微机控制点火系统的工作原理及点火提前角确定

微机控制点火系统在设计和结构上，随着汽车生产厂家、生产年代不同都有所不同，但基本结构大同小异，它和发动机电控燃油喷射系统共用一个控制单元。它主要由传感器、电子控制器（ECU）、点火器、点火线圈等组成，如图3-2-81所示。

图3-2-81　微机控制点火系统的组成与原理图

（一）传感器

传感器用来不断地检测与点火有关的发动机工作状况信息，并将检测结果输入电子控制器，作为运算和控制点火时刻的依据。各车型使用的传感器类型、数量、结构及安装位置不同，但其作用大同小异。微机控制的电子点火系统中所用的传感器主要有以下几种：

（1）曲轴位置传感器：用于检测发动机转速信号和基准缸活塞上止点位置信号（凸轮轴位置传感器），常见的有磁感应式、霍尔式和光电式三种。

（2）空气流量计（绝对压力传感器）：用于检测发动机进气量，是负荷信号。

（3）水温传感器：用于检测发动机水温信号。

（4）进气温度传感器：用于检测进气温度信号。

（5）节气门位置传感器：用于检测节气门开度或全开、全闭及急加速信号。

（6）车速传感器：用于检测车速信号。

（7）氧传感器：用于检测空燃比浓稀信号。

（8）爆震传感器：用于检测发动机爆震信号。

（9）点火开关：用于检测点火开关接通及启动信号。

（10）空调器开关：用于检测空调信号。

（11）空挡开关：用于检测变速器空挡信号。

（二）电子控制器（电控单元ECU）

它是点火控制系统和喷油控制系统的中枢，作用是接收上述各有关传感器信号，并按照特定的程序进行判断、运算后，给点火电子组件输出最佳点火提前角和初级电路导通时间的控制信号。在现代发动机集中控制系统中，点火系统仅是电子控制器的一个子系统。

电子控制器主要由输入回路、输出回路、A/D转换器、微型计算机，以及电源电路、备用电路等组成。

（三）点火器

点火器是综合控制的执行器之一，点火器的作用是根据ECU的指令，通过内部的大功率三极管的导通和截止，控制初级电流的通断，完成点火工作。

（四）微机控制点火系统的工作原理

1.最佳点火提前角的确定

火花塞点火时曲轴曲拐位置与活塞位于压缩上止点时曲轴曲拐位置之间的夹角称为点火提前角，即在压缩行程内从点火开始到活塞到达上止点时曲轴所转过的角度。

点火提前角主要随发动机转速和负荷（节气门开度表示）的变化而变化。当节气门开度一定时，发动机转速升高，燃烧过程所占曲轴转角增大，最佳点火提前角增大；否则，后燃损失增加，发动机功率和燃油经济性下降。当发动机转速一定时，随着节气门开度增大，最佳点火提前角应适当减小。因为节气门开度增大时，气缸内废气稀释现象减轻，混合气浓度增加，而且进入气缸内的可燃混合气增多，压缩终了时的压力和温度增高，均使发动机爆燃倾向增加，应适当推迟点火提前角，避免爆震现象的发生。

点火提前角还会随温度和汽油牌号等的变化而变化。

微机控制点火系的最佳点火提前角（即实际点火提前角）由三部分组成：初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角。

（1）初始点火提前角。发动机启动或转速低于400r/min时的点火提前角为初始点火提前角。它由发动机的结构和曲轴位置传感器的安装位置决定，是未经ECU修正的点火提前角，通常为固定值，其大小随发动机形式而异。

（2）基本点火提前角。是指由电子控制单元根据发动机的转速和负荷所确定的点火提前角。它是发动机运行过程中最为主要的点火提前角。发动机在正常运行期间，ECU根据试验的发动机转速和负荷信号，在储存器数据表中选出相应的数据作为基本点火提前角。

（3）修正点火提前角。是指由电子控制单元根据发动机的冷却水温、进气温度、电源电压等信号，对点火提前角进行修正的角度。它主要包括暖机修正、过热修正、空燃比反馈修正、怠速稳定性修正和爆震修正等方面。

2.系统工作原理

发动机工作过程中，各传感器不断地检测发动机的转速、负荷、冷却水温、进气温度等信号，并将检测信号经接口电路输入电子控制单元ECU，ECU根据这些信号参数进行查找、运算、修正，将计算结果转变为控制信号，向点火模块发出控制指令，接通点火线圈的初级电路；经过最佳的导通时间后，再发出控制指令，使点火模块切断点火线圈的初级电路；初级电流中断，在点火线圈次级绕组中产生高压电，经配电装置送到火花塞，点燃混合气。

发动机工作期间，电控单元还不断地检测爆震传感器输出的信号，分步骤将点火提前角减小，爆震消除后又分步骤将点火提前角移回到爆震前的状态，实现点火提前角的闭环控制。(www.xing528.com)

（五）微机控制点火系统的分类

按照是否保留分电器分为非直接点火系统、直接点火系统。

1.非直接点火系统

该系统仍然保留分电器，点火线圈产生的高压电是经过分电器中的配电器进行分配的，即由分火头和分电器盖组成的配电器，依照点火顺序适时地将高压电分配至各气缸，使各缸火花塞依次点火，如图3-2-82所示。

图3-2-82　非直接点火系统

2.直接点火系统（无分电器点火系统）

直接点火系统取消了分电器，该系统中点火线圈上的高压线直接与火花塞相连，工作时，点火线圈产生的高压电直接送至各火花塞，由微机根据各传感器输入的信息，依照发动机的点火顺序，适时地控制各缸火花塞点火。无分电器点火系统由于废除了分电器，因此不存在分火头和旁电极间跳火的问题，减小了能量损失，电磁干扰也小，节省了安装空间。

直接点火系统又可分为以下两类：

（1）同时点火方式。

同时点火方式是利用一个点火线圈对活塞接近压缩上止点和排气上止点的两个气缸同时进行点火的高压配电方法。其中，活塞接近压缩上止点的气缸点火后，混合气燃烧做功，该气缸火花塞产生的电火花是有效火花；活塞接近排气上止点的气缸，火花塞产生的电火花是无效火花。由于排气气缸内的压力远低于压缩气缸内的压力，排气气缸中火花塞的击穿电压也远低于压缩气缸中火花塞的击穿电压，因而绝大部分点火能量主要释放在压缩气缸的火花塞上。同时点火方式中，由于点火线圈仍然远离火花塞，所以点火线圈与火花塞仍然需要高压线连接。同时点火方式又分为点火线圈配电方式和二极管配电方式两种，如图3-2-83所示。

图3-2-83　同时点火方式

点火线圈配电方式是一种直接用点火线圈分配高压电的同时点火方式。几个相互屏蔽的、结构独立的点火线圈组合成一体，称为点火线圈组件。点火控制器中有与点火线圈数量相等的功率三极管，各控制一个点火线圈的工作。点火控制器根据计算机提供的点火信号，由气缸判别电路按点火顺序轮流触发功率三极管，使其导通或截止，以此控制点火线圈初级绕组的通断，产生次级电压而点火。有些点火线圈分配式同时点火系统，在点火线圈的次级绕组中串联一个高压二极管，其作用是防止高速时初级绕组导通而产生的次级电压形成误点火。还有的无分电器点火线圈的次级绕组与火花塞之间的高压电路中留有3～4mm的间隙，其作用与次级绕组中串联的高压二极管的作用一样，也是防止初级电路接通时的误点火。

二极管配电方式是利用二极管的单向导通特性，对点火线圈产生的高压电进行分配的同时点火方式。与二极管配电方式相配的点火线圈有两个初级绕组，一个次级绕组，相当于共用一个次级绕组的两个点火线圈的组件。次级绕组的两端通过两个高压二极管与火花塞构成回路，其中配对点火的两个气缸的活塞必须同时到达上止点，即一个处于压缩冲程上止点时，另一个处于排气行程上止点。计算机控制单元根据曲轴位置等传感器输入的信息，计算、处理并输出点火控制信号，通过点火控制器中的两个大功率三极管（VT1和VT2），按点火顺序控制两个初级绕组的电路交替接通和断开。当1、4缸点火触发信号输入点火控制器时，大功率三极管VT1截止，初级绕组N1断电，次级绕组产生高压电动势，此时1、4缸高压二极管正向导通而使火花塞跳火。当2、3缸点火触发信号输入点火控制器时，大功率三极管VT2截止，初级绕组N2断电，次级绕组产生高压电动势，此时2、3缸高压二极管导通，故2、3缸火花塞跳火。二极管配电方式的主要特点是一个点火线圈组件为四个火花塞提供高压，因此特别适宜四缸或八缸发动机。

同时点火方式只能用于气缸数为偶数的发动机，而单独点火方式则可用于任意气缸数的发动机。

（2）单独点火方式。

每个气缸的火花塞配一个点火线圈，单独对本缸点火。绝大部分无分电器点火系统均采用无高压线的直接点火方式，这也是目前点火系统发展的最高阶段。直接点火可使高压电能的传递损失和对无线电的干扰降到最低水平。

该点火系统的点火线圈次级绕组与火花塞之间的高压电路中留有3～4mm的间隙，其作用是防止初级电路接通时的误点火。

无分电器单独点火系统适合在四气门发动机上配用，该系统每个气缸的火花塞配用一个点火线圈，单独对本缸进行点火，并且可将点火线圈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，分火性能最好，但结构和点火控制系统较复杂。

单独点火系统有两种形式：

①所有点火线圈共用一个点火器，如图3-2-84所示。图中6个点火线圈共用一个点火器。点火线圈的结构如图3-2-85所示。

图3-2-84　共用一个点火器的电控独立点火系统

图3-2-85　共用一个点火器的点火线圈结构

②每个点火线圈都有一个单独的点火器，该系统点火器和点火线圈集成一体，如图3-2-86所示。点火线圈结构如图3-2-87所示。

图3-2-86　单独点火器的电控独立点火系统

图3-2-87　单独点火器的点火线圈结构