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          十(6)、微機控制點火系統

             2011-03-30 2407
          核心提示:

          第六節 微機控制點火系統

          電子點火系統對點火時刻的調節,與傳統點火系統一樣,基本上仍采用離心提前和真空提前兩套機械式點火提前調整裝置,而它們只能根據發動機轉速和負荷的變化來調節點火提前角,且調節特性為線性(或不同線性的組合)規律。而發動機的最佳點火提前角除了隨轉速和負荷變化外,還受諸多因素的影響,如環境狀況、車輛的技術狀況、使用狀況等,而且最佳點火提前角隨發動機轉速和負荷變化的規律也不是線性的。因此,各種普通電子點火系統都存在著考慮的控制因素不全面、點火提前角控制不精確的缺陷,影響了發動機性能的充分發揮。此外,離心點火提前調整裝置和真空點火提前調整裝置中,機械運動部件的磨損、老化和臟污等,都會引起點火提前角調節特性的改變,使發動機性能下降。

          在20世紀70年代后期,隨著計算機技術的飛速發展和發達國家對汽車排放限制及對其他性能要求的提高,微機開始在汽車上獲得應用――用微機控制點火正時,形成微機控制點火系統。由于微機具有響應速度快、運算和控制精度高、抗干擾能力強等優點,通過微機控制點火提前角要比機械式的離心點火提前調整裝置和真空點火提前調整裝置的精度高得多。微機控制點火系統可以通過各種傳感器感知多種因素對點火提前角的影響,使發動機在各種工況和使用條件下的點火提前角都與相應的最佳點火提前角比較接近,并且不存在機械磨損等問題,克服了離心點火提前調整裝置和真空點火提前調整裝置的缺陷,使點火系統的發展更趨完善,發動機的性能得到進一步改善和更加充分的發揮。因此,微機控制點火系統是繼無觸點的普通電子點火系統之后,點火系統發展的又一次飛躍。微機控制點火系統,按是否配有分電器分為有分電器微機控制點火系統和無分電器微機控制點火系統兩種。

          一、有分電器微機控制點火系統

          1.有分電器微機控制點火系統的組成

          有分電器微機控制點火系統一般由傳感器、微機控制器、點火執行器等組成。
          發動機點火系統的結構不盡相同,但其工作原理相似。奧迪200型轎車五缸渦輪增壓發動機微機控制點火系統結構,其主要組成部分及作用如下:
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          第六節 微機控制點火系統

          二、無分電器微機控制點火系統

          1.無分電器微機控制點火系統的優點

          1)在不增加電能消耗的情況下,進一步增大了點火能量。

          2)對無線電的干擾大幅度降低。

          3)避免了與分電器有關的一些機械故障,工作可靠性提高。

          4)高速時點火能量有保證。

          5)節省了安裝空間,有利于發動機的合理布置,為汽車車身的流線型設計提供了有利條件。

          6)無需進行點火正時方面的調整,使用、維護方便。

          由于無分電器點火系統具有上述突出特點,所以20世紀80年代問世以來,在美、日以及歐洲發達國家得到迅速發展和廣泛應用,帶來了點火系統發展的又一次飛躍。進入20世紀90年代后,無分電器點火系統在發達國家的應用已經比較普遍,我國一汽大眾生產的部分奧迪轎車和捷達轎車、上海大眾汽車公司生產的部分桑塔納2000型轎車等也相繼采用了無分電器點火系統。無分電器點火系統正逐步成為點火系統的主流。(如下左圖)
          2.無分電器微機控制點火系統的組成

          無分電器微機控制點火系統由低壓電源、點火開關、微機控制單元(ECU)、點火控制器、

          點火線圈、火花塞、高壓線和各種傳感器等組成。有的無分電器點火系統還將點火線圈直接安裝在火花塞上方,取消了高壓線。(如上右圖)

          3.無分電器微機控制點火系統的工作原理

          無分電器微機控制點火系統根據高壓配電方式的不同分為獨立點火方式和同時點火方式兩種,其工作原理也各不相同。

          獨立點火方式是一個缸的火花塞配一個點火線圈,各個獨立的點火線圈直接安裝在火花塞上,獨立向火花塞提供高壓電,各缸直接點火。這種結構的特點是去掉了高壓線,因此可以使高壓電能的傳遞損失和對無線電的干擾降低到最低水平。

          由于一個線圈向一個氣缸提供點火能量,因此在發動機轉速相同時,單位時間內線圈中通過的電流要小得多,線圈不易發熱,所以這種線圈的初級電流可以設計得較大,即使在發動機以9000r/min高速運行時,也能夠提供足夠的點火能量。獨立點火方式因車型的不同,其控制電路也存在一定的差異,有些采用一個點火控制器,如日產地平線2000轎車RB20DC發動機。

          有些則采用多個點火控制器,如奧迪五缸發動機,但其工作原理相同。發動機工作時,微機控制單元(ECU)不斷檢測傳感器的輸入信號,根據存儲器存儲的數據計算并求出最佳點火提前角和通電時間,以點火基準傳感器為標準,按照發動機各缸的作功順序,確定每一缸點火線圈的接通時間和通電時間,并將其轉換為該缸點火線圈的控制信號IGi(i指第i個氣缸)。當某缸的控制信號為低電平時,點火控制器中對應此缸的功率晶體管導通,點火線圈通電;當該缸的控制信號變為高電平時,對應的晶體管截止,線圈中電流被切斷,次級線圈產生高壓電,將火花塞電極擊穿點火。獨立點火的點火控制器需要判別的點火氣缸的數目多,因此氣缸判別電路較復雜。

          點火線圈配電方式是一種直接用點火線圈分配高壓電的同時點火方式。幾個相互屏蔽的、結構獨立的點火線圈組合成一體,稱為點火線圈組件。4缸機的點火線圈組件有兩個獨立的點火線圈,6缸機的點火線圈組件有三個獨立的點火線圈。每個點火線圈供給配對的兩個缸的火花塞以高壓電。點火控制器中有與點火線圈數量相等的功率三極管,各控制一個點火線圈的工作。點火控制器根據電腦提供的點火信號,由氣缸判別電路按點火順序輪流激發功率三極管,使其導通或截止,以此控制點火線圈初級繞組的通斷,產生次級電壓而點火。點火線圈配電方式點火系統是應用最廣泛的一種無分電器微機控制點火系統。

          二極管配電方式是利用二極管的單向導通特性,對點火線圈產生的高壓電進行分配的同時點火方式。與二極管配電方式相配的點火線圈有兩個初級繞組、一個次級繞組,相當于是共用一個次級繞組的兩個點火線圈的組件。次級繞組的兩端通過四個高壓二極管與火花塞組成回路,其中配對點火的兩個活塞必須同時到達上止點,即一個處于壓縮行程上止點時,另一個處于排氣行程上止點。微機控制單元根據曲軸位置等傳感器輸入的信息,經計算、處理,輸出點火控制信號,通過點火控制器中的兩個大功率三極管,按點火順序控制兩個初級繞組的電路交替接通和斷開。當1、4缸點火觸發信號輸入點火控制器時,大功率三極管 V1、初級繞組 N1 斷電,次級繞組產生虛線箭頭所示方向的高壓電動勢,此時1、4缸高壓二極管正向導通而使火花塞跳火。當2、3缸點火觸發信號輸入點火控制器時,大功率三極管 V2 截止,初級繞組 N1 斷電,次級繞組產生實線箭頭所示方向的高壓電動勢,此時2、3缸高壓二極管導通,故2、3缸火花塞跳火。二極管配電方式的主要特點是一個點火線圈組件為四個火花塞提供高壓電,因此特別適宜于四缸或八缸發動機。

          4. 主要元器件的結構及原理

          無分電器微機控制點火系統與有分電器微機控制點火系統相比,火花塞、高壓線和主要傳感器的結構和原理基本相同,但是微機控制單元、點火控制器和點火線圈在結構和原理方面存在一些差異。

          1)微機控制單元
          由于無分電器點火系統取消了機械式高壓配電而改為電子式高壓配電,因此,微機控制單元不再只控制一個點火線圈初級繞組的通斷,而是要根據曲軸的不同位置,按一定順序控制兩個或多個點火線圈初級繞組,以實現電子式高壓配電。微機控制單元除了包括輸入接口電路、A/D轉換器、微機控制單元(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機存儲器(RAM)等組成部分外,還增加了氣缸判別(簡稱判缸)電路(又稱為分電電路),以根據曲軸位置傳感器或氣缸判別信號傳感器確定需要控制的點火線圈初級繞組。同理,輸出接口電路也不只輸出一路點火控制信號,而是依次輸出多路點火控制信號,分別控制點火控制器中與各點火線圈初級繞組對應的大功率三極管的通斷;或者輸出接口電路在輸出一路點火控制信號的同時輸出一路判別氣缸信號,由點火控制器根據點火控制信號和判別氣缸信號控制與各點火線圈初級繞組對應的大功率三極管的通斷,使需要點火氣缸的火花塞適時跳火。

          2)點火控制器

          由于無分電器點火系統有兩個或多個點火線圈或點火線圈初級繞組,所以點火控制器一般除了具有自動斷電功能、導通角控制、恒流控制等電路外,還有氣缸判別電路和多個大功率三極管及相應的控制電路。

          3)點火線圈

          由于無分電器點火系統有兩個或多個點火線圈初級繞組,發動機的一個工作循環,每個點火線圈初級繞組只通斷一次(獨立點火)或兩次(同時點火),所以點火線圈初級繞組能夠有較長的通電時間,點火線圈可以采用完全的閉磁路結構,提高能量利用率。點火線圈具體結構因高壓配電方式的不同而不同。

          (1)獨立點火方式配電用的點火線圈:采用獨立點火方式時,發動機每個氣缸都有自己的點火線圈,每個點火線圈的結構完全相同。

          獨立點火方式特別適合在雙凸輪軸發動機上配用,點火線圈安裝在兩根凸輪軸中間,每一點火線圈壓裝在各缸火花塞上,在布置上很容易實現。 奧迪轎車四氣門五缸發動機的點火線圈安裝情況,每個點火線圈通過導向座用四個螺釘固定在氣缸蓋的蓋板上,然后再扣壓到各缸火花塞上。

          獨立點火方式特別適合在雙凸輪軸發動機上配用,點火線圈安裝在兩根凸輪軸中間,每一點火線圈壓裝在各缸火花塞上,在布置上很容易實現。 奧迪轎車四氣門五缸發動機的點火線圈安裝情況,每個點火線圈通過導向座用四個螺釘固定在氣缸蓋的蓋板上,然后再扣壓到各缸火花塞上。

          (2)點火線圈配電方式配用的點火線圈:發動機采用點火線圈配電方式時,點火線圈實際是由若干個相互屏蔽的、獨立的點火線圈組裝起來形成的一個點火線圈組件。每個獨立的點火線圈初級繞組的一端通過點火開關與電源正極相連,另一端由點火控制器的大功率三極管控制搭鐵;次級繞組兩端分別接到兩個氣缸的火花塞上,使兩個氣缸的火花塞同時跳火。 六缸發動機無分電器獨立點火系統采用的點火線圈組件的結構及電路圖。
           

          (3)二極管配電方式配用的點火線圈: 二極管配電方式配用的點火線圈有兩個初級繞組(或一個初級繞組被中心抽頭分成兩個部分,組成兩個初級繞組)和一個次級繞組。次級繞組有兩個輸出端,每個輸出端又分別接兩個方向相反的高壓二極管,這樣次級線圈通過四個高壓二極管與火花塞組成回路;兩個初級繞組的電路由點火控制器中的兩個大功率三極管控制輪流接通和斷開。點火線圈有兩種形式:一種是點火線圈只包含初級繞組和次級繞組,不包含高壓二極管,高壓二極管裝在火花塞上方,便于高壓二極管檢修,點火線圈有兩個高壓插座;另一種是點火線圈既包含初級繞組和次級繞組,又包含四個高壓二極管,點火線圈有四個高壓插座,這種結構有利于簡化線路結構,高壓線連接簡便,但是一旦有一個高壓二極管損壞,點火線圈就需要更換。

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