第四章汽油机电控点火完整系统Word格式.docx

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为了能可靠地点燃可燃混合气，点火系提供的击穿电压除必须满足不同工况的要求外，点火系所能提供的电压还应有一定的宽裕度，目前大多数电控汽油机点火系所能提供的击穿电压已超过28kV。

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二、火花塞电极间产生的火花必须具有足够的能量

要可靠地点燃混合气，除了需要足够商的击穿电压外．火花塞产生的电火花还应具有足够的能量。

电火花的能量用公式表示为酽锕极額閉镇桧猪訣锥。

电火花的能量=火花塞电极间的电压×

火花塞电极间流过的电流×

电火花持续时间

一般情况下．电火花的能量越大．混合气的着火性能越好。

点燃混合气所必需的最低能量与混合气的浓度、火花塞电极间隙及电极的形状等因素有关。

发动机正常工作时，由于接近压缩终点时混合气已经具有很高的温度．因此所需的火花能量较小，一般为l～5mJ。

在起动工况、怠速工况、节气门开度快速变化的非稳定工况，则需较高的火花能量。

为了使混合气有好的着火性能，电火花一般应具有50～80mJ的点火能量，目前电控的高能点火装置能提供的点火能量都超过了80～100mJ。

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三、在汽油机运行的大部分工况应始终具有较佳的点火提前角

点火系统除了应按各缸的工作顺序依次点火外．还必须保证具有较住的点火提前角。

较佳的点火提前角不仅能提高汽油机的动力性．降低燃油消耗率．而且也能减少汽油机有害物的生成量。

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对于以上三个要求，传统的机械式有触点点火系统只能基本满足．普通电子点火系统只能在提高击穿电压方面有所改善，只有电控点火系统，才有可能在以上三个方面都取得突破，并在发展中不断提高。

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4．1_2普通电子点火系统与电控点火系统

从传统机械式有触点点火系到现代轿车普遍采用的电控点火系，汽油机点火系统的电子化经历了两个发展阶段。

一、普通电子点火系统

如图4l所示．普通电子点火系由信号发生器2、点火控制模块4、大功率晶体管6、点火线圈5、分电器（图中未画出）、火花塞7等组成。

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信号发生器由信号轮和感应线圈或霍尔信号发生器组成，信号轮通常安装在分电器轴上，曲轴转两圈，信号轮转一圈，感应线圈或霍尔信号发生器向点火器输出与气缸数相等的点火信号。

根据信号发生器输入的点火信号，点火控制模块控制大功率晶体管的导通和截止，使点火线圈初级接通或断开，在点火线圈次级感应出高压。

点火高压经过分电器的分火头、侧电极及分缸高压线输送到相应的火花塞，火花塞电极间产生的电火花点燃气缸内的可燃混合气。

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普通电子点火系统与机械式有触点点火系统相比，由于采用了信号发生器，从根本上消除了由触点引起的缺点和故障。

同时点火控制模块还具有闭合角控制和初级线圈恒流控制功能，使初级线圈断开瞬间的电流达到饱和电流，在次级线圈上感应出足够高的电压，保证点火系在发动机全部转速范围内都能可靠工作。

另外，普通电子点火系统还具有点火提前角准确稳定，不需要维护保养等优点。

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但是，普通电子点火系统对点火提前角的调整，仍采用机械式真空提前装置和离心式提前装置，因此不能对点火提前角进行精确调整。

同时，普通电子点火系统的点火提前角调整装置，不能兼顾其他因素对点火提前角的影响，也不能对爆震进行反馈控制。

在采用普通电子点火系统的汽油机中，为了避免产生爆震，点火系统确定的实际点火提前角通常小于最佳点火提前角，以致汽油机的潜能没有得到充分的发挥。

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目前，普通电子点火系统除货车汽油机中仍在使用外，在轿车中已被更先进的微机控制点火系统所代替。

二、电控点火系统

电控点火系统是现代轿车汽油机广泛采用的一种新颖点火系统。

如果把电控点火系统作为一个独立控制系统看待，那么电控点火系统像其他的电控系统一样，由传感器、ECU及执行元件三部分组成，如图4．2所示。

事实上，由于电控点火系统是汽油机电控系统的一个组成部分，因此，除了点火系统专用的部件（如点火控制模块1、点火线圈2、火花塞等）和传感器（如爆震传感器）外，其他所有的传感器，包括ECU都是共用的。

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图4．2电控点火系统的组成

l一点火控制模块；

2一点火线囵

电控点火系统不但具有普通电子点火系的所有优点，而且它取消了真空式和机械离心式点火提前角调整装置，由ECU根据汽油机的运行工况对点火提前角进行调整和控制。

同时，电控点火系统采用爆震传感器对爆震进行检测，ECU根据检测结果对点火提前角实施反馈控制。

上述两项新技术的应用，在需要进行最佳点火提前角控制的运行工况，电控点火系都能提供最佳的点火提前角，使汽油机的动力性、经济性、排放等方面的性能都达到较佳的水平。

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电控点火系统，按有无分电器，可分为电控有分电器点火系统和电控无分电器点火系统两种类型。

1电控有分电器点火系统

电控有分电器点火系统的主要特点是：

点火线囵次级产生的高压，通过分电器按发火顺序，依次输送到各缸火花塞。

对于点火提前角、闭合角和爆震反馈的控制，与其他类型微机控制点火系统基本相同，如图4．3所示。

随着电控无分电器点火系统的出现，有分电器点火系统已趋于淘汰.擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。

2．电控无分电器点火系统

电控无分电器点火系统最主要的特点是完全取消了传统的分电器，由ECU中附加的点火控制电路和分电电路控制点火控制模块，实现对点火的控制。

对于微机控制无分电器点火系统，按点火方式可分为同时点火方式和独立点火方式两种类型。

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图4．3微机控制有分电器点火系统构成原理图

l—ECU；

2一蓄电池；

3一火花塞；

4一点火开关；

5一分电器；

6一点火线圈7一点火控制模块；

8一N转子及信号线圈；

9一G转子及信号线圈坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。

（1）同时点火方式

同时点火方式的主要特点是点火过程同时发生在两个工作顺序相差360。

的气缸中。

电火花产生时，其中一个气缸的活塞位于压缩上止点附近，对这个气缸是一次有效的正式点火。

对于另一个气缸，由于其活塞正好位于排气上止点附近，因此是一次无效的空点火。

对同时点火方式，按配电方式又分为二极管分配式和点火线圈分配式两种形式。

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二极管分配式同时点火系统的构成如图4.4所示。

该点火系统由Ecul、点火控制模块2、点火线圈3和二极管4等组成。

对于图4.4所示的四缸机，点火线圈的初级线圈有2组绕组，初级绕组①对应1、4缸，初级绕组②对应2、3缸。

当ECU向点火控制模块发出1、4点火的触发信号时，点火控制模块中的V1截止，初级绕组①中的电流被切断，在次级绕组中感应出下“+”上“-”的高压电，点火高压经4、l缸火花塞构成回路，使处于压缩上止点附近的1缸正式点火，而处于排气上止点附近的4缸则空点火一次。

曲轴转过180~后，ECU向点火控制模块发出2、3缸点火的触发信号时，点火控制模块中的V2截止，初级绕组②中的电流被切断，在次级绕组中j感应出上“+”、下“-”的高压电，点火高压经2、3缸火花塞构成回路，同时在2、3缸产生电火花此时3缸为正式点火，2缸则空点火一次。

发动机曲轴转2圈，ECU发出4次点火触发信号，按1—3—4—2的工作顺序，各缸轮流正式点火1次。

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图4.4无分电器二极管分配式同时点火系统构成原理图

2一点火控制模块；

3一点火线圈；

4一二极管

点火线圈分配式同时点火系统的构成如图4．5所示。

该点火系统由曲轴位置和凸轮轴位置传感器l、ECU5、点火控制模块2、点火线圈3和火花塞4等组成。

点火线圈分配式点火系统的主要特点是，每两个工作顺序相差360°

的气缸共用一个点火线圈，对于图4.5的六缸机，共有三个点火线圈。

当ECU向点火控制模块发出l、6缸的点火信号时，点火控制模块中控制No.1点火线圈初级绕组的晶体管截止，在次级绕组上感应出高压，串联在次级绕组上的1、6缸的火花塞同时跳火。

当曲轴转120°

时，ECU向点火控制模块发出5、2缸的点火信号时，点火控制模块中控制No.2点火线圈初级绕组的晶体管截止，在次级绕组上感应出高压，串联在次级绕组上的5、2缸的火花塞同时跳火。

据此类推，曲轴再转过120°

，3、4缸的火花塞将同时跳火。

对于同时点火的两个气缸，由于一个气缸的活塞已接近压缩行程终点，气缸内压力较高，放电较为困难，所需的击穿电压较高，而另一个气缸的活塞已接近排气行程终点，气缸内的压力已接近大气压，放电较容易，所需的击穿电压较低。

因此在这种火花塞串联布置的点火电路中，当两缸火花塞同时跳火时，电路的阻抗几乎都在压缩缸，压缩缸承受大部分电压降。

与普通只有一个火花塞跳火的点火系相比较，压缩缸的击穿电压相差不大，在排气缸损失的电能也不大。

曲轴转过两圈，根据l一5—3—6—2—4的工作顺序，各缸依次轮流正式点火一次。

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图4．5无分电器点火线圈分配式同时点火系统构成原理图

1一曲轴位置和判缸信号传感器；

4一火花塞；

5一电控单元

串联在每组高压回路中的二极管的作用是：

利用二极管的反向截止功能，防止发动机高速运行时，初级绕组接通瞬间在次级绕组产生的感应电压（大约l000V）造成火花塞在进气行程末期或压缩行程初期跳火，使发动机不能正常工作。

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无分电器点火系由于取消了分电器，使发动机的运动零件减少，结构更紧凑。

另外，无分电器点火系的点火线圈采用闭磁路结构，且点火线圈产生的高压直接由分缸高压线输送到火花塞，减少了高压输送的损失，有利于提高点火能量。

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（2）独立点火方式

独立点火方式是多气门汽油机无分电器点火系中普遍采用的结构形式。

点火线圈分配式独立点火系统的构成如图4．6所示。

该点火系统由电控单元、点火控制模块4、点火线圈1和火花塞2等组成。

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（a）点火线圈安装位置示意图（b）独立点火系统构成原理图

图4．6无分电器点火线圈分配式独立点火系统原理图

l一点火线圈；

2一火花塞；

3一电控单元；

4一点火控制模块

独立点火方式的主要特点是：

每个气缸上配有1个点火线圈和1个火花塞，点火线圈安装在火花塞上方，取消了高压线，由点火线圈直接向火花塞供电。

发动机工作时，ECIJ按各缸工作顺序向点火控制模块发出点火信号，点火控制模块内相应的晶体管截止，使对应气缸点火线圈初级绕组断开，在次级绕组上感应出高压，火花塞产生火花，点燃已被压缩的混合气。

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独立点火方式每缸配置一个超小型闭磁路点火线圈，且由点火线圈直接向火花塞供电，因此具有初级绕组充电时间短，点火能量传递损失小的突出优点，一般在高达9000r／min的宽广转速范围内，点火系都能提供足够高的点火电压和点火能量。

另外，独立点火方式还具有电磁干扰少、击穿电压低（火花塞中心电极均为负极）、电极寿命长等优点。

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4．2点火提前角和闭合角控制

点火提前角和闭合角是与汽油机综合性能有关的