汽车电子控制系统

汽车电子与维修 2020-06-15 0

5 汽车电子控制系统

点火系作用

对于汽油发动机,吸入气缸内的可燃混合气在压缩终了时由电火花点燃而开始燃烧的,燃烧产生的强大的压力即推动活塞向下运动而作功。为此,在汽油机上设有一套能在气缸内产生电火花的系统,称为点火系。

点火系的作用是将蓄电池或发电机的低压电转变成高压电,再按照发动机的工作顺序适时将高压电分送给要点火气缸的火花塞,产生电火花以点燃可燃混合气。如图5-1所示。

5-1 点火系


5.1.2 点火系的要求

无论是哪一类的点火装置,均有共同的技术性能要求,即应在发动机各种工况和使用条件下保证可靠而准确地点火,为此应满足以下三个方面的要求:

5.1.2.1 能产生足以击穿火花塞间隙的电压

火花塞电极击穿而产生火花时所需要的电压称为击穿电压。点火系产生的次级电压必须高于击穿电压,才能使火花塞跳火。击穿电压的大小受很多因素影响,其中主要有:

1)火花塞电极间隙和形状

火花塞电极的间隙越大,气体中的电子和离子受电场力的作用越小,不易发生碰撞电离,击穿电压就越高;电极的尖端棱角分明,所需的击穿电压低。如图5-2所示。

5-24 火花塞击穿电压与火花塞间隙的关系


2)气缸内混合气体的压力和温度

混合气的压力越大,温度越低,其密度就越大,离子自由运动距离就越短,不易发生碰撞电离,击穿电压就越高,如图5-3所示。

3)电极的温度和极性

5-3 火花塞击穿电压与混合气压力的关系


火花塞电极的温度越高,电极周围的气体密度越小,击穿电压就越低;针状的中心电极为负极且温度较高时,击穿电压就较低。如图5-4所示。

5-4 火花塞击穿电压与火花塞电极的关系


4)发动机的工作情况

①发动机转速

5-5 火花塞击穿电压与发动机转速的关系

1-起动 2-加速 3-最大功率的稳定状态


击穿电压与发动机转速的关系如图5-5所示。发动机高速工作时,气缸内的温度升高,使气缸的充气量减小,致使气缸中压力减小,因而火花塞的击穿电压随转速的升高而降低。发动机在起动和急加速时击穿电压升高,而全负荷且稳定工作状态时击穿电压较低。

②混合气空燃比

如图5-6所示,混合气过稀和过浓时击穿电压都会升高。

5-6 火花塞击穿电压与空燃比的关系


此外,发动机的功率、压缩比以及点火时刻等因素也影响击穿电压的高低。为了保证点火的可靠性,点火系必须有一定的次级电压储备。但过高的次级电压,将造成绝缘困难,使成本提高。

5.1.2.2 火花应具有足够的能量

发动机正常工作时,由于混合气压缩终了的温度接近其自燃温度,仅需要1-5mJ的火花能量。但在混合气过浓或是过稀时,发动机起动、怠速或节气门急剧打开时,则需要较高的火花能量。

5-7 M-20发动机起动所需时间与火花能量的关系


随着现代发动机对经济性和排气净化要求的提高,都迫切需要提高火花能量。因此,为了保证可靠点火,高能电子点火系一般应具有80~100mJ的火花能量,起动时应产生高于100mJ的火花能量,如图5-7所示。

5.1.2.3 点火时刻应适应发动机的工作情况

对于多缸发动机,点火系应按发动机的工作顺序进行点火。通常六缸发动机的点火顺序为1-5-3-6-2-4,四缸发动机的点火顺序为1-3-4-21-2-4-3

此外,对于某一缸而言,电火花产生的时刻应使发动机发出的功率最大、油耗最低、排放污染最小。

点火时刻对发动机性能影响很大,从火花塞点火到气缸内大部分混合气燃烧,并产生高的爆发力需要一定的时间,虽然这段时间很短,但由于曲轴转速很高,在这段时间内,曲轴转过的角度还是较大的。若在压缩上止点点火,则混合气边燃烧,活塞边下移而使气缸容积增大,这将导致燃烧压力低,发动机功率也随之减小。因此要在压缩接近上止点前点火,即点火提前。

从发出电火花开始至活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度。称为点火提前角。

如果点火提前过小,当活塞到达上止点时才点火,则混合气的燃烧主要在活塞下行过程中完成,即燃烧过程在容积增大的情况下进行,使炽热的气体与气缸壁接触的面积增大,因而转变为有效功的热量相对减少,气缸内最高燃烧压力降低,导致发动机过热,功率下降。

如果点火提前过大,由于混合气的燃烧完全在压缩过程进行,当活塞到达上止点之前即达最大,使活塞受到反冲,发动机作负功,不仅使发动机的功率降低,并有可能引起爆燃和运转不平稳现象,加速运动部件和轴承的损坏。

实践证明,燃烧最大压力出现在上止点后10°~15°时,发动机的输出功率最大,此时所对应的点火提前角为最佳点火提前角。

最佳点火提前角影响因素很多,最主要的因素是发动机转速、负荷、冷却液温度及燃油品质等。

当发动机转速一定时,随着负荷的加大,节气门开度增大,进入气缸内的可燃混合气量增多,则压缩终了时混合气的压力和温度增高,同时,残余废气在气缸内所占的比例减小,混合气燃烧速度加快,这时,点火提前角应适当减小。反之,发动机负荷减小时,点火提前角则应适当增大。

当发动机节气门开度一定时,随着转速增高,燃烧过程所占曲轴转角增大,这时,应适当加大点火提前角。即点火提前角应随转速增高适当加大。

汽油的辛烷值越高,抗爆性越好,点火提前角可适当增大,以提高发动机的性能;辛烷值较低的汽油抗爆性差,点火提前角则应减小。

5.1.3 点火系的组成和工作原理

目前汽车上所采作的点火系统大多数为电感储能的点火系统。主要由蓄电池、点火开关、点火线圈、分电器、断电器和火花塞等部件组成。如图5-8所示。

5-8 蓄电池点火系组成


蓄电池为点火系提供电能;点火开关接通或断开点火系系统电源;点火线圈存储点火能量,并将蓄电池电压转变为点火电压。分电器由断电器和点火提前机构组成,断电器的作用是接通或切断点火线圈初级回路;点火提前机构的作用是随发动机转速、负荷和汽油辛烷值变化调节点火提前角。火花塞将点火高压引入气缸燃烧室,并在电极间产生电火花,点燃混合气。

蓄电池点火系的基本工作原理如图5-9所示。

5-9 点火系基本工作原理

a) 初级电路 b) 次级电路

a) b)


如图5-9a所示,触点闭合时,初级电路通电,初级电流从蓄电池的正极经点火开关、点火线圈的初级绕组、断电器触点臂、触点,搭铁流回蓄电池的负极。

初级绕组通电时,其周围产生磁场,且并由于铁芯的作用而加强。当断电器凸轮顶开触点时,初级电路被切断,初级电路电流迅速下降到零,铁芯中的磁通随之迅速衰减以至消失,因而在匝数多,导线细的次极绕组中感应出相当高的次级电压,使火花塞两极之间的间隙被击穿,产生火花。

初级绕组中电流下降的速度愈大,铁芯中磁通的变化就愈大,次级绕组中的感应电压也就愈高。

如图5-9b所示,在断电器触点断分开瞬间,次极电路中分火头恰好与侧电极对准,次级电流从点火线圈的次级绕组,经蓄电池正极、蓄电池,搭铁、火花塞侧电极、火花塞中心电极、高压导线,配电器流回次极绕组。如图所示。

5.1.4 点火系的类型

分类方法不同点火系的类型也不同。点火系常用的分类方法及类型有:

1)按电能的来源分:蓄电池点火系、磁电机点火系。

2)按储能方式分类可分为:电感储能点火系、电容储能点火系统。

电感储能点火系的火花能量以磁场形式储存在点火线圈中,而电容储能点火系统的火花能量以电场的形式储存在专门的储能电容器中。

3)按初级为 电路 的文章" target="_blank">电路控制方式分类:有触点式和无触点式。

有触点式点火系的初级绕组由断电触点控制其接通和断开,点火系工作可靠性差,点火状况受转速、触点技术状况影响较大,需要经常维修、调整。满足不了现代发动机对点火系的要求,正日趋被无触点点火系所取代。

无触点点火系又称电子点火系。其特点是用信号发生器代替了断电器的触点。随着先进的电子技术在点火系中的应用,电子点火系经历了普通电子点火系和微机控制电子点火系阶段。

微机控制电子点火系可根据发动机传感器送来的各种参数进行运算、判断,然后进行点火时刻的调节,使点火时刻总是处于最佳,因而得到了广泛的应用。

4)按高压电的配电方式分类:机械配电点火系(有分电器点火系)和计算机配电点火系(无分电器点火系)。

5.2 普通电子点火系

5.2.1 普通电子点火系的组成

如图5-10所示普通电子点火系主要由蓄电池、点火线圈、分电器、点火器和火花塞等部件组成。

5-10 普通电子点火系


蓄电池或发电机供给点火系统的低压电能,标准电压一般是12V。点火线圈将12V的低压电变成15~20KV的高压电。分电器主要由信号发生器、配电器和点火提前机构组成。信号发生器产生点火的信号。配电器将点火线圈产生的高压电,按照发动机的工作顺序送至各缸的火花塞。点火提前机构随发电机转速、负荷和汽油辛烷值的变化改变点火提前角。点火器将信号发生器产生的信号放大,最后控制大功率三极管的导通与截止,达到控制点火线圈初级电流通断的目的。火花塞将高压电引入燃烧室产生电火花点燃混合气。点火开关控制点火系统初级电路,还可以控制仪表电路和起动继电器电路等。

5.2.2 普通电子点火系的工作原理

普通电子点火系由信号发生器产生触发或控制点火的信号,经过点火器内部的放大等电路,最后控制大功率三极管的导通与截止,来控制点火线圈初级电流的通断,当初级电流被切断时,次级绕组中产生高压,通过配电器送达各缸的火花塞上,点燃可燃混合气。

5.2.3 主要部件的结构和工作原理

5.2.3.1 分电器

分电器形式很多,但结构和工作原理基本相同,均由信号发生器、配电器、离心点火提前装置组成。如图5-11所示。

5-11 分电器组成


1)信号发生器

信号发生器的作用是产生信号电压输送给点火控制器,通过点火控制器来控制点火系的工作。信号发生器按其工作原理不同可分为磁感应式、霍尔式、光电式、电磁震荡式。

磁感应式信号发生器:

磁感应式信号发生器主要包括信号转子、永久磁铁、感应线圈和支座架等。如图5-12所示。

磁感应式信号发生器的工作原理如下:

5-12 磁感应信号发生器的基本结构

1-信号转子 2-永久磁铁 3-铁心 4-磁通 5-传感线圈 6-空气隙


信号发生器的信号转子上有与发动机气缸数相同的凸齿,信号转子转动时,信号转子的凸齿与铁心的空气隙发生变化,则通过传感线圈的磁通发生变化,在传感线圈中便产生感应的交变电动势,该交变电动势输入到点火器可控制点火系统工作。

如图5-13所示为信号转子转动过程中磁通变化的情况。图a)中,转子凸齿与线圈铁心间的气隙最大,线圈中的磁通量最小,磁通变化率

5-13 磁感应信号发生器的工作情况

a) 磁通变化(零) b) 磁通变化(最大) c) 磁通变化(零) d) 磁通变化(最大)


等于0,此时线圈中无感应电动势产生;

当凸齿逐渐接近铁心,线圈中的磁通量增大,凸齿到达图b)所示的位置时,线圈中磁通量增加的速度达到最大,即磁通变化率达到最大,此时,线圈中感应出最大的感应电动势;

转子继续转动,线圈中磁通增加的速度减小,当达到图c)中的位置时,线圈中的磁通量达到最大,但此时的磁通变化率为0,线圈中的感应电动势也等于0

凸齿转过铁心位置后,磁通量逐渐减小,到达图d)位置时,磁通量减小的速度达到最大,又使磁通变化率达到最大值,信号感应线圈中的感应出的反向电动势最大。

信号转子旋转时线圈中磁通量变化情况及所产生的感应电动势情况如图5-14所示。图中的abc4个位置所对应的磁通与上图4点是一一对应关系,ac两点的磁通变化率等于0,所感应的电动势也等于0bd两点的磁通变化率最大,所对应的感应电动势最大。

5-14 传感器中的磁通及感应电动势情况


磁感应式信号发生器的优点是结构简单,能适应各种环境。其缺点是信号电压是随转速的升高而增大,随转速的降低而减小。当发动机转速较低时,信号电压较低,不利于发动机的起动。

霍尔信号发生器:

霍尔信号发生器是利用霍尔效应进行工作的。霍尔效应是美国科学家霍尔在1879年发现的,其基本原理是当电流通过放在磁场中的半导体基片,且电流方向和磁场方向垂直时,在垂直于电流和磁场的半导体基片的横向侧面上产生一个与电流和磁场强度成正比的电压,这个电压称为霍尔电压。如图5-15所示。

5-15 霍尔效应

I-电流 B-磁场 UN-霍尔电压


霍尔信号发生器的结构如图5-16所示。它主要有由与分电器轴制成一体的触发叶轮、霍尔集成电路、带导磁板的永久磁铁及专用插座等组成。

5-16 霍尔信号发生器的结构


触发叶轮上有与发动机气缸数相等的叶片,触发开关板上制有霍尔集成电路及带导磁板的永久磁铁,霍尔集成电路的外层是霍尔元件,同一基板的其它部分制成放大电路。

霍尔信号发生器的工作原理如图5-17所示:分电器轴带动触发叶轮转动,当叶片进入磁铁与霍尔元件之间的空气隙时,磁场被旁路,霍尔元件不产生霍尔电压;当触发叶轮离开空气隙,永久磁铁的磁力线通过霍尔元件而产生霍尔电压。

5-17 霍尔发生器的工作原理

a) 触发叶片进入空气隙 b) 触发叶片离开空气隙

1-触发叶轮的叶片 2-霍尔集成块 3-霍尔传感器 5-导板


霍尔电压的信号较弱(仅为mV级),因此必须对其进行放大。经放大后的信号控制输出端三极管的导通与截止。当霍尔元件不产生霍尔信号时,输出端的三极管处于截止状态,由点火器输入的检测信号处于高电平(接近电源电压,约9V左右);当霍尔元件产生霍尔信号时,输出端的三极管处于导通状态,由点火器输入的检测信号处于低电平(约0.4V左右)。如图5-18所示。

5-18 霍尔集成块电路框图

UH-霍尔电压 Ug-霍尔信号发生器输出信号电压


光电感应式信号发生器:

5-19 光电式信号发生器结构


光电感应式信号发生器的结构如图5-19所示,它主要由发光元件、光敏元件和遮光转子组成。

如图5-20所示。发光元件和光敏元件位置相对,分别位于遮转子的两侧。遮光转子固定在凸轮轴上,与凸轮轴一同旋转。当遮光转

5-20 光电式传感器


子挡住发光元件的光线时,光敏元件截止,控制电路输出低电平。当缝隙对准发光元件与光敏元件时,光线照射到光敏元件上,控制电路输出高电平。凸轮轴转一周,由360条缝隙所控制的电路将输出360个脉冲信号,此信号作为向电脑输入的转速信号。

光电式信号发生器的缺点是抗污染能力差,发光元件和光敏元件受到污染后都会影响信号电压,由此,这种信号发生器远不如前两种信号发生器应用的广泛

2)配电器

配电器装于信号发生器的上部,由分电器盖、分火头组成,如图5-21所示。其作用是将高压电按点火顺序分配至火花塞。

5-21 配电器组成


分电器盖由胶木粉在钢模中热压而成,装于分电器顶端,用两弹性夹卡固。分火头套装在分电器轴的顶端随轴一起旋转,其上有金属导电片。分电器盖的中间有高压线座孔,其内装有带弹簧的碳柱,压在分火头的导电片上。分电器盖的四周有与发动机气缸数相等的旁电极通至盖上的金属套座孔,以安插分缸高压线。分火头旋转时,导电片在距离旁电极0.2~0.8mm间隙处越过,当信号发生器产生点火信号时,高电压自导电片跳至与其相对的旁电极,在经分缸高压线送至火花塞。

高压线有中央高压线和分缸高压线两种。一般为耐压绝缘包层的铜芯线或全塑高压阻尼线。常为竖直排列,也有水平布置,可避免折损,缩短长度,抗高电压,延长寿命。

3)离心调节器

5-22 离心提前机构

1-离心块 2-分电器轴 3-弹簧及支架 4-托板 5-柱销 6-销钉 7-拨板


离心提前器的作用是在转速变化时,利用离心力自动使信号发生器提前产生点火信号来调节点火提前角。其结构如5-22所示。在分电器轴上固定有托板,两个重块分别套在托板的柱销上,重块的另一端由弹簧拉向轴心。信号发生器的转子与拨板一起套在分电器轴上,拨板的两端有长形孔,套于离心块的销钉上。

点火提前角无需调整时,离心调节器处于不工作位置,两离心块在拉簧作用下抱向轴心。当发动机转速升高时,两离心块在离心力作用下向外甩开,离心块上的销钉拨动拨板和信号发生器转子,顺着分电器轴的旋转方向相对于轴转动一个角度,提前产生点火信号,点火提前角增大。转速越高,离心块离心力越大,点火提前角越大。反之,转速降低,点火提前角减小。

4)真空调节器

真空调节器的作用是在发动机负荷变化时,自动调节点火提前角。装于分电器壳体一侧。其结构如5-23所示。在外壳内固定有弹性金属片制成的膜片,膜片中心一侧与拉杆固连,另一侧压有弹簧。拉杆由壳底座孔中伸出,与底板相连,拉动底板带着信号发生器的定子相对于轴产生角位移。

5-23 真空提前机构

a) 节气门开度小 b) 节气门开度大

1-分电器壳体 2-底版 3-信号转子 4-拉杆 5-膜片 6-弹簧 7-真空连接管 8-节气门 9-永久磁铁


当发动机负荷较小时,节气门开度也小,节气门下方及管道的真空度增大,真空吸力吸引膜片压缩弹簧而拱曲,通过拉杆拉动底板带着信号发生器的定子逆着分电器轴旋转方向转动一定角度,提前产生点火信号,于是点火提前角增大。负荷越小,节气门开度也越小,真

空度越高,点火提前角越大,反之,负荷变大则点火提前角减小。

点火线圈

点火线圈的作用是将低压电转变为1500040000伏的高压电,以满足火花塞跳火的需要。

点火线圈按磁路和结构的不同,可分为开磁路和闭磁路两种。开磁路点火线圈多用于传统点火系。而闭磁路点火线圈常用于高能点火电子点火系。

(1) 开磁路点火线圈

开磁路点火线圈的基本结构如5-24所示,主要由铁心、绕组、胶木盖、瓷杯等组成。

其铁心用0.30.5mm厚的硅钢片叠成,铁心上绕有初级绕组和次级绕阻。次级绕阻居内,通常用直径为0.060.10mm的漆包线绕1100026000匝;初级绕阻居外,通常用0.51.0mm的漆包线绕230370匝。次级绕阻的一端连接在盖子高压插孔中的弹簧片上,

5-24 开磁路点火线圈结构示意图

1-瓷杯 2-铁心 3-初级绕组 4-次级绕组 5-铜片 6-外壳 7-“负”接线柱 8-胶木盖 9-高压线插座 10-“正”或“开关”接线柱 11-“开关”接柱 12-附加电阻


另一端与初级绕阻的一端相连;初级绕阻的两端则分别连接在盖子上的低压接线柱上。绕阻与外壳之间装有导磁钢套并填满沥青或变压器油,以减少漏磁、加强绝缘性并防止潮气侵入。

(2)闭磁路点火线圈

闭磁路点火线圈的结构图如图5-25所示。

5-25 闭磁路点火线圈结构

1-“曰”字形铁心 2-初级绕组接柱 3-高压接柱 4-初级绕组 5-次级绕组


传统的开磁路点火线圈中,次级绕组在铁心中的磁通通过导磁钢套构成回路,磁力线的上、下部分从空气中通过,磁路的磁阻大,磁通损失大,转换效率低(约60%);闭磁路点火线圈的铁心是“曰”字形或“口”字形,铁心内绕有初级绕阻,在初级绕组外面绕有次级绕组,其铁心构成闭合磁路,磁路中只设有一个微小的气隙,其磁路如所示 。闭磁路点火线圈漏磁少,磁阻小,能量损失小,变换效率高,可使点火线圈小型化。

4-26 开磁路及闭磁路点火线圈的磁路

a) 开磁路点火线圈的磁路 b) 闭磁路点火线圈的磁路

1-磁力线 2-铁心 3-初级绕组 4-次级绕组 5-导磁钢片 6-空气隙

a) b)


开、闭磁路点火线圈的磁路:如图4-26a所示,当点火线圈的初级绕组通过电流时,铁心磁化后所产生磁场的磁路,闭合的磁力线的上部和下部都是从空气中通过的,铁心未形成闭合的磁路。因此,这种点火线圈称为开磁路点火线圈。如图4-26b所示,为闭磁路点火线圈的磁路,由图可见,点火线圈的磁力线可由铁心构成闭合磁路,因而漏磁少,能量损失小,能量变换效率高。另外,彼此路点火线圈的结构紧凑,体积小,可以直接安装在分电器中,省去了点火线圈到分电器的高压线。基于上述优点,闭磁路点火线圈已在电子点火系中广泛应用。

3)点火线圈的型号

         

1.产品代号 DQ表示点火线圈,DQG表示干式点火线圈,DQD表示电子点火系用点火线圈。

2. 电压等级 112V224V66V

3.用途代号

1—单、双缸发动机 2—四、六缸发动机 3—四、六缸发动机(带附加电阻) 4—六、八缸发动机(带附加电阻)  5—六、八缸发动机 6—八缸以上的发动机  7—无触点分电器 8—高能  9—其他(包括三、五、七缸)

4.设计序号

5.变形代号

火花塞

火花塞安装在燃烧室内,其功用是将高压电引入燃烧室内,在电极间形成火花,以点燃可燃混合气。由于燃烧室中要承受周期性高温、高压以及燃烧产物的强烈腐蚀,其工作条件恶劣,因而对火花塞提出了较高的要求。

1)火花塞的工作条件及要求

混合气燃烧时,火花塞下部将承受高压燃气的冲击,要求火花塞必须有足够的机械强度;

火花塞承受着交变的高电压,要求它应有足够的绝缘强度,能承受30kv高压;

混合气燃烧时,燃烧室内温度很高,可达15002200℃,进气时又突然冷却至5060℃,因此要求火花塞不但耐高温,而且能承受温度剧变,不出现局部过冷或过热;

混合气的燃烧产物很复杂,含有多种活性物质,如臭氧、一氧化碳和氧化硫等,易使电极腐蚀。因此要求火花塞要耐腐蚀;

火花塞的电极间隙影响击穿电压,所以要有合适的电极间隙。火花塞安装位置要合适,以保证有合理的着火点。火花塞气密性应当好,以保证燃烧室不漏气;

2)结构

5-27 火花塞结构


火花塞主要由接触头、瓷绝缘体、中心电极、侧电极和壳体等部分组成,如5-27所示。

在钢质外壳的内部固定有高氧化铝陶瓷绝缘体,在绝缘体中心孔的上部有金属杆,杆的上端有接线螺母,用来接高压导线,下部装有中心电极。金属杆与中心电极之间用导体玻璃密封,铜质垫圈起密封和导热作用。钢质外壳的上部有便于拆装的六角平面,下部有螺纹以便旋装在发动机气缸盖内,外壳下端固定有弯曲的侧电极。

电极一般采用耐高温、耐腐蚀的镍锰合金钢或铬锰氮、钨、镍锰硅等合金制成,也有采用镍包铜材料制成,以提高散热性能。火花塞电极间隙多为0.60.7mm,电子点火其间隙可增大至1.01.2mm

火花塞与气缸盖座孔之间应保证密封,密封方式有平面密封和锥面密封两种。平面密封时,在火花塞与座孔之间应加装铜包石棉垫圈;锥面密封是靠火花塞壳体的锥形面与气缸盖之间相应的锥形面进行密封。

3)火花塞的热特性  

若使火花塞工作性能良好,必须使火花塞保持在适当的温度范围内。火花塞工作过程中,温度过低时,则燃油不完全燃烧所产生的积炭就会沉积在火花塞的陶瓷绝缘体的表面,导致火花塞漏电;温度过高时,火花塞中心电极的温度过高,超过燃油的自燃温度,火花塞不跳火就能将混合气点燃,即混合气的早燃。混合气早燃会造成发动机的输出功率下降,甚至造成活塞顶烧熔。

实践证明,火花塞裙部温度保持在500750℃时,落在电极上的油滴会被立即烧掉,不会形成积炭,也不会产生是炽热点火。

火花塞温度低于450时,则滴在电极的油滴会出现燃烧不完全的现象,则称此温度为火花塞的“自洁温度”;火花塞的温度超过950时,将会引起混合气的“早燃”。因此,火花塞的工作温度应在950以下。

火花塞的工作温度与发动机的功率、转速、压缩比有关,还与火花塞本身的结构有关。就火花塞本身的结构而言,影响火花塞工作温度的主要是陶瓷绝缘体暴露在燃烧室内的部分,通常将这部分称为火花塞的裙部。在相同的工作条件下,火花塞的裙部越长,内径大,受热面积也越大,其吸收的热量多,因此工作温度高。反之,火花塞的裙部短,内径小,受热面积小,因而工作温度低。

火花塞的热特性通常用热值表示。所谓热值是指火花塞散掉所吸热量的程度。我国以火花塞绝缘体

3的长度来标定火花塞的热特性,用阿拉伯数字表示热值的高低,如表所示。

火花塞裙部长度与热值

裙部长度(mm

15.5

13.5

11.5

9.5

7.5

5.5

3.5

热值

3

4

5

6

7

8

9

特性

发动机的技术性能不同,火花塞的工作温度也不同。为保证火花塞工作在正常温度下,对于功率小、转速低、压缩比小的发动机,气缸的工作温度低,应采用热值高的火花塞;而对于功率大、转速高、压缩比大的发动机,气缸内的工作温度高,则应采用热值低的火花塞。

在汽车正常工作期间,如果经常因火花塞积炭而断火,就可能是所用火花塞太“冷”;如果经常发生炽热点火,则可能是所用火花塞太“热”。

4)火花塞类型

为保证火花塞的可靠点火,现代汽车上采用了各种类型的火花塞。

5-28断电触头尖形火花塞


断电触头尖形火花塞: 断电触头尖形火花塞的结构与前述火花塞基本相同,只是中心电极和侧电极都覆盖一层很薄的断电触头薄膜。断电触头薄膜非常耐蚀,大大延长了火花塞的使用寿命。此外,为了改善火花塞的放电性能,此种火花塞中心电极直径减小,电极间隙增大,如图5-28所示。

多极火花塞:多极火花塞的侧电极一般两个以上,其优点是点火可靠,电极间隙不需要经常调整。此类火花塞在一些对点火要求较高的发动机上采用。

突出型火花塞:突出型火花塞的绝缘体裙部较长,突出于壳体端面之上,具有吸收热量大,抗污能力强的优点。工作过程中,直接受到进气的冷却,不易产生炽热点火,热适应范围宽,应用范围较广。

细电极型火花塞:此类火花塞电极极细,其特点是火花强烈,点火能力强,在寒冷条件下也能保证发动机迅速可靠起动,热范围较宽,能满足多种用途。

铜芯电极型:火花塞内部的电极导热性好,热值较普通火花塞提高10%40%,高速时能限制炽热点火。火花塞裙部加长,使热值的下限拓宽,同时也提高了电极的耐油污、抗烧蚀能力。

电阻型:为了抑制点火系对无线电的干扰,在火花塞内装有510KΩ的电阻。

多极火花塞、突出型火花塞、细电极型火花塞、铜芯电极型、电阻型火花塞的结构如图所示。

5-29 不同类型的火花塞

a) 标准型 b) 电极突出型 c) 细电极型 d) 多极型 c) 铜心电阻型 d) 内装电阻型

a) b) c) d) e) f)


沿面跳火型:是一种冷型火花塞,其中心电极与壳体端面间的间隙是同心的,如图所示。此类火花塞必须与点火能量大、电压上升率快的电容放电型点火系配合使用。其特点是可完全避免火花塞的炽热点火,即使在油污的情况下也能正常发火。但可燃混合气不易接近电极,稀混合气情况下,不能充分发挥汽油机的功能。

5-30 沿面跳火型火花塞


5)火花塞的型号

根据ZBT3700389《火花塞产品型号编制方法》的规定,火花塞型号由三部分组成。

第一部分用汉语拼音字母表示火花塞的结构类型和主要尺寸,其字母的含义见表。

火花塞结构类型及主要尺寸

字母

螺纹规格

安装座形式

螺纹高度(mm

六角边距(mm

A

M10×1

平座

12.7

16

C

M14×1.25

平座

12.7

17.5

D

M14×1.25

平座

19

17.5

E

M14×1.25

平座

12.7

20.8

F

M14×1.25

平座

19

20.8

(G)

M14×1.25

平座

9.5

20.8

(H)

M14×1.25

平座

11

20.8

(Z)

M14×1.25

平座

11

19

J

M14×1.25

平座

12.7

16

K

M14×1.25

平座

19

16

L

M14×1.25

矮型平座

9.5

19

(M)

M14×1.25

矮型平座

11

19

N

M14×1.25

矮型平座

7.8

19

P

M14×1.25

锥座

11.2

16

Q

M14×1.25

锥座

17.5

16

R

M18×1.25

平座

12

20.8

S

M18×1.25

平座

19

(22)

T

M18×1.25

锥座

10.9

20.8

注:( )表示是非标准保留产品,不推荐使用。

第二部分用阿拉伯数字表示火花塞的热值。数字越大,表示火花塞越“冷”。一般地说,123为热型火花塞,456为中型火花塞,7以上为冷型火花塞。

第三部分用汉语拼音字母表示火花塞派生产品结构特征、发火端特征、材料特性及特殊技术要求。其顺序、代号的含义见表。在同一产品的型号中,如果需要多个字母,须按表中的顺序使用。

火花塞派生产品特征和材料特性

顺序

字母

特征和特性

顺序

字母

特征和特性

1

P

屏蔽型

7

H

环形电极型

2

R

电阻型

8

U

电极缩入型

3

B

半导体型

9

V

V形电极型

4

T

绝缘体突出型

10

C

镍铜复合电极

5

Y

沿面跳火型

11

G

贵金属电极

6

J

多电极型

12

F

非标准型

点火器

点火器的作用是按照信号发生器输入的点火信号接通或断开点火系统的初级电路,使点火线圈次级绕组产生点火高压电。

目前汽车上所用点火器的内部电路形式多种多样,但基本功能大致相同,其电路也是由相应功能电路组成的,如图5-31所示。

5-31 电子点火器的基本功能电路


现代汽车点火器广泛采用了集成电路,内部电路非常复杂,一旦损坏,只能更换。下面仅以磁感应式信号发生器和简化了的点火器电路来描述其基本工作原理。其简化电路如图5-32所示。

1)停机保护状态

5-32 简化的点火器电路


如图5-33所示,当点火开关刚刚接通而发动机未起动时,信号发生器无信号电压,蓄电池电压经过R1R2分压后作用在P点上,P点电压又通过信号线圈作用在三极管的基极上。此电压低于三极管的导通电压,三极管处于截止状态,切断了点火系的初级电路。

5-33 停机保护电路


2)初级电路导通状态

5-34 初级电路导通电路原理


发动机起动后,信号发生器不断发出交变电压信号,当信号电压为如图5-34所示方向时,信号电压与P点电压叠加后使Q点电压上升,当Q点电压超过了三极管导通电压时,三极管便由截止状态转为导通状态,初级电路被接通,流经点火线圈初级绕组的电流经过三极管搭铁。

3)初级电路截止状态

5-35 初级电路截止状态电路


当信号电压为如图5-35所示的方向时,信号电压与P点电压叠加后使Q点电压下降,当Q点电压降至三极管截至电压时,三极管由导通状态转为截止状态,切断了初级电路,点火线圈的次级绕组便感应出高压电动势。

4)恒流控制

为了保证发动机在任何工况下都能实现稳定的高能点火,现代汽车广泛采用高能点火线圈,其初级绕组的阻值较小,一般为0.5~0.8Ω。使用此种点火线圈后,初级绕组的电流值较大。在发动机低速运转时,点火线圈长时间通过大的电流,不但浪费电能,更重要的是会使点火线圈以及电子组件过热而烧坏,为此,在点火器内设置有点火线圈限流控制保护电路,其目的是将初级电流限制在某一值并保持恒定不变,即恒流控制电路。

点火器恒流控制原理如下:

如图5-36所示,图中VT为点火器末级大功率管,Rs为采样电阻,IC为点火集成块。当采样电阻值一定时,采样电阻两端的电压值与通过点火线圈的初级电流成正比,工作中,采样电阻压降值反馈到点火集成块中的限流控制电路,使限流控制电路工作,从而保持流过点火线圈的初级电流恒定不变。

5-36 限流控制原理电路


具体工作过程是:当大功率管饱和导通时,如果初级电流<限流值时,初级电流逐渐增大;当初级电流>限流值时,Rs反馈电压使放大器F输出端电压升高,使VT1更加导通,集电极电位下降,VT向截止区偏移,初级电流下降;当初级电流略低于限流值时,Rs反馈电压使放大器F输出端电压下降,使VT1趋于截止,集电极电位上升,VT趋于导通,初级电流上升。

5)闭合角控制

闭合角是指点火控制器的末级大功率开关管导通期间,分电器轴转过的角度,也称导通角。

如图5-37所示为点火器内部装与未装闭合角控制电路时的初级电流波形。

5-37 装与未装闭合角控制时的初级电流波形

a) 霍尔信号发生器输入电压 b) 初级电流(只有线圈限流功能时) c) 初级电流(有线圈限流和闭合角控制功能时)

低速 中速 高速


闭合角控制电路可以根据发动机转速的变化自动控制初级电路的导通时间。发动机低速运转时,闭合角减小,防止初级电流过大;发动机高速运转时,闭合角增大,保证一定的初级电流,确保高速时可靠点火。各种转速下的闭合角见下表。

各种转速下的闭合角

分电器转速(r/min

闭合角(°)

300

20

750

32

1000

43

1200

49

1600

63

此外,闭合角控制电路还可以根据电源电压的变化改变闭合角的大小。电源电压高时闭合角减小,电源电压低时闭合角增大。各种电压下闭合角见下表。

各种电源电下的闭合角

电源电压(V

闭合角(°)

11

55

14

39

16

33

18

29

20

26

 高压线

高压线的作用是将点火线圈的高压电送至分电器盖的中央插孔,再从分电器盖的旁电极插孔传至火花塞。

国产高压线分为普通铜芯线和高压阻尼线两种。高压阻尼线具有一定的电阻,能抑制和衰减点火系产生的高频电磁波,减轻对无线电设备的干扰。

由于高压电的特点是电压高、电流小,所以高压线芯的截面积约为1.5mm2),绝缘层很厚,多用橡胶绝缘,其耐压值高达30000V

5.2.4 普通电子点火系典型电路

5.2.4.1 磁感应式普通电子点火系典型电路

5-38 磁感应式无触点点火系电路


 日本丰田MS75系列汽车装用磁感应式无触点电子点火系,电路工作原理如图5-38所示。

1)接通点火开关4VT1VT2导通,VT3截止,VT4VT5导通,初级电路接通,在线圈中形成磁场。其电路是:蓄电池正极→点火开关4→附加电阻Rf→点火线圈初级绕组→VT5(集电极、发射极)→搭铁→蓄电池负极。

2)起动发动机,分电器开始转动,信号发生器的传感线圈开始产生交变电动势信号。

传感线圈中产生正向信号电压时, VT1截止,VT2导通,VT3截止,VT4VT5导通,初级电路仍然接通。

传感线圈中产生负向信号电压时, VT1导通,VT2截止,VT3导通,VT4VT5截止,初级电路切断,磁场迅速消失,次级绕组产生高压。

5.2.4.2 霍尔效应式普通电子点火系典型电路

上海桑塔纳汽车电子点火系采用的是霍尔效应式电子点火系,其基本结构如图5-39所示。它主要包括装有霍尔效应发生器的分电器、点火器、高能点火线圈和火花塞等。

5-39 上海桑塔纳汽车电子点火系电路


点火系的基本工作过程如图5-40所示。接通点火开关,起动发动机,分电器轴开始转动。当霍尔信号发生器的触发叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时,磁路被叶轮短路,无霍尔电压产生,霍尔信号发生器集成电路三极管截止,由点火器输入的检测信号电压处于高电平(接近电源电压约9V左右),点火器大功率三极管导通,接通初级电路;触发叶片离开永久磁铁与霍尔元件之间的气隙时,霍尔发生器产生霍尔电压,集成电路三极管导通,由点火器输入的检测信号电压处于低电平(约0.4V左右)。点火器的大功率三极管截止,切断初级电流,次级绕组感应出高压电。通过配电器将此高压电送到要点火气缸的火花塞。

5-40 霍尔电子点火系原理图


5.2.5 普通电子点火系的维护与检修

5.2.5.1 点火系的使用注意事项

为确保安全,电子点火系统使用与维修中在进行检修时,应注意以下事项:

1)拆卸或安装电路部件之前,应先关闭点火开关或拆下蓄电池的负极塔铁线。

2)当利用起动机带动发动机旋转,而又想不使发动机发动的情况下,如进行缸压检查等,应拔下分电器盖上的中央高压线,并将其搭铁。

3)点火器必须搭铁良好,使用中应尽可能减少搭铁处的接触电阻,确保电路稳定可靠的工作。

4)发动机在运转过程中,严禁拆卸蓄电池,也不可用刮火的方法检修电路。

5)在判断点火系统故障时,不要使高压电路处于开路状态,否则极易使点火器中的大功率三极管损坏。

6)点火信号线应与高压线分开,避免高压线对点火系统的干扰。

7)电子点火系的点火线圈一般使用高能点火线圈,应尽可能避免用普通点火线圈代用。

5.2.5.2 点火系主要部件的检修

1)分电器技术状况的检查

分电器技术状况的检查包括分火头、分电器盖、信号发生器、真空提前装置、离心提前装置技术状况的检查。具体检查方法如下:

分火头技术状况的检查方法有直观检查和高压电检查两种方法。直观检查时,应目测分火头表面是否有裂纹、金属导电片是否有烧蚀、脏污现象。轻微烧蚀时用细纱纸打磨,若有裂纹或金属导电片烧蚀严重,应更换新件。如图5-41所示。

5-41 分火头的直观检查

1-分火头烧蚀 2-金属导电片脏污 3-裂纹


高压电检查法检查时应将分火头平放在缸盖上,并使导电片与缸盖接触。将总火线从分电器盖上拔出,使其端头对准分火头孔底约57mm。打开点火开关并转动发动机曲轴,观察该间隙处有无火花。若火花强烈,说明该分火头被击穿,绝缘遭到破坏,需更换新件;若火花微弱,说明该分火头轻微漏电,绝缘性能稍差,可暂时使用;若无火花,说明该分火头绝缘良好。如图5-42所示。

5-42 分火头的高压电检查法


分电器盖常用的检查方法有外观检查和高压电检查两种方法。直观检查时可将分电器盖从分电器上拆下,并用一块干燥的棉纱布擦净。目测检查分电器盖是否有裂纹和碳径,若有应予以更换。检查分电器盖内的炭精是否磨损过短、弹簧是否折断。如图5-43所示。

a) 1-裂纹 2-裂台 3-分电器盖 4--碳径 b) 1-碳径 2-碳化或腐蚀插头 3-炭精破损

5-43 分电器盖检查

a) 分电器盖表面检查 b) 分电器盖的内部检查


高压电检查分电器时应将分电器上的分电器盖拆下并悬空,拔下连接火花塞的分火线,使其端头距离缸盖约6mm左右,接通点火开关,转动发动机曲轴,并注意观察各缸分火线跳火情况。若某根分火线跳火,说明分电器盖上有裂纹或砂眼而造成窜电,应予以更换。如图5-44所示。

5-44 高压火线插孔窜电的检查

5-45 分线插孔之间的窜电检查


将分电器上的分电器盖拆下并悬空,然后,拔下全部的高压火线,把总火线插入任意的分火线插孔,另用两根分火线的一端头分别插入与总火线相邻的两个插孔,并使两根分火线的另一端头距离缸盖约6mm左右,接通点火开关,转动发动机曲轴,注意观察各缸分火线跳火情况。若某根分火线跳火,说明该分火线插孔与插入总火线的插孔之间有裂纹或砂眼而造成窜电,应予以更换。如图5-45所示。

磁感应式信号发生器的检查包括凸齿与铁芯之间间隙的检查、感应线圈阻值的检查、发生器信号电压的检查。具体检查方法如下:

快速转动信号转子,并用万用表测量信号发生器的输出电压(当信号发生器转速为1000r/min时,输出信号电压为3.5V左右)。若输出的信号电压符合标准,说明信号发生器良好;否则,说明信号发生器已经损坏。

若输出的信号电压不符合标准,应用万用表测量线圈的电阻值,检测后与规定值比对。如图5-46所示。

5-46 磁感应信号发生器的检查


关闭点火开关,用塑料规检查转子凸齿与铁芯之间的间隙,其值一般为0.20.5mm

5-47 霍尔效应式信号发生器的检测


霍尔效应式信号发生器是一种有源信号发生器,检查信号发生器工作是否正常,首先检查发生器的电源线电压是否正常;在电源电压正常条件下,接通点火开关,拆下点火控制器接线盒上的防尘套,将两表笔接入36号接线柱(桑塔纳汽车发动机电子点火系),起动发动机(转动分电器轴),其电压值的大小应发生交变,如图5-47所示。

检查分电器离心提前装置技术状况时,用手转动离心块应能自如,不应有卡滞现象;离心块的销钉与轴孔不能过于松旷;在用手指顺时针方向转动分火头至极限位置后放开,应能自动回到原位,表示离心块弹簧张力正常。如图5-48所示。

检查分电器真空提前装置的技术状况时,用嘴吸允真空软管,此时膜片应能带动真空提前机构拉杆移动。如图5-49所示。

2)点火线圈技术状况的检查

5-48 分电器离心提前装置的检查 5-49 分电器真空提前装置的检查


点火线圈技术状况的检查包括绕组阻值的检查和绝缘性能的检查。检查初级绕组的电阻值时应用万用表的 档,而检查次级绕组的阻值时应用万用表的 档。检查方法如图5-50所示。

初级绕组的阻值通常为1.21.7 。若万用表指示阻值无穷大,则说明初级绕组断路;若阻值小于标准值,则说明匝间有短路;

5-50 点火线圈的检查

a) 初级绕组阻值的检查 b) 次级绕组阻值的检查

a) b)


次级绕组的阻值通常为: 2.43.5 。若万用表指示阻值无穷大,则说明初级绕组断路;若阻值小于标准值或为0时,则说明匝间有短路。

检查点火线圈绕组的绝缘性能时,可用数字万用表20 档测量,点火线圈任一端与外壳间的电阻值均应为无穷大,否则存在漏电故障应更换。

3)火花塞技术状况的检查

电子点火系火花塞的间隙为0.80.9mm,微机控制电子点火系火花塞的间隙为1.01.1mm。如果间隙过小,发动机低速小负荷时会产生缺火现象;如间隙过大,易击穿点火线圈,且高速大负荷时易断火。使用过程中,须定期检查火花塞的间隙和性能,检查方法如下:

拆下火花塞后的检查:

工作正常的火花塞其绝缘体裙部呈赤褐色,电极无烧损,且电极间隙正常。若火花塞绝缘体顶端起疤、破裂或电极熔化、烧蚀,都表明火花塞已经烧坏,应更换新件。

未拆下火花塞的检查:

就车检查火花塞技术状况的方法有短路法、感温法和吊火法。

短路法检查火花的技术状况时,应使发动机低速运转,用螺丝刀在被测火花塞的高压线与缸体间短路,使该缸火花塞断电不工作。此时若发动机转速明显降低、抖动,说明该火花塞工作良好,否则为工作不良。

用感温法检查火花塞的技术状况时,应在发动机工作达到正常温度后,用手逐缸触摸火花塞瓷体,若某缸火花塞温度比其它缸的温度低,则温度低的火花塞工作不良。

用吊火法检查火花塞的技术状况时,可将高压线从火花塞上拆下,使其端头与火花塞接柱保持5mm间吊火,若发动机工作状况改善,说明该火花塞有故障。

4)点火器技术状况的检查

点火器是电子点火系的核心部件,检查点火器时要根据点火信号发生器输出的信号、点火器的基本工作原理、特点,采用适当的方法进行检查,其基本思路是给点火器的信号输入端输入相应的信号电压,再检查点火器中大功率三极管在信号电压的作用下导通和截止的情况,大功率三极管能在信号电压的作用下按要求导通和截止,说明点火器良好,可则可判定点火器损坏。

如图5-51所示为将1.5V的干电池接入点火器的信号输入电路,以判断点火器的性能。其检查方法是:接通点火开关,用电压表或试灯检测点火线圈“—”与接地间的电压。当按图a)和按图b)所示交换干电池的极性时,电压表应指示1~2V或12V,试灯应交替闪亮。否则说明电子点火器有故障,应予以更换

5-51 磁感应式点火系点火器的检查


5.2.5.3 点火系主要部件的性能试验

点火系统主要部件的性能试验是利用有关试验设备进行检测,得到其量化的数据,并用测得数据与标准值进行比较,对其性能作出判断,如果不符合要求,还要进行具体的分析和处理。

点火系主要部件的性能试验主要包括点火线圈的性能测试和分电器总成的性能测试

1)点火线圈的性能测试

将点火线圈按图5-52所示的电路连接在万能电器试验台上,将试验台调速电机的速度选择开关扳向高速位置,用手转动调速手轮,使调速电机的转速为1500r/min。调整三针放电装置,使其放电间隙逐渐增大,直至达到能够达到最大的放电间隙为止。从刻度上读出放电的最大间隙值,并记录之。

根据三针放电装置每击穿1mm间隙需要1500V电压的关系,计算出点火线圈所能达到的次级电压,并以此来判断点火线圈的技术状况。一般情况下,技术状况良好的点火线圈的次级电压应不低于18000V(即分电器转速在1000r/min,三针放电间隙不小于12mm)。

5-52 点火线圈技术状况检查接线图


2)分电器总成的性能试验

试验离心提前装置时,可按图5-53所示的接线方法将实验线路连接好,将电机开关扳到低速位置,调整电机的调整手轮,使转速以150/分运转。转动刻度盘,使某一火花在“0”度处,然后调整转速,分别测出200 r/min500 r/min1000 r/min1500 r/min、……时的提前角度,并与标准值进行比较,确定离心提前机构的技术状况。

由于在低速运转时,只有离心提前机构中的细弹簧起作用,而在高速时粗细弹簧共同起作用,所以在低速运转时提前角大于标准值说明细弹簧弹力不足;在低速运转时提前角小于标准值说明细弹簧过硬或重块有卡滞现象。若高速时提前角大于标准值说明粗弹簧弹力不

5-53 分电器离心提前装置实验


足;若高速时提前角小于标准值说明粗弹簧过硬或重块有卡滞现象。

检查完离心提前机构的技术状况后,将真空软管接到真空提前机构的管接头上,并控制转速为1000/分,再转动刻度盘,使某一火花在“0”度处,然后摇转真空泵手轮,改变真空泵的吸力。分别测出真空度为13.2 KPa 26 KPa 33 KPa39.6 KPa……时的点火提前角,再与标准值进行比较,确定真空提前机构的技术状况。

若测得提前角大于标准值,说明膜片弹簧力不足或折断;若测得提前角小于标准值,说明膜片破裂或管路漏气。

5.2.5.4 点火正时的检查与调整

为保证气缸中的混合气在正确的时间被点燃,在安装分电器或更换燃油品种时,要靠人工确定和调整初始点火提前角,通常将这一工作称为点火正时。点火正时是否正确对发动机的性能影响很大。点火时间过早会造成发动机的爆震燃烧,使发动机局部过热,燃料消耗增加,功率下降;点火时间过晚会使发动机燃烧所产生的最大压力下降,功率降低,经济性下降。因此,在发动机的使用与维修中,要确保点火正时的准确。

1)就车检查点火正时

就车判断点火正时时,应使发动机处于正常工作温度(7080℃)下怠速运转,当突然加速时,如果发动机速度急速提高并伴有短促而轻微的突爆声(轻微爆震),而后很快消失则为点火正时;如果发动机转速不能随节气门开大而增大,发动机发闷且排气管出现“突突”声,则为点火过迟;如果发动机出现严重的金属敲击声,即爆震(敲缸),则为点火过早。

点火过早或过迟的一般调整方法是:松开分电器壳体固定螺栓,将分电器轴按顺时针或逆时针方向转动少许,直至调好点火正时。

2)使用点火正时灯(仪)检查点火正时

查找并验证飞轮或曲轴前端皮带盘上1缸压缩终了上止点标记和点火提前角标记,擦拭使之清晰可见,如标记不清晰,最好用粉笔或油漆将标记描白;如图5-54所示。

5-54 发动机正时记号


将点火正时灯(仪)正确连接到汽车发动机上,将传感器夹在1缸高压线上。必要时,接上转速表和真空表。

启动发动机至正常工作温度状态,保持在怠速下稳定运转。打开

正时灯并对准正时标记(正时刻度盘或正时指针),调整正时灯电位器,使正时标记清晰可见,就如同固定不动一样。此时表头读数即为发动机怠速运转时的点火提前角。用同样的方法可分别测出不同工况、转速时的点火提前角并记录。

5.3 微机控制电子点火系

普通电子点火系取消了断电器触点,采用了专用点火芯片为核心的电子组件,配上高能点火线圈使其具有了点火能量高、点火电压大、能够实现点火的恒流控制、闭合角控制等多种控制功能,对改善发动机的性能起到了很大的作用。但电子点火系对点火提前角的控制仍采用离心调节器和真空调节器,所控制的点火提前角与最佳点火提前角仍有较大的误差。发动机的最佳点火提前角不仅取决于发动机的转速和负荷,同时还受到了发动机冷却液温度、进气温度、可燃混合气成分、燃油品质等因素的影响,微机控制的电子点火系可将所有影响因素都考虑进去,能为发动机提供任何工况下的最佳点火提前角,进一步提高了发动机的动力性和经济性,降低了汽车的排气污染。

5.3.1 微机控制电子点火系的组成

5-55 微机控制电子点火系的基本组成


微机控制电子点火系由传感器、电控单元、执行器组成,如图5-55所示。

5.3.1.1 传感器

传感器的作用是检测与点火提前角有关的发动机工况信息,并将信息输入到电控单元,作为运算和控制点火时刻的依据。

传感器的类型有曲轴转角传感器、曲轴基准位置传感器、进气压力传感器、空气流量传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、节气门位置传感器、爆震传感器等。

(1)曲轴转角、曲轴基准位置传感器

曲轴转角传感器可将发动机曲轴转过的角度变换成电信号输入到电控单元,电控单元根据此信号计算出曲轴转过的角度,也可根据此信号计算出曲轴的转速。

曲轴基准位置传感器可在曲轴转至某一特殊位置时输出电信号。电控单元将此信号作为计算曲轴位置的基准点,并与曲轴转角信号一起计算出任意时刻曲轴所处的位置。

曲轴转角、曲轴基准位置传感器是微机控制电子点火系统最基本的输入信号。常用的传感器型式有磁感应式、霍尔效应式和光电式。

下面以磁感应式曲轴转角、基准位置传感器介绍其工作原理。

曲轴转角、基准位置传感器通常安装在分电器内,它由上、下两个传感器组成。下传感器为曲轴转角传感器,上传感器为曲轴位置传感器。如图5-56所示。

5-56 磁感应式曲轴转角、基准位置传感器


曲轴转角传感器主要由信号转子与感应线圈组成,如图5-57所示。信号转子上有24个轮齿,固定在分电器轴上,

5-57 Ne信号发生器的结构与输出信号波形

a) Ne 信号发生器的结构 b) Ne 信号发生器的波形


感应线圈固定在外壳内。分电器旋转一圈时,线圈输出24个脉冲,即每30°曲轴转角产生一个脉冲。将脉冲送入发动机的电控单元,电控单元通过内部特设的转角脉冲发生器,将30°转角等分成30份或更精细些,使转角的步长为1°或0.5°,以满足使用精度的要求。

电控单元不断检测由曲轴转角传感器输入的脉冲个数,即可判断出曲轴的转速。

曲轴位置传感器由带两个凸缘的信号转子及相应感应线圈组成,如图5-58所示。

5-58 G信号发生器的结构与输出信号波形

a) G 信号发生器的结构 b) G信号发生器的波形


当信号转子上的凸缘通过感应线圈G1时,产生G1信号;当信号转子上的凸缘通过感应线圈G2时,产生G2信号。G1 G2在分电器内相差180°(相当于曲轴转角360°)。分电器轴转一圈,G1 G2信号分别出现一次。

当曲轴位置与曲轴转角信号同时输入到发动机的电控单元中时,电控单元可以根据两信号的关系计算出某时刻气缸内活塞的位置及发动机的转速,再从储存器的数据表中查出最佳点火提前角,向点火执行元件发出点火指令,如图5-59所示。

5-59 G信号与Ne信号关系


(2)空气流量计

空气流量计用来测量进入气缸的空气量作为发动机的负荷信号同时也作为点火提前的基本信号。

空气流量计的型式有翼片式、热线式、热膜式和卡尔曼涡旋式等。

(3)进气温度传感器

进气温度传感器用来测量发动机的进气温度,电控单元可根据此信号对点火提前角进行修正。

(4)冷却液温度传感器

冷却液温度传感器将发动机的冷却液温度信号送入电控单元,电控单元根据此信号对点火提前角进行修正,并控制起动和暖机期间的点火提前角。

(5)节气门位置传感器

节气门位置传感器将节气门位置的变化转变为电信号,电控单元通过此信号判定节气门所处的位置及发动机工况,依此修正点火提前角。

(6)爆震传感器

爆震传感器用来检测发动机是否发生爆震,如果发动机发生爆震,电控单元将自动减小点火提前角。

(7)各种开关信号

起动开关信号:在起动机接通时,将发动机的起动状态通知电控单元,电控单元以此控制起动时的点火提前角。

空调开关信号:在发动机的怠速工况下使用空调时,空调开关将此信号输送到电控单元,电控单元据此信号在提高发动机转速的同时,也对点火提前角进行修正。

空档开关信号:在配置自动变速器的车辆上,空档开关信号可以使电控单元获得自动变速器位于空档的信息,并对点火提前角进行必要的修正。

5.3.1.2 电控单元

电控单元是微机控制电子点火系的核心,在点火系工作时,接收各种传感器输入的信息,按照特定的程序进行判断、运算后,向点火器输出最佳点火提前角和点火线圈初级电路导通的时间控制信号。

5-60 发动机电控制单元的基本组成


电控单元的基本构成如图5-60所示。

发动机的电控单元主要由中央处理器、存储器、输入/输出接口、总线及电源供给电路等部分组成。在电控单元的存储器中,存储着点火控制程序和点火提前角的数据。其中点火提前角的数据是在各种工况下,通过大量实验获得的,它可使发动机在任何工况下,都能得到理想的或者最佳的点火时刻。

5.3.1.3 执行器

执行器的作用是接受电控单元的指令,具体执行某项控制功能。

(1)点火器

点火器是微机控制点火系统的功率输出级,它接受电子控制单元输出的指令进行工作,并对点火信号进行放大,驱动点火线圈工作。

点火器的内部结构和电路各不相同,有的点火器单纯起开关的作用,接通、切断点火线圈的初级电路;有的点火器除起开关作用外,还有电流控制、闭合角控制、判别缸位、点火监视等功能。

有的发动机不单设点火器,将大功率三极管组合在电控单元中,由电控单元直接控制点火线圈的初级电流的通断。

5-61 无分电器点火系统的点火器电路框图


如图5-61所示为丰田发动机点火器的内部电路框图,该点火器的功能有:

1)根据电控单元输入的点火信号,使大功率三极管适时导通和截止。

2)闭合角控制及恒流控制,其作用是:根据发动机转速和蓄电池电压调节闭合角,以保证足够的点火能量。在发动机转速上升和蓄电池电压下降时,闭合角控制电路使闭合角加大,即延长初级电流的通电时间,防止初级储能下降,确保点火能量。

3)点火监视 该点火器中设有点火监视电路,用来监视点火系初级电路通、断情况,此信号通常称为点火监视信号,有的也称为点火确认信号,用IGf表示。

其作用是:若点火器中的大功率三极管不能正常导通、截止,即点火器发生故障时,火花塞则不能正常跳火,此时若喷油器照常喷油,则由于混合气不能被点燃,殘留气缸内的燃油会污染火花塞和冲刷气缸壁,排入排气管的部分燃油会使三元催化器过热而加速损坏。为避免上述异常情况的发生,当点火监视信号IGf连续3~5次未反馈到电控单元时,电控单元便向汽油喷射控制电路发出停止喷油的信号,喷油器停止喷油。

4)点火感知 当发动机转速急剧上升时,点火感知电路向闭合角控制电路发出信号,通过闭合角控制电路使大功率三极管提前导通,保证点火线圈有足够的初级电流通过,产生足够的次级电压,从而避免发生断火现象。

5)锁止保护 当停车而未关断点火开关超过一定时间时,锁止保护电路使大功率三极管自动截止,从而自动切断初级电路,防止点火线圈的初级绕组及点火器通电时间过长而发热,损坏点火线圈和点火器。

(2)点火线圈

与微机控制电子点火系相匹配的点火线圈为专用高能点火线圈,一般采用闭磁路点火线圈,能量损失小,对外电磁干扰小。线圈的初、次级绕组电阻、电感比较小,初级电流上升快,其稳定值比较大,在不控制状态下一般可达2030A,为此,在点火器内一般设置有限流控制装置。即当初级电流上升到一定值时,使其保持恒定不变,从而保证了发动机在任何工况下都能实现稳定的高能点火。

5.3.2 微机控制电子点火系的类型

微机控制电子点火系按照是否保留分电器可分为非直接点火系统和直接点火系统。

非直接点火系统仍然保留分电器,点火线圈产生的高压电是经过分电器中的配电器进行分配。即由分火头和分电器盖组成的配电器,依照点火顺序适时地将高压电分配至各气缸,使各缸火花塞依次点火。如图5-62所示。

5-62 非直接点火系统组成


直接点火系统(无分电器点火系统)取消了分电器,该系统中点火线圈上的高压线直接与火花塞相连,工作时,点火线圈产生的高压电直接送至各火花塞,由微机根据各传感器输入的信息,依照发动机的点火顺序,适时的控制各缸火花塞点火。无分电器点火系统由于废除了分电器,因此不存在分火头和旁电极间跳火的问题,减小了能量损失,不存在分火头与旁电极之间产生火花问题,电磁干扰小,节省了安装空间。

直接点火系统又可分为以下两类:

5-63 同时点火


同时点火方式:两个气缸合用一个点火线圈,对两个气缸同时点火。如图5-63所示。

单独点火方式:每个气缸的火花塞配一个点火线圈,单独对本缸

5-64 单独点火


点火。如图5-64所示。

5.3.3 微机控制电子点火系的控制功能

根据汽油机对点火系统的要求,在电子控制点火系统中,电控单元对点火的控制包括点火提前角控制,闭合角控制和爆震控制三个方面。

5.3.3.1 点火提前角控制

对现代汽车而言,最佳点火提前角不仅要保证发动机的动力性、经济性达到最佳值,而且还必须使排气中有害物质的排放达到最小。

1)最佳点火提前角的确定

微机控制的电子点火系统所控制的最佳点火提前角通常包括初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角三部分,即:

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。如图5-65所示。

5-65 最佳点火提前示意图


初始点火提前角由发动机的结构及曲轴位置传感器的安装位置决定,是未经电子控制单元修正的点火提前角,通常为固定值。其大小随车型或发动机型式而异。

有些发动机的电子控制单元将G1G2信号出现后的第一个Ne信号过零点定为压缩行程上止点前10°并以这个角度作为点火正时计算的基准点。

基本点火提前角是电子控制单元根据发动机的转速和负荷所确定的点火提前角,是发动机运转过程中最为主要的点火提前角。

当节气门位置传感器中的怠速触点闭合时,发动机处于怠速运行工况,电控单元根据发动机转速和空调开关是否接通确定基本点火提前角;当节气门位置传感器中的怠速触点断开时,发动机处于正常运行工况,电子控制单元通过发动机转速和负荷传感器获得发动机的工况信息,根据发动机所处的工况,从存储器的数据中得出最佳的其本点火提前角。

发动机在各种工况下的最佳基本点火提前角通过大量的台架试验得出,将试验数据优化后作出了如图5-66所示的点火提前角控制脉谱图,并将其存储在电子控制单元的存储器中。

5-66 点火提前角控制脉谱图


点火提前角随发动机转速和负荷变化的脉谱图

除了转速和负荷以外,其它对点火提前角有重要影响的因素均归入到修正点火提前角中。电控单元根据有关传感器的信号,分别示出对应的修正值,它们的代数和即为修正点火提前角。修正点火提前角包含的修正值有暖机修正、过热修正、空燃比反馈修正、怠速稳定性修正、爆震修正等。

暖机修正:

为了改善发动机的低温起动性能,在冷却液温度较低时,应适当增大点火提前角。在暖机过程中,随着冷却液温度的升高,点火提前角修正值逐渐减小,如图5-67所示。

5-67 暖机修正曲线


修正值的变化规律及大小随发动机的冷却液温度信号、空气流量信号、节气门位置信号等变化。

过热修正:

5-68 过热修正曲线


发动机处于正常运行工况时(怠速触点断开),若冷却液温度过高,则可能引起爆燃。为避免产生爆震,应适当推迟点火提前角。发动机处于怠速工况时(怠速触点闭合),若发动机冷却液温度过高,为避免发动机长时间过热,应适当增大点火提前角。过热修正值的变化规律如图5-68所示。

空燃比反馈修正:

安装有氧传感器的电控发动机,电控单元可根据氧传感器的信号增减喷油量,使空燃比保持在14.7左右。随着修正喷油量的增加和减少,发动机转速也会发生变化。为提高发动机转速的稳定性,在减少喷油量的同时,应适当增大点火提前角,如图5-69所示。

5-69 空燃比反馈修正


怠速稳定性控制:

发动机在怠速工况下运行时,由于负荷不稳定,可能会造成转速的变化。为了维持稳定的怠速转速,电控单元应适当的调整点火提前角。

5-70 与怠速目标转速的差值


发动机处于怠速工况时,电控单元为断地计算发动机的平均转速,当发动机的转速低于规定的怠速时,电控单元根据实际转速与目标转速差值的大小相应地增大点火提前角;当发动机转速高于目标转速时,则相应的减小点火提前角,如图5-70所示。

2)最佳点火提前角的控制方式

点火提前角的控制方式有开环控制和闭环控制两种方式。

开环控制是电子控制单元根据有关传感器提供的发动机工况信息,从内部存储器内提取相应的基本点火提前角,再对发动机的非正常工况修正而得出的最佳点火提前角,以控制点火系统的工作,对控制结果的好坏不予考虑。

点火提前角的开环控制方式 ,控制系统简单、运算速度快,但其控制精度取决于各传感器的精度,传感器所产生的任何偏差都可能使发动机偏离最佳点火时刻。此外,一些使用因素也会对发动机造成一定的影响,如积炭增多、燃油的辛烷值低造成的爆燃;怠速时由于负荷不稳定造成的发动机转速波动;发动机使用中的磨损、调整不当对点火提前角的影响等。

开环控制不能根据上述的变化及时、准确地调整点火提前角,从而影响其控制精度。

闭环控制方式可以在控制点火提前角的同时,为断检测发动机的有关工作情况,如发动机是否爆震、怠速是否稳定等,然后根据检测结果,及时对点火提前角进行进一步的修正,使发动机始终处于最佳点火工作状态,基本不受使用因素的影响,控制精度高。

目前实行的闭环控制主要有爆震控制和怠速稳定控制。

5.3.3.2 闭合角控制

闭合角控制也称通电时间控制。

电感储能式电火系统,当点火线圈的初级线圈被接通后,通过线圈的电流是按指数规律增大的。初级线圈被断开瞬间时,所能达到的电流值与初级线圈接通时间长短有关。只有通电时间达到一定值时,初级线圈的电流才能达到饱和。而次级线圈所能产生的电压最大值与初级线圈断开时的电流大小成正比,为了获得足够高的次级电压,必须使初级线圈的电流达到饱和。

影响初级线圈通过电流大小的主要因素有发动机转速和蓄电池电压。为保证在不同的蓄电池电压和不同的转速下,初级线圈均具有相同的初级断开电流,电控单元根据蓄电池电压和发动机的转速信号,从预置的闭合角数据表中查出相应的数值,对闭合角进行控制。

当发动机转速高时,适当增大闭合角,以防止初级线圈中通过的电流下降,造成次级电压下降,点火困难;当蓄电池电压下降时,也适当增大闭合角。反之适当减小闭合角,以防止初级线圈发热和电能的无效消耗。

5.3.3.3 爆震控制

为了最大限度地发挥汽油机的潜能,应将点火提前角控制在接近临界爆震点,同时又不能使发动机发生爆震。若使发动机的点火系达到这样的性能要求,对发动机的点火提前角必须采用爆震反馈控制。

爆震反馈控制即对发动机的气缸压力或其它能对发动机爆震作出判断的相关参数进行检测,电控单元根据检测传感器的输入信号,对发动机是否发生爆震作出判断,然后发出相应的执行指令,对点火提前角进行必要的修正。

1)爆震的检测

对发动机爆震的检测方法有气缸压力检测、燃烧噪声检测和发动机机体振动检测等,燃烧噪声检测是一种非接触式检测方法,其耐久性好,但精度和灵敏度偏低。气缸压力检测方法精度较高,但传感器的耐久性装差,安装困难。发动机机体振动检测法具有较高的检测精度,传感器安装灵活,耐久性也较好,是目前最常用的爆震检测方法。

2)爆震控制方法

爆震与点火时刻有密切关系。一般而言,点火提前角越大,就越易产生爆震,推迟点火时刻对消除爆震有明显的作用。

电子控制单元对爆震进行反馈控制时,首先将来自爆震传感器的输入信号进行滤波处理,滤波电路只允许特定范围频率的爆震信号通过,由此达到将爆震信号与其它振动信号分离的作用。此后,电控单元将此信号的最大值与爆震强度基准值进行比较,对是否发生爆震及爆震强弱程度作出判断,如信号最大值大于基准值,则表示发生爆震,电控单元推迟点火时刻。

5-71爆震的判断范围


由于发动机工作时振动比较剧烈为了防止产生错误的爆震判别电子控制单元对爆震信号的判别不是连续的只限于发动机点火后可能发生爆震时段的振动信号。如图5-71所示。

电子控制单元通过对反映发动机负荷状况传感器的输入信号的分析,判断是否对点火提前角进行开、闭环控制。

当发动机的负荷低于一定值时,一般不会发生爆震,此时电子控制单元对点火提前角实行开环控制,电子控制单元只按预置数据及相关传感器的输入信号控制点火提前角的大小。

当发动机的负荷达到一定程度,电子控制单元对点火提前角进行闭环控制。若发动机产生爆震,电子控制单元根据爆震信号的强弱,控制推迟角度的大小。爆震强度大,推迟的角度大;爆震强度弱,推迟的角度小。每一次的反馈控制调整都以一固定的角度递减,直到爆震消失为止。当爆震消失后,电子控制单元又以固定的提前角度逐渐增大点火提前角。当再次出现爆震时,电子控制单元再次逐渐减小点火提前角。在闭环控制点火提前角的过程中,此过程是反复进行,如图5-72所示。

5-72 点火提前角的闭环控制过程


微机控制电子点火系的工作过程

5.3.4.1 微机控制非直接点火系的工作过程

如图5-73所示,为。其工作过程如下:

5-73 微机控制非直接点火系的组成


分电器电控点火系统电路图

电控单元ECU根据传感器输入的曲轴位置和转角信号,确定点火时刻,并将点火正时信号IGt送到点火器,当IGt信号变为低电平时,点火线圈初级电流被切断,次级线圈中感应出高压电,再由分电器送至相应缸的火花塞产生电火花。

有分电器式微机控制电子点火系工作过程中,发动机的结构不同,上止点曲轴位置参照信号的设定方法及曲轴转角的分度方法不同,但点火时刻和初级线圈通电时间的控制原理及控制方法基本相同。

如图5-74所示为某6缸发动机在某工况下点火正时和通电时间的控制过程。此工况下发动机转速为2000r/min,电控单元计算出最佳点火提前角为上止点前30°曲轴转角,初级线圈所需通电时间为5ms,相当于曲轴转角为60°。

5-74分电器式电控点火系统控制信号时序图


该发动机识别上止点的参照信号设定在压缩行程上止点前70°,而电子控制单元接收到该信号后4°开始计数,即点火控制基准信号为上止点前66°。该发动机曲轴转角信号分度为1°。因此,当电控制单元计数到第361°信号时,即压缩行程上止点前30°时,点火正时信号IGt正好处于下降沿,控制功率三极管截止,切断初级线圈的电路,次级线圈感应出高压电实现点火。

由于6缸发动机的点火间隔为120°,而该工况的通电闭合角为60°,因此电控单元从功率三极管截止(点火)时开始计数到第611°信号时,点火正时信号IGt处于上升沿,使功三极管又开始导通,初级线圈开始通电,准备下一个气缸的点火。

5.3.4.2 微机控制直接点火系的工作过程

非直接点火系统具有点火正时准确、点火电压高、点火能量大等优点,基本满足了现代发动机对点火系统的要求,但在高压电的分配方面仍存在着以下不足:

一是点火能量损失大:

分火头与分电器盖旁电极之间的间隙跳火损失了一部分点火能量;为减少无线电干扰所采用的高压阻尼线也会消耗点火的能量。

二是点火提前角受分电器空间位置的限制:

点火提前角过大时,将会造成另一缸的点火。

三是点火正时误差较大:

由于机械传动的误差及零件的磨损,往往会造成较大的点火正时误差。

四是可靠性低:

配电器的绝缘性能下降,容易造成漏电,严重时会造成断火、乱火等故障,使点火系统的可靠性下降。

直接点火系统消了分电器总成,直接将点火线圈次级绕组与火花塞相连接,即将点火线圈产生的高压电直接送给火花塞进行点火。其优点是:具有电子点火系统的全部优点;由于废除了分电器,节省了空间;由于废除了配电器,不存在分火头与分电器盖旁电极间产生的火花,因此可有效地降低点火系对无线电的干扰,同时因点火系高压电路中阻抗减小,点火更加可靠。

1)直接点火系统的高压配电方式

直接点火系统取消了机械配电方式,因而必须角决高压配电问题。目前无分电器点火控制系统的高压配电方式有二极管分配式和点火线圈分配式两大类。

二极管分配式:

二极管分配式直接点火系统采用同时点火方式,工作原理如图5-75所示。

5-75二极管分配式工作原理图

1-14缸触发信号 2- 电子点火器 3-控制部分 4-稳压器 5-初级绕组A

6- 高压二极管 7-次级绕组 8-初级绕组B 9-23缸触发信号


点火顺序为1-3-4-2的四缸发动机,当电控单元接收到曲轴位置传感器相应信号时,向点火控制器发出点火信号,控制器的控制回路使三极管Tr1截止,初级绕组A中的电流被切断,在次级绕组中感应出下“+”上“-”的高压电,经4缸和1缸火花塞构成回路,两个火花塞均跳火,此时,1缸接近压缩终了,混合气被点燃,而4缸正在排气,火花塞点空火;曲轴转过180°后,电控单元接到传感器信号后再次向点火控制器发出触发信号,Tr2截止,初级绕组B中电流被切断,次级绕组感应出上“+”下“-”的高压,并经2缸和3缸火花塞构成回路,同时跳火,此时3缸点火,2缸火花塞点空火。依次类推,发动机曲轴转2圈,各缸作功一次。

点火线圈分配式:

点火线圈分配式直接点火系统是将来自点火线圈的高压电直接分配给火花塞,其类型有单独点火和同时点火两种型式。

单独点火方式即一个火花塞配一个点火线圈,其基本电路如图5-76所示。点火线圈可以安装在火花塞的顶部,因而取消了分电器和高压线,彻底解决了分电器和高压线的缺陷,分火性能好,但结构和点火控制系统比较复杂。

5-76 单独点火方式


同时点火方式 同时点火方式是指两个气缸合用一个点火线圈,即一个点火线圈有两个高压输出端,分别与火花塞相连,负极对两个气缸点火,电路图如图5-77所示。

5-77双缸同时点火方式


此点火方式要求同时点火的两个气缸的工作过程相差360°曲轴转角,即一个气缸处于压缩行程的上止点时,另一个气缸则处于排气行程上止点,点火时,两个气缸的火花塞同时跳火,处于排气行程的气缸由于气缸内的压力很小,火花塞容易跳火,能量损失很小。而处于压缩行程气缸的压缩压力很高,气体分子密度大,必须有足够的点火电压。所以在两缸同时点火的过程中,实际加在压缩行程气缸火花塞的电压远高于排气行程气缸火花塞的电压,保证了压缩行程气缸火花塞的正常跳火,而排气行程的火花塞的火花只是一次无效火花,不会造成大的能量损失。

在两缸同时点火的电路中,当点火线圈的初级绕组接通瞬间时,会在次级绕组内所产生10002000V电动势,此电动势加在火花塞上会产生误点火。在高压电路中串联有高压二极管,由于高压电动势的方向与高压二极管的极性相反,因而防止了高压电动势引起的火花塞误点火。

有的发动机点火系统在点火线圈与火花塞的电路连接上留有适当的间隙,同样也可以防止误点火的发生。

2)直接点火系统的工作过程

5-78丰田皇冠汽车无分电器点火系统


如图5-78所示,发动机曲轴位置与转速传感器可输出G1G2Ne三个信号。

G1信号的作用是判别六缸压缩行程上止点的位置。其信号线圈产生电压波形的时刻设定在六缸压缩行程上止点的附近,只要G1信号出现,发动机电控单元即可判定六缸处在压缩行程上止点附近。

G2信号与G1波形相同,但两信号相隔180°(360°曲轴转角)。其作用是判定一缸压缩行程上止点的位置,即当G2信号出现时,表示一缸在压缩行程附近。

Ne信号转子上设有24个齿,转子每旋转一周产生24个波形信号,每个波形信号表示15°转角(30°),由于每波形表示的曲轴转角过大,点火控制会引起较大误差,因此电控单元中的转角脉冲发生器将传感器一转产生的脉冲转变成为1440个脉冲,即每个波形表示0.5°曲轴转角。

G1G2Ne信号的输出波形及对应关系如图5-79所示。

5-79 G1G2Ne信号的输出波形


当电控单元接收到G1G2信号后,即以G信号为基准信号,再根据Ne信号确定点火提前角和闭合角。

发动机电控单元通过曲轴位置和曲轴转速传感器接收到G1G2Ne信号,向点火器输出IGtIGdAIGdB三个信号。其中IGt信号是点火正时信号,IGdAIGdB信号是电控单元输送给点火器的判缸信号。IGdAIGdB信号有两种状态,即高电位代表1,低电位代表0,不同的组合状态表示某个要点火的气缸。如01表示16缸要点火;00表示25缸要点火;10表示34缸要点火。点火的触发信号在IGt信号的下沿,IGtIGdAIGdB信号配合点火的波形和信号组合状态所对应的缸号如图5-80所示 。

5-80 IGdAIGdB IGt信号配合点火的波形及IGdAIGdB的状态


点火器中的气缸判别电路根据IGdAIGdB信号状态,决定哪条驱动电路接通,并将点火正时IGt信号送往与此驱动电路相连接的点火线圈,完成对某缸的点火。

在点火系完成正常点火的同时,电子点火器向发动机电控单元发出点火确认信号,即将点火线圈初级电路的通、断信号反馈给发动机电控单元。在发动机工作过程中,当IGf信号连续35次无反馈信号时,电控单元则判断为点火系有故障,发出指令强制停止喷油器工作,以免造成缸内喷油过多使再次起动困难或加大三元催化剂系统负荷。