出的射向光接收器的光束被遮光盘交替挡住,因而光接收器(光敏二极管或光敏三极管)交替导通与截止,形成电脉冲信号。该电信号引入点火控制器即可控制初级电流的通断,从而控制点火系统的工作。遮光盘每转一圈,光接收器输出的电信号的个数等于发动机气缸数,正好供每缸各点火一次。(如图2-3-1)
(图2-3-2) 点火控制器:点火控制器取代了传统点火系统中断电器的触点,将点火信号发生器输出的点火信号整形、放大,转变为点火控制信号,控制点火线圈初级绕组中电流的通、断,以便在次级线圈的绕组中产生高压电,供火花塞点火。点火控制器的基本电路包括整形电路、开关信号放大电路、功率输出电路等。(如图2-3-2) 分电器:电子点火系统的分电器与传统点火系统的分电器不同,主要区别在于电子点火系统取消了断电器(触点和凸轮)和电容器,增加了点火信号发生器(信号转子和传感部分)。有些点火控制器能够随着发动机转速变化自动调节点火提前角,所以这些分电器去掉了离心提前调节机构,只保留真空提前调节机构,配电器的结构则无变化。电子点火系统中所用的霍尔分电器的结构
点火线圈:电子点火系统所采用的点火线圈是用点火控制器控制其初级电路通断的,所以其初级电流可以增大,点火线圈的电感和电阻一般较小。因此,一般情况下,不能和传统点火系统点火线圈互换。电子点火系统多采用闭磁路点火线圈。 火花塞:由于普通电子点火系统的点火能量提高,火花塞电极间隙比传统点火系统的火花塞电极间隙增大,一般为0.8~1.0mm;为了适应稀薄混合气燃烧,有的甚至达到1.0~1.2mm,并且各种车型差异也较大,在检查、调整、维修时,应严格根据原车说明书进行。高压线:为了减轻无线电干扰,电子点火系统采用的高压线为有一定电阻的高压阻尼线,阻值一般在几千欧至几十千欧不等;火花塞插头和分火头也都有一定的电阻,一般为几千欧。
第三章:电子点火系统的功能
汽油机电控点火系统的功能主要包括点火提前角、通电时间及爆燃控制三个方面。 3.1、点火提前角控制
3.1.1、点火提前角对发动机性能的影响
点火提前角是从火花塞发出电火花,到该缸活塞运行至压缩上止点时曲轴转过的角度。 点火提前角过大(点火过早),则大部分混合气在压缩过程中燃烧,活塞所消耗的压缩功增加,且缸内最高压力升高,末端混合气自燃所需时间缩短,爆燃倾向增大。点火过迟,则燃烧延长到膨胀过程,燃烧最高压力和温度下降,传热损失增多,排气温度升高、功率、热效率降低。实验证明,最佳的点火提前角应使发动机气缸内的最高压力出现在上止点后10?——15?
3.1.2、最佳点火提前角的确定依据
最佳点火提前角的数值必须视燃料性质、转速、负荷、混合气浓度等很多因素而定。 发动机转速:点火提前角应随发动机转速升高而增大。因为随发动机转速的提高。以秒计的燃烧过程所需时间缩短但燃烧过程所占的曲轴转角增大,为保证发动机气缸内的最高压力出现在上止点最佳位置,就必须适当提前点火(既增大点火提前角)
负荷:汽油发动机的负荷调节时通过节气门进行的量调节,随负荷减小,进气管真空度增大,进气量减少,气缸内的温度和压力均降低,燃烧速度变慢,燃烧过程所占的曲轴转角增大。应适应增大点火提前角。与采用真空提前器的传统点火系统相比,采用电控点火系统时,可以使发动机的实际点火提前角接近于理想的点火提前角。
燃料的性质:汽油的辛烷值越高,抗爆性越好,点火提前角可适当增大,以提高发动机性能,辛烷值较低的汽油,抗爆性差,点火提前角则应减小。在有些发动机的ECU中存储了两张点火正视图,实际应用中可根据使用燃料的不同进行选择。
其他因素:最佳点火提前角除应根据发动机的转速、负荷和燃料性质外,还应考虑发动机燃烧室形状,燃烧室内温度、空燃比、大气压力、冷却水温度等 3.1.3、控制点火提前角的基本方法 电控点火系统中,在主ECU内首先存储记忆发动机在各种工况及运行条件下最理想的点火提前角。点火提前角控制可分为启动时点火提前角和启动后点火提前角控制。
发动机启动时,按ECU内存储的初始化点火提前角(设定值)对点火提前角进行控制。启动时点火提前角的设定值随发动机而异对一定的发动机而言,启动时的点火提前角是固定的。
发动机正常运转时(启动后)。主ECU根据发动机的转速和负荷信号,确定基本点火提前角,并根据其他有关信号进行修正,最后确定实际的点火提前角,并向电子点火控制器输出点火指令以控制点火系的工作 3.1.4、起动时点火提前角的控制
在发动机启动过程中,发动机转速变化大,且由于转速较低,进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号不稳定,ECU无法正确计算点火提前角,一般将点火时刻固定在设定的初始点火提前角。
3.1.5、起动后基本点火提前角的确定
发动机起动后怠速运转时,ECU根据节气门位置传感器信号,发动机转速传感器信号和空调开关信号确定基本点火提前角。 发动机怠速工况下,为保证发动机工作稳定空调工作时的基本点火提前角比空调不工作时大。
发动机起动后在正常工况下运转时,控制点火提前角的信号主要有:进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号、发动机转速信号、节气门位置传感器信号、燃油选择开关或插头信号、爆燃信号等。按燃油辛烷值不同,在ECU存储器中存有两张基本点火提前角的数据。
3.1.6、点火提前角的修正 不同的发动机控制系统中,对点火提前角的修正项目和修正方法也不同。修正方法有修正系数和修正点火提前角法两种,修正系数与修正项目之间的关系曲线都是存储在ECU中,ECU根据初始化点火提前角、基本点火提前角和修正系数计算实际点火提前角。主要修正项目有水温修正、怠速稳定修正和空燃比修正等 3.2、通电时间控制
3.2.1、通电时间对发动机工作的影响 按点火能量的储存方式,汽油机点火系统可分为电感储能式和电容储能式两大类。对于电感储能式电控点火系统,当点火线圈的初级电路被接通后其初级电流时按指数规律增长的。初级电路被断开瞬间,初级电流所能达到的值与初级电路接通时间的长短有关,只有通电时间达到一定值时,初级电流才可能达到饱和由于断开电流影响次级电压最大值,次级电压的高低又直接影响点火系的可靠性所以在发动机工作时,必须保证点火线圈的初级电路有足够的通电时间。但如果通电时间过长,点火线圈又会发热并增大电能的消耗。要兼顾上述两方面的要求,就必须对点火线圈初级电路的通电时间进行控制。 3.2.2、通电时间的控制方法 在传统的汽油机点火系统中,由分电器上的凸轮来控制断电器触点的开闭,分电器的凸轮决定了断电器触点的闭合角,一般四缸发动机为50?、六缸发动机为38?、八缸发动机为33?由于其易导致发动机高速工作时点火能量降低 及工作可靠性低因此,传统点火系已逐渐被电控点火系所取代 在现代电控点火系统中,用灵敏可靠的传感器和晶体管开关,取代了传统点火系统中的断电器和分电器中的凸轮甚至分电器。点火线圈初级电路的通电时间由ECU控制,闭合角控制模型存储于ECU内,发动机工作时,ECU根据发动机转速信号和电源电压信号确定最佳的闭合角,并向点火器输出指令信号以控制点火器中晶体管的导通时间。随发动机转速提高和电源电压下降,闭合角增长。 3.2.3、点火线圈的恒流控制
在电控点火系统中,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,其初级电流最高可达30A以上。为了防止初级电流过大烧坏点火线圈,在部分电控点火控制电路中增加了恒流控制电路,保证在任何转速下初级电流均为规定值(7A),既改善了点火性能,又能防止电流过大而烧坏点火线圈。恒流控制的基本方法是:在点火器功率晶体管的输出回路中增设一个电流检测电阻,用电流在该电阻上形成的电压降反馈控制晶体管的基极电流,只要这种反馈为负反馈,就可使晶体管的集电极电流稳定,从而实现恒流控制。 3.3、爆燃控制
3.3.1、爆燃的危害
爆燃是汽油机工作时的一种不正常燃烧现象,轻微的爆燃,可使发动机功率上升,油
耗下降,但爆燃严重时,气缸内发出特别尖锐的金属敲击声,且会导致冷却液过热,功率下降,耗油率上升,成为汽油机运行中最有害的一种故障现象。 爆燃产生的原因是:在正常火焰传播的过程中,处在最后燃烧位置上的那部分未燃混合气(常称为末端混合气),进一步受到压缩和热辐射的作用,加速了先期反应。如果在火焰前锋尚未到达之前,末端混合气已经自燃,则这部分混合气燃烧速度极快,火焰速度可达每秒百米甚至百米以上,使燃烧室内部局部压力,温度很高,并伴随有冲击波。压力冲击波反复撞击缸壁,发出尖锐的敲缸声,严重时破坏附着在汽缸壁表面的气膜和油膜,使传热增加,汽缸盖和活塞顶温度升高,冷却液过热,汽油机功率下降,油耗率增加,甚至造成活塞、气门烧坏,轴瓦破裂,火花塞绝缘体破坏,润滑油氧化成胶质,活塞环卡死在环槽内等故障。因此,汽油机工作时,应对爆燃加以控制。 3.3.2、爆燃的控制方法
点火提前角是影响爆燃的主要因素之一,推迟点火(既减小点火提前角)是消除爆燃的最有效措施,在无爆燃控制的传统点火系中,为防止爆燃的产生,其点火时刻的设定必须远离爆燃边缘,必然会导致发动机的动力性、经济性不能发挥到最佳。在电控点火系统中,ECU根据爆燃传感器信号,判定有无发生爆燃及爆燃的强度,并根据其判定结果对点火提前角进行反馈控制,使发动机处于爆燃边缘工作,既能防止爆燃的发生,又能有效地提高发动机机动性和经济性,爆燃控制实际是点火提前角控制中的追加功能 爆燃传感器安装在气缸体上,其功用是利用压电晶体的压电效应,把爆燃时传到气缸体上的机械能转换成电压信号输送给ECU。ECU把爆燃传感器输入的信号进行滤波处理,并判断有无发生爆燃及爆燃的强度。有爆燃时,则逐渐减小点火提前角直到爆燃消失为止。无爆燃时,则逐渐增大点火提前角,当再次出现爆燃时,ECU又开始逐渐减小点火提前角,爆燃控制过程是对点火提前角进行反复调整的过程。 爆燃传感器向ECU输入爆燃信号时,电控点火系统采用闭环式控制模式,并以固定的角度使点火提前角减小,若仍有爆燃存在,则再以固定的角度减小点火提前角,直到爆燃消失为止。爆燃消失后为止。爆燃消失后一定的时间内,系统使发动机维持在当前的点火提前角下工作。此时间内若无爆燃发生,则以一个固定的角度逐渐增大点火提前角,直到爆燃再次发生。
发动机负荷较小时,发生爆燃的倾向几乎为零,所以电控点火系统在此负荷范围内采用开环控制模式。而当发动机的负荷超过一定值时,电控点火系统自动转入闭环控制模式。发动机工作时,ECU根据节气门位置传感器信号判断发动机的负荷大小,从而决定点火系统采用闭环控制式或开环控制。
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