发动机电子控制系统点火系.ppt

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1、 汽汽 车车 电电 子子 控控 制制 技技 术术第二节 电子点火系统 一、电子点火装置的优点1、点火电压高，点火性能好；2、高压形成迅速，点火能量高；3、减小了火花塞积炭的影响；4、点火时间精确，发动机性能得到提高；5、对无线电干扰小；6、结构简单，工作可靠，维修简便。二、电子点火系统的种类 1、按点火能量的储存方式分类（1）电感储能式电子点火装置，其储能元件是点火线圈；（2）电容储能电子点火装置：其储能元件是专用的电容器。2、按控制点火线圈一次电流的电子元件分类（1）晶体管电子点火装置（2）集成电路电子点火装置3 3、按、按信号发生器信号发生器型式分类型式分类（1 1）磁感应式磁感应式电子点

2、火装置（2 2）霍尔式霍尔式电子点火装置（3 3）光电式光电式电子点火装置（4 4）电磁震荡式电磁震荡式电子点火装置4、按点火装置有无触点分类（1）触点式电子点火装置（2）无触点电子点火装置5、按点火提前角的控制方式分类（1）普通电子点火系统（2）微机控制点火系统三、磁感应式电子点火系统三、磁感应式电子点火系统 1、磁感应式电子点火系统的组成 磁感应式电子点火系又称为磁脉冲式或磁电式电子点火装置，这种系统结构简单，性能可靠。主要由磁感应式点火信号发生器、分电器、点火器、专用点火线圈、火花塞等部件组成。 2、丰田汽车磁感应式电子点火系统 日本丰田汽车日本丰田汽车20R20R型发动机装用的无触型发

3、动机装用的无触点式磁感应电子点火系统的电路原理图点式磁感应电子点火系统的电路原理图（1 1）磁感应信号发生器）磁感应信号发生器作用： 该信号发生器安装在分电器内的底板上，其功用是产生信号电压，控制点火装置的工作。组成： 由信号转子、永久磁铁、铁心、传感线圈组成。工作原理：工作原理： 利用电磁感应原理工作利用电磁感应原理工作，信号转子转动时，信号转子转动时，其凸齿与铁心的空气隙发生变化，使通过传感其凸齿与铁心的空气隙发生变化，使通过传感线圈的磁通发生变化，因此传感线圈中便产生线圈的磁通发生变化，因此传感线圈中便产生感应的交变电动势，该交变电动势输入到点火感应的交变电动势，该交变电动势输入到点火器

4、，以控制点火系统工作。其工作过程（假设器，以控制点火系统工作。其工作过程（假设信号转子顺时针转动）见图：信号转子顺时针转动）见图： 当信号转子顺时针转当信号转子顺时针转动，其凸齿逐渐接近动，其凸齿逐渐接近铁心，凸齿与铁心间铁心，凸齿与铁心间的空气隙越来越小，的空气隙越来越小，通过传感线圈的磁通通过传感线圈的磁通逐渐增大，于是在传逐渐增大，于是在传感线圈中便产生感应感线圈中便产生感应电动势。当信号转子电动势。当信号转子凸齿的齿角与铁心边凸齿的齿角与铁心边缘相对时，磁通急剧缘相对时，磁通急剧增加，磁通变化率最增加，磁通变化率最大，所对应的感应电大，所对应的感应电动势最大，即有正的动势最大，即有正的

5、最大值。最大值。（2 2）点火器点火器 其基本电路原理图见图：由点火信号检出电路（晶体管VT2)、开关放大电路（晶体管VT3 、VT4)和大功率晶体管VT5组成。点火器中各三极管作用：点火器中各三极管作用： VT1发射极与集电极相连，相当于一个二极管，起温度补偿作用，使VT2的导通和截止时间不受温度影响； VT2触发管，起信号检测作用； VT3、VT4放大作用，将VT2的输出放大以驱动VT5； VT5大功率管，控制一次电流的通断。点火器的工作原理：点火器的工作原理：点火开关接通后，其点火开关接通后，其基本工作原理基本工作原理如下：如下：1）当发动机未工作，传感器的信号转子不动时，传感器无输出信

6、号，一次电路接通，点火线圈一次绕组有电流流过，在线圈中形成磁场，此时VT1 导通， VT2导通， VT3截止， VT4、 VT5导通。2）起动发动机，分电器开始转动，信号发生器开始产生交变电动势信号。当传感线圈输出“+”信号时， VT1截止，VT2导通，VT3截止，VT4、VT5导通，点火线圈一次绕组仍有电流流过。3）当传感线圈输出“-”信号时， VT1导通，导通，VT2截截止，止，VT3导通，导通，VT4、VT5截止截止，点火线圈一次电流被切断，磁场迅速消失，二次绕组产生高压电，此电压由分电器分配至各缸火花塞，使之跳火，点燃可燃混合气。点火开关接通后，其基本工作原理如下：点火开关接通后，其基

7、本工作原理如下：点火器的工作原理点火器的工作原理 信号发生器的输出电压与三极管VT2、VT5以及二次电压U2的关系见图。其它元件作用：其它元件作用： 1 1）VSVS1 1、VSVS2 2反向串联后与点火信号发生器的传反向串联后与点火信号发生器的传感线圈并联，感线圈并联，其作用是当传感线圈产生的信号电压其作用是当传感线圈产生的信号电压高于稳压管的反向击穿电压时，稳压管立即导通，高于稳压管的反向击穿电压时，稳压管立即导通，将传感线圈输出的正向和负向信号电压波峰全部削将传感线圈输出的正向和负向信号电压波峰全部削平，使其稳定在某一数值，保护平，使其稳定在某一数值，保护VTVT1 1和和VTVT2 2

8、不受损害不受损害。 2 2）VSVS3 3与与R R4 4组成稳压电路，组成稳压电路，其作用保证其作用保证VTVT1 1、VTVT2 2在在稳定的电源电压下工作；稳定的电源电压下工作； 其它元件作用：其它元件作用： 3 3）VDVD的作用是的作用是保护保护VTVT5 5管管，当，当VTVT5 5管截止时，管截止时， VDVD将将一次绕组的自感电动势限制在某一值内，保护一次绕组的自感电动势限制在某一值内，保护VTVT5 5管管不致被击。不致被击。 4 4）C C1 1的作用是的作用是消除点火信号发生器传感线圈输出消除点火信号发生器传感线圈输出电压波形上的毛刺，使电压平滑稳定，防止误点火，电压波形

9、上的毛刺，使电压平滑稳定，防止误点火，使点火时间准确无误。使点火时间准确无误。 5 5）C C2 2与与R R4 4组成阻容吸收电路，组成阻容吸收电路，其作用是吸收瞬时过其作用是吸收瞬时过电压，防止误点火。电压，防止误点火。 6 6）R R3 3为正反馈电阻，其作用是为正反馈电阻，其作用是加速加速VTVT2 2（亦即（亦即VTVT5 5）的翻转。的翻转。四、霍尔效应式电子点火系统四、霍尔效应式电子点火系统 霍尔效应式霍尔效应式电子点火系由内装霍尔信号发生器的电子点火系由内装霍尔信号发生器的分分电器、点火器、火花塞、点火线圈电器、点火器、火花塞、点火线圈等组成。是利用等组成。是利用霍尔效应原理制

10、成的传感器产生点火信号，触发和霍尔效应原理制成的传感器产生点火信号，触发和控制电子点火系统工作的。下图为桑塔纳轿车用霍控制电子点火系统工作的。下图为桑塔纳轿车用霍尔式点子点火系统图。尔式点子点火系统图。1、霍尔信号发生器、霍尔信号发生器（1 1）霍尔效应）霍尔效应 原理图如图所示：原理图如图所示： 当电流当电流I通过放在磁场中通过放在磁场中的半导体基片（即霍尔的半导体基片（即霍尔元件），且电流方向和元件），且电流方向和磁场方向垂直时，在垂磁场方向垂直时，在垂直于电流和磁场的半导直于电流和磁场的半导体基片的横向侧面上产体基片的横向侧面上产生一个与电流和磁通密生一个与电流和磁通密度成正比的电压，这

11、个度成正比的电压，这个电压称为霍尔电压电压称为霍尔电压UH。（2）霍尔信号发生器）霍尔信号发生器 1 1）组成）组成 霍尔信号发霍尔信号发生器位于分生器位于分电器内，其电器内，其结构如图所结构如图所示。主要由示。主要由分电器轴带分电器轴带动的触发叶动的触发叶轮、永久磁轮、永久磁铁、霍尔元铁、霍尔元件等组成。件等组成。霍尔信号发生器霍尔信号发生器v霍尔元件实际上霍尔元件实际上是一个霍尔集成是一个霍尔集成块电路，内部原块电路，内部原理图如图所示。理图如图所示。因为在霍尔元件因为在霍尔元件上得到的霍尔电上得到的霍尔电压一般为压一般为20mV20mV，信号很微弱，因信号很微弱，因此必须将其放大此必须将

12、其放大和脉冲整形后再和脉冲整形后再输出给点火控制输出给点火控制器，此任务就由器，此任务就由集成电路完成。集成电路完成。霍尔信号发生器霍尔信号发生器v2 2）工作原理）工作原理v霍尔信号发生器工作原理霍尔信号发生器工作原理图如图所示。图如图所示。v分电器轴带动触发叶轮转分电器轴带动触发叶轮转动，当叶片进入永久磁铁动，当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙与霍尔元件之间的空气隙时，磁场被触发叶轮的叶时，磁场被触发叶轮的叶片旁路，而不能作用于霍片旁路，而不能作用于霍尔元件上，霍尔元件不产尔元件上，霍尔元件不产生霍尔电压，霍尔集成电生霍尔电压，霍尔集成电路输出级的三极管截止，路输出级的三极管截止，信

13、号发生器输出高电位；信号发生器输出高电位；当触发叶轮离开空气隙，当触发叶轮离开空气隙，永久磁铁的磁力线通过霍永久磁铁的磁力线通过霍尔元件而产生霍尔电压，尔元件而产生霍尔电压，集成电路输出级的三极管集成电路输出级的三极管导通，信号发生器输出低导通，信号发生器输出低电位。电位。v叶片不停的转动，叶片不停的转动，信号发生器输出信号发生器输出一个矩形波信号，一个矩形波信号，作为控制信号给作为控制信号给点火器。由点火点火器。由点火器控制初级电路器控制初级电路的通断。的通断。v霍尔信号发生器霍尔信号发生器完成功能时波形完成功能时波形如图所示。如图所示。2、点火控制器、点火控制器 v桑塔纳轿车桑塔纳轿车点火

14、控制器点火控制器外形结构见外形结构见图。图。点火控制器点火控制器v点火控制器内部采用意大利点火控制器内部采用意大利SGS-THOMSONSGS-THOMSON公司生产的公司生产的L497L497专用点火集成块，见图。该点火控制器具有初专用点火集成块，见图。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。和过电压保护等功能。3 3、工作过程、工作过程 v霍尔电子点火系（点火器内装专用点火集成块）原理图霍尔电子点火系（点火器内装专用点火集成块）原理图v1 1）发动机工作时，分）发动机工作时，分电器轴带动霍尔信号电器轴带动

15、霍尔信号发生器的触发叶轮旋发生器的触发叶轮旋转。当触发叶轮的叶转。当触发叶轮的叶片进入空气隙时，信片进入空气隙时，信号发生器输出高电压号发生器输出高电压信号信号1112V，使点火，使点火控制器集成电路中输控制器集成电路中输出级大功率三极管出级大功率三极管VTVT导通，点火系一次电导通，点火系一次电路接通：电源路接通：电源“”点火线圈点火线圈W1W1点火控制器（三点火控制器（三极管极管VTVT）搭铁。搭铁。v2 2）当触发叶轮的）当触发叶轮的叶片离开空气隙叶片离开空气隙时，信号发生器时，信号发生器输出输出0.30.30.4V0.4V的的低电压信号，使低电压信号，使点火器大功率三点火器大功率三极管

16、极管VTVT截止，一截止，一次电路切断，二次电路切断，二次绕组产生高压，次绕组产生高压，完成点火工作。完成点火工作。第三节 微机控制电子点火系统（ESA系统） 在发动机电控系统中，点火控制包括点火提前角控制、通电时间控制和爆燃控制三个方面。 与传统的触点式点火系统相比，普通无触点电子点火系统在提高点火能量、改善工作特性方面有很大提高。但对于点火提前角的控制，仍然由离心式和真空膜片式机械点火提前角调节装置来完成，不能保证点火时刻处于最佳值。 此外最佳点火提前角除与发动机的转速和负荷有关之外，还与发动机燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃比、汽油辛烷值、大气压力、冷却液温度等因素有关，这些对于机械式点火

17、提前调节装置是无能为力的。而微机控制点火系统，不仅能随发动机转速控制一次绕组的通电时间和实现恒流控制，保证在发动机各种工况及工作条件下都能得到足够高的二次电压和跳火持续时间及最佳点火提前角，从而使发动机在动力性、运转平稳性、经济性和尾气排放方面达到最佳状况。 微机控制点火系统按是否保留分电器而分为有分电器式和无分电器式两种。 微机控制有分电器电子点火系统又称为非直接点火系统，点火线圈产生的高压是经配电器按点火顺序分配至各缸。 微机控制无分电器电子点火系统又称为直接点火系统，点火线圈上的高压线直接与火花塞相连，工作时点火线圈产生的高压电直接送到火花塞，由发动机电控单元ECU按点火顺序适时地控制各

18、缸火花塞点火。一、微机控制点火系统的组成 微机控制点火系统主要由信号输入装置、电子控制单元ECU、点火器、点火线圈、火花塞等组成，如图所示。(1) 接收传感器或其他装置输入的信息，给传感器提供参考电压；将输入的信息转变为微机所能接受的信号。(2) 存储、计算、分析处理信息；计算出输出值所用的程序；存储该车型的特点参数；存储运算中的数据；存储故障信息。(3) 运算分析；根据信息参数求出执行命令值；将输出的信息与标准值对比，查出故障。1、电子控制单元（ECU）1）功能 ECU主要由输入回路、A/D转换器、微型计算机和输出回路4部分组成。如图所示。 (4) 输出执行命令；把弱信号变为强的执行命令；输

19、出故障信息。(5) 自我修正功能。2）组成(1) 输入回路 将各传感器检测到的信号经过I/O接口送入微机。 模拟信号则由A/D转换器转换成数字信号之后再输入微机。(2) A/D转换器 由传感器输入的模拟信号，微机不能直接处理，要用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，再输入微机。(3) 微机 微机的功能是根据发动机工作的需要，把各种传感器送来的信号用微机处理的程序和数据进行运算处理，并把处理结果送往输出回路。微机的内部结构如图所示。（4）输出回路 输出回路的作用是将微机输出的控制信号转换成可以驱动执行元件按要求工作的信号。2) 进气管负压传感器 该传感器将节气门后进气管的负压变换为电信号输入微

20、机，微机以此信号作为发动机的负荷信号，读取或计算基本点火提前角。 空气流量计的信号除用于计算基本喷油持续时间外，也作为负荷信号计算基本点火提前角。2、 传感器1) 空气流量计 节气门位置传感器安装在节气门体上，它将节气门开度信号转换成电压信号输出，微机以此信号来判断发动机所处的工况，然后对点火提前角进行修正。3) 节气门位置传感器4) 冷却液温度传感器 该传感器信号可以反映发动机工作温度的高低，ECU以此信号对基本点火提前角进行修正，并控制起动和暖机期间的点火提前角。5) 曲轴位置传感器 将发动机曲轴转过的角度变换为电信号输入ECU，即曲轴每转过一定角度发出一个脉冲信号。微机不断地检测脉冲个数

21、，既可判断曲轴转过的角度，也可以此信号计算出发动机的转速，还可在曲轴转至某一特殊的位置，输出一个脉冲信号， ECU以此脉冲信号作为计算曲轴位置的基准点，并与曲轴转角信号一起计算曲轴任一时刻所处的具体位置。6) 进气温度传感器 该传感器信号可以反映发动机吸入空气的温度，ECU以此信号对基本点火提前角进行修正。7) 爆燃传感器 该传感器的作用是检测发动机有无爆燃现象，并将信号输入ECU，从而对点火提前角进行修正，实现对点火提前角的闭环控制。爆燃传感器是为电控点火系统专用。 8）起动开关信号，用于起动时对点火提前角进行修正。9）空调开关信号，在怠速工况下使用空调时，微机以此信号对点火提前角进行修正。

22、10）空挡开关信号，在使用自动变速器的汽车中，微机以此信号判断发动机处于空挡停车状态还是行驶状态，然后对点火提前角进行修正。3、点火器 其作用是根据ECU输出的指令，通过内部大功率晶体管的导通和截止，控制一次电流的通断，完成点火工作。1、分电器式电控点火系统二. 微机控制点火系统的种类和工作过程2、 无分电器式电控点火系统(1) 二极管分配式(2) 点火线圈分配式 双缸同时点火式 单独点火方式 三、点火提前角的控制方式1、 开环控制 ECU根据有关传感器提供的发动机工况信息，从内部存储器（ROM）中读取相应的基本点火提前角，并通过计算出的修正值修正后，得出最佳点火提前角数据来控制点火，而对控制

23、结果不予考虑。 其特点是：运算程序简单、运算速度快、控制系统简单，但其控制精度取决于各传感器的精度，以及修正计算公式的适用程度，同时还受发动机使用因素的影响，因此，其控制精度无法保证。2、闭环控制 微机在控制点火提前角的同时，不断地检测发动机的工况，如发动机是否发生爆燃、怠速是否稳定等，然后根据检测到的变化量，及时对点火提前角进行修正使发动机始终处于最佳的点火状态，控制精度高。 在汽油发动机中，剧烈爆燃使发动机的动力性和经济性严重恶化，但当发动机工作在爆燃临界点或有轻微的爆燃时，发动机的动力性和经济性最好。利用点火提前角的闭环系统可有效地控制点火提前角，使发动机工作在爆燃的边缘。 在微机控制的

24、电子点火系统中，一般在大负荷、中低转速（小于3000r/min)时采用闭环控制，在部分负荷和高转速时多采用开环控制。四、微机控制点火系统的控制内容1、点火提前角的确定（1） 起动时点火提前角 起动时，点火提前角的主要控制信号是发动机转速、起动开关和冷却液温度等。 在起动期间，发动机转速较低，进气流量信号或进气歧管绝对压力信号不稳定，点火时刻一般固定在某一个初始点火提前角，值的大小因发动机而异。 当起动时起动开关接通，ECU进入起动时的点火提前角控制模式，其控制特性如图所示。 系统工作时，从存储器中查出基本点火提前角和水温修正系数，然后相乘得到实际的点火提前角。 以日产汽车公司ECCS系统为例，

25、其基本点火提前角表格及水温修正系数如图所示。 正常行驶时，就用基本点火提前角和水温修正系数求得实际点火提前角，并以此进行控制。 当怠速及减速时，节气门位置传感器怠速触点闭合，ECU进入怠速或减速点火提前角控制模式。 其控制特性如图2.112所示。 由图可知，当冷却水温在50以下、车速不大于8km/h、发动机转速在1200r/min以上时，点火提前角几乎保持在上止点前10不变。 当启动时启动开关接通，ECU进入启动时的点火提前角控制模式，其控制特性如图2.113所示。 由图看出，当水温在0以上启动时，其点火提前角均为16；而在0以下启动时，还要适当增加点火提前角。（2）起动后点火提前角控制 起动

26、后，当发动机转速超过一定值时，自动转换为由ECU的点火正时信号控制。即ECU根据发动机转速和负荷信号，从存储器的标定数据中找到相应的最佳点火提前角，再根据有关传感器信号值加以修正，得出实际点火提前角。即实际点火提前角=初始点火提前角基本点提前角修正点火提前角 初始点火提前角是发动机固有的点火提前角，它不随工况变化，是一恒定值。 基本点火提前角的概念同前，也是与发动机转速及负荷有关的一级数据，以表格形式存储在存储器中。 实际的点火提前角由查表得到的基本点火提前角、修正点火提前角与初始点火提前角相加得到，日本丰田汽车公司TCCS系统采用的就是这种点火提前角控制方法。 丰田IG-GEL发动机的初始点

27、火提前角、基本点火提前角及修正点火提前角分别如下所述。 初始点火提前角(也称为固定点火提前角)为上止点前10，适用以下工况：发动机启动；发动机转速在400r/min以下；车速为2km/h；发动机ECU内后备系统开始工作。节气门位置传感器怠速触点闭合； 基本点火提前角分为怠速和正常行驶两种情况。 怠速的基本点火提前角在空调系统工作时为8，空调不工作时为4。 由于怠速时点火提前角不必修正，所以实际的点火提前角为初始点火提前角加上怠速时的基本点火提前角，即空调系统工作时的实际点火提前角初始点火提前角空调系统工作时的基本点火提前角108=18。 空调系统不工作时的实际点火提前角初始点火提前角空调系统不

28、工作时的基本点火提前角104=14。 正常行驶时的基本点火提前角与日产ECCS系统一样，以表格的形式存储在ECU的存储器中，如图2.114所示。 修正的点火提前角分为暖机和怠速稳定性修正两种，如图2.115和图2.116所示。 正常行驶时，发动机的实际点火提前角就是上述三种点火提前角之和。 点火提前角的修正，除暖机和怠速稳定性修正外，在有的车型上还采用空燃比反馈修正和过热修正。 由于空燃比反馈控制系统是根据氧传感器的反馈信号调整喷油量的多少来达到最佳空燃比控制的，所以这种喷油量的变化必然带来发动机转速的变化。 为了稳定发动机转速，点火提前角需根据喷油量的变化进行修正，喷油量与点火提前角的关系如

29、图2.117所示。 过热修正 ，发动机处于正常运行工况，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，而当发动机处于怠速运行工况，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。 对于微机控制点火系统，点火线圈一次电路通电时间（闭合角）的长短可以通过ECU进行控制，其控制模型如图2.118所示。 由图可知，闭合角是电源电压和发动机转速的函数。 电源电压越高，所需的闭合时间越短；发动机转速越高，所需闭合时间越长。 将图示数学模型存储于ECU的存储器中，ECU就可以用查表的方法，查出实际电源电压2. 通电时间（闭合角）控制 和转速下的闭合角或通电时间，并通过ECU的输

30、出信号IGt控制点火器中晶体管的导通时间。 由于电子点火控制系统中所使用的点火线圈均为高能型的，其电流幅值可达30A以上。 为防止点火线圈的损坏，在有些系统中，在控制通电时间的同时，还加入恒流控制。 恒流控制的基本方法是在点火器功率晶体管的输出回路中设置一个电流采样电阻，用采样电流在该电阻上形成的压降反馈控制晶体管的基极电流，只要这种反馈为负反馈，就可以稳定晶体管的集电极电流，从而达到恒流控制的目的。3. 爆燃控制 由前述可知，推迟点火是消除爆燃的有效办法。 在传统点火系统和无爆燃控制的点火系统中，为防止爆燃的发生，其点火时刻的设定远离爆燃边缘。 这样势必降低发动机效率，增加燃油消耗。 而具有

31、爆燃控制的点火系统，点火时刻到爆燃边缘只留一个较小的余量。 或者说，就在爆燃界面上工作，既控制了爆燃的发生，又能更有效地得到发动机的输出功率。 爆燃控制的点火提前角如图2.119所示。 爆燃控制系统实际就是加了爆燃传感器的点火控制闭环系统。 爆燃传感器安装在发动机缸体上，它把缸体的振动转换成电信号输入ECU，ECU内部经滤波电路，滤除与爆燃无关的信号，而只允许含有爆燃信号的特定频率范围的信号通过。 然后，再将此信号与设定的爆燃强度基准值进行比较，若该信号大于基准值，说明该振动信号为爆燃引起的，则比较器输出爆燃信号至ECU，以便进行爆燃控制处理。 由于发动机振动频繁且剧烈，为防止错误的爆燃判别，

32、ECU只在容易发生爆燃的每缸点火之后的一段时间内允许振动信号进入比较电路进行比较，即只在此时间范围内进行爆燃判别。 当ECU有爆燃信号输入时，点火控制系统采用闭环控制方式，并在原点火提前角的基础上增大点火提前角； 如果爆燃不消失，则再推迟点火，直至爆燃消失。 当爆燃消失后，在一段时间内维持当前的点火提前角。 若无爆燃发生，则逐渐加大点火提前角一直到爆燃发生，然后又重复上述控制过程。 可见，这是一种反馈控制过程，其控制原理如图2.120所示。 点火提前角的控制如图2.121所示。 由于发动机的负荷低于一定值时，一般不会发生爆燃，所以在此负荷以内点火控制为开环控制； 而当发动机的负荷超过某一值时，

33、系统转入闭环的爆燃控制点火。 系统的开环或闭环控制，由ECU根据负荷传感器输入的信号决定。 2.3 发发 动动 机机 其 他 控 制2.3.1 怠速控制(ISC) 发动机控制系统怠速控制装置的功能就是由ECU自动维持发动机怠速稳定运转。怠速控制的实质是通过调节空气通路面积以控制空气流量，获得适宜的空燃比，使发动机在不同怠速工况时都在最佳转速下稳定运转。 1、怠速控制系统的组成及其功能v（1）传感器v转速传感器：检测发动机转速。v节气门位置传感器：检测发动机处于怠速状态。v冷却液温度传感器：检测发动机冷却液温度。v起动开关信号：检测发动机正在起动中。v空调开关：检测空调的工作状态。v空挡起动开关

34、信号：检测换挡手柄位置。v液力变矩器负荷信号：检测液力变矩器负荷变化。v动力转向开关信号：检测动力转向工作状态。v发电机负荷信号：检测发电机负荷变化。v车速传感器：检测车速。v（2）执行器v怠速控制阀（ISCV）：控制节气门旁通空气通道。v（3）ECUv根据各传感器输入的信号，将实际转速与目标转速相比较，确定相当于目标怠速转速的控制量，以驱动控制空气量的执行机构，使怠速转速保持在目标怠速转速上。 目前汽车上使用的怠速控制装置，按控制原理可分为节气门直动控制式和旁通空气控制式两类，如图2.122所示。 其中，旁通空气控制装置按其结构和控制方式，又可分为步进电动机式、旋转电磁阀式、占空比控制式和真

35、空控制式、电磁控制式和开关控制式等。 2. 怠速控制装置分类1) 1) 节气门直动控制机构节气门直动控制机构 节气门直动控制式是直接通过控制节气门节气门直动控制式是直接通过控制节气门开度，调节空气通路的截面，控制进气量开度，调节空气通路的截面，控制进气量来实现怠速控制，图来实现怠速控制，图2.1232.123所示为节气门直所示为节气门直动控制机构的结构。由动控制机构的结构。由ECUECU根据输入信号确根据输入信号确定目标怠速转速，发出指令控制直流电动定目标怠速转速，发出指令控制直流电动机的正反转和转动量，以调节节气门的偏机的正反转和转动量，以调节节气门的偏转量，控制空气的流通面积，保证进气量转

36、量，控制空气的流通面积，保证进气量与目标怠速转速相适应。与目标怠速转速相适应。节气门直动控制机构的优点是节气门直动控制机构的优点是结构简单、工作结构简单、工作稳定性好稳定性好，缺点是，缺点是执行速度慢、动态响应性差执行速度慢、动态响应性差。2) 旁通空气控制机构旁通空气控制机构 旁通空气控制机构是通过改变旁通道的流旁通空气控制机构是通过改变旁通道的流通面积来控制怠速进气量，以达到怠速控制的通面积来控制怠速进气量，以达到怠速控制的目的。目的。其类型主要有以下几种：其类型主要有以下几种：(1) 步进电动机式 结构和工作原理 步进电动机与怠速控制阀做成一体，装在进气总管内，其结构如图2.124所示。

37、 电动机可顺时针或逆时针旋转，使阀沿轴向移动，改变阀与阀座之间的间隙，调节流过节气门旁通通道的空气量。 步进电机的内部结构如图2.125a和b所示，由定子和转子组成。 控制电路如图2.126所示。 控制项目 步进电机式怠速控制阀的控制原理如图2.127所示，步进电机式怠速控制阀对怠速的控制项目主要有：A. 初始值设定 为了改变发动机再起动时的起动性能，在发动机点火开关关闭后，ECU将控制怠速控制阀全部打开，为下次起动做好准备。 vB.起动控制v发动机起动后，在转速达到规定值时，ECU开始控制步进电动机转动，将阀门关小到与冷却液温度对应的阀门位置。vC.暖机控制（快怠速）v暖机时，根据冷却液温度

38、所确定的位置，怠速控制阀开始逐渐关小，当冷却液温度达到70时，暖机控制结束。 D. 反馈控制 在怠速运转过程中，如果此时由于某种原因使发动机转速与目标转速相差超过一定值（20r/min），ECU会对怠速控制阀相应增减旁通空气量，使发动机转速与目标转速相同。D. 怠速负荷变化预控制 在某些情况下，负荷的变化(如空挡起动开关、空调开关的通断)会引起发动机怠速转速波动或熄火。为了防止这种转速变化，ECU控制怠速空气阀提前开大或关小一定的值。E. 电器负载增大时的怠速控制 由于负荷等引起电源电压降低时，ECU会自动控制提高发动机转速，保证系统正常供电。 由于发动机在使用期间性能会发生变化，ECU原来控

39、制步进电动机的步进数已达不到原来的控制效果，此时,ECU会利用发动机转速的反馈控制，使其达到原来的目标值。 G. 学习控制F.电器负载增大时的怠速控制 在怠速运转时，电器负载增大到一定程度，蓄电池电压下降，为了保证ECU和点火开关正常的供电电压，需要控制步进电动机，增加旁通道空气量，提高发动机怠速转速。2.3.2 排放控制 为了减少汽车排放污染，现代汽车采用了由ECU控制的多种排气净化装置，如三元催化转化器、废气再循环(EGR)控制、活性炭罐蒸发污染控制等。1. 三元催化转化器 三元催化转换器安装在排气管中，功用是通过三元催化剂与HC、CO的NOx发生氧化还原反应，把废气中的有害气体转换成无害

40、气体。 催化剂常用的是铂(或钯)和铑的混合物。 图2.136所示为三元催化转换器转换效率与空燃比的关系曲线。 由图可见，只有发动机在理论空燃比14.7 1附近运行时，三元催化器的转换效率最佳。 为此，必须对发动机的空燃比进行精确地控制，即把空燃比保持在理论空燃比附近很窄的范围内。 发动机在开环控制过程中，ECU根据转速、进气量、冷却水温度和进气温度等确定喷油量，这种控制方式不可能很精确，也就很难将空燃比控制在14.7附近很窄的范围内。 因此，在发动机控制系统中普遍采用由氧传感器组成的空燃比反馈控制方式，即闭环控制。 在三元催化转化器前的排气歧管或排气管内装有氧传感器，其功能是用来检测排气中氧的

41、含量，以确定实际空燃比是比理论空燃比浓还是稀，并向ECU反馈相应的电压信号， ECU有效地利用这一空燃比反馈信号，将其与基准电压比较，判断混合气的浓稀，以便进行控制，控制喷油量的增加或减少。 采用闭环控制的实质是保持空燃比在14.7左右，因而非理论空燃比运行工况只能采用开环控制。 发动机进入开环或闭环控制，均由ECU根据有关输入信号确定。 下列工况应采用开环控制：(1) 怠速运转时；(2) 节气门全开，大负荷高转速时；（3） 减速断油；（4） 发动机起动时；（9） 发动机冷却水温低或氧传感器温度未达到工作温度；（10） 氧传感器失效或其线路出现故障。（5）起动后加浓修正时；（6）暖机加浓修正时

42、；（7）加减速燃油量修正时（8）空燃比过稀（或过浓）信号持续时间大于规定值时2. 废气再循环控制 废气再循环是指发动机工作过程中，将一部分废气引入新鲜空气(或混合气)中重返气缸进行再循环。废气在燃烧过程中吸收热量，降低了最高燃烧温度，减少NOx生成量。v 由于废气再循环过度会影响发动机怠速、低转速小负荷、发动机处于冷态运行工况的性能，因而废气再循环率(参与废气再循环的比例)必须适量控制，一般控制在6%13%。1) 废气再循环阀 废气再循环阀通过特殊通道使排气歧管连通，其真空管上方的真空度由废气再循环装置系统的真空电磁阀控制。 ECU根据转速、空气流量、进气压力以及温度信号，控制真空电磁阀的占空

43、比，从而控制废气再循环的开度来改变废气再循环率。 废气再循环阀结构如图2.137所示。2) 可变废气再循环率控制系统 可变废气再循环控制系统工作时，ECU根据传感器的输入信号确定发动机工况，然后进行查阅和计算修正，发出适当指令，控制电磁阀开度，以调节废气再循环率。 有关数据由发动机台架试验确定废气再循环率与转速、进气量的对应关系，然后存入存储器中。 图2.138所示为可变废气再循环率控制系统。 真空控制电磁阀(VCM)由废气再循环电磁控制阀和怠速调节电磁阀组成。 ECU根据传感器输入信号、点火开关和电源电压等，给废气再循环控制阀提供不同占空比的控制脉冲信号，调节真空调节阀真空管进入的空气量，控

44、制废气再循环阀的真空度，从而改变废气再循环率。 占空比越大，电磁控制阀打开时间越长，进入真空调节阀的空气量越多，真空度越小，废气再循环阀开度越小，废气再循环率越小，直至达到某值时，废气再循环阀关闭停止工作； 反之，占空比越小，废气再循环率越大。 图2.103 点火提前控制系统的组成1转速传感器；2基准位置传感器；3空气流量计；4水温传感器；5节气门位置传感器；6启动信号；7空调开关A/C；8车速传感器；9输入接口回路；10输入接口回路；11A/D转换器；12输出接口回路；13存储器；14恒定电压电源；15点火器；16IG线圈；17分电器 图104 有分电器式电控点火系统1主继电器；2压力传感器

45、；3温度传感器；4基准位置传感器；5转速传感器；6ECU；7EFI 控制；8ESA控制；9点火信号；10通电开始；11点火；12电子点火器；13点火监视回路；14闭合角控制；15点火线圈；16点火开关；17蓄电池；18至分电器；19至发动机转速表 图2.105 二极管分配式同时点火的无分电器点火系工作原理图 1一、四缸触发信号；2电子点火控制器；3控制部分；4稳压器；5一初级绕组A；6高压二极管；7次级绕组； 8初级绕组B；9二、三缸触发信号 (a) DLI系统的框图图2.106 点火线圈分配式同时点火的无分电器点火系统 (b) DLI系统的电路图 图2.106 点火线圈分配式同时点火的无分电

46、器点火系统框图 (b) 日产六缸机点次电路 (c)奥迪五缸机点火电路 图2.107 无分电器单独点火图2.108 DLI闭磁路点火线圈 图2.109 高压二极管的作用 图2.110 日产ECCS系统基本点火提前角表格 图2.111 日产ECCS系统水温修正系数图2.112 日产ECCS系统怠速及减速时的点火提前角控制图2.113 日产ECCS系统启动时点火提前角的控制图2.114 丰田IG-GEL发动机平常行驶的基本点火提前角图2.115 丰田IG-GEL发动机暖机时的点火提前特性图2.116 丰田IG-GEL发动机稳定怠速时的点火提前特性图2.117 喷油量与点火提前角的关系图2.118 点

47、火闭合角控制特性图2.119 爆燃控制的点火提前角图2.120 爆燃反馈控制原理图2.121 点火提前角控制示意图 (a)节气门直动式 (b)旁通空气方式 图2.122 怠速控制执行机构的空气控制方式 1节气门； 2发动机；3节气门操纵臂； 4执行元件；5加速踏板拉索 (a) (b) 图2.123 节气门直动控制装置 1节气门操纵臂；2怠速执行器；3、6节气门；4喷油器；5调压器；7防转孔；8弹簧；9电动机； 10、11、13齿轮；12传动轴；14丝杠 图2.124 步进电机怠速控制阀 1阀座；2阀轴；3定子线圈；4轴承； 5进给丝杠机构；6旁通空气进口；7阀 图2.125 步进电机的内部结构

48、 1线圈A；2线圈B； 3爪极；4定子；5转子；6定子A(a)步进电动机结构(b)爪极布置图2.125 步进电机的内部结构图2.126 步进电机的控制电路 图2.127 步进电机式怠速控制机构1怠速控制阀；2稳压箱；3节气门体；4空气流量计 (a) 结构 (b) 位置图 (c) 工作原理 图2.128 旋转电磁阀怠速控制机构1阀；2双金属带；3冷却水腔；4阀体；5线圈；6永久磁铁；7线圈L2；8轴；9旁通口；10固销；11挡块；12杆图2.129 占空比图 (a) 控制电路 (b) 占空比信号图2.130 旋转电磁阀工作原理 (c) 工作原理 (d) 工作原理 图2.130 旋转电磁阀工作原理

49、 (c) 与ECU连接 图2.131 占空比控制型电磁阀结构 1弹簧；2磁化线圈；3轴；4阀；5壳体；6波纹管； 7传感器；8进气总管；9节气门图2.132 真空电磁阀怠速控制机构 (a) 打开 (b) 关闭 图2.133 动力阀控制系统 1真空室；2真空电磁阀；3ECU(ECCS)； 4单向阀；5动力阀 (a) 工作原理 (b) 控制原理 图2.134 进气惯性增压系统原理1喷油器；2进气道；3空气滤清器；4空气室；5涡流控制气门；6控制阀；7节气门；8进气增压控制阀；9真空马达；10真空电磁阀；11真空罐；12ECU图2.135 废气涡轮增压控制系统工作原理图1切换阀；2动作器；3空气冷却

50、器；4空气滤清器；5ECU；6释压电磁阀图2.136 三元催化转换效率与空燃比的关系曲线 (a) 剖面图 (b) 外形图 (c) 气流走向 图2.137 废气再循环阀结构 图2.138 可变废气再循环率系统1ECU；2节气门开关；3废气再循环管路；4废气再循环阀；5定压阀；6真空控制电磁阀；7电磁阀 图2.139 活性炭罐蒸发污染控制装置1油箱盖及真空泄放阀；2油箱；3单向阀；4蒸汽通气管路；5废气再循环及炭罐控制电磁阀；6节气门；7进气歧管；8真空室；9排放控制阀；10定量排放小孔；11活性炭罐图2.140 故障码13和22(宽窄相同) 图2.141 故障码为13和22(宽窄不同) 1 3