如点火提前角过大,大部分混合气在压缩过程中燃烧,活塞所消耗的压缩功增加,缸内最高压力升高,末端混合气自燃所需的时间缩短,爆燃倾向增大;过小(点火过迟),燃烧延长到膨胀过程,燃烧最高压力和温度降低,传热损失增多,排气温度升高,功率、热效率降低,但爆燃倾向减小,NO排放降低。
点火提前角的控制可分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制的基本点火提前角是靠预先在台架上用实验方法测得的数据来确定的。这些数据存人ECU的只读存储器ROM中,工作时,ECU根据发动机的工来选择调取。
发动机工作时,发动机转速、节气门开度、进气流量等基本参数通过相应的传感器检测出来,并输人ECU,由ECU从其只读存储器ROM中查找相应的基本点火提前角(或由经验式计算得出),再根据冷却液温度、进气温度等参数,对查找出的(或计算出的)基本点火提前角进行修正,得到适应当前工况的最佳点火提前角,并存人随机存储器RAM中,然后利用发动机转速(或转角)信号和曲轴位置信号,将最佳点火提前角转换成点火时刻,即初级线圈电流的切断时刻;ECU还要根据电源电压、发动机转速等信号,从其只读存储器ROM中选取并换算成适应当前工况的初级线圈电流导通时间。由 ECU以方波的形式发出指令,指挥点火控制器或功率三极管,在所确定的时刻导通和切断点火线圈中的初级线圈电流,使点火系统正常工作。
由于开环控制方式所确定的点火时刻比传统的机械式点火正时调节装置所确定的点火时刻更接近于理想状态,因而发动机的动力性有不同程度的提高,经济性也可以提高3%~5%。但是,传感器工作状态的改变会引起开环控制精度的改变,而且ECU中所存数据无法适应发动机本身制造精度、磨损状况、使用条件等变化而引起的最佳点火提前角的变化。随着使用时间的增加,ECU所存数据也会逐渐不能适应发动机对最佳点火提前角的要求,造成发动机性能逐渐下降,以至ECU控制点火正时的优势逐渐减退。为解决上述问题,一些汽车公司正致力于开发具有自学习(或称自适应)功能的智能型 ECU的工作。ECU能够根据发动机本身制造精度、磨损状况、使用条件等,对其存储器中的数据进行自动调整,从而使发动机始终处于最佳点火提前角的状态下工作。
闭环控制方式是根据发动机实际运行结果的反馈信息来控制点火提前角的,所以闭环控制又称为反馈控制。通常,闭环控制方式是利用爆震传感器反馈爆震信号来控制点火提前角的,有关内容在本章第三节中介绍。目前广泛应用的电控点火系统,是在开环控制方式的基础上再配以闭环控制方式的混合控制方式。
(一)点火提前角及其影响因素
影响点火提前角的因素较为复杂,在电控点火系统中,一般点火提前角有几部分组成,即实际点火提前角一初始点火提前角十基本点火提前角十修正点火提前角(或延迟角)。
初始点火提前角是ECU根据发动机上止点位置确定的固定点火时刻,其大小随发动机而异。基本点火提前角是ECU根据发动机转速信号和进气歧管压力信号(或进气量信号),在存储器中查到这一工况下运转时相应的点火提前角。修正点火提前角(或延迟角)是ECU根据各种传感器传来的信号,对点火提前角进行修正,使控制更加准确。
1.最佳点火提前角
最佳的点火时刻对发动机的动力性能、燃油消耗和排气净化等产生直接影响,因此必须进行控制。混合气在气缸内燃烧须占用一定的时间,所以混合气不应在压缩行程上止点处才开始点燃,而应适当提前,以致使活塞到达上止点时,混合气已得到充分燃烧,从而使发动机获得较大功率。点火时刻是指从火花塞发出电火花开始到活塞到达压缩上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度,点火时刻的控制一般用点火提前角(ESA,ElectronicSparkAdvance) 或点火 正时 (EST,ElectronicSparkTiming)来表示
2.影响点火提前角的因素
不同发动机的最佳点火提前角各不相同,同一发动机在不同工况和使用条件下的最佳点火提前角也不相同。影响最佳点火提前角的因素有以下几个。
(1)发动机转速。发动机转速对点火提前角的影响:发动机转速升高,点火提前角应该增大。在普通EFI系统中,由于采用的是机械式离心调节器,所以调节曲线与理想调节曲线相差较大。当采用ESA时,可以使发动机的实际点火提前角接近与理想的点火提前角。
不在非电子控制点火系统中,采用的是机械式离心提前调节器,调节曲线与理想点火调节曲线相差较大。当采用ESA控制系统时,可以使发动机的实际点火提前角接近于理想的点火提前角。
(2)进气歧管绝对压力对点火提前角的影响。当管路压力高(真空度小,负荷大),要求点火提前角小;反之,管路压力低(真空度高,负荷小)时,要求点火提前角大。在普通EFI系统中,由于采用真空调节器所以调节曲线与理想曲线相差很大。当采用ESA控制系统时,可以使发动机的实际点火提前角接近于理想的200V点火提前角。
当发动机的负荷增加时,由于节流损失减小,吸人缸内的混合气量增多,压缩终了时的压力及温度增高,致使燃烧速率加快,因此发动机的最佳点火提前角应随负荷增加而减小。
(3)其他因素。最佳点火提前角除了与发动机的转速和进气压力(负荷)有关之外,还与发动机燃烧室形状、燃烧室内温度、空燃比、燃油品种、大气压力、冷却水温度等因素有关。在非电子控制点火系统中,当上述因素变化时,系统无法对点火提前角进行调整。当采用ESA系统时,发动机在各种工况和运行条件下,都可能提供理想的点火提前角,因此发动机的动力性、经济性和排放性都可以达到最佳。
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