【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的可靠性、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，現(xiàn)代的發(fā)動(dòng)機(jī)尤其是天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 電噴發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)越來(lái)越多地采用無(wú)分電器電子點(diǎn)火。無(wú)分電器點(diǎn)火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與以往的點(diǎn)火系統(tǒng)不同，它取消了分電器，消除了因分電器產(chǎn)生的機(jī)械磨損而引起的點(diǎn)火時(shí)間不準(zhǔn)，以及點(diǎn)火能量損失等不利因素，因而它是新型發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的主流。無(wú)分電器點(diǎn)火系統(tǒng)根據(jù)使用點(diǎn)火線圈的數(shù)量以及其火花塞的跳火方式，又可分為同時(shí)點(diǎn)火和單獨(dú)順序點(diǎn)火兩種方式。 無(wú)分電器同時(shí)點(diǎn)火方式 四缸電噴發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)分電器同時(shí)點(diǎn)火的基本電路 （見 圖 31）。 該電路的特點(diǎn)是每?jī)蓚€(gè)缸的火花塞共用一只點(diǎn)火線圈，點(diǎn)火線圈的次級(jí)繞組的兩端采用開放式分別接兩個(gè)缸上的火花塞。點(diǎn)火時(shí)兩個(gè)缸的火花塞形成串聯(lián)電路同時(shí)跳火。其中一個(gè)缸的火花塞在常規(guī)方向跳火，即從正中央電極到負(fù)旁電極；而另一個(gè)缸的火花塞跳火則從負(fù)旁電極到正中央電極。在兩個(gè)缸的火花塞同時(shí)跳火時(shí)，只有處于壓縮行程氣缸的火花塞的跳火才是有效的，而處于排氣行程的另一個(gè)氣缸的火花塞的跳火是無(wú)效的多余的，所以也有稱這種點(diǎn)火為 “ 浪費(fèi) ” 火花型點(diǎn)火。 在兩個(gè)缸的火花塞同時(shí)跳火時(shí)，一個(gè)缸的活塞處于排氣行程的上止點(diǎn)；另一個(gè)缸的活塞處于壓縮行程的上止點(diǎn)。即點(diǎn)火應(yīng)在處于壓縮行程氣缸活塞的上止點(diǎn)位置的 1缸進(jìn)行。因此發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器（ ECU）根據(jù)曲軸位置 傳感器 送來(lái)的活塞上止點(diǎn)信號(hào)和同步信號(hào)傳感器送來(lái)的判缸信號(hào)，經(jīng)計(jì)算處理后輸出正確的點(diǎn)火指令， 使 1 缸點(diǎn)火。點(diǎn)火線圈的次級(jí)繞組電路中增加的一只高壓 二極管 ，是為了防止三極管 T1 和 T2 在導(dǎo)通的瞬間，次級(jí)繞組產(chǎn)生的感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì) 使火花塞跳火 。 在無(wú)分電器同時(shí)點(diǎn)火方式中，為了降低成本和節(jié)省發(fā)動(dòng)機(jī)周圍的空間，還采用一種初級(jí)繞組帶中間抽頭的點(diǎn)火線圈，獨(dú)立完成對(duì)各缸的點(diǎn)火 ]9[ 。 該同時(shí)點(diǎn)火電路的基本原理是： ECU 根據(jù)曲軸位置 傳感器 和同步信號(hào)傳感器送來(lái)的信號(hào)，經(jīng)計(jì)算處理后向電子點(diǎn)火組件中的驅(qū)動(dòng)三極管 T1 發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)（ 1 缸和 4缸的同時(shí)點(diǎn)火信號(hào)），這時(shí)三極管 T1 導(dǎo)通 T2 截止。點(diǎn)火 電流 從 蓄電池 的 +12V→ 三極管 T1 的集電極和發(fā)射極 → 初級(jí)繞組的 L2→ 蓄電池負(fù)極。這時(shí)初級(jí)繞組的 L1 中的電流中斷，次級(jí)繞組中感應(yīng)產(chǎn)生高壓電，其極性為上負(fù)下正。其電流流向?yàn)椋捍渭?jí)繞組的ｂ端 → 二極管 D4→ 4 缸火 花塞的中央電極和旁電極 → 蓄電池負(fù)極（車身） → 1 缸火花塞的旁電極和中央電極 → 二極管 D1→ 次級(jí)繞組的ａ端。這時(shí) 1 和 4 兩個(gè)缸的火花塞同時(shí)跳火。由于點(diǎn)火工作順序?yàn)?1342， 4 缸的活塞處于排氣行程， 1 缸的活塞處于壓縮行程的上止點(diǎn)位置，因而 1 缸的火花塞跳火是有效的，而 4 缸的火花塞跳是無(wú)效的。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸旋轉(zhuǎn) 180176。 后，發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 根據(jù)曲軸的位置 傳感器 和同步信號(hào) 傳感器送來(lái)的信號(hào)，向三極管 T2 發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)（ 2 缸和 3 缸的同時(shí)點(diǎn)火信號(hào)），這時(shí)三極管 T2 導(dǎo)通 T1 截止。點(diǎn)火 電流 從 蓄電池 的 +12V→ 初級(jí)繞組中的 L1→ 三極管 T2 的集天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 電極和發(fā)射極 → 蓄電池的負(fù)極。這時(shí)初級(jí)繞組 L2 中的電流中斷， 次級(jí)繞組中感應(yīng)產(chǎn)生高壓電，其極性為上正下負(fù)。其電流流向?yàn)椋捍渭?jí)繞組的ａ端 → 二極管 D2→ 2 缸火花塞的中央電極和旁電極 → 蓄電池負(fù)極（車身） → 3 缸火花塞的旁電極和中央電極 →二極管 D3→ 次級(jí)繞組的ｂ端。這時(shí) 2 和 3 兩個(gè)缸的火花塞同時(shí)跳火， 3 缸的活塞處于壓縮行程的上止點(diǎn)位置，火花塞的跳火是有效的，而 2 缸的活塞是處于排氣行程，因而其火花塞的跳火是無(wú)效的。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)兩圈（ 720176。 ）在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，各缸的火花塞有效跳火一次 。 無(wú)分電器單獨(dú)順序點(diǎn)火方式 （見 圖 32） 是一個(gè)四缸電噴發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)分電器單獨(dú)順序點(diǎn)火的基本電路。 圖 32 無(wú)分電器單獨(dú)順序點(diǎn)火的基本電路 該無(wú)分電器點(diǎn)火系統(tǒng)中的工作點(diǎn)火順序與常規(guī)的發(fā)動(dòng)機(jī)按工作順序點(diǎn)火的原理相同。不同的是因無(wú)分電器單獨(dú)點(diǎn)火，每個(gè)缸的火花塞均需一個(gè)點(diǎn)火線圈，并且工作時(shí)還需要判缸信號(hào)。 ECU 根據(jù)曲軸位置 傳感器 和同步信號(hào)傳感器送來(lái)的信號(hào)，經(jīng)處理后向電子點(diǎn)火組件中的驅(qū)動(dòng)三極管 T1 發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)。這時(shí)三極管 T1 截止，使點(diǎn)火線圈的初級(jí)繞組中的 電流 中斷，次級(jí)繞組便感應(yīng)產(chǎn)生高壓電，使１缸的火花塞跳火。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)， ECU 將按照該發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)火順序（如 1342）依次向 1 缸、 3 缸、 4 缸、 2 缸發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)，使相應(yīng)氣缸的火 花塞跳火。 點(diǎn)火正時(shí)的控制 點(diǎn)火正時(shí)是指活塞處于壓縮行程的上止點(diǎn)時(shí)刻點(diǎn)火，它由安裝在飛輪邊緣的曲軸位置 傳感器 給 ECU 提供信息， ECU 經(jīng)判斷處理后輸出指令使電子點(diǎn)火器工作。曲 軸位置傳感器是點(diǎn)火系統(tǒng)的重要器件。對(duì)于四缸發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，在其飛輪的 相對(duì)方向上天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 各有均等的 4 個(gè)槽。 4 個(gè)槽為一組，兩組槽相隔 180176。 ，每組槽齒間隔 20176。 （見圖 33）點(diǎn)火正時(shí)信號(hào) 產(chǎn)生的原理 ]10[ 。 圖 33 點(diǎn)火正時(shí)信號(hào)產(chǎn)生原理 曲軸位置 傳感器 多由霍爾傳感器擔(dān)任，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上的槽齒經(jīng)過(guò)霍爾傳感器時(shí)產(chǎn)生霍爾效應(yīng)輸出 5V 的高 電平 信號(hào)。當(dāng)飛輪上的槽齒不經(jīng)過(guò)霍爾傳感器的期間，無(wú)霍爾 電壓 產(chǎn)生，輸出 的低電平信號(hào)。飛輪旋轉(zhuǎn)一圈（ 360176。 ），每組槽齒共產(chǎn)生 4 個(gè)霍爾電壓脈沖信號(hào)（見圖 34） 。 圖 34 脈沖信號(hào) 圖 35 曲軸 位置與 ECU 工作關(guān)系 四缸發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)有兩個(gè)氣缸的活塞同時(shí)到達(dá)上止點(diǎn)：一是排氣行程的上止點(diǎn)；另一個(gè)是壓縮行程的上止點(diǎn)。點(diǎn)火只應(yīng)在活塞處于壓縮行程的氣缸發(fā)生。 ECU 根據(jù)曲軸位置 傳感器 送來(lái)的信號(hào)，就可知道有兩個(gè)氣缸的活塞已到達(dá)上止點(diǎn)，但它不知道是哪個(gè)氣缸的活塞處于壓縮行程，因此它還不能發(fā)出點(diǎn)火指令，還需要一個(gè)點(diǎn)火時(shí) 刻 的重要信號(hào) —— 氣缸差別（判缸）信號(hào)。曲軸位置 傳感器與 ECU 的工作關(guān)系 （ 見圖 35）點(diǎn)火正時(shí)信號(hào) 產(chǎn)生的原理。 點(diǎn)火時(shí)序（判缸）的控制 點(diǎn)火時(shí)序也就是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)每個(gè)氣缸的先后點(diǎn)火順序。氣缸判別是由安裝在分電器內(nèi)的同步信號(hào) 傳感器 來(lái)完成的，它也多是霍爾傳感器（見圖 36） 點(diǎn)火時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生的原理。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 36 霍爾傳感器 同步信號(hào) 傳感器 由脈沖轉(zhuǎn)子和霍爾傳感器組成。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)脈沖轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)脈沖轉(zhuǎn)子的 D 點(diǎn)進(jìn)入霍爾傳感器時(shí)，產(chǎn)生 5V 的霍爾 電壓 脈沖信號(hào)；當(dāng)脈沖轉(zhuǎn)子的Ｃ點(diǎn)離開霍爾傳感器時(shí)，不產(chǎn)生霍爾電壓脈沖信號(hào)（ 0V）。發(fā)動(dòng)機(jī) 曲 軸轉(zhuǎn)兩圈（ 720176。），經(jīng) 2： 1 傳動(dòng)脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈（ 360176。）， 霍爾器件 產(chǎn)生脈沖 高低電平各一 次（見圖 37）點(diǎn)火時(shí)序信號(hào) 產(chǎn)生的原理 ]11[ 。 圖 37 同步信號(hào) 圖 38 同步信號(hào)傳感器與 ECU 工作關(guān)系 當(dāng) ECU 接收到同步信號(hào) 傳感器 送來(lái)的高 電平 脈沖信號(hào)后，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理后就可判定活塞同時(shí)到達(dá)上止點(diǎn)的 1 缸和 4 缸中， 1 缸的活塞處于壓縮行程的上止點(diǎn)，4 缸的活塞處于排氣行程的上止點(diǎn)。這時(shí) ECU 再結(jié)合曲軸位置傳感器送來(lái)的曲軸位置信號(hào)， 對(duì) 1 缸發(fā) 出正確的點(diǎn)火指令。同步信號(hào)傳感器也是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火的重要傳感器，一旦其發(fā)生故障，發(fā)動(dòng)機(jī)將不可啟動(dòng) 。 其與 ECU 的工作關(guān)系 （ 見圖 38）點(diǎn)火時(shí)序信號(hào) 產(chǎn)生的原理。 點(diǎn) 火提前角與爆震的控制 點(diǎn)火提前角的控制 點(diǎn)火提前角是指從火花 塞 開始 跳火 到活塞到達(dá)上止點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)曲軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度。天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性影響很大。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)因使用的燃料品質(zhì)不同、轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的不同以及進(jìn)氣量和水溫的不同等諸多因素，會(huì)引起最佳點(diǎn)火時(shí)刻的偏移，甚至還會(huì)產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)爆震。因此必須不斷地及時(shí)修正點(diǎn)火提前角，使發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗、排污最小，功率最大和避免產(chǎn)生爆震。點(diǎn)火提前角主要與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷有關(guān)。不同發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳點(diǎn)火提前角 不盡 相同，且同一發(fā)動(dòng)機(jī)在不 同的 工況下最 佳點(diǎn)火提前角也不相同。 實(shí)際工作時(shí)它由初始點(diǎn)火提前角、基本點(diǎn)火提前角和修正點(diǎn)火提前角三者組成 。 （ 1） 初始點(diǎn)火提前角 初始點(diǎn)火提前角也稱為固定點(diǎn)火提前角。在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，節(jié)氣門（油門）位置 傳感器 的 怠速觸點(diǎn)接近閉合 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速低，缸內(nèi)的混合氣燃燒速度慢，因此 ECU 不控制其點(diǎn)火提前。點(diǎn)火提前角是廠家設(shè)定的固定模式，一般為 10176。 左右或不提前點(diǎn) 火。 （ 2） 基本點(diǎn)火提前角 在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，節(jié)氣門位置 傳感器 的怠速觸點(diǎn)處于打開的位置，這時(shí) ECU 開始起控。 ECU 根據(jù)送來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、進(jìn)氣量信號(hào)以及空調(diào)請(qǐng)求信號(hào)等，與其內(nèi)部的存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)比較處理后，送出最佳的點(diǎn)火提前角指令。 （ 3） 修正點(diǎn)火提前角 發(fā)動(dòng)機(jī)工作暖機(jī)后，由于各項(xiàng)外界參數(shù)變化較大，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷以及水溫（發(fā)動(dòng)機(jī)溫度）變化最大。因 此 ECU 根據(jù)各種 傳感器 送來(lái)的信號(hào)，要不斷地修正點(diǎn)火提前角。如發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷大時(shí)，缸內(nèi)吸入的混合氣多，燃燒速度快，容易造成爆燃，這時(shí)應(yīng)減小點(diǎn)火提前角，反之亦反。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度高時(shí)，也會(huì)引起缸內(nèi)燃燒加快易爆燃，同時(shí)也使發(fā)動(dòng)機(jī)的排污增加。這時(shí)也應(yīng)稍減小點(diǎn)火提前角，降低缸內(nèi)燃燒溫度。 ECU 時(shí)刻監(jiān)視著各種傳感器送來(lái)的信號(hào)，不斷地修正發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的點(diǎn)火提前角。 2 爆震的控制 燃油的品質(zhì)越低，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷越大，溫度越高，點(diǎn)火提前角也越大，越容易產(chǎn)生爆震。爆震是一種熾熱點(diǎn)火現(xiàn)象，當(dāng)活塞未到上止點(diǎn)時(shí)，即發(fā)生點(diǎn)火，使缸內(nèi)產(chǎn)生阻止活塞運(yùn)動(dòng)的力，并使缸內(nèi)溫度上升至約 1000℃。 發(fā)生爆震時(shí)不僅會(huì)產(chǎn)生 噪聲 ，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞缸內(nèi)的部件。因此必須加以控制。 引起爆震的原因主要有以下幾個(gè) ]12[ ： （ 1） 燃 油的品質(zhì)越低（如汽油的辛烷值低），其抗爆性就越差。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，在缸內(nèi)的高溫高壓下會(huì)自燃進(jìn)而形成爆燃即產(chǎn)生爆震。這時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小點(diǎn)火提前角 。 天津工程師范學(xué)院 20xx 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 39 爆震控制 的原理分析 （ 2） 點(diǎn)火提前角過(guò)大容 易 產(chǎn)生爆震。尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷（進(jìn)氣量大）時(shí)，吸 入 缸內(nèi)的混合氣多，壓縮終了的壓力和溫度高，使燃燒速度加快，如不減小點(diǎn)火提前角，極易發(fā)生爆震。 （ 3） 發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷越大，溫度越高，缸內(nèi)的燃燒速度及壓力越高，尤其是在使用低品質(zhì)的燃油時(shí)容易發(fā)生爆震。爆震的檢測(cè)一般采用壓電 傳感器 ，分為共振式和非共振式兩種。它安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上，直接檢測(cè)機(jī)體的振動(dòng)。根據(jù) ECU 對(duì)其控制與否又分為開環(huán)和閉環(huán)控制。 在發(fā)動(dòng)機(jī)小負(fù)荷工作的情況下，由于進(jìn)氣量少，缸內(nèi)燃燒速度也慢，缸內(nèi)的溫度和壓力不是很高，這時(shí)不會(huì)發(fā)生爆震。 ECU 實(shí)行開環(huán)控制，不處理爆震 傳感器 的信號(hào)，只按正常時(shí)其存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)控制點(diǎn)火提前角的大小。 在發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷工作時(shí)由于進(jìn)氣量大，缸內(nèi)燃燒速度快，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高，這時(shí)極易發(fā)生爆震（爆震的 頻率 為 6kHz 左右）， ECU 開始實(shí)行閉環(huán)控制（見圖 39） 爆震控制的原理分析。 ECU 根據(jù)爆震 傳感器 送來(lái)的爆震信號(hào)，經(jīng)計(jì)算處理后輸出指令逐步調(diào)整點(diǎn)火提前角。調(diào)整的過(guò)程是：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制器（ ECU）中的 CPU 接收到爆震信號(hào)后，經(jīng)過(guò)與存儲(chǔ)器里的數(shù)據(jù)比較處理后輸出指令使點(diǎn)火提前角減小。為了不降低發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出功率，減小點(diǎn)火提前角是一點(diǎn)點(diǎn)地調(diào)整的。當(dāng) ECU 每使 點(diǎn)火提前角減小一點(diǎn)時(shí)，就 “ 查看 ” 一下是否還存在爆震。若還存在爆震， ECU 就再使點(diǎn)火提前角減小一點(diǎn)，直 到完全消除爆震。如果爆震消失了， ECU 再令點(diǎn)火提前角一點(diǎn)點(diǎn)地增大（以增大發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率）。 ECU 根據(jù)爆震傳感器送來(lái)的信號(hào)反復(fù)地調(diào)整點(diǎn)火提前角，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在爆震的邊緣，保證發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率最大，而又不產(chǎn)生爆震。這一系列調(diào)整是利用電子技術(shù)在瞬間完成的 ]13[ 。 發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況對(duì)點(diǎn)火的影響 火花塞電極間隙越大，在同樣電壓下間隙越大電場(chǎng)越弱，電場(chǎng)力越小，較難產(chǎn)生足夠的離子，故需較高的電壓才能跳火。影響擊穿電壓的因素還包括火花塞電極的形狀、電壓的極性。 氣 缸 內(nèi)的 氣體密度大（混合氣濃），單位體積中氣體的中性分子數(shù)量越多，分子間距離越小 ， 正離子或負(fù)離越容易與分子相撞，加速的距離短，速度不高動(dòng)能小，難以擊破中性分子產(chǎn)生新的離子 。 故需較高的電壓才能跳火。同理，火花塞電極的溫度越高，電極間近旁的氣體密度越小，故需較低的電壓就能跳火 。 混合氣溫