汽车发动机电控原理：电控点火系统控制

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：根据汽油机对点火系统的要求，在电控点火系统中，电控单元对点火的控制包括点火提前角控制、闭合角控制和爆震控制3 个方面。为了维持稳定的怠速转速，电控单元应适当调整点火提前角。图2.28怠速稳定性修正曲线2）最佳点火提前角的控制方式点火提前角的控制方式有开环控制和闭环控制两种。开环控制不能根据上述的变化及时、准确地调整点火提前角，从而影响其控制精度。

根据汽油机对点火系统的要求，在电控点火系统中，电控单元对点火的控制包括点火提前角控制、闭合角控制和爆震控制3 个方面。

（1）点火提前角控制

对现代汽车而言，最佳点火提前角不仅要保证发动机的动力性、经济性达到最佳值，还要使排气中有害物质的排放达到最小。

1）最佳点火提前角的确定

所谓点火提前角是指火花塞电极间开始跳火时距上止点间的曲轴转角。点火提前角对发动机性能的影响：点火过早，导致功率下降，易爆燃；点火过迟，导致功率、热效率降低。因此，计算机需要将点火提前角控制在最佳角度，即发动机发出功率最大和油耗最少的点火提前角。

最佳点火提前角应随发动机转速升高而增大，随负荷增大而减小。同时还受燃料性质、温度、空燃比、大气压力等因素的影响。

计算机控制的电控点火系统所控制的最佳点火提前角通常由初始点火提前角、基本点火提前角和修正点火提前角3 部分组成，如图2.23 所示。

实际点火提前角= 初始点火提前角+ 基本点火提前角+ 修正点火提前角

初始点火提前角由发动机的结构和曲轴位置传感器的安装位置决定，是未经电子控制单元修正的点火提前角，通常为固定值。初始点火提前角的大小随车型或发动机形式而异。

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图2.23　最佳点火提前角示意图

有些发动机的电控单元将G1信号或G2信号出现后的第一个Ne 信号过零点定位在压缩行程上止点前10°，并以这个角度作为点火正时计算的基准点。

基本点火提前角是电控单元根据发动机的转速和负荷所确定的点火提前角，是发动机运转过程中最为主要的点火提前角。

当节气门位置传感器中的怠速触点闭合时，发动机处于怠速运行工况，电控单元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；当节气门位置传感器中的怠速触点开关断开时，发动机处于正常运行工况，电控单元通过发动机转速和负荷传感器获得发动机的工况信息，根据发动机所处的工况，从存储器的数据中得出最佳的基本点火提前角。

发动机在各种工况下的最佳基本点火提前角是通过大量的台架试验得出的，将试验数据优化后作出了如图2.24 所示的点火提前角控制脉谱图，并将其存储在电控单元的存储器中。

除了转速和负荷以外，其他对点火提前角有重要影响的因素均归入修正点火提前角中。电控单元根据有关传感器的信号，分别示出对应的修正值，它们的代数和即为修正点火提前角。修正点火提前角包含的修正值有暖机修正、过热修正、空燃比反馈修正和怠速稳定性修正等。

①暖机修正。为了改善发动机的低温启动性能，在冷却液温度较低时，应适当增大点火提前角。在暖机过程中，随着冷却液温度的升高，点火提前角修正值逐渐减小，如图2.25 所示。

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图2.24　点火提前角控制脉谱图

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图2.25　暖机修正曲线

②过热修正。发动机处于正常运行工况时，若冷却液温度过高，则可能引起爆震。为避免产生爆震，应适当减小点火提前角。发动机处于怠速工况时，若发动机冷却液温度过高，为避免发动机长时间过热，应适当增大点火提前角，过热修正值的变化规律如图2.26 所示。

③空燃比反馈修正。安装有氧传感器的电控发动机，电控单元可根据氧传感器的信号增减喷油量，使空燃比保持在14.7∶1 左右。随着修正喷油量的增加和减少，发动机转速也会发生变化。为了提高发动机转速的稳定性，在减少喷油量的同时，应适当增大点火提前角，如图2.27 所示。

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图2.26　过热修正曲线

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图2.27　空燃比反馈修正曲线

④怠速稳定性修正。发动机在怠速工况下运行时，由于负荷不稳定，可能会造成转速的变化。为了维持稳定的怠速转速，电控单元应适当调整点火提前角。

发动机处于怠速工况时，当发动机的转速低于规定的怠速时，电控单元根据实际转速与目标转速差值的大小相应地增大点火提前角；当发动机的转速高于目标转速时，则相应地减小点火提前角，如图2.28 所示。

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图2.28　怠速稳定性修正曲线

2）最佳点火提前角的控制方式

点火提前角的控制方式有开环控制和闭环控制两种。

①开环控制方式。开环控制是电控单元根据有关传感器提供的发动机工况信息，从内部存储器内提取相应的基本点火提前角，再对发动机的非正常工况进行修正而得出最佳点火提前角，以控制点火系统的工作，对控制结果的好坏不予考虑。点火提前角的开环控制方式，控制系统简单、速度快，但其控制精度取决于各传感器的精度，传感器所产生的任何偏差都可能使发动机偏离最佳点火时刻。此外，一些使用因素也会对发动机造成一定的影响，如积炭增多、燃油的辛烷值低造成的爆燃；怠速时由于负荷不稳定造成的发动机转速波动；发动机使用过程中的磨损、调整不当对点火提前角的影响等。开环控制不能根据上述的变化及时、准确地调整点火提前角，从而影响其控制精度。

②闭环控制方式。闭环控制可以在控制点火提前角的同时，检测发动机的有关工作情况，如发动机是否爆震、怠速是否稳定等，然后根据检测结果，及时对点火提前角作进一步的修正，使发动机始终处于最佳点火工作状态，基本不受使用因素的影响，控制精度高。目前实行的闭环控制主要有爆震控制和怠速稳定控制。

（2）闭合角控制

闭合角控制也称为通电时间控制。电感储能式点火系统，当点火线圈的初级线圈被接通后，通过线圈的电流是按指数规律增大的。初级线圈被断开的瞬间，所能达到的电流值与初级线圈通电时间的长短有关。只有通电时间达到一定值时，初级线圈的电流才能达到饱和，而次级线圈所能产生的电压最大值与初级线圈断开时的电流大小成正比，为了获得足够高的次级电压，必须使初级线圈的电流达到饱和。

影响初级线圈通过电流大小的主要因素有发动机转速和蓄电池电压。为了保证在不同的蓄电池电压和不同的转速下，初级线圈均具有相同的初级断开电流，电控单元根据蓄电池电压和发动机的转速信号，从预置的闭合角数据库中查出相应的数值，对闭合角进行控制，如图2.29所示。

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图2.29　闭合角三维脉谱图

当发动机转速高时，适当地增大闭合角，以防止初级线圈中通过的电流下降，造成次级电压下降，点火困难；当蓄电池电压下降时，也适当地增大闭合角；反之，则适当地减小闭合角，以防止初级线圈发热和电能的无效消耗。

（3）爆震控制

为了最大限度地发挥汽油机的潜能，应将点火提前角控制在接近临界爆震点，同时又不能使发动机发生爆震的状态。若让发动机的点火系统达到这样的性能要求，对发动机的点火提前角必须采用爆震反馈控制。

爆震反馈控制即对发动机的汽缸压力或其他能对发动机爆震作出判断的相关参数进行检测，电控单元根据检测传感器的输入信号，对发动机是否发生爆震作出判断，然后发出相应的执行指令，对点火提前角进行必要的修正。爆震控制系统的组成如图2.30 所示。

1）爆震的检测方法

对发动机爆震的检测方法有汽缸压力检测、燃烧噪声检测和发动机机体震动检测等。燃烧噪声检测是一种非接触式检测方法，其耐久性好，但精度和灵敏度偏低。汽缸压力检测方法精度较高，但传感器的耐久性较差，安装困难。发动机机体震动检测具有较高的检测精度，传感器安装灵活，耐久性也较好，是目前最常用的爆震检测方法。

2）爆震的控制方法

爆震与点火时刻有密切的关系。一般而言，点火提前角越大，就越易产生爆震，推迟点火时刻对消除爆震有明显的作用。

电控单元对爆震进行反馈控制时，首先将来自爆震传感器的输入信号进行滤波处理，滤波电路只允许特定范围频率的爆震信号通过，由此达到将爆震信号与其他震动信号分离的作用。此后，电控单元将此信号的最大值与爆震强度基准值进行比较，对是否发生爆震和爆震强弱程度作出判断，如信号最大值大于基准值，则表示发生爆震，电控单元推迟点火时刻。由于发动机工作时震动比较剧烈，为了防止产生错误的爆震判别，电控单元对爆震信号的判断不是连续的，只限于发动机点火后可能发生爆震时段的震动信号，如图2.31 所示。

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图2.30　爆震控制系统的组成

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图2.31　爆震的判断范围

电控单元通过对反映发动机负荷状况传感器的输入信号的分析，判断是否对点火提前角进行开、闭环控制。当发动机的负荷低于一定值时，一般不会发生爆震，此时电控单元对点火提前角实行开环控制，电控单元只按预置数据及相关传感器的输入信号控制点火提前角的大小。当发动机的负荷达到一定程度时，电控单元对点火提前角进行闭环控制。若发动机产生爆震，电控单元根据爆震信号的强弱控制推迟角度的大小。爆震程度强，推迟的角度大；爆震程度弱，推迟的角度小。每一次的反馈控制调整都以固定的角度递减，直到爆震消失为止。当爆震消失后，电控单元又以固定的提前角度逐渐增大点火提前角；当再次出现爆震时，电控单元再次逐渐减小点火提前角。在闭环控制点火提前角的过程中，此过程是反复进行的。

汽车发动机电控原理：电控点火系统控制

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