《汽车点火系统》PPT课件.ppt

第四章 点火系统,第四章 点火系统,概述 第一节 传统点火系统 第二节 普通电子点火系统 第三节 微机控制电子点火系统 第四节 微机控制无分电器点火 第五节 总结,概述,（一）点火系统的作用 （二）点火机理 （三）点火系统的分类 （四）点火系统控制目标,概述,（一）点火系统的作用 适时地为汽油发动机气缸内可燃混合气提供足够能量的电火花，使发动机及时、迅速地燃烧做功。,(二) 点火机理,电火花的形成过程： (a)任何气体都有少量的气体分子游离成正离子和负离子，正离子向负极运动，负离子向正极运动。正负离子在运动中相互撞击从而形成电流。 (b)当所加的电压足够高时，正负离子将中性分子撞破，使中性分子分裂成正离子和负离子。当达到一定数量时就会弧光放电产生电火花。,击穿电压,概述,概述,(三)点火系统的分类,传统点火系统 (机械触点式),电子点火系统 （大部分无触点）,普通电子点火,微机控制点火,有分电器,无分电器,电感储能电子点火,电容储能电子点火,磁感应式,霍尔效应式,光电式,控制一次电流触点的方式,有无ECU或点火提前角控制方式,有无分电器,储能元件,点火信号发生器,概述,（四） 点火系统控制目标 （1） 发动机各种工况和使用条件下均能迅速、及时地产生足以击穿火花塞电极间隙的高电压，具有足够的能量。 （2）点火时刻应与发动机各种工况相适应，即具有可变的点火提前角。,概述,过大时：使混合气的燃烧在压缩过程中进行，则气缸压力急剧升高，在活塞到达上止点前就达到最高压力，正在上升的活塞将会收到很大阻力。 过小时: 在活塞到达上止点才点火，将会出现混合气一边燃烧一边下行的现象，燃烧在容积增大的过程进行，会导致最高压力降低。,本质上控制燃烧混合气压力最大时活塞最接近上止点。,第一节 传统点火系统,一、传统点火系统的组成及工作原理 二、影响二次电压的因素 三、传统点火系点火提前角的控制,电源及点火开关,点火线圈,分电器,火花塞,电容器,第一节 传统点火系统,一、传统点火系统的组成及工作原理 1. 组成,断电器,配电器,点火提前装置,第一节 传统点火系统,2. 工作原理,一次线圈回路断开时，一次线圈产生自感电动势，二次线圈产生互感电动势,减小断电器触点分开时的火花，储存L1能量,点火线圈，初次级线圈绕在同一个铁芯,第一节 传统点火系统,分电器轴转一圈，各缸轮流点火一次,断电器断开一次电路同时分火头与配电器旁电极接通,发动机转两圈分电器转一圈,公共点,点火三步骤： (1)触点闭合 ,一次电流增长 (2)触点断开，二次绕组高电压 (3)火花放电,第一节 传统点火系统,(1) 断电器触电闭合，一次电流增长。,书本有错,书本有错,书本有错,电容对直流电断路,t为一次线圈闭合时间，在此期间曲轴的转角为闭合角,第一节 传统点火系统,(2) 断电器触点打开，二次绕组产生高电压。 设触点闭合时间tb，则i1增长到Ip 此时一次绕组的磁场能：,第一节 传统点火系统,触点打开后，一次绕组W1产生的自感电动势向C1充电到最大值U1max,储存的能量为： 二次绕组W2产生的互感电动势向C2充电到最大值U2max,储存的能量为： 根据能量守恒定律：,第一节 传统点火系统,假设W1和W2耦合系数为1，则 整理以上各式得到： 考虑热损失：,火花塞未点火放电时的情况,第一节 传统点火系统,（3）火花塞电极间的放电 当二次电压达到点火击穿电压（未到U2max）开始电容放电。火花塞跳火以后，火花塞阻力减小，线圈磁场的其余能量开始电感放电。,虚线指未成功点火,第一节 传统点火系统,二、 影响二次电压的因素 1 传统点火系统的工作特性 指二次电压U2max与发动机转速n的关系。 2 影响二次电压的其他因素 （1）汽缸数 （2）火花塞积炭 （3）电容对二次电压的影响 （4）触点间隙 （5）点火线圈温度,第一节 传统点火系统,1 传统点火系统的工作特性 指二次电压U2max与发动机转速n的关系。,闭合时间与闭合率的关系,曲线,闭合时间为tb的一次线圈电流,第一节 传统点火系统,低速时，触点开启速率低，触点间火花大，能力损耗大。,高速时，触点形成颤动，触点实际闭合时间比理论少。,第一节 传统点火系统,2 影响二次电压的其他因素 （1）汽缸数 汽缸越多，二次电压最大值越小。,第一节 传统点火系统,（2）火花塞积炭 火花塞积炭相当于在火花塞电极间并联一个分路电阻。火花塞积炭越多，二次电压最大值越小。,第一节 传统点火系统,（3）电容对二次电压的影响 理论上， C1和C2越小,二次电压最大值越大。实际上，C1过小将不能起到吸收断电器触点火花的作用，二次电压也会下降。C2（耐压500V）受点火系统的限制以及减小无线电的干扰，不能太小。,第一节 传统点火系统,(4)触点间隙对二次电压的影响 触点间隙越小,U2max越大,但触点间隙过小,触点火花大,U2max反而下降.,触点间隙:顶块位于凸轮最高位置时触点之间的间距,第一节 传统点火系统,（5）点火线圈温度 点火线圈过热,依次绕组电阻增大,一次电流减小,U2max减小。,第一节 传统点火系统,三 传统点火系点火提前角的控制 对于传统点火系控制点火提前角的控制策略是： （1）发动机转速越高，最佳点火提前角越大。 （2）在同一转速下，随着发动机负荷的增加，最佳点火提前角减少。考虑此时吸入气缸混合气增多，压缩终了时压力和温度升高，残余废气减少，燃烧加快。,本质上控制燃烧混合气压力最大时活塞最接近上止点。,第一节 传统点火系统,（1）发动机转速越高，最佳点火提前角越大。,凸轮及拨板固接,销钉在离心块上,托板，由分电器轴带动旋转,离心机构未起作用时,离心机构起作用时，凸轮提前顶开触点,离心块,一端由弹簧拉住，一端固定在柱销上,第一节 传统点火系统,（2）在同一转速下，随着发动机负荷的增加，最佳点火提前角减少。,触点副3与活动托板2固结,触点提前开启，点火提前角变大,第二节 普通电子点火系统,一 概述 二 电感储能电子点火,第二节 普通电子点火系统,一 概述 1 传统点火系统存在的问题 2 电子点火系统的优点 3 电子点火系统的分类 4 电容放电式电子点火系统（赛车）,第二节 普通电子点火系统,1 传统点火系统存在的问题 （1）火花能量提高受到限制 （2）触电故障多、寿命短。 （3）对火花塞积炭和污染敏感。,第二节 普通电子点火系统,2 电子点火系统的优点 （1）无机械触点或一次电流经过触点。 （2）电磁能量得到充分发挥。 （3）减小火花塞积碳的影响。 （4）点火时间精确。 （5）无线电干扰小。,第二节 普通电子点火系统,3 电子点火系统的分类,普通电子点火,电感储能点火,电容储能点火,磁感应式,霍尔效应式,光电式,储能元件,点火信号发生器,第二节 普通电子点火系统,4 电容放电式电子点火系统（赛车）,蓄电池电压转化为300500V直流电,触点闭合时，关断晶闸管，电容充电。,特点,第二节 普通电子点火系统,电容放电式电子点火系统特点： （1）储能电容充电、放电时间极短，且晶闸管动作速率高，二次电压不受发动机转速影响。 （2）点火系统的能量利用率高。 （3）火花持续时间太短，不能确保气缸发动机的充分燃烧。 （4）二次电压变化太快，对无线电干扰大。,第二节 普通电子点火系统,二 电感储能电子点火 采用各种形式的点火发生器来代替断电器触电，由信号发生器触发或控制点火信号，经过点火器内的放大等电路，最后控制点火器内大功率晶体管的通断和截止，达到控制点火线圈一次电流线圈通断的目的。,内装信号发生器，配送高压电,控制点火线圈通断,第二节 普通电子点火系统,1 磁感应式电子点火系统（丰田、切诺基等） 2 霍尔效应式电子点火系统（桑塔纳、奥迪等） 3 光电式电子点火系统(日产) 4 三种电感储能无触点点火系统比较 5 点火系统一次回路开闭时间计算,第二节 普通电子点火系统,1 磁感应式电子点火系统,更正：（1）加入三个线路交叉点。 （2）R1改为Rf,信号盘1由分电器3带动,往左移,（1）信号发生器 （2）电子点火装置工作原理,第二节 普通电子点火系统,（1）信号发生器,装在分电器轴上,磁感应信号发生器相当于一个极小的发电机，其永久磁铁的磁路为： 永久磁铁N极 空气隙信号转子 空气隙 铁心 永久S极。,第二节 普通电子点火系统,（2） 电子点火装置工作原理,导通原则： VT2导通时， VT3截止， VT4导通， VT5导通。 反之亦然,VT1温补 VT2检测 VT3放大 VT4放大 VT5大功率,VT1相当与二极管,P点电位高于A点才导通,1) 发动机未工作,传感器无信号输出 2) 发动机起动(A“+” B“”) 3) 发动机起动(A“” B“”) 4) 其他元件的作用,第二节 普通电子点火系统,1)发动机未工作,传感器无信号输出,VT2导通， VT3截止， VT4导通， VT5导通。,VT1导通,此时线圈电阻分压较大,P电位高,如何分析VT1通路和W1通路?,第二节 普通电子点火系统,2) 发动机起动(A“+” B“”),VT2导通， VT3截止， VT4导通， VT5导通。,VT1集电极反向偏压1截止,P电位高,第二节 普通电子点火系统,3) 发动机起动(A“” B“”)，一次线圈电流切断。,VT2截止， VT3导通， VT4截止， VT5截止。,VT1导通,P电位低,第二节 普通电子点火系统,4)其他元件的作用,温度补偿使VT2导通与截止不受温度影响,VS1、VS2削平传感器输出信号，保护VT1、VT2,VS3, R4稳定此点电位,保护VT5，VT5截止时，将一次绕组的自感电动势限制在一定范围。,C1消除传感器信号毛刺,C2,R4吸收瞬时过电压,第二节 普通电子点火系统,2 霍尔效应式电子点火系统（使用最多的一种）,内装霍尔信号发生器，配送高压电,控制一次线圈的通断,第二节 普通电子点火系统,（1）点火信号发生器 1）霍尔效应 2）霍尔集成电路工作原理 （2）点火器 （3）霍尔式点火装置的优点,第二节 普通电子点火系统,1）霍尔效应,可以用来测量磁场或者电流,第二节 普通电子点火系统,2）霍尔集成电路工作原理,集电极开路输出,第二节 普通电子点火系统,（2） 点火器,UG高电平（叶片在空气隙）时接通一次电流，UG低电平时点火,复合管,第二节 普通电子点火系统,（3） 霍尔式点火装置的优点 (a)与磁感应式相比，霍尔式电子点火系统的点火信号发生装置输出的点火信号幅值、波形不受发动机转速影响，即使发动机低速时也能输出稳定波形。 (b)输出波形高低电位时间比一定，故点火正时精度高。 (c) 霍尔信号发生器无需调整，不受灰尘、油污的影响。,第二节 普通电子点火系统,3 光电式电子点火系统,第二节 普通电子点火系统,光敏晶体管VTe,红外二极管,特点:触发器的触发信号完全由遮光盘的位置决定与转速无关，发动机转速很低也能产生信号,结构简单,对制造精度要求不高;但缺点是弄脏后灵敏度降低。,遮光盘缺口通过光源时 VTe导通 VT1导通 VT2导通 VT3截止 VT4导通 一次线圈得电。,加两个箭头,第二节 普通电子点火系统,（4）三种电感储能无触点点火系统比较,例题,例：某六缸发动机采用普通电子点火，电源电压12V，控制一次线圈电流通断的大功率晶体管导通时间5ms, 发动机转速2000r/min, 点火提前角30°，画出大功率管导通与发动机曲轴转角的关系图。,例题,六缸发动机点火一次，曲轴转（720/6）120度； 功率管导通时间段发动机曲轴转角 360*2000/60*(5/1000)=60度； 功率管截止的时间段发动机曲轴转角120-60=60度,称闭合角60度,第三节 微机控制电子点火系统,特点: 综合考虑汽车运行各性能参数，对电子点火提前角、闭合角进行控制，获得最佳点火提前角、闭合角，省去点火提前装置。,微机控制点火,有分电器,无分电器,有无分电器,第三节 微机控制电子点火系统,一 微机控制电子点火系统的组成 二 微机控制点火系统点火提前角的控制方式 三 微机控制点火系统的控制内容 四 微机控制点火系统系统实例,第三节 微机控制电子点火系统,一 微机控制电子点火系统的组成,仍然通过分电器分配高电压,传感器,点火器,ECU,第三节 微机控制电子点火系统,1 传感器,曲轴位置传感器,进气管负压传感器,空气流量计,进气温度传感器,冷却液温度传感器,节气门位置传感器,爆燃传感器,开关输入信号,（包括曲轴转角和位置）,（ D型体积流量型发动机，发动机负荷信号。）,（判断发动机处于怠速、部分负荷或大负荷）,（包括起动开关、空调开关、空挡开关等）,（L型质量流量型发动机）,微机点火用传感器,第三节 微机控制电子点火系统,2 电子控制单元 根据传感器的当前值确定最佳点火提前角。检测到最佳点火提前角到来时，立即控制点火器切断点火线圈一次电流，二次线圈产生高压电由分电器按点火顺序输送到各火花塞。,第三节 微机控制电子点火系统,3 点火器 根据控制器的输出指令信号，通过内部大功率晶体管的导通和截止控制一次电流。,第三节 微机控制电子点火系统,二. 微机控制点火系统点火提前角的控制方式,开环控制(根据传感器提供的发动机工况信息从存储器中读取相应基本点火提前角，并通过计算出的修正值得到最佳点火提前角，而对控制结果不予考虑。),闭环控制(控制点火提前角的同时，不断检测发动机的工作状况，如是否爆燃、怠速是否稳定等，然后根据检测的变化量及时对点火提前角进行修正。),举爆燃的例子,第三节 微机控制电子点火系统,三 微机控制点火系统的控制内容,点火提前角的确定,一次电流通电时间控制,起动时（以某个初始角，兼顾考虑冷却液温度）,起动后,（实际=初始+基本+修正）,越长，二次电压最大值才大；但太长将使点火线圈发热，电能消耗变大。,发动机转速和负荷,冷却液温度、空燃比、爆燃信号等,第三节 微机控制电子点火系统,四 微机控制点火系统系统实例 1 日产微机控制点火系统 2 丰田车微机控制点火系统,1 日产微机控制点火系统,ECCS,燃油喷射（空燃比）控制,点火时刻控制,怠速控制控制,排气再循环控制,故障诊断,第三节 微机控制电子点火系统,第三节 微机控制电子点火系统,1 日产微机控制点火系统 (1) 曲轴位置传感器 1）转盘型磁电式曲轴位置传感器 2）分电器内置型光电式曲轴位置传感器 (2) 点火控制原理（转盘型磁电式曲轴位置传感器） 1）点火提前角的控制(ECU如何实现) 2) 通电时间(闭合角)的控制(发动机工艺) 3) 点火提前角的控制方法(发动机工艺),第三节 微机控制电子点火系统,1）转盘型磁电式曲轴位置传感器,安装在曲轴前端,产生4°信号,产生120°信号,第三节 微机控制电子点火系统,磁头2,ECU不需知道具体是哪个汽缸点火,由分电器分配即可,4°信号凸缘,第三节 微机控制电子点火系统,2）分电器内置型光电式曲轴位置传感器,光敏二极管,发光二极管,第三节 微机控制电子点火系统,共6个,装在分电器内,对应曲轴2°,对应曲轴120°,第三节 微机控制电子点火系统,（2）点火控制原理（转盘型磁电式曲轴位置传感器） 1）点火提前角的控制 以如何最佳点火提前角为30°为例进行说明。 微机收到120°信号 （上止点70°） 收到4°信号 （上止点66°） 1°信号出现36次，在第37个1°信号输入时（上止点30°）,第三节 微机控制电子点火系统,2) 通电时间(闭合角)的控制,检测电源电压,对导通时间进行修正,检测发动机转速,导通时间转换为发动机曲轴转角,第三节 微机控制电子点火系统,3)点火提前角的控制方法 平常运行状态的控制 怠速和减速时的控制 起动时的控制,第三节 微机控制电子点火系统,平常运转时根据喷油脉宽和发动机转速判断,并据冷却液温度调节.,第三节 微机控制电子点火系统,怠速时根据冷却液温度和发动机转速判断,第三节 微机控制电子点火系统,第三节 微机控制电子点火系统,2 丰田车微机控制点火系统 （1）曲轴转角和曲轴位置传感器 （分电器内） 1）Ne信号 2）G信号 （2）电子控制单元 （3）点火器 （4）点火时刻的控制,第三节 微机控制电子点火系统,1）Ne信号 Ne的每一个交变信号相当于曲轴转720°/24=30°，ECU内部特设的转角脉冲发生器将30°细分30等分。,磁电式,产生G信号,产生Ne信号,第三节 微机控制电子点火系统,2）G信号用来判别气缸和检测活塞上止点位置。 G1信号对应第六缸上止点位置。 G2信号对应第一缸上止点位置。,第三节 微机控制电子点火系统,（2）电子控制单元,IGt为低信号时开始点火,第三节 微机控制电子点火系统,（4）点火时刻的控制 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,第三节 微机控制电子点火系统,1）初始点火提前角 初始点火提前角为10度，图4-51看出。 发动机刚启动 转速400r/min以下 检查初始点火提前角时 ECU的后备系统工作,第三节 微机控制电子点火系统,2）基本点火提前角,14°,18°,怠速时的控制,正常运转时的控制,第三节 微机控制电子点火系统,3) 修正点火提前角,怠速时的为了尽快暖机,保持怠速时转速稳定性,第四章 微机控制无分电器点火,无分电器点火（DLI）完全取消了传统的分电器。由点火线圈产生的高压电直接送到火花塞。 同时点火方式 单独点火方式,Distributor-Less Ignitor,第四章 微机控制无分电器点火,1. 无分电器同时点火方式 （1）曲轴位置传感器 （2）ECU输出信号 （3）点火器 （4）点火线圈,第四章 微机控制无分电器点火,（1）曲轴位置传感器 曲轴位置传感器由G1、G2、Ne等三个线圈组成，功能是判别气缸，检测曲轴转角，决定点火原始设定位置。,判别第六缸处于压缩上止点前,判别第一缸处于压缩上止点前,信号转子一圈产生24个脉冲信号，每个脉冲曲轴转30°,第四章 微机控制无分电器点火,（2）ECU输出信号 1）IGt信号点火正时信号 以G信号和Ne信号为基础曲轴转两圈产生6个点火信号。 2）IGdA、IGdB信号判缸信号 综合根据G信号和Ne信号。,第四章 微机控制无分电器点火,（3）点火器,判缸信号要先于点火信号,IGf的作用,第四章 微机控制无分电器点火,（4） 点火线圈 1）气缸组合原则 2）高压二极管的作用,第四章 微机控制无分电器点火,2. 无分电器单独点火方式 1）无机械分电器和高压导线，能量损失小。 2）各缸点火线圈由金属罩包覆，电磁干扰小。 3）采用与气缸数相同的点火线圈，点火线圈时间常数小，充电快。,