带分电器的普通无触点式电子点火系统与传统点火系进行比较,虽然在提高次级电压和点火能量,延长配电器电极触点使用寿命等方面都有了较大改进。但是在使用过程中仍然存在如下缺点:
1)对点火时间的调节与传统点火系一样,仍靠离心式和真空式两套机械点火提前调节装置来完成。
2)由于机械的滞后、磨损(如带动信号轮旋转的分电器轴会逐渐磨损)及装置本身的局限性等许多因素的影响,机械式提前调节装置还不能保证发动机点火时刻总等于最佳值,不是偏早就是偏迟。
3)由于除了保留分电器中的点火提前装置外还保留了配电部分(即分火头、中央电极和侧电极),所以不仅有能量的损失,而且在分配高压电时仍然产生电火花而烧蚀触点,并产生电磁干扰波,影响无线电等装置的正常使用。
微机控制的电子点火系统主要为有分电器式和无分电器式两种结构类型。
1.微机控制有分电器式电子点火系统
(1)组成 微机控制有分电器式电子点火系统主要由传感器、ECU、点火控制器(点火模块)、点火线圈、火花塞和分电器(只保留了配电部分)等组成,如图4-26所示。
图4-26 微机控制有分电器式电子点火系统的基本组成
1)传感器。传感器主要有:曲轴位置传感器、空气流量计(或进气压力传感器)、冷却液温度传感器、进气温度传感器、氧传感器、节气门位置传感器、车速传感器、爆燃传感器等。其作用是将影响发动机各工作性能指标的非电参数转化成电参数,然后输送至微机进行处理。
2)ECU。ECU的作用是根据发动机各传感器输入的信息及内存的数据,进行运算、处理、判断,然后输出指令控制有关执行器动作,达到快速、准确控制发动机工作的目的。
3)点火控制器。点火控制器即点火模块,它的作用是根据ECU的指令,通过内部的大功率晶体管的导通与截止,控制点火线圈初级绕组电流的通断,完成点火工作。
(2)工作原理 如图4-27所示,各传感器将收集到的发动机工作性能参数转化为电信号输送至ECU,ECU将发动机各传感器输入的电信号与ECU中内存的数据进行比较、运算、处理、判断,然后输出点火信号指令控制点火控制器,点火控制器通过内部的大功率晶体管的导通与截止,控制点火线圈初级绕组电流的通断,完成点火工作。
图4-27 微机控制有分电器式电子点火系统的工作原理
(3)ECU对点火时刻的控制方式
1)开环控制方式。开环控制是指ECU检测发动机各种工作状态,并根据这些信息,从内部存储器(ROM)中查出相应的点火提前角,然后输出控制信号对点火时刻进行控制。这种控制方法对控制结果不予反馈。开环控制所用的控制数据是经过大量的试验并优化的结果,是综合考虑到经济性、动力性和排放等要求而确定的,如图4-28所示。
2)闭环控制方式。闭环控制是指ECU以一定的点火提前角控制发动机工作时,同时还不断地检测发动机的有关工作状态,然后根据检测到的数据再对点火提前角进行修正。在闭环控制时,反馈信号可以有多种,如爆燃信号、转速信号、气缸压力信号等,但目前汽车上最常用的是使用爆燃信号对发动机点火提前角进行最佳控制。如图4-28所示。
图4-28 开环、闭环控制方式框图
2.微机控制无分电器式电子点火系统
采用微机控制的有分电器式电子点火系统由于取消了普通电子点火系统中的离心式和真空式两套机械点火提前调节装置,所以使发动机实际点火提前角接近理想最佳点火提前角。在各种运转条件下,点火提前角可获得复杂而精准的控制。但由于仍然保留了分电器中的配电部分,因此在使用过程中仍存在如下缺点:
1)带动分火头旋转的分电器轴会逐渐磨损,使分火头与分电器盖上的侧电极之间的间隙会逐渐发生变化且变化不均匀,从而影响各缸高压电的分配质量。
2)由于配电部分中的分火头、中央电极和侧电极之间必须留有一定的间隙,所以不仅有能量的损失,而且在分配高压电时仍然产生电火花而烧蚀触点,并产生电磁干扰波,影响无线电等装置的正常使用。
而采用微机控制的无分电器点火系统以后,可从根本上解决上述各类型点火系统所存在的种种缺陷。
1)点火提前角由微机控制,发动机各工况点的点火提前角都可按照各工况点对动力性、经济性和排放性能的特殊要求,单独地进行调整,而不影响其他工况点的提前角。
2)无分电器点火系统取消了分电器,消除了由于分电器制造、安装、传动系统磨损等原因造成的点火时刻的误差,提高了点火提前角的控制精度。
3)因电火花不需跳过分火头与侧电极之间的间隙,这样在相同初级存储能量的情况下,点火的火花能量可以提高14%左右,并可有效地降低电磁波辐射干扰。(www.xing528.com)
4)无分电器点火系统可以精确地控制闭合角,使点火系统的能耗减至最小。
5)免维护,使用中不需调整初始点火提前角。
6)无分电器点火系统增加爆燃传感器,可对点火提前角进行闭环控制,使发动机工作在微爆燃状态,这时发动机的循环效率最高,发动机的动力性、经济性得到进一步改善。
微机控制无分电器式电子点火系统分两种,一种是每两缸共用一个点火线圈,两缸同时点火(也称分组点火);另一种是每缸一个点火线圈,各缸独立点火(也称直接点火)。
双缸同时点火是指一只点火线圈同时为两个气缸点火。这种方式要求一只点火线圈同时为两个火花塞点火,同时点火的两个气缸工作相位相差360°曲轴转角,这样当一缸接近压缩行程上止点时,另一缸必然接近排气行程上止点,若此时点火,两个气缸的火花塞将同时跳火。如图4-29所示。
图4-29 两缸同时点火系统的结构布置及电路原理示意图
提示:对直列气缸而言,一般六缸汽油机的1、6缸共用一个点火线圈,2、5缸共用一个点火线圈,3、4缸共用一个点火线圈。一般四缸汽油机的1、4缸共用一个点火线圈,2、3缸共用一个点火线圈。
独立点火是指一个火花塞配一只点火线圈,将点火线圈及功率晶体管作为一体直接安装在火花塞顶上,这样不仅取消了分电器,而且也不用高压线。因此,彻底消除了分电器和高压线所带来的缺陷,点火性能最好,但结构和点火控制系统复杂,如图4-30所示。
图4-30 各缸独立点火系统的结构布置及电路原理示意图
3.微机控制电子点火系统的其他控制内容
微机控制电子点火系统除了主要控制各缸点火以外,还需进行点火提前角的控制,通电时间的控制以及爆燃控制。从而达到最佳点火的目的,以满足汽油机对动力性、经济性及环保性的要求。
(1)点火提前角的控制 实际的点火提前角即为: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4-31所示。
其中,初始点火提前角就是发动机在制造时所确定的点火正时初始角;基本点火提前角为只按照发动机转速和负荷两个最基本参数所确定的点火角度;点火提前角修正值是ECU根据发动机进气温度、冷却液温度、节气门位置、混合气空燃比、起动开关、空调开关等传感器信号和有关开关信号,对基本点火提前角按一定的修正特性所做的进一步优化性校正,从而使发动机点火性能最佳。所以说实际点火提前角就是我们常说的最佳点火提前角。
图4-31 实际点火提前角的组成示意图
(2)通电时间控制 为防止初级电流过大烧坏点火线圈,在点火控制电路中,必须控制一个最佳通电时间,保证在任何转速下初级电流都能达到规定值7A。这样既能改善点火性能,又能防止初级电流过大而烧坏点火线圈。其控制原理如图4-32所示。
(3)爆燃控制 有爆燃时,则逐渐减小点火提前角(推迟点火),直到爆燃消失为止。无爆燃时,则逐渐增大点火提前角(提前点火),当再次出现爆燃时,ECU又开始逐渐减小点火提前角。爆燃控制过程就是对点火提前角进行反复调整的过程,如图4-33所示。
提示:爆燃控制最主要的传感器是爆燃传感器,它用于检测发动机是否发生爆燃,一般每台发动机安装一到两只。
图4-32 通电时间控制原理示意图
图4-33 爆燃控制过程示意图
爆燃传感器安装位置:3缸发动机安装在第2缸缸体中间;4缸发动机安装在2、3缸缸体之间。工作原理:爆燃传感器如图4-34所示,是一种振动加速度传感器,装在发动机气缸体上。
图4-34 爆燃传感器实物及结构组成示意图
发动机工作期间(多在低速大负荷工况时)如发生爆燃,且爆燃强度达到一定值时,电子控制单元便能接收到提前信号,并根据爆燃强度的大小给点火电子组件发出推迟点火的信号,直到爆燃消失。爆燃消失后,电子控制单元便将点火提前角逐渐移至最佳点火角,或以一定角度使点火提前,直到再次发生爆燃时为止。
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