[科普中国]-点火控制

简介

点火控制最基本的原理是通过断电开关控制点火线圈一次电流的大小和断电时间，从而控制点火的能量和时刻，保证发动机汽缸内的混合气彻底燃烧。

在传统的化油器式汽油机中，点火控制系统经过了传统式（触点式）向无触点式发展的过程。在这一过程中，系统的分电器仍一直采用机械式离心和真空提前机构来控制发动机的点火提前角。传统的点火系统， 其点火时刻的调整是依靠机械离心式调节装置和真空式调节装置完成的，由于机械的滞后、磨损及装置本身的局限性，故不能保证点火时刻在最佳值。

随着 EFI 系统的出现和发展，点火控制系统开始采用电控点火装置（ ESA）。它可以使发动机在任何工况下均处于最佳点火提前状态，并实现 3 方面的功能：通电时间控制，点火提前角控制和爆震控制。电子点火控制可方便地解决传统点火控制系统的问题。因为用微机可考虑更多的对点火提前角影响的因素，使发动机在各种工况下均能达到最佳点火时刻，从而提高发动机的动力性、经济性、改善排放指标。 ECU控制的点火系统是随着电子技术的进步而发展起来的一门新技术，也是汽车电子化的必然趋势。

分类点火控制系统可分为：

（1）传统点火系统。它可分为磁电机点火系统和蓄电池点火系统。缺点是高速易断火，不适合高速发动机;断电器触点易烧蚀，工作可靠性差；点火能量低，点火可靠性差。

（2）微机控制的点火系统。它采用计算机根据各传感器信号对点火提前角进行控制。 电控点火系统的类型有有分电器和无分电器式。

双缸同时点火控制双缸同时点火控制具有下列优点：（1）由于废除了分电器所以节省空间；（2）由于废除了配电器，不存在分火头与分电器盖旁电极间产生的火花，因此可有效地降低点火系对无线电的干扰。同时因点火系高压电路中阻抗减小，点火更加可靠。

在该点火系统中，点火线圈直接与火花塞连接，点火线圈的次级绕组有两个高压输出端。次级绕组利用高压线连接两个气缸的火花塞，通过它们的接地点串联成一个闭合回路。一个点火线圈产生的高压电可以向两个气缸的火花基提供。该点火方式，点火线圈对处于压编行程上止点和排气上止点两个气缸同时点火例如，对1、 4缸进行同时点火，第1缸压缩上止点时，第4缸则是排气上止点。此时第1缸是有效点火(点燃混合气体)，第4缸则是空火，即无效点火，由于第4缸里的压力比第1缸低得多，只需很少放电能最就能保证高压电通过。曲轴转过后，情况正好相反，第4缸是有效点火，第1缸是空火。上海大众桑塔纳2000 AXJ和3000 BKT、 POLO 1.6 BCD、帕萨特2.0 BNL发动机均采用双缸同时点火控制。

单缸独立点火控制单缸独立点火方式具有下列优点：（1）由于无机械分电器和高压导线，因而能量损失、漏电损失小，各缸的点火线圈和火花塞均由金属罩包覆，其电磁干扰大大减小；（2）由于采用了与气缸数相同的特制点火线圈，该点火线圈的充放电时间极短，能在发动机转速高达9000r/min时，提供足够的点火电压和点火能量；（3）由于无机械分电器，又恰当地将点火线圈安装在双凸轮轴的中间，充分俐用了有限空间，因而节省了发动机周围的安装空间。

单缸独立点火方式也称独立点火方式。这种方式是一个火花塞上配一个点火线圈。因此称它为集成式火花塞，也有的称它为单火花点火线圈。这种点火方式，点火线圈产生的高压电单独地直接向每-个气缸点火。1

电子点火控制现代点火控制系统都是计算机控制的电子控制系统。它可以分为两大类，一类是有分电器的，一类是没有分电器的。但是它们的主要组成及控制原理是相同的。

它们的主要组成为：

（1）点火器： 包括点火控制电路等、闭合角控制电路、点火器信号电路、功率晶体管及其驱动电路等。

（2）点火线圈及分电器：点火线圈采用一次线圈电阻值很小的高能点火线圈。在有分电器的系统中，各汽缸共用一个点火线圈；在无分电器的系统中，将气缸分组，每组共用一个点火线圈，或者是每个气缸独立用一个线圈。

结构组成电子点火控制系统的组成如图1所示。

（1） ECU 的输入信号：ECU 的输入信号，除了节气门位置传感器、输入信号，除了节气门位置传感器、空气流量计、水温传感器等送来的信号外，还有曲轴位置传感器送来的以下信号：

1） G 信号：所谓 G 信号，即上止点参考位置信号。它的周期对应的曲轴转角等于发动机各缸工作间隔所对应的曲轴转角（四缸发动机为 180 度，六缸发动机为 120 度），G 信号的相位所对应的曲轴位置与各组活塞的上止点位置有一定的角度，一般为上止点前 10 度。

2） Ne 信号：所谓 Ne 信号，即发动机曲轴转速信号。Ne 信号的每一个脉冲，表示发动机曲轴转过一个固定的角度。一般的系统中， Ne 信号周期为转轴转过 30 度所对应的时间，在较精密的系统中， Ne 信号周期为曲轴转过 1 度所对应的时间。

（2） ECU 的输出信号：

1） 点火控制信号 IGt ：IGt 实际上就是点火器中功率晶体管的通断控制信号。它是 ECU 输出到点火组件的点火命令信号， 也是点火组件计算闭合角的基准信号。 IGt 信号输出后，在活塞位置达到存储器所记忆的最佳点火时间时， IGt 信号消失，也就是发出了点火指令。

2） 辨缸信号 IGdA 、IGdB ：曲轴每转一周将产生多个 G 信号，而每个 G 信号与点火气缸的对应关系应该是确定不变的。在有分电器的系统中，由于点火气缸是由分火头的指向决定的，所以不会出现问题。但是在无分电器的系统中，仅有 G 信号不能决定具体的点火气缸，所以 ECU 输出信号中增加了辨缸信号 IGd，以便与 G 信号一同决定需要点火的气缸。在无分电器同时点火方式中，又把 IGd 分为IGdA 和 IGdB 。

点火提前角控制（1）点火提前角及其影响因素：

1）最佳点火提前角：对于现代汽车而言，最佳的点火提前角不仅应保证发动机的动力性和燃油经济性都达到最佳，还必须保证排放污染最小。混会气在气缸内撇烧，当最高燃烧压力出现在上止点后10左右时，发动机的输出功率最大。

2）影响点火提前角的因素：最佳点火提前角除了与发动机的转速和进气歧管绝对压力(负简)有关之外，还与发动机燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃比、燃油品种、大气压力冷却液温度等因素有关。在普通EFI系统中，当上述因素变化时，系统无法对点火提前角进行调整。当采用电子点火系统时，发动机在各种工况和运行条经济性和排放都可以达到最佳。

（2）点火提前角控制：

1）起动期间的点火时间控制：在起动期间，发动机转速较(通常在500 r/ min以下)。由于进气歧管压力信号或进气量信号不稳定，点火时间固定在

初始点火提前角(随发动机而异)。此时的控制信号主要是发动机转速信号和起动开关信号。

2）起动后点火时间控制：实际点火提前角=初始提前角十基本点火提前角+修正点火提前角(或延迟角)。

基木点火提前角：在正常运行工况运行时。ECU根据进气歧管压力信号(或进气量信号)、发动机转速信号、节气门位置信号，爆震言号等确定基本点火提前角。在怠速工况运行时，ECU根据节气门位置信号、发动机转速信号、空调开关信号确定基本点火提前角。

点火提前角的修正：ECU根据发动机冷却液温度、怠速稳定性、空燃比反馈做出点火提前角的修正。

通电时间控制对于电感储能式电子点火系，当点火线圈的初级电路被接通后，其初级电流是按指数规律增长的。初级电路被断开瞬间初级电流所能达到的值即断开电流与初级电路接通的时间长短有关。只有通电时间达到一定值时，初级电流才可能达到饱和。而次级电压最大值U2max是与断开电流成正比的。因此必须保证通电时间能使初级电流达到饱和。但如果通电时间过长，点火线圈又会发热并使电能消耗增大。因此要控制一个最佳通电时间，兼顾上述两方面的要求。同时，蓄电他的电压变化也将影响初级电流。如蓄电池电压下降时，在相同的通电时间里初级电流所达到的值将会减小，因此必须对通电时间进行修正。

爆震控制爆震是汽油机运行中最有害的一种故障现象。发动机工作如果待续产生爆震。火花塞电极或活塞就可能产生过热、熔损等现象，造成严重故障，因此必须防止爆震的产生。

点火时刻提前，燃烧的最大压力就高，因而容易产生爆震。发动机发出最大扭矩的点火时刻是在开始产生爆震点火时刻(爆震界限)的附近。因此在设定点火时刻时，应留有离开爆震界限的余量。无爆震控制时，所留余量就必须大些，这时的点火时刻比发出最大扭矩时的点火时刻滞后，故扭矩有所降低。若用爆震传感器能检测到爆震界限，就可以把点火时刻控制到接近爆震极限的位置，以便能更有效地提高发动机的输出功率。尤其是在装有废气涡轮增压器的发动机上，由于使用绝热增压的空气燃烧。发生爆震的可能性增大，更需采用爆震控制。

爆震控制的方法：爆震传感器安装在气缸体上，利用压电晶体的压电效应，把爆震传到气缸体上的机械振动转换成电信号输入ECU，ECU把爆震传感器输出信号进行滤波处理并判定有无爆震及爆震强度的强弱，推迟点火时伺。爆震强推迟点火角度大；爆震弱推迟的角度小。每次调整都以一固定的角度递减，直到爆震消失为止。而后又以一固定的角度提前，当发动机再次出现爆震时ECU又使点火提前角再次推迟。调整过程如此反复进行。1