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汽车电子点火控制系统

一、传统点火装置

发动机有三种点火方式:热点火、压缩点火和电火花点火。在汽车使用的发动机中,柴油机采用压缩点火,汽油机采用电火花点火。

点火系统有两个主要功能:

(1)将低压电源转换为高压,为发动机缸内的火花塞提供高压脉冲,产生电火花。

(2)及时、有序地将产生的电火花送入每个气缸,点燃压缩混合物,使发动机工作,以获得高效燃烧。

二、点火装置要求

(1)提供足以突破火花塞电极间隙的高压电(1万伏)

(2)提供足够的电火花能量和持续时间(1-5ms)

(3)提供及时点火时间(最大压力后15°)

三、传统点火装置缺陷

(1)不能满足发动机多缸、高速的要求

(2)火花塞积碳难以清洗

(3)需要经常调整触点间隙

在传统的点火系统中,接触点直接切断主电流。由于电流大,接触点之间的火花放电难以避免,容易产生腐蚀。接触点腐蚀后,接触电阻增加,降低主电流和次电压。特别是发动机低速运行时,接触点火花强,接触点腐蚀加剧,应及时抛光接触点,调整接触间隙。

四、电子点火装置

按储能方式分类,电子点火装置按照点火储能方式的不同可以分为电感储能式电子点火装置和电容储能式电子点火装置两大类。

1.电感储能电子点火装置采用点火线圈作为储能元件。初级线圈断电后,电感线圈磁场能量的快速排放产生点火高压。

电感储能点火装置的结构组成:①蓄电池②点火开关③点火线圈④传感器⑤点火真空提前角⑥火花塞⑦分电器组成 ⑧电子点火控制器

2.电容器储能电子点火装置是电容器作为储能元件,点火线圈只起到电压变化的作用。初级线圈断电后,电容器电场能量迅速排放在点火线圈上,产生高压,实现点火。

触发器、升压器、可控硅开关、储能电容器、点火线圈和火花塞组成的电容式无触点电子点火装置。

3.无触点电子点火装置的主要优点:

(1)可以得到很高的效率

(2)简化维护

(3)提高发动机的经济性和排气净化性能

(4)提高发动机的动力性、经济性和排放指标。

五、电子控制点火系统的特点及其组成

随着汽车的发展,人们对汽车发动机的功率、油耗、排气净化等要求越来越高。

汽车点火装置已逐渐发展为自适应的电子控制点火系统,从最初的机械机械触点。

1.点火控制包括三个方面:点火前角控制、通电时间控制和爆震控制,具有以下三个特点:

(1)在各种工况和环境条件下,可获得最佳点火提前角,使发动机在动力、经济、排放和工作稳定性方面处于理想状态。

(2)点火线圈的导通时间可以在所有工作范围内控制,保持线圈中存储的点火能量不变,提高点火的可靠性,有效防止点火线圈过热,减少能耗。

(3)采用闭环控制技术,可将各缸点火提前角控制在无爆震的临界状态,从而达到较高的燃烧效率,有利于提高发动机的各种性能。

2.数字点火控制系统一般由电源、传感器和电子控制系统组成(ECU)、由点火控制模块、点火线圈、火花塞等组成。

由数字点火控制系统组成:①传感器②ecu③点火控制装置④点火线圈

(1)电源:提供点火系统所需的点火能量,一般由电池和发电机组成。

(2)传感器:用于检测发动机各种运行参数的变化ECU为点火提前角提供控制依据。

(3)电子控制系统:点火系统中心向点火控制装置发出点火指令。

(4)点火控制模块:ECU驱动点火线圈的执行机构。

(5)点火线圈:点火击穿火花塞电极。

(6)分电器:将点火线圈产生的高压依次送至各缸火花塞

(7)火花塞:将点火线圈产生的具有一定能量的电火花引入气缸,点燃气缸内的可燃混合物。

3.点火提前角控制

影响发动机点火提前角控制的主要因素是发动机的速度和负载,通过实验方法获得发动机在不同速度、负载对应的最佳点火提前角,确定三维控制模型图,然后将模型图转换为二维表储在微机存储器中,实际点火角控制。

(1)实际点火提前角=初始点火提前角 提前角基本点火 修正点火提前角

在下列情况下,实际点火提前角等于初始点火提前角:

①发动机启动或发动机启动速度为400rpm以下时

②节气门位置传感器怠速触点关闭,速度为2Km/h时

③当发动机ECU后备系统工作时

(2)基本点火提前角:基本点火提前角通常以二维表格的形式存储ECU的ROM存储器分为怠速和正常两种情况。

空调不工作时,怠速基本点火提前角为4°;当空调工作时,应适当地增大点火提前角,以利于发动机运转速度的稳定,此时定为8°。由此可见,两种情况对应的实际点火提前角分为14°和18°,初始点火提前角设置为10°。

正常行驶时的基本点火提前角值主要取决于发动机的转速和进气量。ECU根据传感器的输出信号,使用查表发送ECU的ROM在存储器中找提前角的最佳值。

(3)点火提前角修正包括:①暖机修正②怠速稳定修正③过热修正④空燃比反馈修正

①加热器修正:指当节气门传感器怠速接触关闭时,微机根据发动机冷却水温度修正点火前角。

②怠速稳定修正:ECU点火提前角可根据实际发动机转速与目标发动机转速之间的转速差动态修正。

③过热修正:如果冷却水温度过高,应适当减少点火前角。但当发动机怠速运行时,如果冷却水温度过高,应适当增加点火前角。

④空燃比反馈修正:为了提高发动机转速的稳定性,当反馈修正导致油量减少,混合气稀释时,应适当增加点火提前角,否则应适当减少点火提前角。

4.控制通电时间

对于电感储能电子点火系统,当点火线圈的主电路连接时,主电流按指数规律增加。当电池电压发生变化时,也会影响主电流。如果电池电压下降,主电流达到的值将在相同的通电时间下降,因此必须纠正通电时间。

电感储能电子点火系统的组成:

①达林顿功率管②偏流电路③过电压保护电路④磁电敏感元件⑤波形整形回路⑥通电时间产生回路 ⑦放大回路⑧发火器⑨通电时间控制电路⑩恒定电流控制电路&nbs;      ⑪电流检测电阻

        如果蓄电池的电压越高,点火装置需要的通电时间越短。

        在点火装置中,为了减小转速对次级电压的影响,提高点火能量,采用了初级线圈电阻很小的高能点火线圈,其饱和电流可达30A以上,这一技术被称之为高能点火技术(HEI)。为了防止初级电流过大烧坏点火线圈,在点火控制电路中增加了恒流控制电路。

5、爆震控制

        

        汽车发动机利用点活法将混合气点燃,并以火焰传播方式使混合气燃烧,如果在传播过程中,火焰还未到达时,混合气局部地自行着火燃烧,使得气流运动加速加快,缸内压力温度迅速增加,造成瞬时爆燃,这种现象称为爆震。

        点火提前角越大,燃烧压力越高,则越容易产生爆震。

        让发动机发出最大转矩的点火时刻出现在爆震界限的附近,可以提高混合气的燃烧性能。

    (1) 爆震检测

        爆震传感器大多数安装在发动机缸体上,利用压电元件的压电效应把爆震传到缸体上的机构振动状态转换为电压信号,再通过ECU对信号进行处理和识别,进而控制发动机的点火提前角。

        爆震传感器种类很多,可分为共振型、非共振型和火花塞座金属垫型三种。现在广泛采用的是宽幅共振压电式爆震传感器。

(2)爆震的控制方法

        安装在发动机缸体上的爆震传感器可以感应出发动机不同频率范围内的震动,且当发动机发生爆震时,传感器可以产生较大振幅的电压信号。

        实际点火提前角的控制过程

        

         爆震强度一般是根据爆震信号超过基准值的次数来判定,其次数越多,爆震强度越大,次数越少,则爆震强度越小。

        其次,由于发动机运行时震动频率频繁而剧烈,为了提高控制系统的可靠性,故并非任何时间均进行反馈控制。

 7、无分电器点火系统

        DLI点火系统:DLI是Distributor-Less Igniton的简称,即无分电器点火系统。

        DLI点火系统的优点:①失误率小        ②无机构磨损        ③无需调整        ④减小无线电干扰        ⑤减小能量损失

 

        双缸同时点火配电方式要求共用一个点火线圈的两个气缸工作相位相差360°曲轴转角,以确保点火线圈点火时,同时点火的两个气缸中,处于排气行程中的气缸由于缸内气体的压力较小,且缸内混合气又处于后燃期,易产生火花,故放电能量损失很少。

        根据发动机进气歧管压力传感器、水温传感器、起动开关等信号,ECU可实现点火提前角的精准控制,以及点火能量要求的闭合角控制。 

        

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