第3章目录 第3章点火系统的控制 3.1电子控制点火系统的组成与原理 3.1电子控制点火系统的特点 3.1.2电子控制点火系统的组成 3.1.3电子控制点火系统原理与控制过程 3.2点火提前角控制 3.2.1丰田汽车0CS系统点火提前角的控制 3.2.2日产公司E0C系统点火提前角的控制 3.3无分电器点火系统 3.3.1无分电器点火系统的配电方式 3.3.2典型D/系统分析 3.4爆震控制 34.1爆震与点火时刻的关系 3.4.2爆震控制系统 小结 习题
- 1 - 第 3 章目录 第 3 章 点火系统的控制...................................................................................................................................- 2 - 3.1 电子控制点火系统的组成与原理......................................................................................................... - 2 - 3.1.1 电子控制点火系统的特点 .............................................................................................................- 2 - 3.1.2 电子控制点火系统的组成 .............................................................................................................- 3 - 3.1.3 电子控制点火系统原理与控制过程............................................................................................- 12 - 3.2 点火提前角控制................................................................................................................................... - 13 - 3.2.1 丰田汽车 TCCS 系统点火提前角的控制......................................................................................- 14 - 3.2.2 日产公司 ECCS 系统点火提前角的控制......................................................................................- 17 - 3.3 无分电器点火系统................................................................................................................................ - 20 - 3.3.1 无分电器点火系统的配电方式...................................................................................................- 20 - 3.3.2 典型 DLI 系统分析 ......................................................................................................................- 22 - 3.4 爆震控制............................................................................................................................................... - 25 - 3.4.1 爆震与点火时刻的关系 ...............................................................................................................- 25 - 3.4.2 爆震控制系统 ...............................................................................................................................- 26 - 小 结........................................................................................................................................................... - 28 - 习 题........................................................................................................................................................... - 28 -
第3章点火系统的控制 ☆知识点 1.电子控制点火系统的特点 2.电子控制点火系统的组成和工作原理 3.电子控制点火系统在汽车上的应用 ★要求 1.电子控制点火系统的组成 2.电子控制点火系统的工作原理 了解: 1.电子控制点火系统的特点 2.丰田汽车电子控制点火系统的控制过程 3.日产汽车电子控制点火系统的控制过程 3.1电子控制点火系统的组成与原理 3.1.1电子控制点火系统的特点 普通电子点火系统相对于传统点火系来说,由于利用晶体管的开关特性控制点火线圈初级电路 的导通与切断,取消了分电器内的断电器触点,增加了闭合角控制,动、静态控制等功能,使点火 性能有了很大的提高。但普通电子点火系对点火提前角的调整,仍采用真空和离心式机械点火提前 机构控制,其调整精度距离发动机最佳点火提前角的要求相差很远。真空和离心式点火提前角调整 机构工作时,对点火提前角的调整量和发动机在转速与负荷变化时理想点火提前角的改变量如图3.1 所示。从图中可以看出,普通电子点火系统不能很好的满足发动机对最佳点火提前角的要求 真空提前 发动机转速提前 理想点火定 理想点火定时 机械离心提前器 真空提前器 发动机转速→高 歧管真空度→高 图3.1发动机转速及进气歧管真空度对点火提前角的影响
- 2 - 第 3 章 点火系统的控制 ☆ 知识点 1．电子控制点火系统的特点 2．电子控制点火系统的组成和工作原理 3. 电子控制点火系统在汽车上的应用 ★ 要求 掌握： 1．电子控制点火系统的组成 2．电子控制点火系统的工作原理 了解： 1．电子控制点火系统的特点 2．丰田汽车电子控制点火系统的控制过程 3．日产汽车电子控制点火系统的控制过程 3.1 电子控制点火系统的组成与原理 3.1.1 电子控制点火系统的特点 普通电子点火系统相对于传统点火系来说，由于利用晶体管的开关特性控制点火线圈初级电路 的导通与切断，取消了分电器内的断电器触点，增加了闭合角控制，动、静态控制等功能，使点火 性能有了很大的提高。但普通电子点火系对点火提前角的调整，仍采用真空和离心式机械点火提前 机构控制，其调整精度距离发动机最佳点火提前角的要求相差很远。真空和离心式点火提前角调整 机构工作时，对点火提前角的调整量和发动机在转速与负荷变化时理想点火提前角的改变量如图 3.1 所示。从图中可以看出，普通电子点火系统不能很好的满足发动机对最佳点火提前角的要求。 图 3.1 发动机转速及进气歧管真空度对点火提前角的影响
影响发动机点火提前角的因素除转速和歧管真空度(即发动机负荷)以外,还有燃烧室的形状、 发动机温度、空燃比、燃油品质、大气压力等。因此,在发动机工作过程中,调整点火提前角始终 为最佳值,普通电子点火系是无法实现的。电子控制点火系统,废除了真空和离心式点火提前装置 可对点火提前角进行实时控制,最大限度地改善和提高发动机的各项性能,其具体特点为: 在所有的工况及各种环境条件下,均可自动获得理想的点火提前角,从而使发动机动力性, 经济性、排放性及工作稳定性等方面均处于最佳, 2.在整个工作范围内,均可使点火能量保持恒定不变,提高了点火的可靠性,有效地减少能源 消耗和废气的有害成分 3.配合稀薄燃烧技术,在整个工作范围内提供所需恒定点火能量。 4.采用闭环反馈控制技术后,与燃料供给系统实行综合控制,可使点火提前角控制在刚好不发 生爆震的临界状态,以此获得较高的燃烧效率,有利于发动机各种性能的提高。 值得指出的是:点火提前角的控制不能仅仅从点火系统或者发动机系统出发考虑,而是要求其 能与其他系统很好的协调,提供一种动态的集中控制平台,以此追求系统最佳,即车辆整体的控制 最佳。 3.1.2电子控制点火系统的组成 电子控制点火系统主要由各种与点火相关的传感器、电控单元(ECU)、执行器(电子点火控制器) 点火线圈和火花塞组成。如图3.2所示。可分为有分电器和无分电器点火系统。无分电器点火系统 又有同时点火方式和单独点火方式之分。下面就其主要组成部分的构造和工作原理分别进行讨论 各种传感器 曲轴转角传感器 空气流量计 水温传感器 节气门开关 控单元 点火开关 车速传感器 点火器 点火线圈 若电池 图3.2电子控制点火系统的组成 1.传感器 传感器用来检测与点火有关的发动机工况信息,并将信息输入电控单元,作为运算和控制点火 时刻的依据。目前各车型使用的传感器的结构、类型、数量和安装位置各不相同,但其作用大同小
- 3 - 影响发动机点火提前角的因素除转速和歧管真空度（即发动机负荷）以外，还有燃烧室的形状、 发动机温度、空燃比、燃油品质、大气压力等。因此，在发动机工作过程中，调整点火提前角始终 为最佳值，普通电子点火系是无法实现的。电子控制点火系统，废除了真空和离心式点火提前装置， 可对点火提前角进行实时控制，最大限度地改善和提高发动机的各项性能，其具体特点为： 1.在所有的工况及各种环境条件下，均可自动获得理想的点火提前角，从而使发动机动力性， 经济性、排放性及工作稳定性等方面均处于最佳。 2.在整个工作范围内，均可使点火能量保持恒定不变，提高了点火的可靠性，有效地减少能源 消耗和废气的有害成分。 3.配合稀薄燃烧技术，在整个工作范围内提供所需恒定点火能量。 4.采用闭环反馈控制技术后，与燃料供给系统实行综合控制，可使点火提前角控制在刚好不发 生爆震的临界状态，以此获得较高的燃烧效率，有利于发动机各种性能的提高。 值得指出的是：点火提前角的控制不能仅仅从点火系统或者发动机系统出发考虑，而是要求其 能与其他系统很好的协调，提供一种动态的集中控制平台，以此追求系统最佳，即车辆整体的控制 最佳。 3.1.2 电子控制点火系统的组成 电子控制点火系统主要由各种与点火相关的传感器、电控单元(ECU)、执行器(电子点火控制器)、 点火线圈和火花塞组成。如图 3.2 所示。可分为有分电器和无分电器点火系统。无分电器点火系统 又有同时点火方式和单独点火方式之分。下面就其主要组成部分的构造和工作原理分别进行讨论。 图 3.2 电子控制点火系统的组成 1．传感器 传感器用来检测与点火有关的发动机工况信息，并将信息输入电控单元，作为运算和控制点火 时刻的依据。目前各车型使用的传感器的结构、类型、数量和安装位置各不相同，但其作用大同小
异,下面介绍几种电子控制点火系统的主要传感器。 (1)曲轴基准位置传感器(点火基准传感器) 此传感器可在曲轴转至某一特殊位置时,发出电信号,电控单元将这一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。 曲轴转角及转速传感器和曲轴基准位置传感器是电子控制点火系统最基本的输入信号,常用的 传感器有磁感应式、霍尔效应式和光电式;安装的位置有分电器内、飞轮壳上、曲轴前端、凸轮轴 前后端等。 ①磁脉冲式曲轴位置传感器 磁脉冲式曲轴位置传感器由定时转子、永久磁铁、耦合线圈等组成,工作原理如图3.3所示 图3.3磁脉冲式曲轴位置传感器 a)工作原理b)波形图 1.永久磁铁2.转子3.耦合线圈4.衔铁 永久磁体和耦合线圈固定在分电器底板上,信号转子装在分电器轴上,由分电器驱动。当曲轴 传动分电器轴旋转时,由于转子正时齿相对线圈位置的变化,使线圈内的磁通变化,从而在线圈内 产生感应电动势输出。转子外缘设有与气缸数相等且等距离分布齿,该齿即为正时齿。图3.3中转 子有4个齿,分别对应四缸发动机的4个缸。由图3.3a可见,信号转子上的凸齿接近铁心(定子) 时形成磁路并产生磁通,当信号转子离开铁心时,铁心和信号转子凸齿之间的气隙增大,磁阻也随 之增大,使磁通量减少。绕在铁心上的耦合线圈因磁通量的变化而产生感应电动势,在凸齿接近或 离开凸齿与铁心最近点的瞬间,磁通量变化最大,此时的感应电动势也最大。由图3.3b可以看出 电压增长过程有一个正峰值,而衰减过程有一负峰值。由正脉冲转变为负脉冲的中点,感应电动势 为零,这就可用作触发点火的信号。磁通量变化率取决于信号转子的转速,所以脉冲发生器输出电 压可在0.5V~100V范围内变化。把上述输出信号经整形、放大并送功率开关电路,就可控制点火线
- 4 - 异，下面介绍几种电子控制点火系统的主要传感器。 （1）曲轴基准位置传感器(点火基准传感器) 此传感器可在曲轴转至某一特殊位置时，发出电信号，电控单元将这一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。 曲轴转角及转速传感器和曲轴基准位置传感器是电子控制点火系统最基本的输入信号，常用的 传感器有磁感应式、霍尔效应式和光电式；安装的位置有分电器内、飞轮壳上、曲轴前端、凸轮轴 前后端等。 ①磁脉冲式曲轴位置传感器 磁脉冲式曲轴位置传感器由定时转子、永久磁铁、耦合线圈等组成，工作原理如图 3.3 所示。 图 3.3 磁脉冲式曲轴位置传感器 a） 工作原理 b）波形图 1.永久磁铁 2.转子 3.耦合线圈 4.衔铁 永久磁体和耦合线圈固定在分电器底板上，信号转子装在分电器轴上，由分电器驱动。当曲轴 传动分电器轴旋转时，由于转子正时齿相对线圈位置的变化，使线圈内的磁通变化，从而在线圈内 产生感应电动势输出。转子外缘设有与气缸数相等且等距离分布齿，该齿即为正时齿。图 3.3 中转 子有 4 个齿，分别对应四缸发动机的 4 个缸。由图 3.3 a 可见，信号转子上的凸齿接近铁心（定子） 时形成磁路并产生磁通，当信号转子离开铁心时，铁心和信号转子凸齿之间的气隙增大，磁阻也随 之增大，使磁通量减少。绕在铁心上的耦合线圈因磁通量的变化而产生感应电动势，在凸齿接近或 离开凸齿与铁心最近点的瞬间，磁通量变化最大，此时的感应电动势也最大。由图 3.3b 可以看出， 电压增长过程有一个正峰值，而衰减过程有一负峰值。由正脉冲转变为负脉冲的中点，感应电动势 为零，这就可用作触发点火的信号。磁通量变化率取决于信号转子的转速，所以脉冲发生器输出电 压可在 0.5V～100V 范围内变化。把上述输出信号经整形、放大并送功率开关电路，就可控制点火线
圈原边电流的通断,从而在其付边产生高压并经火花塞放电点火。这个电压和脉冲频率的变化除用 作点火信号外,还可用作转速等其他传感信号。气隙的大小影响磁路的磁阻,由此影响输出电压的 高低。 以上介绍的是磁脉冲式曲轴位置传感器的基本原理。在实际的发动机电子控制系统中,由于ECU 的大容量信息处理能力,所以实际的磁脉冲式曲轴位置传感器较图3.3的复杂。如定时转子外缘的 定时齿数较多,或增设轴向定时齿,耦合线圈也不止一个,其目的是为了提高检测的精度。如日产 汽车公司( NISSAN)的磁脉冲传感器可以输出曲轴的1°转角信号,因此控制系统可以根据发动机 的各种运转条件,精确地调节点火提前角及喷油时刻,不但实现点火正时控制,还同时实现喷油正 时控制使及发动机转速的检测。 ②霍耳式曲轴位置传感器 霍耳式曲轴位置传感器结构如图3.4所示 图3.4霍尔式曲轴位置传感器结构 1.定时齿轮2.霍尔开关电路3.永久磁铁4.底板5.导线及接插件 霍耳式曲轴位置传感器由两个部件组成。一个部件是与分火头制成一体的定时转子即所谓的触 发叶轮;另一个部件是霍耳信号发生器。 触发叶轮由导磁材料制成,其上的叶片数与发动机气缸数相同触发叶轮由分电器轴带动。 霍耳信号发生器由霍耳集成电路、永久磁铁等组成,两者之间留有一个空隙,以便叶轮的叶片 能在隙内转动。 霍耳式曲轴位置传感器的工作原理如图3.5所示。 其工作原理如下: 触发叶轮由分电器轴带动旋转,每当叶片进入永久磁铁与霍耳集成电路之间的空气隙时,永久 磁铁的磁场被叶片旁路,霍耳集成电路表面无磁场作用,它内部的霍耳元件不产生霍耳电动势。当 叶片离开空气隙时,永久磁铁的磁场经导磁板、空气隙形成磁路并作用在霍耳集成电路上,其内部
- 5 - 圈原边电流的通断，从而在其付边产生高压并经火花塞放电点火。这个电压和脉冲频率的变化除用 作点火信号外，还可用作转速等其他传感信号。气隙的大小影响磁路的磁阻，由此影响输出电压的 高低。 以上介绍的是磁脉冲式曲轴位置传感器的基本原理。在实际的发动机电子控制系统中，由于 ECU 的大容量信息处理能力，所以实际的磁脉冲式曲轴位置传感器较图 3.3 的复杂。如定时转子外缘的 定时齿数较多，或增设轴向定时齿，耦合线圈也不止一个，其目的是为了提高检测的精度。如日产 汽车公司（NISSAN）的磁脉冲传感器可以输出曲轴的 1°转角信号，因此控制系统可以根据发动机 的各种运转条件，精确地调节点火提前角及喷油时刻，不但实现点火正时控制，还同时实现喷油正 时控制使及发动机转速的检测。 ②霍耳式曲轴位置传感器 霍耳式曲轴位置传感器结构如图 3.4 所示。 图 3.4 霍尔式曲轴位置传感器结构 1.定时齿轮 2.霍尔开关电路 3.永久磁铁 4.底板 5.导线及接插件 霍耳式曲轴位置传感器由两个部件组成。一个部件是与分火头制成一体的定时转子即所谓的触 发叶轮；另一个部件是霍耳信号发生器。 触发叶轮由导磁材料制成，其上的叶片数与发动机气缸数相同触发叶轮由分电器轴带动。 霍耳信号发生器由霍耳集成电路、永久磁铁等组成，两者之间留有一个空隙，以便叶轮的叶片 能在隙内转动。 霍耳式曲轴位置传感器的工作原理如图 3.5 所示。 其工作原理如下： 触发叶轮由分电器轴带动旋转，每当叶片进入永久磁铁与霍耳集成电路之间的空气隙时，永久 磁铁的磁场被叶片旁路，霍耳集成电路表面无磁场作用，它内部的霍耳元件不产生霍耳电动势。当 叶片离开空气隙时，永久磁铁的磁场经导磁板、空气隙形成磁路并作用在霍耳集成电路上，其内部