第壹節 發動機點火控制系統
壹、點火控制系統的發展
點火系統最基本的原理是通過斷電開關控制點火線圈壹次電流的大小和斷電時間，從而控制點火的能量和時刻，保證發動機汽缸內的混合氣徹底燃燒。
在傳統的化油器式汽油機中，點火控制系統經過了傳統式（觸點式）向無觸點式發展的過程。在這壹過程中，系統的分電器仍壹直采用機械式離心和真空提前機構來控制發動機的點火提前角。
隨著EFI系統的出現和發展，點火控制系統開始采用電控點火裝置（ESA）。它可以使發動機在任何工況下均處於最佳點火提前狀態，並實現3方面的功能：通電時間控制，點火提前角控制和爆震控制。
二、電子點火控制系統
現代點火控制系統都是計算機控制的電子控制系統。它可以分為兩大類，壹類是有分電器的，壹類是沒有分電器的。但是它們的主要組成及控制原理是相同的。
組成：
（1） 點火器：包括點火控制電路等、閉合角控制電路、點火器信號電路、功率晶體管及其驅動電路等。
（2） 點火線圈及分電器 點火線圈采用壹次線圈電阻值很小的高能點火線圈。在有分電器的系統中，各汽缸***用壹個點火線圈；在無分電器的系統中，將氣缸分組，每組***用壹個點火線圈，或者是每個氣缸獨立用壹個線圈。
電子點火控制系統的組成如圖
（1） ECU的輸入信號
ECU的輸入信號，除了節氣門位置傳感器、輸入信號，除了節氣門位置傳感器、空氣流量計、水溫傳感器等送來的信號外，還有曲軸位置傳感器送來的以下信號：
1） G信號
所謂G信號，即上止點參考位置信號。它的周期對應的曲軸轉角等於發動機各缸工作間隔所對應的曲軸轉角（四缸發動機為180度，六缸發動機為120度），G信號的相位所對應的曲軸位置與各組活塞的上止點位置有壹定的角度，壹般為上止點前10度。
根據G信號，ECU可能準確地計算出曲軸每轉1度及壹周所用時間和發動機轉速。由轉速和其它傳感器輸入的參數，ECU可查表得到點火提前角和點火線圈通電時間。根據計算的1度信號所用時間，可計算出G信號後點火器的通電和斷電時刻，最後輸出點火控制信號。
在無分電器的點火控制系統中，有的將上止點位置G信號分為G1和G2，兩信號相隔180度（曲軸轉角360度）。在豐田皇冠汽車無分電器點火控制系統中，G1設定在第六缸上止點附近，G2設定在第壹缸上止點附近。
2） Ne信號。
所謂Ne信號，即發動機曲軸轉速信號。
Ne信號的每壹個脈沖，表示發動機曲軸轉過壹個固定的角度。壹般的系統中，Ne信號周期為轉軸轉過30度所對應的時間，在較精密的系統中，Ne信號周期為曲軸轉過1度所對應的時間。
（2） ECU的輸出信號
1） 點火控制信號IGt
IGt實際上就是點火器中功率晶體管的通斷控制信號。它是ECU輸出到點火組件的點火命令信號，也是點火組件計算閉合角的基準信號。IGt信號輸出後，在活塞位置達到存儲器所記憶的最佳點火時間時，IGt信號消失，也就是發出了點火指令。
2） 辨缸信號IGdA、IGdB
曲軸每轉壹周將產生多個G信號，而每個G信號與點火氣缸的對應關系應該是確定不變的。在有分電器的系統中，由於點火氣缸是由分火頭的指向決定的，所以不會出現問題。但是在無分電器的系統中，僅有G信號不能決定具體的點火氣缸，所以ECU輸出信號中增加了辨缸信號IGd，以便與G信號壹同決定需要點火的氣缸。在無分電器同時點火方式中，又把IGd分為IGdA和IGdB。
3、無分電器點火控制系統 （DIL）
無分電器點火控制系統是壹種全電子化的點火系統。
優點：（1）由於沒有機械傳動，減少了分火頭與旁電極這壹中間跳火間隙的能量損耗和幹擾；
（2）由於無分電器，也使發動機各部件的布置更容易、更合理。
分類：（1）每缸壹個點火線圈的獨立點火方式；
（2）兩個活塞位置同步缸（兩個缸的活塞同時到達上止點位置，但壹個缸為壓縮行程的上止點，另壹個缸為排氣行程的上止點）***用壹個點火線圈的同時點火方式。
1） 無分電器同時點火方式
1、6缸，2、5缸及3、4缸分別為同步缸，兩同步缸***用壹個線圈，其方法是兩同步缸的火花塞與***用的點火線圈二次線圈串聯。當點火線圈壹次線圈斷電時，壹個氣缸處於壓縮行程的上止點，所以為有效點火；而另壹個氣缸處於排氣行程的上止點，為無效點火。由於處於排氣行程中氣缸內的壓力很低，加之廢氣中導電離子較多，其火花塞很容易被高壓擊穿，消耗的能量非常少，不會對壓縮行程氣缸點火產生影響。
2） 無分電器獨立點火方式控制系統
由於每缸都有獨立的點火線圈，所以即使發動機的轉速高達9000r/min，線圈也有較長的通電時間（大的閉合角），可以提供足夠高的點火能量。與分電器系統相比，在相同的轉速和相同點火能量下，單位時間內點火線圈的電流要小的多，因此，線圈不宜發熱而體積又可以非常小巧，壹般是將點火線圈壓裝在火花塞上，這種點火方式控制系統特別適合於多氣門發動機。
三、最佳點火提前角及影響點火提前角的因素
1、最佳點火提前角
定義：能保證發動機的動力性、經濟性和排放都達到最佳值的點火提前角稱為最佳點火提前角。
壹般來說，混合氣在氣缸內燃燒時，其最高燃燒壓力（也可以說是發動機的最大輸出功率）出現在曲軸轉角的上止點後10度左右。如圖3-4，圖中曲線A是氣缸內不燃燒的壓力波形，它是以上止點（TDC）為中心的左右對稱波形。曲線B、C、D分別表示點火時刻在上止點第10度以前，10度左右和10度以後三種點火提前角時的燃燒壓力波形。由圖可知，Ⅱ時刻點火可以獲得最佳的燃燒壓力（作功也是最多的，作功的多少可以看陰影部分所示）且無爆震發生；而在Ⅰ時刻點火，雖然燃燒壓力最高，但有爆震發生（曲軸B上部的的鋸齒波形）。可見，最佳點火提前角在上止點前10度左右。但最佳點火提前角也不是壹成不變的。
2、影響點火提前角的因素
1） 發動機轉速對點火提前角的影響
如圖3-5知，發動機轉速升高，點火提前角應該增大。在普通EFI系統中，由於采用的是機械式離心調節器，所以調節曲線與理想點火調節曲線相差較大。當采用ESA時，可以使發動機的實際點火提前角接近與理想的點火提前角。
2） 進氣歧管絕對壓力對點火提前角的影響
如圖3-6知，當管路壓力高（真空度小，負荷大），要求點火提前角小；反之，管路壓力低（真空度高，負荷小）時，要求點火提前角大。在普通EFI系統中，由於采用真空調節器，所以調節曲線與理想曲線相差較大。當采用ESA控制系統時，可以使發動機的實際點火提前角接近於理想的點火提前角。
3） 辛烷值對點火提前角的影響
發動機在壹定條件下，會出現爆震現象。爆震使發動機動力下降、油耗增加、發動機過熱，對發動機極為有害。發動機的爆震與汽油品質有密切關系，常用辛烷值來表示汽油的抗爆性能。汽油的辛烷值越高，抗爆性越好，點火提前角可以加大；反之，汽油的辛烷值越低，抗爆性越差，點火提前角應減少。在無電控的普通點火系統中，是靠人工分電器初始位置進行調節來實現的。在EFI中，為了適應不同辛烷值的汽油的需要，，在實際運用時，可以根據不同的汽油品種進行選擇。在出廠時，壹般開關設定在無鉛汽油的位置上。
3、點火提前角的控制方式
在ESA控制系統中，根據有關傳感器送來的信號，ECU計算出最佳點火時刻，輸出點火正時信號（IGt），控制點火器點火。在發動機起動時，不經ECU計算，點火時刻直接由傳感器信號控制壹個固定的初始點火提前角。當發動機轉速超過壹定值時，自動轉換為由ECU的點火正時信號IGt控制。
1．初始點火提前角
為了確定點火正時，ECU根據上止點位置確定點火的時刻。在有些發動機中，ECU把G1或G2信號後第壹個Ne信號過零點定為壓縮行程上止點前10度，ECU計算點火正時時，就把這壹點作為參考點。這個角度就稱作初始點火提前角，其大小隨發動機而異。
2．點火提前角的計算
發動機工作時，ECU根據進氣歧管壓力（或進氣量）和發動機轉速，從存儲器存儲的數據中找到相應的基本點火提前角，再根據有關傳感器信號值加以修正，得出實際點火提前角。
實際點火提前角=初始點火提前角個基本點火提前角十修正點火提前角（或延遲角）
3．點火提前角的控制
點火提前角的控制包括兩種基本情況：①起動期間的點火時間控制：發動機在起動時，在固定的曲軸轉角位置點火，與發動機的工況無關。②起動後發動機正常運行期間的點火時間控制：點火時間由進氣歧管壓力信號（或進氣量信號）和發動機轉速確定的基本點火提前角和修正量決定。
修正項目隨發動機而異，並根據發動機各自的特性曲線進行修正。
四、爆震控制
爆震是汽油機運行中最有害的壹種故障現象。發動機工作如果持續產生爆震，火花塞電極或者是活塞就可能產生過熱、熔損等現象，造成嚴重故障，因此必須防止爆震的產生。
爆震與點火時刻有密切關系，同時還與汽油的辛烷值有關。
在傳統的點火系統和無爆震控制的點火系統中，為防止爆震的發生，其點火時刻的設定往往遠離爆震邊緣。這樣勢必就會降低發動機效率，增加燃油消耗。而具有爆震控制的點火系統，點火時刻到爆震邊緣只留壹個較小的余量，或者說，就在爆震界面上工作，這樣即控制了爆震的發生，又能更有效地得到發動機的輸出功率。
1、爆震控制系統
組成：感器和ECU兩大部分。
從硬件上看，爆震控制系統實際上就是加了爆震傳感器的點火控制系統。
2、爆震控制方法
工作原理：爆震傳感器安裝在發動機的缸體上，利用壓電晶體的壓電效應，把缸體的振動轉換成電信號輸入ECU，ECU把爆震傳感器輸出的信號進行濾波處理，同時判定有無爆震以及爆震強度的強弱，進而推遲點火時間。當ECU有爆震信號輸入時，點火控制系統采用閉環控制方式，爆震強，推遲點火角度大；爆震弱，推遲點火角度小，並在原點火提前角的基礎上推遲點火提前角，直到爆震消失為止，當爆震消失後，在壹段時間內維持當前的點火時間角。如果沒有爆震發生，則逐步增加點火提前角壹直到爆震發生，當發動機再次出現爆震時ECU又使點火提前角再次推遲，調整過程如此反復進行