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汽車電子點火系統(tǒng)原理及分類詳解

2017-06-17

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,、執(zhí)行機構等部分組成。作用:根據(jù)傳感器送來的發(fā)動機各種參數(shù)進行運算,、判斷,,然后進行點火時刻的可以節(jié)約燃料,減少調整,,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)作為開關來接通或斷開點火系統(tǒng)的初級電路,,通過點火線圈來產生高壓電,。
  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、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,,控制三極管的導通與截止,。
  接通點火開關 SW,當斷電器觸點閉合時,,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 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 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,。
  當斷電器觸點分開時,三極管的基極電路被切斷,,三極管由導通變?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生高壓電,,擊穿火花塞間隙,點燃混合氣,。
  發(fā)動機工作時,,斷電器觸點不斷地閉合、分開,,控制三極管的導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的一切缺點,,在國內外汽車上應用十分廣泛。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,、結構和工作原理與傳統(tǒng)點火系統(tǒng)對應部分完全相同。
  例如,,一汽大眾捷達轎車的無觸點點火系統(tǒng)原理圖,,接通點火開關,當點火信號發(fā)生器(霍爾效應傳感器)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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?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)動機工作狀況,,發(fā)出點火信號的傳感器,。它的類型很多,目前應用較多的主要有磁脈沖式,、霍爾效應式和光電效應式,。
  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原理制成的。它一般安裝在分電器的內部,,由信號轉子和感應器兩部分組成,。信號轉子由分電器軸驅動,其轉速與分電器軸相同,;感應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,。信號轉子的外緣有凸齒,,凸齒數(shù)與發(fā)動機的氣缸數(shù)相等。永久磁鐵的磁力線從永久磁鐵的N極出發(fā),,經空氣隙穿過轉子的凸齒,,再經空氣隙、傳感線圈的鐵心回到永久磁鐵的S極,,形成閉合磁路,。當發(fā)動機不工作時,信號轉子不動,,通過傳感線圈的磁通量不變,,不會產生感應電動勢,傳感線圈兩引線輸出的電壓信號為零,。
  轉子旋轉,,穿過鐵心中的磁通逐漸變化。轉子的凸齒每在鐵心旁邊轉過一次,,線圈中就產生一個一正一負的脈沖信號,。如此,發(fā)動機工作時轉子不斷地旋轉,轉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出大小和方向不斷變化的感應電動勢。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)動機工作時的點火信號,。轉速升高時,傳感線圈中磁通量的變化速率增大,,因而感應電動勢成正比例增加,。可見,,磁脈沖式點火信號發(fā)生器輸出的交變信號受發(fā)動機轉速的影響很大,。轉速越高,信號越強,,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元件的損壞。為此,,電路中需增設穩(wěn)壓管等元件來限壓,。但是,轉速過低時,,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)動機起動困難,、怠速轉速不能調低等問題,。所以設計上應保證發(fā)動機依最低轉速運轉時,點火信號發(fā)生器輸出的信號足夠強,。一般情況下,,轉速變化時,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0.5~100V,。這一信號除用于點火控制外,,還可用作轉速等其他傳感信號。磁脈沖式點火信號發(fā)生器結構簡單,,成本較低,,因而應用最為廣泛。
  霍爾效應式點火信號發(fā)生器(霍爾傳感器)
  霍爾效應式點火信號發(fā)生器安裝在分電器內,。 由霍爾觸發(fā)器,、永久磁鐵和由分電器軸驅動的帶缺口的轉子組成。 霍爾觸發(fā)器(也稱霍爾元件)是一個帶集成電路的半導體基片,。當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生電壓UH,,該電壓稱為霍爾電壓,,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。
  霍爾效應式點火信號發(fā)生器是利用霍爾元件的霍爾效應工作的,,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)器中產生電壓信號的現(xiàn)象制成傳感器,,在發(fā)動機工作時產生點火信號,。霍爾發(fā)生器的工作原理,,當轉子葉片進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強度近似為零,,霍爾元件不產生電壓;隨著信號轉子的轉動,,當轉子的缺口部分進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強度增高,,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)動機工作時,,轉子不斷旋轉,,轉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)器中產生變化的電壓信號,,并經內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)動機轉速的影響,使發(fā)動機低速點火性能良好,,容易起動,,因而其應用日益廣泛,。
  光電效應式點火信號發(fā)生器
  光電效應式點火信號發(fā)生器是利用光電效應原理,以紅外線或可見光光束進行觸發(fā)的,,主要由遮光盤(信號轉子),、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。當遮光盤隨分電器軸轉動時,,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。遮光盤每轉一圈,,光接收器輸出的電信號的個數(shù)等于發(fā)動機氣缸數(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(信號轉子和傳感部分),。有些點火控制器能夠隨著發(fā)動機轉速變化自動調節(jié)點火提前角,所以這些分電器去掉了離心提前調節(jié)機構,,只保留真空提前調節(jié)機構,,配電器的結構則無變化。電子點火系統(tǒng)中所用的霍爾分電器的結構,。
  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,;為了適應稀薄混合氣燃燒,有的甚至達到1.0~1.2mm,,并且各種車型差異也較大,,在檢查、調整,、維修時,,應嚴格根據(jù)原車說明書進行。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)動機的動力性,、經濟性和排氣凈化性能。
  4)大大減輕了對無線電的干擾,。
  5)結構簡單,,質量輕,體積小,,使用和維修方便,。

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