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汽車發(fā)動機的點火系統(tǒng)?
問
提問者:網(wǎng)友
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2017-01-01
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電子點火系統(tǒng)工作原理 一、 電火花的產(chǎn)生 二、發(fā)動機的工作狀況對點火的影響 三、發(fā)動機對點火系統(tǒng)的要求 四、數(shù)字式電子點火系統(tǒng)組成 數(shù)字式電子點火系統(tǒng)是在使用無觸點電子點火裝置之后的汽油機點火系統(tǒng)的又一大進展,稱為微型電子計算機控制半導(dǎo)體點火系統(tǒng)。 點火系統(tǒng)的分類: A.。電感蓄能式點火系統(tǒng)(實際電路參見圖3、4、5) 點火系統(tǒng)產(chǎn)生高壓前以點火線圈建立磁場能量的方式儲存點火能量。目前汽車使用的絕大部分點火系統(tǒng)為電感儲能式。(重點分析介紹) B.電容儲能式點火系(圖6) 點火系統(tǒng)產(chǎn)生高壓前,先從電源獲取能量以蓄能電容建立電場能量的方式儲存點火能量。多應(yīng)用于高轉(zhuǎn)速發(fā)動機上,如賽車。 工作原理是把較低電源電壓變換成較高直流電壓(500V-1000V)對電容充電蓄能,點火時刻通過電 容放電使變壓器產(chǎn)生高壓。特點是電容充放電周期快,高壓跳火火花持續(xù)期短(約1微秒)且電流大, 不存左火花尾。ECU根據(jù)發(fā)動機工況在一個點火周期內(nèi)進行1-3次點火。 電感蓄能式點火系統(tǒng)主要有微型電子計算機(ECU)、各種傳感器、高壓輸出部分(功率管、變壓器、高壓線、火花塞)三大部分組成。(參見圖1) 1.ECU ECU就是整部汽車的智能控制中心,指揮協(xié)調(diào)汽車的各部工作,同時ECU還有自動診斷功能。 其中處理控制點火系統(tǒng)工作是ECU眾多工作重要的一項。ECU只讀存儲器ROM中存有500多萬組 數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)大多數(shù)是發(fā)動機通過各種實際工作情況測量優(yōu)選得出的,包括了整個汽油機工作范圍 內(nèi)各種轉(zhuǎn)速和負荷下的最佳點火提前角及噴油脈寬等有關(guān)全部數(shù)據(jù)。不同型號整車的ECU的存儲數(shù) 據(jù)是不同的,各廠家對數(shù)據(jù)都是保密不公開的;這些數(shù)據(jù)保證了汽油機在功率性、加速性、經(jīng)濟性和 排放控制方面達到最優(yōu)組合。 ECU控制點火原理 發(fā)動機啟動后,ECU每10ms采集一次發(fā)動機的各傳感器動態(tài)參數(shù),按預(yù)先編好的程序處理這 些數(shù)據(jù),并存入隨機存儲器RAM中;同時ECU還要根據(jù)電源電壓大小、從其只讀存儲器ROM中選 取出適應(yīng)當(dāng)前工況的高壓變壓器初級線圈電流導(dǎo)通時間,(即ECU輸出寬度不同的方波電壓控制高壓 輸出糸統(tǒng)變壓器初級線圈電流大小,實現(xiàn)對高壓輸電壓大小的控制)ECU綜合這些數(shù)據(jù),從其只讀 存儲器ROM中查找出(計算出)適應(yīng)當(dāng)前發(fā)動機工況的最佳點火提前角存入隨機存儲器RAM中, 然后利用發(fā)動機轉(zhuǎn)速(或轉(zhuǎn)角)信號和曲軸位置信號,將最佳點火提前角轉(zhuǎn)換成點火時刻,即切斷高 壓變壓器初級電流的時刻。 在下列情況下ECU點火實行開環(huán)控制,點火按預(yù)設(shè)程序工作。 A..發(fā)動機啟動時。B.重負荷時。C.
節(jié)氣門
全開時。 2.傳感器 傳感器就是各種不同類型及功用的測量元件,安裝在發(fā)動機不同的有關(guān)部位,把發(fā)動機工況各種參數(shù)變化反饋給ECU作計算數(shù)據(jù)。 在點火系統(tǒng)中應(yīng)用的傳感器主要有:空氣流量計及進氣溫度傳感器、發(fā)動機轉(zhuǎn)速及曲軸位置傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、冷卻液溫度傳感器及爆震傳感器、氧傳感等等。 3. 高壓輸出 A.高壓輸出功率三極管:在電路中起開關(guān)作用。 B.高壓輸出變壓器:在電路中把低電壓轉(zhuǎn)換成高電壓供火花塞點火。 C.高壓線:在電路中把高壓電傳輸?shù)交鸹ㄈ?D.火花塞:在電路中把高壓電引進汽缸并把電能量轉(zhuǎn)換成熱能。 點火的電原理 變壓器次級線圈分布電容及火花塞、高壓線的分布電容組成回路電容C,電路無屏蔽時C約50PF,有屏蔽約150PF,火花塞間隙等同可變電阻R。 高壓能量分三個階段變化消耗 第一階段 電容C放電期(誘燃期):變壓器次級線圈產(chǎn)生的點火高壓對電容C充電,當(dāng)電容C電壓上升達到火花塞擊穿電壓時,火花塞跳火電容C快速放電, 火花塞間隙電壓迅速下降到幾百到幾千伏,電容C放電瞬間電流達10-50安培以上,放電時間約1微秒。點火電壓越高(即點火能量越大),C放電電流越大。 正常狀況下
氣缸
的混合氣就是這一時刻的火花點燃。如果跳火電離線被發(fā)動機氣缸內(nèi)高速擾流吹息,変壓器高壓再次對C進行充電,則C第二次放電產(chǎn)生電離通道。 注:電壓從10000V-20000V左右在1微秒內(nèi)突降至幾百到幾千伏,由此產(chǎn)生了一個很強的方波 電壓,并通過高壓線幅射電磁波,對外界電器產(chǎn)生干擾波。方波由N個正弦波組成,所以形成了一 個1微秒時基為中心的干擾電磁頻帶。 第二階段 電感放電期(燃燒期):電感放電是靠電容C放電產(chǎn)生的電離通道形成的低阻產(chǎn)生的。由于電容C放電產(chǎn)生的電離通導(dǎo)(電阻)不能立刻消失,同時變壓器次級電感中還存有充足的高壓能量,所以電感繼續(xù)對電離通導(dǎo)放電使火花持續(xù)。 由于次級線圈放電電流的變化引起磁通量的變化,次級電感線圈產(chǎn)生了一個感抗電動勢,即產(chǎn)生一個與電感放電電流方向相反的電動勢阻礙了電流的変化,使放電電流較小,電流在幾到幾十毫安,所以,高壓能量需要較長時間放電才能消耗掉,這一電感放電火花持續(xù)期俗稱火花尾。 由第一階段電容C放電誘燃后產(chǎn)生一個“火焰中心”,這個“火焰中心”跟隨氣缸內(nèi)高速擾流移動離開了火花塞電極,這時電感電能放電火花又會點燃混合氣另一個“火焰中心”,作為點燃混合氣的補充,“火焰中心”使混合氣在整個氣缸內(nèi)很快形成燃燒的“明亮火焰期”,即氣缸內(nèi)混合氣燃燒溫度達最高,氣體壓強達最高值。這個過程稱為混合汽燃燒期, 燃燒時間在750μS-2500μS之間。 電感放電火花在發(fā)動機啟動及低速時非常重要,發(fā)動機在啟動或非正常工況下,電容C放電期極有可能未點燃混合氣,此時,只有靠電感放電火花來點燃燃混合氣。 冷車啟動時氣缸內(nèi)的混合氣溫度低,霧化效果差,點然混合氣需要較長火花期;在低轉(zhuǎn)速時,由于氣缸內(nèi)混合氣擾流速度低,第一個“火焰中心”移動慢,有必要點燃第二個“火焰中心”加快混合氣的燃燒,所以點火火花期也較長。但當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時, 氣缸內(nèi)混合氣擾流速度変快,“火焰中心”高速移動,快速傳播引燃了缸內(nèi)混合氣,因此,并不需要第二個“火焰中心”。 根據(jù)混合汽燃燒時間在750μS-2500μS之間,所以,火花持續(xù)期最長在700μS左右就可保證混合氣的完全燃燒。實驗證明火花持續(xù)期過長對燃燒效果并沒有提高,相反,電離通道生產(chǎn)的高熱加上火花塞自身溫度反而加速了火花塞電極的燒蝕,這就是為什么要控制點火能量的主因。 另外,從這一原理可以正明,點火能量的大小與高壓線無關(guān)(當(dāng)然,不包括損壞高壓線)。第三階段 振蕩衰減期:隨放電時間的增加電感線圈儲存能量(電壓)消耗下降,使氣體中分離的電離子越來越少,電感放電電流也就越來越少,電離通道溫度下降,根著通道電離子數(shù)量急劇下降,即相當(dāng)于通道電阻值R逐步上升変為無限大,火花塞停止跳火。這時電感剩余能量對電容C充電,電容C對電感放電,如此反復(fù)直至下一個點火周期的到來。
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