武汉科技大学毕业论文1 汽油机点火技术的发展概况1.1 汽油机点火系统概述1.1.1 点火系的发展状况一百多年来伴随着汽车的发展，汽油发动机的点火技术也逐渐提高1886年，第一辆以四循环内燃机为动力的汽车使用的是磁电机点火系统1907年，美国人首先在汽车上用蓄电池点火装置，这种用蓄电池和发电机来提供电能的点火系统采用了点火线圈，通过断电器触点来控制点火线圈初级电流的通断，使次级产生高压最初的蓄电池点火系统无点火提前角自动调节装置，一直到了1931年，美国人才首先使用了能根据发动机负荷和转速的变化自动调节点火提前角的真空、离心点火提前调节装置此后，这种触点式点火装置逐步得到完善，在汽车上得到了广泛的应用，并被称之为“传统点火系统”随着人们对汽车发动机动力性、经济性及排放控制要求的日益提高，传统点火系统因其触点本身所固有的缺陷也越来越显现出来20世纪60年代初期，出现了一种称之为晶体管辅助点火系统，这种点火系统增加了一个电子放大器，使得点火性能得到了较大的提高晶体管辅助点火系统还保留了触点，不能完全消除由触点本身所造成的一些缺点，因此，很快就被无触点的电子点火系统所取代无触点电子点火系统在60年代末期开始推广应用至今，在汽车上已基本普及，传统点火系统已逐渐被淘汰。
1976年，美国通用公司首次将微处理器应用于点火时刻控制，此后，微机控制的电子点火系统的应用日渐增多，并与汽油喷射、怠速等发动机其它电子控制系统一起，实现了发动机的几种电子控制随着汽油发动机汽油喷射系统全面取代化油器的到来，电子点火控制系统在汽车上的使用也必将普及1.1.2 点火系统的基本功能汽车点火系统是点燃式发动机为了正常工作，按照各缸点火次序，定时地供给火花塞以足够高能量的高压电(大约15000～30000V)，使火花塞产生足够强的火花，点燃可燃混合气能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备，称为发动机点火系为了适应发动机的工作，要求点火系能按照发动机的点火次序，在一定的时刻，供给火花塞以足够能量的高压电，使其两极间产生电火花，点燃混合气，使发动机做功在汽车的电气设备中，点火系的干扰最为严重发动机不能起动时应诊断点火系统，首先判断故障是在高压电路还是在低压电路可用起动机带动发动机运转，做高压总线跳火试验若火花正常，为高压电路故障；若火花弱或者无火花，则为低压电路故障或点火线圈、点火电子组件损坏判明故障部位后，按需要对有关部件进行检测、调整与维修1.2 汽油机点火系的作用及要求点火系的作用是将蓄电池或发电机输出的低压电流（一般为12—14V），经点火线圈变为高压电流（20—30kV），通过分电器按照发动机各缸的点火顺序，在一定时间内轮流配送给各火花塞，产生电火花，点燃气缸内的混合气,使发动机运转。
为确保发动机稳定可靠地工作，对点火系统有如下三个基本要求1.2.1 能产生足够高的次级电压点火系统用于点燃混合气的火花塞电极伸入发动机气缸燃烧室内，通过电极之间气体的电离作用产生电弧放电（跳火）要使电极之间具有很高压力的气体电离而产生电火花，就必须有足够高的电压使火花塞电极跳火所需的电压称之为击穿电压Uj（或称点火电压），而Uj的高低与发动机工况及火花塞的状况有关1）发动机工况气缸内的混合气压力高、温度低时，气体的密度相对较大，气体电离所需的电场力就大，所需的击穿电压也就高发动机在不同工况下其压缩终了的混合气压力和温度是不同的，因此，当发动机的转速和负荷改变时，火花塞的击穿电压也随之而变2）火花塞电极的温度和极性当火花塞电极的温度超过混合气温度时，击穿电压可降低30%-50%这是因为在电极温度高时，包围在电极周围的气体密度相对较小的缘故由于火花塞中心电极的温度相对较高，因此，火花塞的中心电极为负时，火花塞电极的击穿电压可降低20%左右3）火花塞的间隙和形状火花塞电极的间隙增大，在同样的电压下电极之间的电场就减弱，要使电极间隙间的气体电离所需的电压就得增大火花塞电极较细或电极表面有沟棱时，在同样的电压下其电场的最强处要大于较粗、表面平的电极，因此，所需的击穿电压可降低。
此外，火花塞电极上积油、积炭时，其击穿电压也会相应升高点火系统所能产生的电压称为最高次级电压（Um2）要使发动机在任何工况、状态下火花塞都恩呢该可靠跳火，就必须满足Um2>Uj为此通常要求点火系统所能产生的最高次级电压Um2在20kv以上1.2.2 要有足够的点火能量火花塞跳火后能确保可燃混合气能迅速燃烧，还必须要有足够的点火能量发动机正常工作时，由于混合气压缩终了的温度已接近自燃温度，因此所需的火花能量很小，但是发动机在起动、怠速及急加速工况时，由于混合气的温度较低或混合气过浓、过稀等原因，需要有较高的点火能量才能保证混合气可靠燃烧点火能量不足时，会使发动机起动困难、点燃率下降，发动机的动力性下降、油耗和排污增加，并可能导致发动机不工作1.2.3 点火时间要适当为使发动机气缸内的燃烧最高压力出现在压缩终了上止点后10°-15°，使混合气的燃烧功率达到最大，就必须在压缩终了前的某个适当时刻点火某缸火花塞开始跳火到活塞运行至压缩终了上止点的曲轴转角称之为点火提前角点火提前角过大，压缩行程活塞上行的阻力增大，导致发动机功率下降、油耗增加，且发动机容易产生爆燃；点火提前角过小，混合气燃烧产生的最高压力和温度下降，也会导致发动机功率下降、油耗增加，且容易引起发动机过热、排气管放炮等故障。
发动机在不同的转速和负荷下，其点火提前角度应是不同的点火系统应能根据发动机的转速和负荷变化情况，及时调整点火时间，以确保混合气的燃烧及时、完全1.3 计算机控制电子点火系的优点无触点式点火系是在传统点火系的基础上省去触点、采用点火信号发生器及点火控制器，对提高次级电压和点火能量，使用寿命及工作可靠性均有较大的提高但对点火时间的调节，与传统点火系一样，仍靠离心式和真空式两套机械点火事前装置来完成由于机械滞后、磨损及装置本身的局限性等许多因素的影响，机械式点火提前调节机构还不能保证使发动机的点火时刻总是等于最佳值采用计算机点火控制点火提前角和闭合角，能使发动机在任何工况下均可保证最佳的点火时刻 2 电子点火系的组成及工作原理2.1 电子点火系的组成计算机电子点火系统主要由与点火有关的各种传感器、电子控制单元（电子控制器）ECU、点火器、点火线圈、配电器、火花塞等组成，如图2.1所示21354+B图2.1 计算机控制点火系统的组成1-各种传感器 2-ECU 3-点火器 4-点火线圈 5-火花塞2.1.1 传感器传感器用来不断地检测与点火有关的发动机工况信息，并将检测结果输入电子控制器，作为运算和控制点火时刻的依据。
计算机控制的电子点火系统中所用的传感器主要有以下几种：(1)曲轴位置传感器该传感器包括曲轴转角和曲轴位置信号两部分，它可将发动机曲轴转过的角度变换为电信号输入ECU，即曲轴每转过一定角度发出一个脉冲信号计算机不断地检测脉冲个数，即可判断曲轴转过的角度，同时也可以此信号计算出发动机的转速，还可在曲轴转至某一特殊的位置，如1缸上止点或上止点前某一确定的角度时，输出一个脉冲信号，计算机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一时刻所处的具体位置2）进气管负压传感器该传感器可以讲节气门后进气管的负压（真空度）变换为电信号输入计算机，计算机则以此信号作为发动机的负荷信号，读取或者计算基本点火提前角3）空气流量计在L型（质量流量型）电控燃油喷射系统的发动机中，空气流量传感器信号除用于计算基本喷射油持续时间外，也作为负荷信号计算基本点火提前角4）进气温度传感器该传感器信号可反应发动机吸入空气的温度，在计算机控制的电子点火系统中，计算机以此信号对基本点火提前角进行修正5）冷却液温度传感器该传感器信号可反映发动机工作温度的高低在计算机控制的电子点火系统中，计算机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。
6）节气门位置传感器该传感器可以把节气门打开的角度信号转化为电信号，计算机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），然后对点火提起角进行修正7）燃爆传感器在发动机集中电子控制系统中已广泛应用了点火时刻闭环控制的方法，有效地抑制了发动机燃爆现象的发生燃爆传感器的作用是检测发动机有无燃爆现象，并将信号送入发动机电控单元，从而对点火提前角进行修正，实现对点火提前角的闭环控制发动机燃爆的检测方法有如下三种：① 气缸压力；② 发动机机体振动：③ 燃烧噪声等目前，最常用的检测法是根据发动机机体振动的方法振动检出型燃爆传感器安装在发动机上，旨在将发动机振动频率转换成电压信号，以检测燃爆强度采用发动机振动检测法的燃爆传感器，有磁致伸缩式和压电式两种类型在上述传感器中，燃爆传感器是电控点火系统专用，其它所有的传感器与电控汽油喷射系统共享8）开关信号输入①起动开关信号，用于起动时对点火提前角的修正；②空调开关信号，在怠速工况下使用空调时，计算机以此开关信号对点火提前角进行修正；③空挡开关信号，在使用自动变速器的汽车中，计算机以此开关信号判断发动机处于空挡停车状态还是行驶状态，然后对点火提前角进行必要的修正。
2.1.2 电子控制单元（1）电子控制单元的组成电子控制单元又称电子控制器，它主要由微处理器（ECU）、储存器(ROM)、输入/输出（I/O）接口、模数（A/D）转换器以及整形、驱动等大规模集成电路组成目前，国内外已将具有上述各种功能的部分，制作在同一个芯片上，形成汽车专用的大规模集成电路——车用单片机①微处理器（ECU）在计算机控制的电子点火系统中，微处理器（ECU）是电控单元的核心，它采集各传感器输入的信号进行运算，并发出控制信号控制被控制对象（如点火线圈）的工作，同时还实现对储存器（ROM）、I/O接口和其它外围电路以及自身的控制②储存器(ROM)用以存放实现过程控制的全部程序，同时，储存器（ROM）中还预先储存有通过大量试验获得的数据（如发动机在各种工况下的最佳点火提前角及其它有关参数），作为计算依据③输入/输出（I/O）接口用以协调微处理器（ECU）和外部电路间的工作；④A/D转换器将传感器输入的模拟信号转变为计算机能接受的数字信号；⑤整形电路将传感器输入的信号转换成理想波形；⑥驱动电路将计算机发出的控制信号加以放大，以驱动点火控制器等的执行机构的工作2）电子控制单元的工作过程发动机工作时，ECU根据各种与点火有关的传感器及开关信号输入的发动机信息，时刻检测曲轴（或活塞）位置及发动机负荷（真空度）和转速；然后根据此时的发动机负荷和转速，在ROM中查出此时此刻的基本点火提前角，并根据此时的工况进行修正，计算出最佳点火提前角。
此后，计算机一直在判断点火时刻是否到来，当计算机检测出曲轴转角等于此时的最佳点火提前角时，立即向输出回路发出指令，控制点火器切断点火线圈一次电流，产生高压电，并按发动机的点火顺序分配到各缸火花塞进行点火2.1.3 点火器点火器有称点火电子组件，是发动机集中电子控制中的执行器之一点火器的作用是根据电子控制器输出的指令（信号），通过内部大功率晶体管的导通和截止，控制一次电流的通断，完成点火工作各种发动机的点火器内部结构也不一样，有的基本上只有大功率晶体管，单纯起开关作用；有的除开关作用外，还有恒流控制、闭合角控制、气缸判别、点火监视等功能；还有的发动机不另设点火器，大功率晶体管设在ECU内部，由ECU直接控制点火线圈中一次电流的通断2.2 电子。