电子点火系

8．3　电子点火系

8．3．1　无触点点火系

发动机工作时，点火信号发生器产生脉冲信号输送给电子点火器，脉冲信号控制点火器内晶体管的导通与截止。当输入点火器的脉冲信号使晶体管导通时，点火线圈一次绕组回路接通，贮存点火所需的能量；当输入点火器的脉冲信号使晶体管截止时，点火线圈一次绕组回路断开，二次绕组便产生高压，此高压经配电器和高压线送至火花塞，以便完成点火。

1．磁感应式无触点点火装置

磁式感应无触点点火装置（又称磁脉中式无触点点火装置）电路如图8－9所示。电路由磁感应式点火信号发生器1、点火控制器2、专用点火线圈3、火花塞等部件组成。

图8－9　磁感应式无触点点火系电路图

1—点火信号发生器　2—点火控制器　3—点火线圈　4—点火开关　5—蓄电池

点火信号发生器装在分电器内，它由分电器轴带动的信号转子、永久磁铁、铁芯和绕在铁芯上的传感线圈组成。其功用是产生信号电压，控制点火。

信号转子的凸齿数与发动机气缸数相同。永久磁铁的磁通由N极经信号转子的凸齿、铁芯、S极构成回路。点火开关闭合后，发动机尚未转动时，信号转子不动，无信号输出。但当发动机在起动机驱动下转动时，信号转子便由分电器轴驱动旋转，这时信号转子的凸齿与铁芯间的间隙将发生变化，使得通过传感线圈的磁通量发生变化，因而在传感线圈内产生交变电动势，其大小与磁通的变化速率成正比，方向是阻碍磁通的变化。

图8－10　点火信号发生器工作原理

图8－11　传感线圈中磁通和感应电动势的变化规律

当信号转子顺时针转动，信号转子的凸齿逐渐接近铁心，凸齿与铁心间的空气隙越来越小，通过传感线圈的磁通逐渐增大，当信号转子凸齿的齿角与铁心边缘相对时，磁通急剧增加，磁通变化率最大，当信号转子转过图8－10（b）后，虽然磁通仍然增加，但磁通变化率减低，当信号转子凸齿的中心正对铁心的中心线时，如图8－10（c），空气隙最小，磁通最大，但磁通变化率最小。转子继续转动时，空气隙又逐渐增大，磁通逐渐减小，当信号转子凸齿的齿角正对铁心的边缘时，如图8－10（d），磁通急剧减小，磁通变化率负向最大。

传感线圈中磁通和感应电动势的变化规律见图8－11。

2．霍尔效应式无触点点火装置

该装置是应用霍尔效应原理，利用霍尔传感器产生点火信号，控制点火系的工作。

霍尔效应是当电流通过放在磁场中的半导体基片，且电流方向和磁场方向垂直时，在垂直于电流和磁场的半导体基片的横向侧面上产生一个与电流和磁场强度成正比的电压，这个电压称为霍尔电压。霍尔信号发生器位于分电器内，其结构见图8－12。主要由分电器轴带动的触发叶轮、永久磁铁、霍尔元件等组成。霍尔元件实际上是一个霍尔集成块电路，内部原理图见8－13所示。因为在霍尔元件上得到的霍尔电压一般为20mV，因此必须将其放大整形后再输出给点火控制器。

图8－12　霍尔信号发生器

1—触发叶轮　2—霍尔集成块　3—带导板的永久磁铁　4—霍尔传感器

5—分火头　6—触发开关托盘　7—分电器壳体

霍尔信号发生器工作原理图见8－14。分电器轴带动触发叶轮转动，当叶片进入磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，磁场被旁路，霍尔元件不产生霍尔电压，霍尔集成电路末级三极管截止，信号发生器输出高电位；当触发叶轮离开空气隙，永久磁铁的磁力线通过霍尔元件而产生霍尔电压，集成电路末级三极管导通，信号发生器输出低电位。叶片不停的转动，信号发生器输出一个矩形波信号，作为控制信号给点火器由点火器控制初级电路的通断。

图8－13　霍尔集成块电路框图

图8－14　霍尔发生器的工作原理

1—触发叶轮的叶片　2—霍尔集成块　3—永久磁铁　4—霍尔传感器　5—导板

8．3．2　微机控制的电子点火系

1．微机控制的电子点火系组成

该系统的基本结构主要由传感器1、电控单元（ECU）2、点火模块3和点火线圈4等组成（图8－15）。

（1）传感器。传感器是检测发动机或汽车各种运行工况信息的装置。并将检测结果传输到电子控制单元（ECU），作为运算和控制点火时刻的依据。传感器的型式、数量、结构及安装位置因车而异。主要传感器有：

①曲轴转角与转速传感器。可将发动机曲轴转过的角度转变为电信号输入电控单元（ECU），即曲轴每转过一定角度发出一个脉冲信号。电控单元（ECU）不断地检测脉冲个数，判断出曲轴转过的角度、信号计算出发动机的转速。在微机控制的半导体点火系中，发动机转速信号是微机用来读取或计算基本点火提前角的主要依据之一，而曲轴信号则用来计算具体的点火时刻。

图8－15　微机控制的电子点火系示意图

1—传感器　2—电控单元（ECU）　3—点火模块　4—点火线圈　5—点火开关

②曲轴基准位置传感器（点火基准传感器）。该传感器可在曲轴转至某一特殊的位置，如1缸活塞处在上止点或上止点前某一确定的角度时，输出一个脉冲信号，电控单元（ECU）将这一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意时刻所处的具体位置。

③进气管负压传感器。该传感器可以将节气门后进气管的负压（真空度）转变为电信号输入电控单元（ECU），电控单元则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。

④空气流量传感器。在L型（质量流量型）电控燃油喷射系统的发动机中，该传感器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。

⑤节气门位置传感器。该传感器可以把节气门开启的角度信号转变为电信号，电控单元以此信号来判断发动机所处的工况（怠速、中等负荷或大负荷），然后对点火提前角进行修正。

⑥进气温度传感器。该传感器信号可反映发动机吸入空气的温度，电控单元以此信号对基本点火提前角进行修正，或计算吸入空气的质量以确定喷油量。

⑦冷却水温传感器。该传感器信号可反映发动机工作温度的高低。电控单元以此信号对基本点火提前角进行修正，并控制起动及暖机期间的点火提前角，同时修正喷油量。

⑧爆震传感器。电控单元以爆震传感器的输出信号来判断发动机是否发生爆震，从而对点火提前角进行修正。

（2）电控单元。其主要部件是微机，是发动机综合控制装置，同时可以存储各传感器的故障代码供修理时调用，电控单元的基本组成包括输入、输出回路、A／D转换器、微机以及电源电路和备用电路等。

（3）点火模块。点火模块是综合控制中的执行器之一，其作用是根据电控单元输出的信号，通过内部大功率三极管电路的接通和截止，控制初级电路的通断，完成点火工作。

微机工作速度非常快，与发动机燃烧速度相比，完成上述复杂的控制过程所花费的时间几乎可以忽略，因此不存在滞后效应，在发动机每一工作循环都能以最佳时刻点火。这对提高发动机的动力性、经济性和排放性都是十分有利的。

2．无分电器式点火系

无分电器式点火系是采用微机技术，根据发动机转速和负荷传感器的信号控制点火提前角，精确地控制发动机在各种工况下的最佳点火时刻。

无分电器式点火系分为二极管分配式和点火线圈分配式两大类。

点火线圈分配式无分电器式点火系，由微机系统直接将点火线圈产生的高压电送往各缸的火花塞，它有同时点火和单独点火两种型式。

图8－16为同时点火线圈分配式无分电器点火系的组成示意图，主要由电控单元1、双点火线圈3、及火花塞2等组成。它采用两个气缸共用一个点火线圈的布置型式，发动机转速和活塞处于上止点位置的信号取自曲轴。

发动机工作时，若第一缸（六缸发动机）活塞处于压缩行程上止点时，则第六缸活塞处于排气行程上止点。所以，第一缸火花塞跳火瞬间，第六缸火花塞也跳火，即两缸同时跳火。但第六缸活塞处于排气行程．气缸内的压力接近大气压力，火花塞虽然跳火但不起点火作用，即废火。此时绝大部分高压电的点火能量消耗在第一缸火花塞上，废火对发动机的工作并无影响。

装有无分电器式点火系的发动机工作时，各点火线圈的工作状况受电控单元通过终端能量输出极的控制。

图8－16　无分电器式点火系的组成

1—电控单元　2—火花塞　3—双点火线圈　4—终端能量输出极

【实践教学】