1、第四章 点火系,汽车电器 与电子控制技术,第四章 点 火 系,点火系是汽油发动机正常工作所必需的电器系统之一，对本章内容来说，在学习了解传统点火系的分电器、点火线圈、火花塞的等各组成部件的结构、原理基础上，整体把握普通电子点火系的工作原理，掌握磁感应式和霍尔式普通电子点火系的工作过程。,第一节 概 述,一、点火系的作用 二、发动机对点火系的要求 三、点火系的分类,一、点火系的作用在汽油发动机中，气缸内的混合气是由高压电火花点燃的，而产生电火花的功能是由点火系来完成的。点火系将电源的低电压变成高电压，再按照发动机点火顺序轮流送至各气缸，点燃压缩混合气；并能适应发动机工况和使用条件的变化，自动调节
2、点火时刻，实现可靠而准确的点火；还能在更换燃油或安装分电器时进行人工校准点火时刻。,第一节 概 述,二、发动机对点火系的要求 1.点火装置应能产生足以击穿火花塞间隙的高压电（正常工作时一般为10KV，低温起动时一般需要19KV以上），一般最高电压达2030KV。 2.电火花应具有足够的点火能量，一般发动机正常工作时需0.010.05J，低温起动时需0.10J。 3.能根据发动机工况的变化提供最佳的点火时刻，以使发动机产生最大的功率（包括点火顺序和点火时机）。 为了保证在上止点后6-10曲轴转角时气缸中出现最高压力，点火提前角应能随曲轴转速和发动机负荷变化。 4.在特殊使用条件下(热带、寒带、潮
3、湿及空气稀薄地区)行驶时，点火系统必须可靠地工作。,第一节 概 述,第一节 概 述,三、点火系的分类 1.按点火系储存能量的方式分 （1）电感储能式（点火能量以磁场能形式储存在点火线圈中）。 （2）电容储能式（点火能量以电场能的形式储存在储能电容中）。 2.按点火信号发生器的原理分 （1）磁感应式（如日本丰田车系） （2）霍尔效应式（如德国大众车系） （3）光电式（如日本日产车系）。,第一节 概 述,三、点火系的分类 3.按初级电路控制方式分 （1）传统点火系； （2）电子点火系； （3）计算机控制点火系广泛应用于电控发动机的点火系。 4.按高压电的配电方式分 （1）机械配电点火系（有分电器）
4、。 （2）计算机配电点火系（无分电器）。 说明：电感储能式中电磁感应式和霍尔效应式应用广泛。有分电器点火系在中低档车中应用广泛，无分电器点火系在中高档车中应用广泛。,1.组成：汽车用汽油发动机中，点火系一般是由电源(蓄电池或发电机)、点火开关、点火线圈、分电器、点火控制器、火花塞、高压线等部件组成。,第二节 点火系的工作原理,一、点火系的组成及功用,2.功用 (1)电源 (2)点火开关 (3)点火线圈 (4)分电器 (5)点火控制器 (6)火花塞 (7)高压线,第二节 点火系的工作原理,一、点火系的组成及功用,1.结构图,第二节 点火系的工作原理,2.工作原理,第二节 点火系的工作原理,初级电
5、流一般为7-8A，初级电压为12V，点火时，初级自感电动势为200-300V，次级电压一般为30KV。,第二节 点火系的工作原理,第二节 点火系的工作原理,第三节 点火系的构造,主要总成 (1)分电器 (2)点火控制器 (3)点火线圈 (4)火花塞,第三节 点火系的构造,一、分电器 分电器是由配电器、信号发生器和机械式点火提前角调整机构组成。,第三节 点火系的构造,一、分电器 1.配电器 （1）组成：配电器盖和分火头 （2）作用：按发动机的点火顺序，将高压电分配到各缸火花塞上。 （3）结构：1）分电器盖：由耐高温、高压的胶木制成，上有中央高压线插孔、分缸高压线插孔、炭柱、弹簧等。2）分火头：绝
6、缘体和导电片。导电片距旁电极间有0.2-0.8mm间隙,第三节 点火系的构造,一、分电器 2.信号发生器 （1）类型：电磁感应式、霍尔式及光电式 （2）作用：以电磁感应式为例。当分电器轴转动时，带动转子旋转，这样在信号发生器的感应线圈中便产生电磁脉冲信号，此信号传送给点火控制器。 （3）说明：关于三种信号发生器结构、原理等内容将在后面的几节中详细介绍。,第三节 点火系的构造,3.机械式点火提前角调节机构 （1）点火提前角：从开始点火到活塞到达上止点这段时间，用曲轴转角来表示，这个曲轴转角称为点火提前角。或者说，在活塞到达上止点前，提前点火的时间用曲轴转角来表示，这个曲轴转角称为点火提前角。 （
7、2）对点火时刻要求：实践证明，气缸内气体最高压力出现在活塞到达上止点后10-15时，发动机的功率最大，热能利用率最高。所以，最佳点火时刻是在活塞到达上止点前的某一时刻。,第三节 点火系的构造,3.机械式点火提前角调节机构 （3）影响可燃混合气燃烧速度的因素1）当气缸内的温度、压力高时，混合气燃烧速度就快，点火提前角就应该小。2）当转速一定时，随着负荷的增大，进入气缸的可燃混合气的增多，压缩终止时的压力和温度增高，燃烧速度加快，点火提前角应适当减小；反之，发动机负荷减少时，点火提前角应当增大。3）当负荷一定，发动机转速升高时，相同时间内曲轴将转过较大的转角，应适当增大点火提前角。否则，点火过晚，
8、燃烧会延续到做功过程的后期，燃烧热能利用率低，使发动机功率下降。因此点火提前角应随发动机转速的提高而增大。,第三节 点火系的构造,（4）离心式调节器1)作用：随转速变化改变提前角大小。转速高，点火应早，但此时混合气压力和温度高，扰流能力增强，燃烧速度快。故低速时提前角增量应大，高速时增量应小。2)结构：两块离心块，两只弹簧，与凸轮相连的拨板，托板等。,3)工作过程：4)特点：低速时只细簧工作，调整量大，高速时粗簧也工作，刚度大，调整量小。,3.机械式点火提前角调节机构,离心式点火调节器,第三节 点火系的构造,第三节 点火系的构造,（5）真空式调节器 1)作用：随发动机负荷变化改变点火提前角。负
9、荷增大时，减小提前角；反之增加提前角。 2)结构：外壳、膜片、弹簧、拉杆和真空管等。,3.机械式点火提前角调节机构,3)工作过程：发动机负荷小时，节气门开度也小，节气门下方及管道的真空度增大，真空吸力吸引膜片向右弯曲，通过拉杆拉动活动板(信号发生器的信号线圈位于活动板上)逆着分电器轴旋转的方向相对转子转动一个角度，实现提前点火，即点火提前角增大。反之，当负荷增大时，点火提前角减小。,第三节 点火系的构造,4)特殊工况控制：发动机起动或怠速时，虽燃烧速度慢，但因转速低，燃烧时间只占很小的曲轴转角，若过早点火，可能会造成曲轴反转现象，此时点火提前角应很小或为零。为此，真空管接自节气门的上方，起动时
10、此处真空度几乎为零。,真空孔开在节气门轴的上方,真空式点火调节器,第三节 点火系的构造,第三节 点火系的构造,作用：是控制点火系初级电路的导通与截止，内部为集成电路，全密封结构，其外形如图所示。,二、点火控制器,第三节 点火系的构造,三、点火线圈的构造 分类1)按有无附加电阻分：带附加电阻型和不带附加电阻型2)按接线柱数量不同分：两柱式和三柱式3)按性能分：普通点火线圈和高能点火线圈4)按磁路结构分：开磁路和闭磁路点火线圈,第三节 点火系的构造,三、点火线圈的构造 1.开磁路点火线圈 （1）构造：初级绕组(0.5-1.0高强度漆包线200匝）、次级绕组（0.06-0.10mm漆包线2万匝）、铁
11、芯接线柱、附加电阻、中央高压线插孔、导磁钢套、胶木盖等,(2)作用：将电源电压变为15-20KV高电压 (3)原理：与自耦变压器类似,第三节 点火系的构造,第三节 点火系的构造,点火线圈的构造,（4）附加电阻的作用1)材料：用低碳钢制成(热敏电阻)2)特点：阻值随温度上升而增加。 20时电阻为1.27-1.73)位置：点火开关与点火线圈之间4)作用：改善点火性能。低速时通电时间长， 阻值增大，限制电流，防止线圈过热高速时通电时间短，阻值减小，保证电流，防止缺火5)两柱式点火线圈一般用附加电阻线，直接连接点火开关和点火线圈,第三节 点火系的构造,第三节 点火系的构造,点火线圈的附加电阻,2.闭磁
12、路点火线圈(1)结构：用带气隙的“日”形或“口”形铁芯。初级绕组230-370匝，0.5-1.0mm漆包线绕制，次级绕组11000-26000匝，0.06-0.10mm漆包线绕制。(2)特点：漏磁小，转换效率高(从60%提到70%)，无外壳，无绝缘盖，故易散热、结构简单、体积小、质量轻。,第三节 点火系的构造,四、火花塞 作用：将点火线圈产生的高压电引入燃烧室，并在其电极间产生电火花，点燃混合气,第三节 点火系的构造,第三节 点火系的构造,1.火花塞的结构： (1)组成：壳体、金属杆、绝缘体、中央电极、侧电极和垫片。 (2)电极间隙：指的是中心电极与侧电极之间的间隙。电极间隙过小：火花微弱，并
13、且容易因产生积炭而漏电；电极间隙过大：所需的击穿电压增高，发动机不易起动，且在高速时易发生“缺火。一般的电极间隙为：0.60.8,现代的汽车甚至采用1.01.2，可以改善排气净化。,2.火花塞的热特性： (1)热特性概念：火花塞瓷绝缘体裙部的炽热端的热量向发动机冷却系散发的性能。 (2)自洁温度：500-600过低易产生积炭而造成火花塞漏电；过高会引起可燃混合气自燃、爆震燃烧，甚至点燃进气冲程的可燃混合气而产生回火现象，造成发动机输出功率下降，甚至造成活塞顶烧熔。,第三节 点火系的构造,(3)分类：A.热型火花塞 绝缘体裙部长(16- 20mm)，适于低速、 低压缩比的小功率 发动机B.标准型
14、火花塞 绝缘体裙部长度为11-14mmC.冷型火花塞绝缘体裙部短(8mm)，适于高速高压大功率发动机,第三节 点火系的构造,3.火花塞的类型 (1)标准型火花塞 其绝缘体裙部略缩入壳体端面，侧电极在壳体端面以外，使用最广泛的一种。 (2)绝缘体突出型火花塞 其绝缘体裙部较长，突出于壳体端面以外。它具有吸收热量大，抗污能力好的优点，且能直接受到进气的冷却而降低温度，因而也不易引起炽热点火，故热适应范围宽。 (3)细电极型火花塞 其电极很细，火花强烈，点火能力好，在严寒季节也能保证发动机迅速可靠地起动。热适应范围较宽，能满足多种用途。 (4)锥座型火花塞 其壳体和旋入螺纹制成锥形，因此不用垫圈也可
15、保证良好密封，从而缩小了火花塞体积，对发动机的设计更为有利。,第三节 点火系的构造,3.火花塞的类型 (5)多电极型火花塞 侧电极一般为两个或两个以上，优点是点火可靠，间隙不需经常调整，故在电极容易烧蚀和火花间隙不能经常调整的一些汽油机上常常被利用到。 (6)沿面跳火型火花塞 即沿面间隙型火花塞，是一种最冷型火花塞，其中心电极与壳体端面之间的间隙是同心的。它必须与点火能量大、电压上升率快的电容储能式电子点火系统配合使用，可避免火花塞“炽热点火”和电极“跨连”现象，在油污情况下也能正常点火。缺点是可燃气体不易接近电极，故在稀混合气情况下，不能充分发挥汽油机的功能。另外由于点火能量增大，中心电极容
16、易烧蚀。,第三节 点火系的构造,3.火花塞的类型 (7)电阻型火花塞 电阻型火花塞是在火花塞内装有510k的电阻，可抑制点火系的电磁干扰。 (8)屏蔽型火花塞 屏蔽型火花塞是利用金属壳体把整个火花塞屏蔽密封起来，不仅可抑制电磁干扰，还可用于防水、防爆的场合。,第三节 点火系的构造,第三节 点火系的构造,火花塞,4.火花塞的规格型号：1)汉语拼音字母表示结构类型和主要尺寸2)阿拉伯数字表示热值，自热至冷：1，2，3，4表示3)汉语拼音字母表示的火花塞派生产品、结构特性、发火端特性、材料特性、 技术需求。无字母者为普通型火花塞。,第三节 点火系的构造,电磁感应式电子点火系又称为磁脉冲式电子点火系。
17、日本丰田汽车公司的大部分汽车都使用这种点火装置，国产的北京切诺基、解放CAl092、东风EQl090等多数汽车也使用这种点火装置，属于电感储能式电子点火系。,第四节 电磁感应式电子点火系,一、丰田(TOYOTA)汽车20R型发动机的点火装置组成：信号发生器、点火控制器、点火线圈、分电器和火花塞等 1.信号发生器 （1）功用：产生信号电压，输出给点火控制器，通过点火控制器来控制点火系的工作。 （2）结构：信号发生器在分电器内，主要由转子、感应线圈和永久磁铁等组成。,第四节 电磁感应式电子点火系,一、丰田(TOYOTA)汽车20R型发动机的点火装置 （2）结构：信号发生器的转子是由分电器轴带动的，
18、转子上的凸齿数与发动机的气缸数相等。 （3）工作原理：磁路为永久磁铁N极空气气隙转子空气气隙铁心永久磁铁S极。当发动工作时，分电器轴带动信号发生器的转子旋转，使转子与铁心之间的空气气隙发生有规律的变化，因此穿过感应线圈的磁通量也发生变化，从而在感应线圈中产生感应电动势。,第四节 电磁感应式电子点火系,原理：感应信号的大小与磁通变化率成正比，感应信号波形频率与分电器轴转速成正比，故可作为点火触发信号，其频率可作发动机转速信号。,第四节 电磁感应式电子点火系,第四节 电磁感应式电子点火系,1）当转子中的凸齿逐渐接近铁心时，磁通量逐渐增加，感应电势变化如图所示。 2)当转子凸齿与铁心对正时，穿过感应
19、线圈的磁通量最大，此时感应线圈的感应电势为0； 3)当转子的凸齿离开铁心时，磁通量逐渐减小，感应电势变化如图所示。 4)电动势由正脉冲转为负脉冲的过零点即触发点火信号（相当于触点断开）。,5) 可见，转子每转过一个凸齿，感应线圈中的感应电动势正好变化一个周期，即转子每转90产生一个交变信号，转子每转一周，便产生四个交变信号，该信号输出给点火控制器，通过点火控制器来控制点火系的工作。 (4)特点：发动机转速升高时，磁通变化率增大，感应电动势峰值也将增大。,第四节 电磁感应式电子点火系,磁感应式信号发生器原理,第四节 电磁感应式电子点火系,第四节 电磁感应式电子点火系,磁感应式电子点火系,第四节
20、电磁感应式电子点火系,磁感应式电子点火系,第四节 电磁感应式电子点火系,磁感应式电子点火系原理,第四节 电磁感应式电子点火系,二、解放CA1092型汽车点火装置 特点：也是采用的电磁感应式晶体管点火装置，分电器是无触点分电器(内部仍保留传统的配电器、机械式点火提前角调节机构)， 用信号发生器代 替了原CA141的 断电器，点火线 圈为专用的JDQl72 型高能点火线圈。,第四节 电磁感应式电子点火系,1.信号发生器（位于分电器内） （1）分电器的结构 （2）信号发生器的结构 信号转子由分电器轴带动，随着发动机的工作而不停地转动，定子固定在分电器壳体内，在它上面装有永久磁铁，而在永久磁铁上面有感
21、应线圈，定子和转子均有与气缸数相等的六个凸齿，信号发生器的磁路为：永久磁铁N极定子定子凸齿与转子凸齿之间的空气气隙转子感应线圈铁心(分电器轴)导磁板永久磁铁S极。,二、解放CA1092型汽车点火装置,第四节 电磁感应式电子点火系,1.信号发生器（位于分电器内） （3）工作过程：当转子由分电器轴带动旋转时，转子凸齿与定子凸齿间的气隙将发生周期性的变化，使穿过感应线圈的磁通量也发生周期性的变化，于是在感应线圈中便会产生感应电动势。1）转子转动时，当转子凸齿与定子凸齿对正时，磁阻最小，磁通量最大，磁通量变化率为0，则感应线圈产生的电动势为0；2）当转子凸齿在定子两个凸齿正中间时，磁阻最大，磁通量最小
22、，磁通量变化率为0，则感应线圈产生的电动势为0；,二、解放CA1092型汽车点火装置,第四节 电磁感应式电子点火系,1.信号发生器（位于分电器内） （3）工作过程：3）当转子旋转到接近或离开定子凸齿的某一位置时，感应线圈的磁通量增大或减小，但由于此时的磁通量变化率为正、负最大，故感应线圈的感应电动势也为正、负最大。4）由此可见，每当转子旋转一周，便可从感应线圈两端输出六个交变电压波形。在实际工作中，只需感应线圈输出信号的正、负向电压信号的最大值，以此作为点火控制器的输入信号，从而控制点火系初级电路的导通与截止。,二、解放CA1092型汽车点火装置,第五节 霍尔效应式电子点火系,霍尔效应式电子点
23、火系其信号发生器是利用霍尔效应制成的。目前国产的桑塔纳、奥迪、捷达、红旗等轿车的点火系均采用这种点火装置。下面以桑塔纳轿车为例说明霍 尔效应式电子点火系的工作原理。,1.霍尔效应原理：当电流I 通过放在磁场中的半导体基片（霍尔元件）且电流方向和磁场方向垂直时，则在垂直于电流和磁场的方向上产生一电压UH ,称为霍尔电压，即点火信号电压。,式中：RH霍尔系数d基片厚度I电流B-磁感应强度,第五节 霍尔效应式电子点火系,一、霍尔信号发生器,规律：霍尔电压与通过霍尔元件的电流及磁感应强度成正比。当电流为定值时，霍尔电压只与磁感应强度成正比，利用这一效应制成了霍尔信号发生器。,2.霍尔信号发生器的结构与
24、原理 桑塔纳轿车使用的带有霍尔信号发生器的分电器：霍尔信号发生器位于分电器内。,第五节 霍尔效应式电子点火系,一、霍尔信号发生器,2.霍尔信号发生器的结构与原理 （1）霍尔信号发生器结构 主要由触发叶轮、永久磁铁、霍尔元件等组成。触发叶轮与分火头制成一体，由分电器轴带动，且触发叶轮的叶片数与发动机的气缸数相等。,第五节 霍尔效应式电子点火系,一、霍尔信号发生器,(2)霍尔传感器原理：信号转子上的叶片数目等于缸数，叶片转离磁铁时，磁场就通过霍尔元件，会产生20mv左右的霍尔电压，当叶片转到磁铁与霍尔元件之间时，磁场不通过霍尔元件，则不产生霍尔电压，当分电器轴带动叶片旋转一周时，霍尔元件就会产生与
25、缸数相同的电脉冲信号。,第五节 霍尔效应式电子点火系,第五节 霍尔效应式电子点火系,(3)工作过程：每当触发叶轮 的叶片进入磁铁和霍尔元件之间的空气隙时，霍尔元件的磁路被叶片旁路，霍尔元件不产生霍尔电压，霍尔集成电路输出级的晶体管处于截止状态，其集电极为高电位（1112V）输出信号；当叶片离开此气隙时，磁铁的磁力线则垂直进入霍尔元件，在霍尔元件中便产生霍尔电压，霍尔集成电路输出级的晶体管处于导通状态，其集电极为低电位（0.3-0.4V）输出信号。故触发叶轮每转一周，霍尔信号发生器便可产生四个脉冲信号，将此信号输送给点火控制器便可实现对点火系的控制。(4)优点：由于霍尔脉冲传感器输出的脉冲电压幅
26、值不受发动机转速的影响，且具有静态下感受磁场力的能力，所以性能稳定，可靠性高。,第五节 霍尔效应式电子点火系,二、点火控制器桑塔纳轿车点火控制器内部采用意大利SGS-THOMSON公司生产的IA97专用点火集成块。该点火控制器具有初级电流上升率的控制、闭合角控制、停车断电保护和过电压保护等功能。,第五节 霍尔效应式电子点火系,二、点火控制器,2闭合角控制闭合角是指点火控制器中的末级大功率晶体管VT的导通时间。由于点火线圈采用了高能点火线圈，即初级绕组N1的电阻很小，阻值为0.520.76，这样点火系初级电路的饱和电流可达20A以上，为防止初级电流过大烧坏点火线圈，点火控制器必须控制末级大功率V
27、T的导通时间，使初级电流恒定在额定电流值，保证点火系的可靠工作。,1初级电流上升率的控制该点火控制器如果检测到点火线圈初级绕组N1中的电流小于额定电流较多时，控制电路便迅速提高初级电流的上升率，使初级电流恒定在额定电流值(7.5A)，保证点火能量恒定。,第五节 霍尔效应式电子点火系,二、点火控制器,3停车断电保护当汽车发动机停止工作且点火开关仍接通时，若霍尔信号发生器输出的是高电压，则点火线圈初级绕组N1处于长时间通电状态，线圈易过热，蓄电池长时间放电。为免此情况，点火控制器内设有断电保护控制电路。当霍尔信号发生器输送给点火控制器高电压信号的时间比设定的时间长时(设定时间为12s)，断电保护控
28、制电路将切断初级电流。,4.过电压保护对末级大功率晶体管VT进行电流过载保护及瞬间的反向过电压保护。,三、点火系的工作过程桑塔纳轿车点火系的工作原理,第五节 霍尔效应式电子点火系,1.发动机工作时，分电器轴带动霍尔信号发生器的触发叶轮旋转。当触发叶轮的叶片进入空气气隙时，霍尔信号发生器输出高电压信号为1112V，高电压信号使点火控制器集成电路中的末级大功率晶体管VT导通，点火系的初级电路导通：电源“+”点火线圈N1点火控制器(VT)搭铁。,2.当触发叶轮的叶片离开霍尔元件的气隙时，霍尔信号发生器输出0.30.4V的低电压信号，低电压信号使点火控制器末级大功率晶体管VT截止，初级电路截止，初级电
29、流消失，次级电路产生高压电。 3.高压电由分电器分配到各缸火花塞，点燃混合气。,霍尔脉冲传感器原理,第五节 霍尔效应式电子点火系,霍尔脉冲传感器原理,第五节 霍尔效应式电子点火系,霍尔脉冲传感器原理,第五节 霍尔效应式电子点火系,霍尔信号发生器工作过程,第五节 霍尔效应式电子点火系,一、光电式传感器原理 1.组成：信号转子、光源、光接受器。 （1）光源：砷化镓发光二极管，可发出接近红外频率的不可见光，二极管耐振动使用寿命长。 （2）光接受器：光敏晶体管。 （3）信号转子：叶片数和气缸数相同的遮光盘，随分电器轴转动。,第六节 光电式电子点火系,2.原理：发光二极管通电产生不可见光，经聚集照射光敏
30、晶体管，光敏晶体管导通，输出低电平；当信号转子转动到某叶片遮挡住光源时，光敏晶体管截止，输出高电平。光敏晶体管输出的脉冲信号经电子控制器处理后，相应地控制点火线圈初级电路的通断。 3.优点：输出电压幅值不受发动机转速影响，可靠性高。,第六节 光电式电子点火系,第六节 光电式电子点火系,光电式传感器原理,第六节 光电式电子点火系,光电式传感器原理,二、光电式电子点火系的工作原理（VL为发光二极管，VT为光敏晶体管） 1.当发动机工作时，遮光盘随分电器转动，当遮光盘的缺口通过VL与VT时，则红外线通过缺口照射到VT，使其导通，则VT1导通， VT2导通，VT3截止， 由于R6、R8的分压 为VT4
31、提供偏置电压， VT4导通。于是点火 系的初级电路导通。,第六节 光电式电子点火系,二、光电式电子点火系的工作原理 2.当遮光盘的叶片部分遮住发光二极管发出的红外线光束时，VT截止，则VT1、VT2截止，VT3经R5获得偏流而导通，VT4截止，使点火系的初级电路截止，点火线圈的次级绕组产生高压电。 3.高压电通过分电 器分配给各缸火花 塞，点燃混合气。,第六节 光电式电子点火系,二、光电式电子点火系的工作原理 电路中其他元件的作用： （1）稳压管VS使VL的工作电压维持在3V左右。 （2）电阻R7的作用是当VT4截止时，短路初级电路中的自感电动势，保护 VT4。 （3）电容器C1对 VT2正反
32、馈，使VT2、 VT3加速翻转。,第六节 光电式电子点火系,光电式信号发生器点火系原理,第六节 光电式电子点火系,电容储能式电子点火系的电火花能量是以电场的形式储存在专门的储能电容器中，当储能电容器通过点火线圈初级绕组放电时，在点火线圈次级绕组中产生高压电，高压电使火花塞跳火，点燃混合气。一、电容储能式电子点火系的组成电容储能式电子点火系的组成是由蓄电池、直流升压器、储能电容器、晶闸管、触发器、点火线圈、分电器和火花塞等组成。,第七节 电容储能式电子点火系,1.直流升压器：直流升压器由振荡器、变压器和整流器三部分组成。其作用是将电源的12V低压直流电转变成300500V的高压直流电。 2.储能
33、电容器：通过充电，把点火能量以电场的形式储存起来。 3.晶闸管：在触发器输出信号的作用下，导通储能电容器和初级线圈的放电回路。 4.触发器：产生触发信号，导通晶闸管。,第七节 电容储能式电子点火系,二、电容储能式电子点火系的工作过程 1.接通点火开关，直流升压器投入工作，将12V的直流电压提高至300500V之间，并不断给储能电容器充电。,第七节 电容储能式电子点火系,二、电容储能式电子点火系的工作过程 2.发动机工作后，分电器轴带动触发器的转子旋转，使触发器不断输出信号电压，导通晶闸管。,第七节 电容储能式电子点火系,二、电容储能式电子点火系的工作过程 3.晶闸管导通后，储能电容器经晶闸管向
34、初级线圈放电，与此同时在次级线圈中产生高压电，使火花塞跳火，点燃混合气。,第七节 电容储能式电子点火系,三、电容储能式电子点火系的优点 1.次级电压不受转速的影响：由于储能电容器充、放电时间极短，且晶闸管的导通速度极快(510s)，因此，次级电压不受转速影响。 2.次级电压上升速度快：电容储能式电子点火系的次级电压上升快，一般为1020s(传统点火系为120200s)，因此，次级电压不受积炭影响。 3.能量利用率高：储能电容器向初级绕组放电时，次级绕组产生高压电，火花塞跳火，其能量利用率高。 4.使用寿命长，可靠性高：储能电容器放电时，通过点火线圈初级绕组的电流仅为0.02A，使点火线圈的工作
35、温度明显下降，提高了点火系工作的可靠性，延长了使用寿命。,第七节 电容储能式电子点火系,三、电容储能式电子点火系的优点 5.对电源电压要求不高：电容储能式电子点火系中的储能电容器的充电电流仅为1A，而电磁感应式电子点火系为保证有足够的点火能量，对初级电流的要求较高(78A)，故后者对电源电压要求也很严格。电容储能式点火系其不足之处是结构复杂、成本高，并且由于放电时间极短，易导致低速点火不良，故仅适合高速汽油发动机。,第七节 电容储能式电子点火系,5.4微机控制电子点火系统,微机控制电子点火系主要包括与点火有关的各种传感器、电子控制器（ECU）、点火器、点火线圈、火花塞等，如图所示。,微机控制电
36、子点火系的基本组成,1.传感器及其功能,1）曲轴转角和转速传感器 2）曲轴基准位置传感器（点火基准传感器） 3）进气压力传感器 4）空气流量传感器 5）进气温度传感器 6）冷却水温传感器 7）节气门位置传感器 8）爆震传感器 9）氧传感器 10）各种开关输入信号 （1）起动开关信号、 （2）空调开关信号、 （3）空档开关信号,2.电子控制（ECU）的组成及其作用,电子控制器本身就是一台微机，简称ECU。一般由中央处理器CPU、只读存储器ROM、随机存储器RAM、模拟/数字转换器（A/D)、输入/输出接口（I/O）等组成。作用：是接受各种传感器的信号，按特写程序进行判断、运算后，给点火器输出最佳
37、点火提前角和点火初级电路导通时间的控制信号。,3.点火器的功能,点火器的功能是根据电子控制器输出的指令（信号），通过内部大功率管的导通与截止，控制初级电流的通断完成点火工作。有些还具有恒流控制、闭合角控制、气缸判别、点火监视等功能。,5.4.2 微机控制电子点火系的工作原理 . 微机控制点火系统的分类 （）非直接点火系统 （）直接点火系系统（无分电器点火系统） 同时点火方式：两个气缸合用一个点火线圈，对两个气缸同时点火。 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。 二极管配电点火方式,单独点火方式,双缸同时点火方式,二极管配电点火方式,2.微机控制电子点火系的工作原理,无分
38、电器点火系统常称为DLI系统 (1)分电器的缺陷 1）点火能量损失大 2）点火提前角受分电器空间位置的限制 3）点火正时误差较大 4）可靠性低 2.无分电器点火系统的配电方式 1）单独点火方式 2）双缸同时点火方式 3）二极管点火方式,5.4.2 微机控制电子点火系统的工作原理 无分电器同时点火系统 同时点火系统主要由传感器、电子控制器、点火器、点火线圈等组成，丰田皇冠车DLI系统组成如下图,5.4 微机控制点火系,图5-43丰田皇冠车DLI系统组成（1）,图5-43丰田皇冠车DLI系统组成（2）,5.4.2 微机控制电子点火系统的工作原理 无分电器同时点火系统 （）凸轮位置传感器（磁电式）
39、凸轮位置传感器由G（G1、G2）和Ne两部分信号发生器组成，如下图。ECU根据G1、G2和Ne信号判别气缸、检测曲轴转角以及决定点火时刻的初始点火提前角。,5.4 微机控制点火系,5.4.2 微机控制点火系的工作原理,无分电器同时点火系统 （）电子控制器（ECU） 点火时刻（提前角）控制信号 当G1、G2信号产生后，第一个Ne信号即为第六缸或第一缸的初始点火时刻信号。当G1、G2信号产生时，以此信号为基准，由Ne信号控制其后三次点火信号（每4个Ne信号产生一个点火信号），之后再由G信号重设其后的三次点火信号。 气缸判别信号 ECU根据G1、G2、Ne信号，经计算和分频电路，输出气缸信号IGdA
40、、IGdB。点火器根据IGt、IGdA、IGdB信号确定需要点火的气缸。判缸信号IGdA、IGdB的时序波形如下图。,5.4.2 微机控制点火系的工作原理,无分电器同时点火系统 （）点火器 点火器的工作电路如图5-48。点火器的最基本功能是接收ECU输出的IGdA、IGdB和IGt信号，依次驱动各点火线圈初级绕组的接通和截止，实现微机控制点火。,5.4.2 微机控制点火系的工作原理,无分电器同时点火系统 （）点火器 当点火器从ECU接收到IGdA、IGdB和IGt信号后，点火器内的气缸判别电路判别出需要点火的缸，点火器通过驱动电路，控制相应的点火线圈的大功率管导通，初级绕组充磁，当点火信号IG
41、t变为低电位时，切断初级绕组，次级绕组产生高压电。整个发动机的点火正时流程图如右图。,5.4.2 微机控制点火系的工作原理,无分电器同时点火系统 （）点火线圈 DLI用点火线圈采用小型闭磁路点火线圈，如下图。它由初级线圈、次级线圈、铁心、高压二极管、外壳、低压接柱、高压引线等组成。,5.4.2 微机控制点火系的工作原理,无分电器单独点火系统 （）日产公司无分电器单独点火系统 控制原理图如右图。该系统由各缸独立的点火线圈和点火器、电控单元（ECU）等组成。,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 1.开环控制 2.闭环控制 三、微机控制点火系统的控制内容 1.点火
42、提前角的确定 (1)起动时点火提前角 在起动期间，发动机转速较低(通常在500rmin以下)，进气流量信号或进气支管绝对压力信号不稳定，故点火时刻一般都固定在某一个初始点火提前角，值的大小因发动机而异。 (2)起动后点火提前角控制,第三节 微机控制电子点火系统,图4-33 怠速时的点火提前角控制,1)基本点火提前角 当节气门位置传感器中的怠速触点闭合时，,第三节 微机控制电子点火系统,发动机处于怠速工况运行，ECU根据发动机转速和空调开关是否接通确定基本点火提前角，如图4-33所示。 2)点火提前角的修正值 暖机修正 发动机冷车起动后，当冷却液温度较低时，应增大点火提前角。暖机过程中，随冷却液
43、温度升高，点火提前角的变化趋势如图4-34所示。修正曲线的形状与点火提前角的大小随车型不同而异。,第三节 微机控制电子点火系统,怠速稳定性修正 发动机在怠速运行期间，由于发动机负荷变化(如空调、动力转向等)而使转速改变，ECU随时调整点火提前角，使发动机在规定的怠速转速下稳定运转。ECU不断地计算发动机的平均转速，当平均转速低于规定的怠速目标转速时，ECU根据两者的差值大小相应地增大点火提前角；当平均转速高于规定的怠速目标转速时，相应地推迟点火提前角，如图4-35所示。,A.TIF,第三节 微机控制电子点火系统,图4-34 暖机时点火提前角控制,第三节 微机控制电子点火系统,图4-35 点火提
44、前角怠速稳定性修正,过热修正 发动机处于正常运行工况(怠速触点IDL断开)，,第三节 微机控制电子点火系统,当冷却液温度过高时，为了避免爆燃发生，应将点火提前角减小；而发动机处于怠速运行工况(怠速触点IDL接通)，当冷却液温度过高时，为了避免发动机长时间过热，应将点火提前角增大，如图4-36所示。,图4-36 点火提前角的过热修正,第三节 微机控制电子点火系统,空燃比反馈修正 装有氧传感器的电控燃油喷射子系统进行闭环控制时，ECU根据氧传感器的反馈信号对空燃比进行修正。随着修正喷油量的增加和减少，发动机的转速在一定范围内波动。为了提高发动机转速的稳定性，在反馈修正油量减少、混合气变稀时，也应适
45、当地增大点火提前角。 2. 通电时间(闭合角)控制,图4-37 通电时间随蓄电池电压变化修正,第三节 微机控制电子点火系统,四、微机控制点火系统实例 1.日产车微机控制点火系统,图4-38 ECCS点火控制系统,(1)曲轴位置传感器 曲轴位置传感器和曲轴转角传感器合二为一,第三节 微机控制电子点火系统,，习惯称曲轴位置传感器。 1)转盘型磁电式曲轴位置传感器 日产公司采用的转盘型磁电式曲轴位置传感器装在曲轴前端带轮的后面，它由信号盘和信号发生器组成，如图4-39所示。,图4-39 转盘型磁电式曲轴位置传感器 1信号发生器 2信号盘 3120信号用的凸缘 4，5传感器盒,第三节 微机控制电子点火
46、系统,图4-40 1信号产生原理,第三节 微机控制电子点火系统,A.TIF,图4-41 磁头与曲轴位置的关系,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 光电式传感器是根据光电效应原理制成的，与普通电子点火系统光电式信号发生器工作原理完全相同。,图4-42 光电式曲轴位置传感器 a)传感器结构 b)信号盘结构 1曲轴位置传感器 2信号盘 3120信号缝隙(一缸) 41信号缝隙 5120信号缝隙,第三节 微机控制电子点火系统,(2)点火控制原理 在日产ECCS点火控制系统中，点火器是个较单一的部件，主要是一个大功率晶体管，只起开关作用。 1)点火提前角的控制 在发动机运转
47、时，微机根据各传感器输入信息，从存储器中选择并确定符合当时发动机运转工况的最佳点火提前角。 2)通电时间(或闭合角)的控制 3)点火提前角的控制方法 日产ECCS发动机控制系统，根据发动机工况不同，对点火提前角进行下述控制。 平常运行状态时点火提前角的控制 当节气门位置传感器怠速触点打开(OFF)时，即进入平常运行状态时的点火提前角控制模式。此时的点火提前角为,第三节 微机控制电子点火系统,图4-44 基本点火提前角,第三节 微机控制电子点火系统,A.TIF,图4-45 冷却液温度修正系数,第三节 微机控制电子点火系统,怠速和减速时点火提前角的控制 当节气门位置传感器怠速触点闭合时，即进入怠速
48、或减速时点火提前角控制模式，此时微机根据发动机转速、冷却液温度及车速等控制点火提前角。怠速及减速时的点火提前角如图4-46所示。若冷却液温度在 50以下，且车速不超过8kmh，发动机转速在1200rmin以上时，点火提前角几乎保持在上止点前10。其目的是推迟点火，以加速发动机和三元催化转化器达到正常工作温度。 起动时点火提前角的控制 当起动开关闭合(ON)、发动机转动时，即进入起动时的点火提前角控制模式。起动时的点火提前角如图4-47所示。,第三节 微机控制电子点火系统,A.TIF,图4-46 怠速及减速时的点火提前角,第三节 微机控制电子点火系统,图4-47 起动时的点火提前角,2.丰田车微
49、机控制点火系统,第三节 微机控制电子点火系统,图4-48 丰田车ESA系统,(1)曲轴转角与曲轴位置传感器 丰田车曲轴位置传感器和曲轴转,第三节 微机控制电子点火系统,角传感器，因都安装在分电器内，因此简称曲轴转角传感器。,图4-49 曲轴转角传感器的基本结构 1G信号发生器 2Ne信号发生器 3Ne传感线圈 4传感线圈 5No.2信号转子 6No.1信号转子 7传感线圈,第三节 微机控制电子点火系统,1)Ne信号 曲轴转角传感器的下部产生Ne信号，它为曲轴转角及发动机转速信号。,图4-50 Ne信号发生器的结构与输出信号波形,2)G信号 曲轴转角传感器的上部产生G信号，,第三节 微机控制电子
50、点火系统,它是测试曲轴位置的基准信号，用来判别气缸及检测活塞上止点的位置。,图4-51 G信号发生器的结构与输出信号波形,(2)电子控制单元ECU 在丰田车ESA系统ECU的存储器(ROM)中,第三节 微机控制电子点火系统,，存储着点火控制程序和点火提前角的数据。 (3)点火器 ESA系统点火器的控制电路如图4-48中间框所示。 (4)点火时刻(提前角)的控制 1)初始点火提前角 初始点火提前角，也称固定点火提前角。 发动机起动时。在发动机起动时转速变化大，空气流量信号不稳定，微机控制点火就不会准确，意义也不很大，所以采用固定点火提前角。 发动机转速在400rmin以下时。 检查点火初始角时。此时有三个条件：T端头(诊断通信接口“TDCL”)短路、怠速触点(IDL)闭合(ON)、车速在2 kmh以下。 发动机电子控制器(ECU)的后备系统工作时。,
