汽車發(fā)動機點火系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

汽車發(fā)動機點火系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向摘要：本文介紹了汽油發(fā)動機點火系統(tǒng)的基本工作原理。在此基礎(chǔ)上，綜述了現(xiàn)代電子點火系統(tǒng)，尤其是點火能量及點火控制系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢。隨著發(fā)動機向高轉(zhuǎn)速、稀混合氣方向發(fā)展，普通電子點火系統(tǒng)已不能滿足要求，高能微機控制點火系統(tǒng)將成為今后點火系統(tǒng)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：點火系統(tǒng)；電子點火；發(fā)展趨勢；點火系統(tǒng)是汽油發(fā)動機重要的組成部分,對發(fā)動機的性能有著決定性的影響。它的的基本裝置包含了電源、點火系統(tǒng)（電瓶）、點火觸發(fā)裝置、點火正時控制裝置、高壓產(chǎn)生器（高壓線圈）、高壓電分配裝置（分電盤）、高壓導(dǎo)線及火花塞?，F(xiàn)代的點火提前裝置則已改由引擎管理電腦所控制，電腦收集引擎轉(zhuǎn)速、進氣歧管壓力或空氣流量、節(jié)氣門位置、電瓶電壓、水溫、爆震等訊號，算出最佳點火正時提前角度，再發(fā)出點火訊號，達到控制點火正時的目的。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車電子化程度不斷提高,汽車的點火系統(tǒng)已由傳統(tǒng)的蓄電池點火系統(tǒng)發(fā)展到國內(nèi)外廣泛采用的電子點火系統(tǒng)，電子點火系統(tǒng)又稱為半導(dǎo)體點火系統(tǒng)或晶體管點火系統(tǒng)，越來越多的汽車廠家將電子技術(shù)應(yīng)用到了汽車上它的作用是在適當?shù)臅r刻點燃被壓縮的混合氣件并使其燃燒，點火系統(tǒng)的性能良好與否對發(fā)動機的功率、油耗和排氣污染等影響很大．隨著世界汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車點火系統(tǒng)經(jīng)歷了由傳統(tǒng)點火系統(tǒng)到電子點火系統(tǒng)再到計算機控制的點火系統(tǒng)三個階段．最早應(yīng)用于汽車的是傳統(tǒng)點火系，采用機械觸點控制初級電流，當觸點閉合時，點火線圈初級電路接通，儲存能量；當觸點打開時，點火線圈初級電路斷開，在次級線圈中產(chǎn)生高電壓，并經(jīng)分電器加于火花塞，擊穿火花塞，產(chǎn)生電火花點燃混合氣。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、更換方便。缺點是初級電流受機械觸點允許電流限制不能過大，點火能量低；閉合角不能調(diào)整；次級電壓上升速率較慢，在火花塞積炭時形成漏電流，次級電壓下降；機械觸點易燒蝕，凸輪易磨損，工作不可靠；機械調(diào)整裝置調(diào)節(jié)點火提前角，反應(yīng)速度慢，控制精度低。目前，傳統(tǒng)的點火系已經(jīng)淘汰。國內(nèi)汽油發(fā)動機車點火系統(tǒng)中，電子點火系統(tǒng)已占有較大比例，傳統(tǒng)點火系統(tǒng)已處于淘汰的狀況。當前我國點火系統(tǒng)發(fā)展很快，電子點火系統(tǒng)已在微型車及普通型轎車中普及，中、高檔轎車已開始采用計算機控制．計算式控制的點火系統(tǒng)中高壓配電方式是由有分電器式向無分電器式發(fā)展在電子點火系統(tǒng)中，原有的凸輪驅(qū)動被脈沖發(fā)生器所取代，靠磁變化(無觸點)產(chǎn)生電流及電壓脈沖，并通過該系統(tǒng)的電器來觸發(fā)高壓點火脈沖。2.1.2有觸電電子點火系有觸點電子點火系是最早機電相結(jié)合的產(chǎn)品之一，它保留了原分電器中的機械觸點，增加了一個電子驅(qū)動電路，大功率開關(guān)晶體三極管串聯(lián)在點火線圈初級電路中，機械觸點接在三極管的基極電路中。當觸點閉合時，大功率三極管導(dǎo)通，接通初級電路；當觸點打開時，大功率三極管截止，斷開初級電路，次級線圈產(chǎn)生高壓電而點火。其優(yōu)點是：減小了機械觸點的電流，消除了觸點燒蝕現(xiàn)象,并取消了和觸點并聯(lián)的電容器，降低了故障率。缺點是：由于機械觸點的存在，繼承了傳統(tǒng)點火系的缺點，仍然采用機械調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)點火提前角，無閉合角調(diào)節(jié)功能，這些限制了點火性能的提高。2.1.3無觸點普通電子點火系無觸點普通電子點火系主要由點火開關(guān)、點火信號發(fā)生器、點火器、點火線圈、分電器以及火花塞組成。其特點是利用各種無觸點點火信號發(fā)生器來代替上述斷電器觸點產(chǎn)生點火信號。因此，與觸點有關(guān)的各種故障和保修作業(yè)均不復(fù)存在。當發(fā)動機工作時，分電器信號發(fā)生器產(chǎn)生電信號，經(jīng)電子點火組件的放大、整形后，控制末級大功率晶體管的導(dǎo)通與截止，使點火線圈中的初級電流發(fā)生變化，在次級繞組中感應(yīng)出高電壓。由于采用了閉合角和恒流控制，普通電子點火系統(tǒng)的初級電流在發(fā)動機高速或低速時都為一定值，從而在次級繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也為一定值，從而提高了點火性能。另外，從根本上解決了由觸點帶來的問題，使之具有一定的免維修化。該點火系統(tǒng)最大的缺點是點火提前角仍采用傳統(tǒng)的真空和離心機構(gòu)機械控制，點火提前角控制不夠精確。另外，點火觸發(fā)信號仍采用機械控制，點火可靠性仍有待提高。2.1.4微機控制電子點火系上述點火系統(tǒng)均采用機械調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)點火提前角，一方面，機械裝置反應(yīng)慢，實時性差，控制精度低；另一方面，點火提前角不僅與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負載有關(guān)，而且與其它因素有關(guān)，如汽油的抗爆性能、混合氣的空燃比、發(fā)動機工作溫度和進氣終了的壓力等，因而越來越不能滿足現(xiàn)代發(fā)動機的需要。隨著微處理機技術(shù)的發(fā)展，在70年代中期，汽車上開始應(yīng)用微處理機控制點火。微機控制電子點火系的組成如圖2.4所示，它主要由電源、傳感器、電控單元（ECU）、點火控制器、分電器、高壓線、火花塞等組成。該系統(tǒng)根據(jù)各種傳感器檢測發(fā)動機工況信息，由控制單元對點火提前角和閉合角進行精確的控制，點火時機更準確、合理，使發(fā)動機性能更加優(yōu)越。該點火系中的分電器只起到分配高壓電的作用，取消了點火提前角機械調(diào)節(jié)機構(gòu)。微機控制點火系可以實現(xiàn)點火提前角控制、閉合角控制和爆震控制的功能，具有如下特點：1.在各種工況及環(huán)境條件下，均可獲得最佳點火提前角，從而使發(fā)動機在動力性、經(jīng)濟性、排放性及工作穩(wěn)定性等方面均處于最理想的情況。2.在全部工作范圍內(nèi)，均可對點火線圈的導(dǎo)通時間進行控制，從而使線圈中存儲的點火能量保持不變，提高了點火的可靠性，有效地防止了點火線圈過熱，減少了能源消耗。此外，該系統(tǒng)很容易實現(xiàn)在全部工作范圍內(nèi)提供稀薄燃燒所需恒定點火能量的目標。3.通過采用閉環(huán)控制技術(shù)，可使各缸點火提前角控制在剛好不發(fā)生爆震的臨界狀態(tài)，從而獲得較高的燃燒效率，有利于提高發(fā)動機的各種性能汽車工業(yè)的水平，是衡量一個國家工業(yè)化水平高低的一個重要標志．世界汽車工業(yè)正在進行一場新的技術(shù)革命，圍繞環(huán)保節(jié)能、安全、可靠及舒適等性能，各國都制定了長遠發(fā)展規(guī)劃我國“十五”規(guī)劃經(jīng)濟工作重點將發(fā)展汽車工業(yè)放在非常重要的位置。根據(jù)世界汽車工業(yè)新的發(fā)展動向，隨著國家“北京申奧-上海申博”等的成功，以及加人WT0后國際市場的挑戰(zhàn)，迫切要求國內(nèi)企業(yè)快速提高點火系統(tǒng)的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力：通過合資合作，擴大點火系統(tǒng)技術(shù)引進規(guī)模，在合作中求發(fā)展；同時應(yīng)進行企業(yè)重組，擴大點火系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模，克服目前技術(shù)落后，創(chuàng)新能力差、規(guī)模小、效益低的狀況。隨著世界汽車在安全性、舒適性、智能行駛等方面的迅速發(fā)展和新的突破，國內(nèi)企業(yè)特別要注意如下幾個方面的技術(shù)動向，做好相關(guān)的技術(shù)開發(fā)及儲備工作：1.多種能源（燃油、天然氣等）的混合使用，對點火系統(tǒng)可靠性、安全性要求更高；2.42V輸出電系汽車的出現(xiàn)，必須有新的點火系統(tǒng)及其它電子設(shè)備的產(chǎn)生和應(yīng)用；3.由于節(jié)能、環(huán)保等要求的不斷提高，必須有新的點火系統(tǒng)來完成這一艱巨任務(wù)；4.電子及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，新材料的出現(xiàn)，必將不斷產(chǎn)生新的點火系統(tǒng)。根據(jù)我國現(xiàn)有的汽車工業(yè)基礎(chǔ)以及“十五”規(guī)劃汽車產(chǎn)量大幅增長的前景，加大重視開發(fā)和應(yīng)用高性能的汽車發(fā)動機點火系統(tǒng)技術(shù)是完全必要的，只有這樣才能縮短我國與先進國家的差距，取得超速的發(fā)展。綜上所述，隨著微機控制在汽車發(fā)動機點火系統(tǒng)上的應(yīng)用和點火系統(tǒng)控制技術(shù)的日臻成熟，對點火能量進行定性乃至定量研究，總結(jié)出理想的點火能量曲線并進行精確控制的研究就顯得十分必要了；汽車發(fā)動機電子點火系統(tǒng)今后的發(fā)展趨勢及技術(shù)創(chuàng)新可行點如下：1.更為復(fù)雜、精確的微機控制點火系統(tǒng)已成為電子點火系統(tǒng)的發(fā)展要求，同時也對傳感器的開發(fā)提出了更高的要求。2.模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將更多的應(yīng)用于點火系統(tǒng)的研究中，而且今后也將會有新的控制理論出現(xiàn)并在點火系統(tǒng)中應(yīng)用。3.隨著能源問題的日益突出及系統(tǒng)的散熱問題，開發(fā)低耗能電子元件是目前電子點火系統(tǒng)也是汽車電子控制系統(tǒng)急需要解決的問題之一。4.隨著高速稀燃發(fā)動機的發(fā)展應(yīng)用，點火系統(tǒng)將向高能點火方向發(fā)展；精確控制