異，并根據(jù)發(fā)動機(jī)各自的特性曲線進(jìn)行修正。表7-1為點火提前角的修正項目。表7-1點火提前角的修正項目起動時點火提前角 初始

12、點火提前角點火提前角基本點火提前角起動時點火提前角 修正點火提前角暖機(jī)修正量穩(wěn)定怠速修正量 空燃比反饋修正量 過熱修正量 爆震修正量 最大提前和推遲控制量 其它修正量1 起動工況的點火時刻控制在起動期間，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較低（通常在 500r/min以下），由于進(jìn)氣歧管壓力信號或 進(jìn)氣量信號不穩(wěn)定，一般點火時刻固定在初始點火提前角（數(shù)值大小隨發(fā)動機(jī)而異）。初始點火角由ECU中的備用模塊進(jìn)行設(shè)定。在某些發(fā)動機(jī)中， ECU還需輸入起動信號（STA。起動期間點火時刻控制如圖7-6所示。此時的控制信號主要是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（Ne 信號和起動開關(guān)（STA信號。圖7-6點火時刻控制a）起動期間的點火控制b）正常運行期

13、間的點火控制2 、起動后點火時刻控制（1）基本點火提前角在正常工況下運轉(zhuǎn)時，節(jié)氣門位置傳感器的怠速觸點（IDL）斷開，ECUK據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)確定基本點火提前角，數(shù)據(jù)表格存儲形式如圖7-7所示。圖7-7 點火提前角數(shù)據(jù)表格存儲形式在正常運行工況運行時，控制信號主要有：進(jìn)氣歧管壓力信號（或進(jìn)氣量信號）、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號、節(jié)氣門位置信號、汽油品種選擇開關(guān)或插頭（ RP、爆震信號（KNK 等。在某些發(fā)動機(jī)中，按汽油辛烷值不同，在存儲器中存放著兩張基本點火提前角的數(shù) 據(jù)表格，駕駛員可根據(jù)使用汽油的辛烷值，通過汽油選擇開關(guān)或插頭進(jìn)行選擇。具有爆震控制功能的點火提前角系統(tǒng)（ESA，其ECU中還存有專用于爆震控

14、制點火 時刻的數(shù)據(jù)。在怠速工況下運行時，節(jié)氣門位置傳感器怠速觸點閉合，此時，ECUS據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和空調(diào)開關(guān)是否接通等確定基本點火提前角（圖7-8 ）。圖7-8 怠速工況基本點火提前角在怠速工況運行時，控制信號主要有：節(jié)氣門位置信號（IDL）。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號（Ne 空調(diào)開關(guān)信號（A/ C）。（2）點火提前角的修正1 ）暖機(jī)修正。發(fā)動機(jī)冷車起動后，當(dāng)發(fā)動機(jī)冷卻液溫度較低時，應(yīng)增大點火提前 角，暖機(jī)過程中，隨冷卻液溫度升高，點火提前角的變化如圖7-9所示。修正曲線的形狀與提前角的大小隨車型不同而異。暖機(jī)過程中，控制信號主要有：冷卻液溫度信號（THW、進(jìn)氣歧管壓力（或進(jìn)氣量） 信號、節(jié)氣門位置信號等。

15、圖7-9 暖機(jī)修正曲線2 ）過熱修正。當(dāng)冷卻液溫度過高時,為了避免產(chǎn)生爆震，應(yīng)將點火提前角推遲。發(fā)動機(jī)處于正常運行工況（怠速觸點閉合） 冷卻液溫度過高時，為了避免長時間過熱，應(yīng)將點火提前角增大。過熱修正曲線的變化 趨勢如圖7-10所示。圖7-10 過熱修正曲線過熱修正控制信號主要有：冷卻液溫度信號（THW、節(jié)氣門位置信號（IDL） 3）怠速穩(wěn)定性的修正。發(fā)動機(jī)在怠速運行期間，由于發(fā)動機(jī)負(fù)荷變化使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速改變，ECU要調(diào)整點火提前角，使發(fā)動機(jī)在規(guī)定的怠速轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。怠速運轉(zhuǎn)時，ECU不斷地計算發(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，ECU根據(jù)與怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速差值的大小相應(yīng)地增

16、大點火提前角；反之，則推遲點 火提前角（圖7-11 ）。圖7-11 怠速穩(wěn)定修正怠速穩(wěn)定修正信號主要有：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號（Ne）、節(jié)氣門位置（IDL）、車速（SPD、 空調(diào)信號（A/C）等。4 、最大和最小提前角控制。如果發(fā)動機(jī)實際點火提前角（初始點火提前角+基本點火提前角+修正點火提前或延遲角）不合理，發(fā)動機(jī)很難正常運轉(zhuǎn)。在初始點火提前角 已設(shè)定時，受ECU控制的實際點火提前角則為基本點火提前角與修正點火提前角之和， 該值應(yīng)保證在某一范圍內(nèi)。最大提前角為 35° 45°，最小提前角為-10 ° 0°。二、閉合角的控制閉合角控制電路的作用是：根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速

17、和蓄電池電壓調(diào)節(jié)閉合角，以保證足夠 的點火能量。在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升和蓄電池電壓下降時，閉合角控制電路使閉合角加大， 即延長一次側(cè)電路的通電時間，防止一次側(cè)儲能下降，確保點火能量。在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速下 降和蓄電池電壓較高時，閉合角控制電路使閉合角減小，即縮減一次側(cè)電路的通電時間， 確保一次線圈的安全。（1） ECIM閉合角的控制通常，ECI根據(jù)電源電壓查得導(dǎo)通時間，再根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速換算成曲軸的轉(zhuǎn)角，以確定閉合角的大小。例如，某六缸發(fā)動機(jī)，電源電壓為 12V,若大功率晶體管導(dǎo)通時間為 5ms若發(fā)動 機(jī)轉(zhuǎn)速為2000r/min，則導(dǎo)通5ms相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角為：36002000506060 1000在這種狀況下

18、，大功率晶體管從導(dǎo)通到截止，必須保持60°的曲軸轉(zhuǎn)角，即閉合角 為60°。又因六缸發(fā)動機(jī)的作功間隔為120°，亦即大功率晶體管截止到下一次截止為 120°。大功率晶體管截止時，曲軸的轉(zhuǎn)角為120° -60 °= 60°,那么ECU從大功率晶體管截止開始時計數(shù)60個1°信號，第61個1 °信號起大功率晶體管開始導(dǎo)通，即一 次側(cè)電流開始導(dǎo)通（圖7-12 ）。圖7-12 大功率晶體管導(dǎo)通時間的控制（2）電子點火器中閉合角的控制電子點火器末級大功率晶體三極管的導(dǎo)通時間與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、集成塊工作電壓以及點火線圈的工作

19、特性有關(guān)。例如：桑塔納2000點火電子組件（圖7-13、中閉合角的控制可分成兩部分：第一 部分由L497集成塊（圖7-14）與其腳10上的電容器CT,腳12上的偏流電阻R7組成一 閉合時間基準(zhǔn)定時器。當(dāng)霍耳輸入信號為“+”（脈沖的上升沿）時，CT以一恒定電流I 10充電，其充電電流值一般為：-11 卩 A9.8 卩 A（ Ur=5.3V16V,UhO=0.5V,t = 10mj33mS， 調(diào)節(jié)偏流電阻 R，可調(diào)整110的數(shù)值。CT充電波形見圖6-14所示。第二部分由L497 集成塊與其腳11上的電容器CV腳12上的偏流電阻R7組成閉合時間控制及調(diào)整電路。 必須指出的是，電容器 CW上的電壓取決

20、于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和集成塊的工作電壓值的大小， 若輸入信號為“ +”，CW上的電壓亦為“ +”；若輸入的霍耳信號下跳為“ -”，CW以恒 定的電流111放電，其放電電流值為 05卩AW 111 < 1卩A （圖7-15）。當(dāng)Uio= Un時，便是點火線圈導(dǎo)通的起始點。由于在低速時流過線圈電流時間較長， 為減少大功率管上產(chǎn)生的功率損耗，必須減少導(dǎo)通時的過飽和時間td O圖7-13霍耳電子點火系（點火器內(nèi)裝專用點火集成塊）原理電路圖7-14 L497集成塊引出腳圖7-15 閉合角控制波形（3）1。信號的產(chǎn)生1。信號由曲軸位置傳感器產(chǎn)生。下面介紹磁脈沖式和光電式 曲軸位置傳感器的1°信號產(chǎn)

21、生原理。如圖7-16所示，為安裝于曲軸前端（皮帶輪之后）的盤式磁脈沖傳感器的結(jié)構(gòu)， 主要由信號盤和信號發(fā)生器組成。信號盤隨發(fā)動機(jī)曲軸一同轉(zhuǎn)動，其邊緣有均勻加工的 細(xì)齒，齒與齒的間隔為4o,共有90個齒。另外，信號盤上每隔120o （六缸發(fā)動機(jī)）設(shè) 計一個凸緣，共3個。信號發(fā)生器安裝在信號盤的圓周外側(cè)，其外形為長形盒，四孔插 座作為信號線的連接插孔。信號發(fā)生器內(nèi)有三個永久磁鐵做成的磁頭，磁頭上分別繞有 三組相互獨立的線圈。磁頭、安裝得與信號盤上的細(xì)齒對正，感受信號盤圓周上細(xì) 齒的變化。磁頭與信號盤上的凸緣安裝在同一平面，感受凸緣的變化。圖7-16 磁脈沖式曲軸位置傳感器結(jié)構(gòu)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動時，信號盤上

22、的細(xì)齒和凸緣使磁頭與信號盤之間的磁通發(fā)生變化，在磁 頭上的線圈中便產(chǎn)生與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸位置相關(guān)的周期信號。將這些信號進(jìn)行放大、 濾波和整形后，便可得到標(biāo)準(zhǔn)的矩形波。在磁頭上產(chǎn)生的信號每120o個脈沖。每- 個凸緣位置正好對應(yīng)著六缸發(fā)動機(jī)的兩個氣缸活塞上止點前70。的位置，所以又稱此信號為上止點前70。信號。如圖7-17所示，磁頭、的安裝位置相隔 3o,用于測量曲 軸轉(zhuǎn)角，兩磁頭所感應(yīng)出的信號為同周期的矩形波（相位相差90o）o將這兩路信號進(jìn)行處理，那么，兩信號合成的結(jié)果為一列周期為 1o的脈沖。通過這樣的測量與處理，最終 可以獲得測量精度為1o的發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)角信號。并且可以得到每一時刻曲軸位

23、置相對氣 缸上止點的角度。圖7-17磁脈沖式曲軸位置傳感器1 °信號的產(chǎn)生光電式曲軸位置傳感器一般安裝在分電器內(nèi)（圖7-18a）。它由光電信號發(fā)生器和固定在分電器軸上隨軸轉(zhuǎn)動的帶孔的遮光盤組成。遮光盤（圖 7-18b）上刻有光孔，在其 圓周外圈，均勻地刻有360條縫隙，在內(nèi)圈的圓周上均勻地刻有 6個較寬的縫隙。信號 發(fā)生器固定在分電器殼上，并分作兩部分分別位于遮光盤的上下兩側(cè)。上部裝有兩只發(fā) 光二極管，分別對在遮光盤的兩圈縫隙上，下部分裝有兩只光敏二極管分別與遮光盤上 邊的兩只發(fā)光管對正。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動時，遮光盤隨之而轉(zhuǎn)，當(dāng)遮光盤上的縫隙與光電傳感 器對準(zhǔn)時，光線通過縫隙照在其下邊的光敏

24、二極管上，使光敏二極管導(dǎo)通。當(dāng)光線被遮 光盤擋住時，光敏二極管截止。這樣，在光敏二極管上就會產(chǎn)生一定的電壓信號，將此 信號進(jìn)行放大、處理，即可得到控制點火用的脈沖信號。由外圈一組產(chǎn)生的信號，其周期對應(yīng)于分電器軸轉(zhuǎn)動角度的1o，將此信號進(jìn)行2倍頻，即可獲得對應(yīng)于曲軸轉(zhuǎn)角為1o的信號。內(nèi)圈的一組光電傳感器的信號周期為 60o （分電器軸轉(zhuǎn)角），對應(yīng)于曲軸轉(zhuǎn)角為120。圖7-18C所示為光電式曲軸位置傳感器的 輸出信號波形圖。使用中，將內(nèi)圈信號產(chǎn)生的縫隙固定在發(fā)動機(jī)作功缸的上止點前70o的位置，則此信號即可作為發(fā)動機(jī)各對應(yīng)缸的壓縮上止點參考信號。圖7-18 光電式曲軸位置傳感器1 °信號的

25、產(chǎn)生第三節(jié) 發(fā)動機(jī)爆震的控制閉環(huán)控制所用的反饋信息可以是發(fā)動機(jī)的爆震信號、轉(zhuǎn)速信號或氣缸的壓力信號 等。最常見的是利用發(fā)動機(jī)的爆震信號作為反饋信息，用來控制大負(fù)荷等工況下的點火 提前角；在怠速等工況，則常用發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速信號作為反饋信息，從而盡可能維護(hù)怠速 時穩(wěn)定運轉(zhuǎn)；中等負(fù)荷等工況，則一般采用開環(huán)控制方式，但在此工況下一旦發(fā)生爆震， 又會自動轉(zhuǎn)入利用爆震信號作為反饋信息的閉環(huán)控制方式。利用發(fā)動機(jī)爆震信號作為反饋信息的閉環(huán)控制方式中，爆震傳感器將發(fā)動機(jī)的爆震 狀況反饋給ECU 一旦爆震程度超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，ECU立即發(fā)出點火系統(tǒng)推遲點火；當(dāng) 爆震程度低于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時，ECU又會將點火時刻提前，循環(huán)

26、調(diào)節(jié)點火時刻的結(jié)果，使 發(fā)動機(jī)始終處于臨界爆震的工作狀態(tài)，此工作狀態(tài)與發(fā)動機(jī)的技術(shù)狀況無關(guān)。在此工作 狀態(tài)下，可使發(fā)動機(jī)獲得最大的動力性能，經(jīng)濟(jì)性能也可以得到一定程度的改善。用于檢測爆震信號的傳感器有三類：第一類利用裝于每個氣缸內(nèi)的壓力傳感器檢測 爆震引起的壓力波動；第二類把一個或兩個加速度傳感器裝在發(fā)動機(jī)缸體或進(jìn)氣管上， 檢測爆震引起的振動；第三類對燃燒噪聲進(jìn)行頻譜分析。若用發(fā)生爆震的循環(huán)次數(shù)與實際工作循環(huán)的次數(shù)之比值 （爆震率）來衡量爆震強度， 可以定量地把爆震分為四個等級：爆震率在 5%以下時為微爆震；5%10%為輕爆震; 10%25%為中爆震；25%以上為重爆震。當(dāng)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)1 %5%

27、的輕微爆震時，其動力性、經(jīng)濟(jì)性接近最佳值。閉環(huán)控制方 式即按輕微爆震來確定最佳點火提前角。閉環(huán)控制時，ECU測出的爆震率對點火提前角進(jìn)行調(diào)節(jié)。一定時間內(nèi)無爆震時，就 逐步增大點火提前角，直至發(fā)生輕微爆震；爆震率大于 5%時，又將點火提前角減小， 直至爆震消除。閉環(huán)控制原理如圖 7-19所示。圖7-19 閉環(huán)控制原理框圖ECU對點火提前角的調(diào)節(jié)有快速調(diào)節(jié)法和慢速調(diào)節(jié)法兩種。采用快速調(diào)節(jié)法時，一 旦發(fā)生爆震并需要調(diào)整提前角，則將點火提前角減小一個較大的固定值（5° 10。），使爆震迅速消除。之后，曲軸每轉(zhuǎn)5周20周，就將點火提前角增大1°或0.5 ° （圖7-20）。

28、 采用慢速調(diào)節(jié)法時，則每次將點火提前角減小1°或其它較小值，直至爆震消除或進(jìn)入輕微爆震區(qū)。一定時間內(nèi)無爆震時，則每次將點火提前角增大1°或其它較小值，直至進(jìn)入輕微爆震區(qū)（圖7-21）。慢速調(diào)節(jié)法比快速調(diào)節(jié)法更適合于閉環(huán)控制點火系統(tǒng)，因為它能較好地適應(yīng)發(fā)動機(jī)技術(shù)狀況緩慢的變化。有些系統(tǒng)則每次發(fā)生爆震均對點火提前角 進(jìn)行調(diào)節(jié)，爆震消除一段時間后，點火提前角又逐步增大。對發(fā)動機(jī)點火提前角實施閉環(huán)反饋控制，無需人工調(diào)整點火提前角，同時，可以適 當(dāng)提高發(fā)動機(jī)的壓縮比，進(jìn)一步改善其動力性和經(jīng)濟(jì)性。但排放性能將有一定程度的下 降（主要是N（X排放增多）。圖7-20點火提前角的快速調(diào)節(jié)法圖

29、7-21點火提前角的慢速調(diào)節(jié)法第四節(jié)典型電控點火系一、桑塔納2000GLi型轎車點火系桑塔納2000GLi型轎車采用的是帶分電器電子控制點火系統(tǒng)，它是Motrinic 1.5.4發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)的的一個子系統(tǒng)，特點是將點火系統(tǒng)與汽油噴射系統(tǒng)復(fù)合在一起， 由一個ECU來控制，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。1 點火系的組成ECU控制的點火子系統(tǒng)，主要由點火線圈、分電器、火花塞、帶抗干擾元件的連接 插座、爆震傳感器、點火導(dǎo)線等組成，結(jié)構(gòu)如圖7-22所示。桑塔納采用霍耳式點火信號傳感器，裝在分電器上。分電器用壓板裝在發(fā)動機(jī)缸蓋上， 分電器轉(zhuǎn)子由凸輪軸驅(qū)動。 點火線圈在蓄電池正極處點火開關(guān)的上方，當(dāng)一次側(cè)電流通

30、過時，點火線圈的一次線圈 經(jīng)ECU中的點火晶體管搭鐵，分電器將點火線圈中二次線圈的高壓電分配到各個火花塞 上。圖7-22 桑塔納2000GLi型轎車點火系組成1-點火導(dǎo)線 2-連接插座 3-點火線圈 4-點火線圈插頭5-爆震傳感器6-螺釘7-爆震傳感器插頭 8-火花塞插頭9-火花塞10-分電器壓板緊固螺釘11-分電器壓板12-O型圈13-高壓分電器 14-防塵蓋 15-霍耳傳感器16-分火頭17-分電器蓋 18- 屏蔽罩2 .點火開關(guān)接通時，蓄電池向點火線圈一次線圈供電，分電器軸上的觸發(fā)器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 霍耳傳感器時，產(chǎn)生一個電動勢信號，傳輸給晶體管點火控制裝置。在霍耳傳感器內(nèi)有 放大電路，在點火控

31、制器內(nèi)有按照轉(zhuǎn)速控制導(dǎo)通角的電路和控制一次線圈電壓及保護(hù)一 次線圈的電路，由此實現(xiàn)對一次側(cè)電流的導(dǎo)通與切斷工作，使二次線圈感應(yīng)出幾萬伏滿 足點火要求的電壓，再由分電器通過高壓導(dǎo)線，將高壓電傳給火花塞，點燃?xì)飧字械目?燃混合氣。點火子系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機(jī)溫度、進(jìn)氣溫度、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、蓄電池電壓、 爆震信號并利用ECU中的綜合特性圖，控制點火提前角（點火時刻）、閉合角及爆震, 使之處于最佳狀態(tài)。二、捷達(dá)王轎車點火系的控制1 點火系的組成點火線圈、火花塞、霍耳傳感器、爆震傳感器（兩個）其組成如 圖7-23所示。圖7-23捷達(dá)王點火系的組成1-點火高壓線及抗干擾插頭 2-點火線圈3-固定螺栓4-連接插頭

32、5-蓋6-火花塞7-爆震連接插頭 & 10-爆震傳感器9、13、15-固定螺釘11-爆震連接插頭12-霍耳傳感器連接插頭 14-霍耳傳感器16-墊片17-霍耳傳感器隔板2 點火系的工作原理點火系統(tǒng)為無分電器的電子點火系統(tǒng)，它把點火線圈的二次高壓直接送到火花塞， 所以也稱為電子點火模塊或模塊點火系統(tǒng)。此系統(tǒng)每兩缸配有一個點火線圈，因此四缸 發(fā)動機(jī)需要兩個線圈。二次線圈分別連到兩個火花塞上，每一端連接一個火花塞。兩個 點火線圈分別為1、4缸和3、2缸提供點火所需的高壓電。點火順序為 1-3-4-2?；舳?傳感器和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器提供點火信號，由ECU識別出一缸點火上止點位置，再將這些信號分

33、別供給兩個點火線圈的一次電路。當(dāng)以正常方式切斷一次電路，兩個火花塞都 產(chǎn)生高壓火花，即1、4缸（或3、2缸）同時點火，此時只有一個缸需要點火，另一缸 正開始排氣（此缸的跳火不起作用，也稱為廢火）。對于每個氣缸來說每個工作循環(huán)有 兩次點火。點火時刻由儲存在ECU中的特性曲線計算而得，主要影響因素是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 和空氣流量。ECU同時考慮下述因素：冷卻液溫度、進(jìn)氣溫度、節(jié)氣門位置、怠速開關(guān) 信號、爆震傳感信號、霍耳傳感器信號等。3 豐田汽車公司無分電器點火（DLI）系統(tǒng)豐田汽車公司無分電器點火（DLI）系統(tǒng)屬于點火線圈分配式同時點火的點火系統(tǒng) （圖 7-24）。該系統(tǒng)主要由曲軸位置傳感器、ECU點火

34、器、點火線圈組件、火花塞、高壓線 等組成，其控制原理框圖見圖 7-4 o ECU根據(jù)曲軸位置傳感器所產(chǎn)生的曲軸位置信號， 產(chǎn)生兩組氣缸判定信號IGdA和IGdB;還根據(jù)其它傳感器及開關(guān)信號，確定適合于當(dāng)前 工況的點火提前角，產(chǎn)生點火提前角控制信號IGt ;然后再將IGt信號、IGdA信號及IGdB 信號一起輸向點火器。點火器則根據(jù)接收到的兩組氣缸判定信號，實現(xiàn)點火氣缸的判別； 通過點火器內(nèi)部電路，完成一次電流的導(dǎo)通角控制、恒電流控制、過電壓保護(hù)、停車斷 電保護(hù)等，發(fā)出點火線圈組件中某個點火線圈工作指令；點火器還根據(jù)各點火線圈中一 次感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生點火確認(rèn)信號IGf，并以方波的形式反饋給 EC

35、U以便ECU對點火 系統(tǒng)的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測，同時，點火確認(rèn)信號IGf還向轉(zhuǎn)速表提供轉(zhuǎn)速信號。點火線圈組件中，每個點火線圈分別向兩個氣缸的火花塞同時提供高壓電，使1、6缸（或2、5缸、或3、4缸）同時點火，保證發(fā)動機(jī)各缸按 1-5-3-6-2-4的順序輪流作功。圖7-24 豐田汽車公司無分電器點火系統(tǒng)（DLI）1-火花塞2-點火線圈3-點火器4-ECU 5-曲軸位置傳感器（1 ）曲軸位置傳感器來產(chǎn)生曲軸位置、曲軸轉(zhuǎn)角及曲軸轉(zhuǎn)速信號，使ECU實現(xiàn)對點火系統(tǒng)、汽油噴射系統(tǒng)等的集中控制。 曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)如圖7-25所示，由G、G2信號線圈、G、G2信號轉(zhuǎn)子、Ne信號 線圈、Ne信號轉(zhuǎn)子及永久磁鐵

36、等組成，其中 G、G2信號轉(zhuǎn)子和Ne信號轉(zhuǎn)子共同由發(fā) 動機(jī)的凸輪軸通過專用的轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速為發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速的1/2。G、G2信號轉(zhuǎn)子位于Ne信號轉(zhuǎn)子上部，G、G2信號轉(zhuǎn)子上僅有一個凸齒。與該信號轉(zhuǎn)子對應(yīng)的 G、 G2信號線圈分別設(shè)置于信號轉(zhuǎn)子的兩邊，即兩者互相間隔180。（相當(dāng)于360。曲軸轉(zhuǎn)角）；Ne信號轉(zhuǎn)子上共有24個凸齒。與Ne信號轉(zhuǎn)子對應(yīng)的Ne信號線圈只有一個。圖7-25曲軸位置傳感器結(jié)構(gòu)1-G1信號線圈2-G1、G2信號轉(zhuǎn)子3-G2信號線圈4-Ne信號轉(zhuǎn)子5-Ne信號線圈6-永久磁鐵7-轉(zhuǎn)子軸1） G信號。G信號用來判斷第6缸活塞是否接近壓縮行程上止點，即為曲軸位置信號。G1信號

37、的產(chǎn)生原理如圖7-25所示，兩塊鐵心把永久磁鐵夾在中間，其中一塊鐵 心上繞有G信號線圈，永久磁鐵產(chǎn)生的磁通大部分都要從G信號線圈中通過，其磁回路如圖7-26中虛線所示。G、G2信號轉(zhuǎn)子隨轉(zhuǎn)子軸旋轉(zhuǎn)時，信號轉(zhuǎn)子與鐵心間的空氣 隙會發(fā)生周期性變化，引起磁回路總磁阻的周期性變化，G信號線圈中的磁通量也隨之 周期性變化，在G信號線圈中產(chǎn)生與磁通量變化速率成正比的感應(yīng)電動勢。由圖7-25可以看出，G、G2信號轉(zhuǎn)子上的凸齒接近鐵心時，空氣隙減小，磁回路的磁阻減小，G信號線圈中磁通量增大，因而產(chǎn)生正向感應(yīng)電動勢；G、G2信號轉(zhuǎn)子上的凸齒對正鐵心時，空氣隙最小，磁回路磁阻最小，G信號線圈中磁通量最大，但磁通量

38、的變化速率為 零，因而G信號線圈中的感應(yīng)電動勢為零；當(dāng) G、G2信號轉(zhuǎn)子上的凸齒離開鐵心時， G信號線圈中又產(chǎn)生負(fù)向感應(yīng)電動勢。因此，在G、G2信號轉(zhuǎn)子上的凸齒對正鐵心的附近區(qū)域，G信號線圈中會產(chǎn)生圖7-27所示的感應(yīng)電動勢信號（G1信號）。由于G1、 G2信號轉(zhuǎn)子及G信號線圈與發(fā)動機(jī)曲軸之間的裝配關(guān)系，使該感應(yīng)電動勢信號僅出現(xiàn) 于第6缸壓縮上止點前附近區(qū)域，因而可使 ECU準(zhǔn)確地判斷出曲軸所處的位置。圖7-26 G 1、G2、Ne信號的產(chǎn)生原理1-空氣隙2-鐵心3-G1信號線圈4-永久磁鐵5-轉(zhuǎn)子軸6-磁場回路7-Ne信號線圈8-G1、G2信號轉(zhuǎn)子圖7-27感應(yīng)電動勢信號2）G2信號。G2信

39、號用來判斷第1缸活塞是否接近壓縮行程上止點，該信號也為曲 軸位置信號。G2信號的產(chǎn)生原理及波形同 G信號，只是由于G2信號線圈安裝位置與 G 信號線圈相隔180°，相當(dāng)于360°曲軸轉(zhuǎn)角，因此G2信號線圈中的感應(yīng)電動勢（G2信 號）出現(xiàn)于第1缸壓縮上止點前附近區(qū)域。3 ） Ne信號。由于Ne信號轉(zhuǎn)子上共有24個凸齒，因而Ne信號轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，在 Ne信號線圈中就會產(chǎn)生24個感應(yīng)電動勢信號（Ne信號）。這期間曲軸轉(zhuǎn)過了 720°, 相當(dāng)于曲軸每轉(zhuǎn)30°便產(chǎn)生一個Ne信號。ECU根據(jù)Ne信號，可以準(zhǔn)確掌握曲軸所轉(zhuǎn) 過的角度；根據(jù) Ne 信號出現(xiàn)的頻率，還可以

40、準(zhǔn)確掌握曲軸的轉(zhuǎn)速。因此， Ne 信號又稱 為曲軸轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速信號。（2） 點火系統(tǒng)的控制原理 ECU接收到的G、Q、Ne信號先將其轉(zhuǎn)化為相對應(yīng)的 方波信號，并輸入ECUS行處理。1）點火提前角控制信號IGt的產(chǎn)生。ECU存儲有各工況下最佳點火提前角數(shù)據(jù)及有 關(guān)計算程序，可根據(jù)各傳感器及開關(guān)輸入的信號（包括進(jìn)氣歧管絕對壓力信號、轉(zhuǎn)速信 號、冷卻液溫度信號、節(jié)氣門位置信號、空檔開關(guān)信號、車速信號、起動開關(guān)信號、空 調(diào)開關(guān)信號、爆震傳感器信號等） ，確定適合于當(dāng)前工況的最佳點火提前角，并產(chǎn)生點 火提前角控制信號IGt。產(chǎn)生IGt信號的方法是：在起動等工況下，從 G1信號（或Q 信號）出現(xiàn)后的第一個N

41、e信號開始，先產(chǎn)生一個IGt信號方波，隨后，每出現(xiàn)4個Ne 信號（相當(dāng)于120°曲軸轉(zhuǎn)角），就產(chǎn)生1個IGt信號方波，共產(chǎn)生3個IGt信號方波。 又從 G2 信號（或 G1 信號）出現(xiàn)后的第一個 Ne 信號開始，產(chǎn)個 IGt 信號方波。之后， 每出現(xiàn)4個Ne信號，就產(chǎn)生1個IGt信號方波，共產(chǎn)生3個IGt信號方波。直到下一 次GI信號（或G2信號）重新出現(xiàn)，曲軸共轉(zhuǎn)過 720 °，ECU共產(chǎn)生6個IGt信號方波， 可供 6缸發(fā)動機(jī)完成一個工作循環(huán)點火之用。起動等工況下， IGt 信號輸送給點火器的 點火提前角信息為存儲器中的 Ne信號決定的原始點火提前角，原始點火提前角的大

42、小 不受ECC控制。發(fā)動機(jī)正常工作時，ECU可根據(jù)所確定的最佳點火提前角的大小，將用 上述方法產(chǎn)生的 IGt 信號方波適當(dāng)改變相位后，再輸向點火器，從而實現(xiàn)對點火提前角 的控制。2）氣缸判定信號IGdA和IGdB的產(chǎn)生。IGdA信號的產(chǎn)生：ECU接收到GI信號（或G2信號）后，便產(chǎn)生一個一定寬度的IGdA 信號方波，收到G2信號（或G1信號）后，又產(chǎn)生一個同樣寬度的IGdA信號方波。由 于曲軸每轉(zhuǎn)720°共有兩個G信號（G和G2信號），所以發(fā)動機(jī)每工作循環(huán)內(nèi)，將產(chǎn)生 兩個IGdA信號方波。IGdB信號的產(chǎn)生：IGdA信號產(chǎn)生后，ECU會隨之產(chǎn)生IGdB信號。產(chǎn)生IGdB信號的 方法是

43、：在每個IGdA信號方波的下降沿處，產(chǎn)生IGdB信號方波的上升沿，經(jīng)過一定時 間之后又轉(zhuǎn)變?yōu)橄陆笛?。與IGdA信號一樣，發(fā)動機(jī)每工作循環(huán)內(nèi)，也產(chǎn)生兩個 IGdB信 號方波。不論是IGdA信號還是IGdB信號，信號方波的寬度（以曲軸轉(zhuǎn)角計算）不隨發(fā) 動機(jī)轉(zhuǎn)速而變。3）對點火系統(tǒng)工作的監(jiān)測。ECU除向點火器輸送點火提前角控制信號IGt、氣缸判定信號IGdA和IGdB外，還監(jiān)測由點火器反饋回來的點火確認(rèn)信號IGf，并將IGt信號與 IGf 信號進(jìn)行對比。 一旦發(fā)現(xiàn) IGf 信號與 IGt 信號不一致，即認(rèn)為點火系統(tǒng)出了故障， ECU會將故障編碼后存儲起來，以便檢修時調(diào)取，同時點亮報警指示燈，以提醒駕駛員 系統(tǒng)出了故障。4）1°信號。 Ne 信號轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)子上的 24個凸齒，產(chǎn)生 24個感應(yīng)電動勢 信號，此時曲軸轉(zhuǎn)過了 720°，即曲軸每轉(zhuǎn) 30°產(chǎn)生一個信號，將此信號頻率提高 30 倍，就得到曲軸轉(zhuǎn)角為 1°的脈沖信號。（3） 點火器控制原理調(diào)整 點火器控制電路框圖如圖7-28所示。點火器從ECU接 收到的點火提前角控制信號，氣缸判定信號 IGdA和IGdB （圖7-29 ）。當(dāng)IGdA信號為低 電平、IGdB信號