《電子技術(shù)應(yīng)用》
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汽車電子點火系統(tǒng)原理及分類詳解

2017-06-17
關(guān)鍵詞: 汽車電子 點火系統(tǒng)

一、汽車電子點火系統(tǒng)分類介紹
  汽車電子點火系統(tǒng)組成:傳感器及其接口、微機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。作用:根據(jù)傳感器送來的發(fā)動機(jī)各種參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算、判斷,然后進(jìn)行點火時刻的可以節(jié)約燃料,減少調(diào)整,這樣空氣污染。確定最佳點火提前角和通電時間。零件有:ECU、電源、點火線圈、火花塞。
  目前國內(nèi)外汽車上使用的電子點火系統(tǒng)主要分為有觸點的電子點火系統(tǒng)和無觸點的電子點火系統(tǒng)兩大類。無論是哪一類電子點火系統(tǒng),都是利用電子元件(晶體三極管)作為開關(guān)來接通或斷開點火系統(tǒng)的初級電路,通過點火線圈來產(chǎn)生高壓電。
  1、有觸點電子點火系統(tǒng)
  有觸點電子點火裝置用減小觸點電流的方法,減小觸點火花,改善點火性能,它是一種半導(dǎo)體輔助點火裝置。除了與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)一樣具有電源、點火開關(guān)、分電器、點火線圈、火花塞之外,還在點火線圈初級繞組的電路中,增加了由三極管VT和電阻、電容等組成的點火控制電路,斷電器的觸點串聯(lián)在三極管的基極電路中,控制三極管的導(dǎo)通與截止。
  接通點火開關(guān) SW,當(dāng)斷電器觸點閉合時,三極管的基極電路被接通,使三極管飽和導(dǎo)通,接通了點火線圈的初級電路。其路徑是:三極管的基極電流從蓄電池“+”→ 點火開關(guān) SW → 點火線圈初級繞組 N1 →附加電阻 Rf → 三極管的發(fā)射極 e、基極 b → 電阻 R2 → 斷電器觸點 K → 搭鐵 → 蓄電池“-”。點火線圈初級繞組的電流從蓄電池“+” →點火開關(guān) SW → 點火線圈初級繞組 N1 →附加電阻 Rf →三極管的發(fā)射極 e、集電極 c→搭鐵 → 蓄電池“-”。使點火線圈的鐵心中積蓄了磁場能。
  當(dāng)斷電器觸點分開時,三極管的基極電路被切斷,三極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?,切斷了點火線圈初級繞組的電路,初級電流迅速下降到零,在點火線圈次級繞組中產(chǎn)生高壓電,擊穿火花塞間隙,點燃混合氣。
  發(fā)動機(jī)工作時,斷電器觸點不斷地閉合、分開,控制三極管的導(dǎo)通與截止和初級電路的通斷,控制點火系統(tǒng)的工作。
  2、無觸點電子點火系統(tǒng)
  無觸點電子點火系統(tǒng)利用傳感器代替斷電器觸點,產(chǎn)生點火信號,控制點火線圈的通斷和點火系統(tǒng)的工作,可以克服與觸點相關(guān)的一切缺點,在國內(nèi)外汽車上應(yīng)用十分廣泛。無觸點電子點火系統(tǒng)主要由點火信號發(fā)生器(傳感器)、點火控制器、點火線圈、分電器、火花塞等組成。其中分電器主要包括配電器和離心提前裝置、真空提前裝置,它們的作用、結(jié)構(gòu)和工作原理與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)對應(yīng)部分完全相同。
  例如,一汽大眾捷達(dá)轎車的無觸點點火系統(tǒng)原理圖,接通點火開關(guān),當(dāng)點火信號發(fā)生器(霍爾效應(yīng)傳感器)發(fā)出點火信號,輸出具有一定幅值的正脈沖時,就會觸發(fā)點火控制器,使其中的功率三極管導(dǎo)通,于是點火線圈的初級電路接通。初級電流由電源的“+”極點火開關(guān)點火線圈的“+”接線柱點火線圈的初級繞組L1點火線圈的“-”接線柱、點火控制器、搭鐵、電源的“-”極。由于點火線圈初級繞組中有電流通過,于是點火線圈中便形成磁場,將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌瞿軆Υ嫫饋怼?br/>  點火信號發(fā)生器:點火信號發(fā)生器取代了傳統(tǒng)點火系統(tǒng)斷電器中的凸輪,用來判定活塞在氣缸中所處的位置,并將非電量的活塞位置信號轉(zhuǎn)變成為脈沖電信號輸送到點火控制器,從而保證火花塞在恰當(dāng)?shù)臅r刻點火。所以點火信號發(fā)生器實際就是一種感知發(fā)動機(jī)工作狀況,發(fā)出點火信號的傳感器。它的類型很多,目前應(yīng)用較多的主要有磁脈沖式、霍爾效應(yīng)式和光電效應(yīng)式。
  磁脈沖式點火信號發(fā)生器
  磁脈沖式點火信號發(fā)生器是依靠電磁感應(yīng)原理制成的。它一般安裝在分電器的內(nèi)部,由信號轉(zhuǎn)子和感應(yīng)器兩部分組成。信號轉(zhuǎn)子由分電器軸驅(qū)動,其轉(zhuǎn)速與分電器軸相同;感應(yīng)器固定在分電器底板上,由永久磁鐵、鐵心和繞在鐵心上的傳感線圈組成。信號轉(zhuǎn)子的外緣有凸齒,凸齒數(shù)與發(fā)動機(jī)的氣缸數(shù)相等。永久磁鐵的磁力線從永久磁鐵的N極出發(fā),經(jīng)空氣隙穿過轉(zhuǎn)子的凸齒,再經(jīng)空氣隙、傳感線圈的鐵心回到永久磁鐵的S極,形成閉合磁路。當(dāng)發(fā)動機(jī)不工作時,信號轉(zhuǎn)子不動,通過傳感線圈的磁通量不變,不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,傳感線圈兩引線輸出的電壓信號為零。
  轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),穿過鐵心中的磁通逐漸變化。轉(zhuǎn)子的凸齒每在鐵心旁邊轉(zhuǎn)過一次,線圈中就產(chǎn)生一個一正一負(fù)的脈沖信號。如此,發(fā)動機(jī)工作時轉(zhuǎn)子不斷地旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子的凸齒交替地在線圈鐵心的旁邊掃過,使線圈鐵心中的磁通不斷地發(fā)生變化,在傳感器的線圈中感應(yīng)出大小和方向不斷變化的感應(yīng)電動勢。傳感器則不斷地將這種脈沖型電壓信號輸入點火控制器,作為發(fā)動機(jī)工作時的點火信號。轉(zhuǎn)速升高時,傳感線圈中磁通量的變化速率增大,因而感應(yīng)電動勢成正比例增加??梢姡琶}沖式點火信號發(fā)生器輸出的交變信號受發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的影響很大。轉(zhuǎn)速越高,信號越強(qiáng),對點火控制器電路的觸發(fā)越可靠,但可能造成電路中有關(guān)元件的損壞。為此,電路中需增設(shè)穩(wěn)壓管等元件來限壓。但是,轉(zhuǎn)速過低時,磁脈沖式點火信號發(fā)生器輸出的交變信號過弱,造成對點火控制器電路的觸發(fā)不可靠,容易引起發(fā)動機(jī)起動困難、怠速轉(zhuǎn)速不能調(diào)低等問題。所以設(shè)計上應(yīng)保證發(fā)動機(jī)依最低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時,點火信號發(fā)生器輸出的信號足夠強(qiáng)。一般情況下,轉(zhuǎn)速變化時,磁脈沖式點火信號發(fā)生器輸出的信號電壓的變化范圍可達(dá)0.5~100V。這一信號除用于點火控制外,還可用作轉(zhuǎn)速等其他傳感信號。磁脈沖式點火信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單,成本較低,因而應(yīng)用最為廣泛。
  霍爾效應(yīng)式點火信號發(fā)生器(霍爾傳感器)
  霍爾效應(yīng)式點火信號發(fā)生器安裝在分電器內(nèi)。 由霍爾觸發(fā)器、永久磁鐵和由分電器軸驅(qū)動的帶缺口的轉(zhuǎn)子組成。 霍爾觸發(fā)器(也稱霍爾元件)是一個帶集成電路的半導(dǎo)體基片。當(dāng)直流電壓作用于觸發(fā)器的兩端時,便有電流I在其中通過,如果在垂直于電流的方向還有外加磁場的作用,則在垂直于電流和磁場的方向上產(chǎn)生電壓UH,該電壓稱為霍爾電壓,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。
  霍爾效應(yīng)式點火信號發(fā)生器是利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)工作的,即利用只有在直流電壓和磁場同時作用于霍爾觸發(fā)器時,才能在觸發(fā)器中產(chǎn)生電壓信號的現(xiàn)象制成傳感器,在發(fā)動機(jī)工作時產(chǎn)生點火信號?;魻柊l(fā)生器的工作原理,當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)入永久磁鐵與霍爾觸發(fā)器之間時,永久磁鐵的磁力線被轉(zhuǎn)子葉片旁路,不能作用到霍爾觸發(fā)器上,通過霍爾元件的磁感應(yīng)強(qiáng)度近似為零,霍爾元件不產(chǎn)生電壓;隨著信號轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動,當(dāng)轉(zhuǎn)子的缺口部分進(jìn)入永久磁鐵與霍爾觸發(fā)器之間時,磁力線穿過缺口作用于霍爾觸發(fā)器上,通過霍爾元件的磁感應(yīng)強(qiáng)度增高,在外加電壓和磁場的共同作用下,霍爾元件的輸出端便有霍爾電壓輸出。發(fā)動機(jī)工作時,轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子的缺口交替地在永久磁鐵與霍爾觸發(fā)器之間穿過,使霍爾觸發(fā)器中產(chǎn)生變化的電壓信號,并經(jīng)內(nèi)部的集成電路整形為規(guī)則的方波信號,輸入點火控制電路,控制點火系統(tǒng)工作。
  霍爾效應(yīng)式點火信號發(fā)生器比磁脈沖式點火信號發(fā)生器的性能穩(wěn)定,耐久性好、壽命長,點火精度高,且不受溫度、灰塵、油污等影響,特別是輸出的電壓信號不受發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的影響,使發(fā)動機(jī)低速點火性能良好,容易起動,因而其應(yīng)用日益廣泛。
  光電效應(yīng)式點火信號發(fā)生器
  光電效應(yīng)式點火信號發(fā)生器是利用光電效應(yīng)原理,以紅外線或可見光光束進(jìn)行觸發(fā)的,主要由遮光盤(信號轉(zhuǎn)子)、遮光盤軸、光源、光接收器(光敏元件)等組成。光源可用白熾燈,也可用發(fā)光二極管。由于發(fā)光二極管比白熾燈耐振動、耐高溫,能在150℃的環(huán)境溫度下持續(xù)工作,而且工作壽命很長,所以現(xiàn)在絕大多數(shù)采用發(fā)光二極管作光源。發(fā)光二極管發(fā)出的紅外線光束一般還要用一只近似半球形的透鏡聚焦,以便縮小光束寬度,增大光束強(qiáng)度,有利于光接收器接收、提高點火信號發(fā)生器的工作可靠性。光接收器可以是光敏二極管,也可以是光敏三極管。光接收器與光源相對,并相隔一定的距離,以便使光源發(fā)出的紅外線光束聚焦后照射到光接收器上。
  遮光盤一般用金屬或塑料制成,安裝在分電器軸上,位于分火頭下面。遮光盤的外緣介于光源與光接收器之間,遮光盤的外緣上開有缺口,缺口數(shù)等于發(fā)動機(jī)氣缸數(shù)。缺口處允許紅外線光束通過,其余實體部分則能擋住光束。當(dāng)遮光盤隨分電器軸轉(zhuǎn)動時,光源發(fā)出的射向光接收器的光束被遮光盤交替擋住,因而光接收器(光敏二極管或光敏三極管)交替導(dǎo)通與截止,形成電脈沖信號。該電信號引入點火控制器即可控制初級電流的通斷,從而控制點火系統(tǒng)的工作。遮光盤每轉(zhuǎn)一圈,光接收器輸出的電信號的個數(shù)等于發(fā)動機(jī)氣缸數(shù),正好供每缸各點火一次。
  點火控制器:點火控制器取代了傳統(tǒng)點火系統(tǒng)中斷電器的觸點,將點火信號發(fā)生器輸出的點火信號整形、放大,轉(zhuǎn)變?yōu)辄c火控制信號,控制點火線圈初級繞組中電流的通、斷,以便在次級線圈的繞組中產(chǎn)生高壓電,供火花塞點火。點火控制器的基本電路包括整形電路、開關(guān)信號放大電路、功率輸出電路等。
  分電器:電子點火系統(tǒng)的分電器與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的分電器不同,主要區(qū)別在于電子點火系統(tǒng)取消了斷電器(觸點和凸輪)和電容器,增加了點火信號發(fā)生器(信號轉(zhuǎn)子和傳感部分)。有些點火控制器能夠隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化自動調(diào)節(jié)點火提前角,所以這些分電器去掉了離心提前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),只保留真空提前調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),配電器的結(jié)構(gòu)則無變化。電子點火系統(tǒng)中所用的霍爾分電器的結(jié)構(gòu)。
  點火線圈:電子點火系統(tǒng)所采用的點火線圈是用點火控制器控制其初級電路通斷的,所以其初級電流可以增大,點火線圈的電感和電阻一般較小。因此,一般情況下,不能和傳統(tǒng)點火系統(tǒng)點火線圈互換。電子點火系統(tǒng)多采用閉磁路點火線圈。
  火花塞:由于普通電子點火系統(tǒng)的點火能量提高,火花塞電極間隙比傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的火花塞電極間隙增大,一般為0.8~1.0mm;為了適應(yīng)稀薄混合氣燃燒,有的甚至達(dá)到1.0~1.2mm,并且各種車型差異也較大,在檢查、調(diào)整、維修時,應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)原車說明書進(jìn)行。高壓線:為了減輕無線電干擾,電子點火系統(tǒng)采用的高壓線為有一定電阻的高壓阻尼線,阻值一般在幾千歐至幾十千歐不等;火花塞插頭和分火頭也都有一定的電阻,一般為幾千歐。
  二、電子點火系統(tǒng)的優(yōu)點:
  1)可以減少觸點火花,避免觸點燒蝕,延長觸點的使用壽命;有的還可以取消觸點,因而克服了與觸點相關(guān)的一切缺點,改善了點火性能。
  2)可以不受觸點的限制,增大初級電流,提高次級電壓,改善發(fā)動機(jī)高速時的點火性能。一般傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的低壓電流不超過5A,而電子點火系統(tǒng)可提高到7~8A,次級電壓可達(dá)30kV。
  3)由于次級電壓和點火能量的提高,使其對火花塞積炭不敏感,且可以加大火花塞電極間隙,點燃較稀的混合氣,從而有利于改善發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排氣凈化性能。
  4)大大減輕了對無線電的干擾。
  5)結(jié)構(gòu)簡單,質(zhì)量輕,體積小,使用和維修方便。

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