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發(fā)動機(jī)正常運轉(zhuǎn)時，點火子系統(tǒng)ECU的隨機(jī)存儲器(RAM)輸入各傳感器發(fā)送來的發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)工況信號，同時根據(jù)凸輪軸位置傳感器判定哪一個氣缸活塞將到達(dá)壓縮沖程上止點，隨即根據(jù)曲軸位置傳感器的曲軸轉(zhuǎn)角信號控制點火提前角。由發(fā)動機(jī)的工況，在只讀存儲器(ROM)內(nèi)查詢該工況下的最佳點火角度。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)角到達(dá)最佳點火角度時，ECU立即向電子點火組件發(fā)出點火指令，功率三極管接通隨即截止，使點火線圈感生高壓電流，擊穿火花塞電極發(fā)出電火花，根據(jù)發(fā)動機(jī)點火順序依次點燃各缸混合氣。
發(fā)動機(jī)起動、怠速運轉(zhuǎn)、打開或關(guān)閉車內(nèi)空調(diào)時的點火時刻控制，有專門的控制程序和控制方式。
微機(jī)控制分電器電子點火系統(tǒng)有4種類型，即微機(jī)控制電子點火組件再由電子點火組件控制點火線圈，微機(jī)直接控制點火線圈(如桑塔納2000AFE轎車的發(fā)動機(jī))，功率晶體管外接方式和分電器模塊方式(將點火線圈和點火電子組件裝在分電器內(nèi)，如廣州本田汽車發(fā)動機(jī))。4種類型結(jié)構(gòu)設(shè)計思路不同，但本質(zhì)上沒有太大區(qū)別。
1．豐田皇冠3.0轎車L2JZ-GE發(fā)動機(jī)的分電器電子點火系統(tǒng)
豐田皇冠3.0轎車L2JZ-GE發(fā)動機(jī)的點火系統(tǒng)屬于有分電器的、微機(jī)控制電子點火組件再由電子點火組件控制點火線圈的類型，圖4-5是點火系統(tǒng)原理圖。其工作過程是，發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的曲軸轉(zhuǎn)角傳感器將曲軸轉(zhuǎn)角信號Ne、2個凸輪軸位置傳感器將凸輪軸位置信號G1和G2，進(jìn)氣壓力傳感器將進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸的進(jìn)氣壓力信號、節(jié)氣門位置傳感器將節(jié)氣門開度信號和水溫傳感器將冷卻液溫度等信號傳遞到點火子系統(tǒng)ECU，ECU據(jù)此發(fā)出點火指令信號IGT給電子點火組件。電子點火組件內(nèi)有一個大功率晶體管，該功率管用來控制點火線圈初級電路的通和斷。火花塞點火完成后，將點火完成的IGF信號反饋回點火子系統(tǒng)微機(jī)ECU，再指令發(fā)動機(jī)供油系統(tǒng)ECU確定是否提供噴油脈沖。
2．福特天霸2.3L轎車發(fā)動機(jī)(1993年)的分電器電子點火系統(tǒng)
福特天霸2.3L轎車發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)也屬于有分電器的、微機(jī)控制電子點火組件再由電子點火組件控制點火線圈的類型，圖4-6是點火系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)工作過程與皇冠3.0轎車L2JZ-GE發(fā)動機(jī)的點火系統(tǒng)完全相同，只是結(jié)構(gòu)上稍有區(qū)別，其電子點火組件裝在分電器殼體上。但這種安裝會因發(fā)動機(jī)運行使電子點火組件受熱出現(xiàn)誤動作，為此，有的福特汽車將電子點火組件單獨安裝在駕駛室內(nèi)的前壁上。
在圖4-6中，電子點火組件2中的l～6接點輸出的信號分別如下。
(1) 點火脈沖信號PIP(Profile Ignition Pickup，齒形點火波)，它是分電器內(nèi)的霍爾傳感器產(chǎn)生的曲軸位置和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，由電子點火組件將信號傳送到點火子系統(tǒng)微機(jī)ECU。微機(jī)ECU據(jù)此并結(jié)合汽車發(fā)動機(jī)其他傳感器發(fā)來的信號，向點火系統(tǒng)發(fā)出點火指令并調(diào)整點火提前角。
(2) 點火信號輸出Spout(Spark out，發(fā)出火花)，它是點火子系統(tǒng)微機(jī)ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)工況，用Spout信號來控制點火提前角，再經(jīng)由電子點火組件來控制點火線圈的功率晶體管。如果切斷Spout信號，發(fā)動機(jī)即以不受微機(jī)ECU控制的基本點火提前角來進(jìn)行點火。
(3) 起動信號ST(Start，起動)，該起動信號從點火開關(guān)3獲得，并按發(fā)動機(jī)起動工況給出點火提前角。1～3接點的信號輸出順序是，ST→PIP→Spout。
(4) 點火電源信號SW(Switch，電源開關(guān))。打開點火開關(guān)3，蓄電池電源接通，點火電子組件2準(zhǔn)備點火。再轉(zhuǎn)動點火開關(guān)3，開始點火起動發(fā)動機(jī)。
(5) 點火線圈信號Coil，即點火線圈負(fù)極接電子點火組件功率晶體管的集電極。當(dāng)功率晶體管被點火信號觸發(fā)導(dǎo)通，則點火線圈初級通電蓄磁。當(dāng)功率晶體管被點火信號觸發(fā)截止，點火線圈次級感生高壓電使火花塞發(fā)生高壓火花，點燃相應(yīng)氣缸內(nèi)的可燃混合氣。
(6) 搭鐵信號G(Ground，接地)，即電子點火系統(tǒng)負(fù)極接地。
3．韓國索納塔(SONATA)轎車發(fā)動機(jī)的分電器電子點火系統(tǒng)
韓國索納塔3.0轎車發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)和三菱戈藍(lán)轎車屬于功率晶體管外接方式類型，圖4-7是其點火系統(tǒng)原理圖。電子點火組件的功率晶體管安裝在點火子系統(tǒng)ECU的外部，易于維修更換。這種系統(tǒng)的控制原理同前，這里不再贅述。
4．豐田雷克薩斯IS400轎車的IUZ-FE發(fā)動機(jī)的分電器電子點火系統(tǒng)
豐田雷克薩斯LS400轎車的IUZ-FE發(fā)動機(jī)為V型8缸、雙頂置凸輪軸發(fā)動機(jī)，其點火順序為1-8-4-3-6-5-7-2。發(fā)動機(jī)采用ESA電子點火提前控制系統(tǒng)，它由點火子系統(tǒng)ECU、點火線圈、電子點火組件、分電器、點火繼電器、火花塞、曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器等零部件組成。為保證各缸火花塞具有足夠的點火能量，點火系統(tǒng)采用左右兩套獨立的點火裝置，點火系統(tǒng)在汽車上的安裝位置見圖4-8。
 IUZ-FE發(fā)動機(jī)的分電器電子點火系統(tǒng)框圖見圖4-9，控制電路原理圖見圖4-10。點火子系統(tǒng)ECU的ROM內(nèi)預(yù)先存儲有各種發(fā)動機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速下的點火正時等信息，發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時，通過各傳感器如節(jié)氣門位置傳感器、水溫傳感器、凸輪軸位置傳感器、曲軸傳感器和蓄電池電壓等信號將發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)工況傳送到ECU。ECU經(jīng)運算處理后，得出該工況下理想的點火提前角，并在理想點火提前角之前的某一曲軸轉(zhuǎn)角處導(dǎo)通三極管T1，于是向電子點火組件輸出一高電平點火信號，即IGT信號為“1”。電子點火組件控制電路根據(jù)此時發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速、蓄電池電壓和上一次點火發(fā)生時的點火正時，將三極管T2導(dǎo)通，點火線圈初級繞組獲得衡流電流，即初級繞組內(nèi)電流通過時間不會隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化而變化。該衡流電流的獲得用電子點火組件的設(shè)計來保證。若發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高，T2導(dǎo)通時間長一點，閉合角大一點。反之，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低，T2導(dǎo)通時間短一點，閉合角小一點，從而保證發(fā)動機(jī)在高、低速運轉(zhuǎn)時的點火能量基本不變。曲軸轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)到點火正時，ECU立即指令三極管T1截止，即IGT信號由“l”變“0”。同時，電子點火組件將三極管T2截止，切斷點火線圈初級電流，于是點火線圈次級繞組感生出點火高壓，擊穿火花塞電極，發(fā)生相應(yīng)氣缸內(nèi)混合氣的點火過程。點火線圈初級電流切斷時會產(chǎn)生反電動勢，該反電動勢通過電子點火組件，向點火子系統(tǒng)ECU發(fā)送回一個點火已經(jīng)發(fā)生的確認(rèn)信號IGF(IGF信號為高電平“1”)。若點火子系統(tǒng)ECU連續(xù)3～5次接收不到點火已發(fā)生的IGF確認(rèn)信號，ECU會判定出點火系統(tǒng)出現(xiàn)故障，于是向發(fā)動機(jī)供油系統(tǒng)發(fā)出停止燃油供給的指令，將發(fā)動機(jī)停止下來。
控制電路的保護(hù)功能有過電流和過電壓保護(hù)。當(dāng)T2導(dǎo)通時間過長，T2和點火線圈初級通電時間超過預(yù)定值時，鎖止保護(hù)電路使T2截止，切斷初級電流。當(dāng)供電電壓過高時，過電壓保護(hù)也使T2截止。發(fā)動機(jī)缸內(nèi)爆震發(fā)生之前，點火子系統(tǒng)ECU在點火正時基礎(chǔ)上，自動增加點火提前角，使缸內(nèi)燃?xì)鈮毫Φ竭_(dá)爆震臨界值或發(fā)生輕微爆震。一旦爆震傳感器檢測到氣缸內(nèi)爆震強(qiáng)度超過限度時，ECU立即指令大幅度地減小點火提前角，以控制強(qiáng)爆震發(fā)生。然后ECU又慢慢地增大點火提前角，使點火時刻始終保持在爆震臨界值或輕微爆震處，從而達(dá)到提高發(fā)動機(jī)輸出功率和降低發(fā)動機(jī)燃油消耗的目的。發(fā)動機(jī)起動和怠速運轉(zhuǎn)工況時，爆震抑制系統(tǒng)不工作，點火提前角被固定為某一確定值。
其他如紅旗轎車發(fā)動機(jī)、高爾夫1.6L轎車發(fā)動機(jī)等也采用的是分電器電子點火系統(tǒng)，即用點火子系統(tǒng)ECU控制電子點火組件再由電子點火組件控制點火線圈的系統(tǒng)。
4.2 無分電器點火系統(tǒng)
無分電器點火系統(tǒng)中去掉了傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的分電器，故沒有旋轉(zhuǎn)元件產(chǎn)生的機(jī)械摩擦，高壓線數(shù)量少而且短，故抗無線電干擾能力更強(qiáng)。
1．桑塔納2000時代超人轎車AJR發(fā)動機(jī)的無分電器電子點火系統(tǒng)
AJR發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)每2個氣缸共用一個點火線圈，圖4-11是雙火花塞點火線圈電路，
圖4-12是點火系統(tǒng)原理圖。
在圖4-11中，點火線圈次級高壓線圈兩端各連接一個分屬于不同氣缸的火花塞，點火發(fā)生時，兩火花塞同時串聯(lián)點火。此時，由于一個氣缸處于壓縮行程的接近上止點位置，因此一個火花塞產(chǎn)生強(qiáng)烈的擊穿混合氣火花來點燃混合氣，使發(fā)動機(jī)向外做功。而另一個氣缸處于排氣行程的接近上止點之前，缸內(nèi)是已燃燒氣體和少量未燃燒完全的混合氣，且正在排出氣缸，因此另一個火花塞產(chǎn)生的火花既不能點燃?xì)堄鄰U氣，也不能點燃尚未經(jīng)過壓縮，被殘余廢氣沖淡的進(jìn)入氣缸的新鮮混合氣(由于氣門重疊，此時該缸的進(jìn)氣門已打開)。同樣道理，當(dāng)發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)到另一時刻，則兩火花塞的點火作用正好反過來。
在圖4-12中，點火子系統(tǒng)ECU直接發(fā)出控制信號給電子點火組件3的功率晶體管，并各由一個功率晶體管控制一個點火線圈對2個氣缸點火。為保證點火正時，這種系統(tǒng)必須要有曲軸位置傳感器發(fā)來的曲軸轉(zhuǎn)角(CA)和上止點(TDC)信號。觸發(fā)信號由霍爾傳感器獲得，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號由電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器獲得，點火子系統(tǒng)ECU再結(jié)合發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)其他傳感器發(fā)來的信號，最終確定每缸的點火正時。
2．奧迪200轎車的無分電器電子點火系統(tǒng)
奧迪200轎車的點火系統(tǒng)零部件組成見圖4-13，其點火線圈的輸出高壓通過高壓線連接在火花塞上，也是2個氣缸共用一個點火線圈。發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時，點火子系統(tǒng)ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)各種傳感器發(fā)送來的發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)工況和曲軸、凸輪軸位置信號等，計算確定點火正時和點火線圈初級通電時間，指令點火系統(tǒng)進(jìn)行點火。點火線圈次級輸出高壓電通過高壓線直接送到各缸火花塞，擊穿火花塞電極產(chǎn)生點火火花。
如是每個缸一個點火線圈的單獨點火方式，則每個點火線圈通過高壓線配備一個火花塞，如奧迪100轎車的5缸發(fā)動機(jī)。
其他如富康轎車發(fā)動機(jī)、捷達(dá)轎車的五氣門發(fā)動機(jī)、奧迪A6轎車的6缸發(fā)動機(jī)、上海別克轎車發(fā)動機(jī)等的點火系統(tǒng)也是無分電器電子點火系統(tǒng)。
4.3 直接點火系統(tǒng)
直接點火系統(tǒng)是指在每個氣缸的火花塞上直接配用一個點火線圈，每缸自行點火的點火系統(tǒng)，這種系統(tǒng)沒有高壓線來連接點火線圈與火花塞。
尼桑陽光(Sunny)轎車發(fā)動機(jī)的直接點火系統(tǒng)的控制原理與兩氣缸共用一個點火線圈的無分電器電子點火系統(tǒng)相同，但—個氣缸用—個點火線圈，圖4-14是其點火系統(tǒng)原理圖。每個點火線圈由電子點火組件的—個功率晶體管控制，故發(fā)動機(jī)有幾個缸就有幾條從點火子系統(tǒng)ECU來的控制線。其點火提前角的確定，必須要有曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器送來的兩個信號。
其他如奧迪A6轎車的4缸發(fā)動機(jī)、尼桑風(fēng)度轎車發(fā)動機(jī)的點火系統(tǒng)也采用的是直接點火系統(tǒng)。
無分電器電子點火系統(tǒng)和直接點火系統(tǒng)由于取消了分電器，既無分火頭和旁電極間的跳火問題，在沒有高壓線的系統(tǒng)中，還避免了電子干擾和減小了點火能量的損失。發(fā)動機(jī)機(jī)艙內(nèi)也因不提供分電器安裝空間而使轎車發(fā)動機(jī)更便于布置。采用每個缸一個點火線圈的單獨點火方式，點火線圈初級充電時間短，非常適合于高轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)，比如當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到9000r／min時，仍能提供足夠的高壓點火能量。
4.4 點火系統(tǒng)零部件
1．分電器
由于采用點火子系統(tǒng)ECU控制點火正時，故傳統(tǒng)分電器的真空點火提前裝置和離心點火提前裝置都被取消，且沒有低壓線，分電器只起配電器作用，結(jié)構(gòu)十分簡單。裝置了霍爾傳感器的分電器結(jié)構(gòu)見圖4-15。
在分電器內(nèi)裝置的霍爾傳感器的信號用來確定發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，即把每一個脈沖的下沿作為每一缸測量和控制的時間標(biāo)準(zhǔn)，ECU根據(jù)各下沿之間的時間差，就能計算出發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速。還可以用此傳感器的信號來確定每一缸的點火正時，即分電器每轉(zhuǎn)一圈，發(fā)出4個脈沖，其中一個脈沖的占空比明顯不同于其他3個，由此就可以標(biāo)示第一缸上止點的位置。圖4-16是有分電器點火系統(tǒng)的分電器，即保留了傳統(tǒng)分電器的部件，霍爾傳感器安裝在分電器內(nèi)。圖4-17是霍爾傳感器的構(gòu)造，圖4-18是其工作原理?；魻栐?/span>4在外加電壓2下，有電流沿7方向流過。當(dāng)遮板(參看圖4-17的轉(zhuǎn)子5)8沒有在霍爾元件和永久磁鐵1之間時，磁力線6到達(dá)霍爾元件表面并穿過它。磁力線切割外加電壓產(chǎn)生的電流，在霍爾元件內(nèi)產(chǎn)生與外加電流垂直的電流，從而產(chǎn)生接觸面5方向的霍爾電壓3。當(dāng)遮板置于永久磁鐵和霍爾元件之間時，磁力線被切斷，霍爾元件上不產(chǎn)生霍爾電壓，霍爾元件內(nèi)維持外加電流。如果遮板反復(fù)遮斷磁力線和讓開磁力線，則霍爾元件就會產(chǎn)生脈沖霍爾電壓。
2．凸輪軸位置傳感器
凸輪軸位置傳感器的功用是產(chǎn)生第一缸上止點信號，用以確定曲軸基準(zhǔn)位置和火基準(zhǔn)。電磁感應(yīng)式的凸輪軸位置傳感器的信號產(chǎn)生于只有一個齒的轉(zhuǎn)子，信號發(fā)生器是感應(yīng)線圈。轉(zhuǎn)子安裝在凸輪軸上，當(dāng)?shù)谝桓谆钊\動到上止點時，轉(zhuǎn)子上輪齒正好轉(zhuǎn)動到與感應(yīng)線圈間距離最小的位置。發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時，凸輪軸帶動信號轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。凸輪軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(對四沖程發(fā)動機(jī)而言，曲軸轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn))，每當(dāng)轉(zhuǎn)子上的凸齒經(jīng)過感應(yīng)線圈，凸齒與感應(yīng)線圈間的距離為最小時，于是瞬間在線圈與輪齒間形成較強(qiáng)的磁通，同時在感應(yīng)線圈中感生電動勢信號，第一缸上止點的信號被送入點火子系統(tǒng)ECU中，作為ECU調(diào)整點火提前角的依據(jù)。其他氣缸則根據(jù)點火順序和點火間隔，在第一缸上止點的基礎(chǔ)上來確定上止點。
桑塔納GSi轎車發(fā)動機(jī)的凸輪軸位置傳感器是霍爾式的，霍爾傳感器安裝在凸輪軸上，見圖4-19。ECU根據(jù)霍爾傳感器送來的上止點信號和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的點火時間信號，就能判定該缸的點火正時?；魻杺鞲衅飨喈?dāng)于一個電子開關(guān)，其隔板上有一個霍爾窗口，曲軸每轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)(四沖程發(fā)動機(jī)的凸輪軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn))，霍爾傳感器就產(chǎn)生一個霍爾電壓信號。
3．曲軸位置傳感器
曲軸位置傳感器用來提供曲軸轉(zhuǎn)速信號和曲軸轉(zhuǎn)角信號。曲軸轉(zhuǎn)速信號是計算點火提前角的基礎(chǔ)，曲軸轉(zhuǎn)角信號是控制每缸具體點火提前角的基礎(chǔ)，再加上凸輪軸的位置信號，使點火系統(tǒng)得以正常工作。
曲軸位置傳感器有光電式、磁電式和霍爾式3種類型。
圖4-20(b)是裝置在分電器內(nèi)的光電式曲軸位置傳感器，它由帶光孔的信號盤和信號發(fā)生器兩部分構(gòu)成。圖4-20(a)是信號盤結(jié)構(gòu)，該信號盤最外圈是間隔1°的360條透光縫隙。內(nèi)圈等分間隔60°的透光縫隙，其中較大透光孔對應(yīng)的是發(fā)動機(jī)第一缸上止點，其他缸上止點以此為基準(zhǔn)，按點火正時順延推算出。對四沖程發(fā)動機(jī)而言，每個外圈縫隙間隔產(chǎn)生1°曲軸轉(zhuǎn)角信號，每個內(nèi)圈間隔產(chǎn)生60°曲軸轉(zhuǎn)角信號。
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