汽车电控发动机系统结构和原理发动机点火控制.docx
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汽车电控发动机系统结构和原理发动机点火控制
发动机点火控制
汽油发动机采用微机控制点火控制点火系统能将点火提前将点火提前角控制在最佳值,使可燃混合气燃烧后产生的温度和压力达到最大值,从而通过发动机的动力性,同时还能提高燃油经济型和减少有效气体的伤害。
发动机点火能量的高低取决于点火线圈通电时间的长短即点火导通角,点火导通角的大小与蓄电池的电压和转速有着直接的关系,在电控发动机上可以实现对点火导通角有效的控制。
使发动机产生最大动力的有效方法增大点火提前角。
但是点火提前角过大又会引起发动机爆震,发动机爆震一方面会导致发动机输出功率降低,另一方面会导致发动机使用寿命缩短甚至损坏。
消除爆震最有效的方法就是推迟点火提前角。
在电控发动机上采用爆震控制。
任务一点火提前角的控制
任务目标
1.发动机的点火控制学习目标
1.了解发动机的点火控制一、点火提前角的确定汽油发动机的可燃混合气表适当的提前一些。
通常把发动机发出最大功率和油耗最小的点火提前角称为最佳点火提前角。
点火提前角大小直接影响发动机的输出功率、油耗、排放等。
发动机工况不同需要的最佳点火提前角也不相同,怠速时最佳点火提前角是为了使怠速运转平稳,降低有效气体的排放量和减少燃油消耗量;部分负荷时最佳点火提前角是为了减少燃油消耗量和有害气体的排放量,提高经济性和排放性能;大负荷时最佳点火提前角是为了增大输出转距,提高动力性能。
微机控制的点火提前角0由初始点火提前角0i、基本点火提前角0b和修正点火提前角0c三部分组成,即0=0i+0b+0c
1.初始点火提前角
初始点火提前角又称为固定点火提前角,其值大小取决于发动机的结构形式,一般为上止点BTDC°6-BTDC12°。
在下列情况时,由于发动机转速变化大,空气流量不稳定,点火提前角不能准确控制,因此采用固定点火提前角进行控制,其实际点火提前角等于初始点火提前角。
1)发动机启动时;
2)发动机转速低于400r/min时;
3)检查初始点火提前角时。
2.基本点火提前角
基本点火提前角是发动机最主要的点火提前角,是设计微机时确定的点火提前角。
在编订微机程序时,综合考虑发动机油耗、转速、排放和爆震等因素,对发动机的各项试验结果进行优化处理后,既可获得与转速、负荷为变量的三维点火特征脉谱图。
将三维点火特征脉谱图以数据的行驶存储在电脑存储器里。
汽车行驶时,微机根据发动机转速信号和发动机负荷(由空气流量和转速确定)信号,即可从电脑存储器中查询出相应的基本点火提前角来控制点火。
三维点火特征脉谱图
3•修正点火提前角
为使实际点火提前角适应发动机的运转状况,以便得到良好的动力性、经济型和排放性能,必须根据相关因素(冷却液温度、进气温度、开关信号等)适当增大或减少点火提前角,即对结果天角进行必要的修正。
修正点火提前角的项目根据车型有多有少,主要有软件修的和怠速修正。
1)暖机修正
暖机修正是指节气门位置传感器的怠速触点闭合、发动机冷却水温度变化时,对点火提前角进行的修正。
当冷却液水温低时,增大点火提前角,促使发动机尽快暖机,当冷却水温升高后,点火提前角应相应减小。
2)怠速修正
怠速修正是为了保证怠速运转而对点火提前角进行的修正。
发动机怠速运转时的,由于负荷变化电脑会将怠速转速调整到设置的目标转速,发动机的实际转速低于规定的目标转速时,电脑将根据转速之差相应的减少点火提前角,使怠速运转平稳,防止发动机怠速熄火。
二、点火提前角的控制
电脑根据转速、负荷、水温、进气温度、开关信号等确定好点火提前角后,若要精确的控制点火器在正确的时刻点火,就需要知道发动机活塞、气门每一个时刻所在的位置。
这个位置信息是由凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器结合提供的,以下以桑塔纳3000为例说明。
桑塔纳3000在转速2000r/min时,最佳点火提前角为上止点前BTDC30,这个位置是由电脑根据凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器结合计算出来的。
1.凸轮轴位置传感器
桑塔纳3000凸轮轴位置传感器装在凸轮轴正时皮带轮的内侧,为霍尔式,所以又称为霍尔传感器。
信号齿在凸轮轴正时皮带轮上,为环形有一个缺口,此缺口对应一缸压缩上止点前88°。
桑塔纳3000霍尔传感器
发动机转动后,霍尔传感器感应缺口信号,此信号经电脑内部整形后如图
4-7中的凸轮轴信号所示,此信号电压下降沿为一缸压缩上止点前88°。
2.曲轴位置传感器
桑塔纳3000曲轴位置传感器装为磁脉冲式,安装在缸体上。
发动机的曲轴上装有1个60-2齿的信号触发轮。
60个齿对应曲轴转角的360°,因此,没1个齿对应曲轴转角的3°,每1个齿缺也对应曲轴转角的3°。
为了使点火提前角更为精准,一般精确到1°。
由此,电脑内部将从曲轴位置传感器得到的3°信号转化成1°信号,如图4-7中1°信号所示。
桑塔纳3000曲轴位置传感器
3•点火器及点火线圈
桑塔纳3000发动机点火系统采用无分电器双火花直接点火系统,点火顺序为1-3-4-2。
发动机点火系统使用的点火器与点火线圈为一整体,如图4-4
所示,其内部包含了两个点火线圈、一个点火器。
桑塔纳3000点火线圈内部原理图
在跳火时高压电流分别通过两个相对应气缸火花塞,在压缩行程上止点的气缸,因混合气被压缩,电阻升高需要较强的火花能量才能击穿火花塞的空气隙,所以该气缸火花放电比较强烈。
¥
N2点氏线囲G40雷尔传感器C28曲轴位置传惑器J22Q发动机揑制器
桑塔纳3000点火电路图
4•点火时刻的确定
曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器同步工作,由于曲轴位置传感器缺2
齿的因素,当电脑收到电压下降信号(此时为一缸压缩上止点88°)后,再运
转7°开始收到曲轴位置信号,此时据一缸压缩上止点81°,此时电脑以此为
标准记为基准信号,此信号在电脑内部产生,电脑此后根据1°信号每隔180°
记为1个基准信号。
每一个基准信号对应相应气缸压缩上止点81°,如图4-7
所示。
电脑根据基准信号开始计数,电脑根据1°信号检测到曲轴转过51°
时,控制点火器点火电路图,此时点火提前角为30°。
点火提前角控制
任务二点火导通角控制
任务目标
1.发动机的点火导通角控制学习目标
1•了解发动机的点火导通角控制
点火线圈的次级电压是和初级电路断开的瞬间初级电流成正比。
通电时间短时,初级电流小,会使感应的次级电压偏低,容易造成失火;通电时间短时,初级电流大,对点火有利。
但通电时间过长,会使点火线圈发热,甚至烧坏,还会使能耗增大,因此要控制一个最佳通电时间。
蓄电池电压下降时,在相同的通电时间里初级电流能达到的值会变小,因此必须对通电时间修正。
点火导通角是指点火线圈初级电路的功率三极管导通期间,发动机曲轴转动的角度。
导通角控制的方法是:
电脑首先根据电源电压高低,从欲先实验并存储在存储器中的导通时间脉谱图中查询导通时间,然后根据发动机的转速确定导通角的大小。
设电源电压为14V时,导通时间为7.5ms。
当发动机转速为2000r/min时,7.5ms相当于曲轴转角为:
(360°X2000/60000ms)X7.5ms=90°点火导通角与电压成反比,与转速成正比,点火导通角的脉谱图。
确定好点火导通角后,比如90°,若此时点火提前角为30°,电脑则会在气缸压缩上止点前120°使功率三极管导通,在气缸压缩上止点前30°使功率三极
管截止,此时点火线圈产生高压电,使火花塞产生高压火花,点燃缸内混合气。
点火导通角控制
任务三点火爆震控制
任务目标
1.发动机的点火爆震控制
学习目标
1•了解发动机的点火爆震控制
理论与实践证明,剧烈的震动会使发动机的动力性和经济性严重恶化。
而当发动机工作在保证的临界点或者有轻微爆震时,发动机的热效率最高,动力和经济性最好。
因此,利用点火提前角闭环控制系统能够有效地控制点火提前角,从而使发动机工作在爆震的临界状态。
发动机爆震信息由爆震传感器提供。
一、爆震传感器
爆震传感器安装在发动机缸体上。
目前,国内外大多数汽车都采用了分共振型压电式爆震传感器。
3,圧軌丘黑
压电式爆震传感器
压电式爆震传感器利用压电效应制成•压电效应是指:
有些晶体的薄片儿受到压力和机械振动之后产生电荷现象。
当晶体受到外力作用时,在晶体的两
个表面会产生电荷,当外力去掉后晶体又恢复到不带电状态,晶体所以产生的电荷量与外力的大小成正比。
当发动机缸体产生振动时,传感器套底座及惯性配重随之震动,精这种振动作用在压电元件上,由压电效应可知,压电元件的信号输出端就会输出与振动频率和振动强度有关的交变电压信旦
爆震传感器信号
二、爆震的控制过程
爆震传感器每台发动机一般装1-2只
发动机工作时,缸体振动频繁剧烈,为使检测得到的爆震信号准确无误,在检测爆震过程中,并非随时都在进行,而是在发出点火信号后的一定范围内进行,这是因为发动机产生振动的最大可能性是在点火后的一段时间。
爆震控制系统是一个闭环控制系统,发动机工作时,ECU根据各传感器信
号,从存储器中查询出相应的点火提前角控制点火时刻,控制的结果由爆震传感器反馈到电脑,电脑再对点火提前角进行逐步修正,直至爆震消失。
任务四常见车型点火系统
任务目标
1.常见车型的点火控制
学习目标
1.常见车型的点火控制
目前,各种车型点火系统有所不同,但基本原理一致,所不同的是凸轮轴信号和曲轴信号收集的方式和点火控制的方式。
传感器的从原理上一般有霍尔式、磁脉冲式和光电式。
在安装位置上凸轮轴位置传感器一般安装分电器上或凸轮轴上,也有车型安装在曲轴上,但这种传感器只能判别气缸到达压缩上止点,但不能判别是某一缸的压缩上止点。
曲轴位置传感器可以按装在分电器上、凸轮轴上、或曲轴上。
电脑是通过点火器(点火控制器)对点火线圈的驱动的,点火器事实上是一个功率三极管,有的车型将点火器和点火线圈制成一体,也有的车型将点火器装在电脑内部,还有一些车点火器和点火线圈、电脑是分开的,这种方式目前很少使用。
不同车型高压电的分配方式也不相同,基本上可分为分电器式、分组点火式、独立点火式。
分电器式不需要判缸信号,因为高压电由分火头和分电器盖分配,这种车型上的判缸信号在电脑控制燃油顺序喷射时使用。
目前有分电器的点火装置已不常见,最为常见的为分组点火和独立点火。
分组点火给活塞同时到达上止点的两个气缸同时点火。
例如4缸发动机1、4缸由一组点火线圈同时点火,2、3缸由一组点火线圈同时点火;点火顺序为143625的六缸发动机,1、6缸由一组点火线圈同时点火,2、4缸由一组点火线圈同时点火,3、5缸由一组点火线圈同时点火。
独立点火是每一个气缸由一组点火线圈进行点
分组点火
独立点火
一、尼桑ECC鲂电器点火
尼桑ECCS(电子集中控制系统)系统采用分电器内安装的光电传感器。
其使用光电效应原理制成。
光电式传感器
光电效应原理是以红外线或可见光光束进行触发的。
光源可用白炽灯,也可用发光二极管,由于发光二极管比白炽灯耐振动、耐高温,能在150C的环
境温度下持续工作,而且工作寿命很长,所以现在绝大多数采用发光二极管作光源。
发光二极管发出的红外线光束一般还要用一只近似半球形的透镜聚焦,以便缩小光束宽度,增大光束强度,有利于光接收器接收、提高点火信号发生器的工作可靠性。
光接收器可以是光敏二极管,也可以是光敏三极管,它与光源相对,并相隔一定的距离,以便使光源发出的红外线光束聚焦后照射到光接收器上。
尼桑ECC(电子集中控制系统)系统传感器光电传感器是一个光电偶合
器,其结构由发光二极管、光敏二极管、遮光盘等组成,如图4-14所示。
传感
器使用一个外侧开有360个小孔、内侧开有与气缸数相同透光孔的遮光盘,其中外侧产生1度信号,内侧产生180度信号。
光电式传感器信号
180。
信号有4个,其中一个信号较宽,为一缸压缩上止点信号,另三个信号较窄,为其余3个气缸压缩上止点信号。
由于是分电器点火,点火控制不需要判缸,判缸信号为电脑控制燃油顺序喷射提供依据。
当电脑收到某一缸的180。
信号后,根据1°信号确定基准信号,再结合电脑通过各传感器确定的点火导通角和提前角,计算出点火线圈初级电流的导通和截止时曲轴的角度,在相应的曲轴位置通过点火器控制点火线圈初级电流的导通和截止,使点火线圈次级线圈产生高压电,经分火头和分电器盖将高压电分配到对应的气缸火花塞,火花塞电极间产生高压火花,点燃缸内混合气。
二、丰田3S-FE发动机点火系统
1•点火线圈和点火器
丰田3S-FE发动机点火系统为独立式点火
丰田3S-FE发动机点火线圈点火器
2.凸轮轴传感器和曲轴传感器
其凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器为磁脉冲式,分别如第二章中图2-
9和2-11所示。
丰田3S-FE发动机凸轮轴位置传感器安装在缸盖后部,信号盘上有4-1个齿,运转过程中产生3个信号,电脑据此判断各缸压缩上止点。
丰田3S-FE发动机曲轴位置传感器安装在曲轴正时链条盖下端,为36-2-
2-2齿,将曲轴分成6份,电脑据此信号转化成1°信号。
其中所缺的6齿分3个缺口,其中两个缺口相连,另一个缺口在对面。
丰田3S-FE发动机点火线
圈、点火器为一体式,数量与气缸数相对应,直接安装在各缸的火花塞上,省去了高压线。
点火器信号分别来自于电脑,工作时,电脑按顺序向四个点火器传输驱动信号,点火器控制各自的点火线圈产生高压电,点火线圈直接将高压电传给火花塞,火花塞跳火。
3.爆震传感器
丰田3S-FE发动机爆震传感器为压电式,安装在缸体的中上部。
在20C时
其阻值为120-280Q,有爆震时,其电压为1V左右。
丰田3S-FE发动机爆震传感器
4.控制原理
丰田3S-FE发动机点火电路。
发动机运转后,电脑根据凸轮轴传感器的缺1齿信号和曲轴位置传感器的3个缺2齿信号确定基准信号,再根据电脑由曲轴位置传感器转化的1°信号进行点火导通角和点火提前角控制,在正确的时刻通过IG1、IG2、IG3、IG4端子向点火器发送点火信号,点火成功后,点火器通过ICMB1ICMB2ICMB3ICMB4向电脑反馈点火成功信号,若电脑收不到点火成功信号,记录点火信号的故障码。
着车后,电脑根据爆震传感器进行爆震控制。
34
凸舵號位置传感器
10
111
ICMBl®-
IG1©-
35
19
丰田3S-FE点火系统电路图
三、别克凯越发动机点火系统
1•点火线圈
别克凯越发动机点火系统为分组式点火。
别克凯越发动机点火线圈同时为两个火花塞点火,点火线圈是一个双线圈包,直接向每个火花塞提供电压。
发动机控制模块命令点火线圈IC电路接
通,使电流在相应时刻或延迟流过初级线圈绕组。
发动机控制模块命令点火线圈IC电路断开,阻止电流流过初级线圈绕组。
由初级线圈绕组产生的磁场在经过二级线圈绕组时会产生磁场消失,产生一个高压电。
二级线圈绕组电压从线圈输出端子出发,经过缸线并通过火花塞间隙到达发动机机体,完成点火。
2.凸轮轴传感器和曲轴传感器
其凸轮轴位置传感器为霍尔传感器和曲轴位置传感器为磁脉冲式。
别克凯越发动机凸轮轴位置传感器安装在缸盖上部,凸轮轴位置信号是数字开关/脉冲,在凸轮轴每个周期内输出一次。
凸轮轴位置传感器不直接影响点火系统操作,发动机控制模块使用凸轮轴位置传感器信息,确定相对于曲轴位置的气门组的位置。
通过监视凸轮轴位置和曲轴位置信号,发动机控制模块
可以精确的控制喷油和点火正时。
别克凯越发动机曲轴位置传感器安装在曲轴皮带轮后方,曲轴位置传感器产生一个振幅和频率都变化的交流电压。
频率由曲轴转速决定。
交流电输出由曲轴位置和蓄电池电压决定。
曲轴位置传感器配合固定在曲轴上的58齿变磁阻转轮工作。
当每个变磁阻转轮轮齿转过曲轴位置传感器时,导致磁场变化,曲轴每转一圈产生58个开闭/脉冲。
发动机控制模块处理分析该脉冲,确定曲轴位置。
发动机控制模块能同步点火正时,喷油正时。
基于凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器输入的火花爆震控制。
综合利用曲轴位置传感器信号和凸轮轴位置传感器信号,发动机控制模块能非常精
确的确定发动机的位置。
曲轴位置传感器也用于检测缺火和转速表显示。
3.爆震传感器
别克凯越发动机爆震传感器系统使用三线平面响应传感器。
此传感器使用压电晶体技术。
基于发动机震动和噪声水平,产生一个振幅和频率连续变化的交流电压信号。
振幅和频率是由爆震传感器检测到的爆震水平确定的。
爆震传感器通过一个信号电路和一个低参考电路连接到发动机控制模块上。
4.控制原理
别克凯越发动机点火电路。
发动机运转后,电脑根据凸轮轴传感器的信号
和曲轴位置传感器的信号确定基准信号,发动机电脑控制电子点火正时(EST
A和电子点火正时(EST)B使点火线圈导通,发动机电脑参考凸轮轴和曲轴位置传感器的信号在正确的时刻向点火器发送点火信号,点火成功后,若电脑收不到点火成功信号,记录点火信号的故障码。
着车后,电脑根据爆震传感器进行爆震控制。
3
ZL7
嚼蒂:
传i咚器
5
点时T)发动机控站征(E
1
别克凯越点火系统电路图
四、北京现代伊兰特发动机点火系统
1.点火线圈北京现代伊兰特发动机点火系统为分组式点火。
北京现代伊兰特发动机点火线圈同时为两个火花塞点火,点火线圈是一个双线圈包,直接向每个火花塞提供电压。
发动机控制模块控制点火线圈电路接通,使电流在相应时刻或延迟流过初级线圈绕组。
发动机控制模块控制点火线圈电路断开,阻止电流流过初级线圈绕组。
由初级线圈绕组产生的磁场在经过二级线圈绕组时会产生磁场消失,产生一个高压电。
使发动机完成一次点火。
发动机电脑控制点火线圈同时向1、4缸或2、3缸点火。
2.凸轮轴传感器和曲轴传感器其凸轮轴位置传感器为霍尔传感器和曲轴位置传感器为磁脉冲式。
北京现代伊兰特发动机凸轮轴位置传感器安装在发动机盖上,此传感器有一个霍尔效应IC,当有电流流动时,从而使IC电压输出改变。
发动机电脑利用这些信号来控制喷油和点火时间。
一般来说,凸轮轴信号用于检测气缸上止点,曲轴信号用于检测活塞位置。
北京现代伊兰特发动机曲轴位置传感器安装在气缸体上,在发动机运行时通过这个传感器和信号轮构成的磁场产生交流电。
信号轮360°曲轴角上包括58个导槽和2个缺齿。
电脑就是根据这些信号来判断活塞的位置。
北京现代伊兰特点火系统电路图
3.爆震传感器
北京现代伊兰特发动机爆震传感器是一个压电式传感器。
此传感器安装在气缸体上并检测发动机爆震,发生爆震时,气缸体的震动被作为压力施加到压电元件上。
此时,传感器把这个高于规定值的电压信号传输到电脑,电脑延迟点火时机,如果延迟点火时机后爆震消失,电脑提前点火时机,这个时机控制能提高发动机动力,转矩和燃油经济性。
4.控制原理
北京现代伊兰特发动机点火电路。
发动机运转后,电脑根据凸轮轴传感器的信号和曲轴位置传感器的信号确定基准信号,发动机电脑控制点火线圈导通,使电流在相应时刻或延迟流过初级线圈绕组。
发动机控制模块控制点火线圈电路断开,此时,初级线圈产生的磁场在经过二级线圈时会产生磁场消失,产生高压电。
发动机电脑参考凸轮轴和曲轴位置传感器的信号在正确的时刻向点火器发送点火信号,点火成功后,若电脑收不到点火成功信号,记录点火信号的故障码。
着车后,电脑根据爆震传感器进行爆震控制。
五、比亚迪F6发动机点火系统
1•点火线圈
比亚迪F6发动机备有内置功率晶体管的四个点火线圈,分别作用于各缸。
中断点火线圈初级侧的电流将会在点火线圈的次级侧产生高压电。
由此产生的高压电加到火花塞上而产生火花。
发动机电脑使点火线圈内的两个功率晶
体管交替地接通与断开。
由此导致点火线圈内的初级电流被交替的接通与断
开,从而以1-3-4-2的次序对各个气缸点火
比亚迪F6发动机点火线圈
2.凸轮轴位置传感器
说明发动机控制继电器1号端子输送电源到凸轮轴位置传感器33号端子,凸轮轴位置传感器1号端子与电脑搭铁端子88号相连。
从发动机电脑71号端子输出5V电源电压到凸轮轴位置传感器输出端子2号。
原理功能
凸轮轴位置传感器检测1缸压缩冲程上止点位置并输入脉冲信号到电脑
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比亚迪F6曲轴位置传感器
比亚迪F6凸轮轴位置传感器
3.曲轴位置传感器说明
发动发动机控制继电器1号端子提供电源到曲轴转角传感器1号端子,并且3号端子与电脑88号端子接地。
电脑77号端子提供5V电源电压到曲轴转角传感器输出端2号端子。
原理功能
曲轴转角传感器检测曲轴角度(位置)输入脉冲信号到电脑。
电脑反应信号控制喷油器等。
3.爆震传感器说明
爆震传感器信号从1号端子输入到发动机电脑89号端子。
原理功能
爆震传感器检测由爆震引起的缸体震动并向电脑输入信号。
电脑反应信号在发动机发生爆震时推迟点火正时。
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比亚迪爆震传感器
六、丰田普拉多发动机点火系统
丰田普拉多点火系统电路图1
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