现代汽车电子控制技术第3-4章课件.ppt
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1、第3章微机控制电子点火系统第4章辅助控制系统第3章微机控制电子点火系统3.1对点火系统的基本要求3.2微机控制电子点火系统的组成及工作原理3.3点火提前角与闭合角控制3.4爆燃传感器与爆燃控制3.1对点火系统的基本要求3.2微机控制电子点火系统的组成及工作原理3.2.1微机控制电子点火系统的组成3.2.2曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器3.2.3微机控制电子点火系统的点火电路3.2.1微机控制电子点火系统的组成1.传感器2.电子控制单元3.执行器3.2.1微机控制电子点火系统的组成图3-1微机控制有分电器电子点火系统1ECU2蓄电池3火花塞4点火开关5分电器6点火线圈7点火模块8N转子及信号线
2、圈9G转子及信号线圈3.2.1微机控制电子点火系统的组成图3-2无分电器微机控制电子点火控制系统1火花塞2点火线圈3点火模块4传感器5ECU1.传感器2.电子控制单元3.执行器(1)点火控制器点火控制器又称为点火控制单元、点火模块、点火电子组件或功率放大器,连接于ECU与点火线圈之间,是微机控制电子点火系统的功率输出级,它接受ECU输出的点火控制信号控制点火线圈初级绕组接地端的通断并进行功率放大,以便驱动高压点火线圈工作。(2)点火线圈带分电器的微机控制电子点火系统其点火线圈的结构与普通电子点火系统的点火线圈并无什么差别,而无分电器的微机控制电子点火系统的点火线圈则有多种结构形式,因高压配电方
3、式的不同可分为二极管分配方式的点火线圈、点火线圈分配方式的点火线圈和独立点火方式的点火线圈三种。(1)点火控制器点火控制器又称为点火控制单元、点火模块、点火电子组件或功率放大器,连接于ECU与点火线圈之间,是微机控制电子点火系统的功率输出级,它接受ECU输出的点火控制信号控制点火线圈初级绕组接地端的通断并进行功率放大,以便驱动高压点火线圈工作。1)恒电流控制功能。2)停车断电保护功能。3)点火时间低速延迟功能。4)超压保护功能。1)恒电流控制功能。2)停车断电保护功能。3)点火时间低速延迟功能。4)超压保护功能。图3-3点火控制器(2)点火线圈带分电器的微机控制电子点火系统其点火线圈的结构与普
4、通电子点火系统的点火线圈并无什么差别,而无分电器的微机控制电子点火系统的点火线圈则有多种结构形式,因高压配电方式的不同可分为二极管分配方式的点火线圈、点火线圈分配方式的点火线圈和独立点火方式的点火线圈三种。图3-4闭磁路点火线圈的结构及磁路a)闭磁路点火线圈b)口字形铁心磁路c)日字形铁心磁路1初级绕组2次级绕组3铁心4低压接线柱(+)5低压接线柱(-)6高压接线柱7磁路8空气隙3.2.2曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器1.磁感应式曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器2.霍尔式曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器3.光电式曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器1.磁感应式曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器(1
5、)工作原理磁感应式传感器的基本结构与工作原理如图3-5所示。(2)桑塔纳2000GSi(3)丰田TCCS系统磁感应式曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器丰田公司的计算机控制系统TCCS系统用磁感应式曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器制作成一体,由上、下两部分组成,都安装在分电器内,其结构如图 3-9所示。(1)工作原理磁感应式传感器的基本结构与工作原理如图3-5所示。图3-5磁感应式传感器的基本结构与工作原理示意图a)凸齿接近磁头b)凸齿正对磁头c)凸齿离开磁头1信号转子2传感线圈3永久磁铁4磁轭(1)工作原理磁感应式传感器的基本结构与工作原理如图3-5所示。图3-6传感线圈中的磁通和电动势E波形a
6、)低速时输出波形b)高速时输出波形(2)桑塔纳2000GSi1)结构特点。2)工作情况。1)结构特点。图3-7桑塔纳2000GSi AJR发动机磁感应式曲轴位置传感器结构1缸体2传感器磁头3信号转子4大齿缺(基准标记)2)工作情况。图3-8桑塔纳2000GSi AJR发动机曲轴位置传感器输出信号(3)丰田TCCS系统磁感应式曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器丰田公司的计算机控制系统TCCS系统用磁感应式曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器制作成一体,由上、下两部分组成,都安装在分电器内,其结构如图 3-9所示。1)Ne信号发生器。2)G信号发生器。(3)丰田TCCS系统磁感应式曲轴位置传感器与凸轮轴
7、位置传感器丰田公司的计算机控制系统TCCS系统用磁感应式曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器制作成一体,由上、下两部分组成,都安装在分电器内,其结构如图 3-9所示。图3-9丰田公司TCCS系统磁感应式曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器1G1感应线圈2No.2正时转子3No.1正时转子4G2感应线圈5Ne感应线圈1)Ne信号发生器。图3-10Ne信号发生器结构与波形a)结构b)波形1)Ne信号发生器。图3-11G信号发生器的结构与波形a)结构b)波形2)G信号发生器。图3-12、Ne信号与曲轴转角的关系2.霍尔式曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器(1)霍尔效应如图3-13所示,通有电流I的白金导体垂直
8、于磁力线放入磁感应强度为B的磁场中时,在白金导体横向侧面上就会产生一个垂直于电流方向和磁场方向的电压UH,UH与通过半导体的电流I和磁感应强度B成正比,当取消磁场时电压立即消失。(2)霍尔式传感器基本结构与工作原理(3)桑塔纳2000GSi AJR发动机霍尔式凸轮轴位置传感器在桑塔纳2000GSi AJR发动机的电控系统中,既在气缸体的左侧靠近飞轮处装配有磁感应式曲轴位置传感器,又在气缸盖前端凸轮轴的链轮之后装配有霍尔式凸轮轴位置传感器,如图3-16所示。(1)霍尔效应如图3-13所示,通有电流I的白金导体垂直于磁力线放入磁感应强度为B的磁场中时,在白金导体横向侧面上就会产生一个垂直于电流方向
9、和磁场方向的电压UH,UH与通过半导体的电流I和磁感应强度B成正比,当取消磁场时电压立即消失。(2)霍尔式传感器基本结构与工作原理1)基本结构。2)工作原理。1)基本结构。图3-13霍尔效应1)基本结构。图3-14霍尔传感器基本结构与工作原理a)叶片离开气隙,磁场饱和b)叶片进入气隙,磁场被旁路1永久磁铁2触发叶轮3磁轭4霍尔集成电路2)工作原理。图3-15霍尔集成电路组成框图(3)桑塔纳2000GSi AJR发动机霍尔式凸轮轴位置传感器在桑塔纳2000GSi AJR发动机的电控系统中,既在气缸体的左侧靠近飞轮处装配有磁感应式曲轴位置传感器,又在气缸盖前端凸轮轴的链轮之后装配有霍尔式凸轮轴位置
10、传感器,如图3-16所示。1)结构特点。2)工作情况。1)结构特点。图3-16霍尔凸轮轴位置传感器安装位置1凸轮轴同步带轮2信号转子3霍尔信号发生器1)结构特点。图3-17霍尔式凸轮轴位置传感器结构1凸轮轴2霍尔信号发生器3传感器固定螺钉4定位螺栓与座圈5信号转子6发动机缸盖2)工作情况。图3-18凸轮轴位置传感器输出的信号与曲轴位置传感器输出的信号之间的关系3.光电式曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器(1)结构特点日产公司产生的光电式曲轴与凸轮轴位置传感器是由分电器改进而成,结构如图3-19所示,主要由信号发生器、信号盘(即信号转子)、配电器、传感器壳体和线束插头等组成。(2)工作原理光电式传
11、感器的工作原理如图3-20所示。(1)结构特点日产公司产生的光电式曲轴与凸轮轴位置传感器是由分电器改进而成,结构如图3-19所示,主要由信号发生器、信号盘(即信号转子)、配电器、传感器壳体和线束插头等组成。图3-19光电式曲轴与凸轮轴位置传感器结构a)信号盘结构b)传感器结构c)信号发生器结构1线束插头2上止点信号透光孔3曲轴转角信号透光孔4一缸上止点信号透光孔5定位销6、15传感器轴7传感器盖8分火头9防护盖10信号发生器11G信号传感器12Ne信号传感器13信号盘14传感器壳体(2)工作原理光电式传感器的工作原理如图3-20所示。图3-20光电式传感器工作原理a)信号盘透光时b)信号盘遮光
12、时1发光二极管LED2信号盘3光敏晶体管VT(2)工作原理光电式传感器的工作原理如图3-20所示。图3-21光电式曲轴与凸轮轴位置传感器输出波形3.2.3微机控制电子点火系统的点火电路1.同时点火方式2.独立点火方式3.2.3微机控制电子点火系统的点火电路图3-22无分电器点火控制系统两种点火方式1.同时点火方式(1)二极管分配式4缸发动机利用二极管分配高压电的双缸同时点火电路原理如图3-23所示,其特点是4个气缸共用一个由两个初级绕组和一个次级绕组构成的特制点火线圈,点火控制器中的两只功率晶体管根据气缸识别信号和点火定时信号输出点火脉冲,按点火顺序交替控制一个初级绕组的导通与截止,次级绕组的
13、两端通过4只高压二极管与火花塞构成回路,利用4个二极管的单向导电性交替完成对1、4缸和2、3缸配电过程。(2)点火线圈分配式点火线圈分配同时点火方式的电路原理如图3-26所示。(1)二极管分配式4缸发动机利用二极管分配高压电的双缸同时点火电路原理如图3-23所示,其特点是4个气缸共用一个由两个初级绕组和一个次级绕组构成的特制点火线圈,点火控制器中的两只功率晶体管根据气缸识别信号和点火定时信号输出点火脉冲,按点火顺序交替控制一个初级绕组的导通与截止,次级绕组的两端通过4只高压二极管与火花塞构成回路,利用4个二极管的单向导电性交替完成对1、4缸和2、3缸配电过程。图3-23二极管分配同时点火电路原
14、理(1)二极管分配式4缸发动机利用二极管分配高压电的双缸同时点火电路原理如图3-23所示,其特点是4个气缸共用一个由两个初级绕组和一个次级绕组构成的特制点火线圈,点火控制器中的两只功率晶体管根据气缸识别信号和点火定时信号输出点火脉冲,按点火顺序交替控制一个初级绕组的导通与截止,次级绕组的两端通过4只高压二极管与火花塞构成回路,利用4个二极管的单向导电性交替完成对1、4缸和2、3缸配电过程。图3-24二极管分配方式的点火线圈(内装式)a)连接线路b)外部形状1低压插接器端子2初级绕组3次级绕组4高压二极管5高压接线柱(1)二极管分配式4缸发动机利用二极管分配高压电的双缸同时点火电路原理如图3-2
15、3所示,其特点是4个气缸共用一个由两个初级绕组和一个次级绕组构成的特制点火线圈,点火控制器中的两只功率晶体管根据气缸识别信号和点火定时信号输出点火脉冲,按点火顺序交替控制一个初级绕组的导通与截止,次级绕组的两端通过4只高压二极管与火花塞构成回路,利用4个二极管的单向导电性交替完成对1、4缸和2、3缸配电过程。图3-25二极管分配方式的点火线圈(外接式)a)连接线路b)内部结构1点火线圈2高压二极管3、11接点火控制器4弹簧5初级绕组6初级绕组7铁心8、16高压导电片9、18电源接线柱10、19高压线插座12外壳13导磁板14衬纸15次级绕组17变压器油(1)二极管分配式4缸发动机利用二极管分配
16、高压电的双缸同时点火电路原理如图3-23所示,其特点是4个气缸共用一个由两个初级绕组和一个次级绕组构成的特制点火线圈,点火控制器中的两只功率晶体管根据气缸识别信号和点火定时信号输出点火脉冲,按点火顺序交替控制一个初级绕组的导通与截止,次级绕组的两端通过4只高压二极管与火花塞构成回路,利用4个二极管的单向导电性交替完成对1、4缸和2、3缸配电过程。图3-26点火线圈分配同时点火电路原理(2)点火线圈分配式点火线圈分配同时点火方式的电路原理如图3-26所示。图3-27点火线圈分配的点火线圈1、2、3高压导线插座A、B、C点火线圈4低压导线插座5内部结构(2)点火线圈分配式点火线圈分配同时点火方式的
17、电路原理如图3-26所示。图3-28独立点火方式电路原理(2)点火线圈分配式点火线圈分配同时点火方式的电路原理如图3-26所示。图3-29独立点火方式的点火线圈1接点火控制器2初级绕组3次级绕组4火花塞2.独立点火方式3.3点火提前角与闭合角控制3.3.1点火提前角的控制3.3.2闭合角控制3.3.1点火提前角的控制1.点火提前角的影响因素2.点火提前角控制的基本内容3.起动时点火提前角控制4.起动后点火提前角控制1.点火提前角的影响因素(1)转速的影响在负荷不变的条件下,随着发动机转速升高,相同时间内转过的曲轴转角增大,如果混合气的燃烧速率不变,为保证在上止点后10左右燃烧压力达到最高,最佳
18、点火提前角应在原来基础上适当加大。(2)负荷的影响在转速不变的情况下,当发动机负荷增大时,进入气缸的混合气量增加,压缩终了气缸内的压力和温度都会提高,使混合气的燃烧速度加快,因此,最佳点火提前角应随负荷的增大而相应减小。(1)转速的影响在负荷不变的条件下,随着发动机转速升高,相同时间内转过的曲轴转角增大,如果混合气的燃烧速率不变,为保证在上止点后10左右燃烧压力达到最高,最佳点火提前角应在原来基础上适当加大。(2)负荷的影响在转速不变的情况下,当发动机负荷增大时,进入气缸的混合气量增加,压缩终了气缸内的压力和温度都会提高,使混合气的燃烧速度加快,因此,最佳点火提前角应随负荷的增大而相应减小。图
19、3-30发动机转速对最佳点火提前角的影响1理想的关系曲线2微机控制电子点火系统的关系曲线3离心装置调整的关系曲线(2)负荷的影响在转速不变的情况下,当发动机负荷增大时,进入气缸的混合气量增加,压缩终了气缸内的压力和温度都会提高,使混合气的燃烧速度加快,因此,最佳点火提前角应随负荷的增大而相应减小。图3-31发动机负荷对最佳点火提前角的影响1理想的关系曲线2微机控制电子点火系统的关系曲线3离心装置调整的关系曲线2.点火提前角控制的基本内容(1)最佳点火提前角的确定由于点火提前角的影响因素很多且关系复杂,因此,通常是用试验的方法来确定发动机各特定工况和各种状态下的最佳点火时间,以插值计算或修正计算
20、确定任一工况、状态下的点火提前角。(2)点火提前角控制的基本内容根据汽油机运行工况的特点,微机控制电子点火系统工作时ECU对点火提前角的控制分为起动时的点火提前角控制和起动后的点火提前角控制两种情况,实际点火提前角包含初始点火提前角、基本点火提前角、修正点火提前角,如图3-33所示。(1)最佳点火提前角的确定由于点火提前角的影响因素很多且关系复杂,因此,通常是用试验的方法来确定发动机各特定工况和各种状态下的最佳点火时间,以插值计算或修正计算确定任一工况、状态下的点火提前角。图3-32最佳点火提前角的确定1特定工况2任一工况(2)点火提前角控制的基本内容根据汽油机运行工况的特点,微机控制电子点火
21、系统工作时ECU对点火提前角的控制分为起动时的点火提前角控制和起动后的点火提前角控制两种情况,实际点火提前角包含初始点火提前角、基本点火提前角、修正点火提前角,如图3-33所示。图3-33点火提前角控制的基本内容(2)点火提前角控制的基本内容根据汽油机运行工况的特点,微机控制电子点火系统工作时ECU对点火提前角的控制分为起动时的点火提前角控制和起动后的点火提前角控制两种情况,实际点火提前角包含初始点火提前角、基本点火提前角、修正点火提前角,如图3-33所示。图3-3410初始点火提前角3.起动时点火提前角控制(1)起动初始点火提前角控制由于发动机的起动转速很低,此时的发动机负荷信号(进气管压力
22、信号或进气流量信号)不稳定,为确保有适当而又稳定的点火提前角,将点火提前角固定在初始点火提前角。(2)起动非初始点火提前角控制为提高起动性能,有些发动机起动时的点火时间并非是初始点火提前角,而是由ECU根据发动机的温度和起动转速对点火提前角进行适当的控制。(1)起动初始点火提前角控制由于发动机的起动转速很低,此时的发动机负荷信号(进气管压力信号或进气流量信号)不稳定,为确保有适当而又稳定的点火提前角,将点火提前角固定在初始点火提前角。(2)起动非初始点火提前角控制为提高起动性能,有些发动机起动时的点火时间并非是初始点火提前角,而是由ECU根据发动机的温度和起动转速对点火提前角进行适当的控制。图
23、3-35起动时的初始点火提前角控制1基准点火定时信号发生电路2接点火模块IC集成电路(2)起动非初始点火提前角控制为提高起动性能,有些发动机起动时的点火时间并非是初始点火提前角,而是由ECU根据发动机的温度和起动转速对点火提前角进行适当的控制。图3-36低温起动点火提前角调整特性4.起动后点火提前角控制(1)基本点火提前角控制基本点火提前角控制的目的是使发动机在各种负荷和转速下都有最佳的点火提前角,发动机怠速和正常工况下的基本点火提前角控制有所不同。(2)点火提前角修正控制基本点火提前角是发动机ECU根据转速和负荷信号两个参数来确定的,它不是最佳点火提前角,只能满足发动机在某个工况下的实际需要
24、。4.起动后点火提前角控制图3-37起动后的初始点火提前角控制1基准点火定时信号发生电路2接点火控制器IC集成电路(1)基本点火提前角控制基本点火提前角控制的目的是使发动机在各种负荷和转速下都有最佳的点火提前角,发动机怠速和正常工况下的基本点火提前角控制有所不同。图3-38非怠速工况基本点火提前角数据表(1)基本点火提前角控制基本点火提前角控制的目的是使发动机在各种负荷和转速下都有最佳的点火提前角,发动机怠速和正常工况下的基本点火提前角控制有所不同。图3-39非怠速工况的基本点火提前角(点火特性三维脉谱图)(1)基本点火提前角控制基本点火提前角控制的目的是使发动机在各种负荷和转速下都有最佳的点
25、火提前角,发动机怠速和正常工况下的基本点火提前角控制有所不同。图3-40怠速工况的基本点火提前角(2)点火提前角修正控制基本点火提前角是发动机ECU根据转速和负荷信号两个参数来确定的,它不是最佳点火提前角,只能满足发动机在某个工况下的实际需要。1)怠速暖机修正。2)怠速稳定性修正。3)空燃比反馈修正。4)过热修正。5)爆燃修正。6)最大和最小提前角控制。1)怠速暖机修正。2)怠速稳定性修正。图3-41怠速暖机修正2)怠速稳定性修正。图3-42怠速稳定性修正3)空燃比反馈修正。4)过热修正。图3-43空燃比反馈修正4)过热修正。图3-44发动机过热修正5)爆燃修正。6)最大和最小提前角控制。3.
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