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第3章目录
第 3 章 点火系统的控制,..................................................................................................................................- 2 -
3.1 电子控制点火系统的组成与原理,.......................................................................................................,- 2 -
3.1.1 电子控制点火系统的特点,............................................................................................................- 2 -
3.1.2 电子控制点火系统的组成,............................................................................................................- 3 -
3.1.3 电子控制点火系统原理与控制过程,...........................................................................................- 12 -
3.2 点火提前角控制,.................................................................................................................................,- 13 -
3.2.1 丰田汽车 TCCS 系统点火提前角的控制,.....................................................................................- 14 -
3.2.2 日产公司 ECCS 系统点火提前角的控制,.....................................................................................- 17 -
3.3无分电器点火系统,...............................................................................................................................- 20 -
3.3.1 无分电器点火系统的配电方式,..................................................................................................- 20 -
3.3.2 典型 DLI 系统分析,.....................................................................................................................- 22 -
3.4 爆震控制,.............................................................................................................................................,- 25 -
3.4.1 爆震与点火时刻的关系,..............................................................................................................- 25 -
3.4.2 爆震控制系统,..............................................................................................................................- 26 -
小 结,.........................................................................................................................................................,- 28 -
习 题,.........................................................................................................................................................,- 28 -
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第 3 章 点火系统的控制
☆ 知识点
1．电子控制点火系统的特点
2．电子控制点火系统的组成和工作原理
3,电子控制点火系统在汽车上的应用
★ 要求
掌握,
1．电子控制点火系统的组成
2．电子控制点火系统的工作原理
了解,
1．电子控制点火系统的特点
2．丰田汽车电子控制点火系统的控制过程
3．日产汽车电子控制点火系统的控制过程
3.1 电子控制点火系统的组成与原理
3.1.1 电子控制点火系统的特点
普通电子点火系统相对于传统点火系来说，由于利用晶体管的开关特性控制点火线圈初级电路的导通与切断，取消了分电器内的断电器触点，增加了闭合角控制，动、静态控制等功能，使点火性能有了很大的提高。但普通电子点火系对点火提前角的调整，仍采用真空和离心式机械点火提前机构控制，其调整精度距离发动机最佳点火提前角的要求相差很远。真空和离心式点火提前角调整机构工作时,对点火提前角的调整量和发动机在转速与负荷变化时理想点火提前角的改变量如图3.1
所示。从图中可以看出，普通电子点火系统不能很好的满足发动机对最佳点火提前角的要求。
图3.1 发动机转速及进气歧管真空度对点火提前角的影响
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影响发动机点火提前角的因素除转速和歧管真空度（即发动机负荷）以外，还有燃烧室的形状、
发动机温度、空燃比、燃油品质、大气压力等。因此，在发动机工作过程中，调整点火提前角始终为最佳值，普通电子点火系是无法实现的。电子控制点火系统，废除了真空和离心式点火提前装置，
可对点火提前角进行实时控制，最大限度地改善和提高发动机的各项性能，其具体特点为,
1.在所有的工况及各种环境条件下，均可自动获得理想的点火提前角，从而使发动机动力性，
经济性、排放性及工作稳定性等方面均处于最佳。
2.在整个工作范围内，均可使点火能量保持恒定不变，提高了点火的可靠性，有效地减少能源消耗和废气的有害成分。
3.配合稀薄燃烧技术，在整个工作范围内提供所需恒定点火能量。
4.采用闭环反馈控制技术后，与燃料供给系统实行综合控制，可使点火提前角控制在刚好不发生爆震的临界状态，以此获得较高的燃烧效率，有利于发动机各种性能的提高。
值得指出的是：点火提前角的控制不能仅仅从点火系统或者发动机系统出发考虑，而是要求其能与其他系统很好的协调，提供一种动态的集中控制平台，以此追求系统最佳，即车辆整体的控制最佳。
3.1.2 电子控制点火系统的组成
电子控制点火系统主要由各种与点火相关的传感器,电控单元(ECU),执行器(电子点火控制器)、
点火线圈和火花塞组成。如图 3.2 所示。可分为有分电器和无分电器点火系统。无分电器点火系统又有同时点火方式和单独点火方式之分。下面就其主要组成部分的构造和工作原理分别进行讨论。
图3.2 电子控制点火系统的组成
1．传感器
传感器用来检测与点火有关的发动机工况信息，并将信息输入电控单元，作为运算和控制点火时刻的依据。目前各车型使用的传感器的结构、类型、数量和安装位置各不相同，但其作用大同小
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异，下面介绍几种电子控制点火系统的主要传感器。
（1）曲轴基准位置传感器(点火基准传感器)
此传感器可在曲轴转至某一特殊位置时，发出电信号，电控单元将这一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出任意时刻曲轴所处的位置。
曲轴转角及转速传感器和曲轴基准位置传感器是电子控制点火系统最基本的输入信号，常用的传感器有磁感应式、霍尔效应式和光电式；安装的位置有分电器内、飞轮壳上、曲轴前端、凸轮轴前后端等。
①磁脉冲式曲轴位置传感器
磁脉冲式曲轴位置传感器由定时转子、永久磁铁、耦合线圈等组成，工作原理如图 3.3所示。
图3.3 磁脉冲式曲轴位置传感器
a） 工作原理b）波形图
1.永久磁铁2.转子3.耦合线圈4.衔铁
永久磁体和耦合线圈固定在分电器底板上，信号转子装在分电器轴上，由分电器驱动。当曲轴传动分电器轴旋转时，由于转子正时齿相对线圈位置的变化，使线圈内的磁通变化，从而在线圈内产生感应电动势输出。转子外缘设有与气缸数相等且等距离分布齿，该齿即为正时齿。图 3.3 中转子有 4 个齿，分别对应四缸发动机的 4 个缸。由图 3.3 a 可见，信号转子上的凸齿接近铁心（定子）
时形成磁路并产生磁通，当信号转子离开铁心时，铁心和信号转子凸齿之间的气隙增大，磁阻也随之增大，使磁通量减少。绕在铁心上的耦合线圈因磁通量的变化而产生感应电动势，在凸齿接近或离开凸齿与铁心最近点的瞬间，磁通量变化最大，此时的感应电动势也最大。由图 3.3b 可以看出，
电压增长过程有一个正峰值，而衰减过程有一负峰值。由正脉冲转变为负脉冲的中点，感应电动势为零，这就可用作触发点火的信号。磁通量变化率取决于信号转子的转速，所以脉冲发生器输出电压可在 0.5V～100V 范围内变化。把上述输出信号经整形、放大并送功率开关电路，就可控制点火线
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圈原边电流的通断，从而在其付边产生高压并经火花塞放电点火。这个电压和脉冲频率的变化除用作点火信号外，还可用作转速等其他传感信号。气隙的大小影响磁路的磁阻，由此影响输出电压的高低。
以上介绍的是磁脉冲式曲轴位置传感器的基本原理。 在实际的发动机电子控制系统中,由于 ECU
的大容量信息处理能力，所以实际的磁脉冲式曲轴位置传感器较图 3.3 的复杂。如定时转子外缘的定时齿数较多，或增设轴向定时齿，耦合线圈也不止一个，其目的是为了提高检测的精度。如日产汽车公司（NISSAN）的磁脉冲传感器可以输出曲轴的 1°转角信号，因此控制系统可以根据发动机的各种运转条件，精确地调节点火提前角及喷油时刻，不但实现点火正时控制，还同时实现喷油正时控制使及发动机转速的检测。
②霍耳式曲轴位置传感器
霍耳式曲轴位置传感器结构如图 3.4 所示。
图3.4 霍尔式曲轴位置传感器结构
1.定时齿轮2.霍尔开关电路3.永久磁铁4.底板5.导线及接插件
霍耳式曲轴位置传感器由两个部件组成。一个部件是与分火头制成一体的定时转子即所谓的触发叶轮；另一个部件是霍耳信号发生器。
触发叶轮由导磁材料制成，其上的叶片数与发动机气缸数相同触发叶轮由分电器轴带动。
霍耳信号发生器由霍耳集成电路、永久磁铁等组成，两者之间留有一个空隙，以便叶轮的叶片能在隙内转动。
霍耳式曲轴位置传感器的工作原理如图 3.5 所示。
其工作原理如下,
触发叶轮由分电器轴带动旋转，每当叶片进入永久磁铁与霍耳集成电路之间的空气隙时，永久磁铁的磁场被叶片旁路，霍耳集成电路表面无磁场作用，它内部的霍耳元件不产生霍耳电动势。当叶片离开空气隙时，永久磁铁的磁场经导磁板、空气隙形成磁路并作用在霍耳集成电路上，其内部
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的霍耳元件产生霍耳电动势输出。这样，随着叶轮的旋转，每个叶片都会使霍耳集成电路产生脉冲输出。该脉冲或经电子点火组件控制点火或经 ECU 点火。
霍耳式曲轴位置传感器具有工作可靠、正时精度高，工作频带宽、耐高温、耐潮湿、耐油污等优点，因而被汽车生产厂商广泛采用。
图3.5 霍尔式曲轴位置传感器工作原理
a）触发叶片进人空气隙内b）触发叶片离开空气隙
l.触发叶片2.霍尔开关集成电路3.永久磁铁 4.底板5.导磁板
③光电式位置传感器
光电式位置传感器的结构如图 3.6 所示。光源为发光二极管，它以接近红外线的频率发出不可见光束，经过其半球形透镜的聚焦，使其在遮光点的宽度约为 1.25mm；光接收器是光敏三极管；遮光盘（信号转子叶片）上开有 4 个缺口（与 4缸汽油机相匹配） 。
图3.6 光电式位置传感器
a）结构b）工作原理
l.波形电路2.光敏晶体管3.发光二极管
4.分火头5.密封盖6.转盘
当遮光盘（叶片）随分电器轴（转子轴）旋转时，遮光片和缺口不断地经过光源与光接收器之间。当遮光片转至光源与接收器之间时，便把光源所发出的光束阻断，使其不能射入光敏三极管，
该三极管无电流通过而处于截止状态，于是光敏三极管（接收器）的输出端输出高电位；而当遮光
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盘上的缺口通过光源与光接收器中，发光二极管所发出的光束直接照射到光敏三极管上，使其有基极电流通过而处于导通状态，光接收器的输出端输出低电位。分电器旋转一周，输出与缺口数（或孔数）相等的 4 个电压脉冲信号，此电信号可供 ECU 判定曲轴位置或计算转速。
光电式曲轴位置传感器工作十分可靠，即使发光二极管（光源）的表面受到灰尘等污染时，也不会影响其正常工作。因为即使光电三极管（光接收器）只接收到 10％的光束时，也能处于饱和导通状态而输出低电位。光电式曲轴位置传感器输出信号呈方波，具有清晰、明快的特点。与磁电式相比，具有明显的优点，即没有时间上的滞后现象；不会引起点火提前离心调节特性曲线的畸变；
其输出信号不受汽油机转速的影响；能使点火正时长久不变等。
（2）曲轴转角和转速传感器
该传感器可将发动机曲轴转过的角度变换为电信号输入电控单元，电控单元通过这个信号计算出曲轴转过的角度，也可以通过此信号计算出曲轴的转速。
舌簧开关式转车速传感器的构造如图 3.7 所示。
图3.7 舌簧开关式转速传感器
l.磁铁2.舌簧开关3.转干
舌簧开关是在一个玻璃管内装有两个细长的触头构成的开关元件。其触头由磁性材料制成。当其附近有磁场作用时，其触头就会互相吸引而闭合或者互相排斥而断开。
舌簧式转速传感器一般安装在分电器内，永久磁铁与分电器轴连接，两个舌簧开关装在分电器壳体上。当分电器轴转动时，舌簧开关就会在转子永久磁铁作用下周期性地开关动作，分电器轴每转一周，两个舌簧开关各开闭 1 次，并以 180°的相位差输出 4 个脉冲给 ECU 进行计数及运算，就可以得到发动机转速。
除舌簧式转速传感器外，转速传感器还有磁脉冲式、光电式、霍耳式等。磁脉冲式（或光电式、
霍耳式等）转速传感器的结构、工作原理与磁脉冲式（或光电式、霍耳式等）曲轴位置传感器类似，
即将输出脉冲信号经 ECU 处理后，就可得到转速输出。这几种传感器的结构与工作电路等在相关章节中详细介绍。
（3）进气压力传感器
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在 D 形电控燃油喷射系统中，此传感器用来检测发动机的负荷，并将其转换为电信号输入电控单元，电控单元以此作为确定点火提前角的基本信号。
（4）空气流量传感器
在 L 形电控燃油喷射系统中，此传感器用来测量进入气缸的空气量，作为发动机的负荷信号，
同时也作为点火提前的基本信号。空气流量传感器的形式有翼片式、热线式、热膜式和卡尔曼涡旋式等各种形式。
（5）进气温度传感器
此传感器用来测量发动机的进气温度，电控单元可根据此信号对点火提前角进行修正。
（6）冷却水温传感器
该传感器将冷却水温信号输入电控单元，电控单元根据此信号对点火提前角进行修正，并控制起动和暖机期间的点火提前角。
（7）节气门位置传感器
此传感器将节气门的位置转变为电信号，电控单元通过这个信号来判定节气门所处的位置及发动机的工况，依此修正点火提前角。
（8）爆震传感器
爆震传感器用来检测发动机是否发生爆燃，如果发动机发生爆燃，电控单元将自动减小点火提前角。
爆震传感器安装在发动机气缸体上，检测发动机爆震状况。
爆震是指燃烧中本应逐渐燃烧的部分混合气突然自燃的现象。它通常发生在离火花塞较远区域的末端混合气中。当电火花跳火后，火焰开始传插，燃烧室内最后燃烧部分的示端气体受到已燃气体的压缩和热幅射，温度和压力不断升高，当末端混合气温度超过它的发火温度，即引起自燃，形成新的火焰核心，产生新的火焰传插。爆震能使发动机部件受高压，会使燃烧室和冷却系过热，严重的可使活塞顶部熔化，爆震还会使功率下降，燃油消耗率上升。
点火时间过早是产生爆震的一个主要原因，由于要求发动机能够发出最大功率，点火时刻应能提早到刚好不致于发生爆震的角度。但在这种情况下发动机的工况微有改变，就可能发生爆震。过去为避免这种危险，通常采用减小点火提前角的办法，但这样就要牺牲发动机的功率，为了不损失发动机的功率而又不产生爆震，就需要用爆震传感器来解决这一问题。
发动机爆震时产生的压力波，其频率范围约为 1～ 10kHz 压力波传给缸体，使其金属质点产生震动加速度。爆震传感器就是通过测量缸体表面的震动加速度来检测爆震压力的强弱。
传感器的敏感元件为一压电晶体，当晶体受到外部机械力作用时。晶体两个极面就会产生电压。
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用一螺钉将一个惯性配重压紧在压电晶体上而产生预负载。负载大小影响传感器的频率响应和线性度。当爆震压力波作用于传感器时，通过惯性配重使压电片的压缩状况发生变化，产生电动势。
爆震传感器有共振型和非共振型两种。共振型传感器是由与爆震几乎具有相同的共振频率的振子 (平衡配重 )和能够检测振子振动压力并将其转换成电信号的压电元件构成。 非共振型爆震传感器是用压电元件直接检测爆震信息。除此之外，还有在火花塞的垫圈部位装上压电元件，根据燃烧压力检测爆震信息。各种爆震传感器的结构如图 3.8 所示。当发生爆震时，燃烧期间输出波形的振幅将增大，把这期间的输出波形进行滤波处理，根据其值的大小判定是否有爆震。
图3.8 爆震传感器的种类
（a）非共振型（b）共振型（c）火花塞座金属垫型
1.插接器；2.平衡块；3.压电元件；4.外壳；5.安装螺纹；6.压电元件圆盘；7.火花塞；8.爆震传感器
（9)各种开关输入信号
1)起动开关信号：在起动机接通时，通知电控单元发动机处于起动状态，并以此控制起动时的点火提前角。
2)空调开关信号：发动机在怠速工况下使用空调时，电控单元在提高发动机转速的同时，也对点火提前角进行修正。
3)空档开关信号：在配置自动变速器的车辆上，此信号可以使电控单元获得变速器位于空档的信息，对点火提前角进行必要的修正。
以上这些传感器，一般都与电控燃油喷射系统的各传感器共用，确定最佳的供油量和最佳点火提前角。
2,电控单元(ECU)
电控单元(ECU—Electronic Control Unit)是发动机的一种电子综合控制装置。它的名字很不统一，不同的汽车生产厂家或者同一厂家不同年代的产品，其名称也不一样。如美国通用汽车公司，
称发动机电子控制器为 ECM(电子控制组件)；而福特汽车公司，最早称发动机电子控制器为 MCU(微处理机控制装置)，现在称为 EEC(发动机电子控制装置)。
发动机电控单元的作用是：根据电子控制器内储存的程序对发动机传感器输入的各种信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，控制有关执行器动作，达到快速、准确、自动控制发动机的目
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的。应具备以下基本功能,
（1）接收传感器或其它装置输入的信息，给传感器提供参考(基准)电压（2V、5V、9V、12V） ；
将输入的信息转变为电控单元所能接收的信号。
（2）存储、计算、分析处理信息，计算输出值所用的程序，存储该车型的特点参数，存储运算中的数据和故障信息。
（3）根据信息参数求出执行命令数值，将输出的信息与标准值对比，查出故障。
（4）输出执行命令,把弱信号变为强的执行命令,输出故障信息。
（5）自我修正功能(自适应功能)。
在发动机控制系统中,电控单元(ECU)不仅用来控制燃油喷射系统,同时还具有点火提前角控制、
怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、自诊断、失效保护和备用控制系统等多项控制功能。
现代发动机电子控制单元的最基本构成参见第1章图1.59。 主要由微型电子计算机(简称微机)、
输入回路、A／D 转换器和输出回路等组成。输入回路的作用是将来自传感器的两种信号(模拟信号和数字信号)除去杂波并且把输入的正弦波信号转换成矩形波信号。 A／D 转换器(模拟／数字转换器)
的作用是将来自传感器的模拟信号转换成为数字信号。输出回路的作用是将电控单元发出的执行指令，转变成为控制信号来驱动执行器工作。
3．电子点火控制器
电子点火控制器的作用是按照电控单元提供的点火脉冲信号，定时接通和切断点火线圈的初级回路，从而在点火线圈次级绕组中产生出高电压(约 2 万伏左右)。电子点火控制器的基本组成如图
3.9 所示。主要由信号放大电路、整形电路、直流放大电路、开关电路和一些特殊功能电路等组成。
电子点火控制器内部组成电路的结构形式多种多样，但其控制原理基本相同。
图3.9 电子点火控制器的基本组成
电子点火控制器中的功率三极管与点火线圈的初级绕组串联。在发动机工作过程中，ECU 控制功率三极管的导通与截止。当电控单元发出点火指令后，立即切断功率三极管的基极电路，功率三极管由导通变为截止，切断点火线圈的初级电路，由于电磁感应原理，在次级绕组中感应出高电压。
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4．点火线圈
点火线圈实质上是一个车用升压变压器，主要由铁心(硅钢片叠加而成)、初级绕组（200～300
匝，导线直径为 0.6～0.8mm）,次级绕组(11 000～23 000 匝，导线直径为 0.06～0.10mm)和壳体等组成。
点火线圈有开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两种。传统点火系统通常采用开磁路点火线圈。
电子控制点火系统中一般多采用闭磁路点火线圈，结构如图 3.10 所示。它是在“曰”字形的铁心内绕有初、次级绕组，磁路的磁阻小，漏磁少，能量损失少，能量转换效率高。
图3.10闭磁路点火线圈的结构
1.“曰”字形铁心；2.接线柱；3.高压线插孔；4.初级绕组；5.次级绕组
无分电器点火系统中采用的是小型闭磁路点火线圈，每个点火线圈同时供两个火花塞点火，故又称其为双缸点火，结构如图 3.11示。但在有些无分电器点火系统中，也有每个点火线圈只供一个气缸点火的情况。
图3.11分电器点火系统闭磁路点火线圈的结构
1.次级线圈；2.初级线圈；3.铁心；4,外壳；5.低压接线柱；6.填充材料；
7.盖；8.高压引线；9,高压二极管
有些无分电器点火(DLI)系统的闭磁路点火线圈与上述闭磁路点火线圈有一些区别,有的同时点火 DLI 闭磁路点火线圈的初级绕组与次级绕组中间没有连接，分别各自独立；为了避免当电子点火控制器中的功率三极管导通时，点火线圈中产生的高压电(1 500v 左右)造成火花塞误跳火的现象发生，有些点火线圈在次级绕组中串联一个高压二极管。
5．火花塞
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火花塞的作用是将点火线圈产生的高压电引入发动机的燃烧室内,并在其两电极间产生电火花，
点燃混合气。火花塞的结构如图 3.12 示。
普通点火系统的火花塞电极间隙多为 0.6～0.8 mm，但电子控制点火系统中的电极间隙增大至
1.0～1.2 mm。
3.1.3 电子控制点火系统原理与控制过程
如图 3.13 所示，发动机运行时，电控单元（ECU）不断地采集发动机的转速、负荷、冷却水温度、进气温度等信号，并根据存储器 ROM 中存储的预编程序与有关数据，确定出该工况下最佳点火提前角和初级电路的最佳闭合角，并以此向电子点火控制器发出指令。
图3.12火花塞的结构
1.接线螺母；2.绝缘体；3.金属杆；4.内垫圈；5.壳体；6.导电玻璃；
7.密封垫圈；8.内电权；9.侧电极；10.中心电极
电子点火控制器根据 ECU 指令控制点火线圈初级回路的导通和截止。实现磁场与电场能量的转换、储存、释放与分配功能。迅速点燃气缸内的混合气，使发动机完成做功过程。
此外，在带有爆震传感器的点火提前角闭环控制系统中，ECU 还可根据爆震传感器的输入信号来判断发动机的爆震程度，并将点火提前角控制在发动机工作于“微爆”状态，以获得较高的燃烧效率。
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图3.13电子控制点火系统
1.传感器；2.电控单元；3.电子点火控制器；4.点火线圈
3.2 点火提前角控制
影响点火提前角的主要因素是发动机转速和负荷，但点火提前角的控制本身属于相当复杂的多元求解问题，人们普遍采用了实验法，通过大量的台架与道路试验，并对实验数据进行处理后，可获得发动机在不同转速、不同负荷时所对应的最佳点火提前角的点 (集 )，以此绘出点火提前角的三维控制模型图，如图 3.14(a)所示。再将其图转换成二维表，并将这些数据贮存在 ECU 的存储器中，见图 3.14(b)。
在发动机的实际运行中,ECU 根据各传感器输入的信息与存储器中的预存数据进行逐点对比，
再根据对比的结果从这张二维表中找出点火提前角的最佳值，然后再对点火系进行适时控制。
点火提前角控制系统因制造厂家开发点火装置的型号不同而各异，以下根据具有典型意义的实例来分析计算机点火提前角控制过程。
(a)点火特性三维曲面图 (b)点火特性二维表
图3.14 发动机点火最佳特性图与表
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3.2.1 丰田汽车 TCCS 系统点火提前角的控制
丰田汽车 TCCS 系统点火提前角的控制方法可以表示为,
实际点火提前角 = 初始点火提前角 +基本点火提前角 +修正点火提前角
式中各项所对应的实际内容如表 3.1 所列。但点火提前角的修正值因发动机而异，并根据不同的发动机控制系统特性进行修正。
表 3.1 点火提前角的控制
起动点火时间控制———固定点火提前角
基本点火提前角———由进气歧管压力和转速确定
暖机修正量
稳定怠速修正量
点火正时控制 起动后点火时间控制 空燃比反馈修正量
修正点火提前角 过热修正量
爆震修正量
最大提前/延迟角控制
其它修正量
1．初始点火提前角
当发动机结构和功率设定之后，即可根据发动机燃烧理论，以及台架试验数据处理的结果同时设定点火提前角的初始值，也称为固定点火提前角。对于丰田 IG— GEL 发动机而言，其值为上止点前 10
o
。此外，当下列之一情况出现时，实际点火提前角的控制亦为固定值,
(1)发动机起动时，由于转速变化大，无法正确计算点火提前角。
(2)发动机起动且转速稳定在 400r／ min 以下时。
(3)节气门位置传感器 T 端头短路或怠速触点闭合时，且车速为 2km／ h 时。
(4)发动机 ECU 内的后备系统工作时。
2．基本点火提前角
基本点火提前角以二维表的形式将储存在 CPU 中的 ROM 存储器中，又分为,
(1)怠速基本点火提前角
传感器有怠速信号输出时所对应的基本点火提前角。其值根据空调是否工作及怠速转速略有不同，如图 3.15 所示。若空调工作，发动机怠速的目标转速提高，可适当增加点火提前角，以利发动机稳定运转，相应的基本点火提前角定为 8o；空调不动作时怠速基本点火提前角则定为 4 o。由此可见，两种情况所对应的实际点火提前角分别为 18 o 和 14 o。
(2)正常行驶时的基本点火提前角
该值主要是依据发动机的转速和负荷 (用进气量表示 )而定。 ECU 根据传感器输出信号利用查表
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法从 ROM 存储器中找出基本点火提前角的最佳值即可，如图 3.16 所示。
图 3.15 怠速基本点火提前角
3．点火提前角的修正
通过上述方法得到初始点火提前角和基本点火提前角后，再通过修正方可得到最终实际控制的最佳点火提前角。点火提前角修正一般分为,
图 3.16 正常行驶时的基本点火提前角
(1)暖机修正
怠速工况时 ECU 根据冷却水温进行的点火提前角修正。图 3.17 所示为点火提前角暖机修正特性。当冷却水温较低时，混合气的燃烧速度较慢，应适当的增大点火提前角，以促使发动机尽快暖机。随着温度的升高点火提前角修正值应逐渐减小。
图 3.17 点火提前角暖机修正特性
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(2)怠速稳定修正
怠速时负载和环境的变化（如空调、动力转向等系统工作，环境温度、压力的变化等）会引起转速变化。 ECU 可根据转速差（实际转速—目标转速）动态地修正点火提前角，如图 3.18 所示。
若怠速转速低于目标转速时，控制系统将发出指令相应地增加点火提前角，以利于发动机稳定运转。
图 3.18 点火提前角的怠速稳定修正特性
(3)过热修正
传感器无怠速(IDL)信号输出即表明发动机处于正常运行工况，此时若冷却水温度过高，为了避免爆震，应适当的减小点火提前角。但当发动机处于怠速运行工况时，若冷却水温度过高，为了避免发动机过热，则应增加点火提前角。其过热修正特性如图 3.19 所示。
图3.19 点火提前角的过热修正
(4)空燃比反馈修正
当装有氧传感器的 EFI 系统进入闭环控制时，ECU 通常根据氧传感器反馈信号对空燃比进行修正。随着喷油量修正值的变化，发动机转速在一定范围内产生波动。为提高发动机运转的稳定性，
当反馈修正油量减少而导致混合气变稀时,点火提前角应适当地增加,而反之相反,如图 3.20 所示。
发动机在不同工况下的实际点火提前角，就是基本值与各项修正值之和。当发动机工作时，曲轴每旋转一圈，ECU 就会根据所获得的工况与环境信息及其变化确定点火提前角，并适时发出指令控制执行机构运行，对点火提前角进行动态控制调整。
当 ECU 给出的实际点火提前角超过允许范围时，发动机将难以运转。由于初始点火提前角已被
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固定，受 ECU 控制的部分只是各项修正值之和，且只能在某一允许范围之内变化。超过此范围时，
则 ECU 就按照预先设定的点火提前角最大或最小值进行控制。
图3.20点火提前角的空然比反馈修正
3.2.2 日产公司 ECCS 系统点火提前角的控制
日产公司的 ECCS 点火控制系统如图 3.21 所示，控制原理如图 3.22 所示。
发动机运转时，来自曲轴转角传感器的 1 o 和120 o 点火基准信号被输入到 ECU 中，以此设定一个比120 o 滞后 4 o 的点火时刻基准信号。由于 120 o 信号设定在各缸压缩行程前 70 o 处，因此实际的点火时刻基准设定在各缸压缩行程上止点的 66 o 处。
ECU 以点火时刻基准为依据，根据各传感器输入信号从 ECU 的 ROM 中查找出点火提前角和初级绕组闭合角的最佳值，并以此计算最佳 Z 值（Z = 66 o—最佳点火提前角） 。ECU 在接到点火时刻基准信号的同时，其计数器开始计数曲轴转角传感器的 1 o 信号。当计数值等于 Z 时，便立即向点火控制器发出点火指令，切断点火线圈的初级电流，是次级绕组产生高压，并在火花塞电极处产生击穿跳火。
图3.21 日本日产公司ECCS点火控制系统
此外，控制系统可根据最佳通电时间及发动机转速计算最佳闭合角θ，完成对点火线圈储能过程的控制，使点火能量保持恒定。实际上，在 ROM 中存放的初级线圈导通时间并不是常数，可根据蓄电池电压进行修正，如图 3.23 所示。
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图3.22 点火时刻的控制原理图
根据发动机工况变化，ECCS 系统主要分为三种不同的点火控制模式。
1．正常工况点火提前角控制
当 ECU 无怠速信号输入时，即执行正常工况点火提前角控制模式。其基本原理可表示为,
实际点火提前角 = 基本点火提前角 × 水温修正系数
基本点火提前角已被预先设定并预存储在 ECU 中，根据发动机实际转速和负荷便可从中查出各种工况所对应的最佳点火提前角，再根据各种工况与环境信息进行修正，图 3.24 所示为根据发动机水温进行的修正，便可得到适时条件下的最佳点火提前角。
图3.23 通电时间和蓄电池电压的关系
2．怠速点火提前角控制
当 ECU 接收到传感器怠速信号时，即进入怠速点火提前角控制模式。此时 ECU 主要是根据发动机转速和冷却水温度控制点火提前角，其特性如图 3.25 所示。
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图3.24 发动机水温修正系数
图3.25 怠速时点火提前角的控制特性
当怠速的转速低于 1000r／min 时，点火提前角设定为 15 o。高于该转速时则根据水温来控制点火时刻(图 3.25)：冷却水温低于 50℃，应按特性曲线。推迟点火时刻，以此加快发动机及催化反应器达到正常工作温度的速度，使运转稳定；冷却水温大于 50℃时，则应按特性曲线来加大点火提前角。
3．起动时点火提前角控制
起动时为使发动机尽快着火运转，应根据冷却水的温度选择最佳点火提前角，如图 3.26 所示。
从图中看出，当发动机在水温在 0℃及以上起动时，其点火提前角为设定 16 o。而当水温在 0℃
以下时，则应根据冷却水温度适当地增加点火提前角。
图3.26 发动机起动时的点火时刻控制
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当起动转速低于 100r／min 时，为了可靠点火，点火提前角应根据起动转速的下降而适当降低点火提前角，其点火提前角为,
点火提前角 = 平常起动时的点火提前角×
100
起动转速
3.3 无分电器点火系统
无分电器点火(DLI)系统是在计算机控制点火系统的基础上,将点火系中的分电器总成用电子控制装置取代，又称为直接点火装置。DLI 利用电子配电技术将点火线圈的次级绕组直接与火花塞相连，把点火线圈产生的高压电直接送给火花塞进行点火，由此实现了点火系全电子化的目标。
DLI 系统改变了传统的机械式分火方式，故可靠性高、无机械磨损、无需调整。DLI系统的高压可以不通过导线直接作用在火花塞上，线路接点少，可降低电波干扰及线路损耗，DLI 系统基本组成如图 3.27所示。
相对于传统的点火控制器而言，DLI 系统的点火控制器增设了电子配电功能，可根据发动机工作时序依次控制各个点火线圈的导通与截止，完成点火控制过程。
3.3.1 无分电器点火系统的配电方式
根据配电方式的不同，DLI 系统可分为单独点火的配电方式、双缸同时点火的配电方式及二极管配电点火方式三种类型，如图 3.28 所示。
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图3.27 DLI系统基本组成
l.火花塞；2.点火线圈；3.电子点火控制器；4.传感器；5.电控单元（ECU）
（a）单独点火 （b）双缸同时点火
（c）二极管配电点火
图3.28无分电器点火系统的配电方式示意图
1．单独点火配电方式
如图 3.28(a)所示，该方式可将点火线圈与火花塞安装为一体，在取消分电器的同时也取消了高压线，故电压分配性能好，能量损失最小，但其结构与点火控制电路最为复杂。
2．双缸同时点火配电方式
如图 3.28(b)所示，该方式采用两个火花塞共用一个点火线圈且同时点火，故只能用于缸数为双数的发动机。与单独点火配电方式比较，其结构和点火控制电路相对简单，仍保留了点火线圈与火花塞之间的高压线，因此能量损失较大。串联在高压回路中的二极管，可用来防止点火线圈在初级绕组导通瞬间所产生的次级电压(1000～2000V)加在火花塞上后发生的误点火。 目前这种点火方式应用较多。
此外，双缸同时点火配电方式要求共用一个点火线圈的两个气缸工作相位相差 360 o 曲轴转角，
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以确保点火线圈点火时，同时点火的两个气缸中，处于排气行程的气缸由于缸内气体的压力较小，
且缸内混合气又处于后燃期，易产生火花，故放电能量损失很少。而点火高压和点火能量的大部分被加在处于压缩行程的气缸的火花塞上，故该缸的火花状况与单独点火时的情况基本相同。
3．二极管配电点火方式
图 3.28（c）所示，该方式为四个气缸共用一个点火线圈，内装双初级绕组、双次级绕组的特制点火线圈，且利用四个二极管的单向导电特性交替的完成对 1、4 缸和 2、3 缸的配电过程。这种点火配电方式与双缸同时点火配电方式相比，具有相同的特性，但对点火线圈要求较高，而且发动机的气缸数应是数字 4的倍数。
此外，DLI 系统同样可采用点火提前角自动控制方式，如图 3.29 所示。
图3.29 丰田汽车DLI系统电子控制系统框图
图中所示的是一种典型的双缸同时点火配电方式的 DLI 系统。ECU 的输入信号主要来自于进气歧管压力传感器、水温传感器、节气门位置传感器、空调开关信号、起动开关信号及曲轴位置传感器。其中，曲轴位置传感器分别输出 G 1、G 2和 Ne 信号。G 1与G 2用于提供各缸点火时刻基准及判缸信号，Ne 除了向控制系统提供用于计量的 1 o 曲轴转角信号外，还可提供发动机的转速信号。
3.3.2 典型 DLI 系统分析
图 3.30 中所示为日本丰田公司 1G-GZEU 型发动机采用的 DLI系统电路图，ECU 除向点火控制器输出点火信号 IG t外，还可同时输出气缸判别信号 Igd A、Igd B为点火控制器提供气缸的点火时序。
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图3.30 日本丰田公司1G-GZEU型发动机采用的DLI系统电路图
下面以此为例加以说明,
1．曲轴位置传感器信号
曲轴位置传感器由 G 1、G 2及 Ne 三个线圈组成(图 3.31)，用于判别气缸行程及检测曲轴转角的位置，以此确定点火提前角和导通角。
G1信号产生的原理与普通磁电式信号发生器的工作原理相同。因为 G 1传感器线圈对应的曲轴转角位置于第 6 缸压缩行程上止点附近，所以只要 G 1线圈信号波峰出现时，就表示第 6 缸处于压缩行程上止点附近，该信号主要用于点火时刻基准的确定。
由于 G 2线圈与 G 1线圈相位相差 360 o 的曲轴转角，因此当 G 2信号波峰出现时，即表示第 1 缸活塞处于压缩行程上止点的附近。其作用与 G 1信号相同。
Ne 信号传感器转子有 24 个齿，每转一转将产生 24 个脉冲信号，其周期长度为 15 o 分电器轴转角或30 o 发动机曲轴转角。为了保证点火精度，需将该脉冲信号整形，再通过电路将 24 个脉冲进行
720 个脉冲分频，即可产生 1 o 曲轴转角信号。该信号主要用于计量点火提前角和点火线圈的导通角。
2．ECU 输出信号
ECU 依据发动机转速、进气量、水温、起动开关等信息，精确计算点火提前角，并向点火控制器发出 Igd A、Igd B及IG t信号，如图 3.32 所示。
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图3.31 ECU的输出信号分析
其中，IG t为点火信号，用于各缸点火提前角的控制，而信号 Igd A和Igd B为判缸信号，其信号状态如表 3.2 所列。点火控制器可据此判定气缸的点火次序，依次完成对各点火线圈点火过程控制。
各点火线圈导通角控制由点火控制器中的导通角控制系统完成。
表 3.2 Igd A、Igd B信号状态
IgdA IgdB 结 果
1 缸、6 缸 0 1 点火
2 缸、5 缸 0 0 点火
3 缸、4 缸 1 0 点火
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其次，由于 EFI 系统中喷油器驱动信号也来自于曲轴位置传感器。若点火系出故障使火花塞不点火，而曲轴位置传感器工作正常，喷油器会照常喷油，因此会造成液态燃料进入气缸，导致发动机起动困难，或行车时三元催化反应器过热。为了避免这种现象发生，特设定当完成点火过程后，
点火控制模块应及时向 ECU 返回点火确认信号 IG f,若其 3～5个工作循环均无点火确认信号反馈时，
ECU 便以此判定点火系有故障，发出指令强行断油，使发动机熄火。
3.4 爆震控制
理论与实践均表明，发动机工作于微爆状态将获得最佳性能。但该状态极不稳定，其控制过程也必须是动态的。爆震控制系统的目的就是使发动机工作在轻微爆燃临界状态下。对于爆震控制而言，点火时刻控制具有关键作用。
3.4.1 爆震与点火时刻的关系
爆震的产生和发动机点火时刻密切相关，如点火时刻早，燃烧的最高压力会过高，爆震就容易发生，如图 3.32 所示。通常发动机发出最大转矩的点火时刻将处在产生爆震的点火时刻附近(MBT
曲线)。在传统的点火系统上，除了根据油料品质选择点火提前角外，并无其他爆震控制系统。点火时刻设定远离爆震界限，点火时刻滞后，导致发动机转矩和功率下降，燃料消耗增加．如图 3.33 所示。因此．在设置爆震传感器的点火系闭环控制系统中，可利用反馈控制把点火时刻控制在爆震界限点附近，即所谓“微爆”状态，有利于提高发动机各项性能。
图3.32 气缸压力与点火时刻关系
装有废气涡轮增压的发动机，由于与汽油混合的是绝热增压的空气，提高了进气行程终了时缸内的温度与压力，使发生爆震的几率增加，更需要采用闭环控制系统以抑制爆震的产生。有的控制
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系统中除了控制点火提前角外，还同时控制废气旁通阀的动作，从而更有效的抑制爆震的产生。
图3.33 爆震与点火时刻及发动机转矩的关系
3.4.2 爆震控制系统
安装在发动机缸体上的爆震传感器可感应出发动机不同频率范围内的振动。当发动机发生振动时，传感器可产生较大振幅的电压信号，如图 3.34 所示。
图3.34 爆震传感器的检测频率与输出电压
产生振动的发动机是否发生爆震，还必须利用 ECU 中的爆震信号识别系统进行判定，如图 3.35
所示。先用滤波电路将传感器输入的发动机振动信号进行过滤，只允许特定频率范围的振动信号通过滤波电路。再将滤波后信号的峰值电压与爆震强度基准值进行比较，若其值大于爆震强度基准值，
ECU 即可据此判定发动机处于爆震状态，如图 3.35 所示。
判定发动机存在爆震状态后，ECU 发出控制指令，点火系统执行机构以某一固定值(1.5 o～2 o 曲轴转角)逐渐减小点火提前角，直至爆震信号消除，且在一段时间内保持在最后点火提前角值不变。
此后若又有爆震发生，继续前一个控制过程；若爆震就此消除，则又开始以相同固定值逐渐增大点火提前角，一直到爆震重新产生，周而复始．使得发动机始终工作在“微爆”临界状态。其实际点火提前角控制过程如图 3.36 所示。
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图3.35 ECU中的爆震信号识别系统
图3.36 实际点火提前角控制过程
爆震强度通常是根据爆震信号超过基准值的次数来判定。其次数越多．爆震强度越大；次数越少，则爆震强度越小，如图 3.37 所示。
图3.37爆震强度的判定
1,爆震判断期间；2.爆震判断基准；3.爆震传感器输出信号；4.爆震强度判定曲线
值得注意的是：由于发动机运行时的振动频率繁杂而多变，为提高控制系统的可靠性，避免误操作，ECU 通常为控制系统设定控制范围：控制系统只有在发动机工作在易于产生爆震且能够进行识别的转速和负荷范围时，才允许对爆震信号进行识别并施行爆震控制。
当发动机的转速和负荷处于控制范围之外时，由于爆震趋势渐弱，此时点火控制系统处于开环
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控制状态；当发动机的转速和负荷处于控制范围之内时，ECU 将自动转入闭环控制模式。
爆震控制系统设置了一个安全电路，一旦发生线缆断裂、传感器失灵、检测电路发生故障等意外情况，安全电路将推迟点火时刻，并且接通仪表板警告灯，警示驾驶员发生了故障。
小 结
电子控制点火系统由于采用了先进的电子控制技术，废除了真空和离心式点火提前装置，可对点火提前角进行实时控制。它能根据转速、歧管真空度（即发动机负荷）,燃烧室的形状、发动机温度、空燃比、燃油品质、大气压力等影响发动机点火提前角的因素，在发动机工作过程中，调整点火提前角始终为最佳值。电子控制点火系统，最大限度地改善和提高了发动机的各项性能。
习 题
3.1 电子控制点火系统有哪些特点？
3.2 电子控制点火系统的主要传感器有哪些？各自的作用是什么？
3.3 无分电器点火系统的配电方式有哪些？
3.4 简述电子控制点火系统的组成及其作用？
3.5 简述电子控制点火系统的工作原理及控制过程？
3.6 叙述丰田汽车 TCCS 系统点火提前角的控制原理与过程？
3.7 叙述日产汽车 ECCS 系统点火提前角的控制原理与过程？
3.8 叙述爆震控制系统的工作过程？
第3章目录
第 3 章 点火系统的控制,..................................................................................................................................- 2 -
3.1 电子控制点火系统的组成与原理,.......................................................................................................,- 2 -
3.1.1 电子控制点火系统的特点,............................................................................................................- 2 -
3.1.2 电子控制点火系统的组成,............................................................................................................- 3 -
3.1.3 电子控制点火系统原理与控制过程,...........................................................................................- 12 -
3.2 点火提前角控制,.................................................................................................................................,- 13 -
3.2.1 丰田汽车 TCCS 系统点火提前角的控制,.....................................................................................- 14 -
3.2.2 日产公司 ECCS 系统点火提前角的控制,.....................................................................................- 17 -
3.3无分电器点火系统,...............................................................................................................................- 20 -
3.3.1 无分电器点火系统的配电方式,..................................................................................................- 20 -
3.3.2 典型 DLI 系统分析,.....................................................................................................................- 22 -
3.4 爆震控制,.............................................................................................................................................,- 25 -
3.4.1 爆震与点火时刻的关系,..............................................................................................................- 25 -
3.4.2 爆震控制系统,..............................................................................................................................- 26 -
小 结,.........................................................................................................................................................,- 28 -
习 题,.........................................................................................................................................................,- 28 -
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第 3 章 点火系统的控制
☆ 知识点
1．电子控制点火系统的特点
2．电子控制点火系统的组成和工作原理
3,电子控制点火系统在汽车上的应用
★ 要求
掌握,
1．电子控制点火系统的组成
2．电子控制点火系统的工作原理
了解,
1．电子控制点火系统的特点
2．丰田汽车电子控制点火系统的控制过程
3．日产汽车电子控制点火系统的控制过程
3.1 电子控制点火系统的组成与原理
3.1.1 电子控制点火系统的特点
普通电子点火系统相对于传统点火系来说，由于利用晶体管的开关特性控制点火线圈初级电路的导通与切断，取消了分电器内的断电器触点，增加了闭合角控制，动、静态控制等功能，使点火性能有了很大的提高。但普通电子点火系对点火提前角的调整，仍采用真空和离心式机械点火提前机构控制，其调整精度距离发动机最佳点火提前角的要求相差很远。真空和离心式点火提前角调整机构工作时,对点火提前角的调整量和发动机在转速与负荷变化时理想点火提前角的改变量如图3.1
所示。从图中可以看出，普通电子点火系统不能很好的满足发动机对最佳点火提前角的要求。
图3.1 发动机转速及进气歧管真空度对点火提前角的影响
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影响发动机点火提前角的因素除转速和歧管真空度（即发动机负荷）以外，还有燃烧室的形状、
发动机温度、空燃比、燃油品质、大气压力等。因此，在发动机工作过程中，调整点火提前角始终为最佳值，普通电子点火系是无法实现的。电子控制点火系统，废除了真空和离心式点火提前装置，
可对点火提前角进行实时控制，最大限度地改善和提高发动机的各项性能，其具体特点为,
1.在所有的工况及各种环境条件下，均可自动获得理想的点火提前角，从而使发动机动力性，
经济性、排放性及工作稳定性等方面均处于最佳。
2.在整个工作范围内，均可使点火能量保持恒定不变，提高了点火的可靠性，有效地减少能源消耗和废气的有害成分。
3.配合稀薄燃烧技术，在整个工作范围内提供所需恒定点火能量。
4.采用闭环反馈控制技术后，与燃料供给系统实行综合控制，可使点火提前角控制在刚好不发生爆震的临界状态，以此获得较高的燃烧效率，有利于发动机各种性能的提高。
值得指出的是：点火提前角的控制不能仅仅从点火系统或者发动机系统出发考虑，而是要求其能与其他系统很好的协调，提供一种动态的集中控制平台，以此追求系统最佳，即车辆整体的控制最佳。
3.1.2 电子控制点火系统的组成
电子控制点火系统主要由各种与点火相关的传感器,电控单元(ECU),执行器(电子点火控制器)、
点火线圈和火花塞组成。如图 3.2 所示。可分为有分电器和无分电器点火系统。无分电器点火系统又有同时点火方式和单独点火方式之分。下面就其主要组成部分的构造和工作原理分别进行讨论。
图3.2 电子控制点火系统的组成
1．传感器
传感器用来检测与点火有关的发动机工况信息，并将信息输入电控单元，作为运算和控制点火时刻的依据。目前各车型使用的传感器的结构、类型、数量和安装位置各不相同，但其作用大同小
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异，下面介绍几种电子控制点火系统的主要传感器。
（1）曲轴基准位置传感器(点火基准传感器)
此传感器可在曲轴转至某一特殊位置时，发出电信号，电控单元将这一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出任意时刻曲轴所处的位置。
曲轴转角及转速传感器和曲轴基准位置传感器是电子控制点火系统最基本的输入信号，常用的传感器有磁感应式、霍尔效应式和光电式；安装的位置有分电器内、飞轮壳上、曲轴前端、凸轮轴前后端等。
①磁脉冲式曲轴位置传感器
磁脉冲式曲轴位置传感器由定时转子、永久磁铁、耦合线圈等组成，工作原理如图 3.3所示。
图3.3 磁脉冲式曲轴位置传感器
a） 工作原理b）波形图
1.永久磁铁2.转子3.耦合线圈4.衔铁
永久磁体和耦合线圈固定在分电器底板上，信号转子装在分电器轴上，由分电器驱动。当曲轴传动分电器轴旋转时，由于转子正时齿相对线圈位置的变化，使线圈内的磁通变化，从而在线圈内产生感应电动势输出。转子外缘设有与气缸数相等且等距离分布齿，该齿即为正时齿。图 3.3 中转子有 4 个齿，分别对应四缸发动机的 4 个缸。由图 3.3 a 可见，信号转子上的凸齿接近铁心（定子）
时形成磁路并产生磁通，当信号转子离开铁心时，铁心和信号转子凸齿之间的气隙增大，磁阻也随之增大，使磁通量减少。绕在铁心上的耦合线圈因磁通量的变化而产生感应电动势，在凸齿接近或离开凸齿与铁心最近点的瞬间，磁通量变化最大，此时的感应电动势也最大。由图 3.3b 可以看出，
电压增长过程有一个正峰值，而衰减过程有一负峰值。由正脉冲转变为负脉冲的中点，感应电动势为零，这就可用作触发点火的信号。磁通量变化率取决于信号转子的转速，所以脉冲发生器输出电压可在 0.5V～100V 范围内变化。把上述输出信号经整形、放大并送功率开关电路，就可控制点火线
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圈原边电流的通断，从而在其付边产生高压并经火花塞放电点火。这个电压和脉冲频率的变化除用作点火信号外，还可用作转速等其他传感信号。气隙的大小影响磁路的磁阻，由此影响输出电压的高低。
以上介绍的是磁脉冲式曲轴位置传感器的基本原理。 在实际的发动机电子控制系统中,由于 ECU
的大容量信息处理能力，所以实际的磁脉冲式曲轴位置传感器较图 3.3 的复杂。如定时转子外缘的定时齿数较多，或增设轴向定时齿，耦合线圈也不止一个，其目的是为了提高检测的精度。如日产汽车公司（NISSAN）的磁脉冲传感器可以输出曲轴的 1°转角信号，因此控制系统可以根据发动机的各种运转条件，精确地调节点火提前角及喷油时刻，不但实现点火正时控制，还同时实现喷油正时控制使及发动机转速的检测。
②霍耳式曲轴位置传感器
霍耳式曲轴位置传感器结构如图 3.4 所示。
图3.4 霍尔式曲轴位置传感器结构
1.定时齿轮2.霍尔开关电路3.永久磁铁4.底板5.导线及接插件
霍耳式曲轴位置传感器由两个部件组成。一个部件是与分火头制成一体的定时转子即所谓的触发叶轮；另一个部件是霍耳信号发生器。
触发叶轮由导磁材料制成，其上的叶片数与发动机气缸数相同触发叶轮由分电器轴带动。
霍耳信号发生器由霍耳集成电路、永久磁铁等组成，两者之间留有一个空隙，以便叶轮的叶片能在隙内转动。
霍耳式曲轴位置传感器的工作原理如图 3.5 所示。
其工作原理如下,
触发叶轮由分电器轴带动旋转，每当叶片进入永久磁铁与霍耳集成电路之间的空气隙时，永久磁铁的磁场被叶片旁路，霍耳集成电路表面无磁场作用，它内部的霍耳元件不产生霍耳电动势。当叶片离开空气隙时，永久磁铁的磁场经导磁板、空气隙形成磁路并作用在霍耳集成电路上，其内部
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的霍耳元件产生霍耳电动势输出。这样，随着叶轮的旋转，每个叶片都会使霍耳集成电路产生脉冲输出。该脉冲或经电子点火组件控制点火或经 ECU 点火。
霍耳式曲轴位置传感器具有工作可靠、正时精度高，工作频带宽、耐高温、耐潮湿、耐油污等优点，因而被汽车生产厂商广泛采用。
图3.5 霍尔式曲轴位置传感器工作原理
a）触发叶片进人空气隙内b）触发叶片离开空气隙
l.触发叶片2.霍尔开关集成电路3.永久磁铁 4.底板5.导磁板
③光电式位置传感器
光电式位置传感器的结构如图 3.6 所示。光源为发光二极管，它以接近红外线的频率发出不可见光束，经过其半球形透镜的聚焦，使其在遮光点的宽度约为 1.25mm；光接收器是光敏三极管；遮光盘（信号转子叶片）上开有 4 个缺口（与 4缸汽油机相匹配） 。
图3.6 光电式位置传感器
a）结构b）工作原理
l.波形电路2.光敏晶体管3.发光二极管
4.分火头5.密封盖6.转盘
当遮光盘（叶片）随分电器轴（转子轴）旋转时，遮光片和缺口不断地经过光源与光接收器之间。当遮光片转至光源与接收器之间时，便把光源所发出的光束阻断，使其不能射入光敏三极管，
该三极管无电流通过而处于截止状态，于是光敏三极管（接收器）的输出端输出高电位；而当遮光
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盘上的缺口通过光源与光接收器中，发光二极管所发出的光束直接照射到光敏三极管上，使其有基极电流通过而处于导通状态，光接收器的输出端输出低电位。分电器旋转一周，输出与缺口数（或孔数）相等的 4 个电压脉冲信号，此电信号可供 ECU 判定曲轴位置或计算转速。
光电式曲轴位置传感器工作十分可靠，即使发光二极管（光源）的表面受到灰尘等污染时，也不会影响其正常工作。因为即使光电三极管（光接收器）只接收到 10％的光束时，也能处于饱和导通状态而输出低电位。光电式曲轴位置传感器输出信号呈方波，具有清晰、明快的特点。与磁电式相比，具有明显的优点，即没有时间上的滞后现象；不会引起点火提前离心调节特性曲线的畸变；
其输出信号不受汽油机转速的影响；能使点火正时长久不变等。
（2）曲轴转角和转速传感器
该传感器可将发动机曲轴转过的角度变换为电信号输入电控单元，电控单元通过这个信号计算出曲轴转过的角度，也可以通过此信号计算出曲轴的转速。
舌簧开关式转车速传感器的构造如图 3.7 所示。
图3.7 舌簧开关式转速传感器
l.磁铁2.舌簧开关3.转干
舌簧开关是在一个玻璃管内装有两个细长的触头构成的开关元件。其触头由磁性材料制成。当其附近有磁场作用时，其触头就会互相吸引而闭合或者互相排斥而断开。
舌簧式转速传感器一般安装在分电器内，永久磁铁与分电器轴连接，两个舌簧开关装在分电器壳体上。当分电器轴转动时，舌簧开关就会在转子永久磁铁作用下周期性地开关动作，分电器轴每转一周，两个舌簧开关各开闭 1 次，并以 180°的相位差输出 4 个脉冲给 ECU 进行计数及运算，就可以得到发动机转速。
除舌簧式转速传感器外，转速传感器还有磁脉冲式、光电式、霍耳式等。磁脉冲式（或光电式、
霍耳式等）转速传感器的结构、工作原理与磁脉冲式（或光电式、霍耳式等）曲轴位置传感器类似，
即将输出脉冲信号经 ECU 处理后，就可得到转速输出。这几种传感器的结构与工作电路等在相关章节中详细介绍。
（3）进气压力传感器
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在 D 形电控燃油喷射系统中，此传感器用来检测发动机的负荷，并将其转换为电信号输入电控单元，电控单元以此作为确定点火提前角的基本信号。
（4）空气流量传感器
在 L 形电控燃油喷射系统中，此传感器用来测量进入气缸的空气量，作为发动机的负荷信号，
同时也作为点火提前的基本信号。空气流量传感器的形式有翼片式、热线式、热膜式和卡尔曼涡旋式等各种形式。
（5）进气温度传感器
此传感器用来测量发动机的进气温度，电控单元可根据此信号对点火提前角进行修正。
（6）冷却水温传感器
该传感器将冷却水温信号输入电控单元，电控单元根据此信号对点火提前角进行修正，并控制起动和暖机期间的点火提前角。
（7）节气门位置传感器
此传感器将节气门的位置转变为电信号，电控单元通过这个信号来判定节气门所处的位置及发动机的工况，依此修正点火提前角。
（8）爆震传感器
爆震传感器用来检测发动机是否发生爆燃，如果发动机发生爆燃，电控单元将自动减小点火提前角。
爆震传感器安装在发动机气缸体上，检测发动机爆震状况。
爆震是指燃烧中本应逐渐燃烧的部分混合气突然自燃的现象。它通常发生在离火花塞较远区域的末端混合气中。当电火花跳火后，火焰开始传插，燃烧室内最后燃烧部分的示端气体受到已燃气体的压缩和热幅射，温度和压力不断升高，当末端混合气温度超过它的发火温度，即引起自燃，形成新的火焰核心，产生新的火焰传插。爆震能使发动机部件受高压，会使燃烧室和冷却系过热，严重的可使活塞顶部熔化，爆震还会使功率下降，燃油消耗率上升。
点火时间过早是产生爆震的一个主要原因，由于要求发动机能够发出最大功率，点火时刻应能提早到刚好不致于发生爆震的角度。但在这种情况下发动机的工况微有改变，就可能发生爆震。过去为避免这种危险，通常采用减小点火提前角的办法，但这样就要牺牲发动机的功率，为了不损失发动机的功率而又不产生爆震，就需要用爆震传感器来解决这一问题。
发动机爆震时产生的压力波，其频率范围约为 1～ 10kHz 压力波传给缸体，使其金属质点产生震动加速度。爆震传感器就是通过测量缸体表面的震动加速度来检测爆震压力的强弱。
传感器的敏感元件为一压电晶体，当晶体受到外部机械力作用时。晶体两个极面就会产生电压。
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用一螺钉将一个惯性配重压紧在压电晶体上而产生预负载。负载大小影响传感器的频率响应和线性度。当爆震压力波作用于传感器时，通过惯性配重使压电片的压缩状况发生变化，产生电动势。
爆震传感器有共振型和非共振型两种。共振型传感器是由与爆震几乎具有相同的共振频率的振子 (平衡配重 )和能够检测振子振动压力并将其转换成电信号的压电元件构成。 非共振型爆震传感器是用压电元件直接检测爆震信息。除此之外，还有在火花塞的垫圈部位装上压电元件，根据燃烧压力检测爆震信息。各种爆震传感器的结构如图 3.8 所示。当发生爆震时，燃烧期间输出波形的振幅将增大，把这期间的输出波形进行滤波处理，根据其值的大小判定是否有爆震。
图3.8 爆震传感器的种类
（a）非共振型（b）共振型（c）火花塞座金属垫型
1.插接器；2.平衡块；3.压电元件；4.外壳；5.安装螺纹；6.压电元件圆盘；7.火花塞；8.爆震传感器
（9)各种开关输入信号
1)起动开关信号：在起动机接通时，通知电控单元发动机处于起动状态，并以此控制起动时的点火提前角。
2)空调开关信号：发动机在怠速工况下使用空调时，电控单元在提高发动机转速的同时，也对点火提前角进行修正。
3)空档开关信号：在配置自动变速器的车辆上，此信号可以使电控单元获得变速器位于空档的信息，对点火提前角进行必要的修正。
以上这些传感器，一般都与电控燃油喷射系统的各传感器共用，确定最佳的供油量和最佳点火提前角。
2,电控单元(ECU)
电控单元(ECU—Electronic Control Unit)是发动机的一种电子综合控制装置。它的名字很不统一，不同的汽车生产厂家或者同一厂家不同年代的产品，其名称也不一样。如美国通用汽车公司，
称发动机电子控制器为 ECM(电子控制组件)；而福特汽车公司，最早称发动机电子控制器为 MCU(微处理机控制装置)，现在称为 EEC(发动机电子控制装置)。
发动机电控单元的作用是：根据电子控制器内储存的程序对发动机传感器输入的各种信息进行运算、处理、判断，然后输出指令，控制有关执行器动作，达到快速、准确、自动控制发动机的目
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的。应具备以下基本功能,
（1）接收传感器或其它装置输入的信息，给传感器提供参考(基准)电压（2V、5V、9V、12V） ；
将输入的信息转变为电控单元所能接收的信号。
（2）存储、计算、分析处理信息，计算输出值所用的程序，存储该车型的特点参数，存储运算中的数据和故障信息。
（3）根据信息参数求出执行命令数值，将输出的信息与标准值对比，查出故障。
（4）输出执行命令,把弱信号变为强的执行命令,输出故障信息。
（5）自我修正功能(自适应功能)。
在发动机控制系统中,电控单元(ECU)不仅用来控制燃油喷射系统,同时还具有点火提前角控制、
怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、自诊断、失效保护和备用控制系统等多项控制功能。
现代发动机电子控制单元的最基本构成参见第1章图1.59。 主要由微型电子计算机(简称微机)、
输入回路、A／D 转换器和输出回路等组成。输入回路的作用是将来自传感器的两种信号(模拟信号和数字信号)除去杂波并且把输入的正弦波信号转换成矩形波信号。 A／D 转换器(模拟／数字转换器)
的作用是将来自传感器的模拟信号转换成为数字信号。输出回路的作用是将电控单元发出的执行指令，转变成为控制信号来驱动执行器工作。
3．电子点火控制器
电子点火控制器的作用是按照电控单元提供的点火脉冲信号，定时接通和切断点火线圈的初级回路，从而在点火线圈次级绕组中产生出高电压(约 2 万伏左右)。电子点火控制器的基本组成如图
3.9 所示。主要由信号放大电路、整形电路、直流放大电路、开关电路和一些特殊功能电路等组成。
电子点火控制器内部组成电路的结构形式多种多样，但其控制原理基本相同。
图3.9 电子点火控制器的基本组成
电子点火控制器中的功率三极管与点火线圈的初级绕组串联。在发动机工作过程中，ECU 控制功率三极管的导通与截止。当电控单元发出点火指令后，立即切断功率三极管的基极电路，功率三极管由导通变为截止，切断点火线圈的初级电路，由于电磁感应原理，在次级绕组中感应出高电压。
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4．点火线圈
点火线圈实质上是一个车用升压变压器，主要由铁心(硅钢片叠加而成)、初级绕组（200～300
匝，导线直径为 0.6～0.8mm）,次级绕组(11 000～23 000 匝，导线直径为 0.06～0.10mm)和壳体等组成。
点火线圈有开磁路点火线圈和闭磁路点火线圈两种。传统点火系统通常采用开磁路点火线圈。
电子控制点火系统中一般多采用闭磁路点火线圈，结构如图 3.10 所示。它是在“曰”字形的铁心内绕有初、次级绕组，磁路的磁阻小，漏磁少，能量损失少，能量转换效率高。
图3.10闭磁路点火线圈的结构
1.“曰”字形铁心；2.接线柱；3.高压线插孔；4.初级绕组；5.次级绕组
无分电器点火系统中采用的是小型闭磁路点火线圈，每个点火线圈同时供两个火花塞点火，故又称其为双缸点火，结构如图 3.11示。但在有些无分电器点火系统中，也有每个点火线圈只供一个气缸点火的情况。
图3.11分电器点火系统闭磁路点火线圈的结构
1.次级线圈；2.初级线圈；3.铁心；4,外壳；5.低压接线柱；6.填充材料；
7.盖；8.高压引线；9,高压二极管
有些无分电器点火(DLI)系统的闭磁路点火线圈与上述闭磁路点火线圈有一些区别,有的同时点火 DLI 闭磁路点火线圈的初级绕组与次级绕组中间没有连接，分别各自独立；为了避免当电子点火控制器中的功率三极管导通时，点火线圈中产生的高压电(1 500v 左右)造成火花塞误跳火的现象发生，有些点火线圈在次级绕组中串联一个高压二极管。
5．火花塞
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火花塞的作用是将点火线圈产生的高压电引入发动机的燃烧室内,并在其两电极间产生电火花，
点燃混合气。火花塞的结构如图 3.12 示。
普通点火系统的火花塞电极间隙多为 0.6～0.8 mm，但电子控制点火系统中的电极间隙增大至
1.0～1.2 mm。
3.1.3 电子控制点火系统原理与控制过程
如图 3.13 所示，发动机运行时，电控单元（ECU）不断地采集发动机的转速、负荷、冷却水温度、进气温度等信号，并根据存储器 ROM 中存储的预编程序与有关数据，确定出该工况下最佳点火提前角和初级电路的最佳闭合角，并以此向电子点火控制器发出指令。
图3.12火花塞的结构
1.接线螺母；2.绝缘体；3.金属杆；4.内垫圈；5.壳体；6.导电玻璃；
7.密封垫圈；8.内电权；9.侧电极；10.中心电极
电子点火控制器根据 ECU 指令控制点火线圈初级回路的导通和截止。实现磁场与电场能量的转换、储存、释放与分配功能。迅速点燃气缸内的混合气，使发动机完成做功过程。
此外，在带有爆震传感器的点火提前角闭环控制系统中，ECU 还可根据爆震传感器的输入信号来判断发动机的爆震程度，并将点火提前角控制在发动机工作于“微爆”状态，以获得较高的燃烧效率。
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图3.13电子控制点火系统
1.传感器；2.电控单元；3.电子点火控制器；4.点火线圈
3.2 点火提前角控制
影响点火提前角的主要因素是发动机转速和负荷，但点火提前角的控制本身属于相当复杂的多元求解问题，人们普遍采用了实验法，通过大量的台架与道路试验，并对实验数据进行处理后，可获得发动机在不同转速、不同负荷时所对应的最佳点火提前角的点 (集 )，以此绘出点火提前角的三维控制模型图，如图 3.14(a)所示。再将其图转换成二维表，并将这些数据贮存在 ECU 的存储器中，见图 3.14(b)。
在发动机的实际运行中,ECU 根据各传感器输入的信息与存储器中的预存数据进行逐点对比，
再根据对比的结果从这张二维表中找出点火提前角的最佳值，然后再对点火系进行适时控制。
点火提前角控制系统因制造厂家开发点火装置的型号不同而各异，以下根据具有典型意义的实例来分析计算机点火提前角控制过程。
(a)点火特性三维曲面图 (b)点火特性二维表
图3.14 发动机点火最佳特性图与表
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3.2.1 丰田汽车 TCCS 系统点火提前角的控制
丰田汽车 TCCS 系统点火提前角的控制方法可以表示为,
实际点火提前角 = 初始点火提前角 +基本点火提前角 +修正点火提前角
式中各项所对应的实际内容如表 3.1 所列。但点火提前角的修正值因发动机而异，并根据不同的发动机控制系统特性进行修正。
表 3.1 点火提前角的控制
起动点火时间控制———固定点火提前角
基本点火提前角———由进气歧管压力和转速确定
暖机修正量
稳定怠速修正量
点火正时控制 起动后点火时间控制 空燃比反馈修正量
修正点火提前角 过热修正量
爆震修正量
最大提前/延迟角控制
其它修正量
1．初始点火提前角
当发动机结构和功率设定之后，即可根据发动机燃烧理论，以及台架试验数据处理的结果同时设定点火提前角的初始值，也称为固定点火提前角。对于丰田 IG— GEL 发动机而言，其值为上止点前 10
o
。此外，当下列之一情况出现时，实际点火提前角的控制亦为固定值,
(1)发动机起动时，由于转速变化大，无法正确计算点火提前角。
(2)发动机起动且转速稳定在 400r／ min 以下时。
(3)节气门位置传感器 T 端头短路或怠速触点闭合时，且车速为 2km／ h 时。
(4)发动机 ECU 内的后备系统工作时。
2．基本点火提前角
基本点火提前角以二维表的形式将储存在 CPU 中的 ROM 存储器中，又分为,
(1)怠速基本点火提前角
传感器有怠速信号输出时所对应的基本点火提前角。其值根据空调是否工作及怠速转速略有不同，如图 3.15 所示。若空调工作，发动机怠速的目标转速提高，可适当增加点火提前角，以利发动机稳定运转，相应的基本点火提前角定为 8o；空调不动作时怠速基本点火提前角则定为 4 o。由此可见，两种情况所对应的实际点火提前角分别为 18 o 和 14 o。
(2)正常行驶时的基本点火提前角
该值主要是依据发动机的转速和负荷 (用进气量表示 )而定。 ECU 根据传感器输出信号利用查表
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法从 ROM 存储器中找出基本点火提前角的最佳值即可，如图 3.16 所示。
图 3.15 怠速基本点火提前角
3．点火提前角的修正
通过上述方法得到初始点火提前角和基本点火提前角后，再通过修正方可得到最终实际控制的最佳点火提前角。点火提前角修正一般分为,
图 3.16 正常行驶时的基本点火提前角
(1)暖机修正
怠速工况时 ECU 根据冷却水温进行的点火提前角修正。图 3.17 所示为点火提前角暖机修正特性。当冷却水温较低时，混合气的燃烧速度较慢，应适当的增大点火提前角，以促使发动机尽快暖机。随着温度的升高点火提前角修正值应逐渐减小。
图 3.17 点火提前角暖机修正特性
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(2)怠速稳定修正
怠速时负载和环境的变化（如空调、动力转向等系统工作，环境温度、压力的变化等）会引起转速变化。 ECU 可根据转速差（实际转速—目标转速）动态地修正点火提前角，如图 3.18 所示。
若怠速转速低于目标转速时，控制系统将发出指令相应地增加点火提前角，以利于发动机稳定运转。
图 3.18 点火提前角的怠速稳定修正特性
(3)过热修正
传感器无怠速(IDL)信号输出即表明发动机处于正常运行工况，此时若冷却水温度过高，为了避免爆震，应适当的减小点火提前角。但当发动机处于怠速运行工况时，若冷却水温度过高，为了避免发动机过热，则应增加点火提前角。其过热修正特性如图 3.19 所示。
图3.19 点火提前角的过热修正
(4)空燃比反馈修正
当装有氧传感器的 EFI 系统进入闭环控制时，ECU 通常根据氧传感器反馈信号对空燃比进行修正。随着喷油量修正值的变化，发动机转速在一定范围内产生波动。为提高发动机运转的稳定性，
当反馈修正油量减少而导致混合气变稀时,点火提前角应适当地增加,而反之相反,如图 3.20 所示。
发动机在不同工况下的实际点火提前角，就是基本值与各项修正值之和。当发动机工作时，曲轴每旋转一圈，ECU 就会根据所获得的工况与环境信息及其变化确定点火提前角，并适时发出指令控制执行机构运行，对点火提前角进行动态控制调整。
当 ECU 给出的实际点火提前角超过允许范围时，发动机将难以运转。由于初始点火提前角已被
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固定，受 ECU 控制的部分只是各项修正值之和，且只能在某一允许范围之内变化。超过此范围时，
则 ECU 就按照预先设定的点火提前角最大或最小值进行控制。
图3.20点火提前角的空然比反馈修正
3.2.2 日产公司 ECCS 系统点火提前角的控制
日产公司的 ECCS 点火控制系统如图 3.21 所示，控制原理如图 3.22 所示。
发动机运转时，来自曲轴转角传感器的 1 o 和120 o 点火基准信号被输入到 ECU 中，以此设定一个比120 o 滞后 4 o 的点火时刻基准信号。由于 120 o 信号设定在各缸压缩行程前 70 o 处，因此实际的点火时刻基准设定在各缸压缩行程上止点的 66 o 处。
ECU 以点火时刻基准为依据，根据各传感器输入信号从 ECU 的 ROM 中查找出点火提前角和初级绕组闭合角的最佳值，并以此计算最佳 Z 值（Z = 66 o—最佳点火提前角） 。ECU 在接到点火时刻基准信号的同时，其计数器开始计数曲轴转角传感器的 1 o 信号。当计数值等于 Z 时，便立即向点火控制器发出点火指令，切断点火线圈的初级电流，是次级绕组产生高压，并在火花塞电极处产生击穿跳火。
图3.21 日本日产公司ECCS点火控制系统
此外，控制系统可根据最佳通电时间及发动机转速计算最佳闭合角θ，完成对点火线圈储能过程的控制，使点火能量保持恒定。实际上，在 ROM 中存放的初级线圈导通时间并不是常数，可根据蓄电池电压进行修正，如图 3.23 所示。
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图3.22 点火时刻的控制原理图
根据发动机工况变化，ECCS 系统主要分为三种不同的点火控制模式。
1．正常工况点火提前角控制
当 ECU 无怠速信号输入时，即执行正常工况点火提前角控制模式。其基本原理可表示为,
实际点火提前角 = 基本点火提前角 × 水温修正系数
基本点火提前角已被预先设定并预存储在 ECU 中，根据发动机实际转速和负荷便可从中查出各种工况所对应的最佳点火提前角，再根据各种工况与环境信息进行修正，图 3.24 所示为根据发动机水温进行的修正，便可得到适时条件下的最佳点火提前角。
图3.23 通电时间和蓄电池电压的关系
2．怠速点火提前角控制
当 ECU 接收到传感器怠速信号时，即进入怠速点火提前角控制模式。此时 ECU 主要是根据发动机转速和冷却水温度控制点火提前角，其特性如图 3.25 所示。
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图3.24 发动机水温修正系数
图3.25 怠速时点火提前角的控制特性
当怠速的转速低于 1000r／min 时，点火提前角设定为 15 o。高于该转速时则根据水温来控制点火时刻(图 3.25)：冷却水温低于 50℃，应按特性曲线。推迟点火时刻，以此加快发动机及催化反应器达到正常工作温度的速度，使运转稳定；冷却水温大于 50℃时，则应按特性曲线来加大点火提前角。
3．起动时点火提前角控制
起动时为使发动机尽快着火运转，应根据冷却水的温度选择最佳点火提前角，如图 3.26 所示。
从图中看出，当发动机在水温在 0℃及以上起动时，其点火提前角为设定 16 o。而当水温在 0℃
以下时，则应根据冷却水温度适当地增加点火提前角。
图3.26 发动机起动时的点火时刻控制
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当起动转速低于 100r／min 时，为了可靠点火，点火提前角应根据起动转速的下降而适当降低点火提前角，其点火提前角为,
点火提前角 = 平常起动时的点火提前角×
100
起动转速
3.3 无分电器点火系统
无分电器点火(DLI)系统是在计算机控制点火系统的基础上,将点火系中的分电器总成用电子控制装置取代，又称为直接点火装置。DLI 利用电子配电技术将点火线圈的次级绕组直接与火花塞相连，把点火线圈产生的高压电直接送给火花塞进行点火，由此实现了点火系全电子化的目标。
DLI 系统改变了传统的机械式分火方式，故可靠性高、无机械磨损、无需调整。DLI系统的高压可以不通过导线直接作用在火花塞上，线路接点少，可降低电波干扰及线路损耗，DLI 系统基本组成如图 3.27所示。
相对于传统的点火控制器而言，DLI 系统的点火控制器增设了电子配电功能，可根据发动机工作时序依次控制各个点火线圈的导通与截止，完成点火控制过程。
3.3.1 无分电器点火系统的配电方式
根据配电方式的不同，DLI 系统可分为单独点火的配电方式、双缸同时点火的配电方式及二极管配电点火方式三种类型，如图 3.28 所示。
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图3.27 DLI系统基本组成
l.火花塞；2.点火线圈；3.电子点火控制器；4.传感器；5.电控单元（ECU）
（a）单独点火 （b）双缸同时点火
（c）二极管配电点火
图3.28无分电器点火系统的配电方式示意图
1．单独点火配电方式
如图 3.28(a)所示，该方式可将点火线圈与火花塞安装为一体，在取消分电器的同时也取消了高压线，故电压分配性能好，能量损失最小，但其结构与点火控制电路最为复杂。
2．双缸同时点火配电方式
如图 3.28(b)所示，该方式采用两个火花塞共用一个点火线圈且同时点火，故只能用于缸数为双数的发动机。与单独点火配电方式比较，其结构和点火控制电路相对简单，仍保留了点火线圈与火花塞之间的高压线，因此能量损失较大。串联在高压回路中的二极管，可用来防止点火线圈在初级绕组导通瞬间所产生的次级电压(1000～2000V)加在火花塞上后发生的误点火。 目前这种点火方式应用较多。
此外，双缸同时点火配电方式要求共用一个点火线圈的两个气缸工作相位相差 360 o 曲轴转角，
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以确保点火线圈点火时，同时点火的两个气缸中，处于排气行程的气缸由于缸内气体的压力较小，
且缸内混合气又处于后燃期，易产生火花，故放电能量损失很少。而点火高压和点火能量的大部分被加在处于压缩行程的气缸的火花塞上，故该缸的火花状况与单独点火时的情况基本相同。
3．二极管配电点火方式
图 3.28（c）所示，该方式为四个气缸共用一个点火线圈，内装双初级绕组、双次级绕组的特制点火线圈，且利用四个二极管的单向导电特性交替的完成对 1、4 缸和 2、3 缸的配电过程。这种点火配电方式与双缸同时点火配电方式相比，具有相同的特性，但对点火线圈要求较高，而且发动机的气缸数应是数字 4的倍数。
此外，DLI 系统同样可采用点火提前角自动控制方式，如图 3.29 所示。
图3.29 丰田汽车DLI系统电子控制系统框图
图中所示的是一种典型的双缸同时点火配电方式的 DLI 系统。ECU 的输入信号主要来自于进气歧管压力传感器、水温传感器、节气门位置传感器、空调开关信号、起动开关信号及曲轴位置传感器。其中，曲轴位置传感器分别输出 G 1、G 2和 Ne 信号。G 1与G 2用于提供各缸点火时刻基准及判缸信号，Ne 除了向控制系统提供用于计量的 1 o 曲轴转角信号外，还可提供发动机的转速信号。
3.3.2 典型 DLI 系统分析
图 3.30 中所示为日本丰田公司 1G-GZEU 型发动机采用的 DLI系统电路图，ECU 除向点火控制器输出点火信号 IG t外，还可同时输出气缸判别信号 Igd A、Igd B为点火控制器提供气缸的点火时序。
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图3.30 日本丰田公司1G-GZEU型发动机采用的DLI系统电路图
下面以此为例加以说明,
1．曲轴位置传感器信号
曲轴位置传感器由 G 1、G 2及 Ne 三个线圈组成(图 3.31)，用于判别气缸行程及检测曲轴转角的位置，以此确定点火提前角和导通角。
G1信号产生的原理与普通磁电式信号发生器的工作原理相同。因为 G 1传感器线圈对应的曲轴转角位置于第 6 缸压缩行程上止点附近，所以只要 G 1线圈信号波峰出现时，就表示第 6 缸处于压缩行程上止点附近，该信号主要用于点火时刻基准的确定。
由于 G 2线圈与 G 1线圈相位相差 360 o 的曲轴转角，因此当 G 2信号波峰出现时，即表示第 1 缸活塞处于压缩行程上止点的附近。其作用与 G 1信号相同。
Ne 信号传感器转子有 24 个齿，每转一转将产生 24 个脉冲信号，其周期长度为 15 o 分电器轴转角或30 o 发动机曲轴转角。为了保证点火精度，需将该脉冲信号整形，再通过电路将 24 个脉冲进行
720 个脉冲分频，即可产生 1 o 曲轴转角信号。该信号主要用于计量点火提前角和点火线圈的导通角。
2．ECU 输出信号
ECU 依据发动机转速、进气量、水温、起动开关等信息，精确计算点火提前角，并向点火控制器发出 Igd A、Igd B及IG t信号，如图 3.32 所示。
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图3.31 ECU的输出信号分析
其中，IG t为点火信号，用于各缸点火提前角的控制，而信号 Igd A和Igd B为判缸信号，其信号状态如表 3.2 所列。点火控制器可据此判定气缸的点火次序，依次完成对各点火线圈点火过程控制。
各点火线圈导通角控制由点火控制器中的导通角控制系统完成。
表 3.2 Igd A、Igd B信号状态
IgdA IgdB 结 果
1 缸、6 缸 0 1 点火
2 缸、5 缸 0 0 点火
3 缸、4 缸 1 0 点火
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其次，由于 EFI 系统中喷油器驱动信号也来自于曲轴位置传感器。若点火系出故障使火花塞不点火，而曲轴位置传感器工作正常，喷油器会照常喷油，因此会造成液态燃料进入气缸，导致发动机起动困难，或行车时三元催化反应器过热。为了避免这种现象发生，特设定当完成点火过程后，
点火控制模块应及时向 ECU 返回点火确认信号 IG f,若其 3～5个工作循环均无点火确认信号反馈时，
ECU 便以此判定点火系有故障，发出指令强行断油，使发动机熄火。
3.4 爆震控制
理论与实践均表明，发动机工作于微爆状态将获得最佳性能。但该状态极不稳定，其控制过程也必须是动态的。爆震控制系统的目的就是使发动机工作在轻微爆燃临界状态下。对于爆震控制而言，点火时刻控制具有关键作用。
3.4.1 爆震与点火时刻的关系
爆震的产生和发动机点火时刻密切相关，如点火时刻早，燃烧的最高压力会过高，爆震就容易发生，如图 3.32 所示。通常发动机发出最大转矩的点火时刻将处在产生爆震的点火时刻附近(MBT
曲线)。在传统的点火系统上，除了根据油料品质选择点火提前角外，并无其他爆震控制系统。点火时刻设定远离爆震界限，点火时刻滞后，导致发动机转矩和功率下降，燃料消耗增加．如图 3.33 所示。因此．在设置爆震传感器的点火系闭环控制系统中，可利用反馈控制把点火时刻控制在爆震界限点附近，即所谓“微爆”状态，有利于提高发动机各项性能。
图3.32 气缸压力与点火时刻关系
装有废气涡轮增压的发动机，由于与汽油混合的是绝热增压的空气，提高了进气行程终了时缸内的温度与压力，使发生爆震的几率增加，更需要采用闭环控制系统以抑制爆震的产生。有的控制
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系统中除了控制点火提前角外，还同时控制废气旁通阀的动作，从而更有效的抑制爆震的产生。
图3.33 爆震与点火时刻及发动机转矩的关系
3.4.2 爆震控制系统
安装在发动机缸体上的爆震传感器可感应出发动机不同频率范围内的振动。当发动机发生振动时，传感器可产生较大振幅的电压信号，如图 3.34 所示。
图3.34 爆震传感器的检测频率与输出电压
产生振动的发动机是否发生爆震，还必须利用 ECU 中的爆震信号识别系统进行判定，如图 3.35
所示。先用滤波电路将传感器输入的发动机振动信号进行过滤，只允许特定频率范围的振动信号通过滤波电路。再将滤波后信号的峰值电压与爆震强度基准值进行比较，若其值大于爆震强度基准值，
ECU 即可据此判定发动机处于爆震状态，如图 3.35 所示。
判定发动机存在爆震状态后，ECU 发出控制指令，点火系统执行机构以某一固定值(1.5 o～2 o 曲轴转角)逐渐减小点火提前角，直至爆震信号消除，且在一段时间内保持在最后点火提前角值不变。
此后若又有爆震发生，继续前一个控制过程；若爆震就此消除，则又开始以相同固定值逐渐增大点火提前角，一直到爆震重新产生，周而复始．使得发动机始终工作在“微爆”临界状态。其实际点火提前角控制过程如图 3.36 所示。
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图3.35 ECU中的爆震信号识别系统
图3.36 实际点火提前角控制过程
爆震强度通常是根据爆震信号超过基准值的次数来判定。其次数越多．爆震强度越大；次数越少，则爆震强度越小，如图 3.37 所示。
图3.37爆震强度的判定
1,爆震判断期间；2.爆震判断基准；3.爆震传感器输出信号；4.爆震强度判定曲线
值得注意的是：由于发动机运行时的振动频率繁杂而多变，为提高控制系统的可靠性，避免误操作，ECU 通常为控制系统设定控制范围：控制系统只有在发动机工作在易于产生爆震且能够进行识别的转速和负荷范围时，才允许对爆震信号进行识别并施行爆震控制。
当发动机的转速和负荷处于控制范围之外时，由于爆震趋势渐弱，此时点火控制系统处于开环
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控制状态；当发动机的转速和负荷处于控制范围之内时，ECU 将自动转入闭环控制模式。
爆震控制系统设置了一个安全电路，一旦发生线缆断裂、传感器失灵、检测电路发生故障等意外情况，安全电路将推迟点火时刻，并且接通仪表板警告灯，警示驾驶员发生了故障。
小 结
电子控制点火系统由于采用了先进的电子控制技术，废除了真空和离心式点火提前装置，可对点火提前角进行实时控制。它能根据转速、歧管真空度（即发动机负荷）,燃烧室的形状、发动机温度、空燃比、燃油品质、大气压力等影响发动机点火提前角的因素，在发动机工作过程中，调整点火提前角始终为最佳值。电子控制点火系统，最大限度地改善和提高了发动机的各项性能。
习 题
3.1 电子控制点火系统有哪些特点？
3.2 电子控制点火系统的主要传感器有哪些？各自的作用是什么？
3.3 无分电器点火系统的配电方式有哪些？
3.4 简述电子控制点火系统的组成及其作用？
3.5 简述电子控制点火系统的工作原理及控制过程？
3.6 叙述丰田汽车 TCCS 系统点火提前角的控制原理与过程？
3.7 叙述日产汽车 ECCS 系统点火提前角的控制原理与过程？
3.8 叙述爆震控制系统的工作过程？
