esa（ESA：汽車電子術(shù)語）

簡介

由于點(diǎn)火線圈初級線圈的通斷工作由電子點(diǎn)火電路承擔(dān)，因此分電器已取消斷電器裝置，僅起到高壓電分配職能。

分來方式

1.雙缸點(diǎn)火方式

指兩個氣缸合用一個點(diǎn)火線圈，因此這種點(diǎn)火方式只能用于氣缸數(shù)目為偶數(shù)的發(fā)動機(jī)上。如果在4缸機(jī)上，當(dāng)兩個缸活塞同時接近上止點(diǎn)時（一個是壓縮另一個是排氣），兩個火花塞共同一個點(diǎn)火線圈且同時點(diǎn)火，這時候一個是有效點(diǎn)火另一個則是無效點(diǎn)火，前者處于高壓低溫的混合氣之中，后者處于低壓高溫的廢氣中，因此兩者的火花塞電極間的電阻完全不一樣，產(chǎn)生的能量也不一樣，導(dǎo)致有效點(diǎn)火的能量大得多，約占總能量的80%左右。

2.單獨(dú)點(diǎn)火方式

每一個氣缸分配一個點(diǎn)火線圈，點(diǎn)火線圈直接安裝在火花塞上的頂上，這樣還取消了高壓線。這種點(diǎn)火方式通過凸輪軸傳感器或通過監(jiān)測氣缸壓縮來實現(xiàn)精確點(diǎn)火，它適用于任何缸數(shù)的發(fā)動機(jī)，特別適合每缸4氣門的發(fā)動機(jī)使用。因為火花塞點(diǎn)火線圈組合可安裝在雙頂置凸輪軸（DOHC）的中間，充分利用了間隙空間。由于取消分電器和高壓線，能量傳導(dǎo)損失及漏電損失極小，沒有機(jī)械磨損，而且各缸的點(diǎn)火線圈和火花塞裝配在一起，外用金屬包裹，大幅減少了電磁干擾，可以保障發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的正常工作。

過程中發(fā)動機(jī)狀況隨時在變化，因此，點(diǎn)火時刻和點(diǎn)火能量等影響發(fā)動機(jī)的因素必須相應(yīng)地進(jìn)行實時調(diào)整和控制[1，2].傳統(tǒng)方法是由機(jī)械裝置或駕駛員來調(diào)整和控制的，如提前角；或不加以控制，如閉合角。隨著電子技術(shù)在汽車制造業(yè)中應(yīng)用水平的不斷提高，大大改善了汽車油耗、排污凈化和動力等性能。汽車點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了白金觸點(diǎn)、白金觸點(diǎn)加電子驅(qū)動和曲軸傳感加電子處理三個階段，并將沿著微處理機(jī)智能控制和無分電器電子控制方向發(fā)展.

原理

1.電火花的產(chǎn)生

我們知道物質(zhì)由分子組成，分子又由原子組成，原子由原子核（包括質(zhì)子和中子）和電子組成，電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在通常情況下，電子的負(fù)電荷和質(zhì)子的正電荷相等，兩者平衡使原子的總電荷量為零。在外界能量的作用下，原子外層的電子運(yùn)動的速度加快到一定程度時，就會逸出軌道與其他中性原子結(jié)合，這一原子“俘獲”電子之后負(fù)電荷量增加，呈現(xiàn)負(fù)極性，稱之為“負(fù)離子”。而失去電荷的原子負(fù)電荷量減少，呈現(xiàn)正極性，稱之為“正離子”。離子有規(guī)律的定向運(yùn)動便形成了電流。

根據(jù)上述理論，混合氣在進(jìn)入氣缸前 都會有微量分子游離成正離子和負(fù)離子。氣缸壓縮過程中，由于氣體受擠壓及摩擦也會產(chǎn)生更多的正離子和負(fù)離子。當(dāng)火花塞兩電極加有電壓時，離子便在電場力的作用下分別向兩極運(yùn)動，正離子向負(fù)極運(yùn)動、負(fù)離子向正極運(yùn)動形成了電流。但是在電場力較小時(電壓低)，原子中的電子運(yùn)動的速度低，不能擺脫原子核的引力逸出軌道，形成新的離子。所以，氣體中也只有原來存在的離子導(dǎo)電，由于他們的數(shù)量很微小，放電電流微弱，所為只存在理論導(dǎo)通，電路中相當(dāng)于串接了一個極大電阻R。

隨著電壓的增高，電場力增大，原子動能增大，大量原子擺脫原子核的引力逸出軌道，混合氣中產(chǎn)生了大量離子，同時正離子和負(fù)離子向兩極運(yùn)動的速度加快，正、負(fù)離子產(chǎn)生的動能輕而易舉便能將中性分子擊破，使中性子分離成正離子和負(fù)離子，這些新產(chǎn)生正、負(fù)離子在電場力的作用下，也以高速向兩極運(yùn)動，又去擊破其它中性分子，這樣的反應(yīng)連續(xù)發(fā)生象雪崩一樣，使氣體中向兩極運(yùn)動的正離子和負(fù)離子的數(shù)目劇增，從而使氣體失去絕緣性變?yōu)閷?dǎo)體(R変成較小阻值),形成放電電離通道，即擊穿跳火。其中由于正負(fù)離子高速運(yùn)動及摩擦碰撞形成的高溫?zé)霟犭婋x通道(幾千度)發(fā)光，于是我們就見到火花，同時，電離通道周圍氣體驟然受熱膨脹發(fā)出“啪啪”聲。

2.發(fā)動機(jī)的工作狀況對點(diǎn)火的影響

(1) 火花塞電極間隙越大，在同樣電壓下極間隙越大電場越弱，電場力越小，較難產(chǎn)生足夠的離子，故需較高的電壓才能跳火。影響擊穿電壓的因素還包括：火花塞電極的形狀、電壓的極性。

(2)氣紅內(nèi)的氣體密度大（混合氣濃），單位體積中氣體的中性分子數(shù)量越多，分子間距離越小，正離子或負(fù)離越容易與分子相撞，加速的距離短，速度不高動能小，難以擊破中性分子產(chǎn)生新的離子。故需較高的電壓才能跳火。同理，火花塞電極的溫度越高，電極間近旁的氣體密度越小，故需較低的電壓就能跳火。

(3) 混合氣度溫度越高，其分子內(nèi)能越大，就越容易電離，因此跳火電壓可降低；反之冷車啟動時，由于混合氣中離子運(yùn)動能力低，不易電離，就需要較高的跳火電壓。據(jù)測定，冷車啟動時，跳火電壓最高約為15kv-25 kv，溫度正常后，汽車則只需要8kv—12 kV的擊穿電壓。

3.發(fā)動機(jī)對點(diǎn)火系統(tǒng)的要求

能產(chǎn)生足以擊穿火花塞電極間隙的高壓電

火花塞電極間能產(chǎn)生火花時所需要的電壓，稱為擊穿電壓或稱為跳火電壓。正常情況下変壓器輸出高壓大于跳火電壓，反之失火。

能夠控制點(diǎn)火能量大小

A．要可靠點(diǎn)燃混合氣，火花塞必須具有足夠的點(diǎn)火能量。在發(fā)動機(jī)正常工作時，電火花只要有1～10mJ的能量即可。但是在起動時，為保證可靠點(diǎn)火，火花塞的點(diǎn)火能量可達(dá)到100mJ。

B．能根據(jù)發(fā)動機(jī)的各種工況對點(diǎn)火能量調(diào)整，即對高壓輸出晶體管導(dǎo)通時間(傳統(tǒng)機(jī)械式閉合角的控制)長短的控制，達(dá)到對高壓變壓器初級電流大小(能量大小)的控制。

點(diǎn)火時刻應(yīng)適應(yīng)發(fā)動機(jī)的各種工況

A.發(fā)動機(jī)不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷所要求的最佳點(diǎn)火提前角不同，點(diǎn)火系統(tǒng)必須能自動調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角。發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火提前角表示式：

實際點(diǎn)火提前角=初始點(diǎn)火提前角+基本點(diǎn)火提前角+修正點(diǎn)火提前角（或延遲角）。

B.這種數(shù)字式電子點(diǎn)火系統(tǒng)還能將點(diǎn)火時間智能控制在臨爆點(diǎn)或微爆點(diǎn)范圍，使汽油機(jī)在功率、經(jīng)濟(jì)性、加速性和排放控制方面達(dá)到最優(yōu)。

系統(tǒng)組成

數(shù)字式電子點(diǎn)火系統(tǒng)是在使用無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火裝置之后的汽油機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的又一大進(jìn)展，稱為微型電子計算機(jī)控制半導(dǎo)體點(diǎn)火系統(tǒng)。

點(diǎn)火系統(tǒng)的分類：

1.電感蓄能式點(diǎn)火系

點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生高壓前以點(diǎn)火線圈建立磁場能量的方式儲存點(diǎn)火能量。目前汽車使用的絕大部分點(diǎn)火系統(tǒng)為電感儲能式。(重點(diǎn)分析介紹)

2.電容儲能式點(diǎn)火系

點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生高壓前，先從電源獲取能量以蓄能電容建立電場能量的方式儲存點(diǎn)火能量。多應(yīng)用于高轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)上，如賽車。

工作原理是把較低電源電壓變換成較高直流電壓(500V-1000V)對電容充電蓄能，點(diǎn)火時刻通過電

容放電使變壓器產(chǎn)生高壓。特點(diǎn)是電容充放電周期快，高壓跳火火花持續(xù)期短(約1微秒)且電流大，

不存左火花尾。ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)工況在一個點(diǎn)火周期內(nèi)進(jìn)行1-3次點(diǎn)火。

電感蓄能式點(diǎn)火系統(tǒng)主要有微型電子計算機(jī)(ECU)、各種傳感器、高壓輸出部分(功率管、變壓器、高壓線、火花塞)三大部分組成。

存在問題

1.白金觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)

早期汽車都采用白金觸點(diǎn)方式，這種點(diǎn)火系統(tǒng)我國目前還有大量汽車在使用。白金觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、更換方便，但存在較多問題。沒有點(diǎn)火能量調(diào)節(jié)裝置，存在高速失火和低速點(diǎn)火線圈過熱問題；真空和離心點(diǎn)火提前角機(jī)械調(diào)整裝置，反應(yīng)速度慢、控制精度低；初級電流不能太大(≤4A)，否則會燒蝕白金觸點(diǎn)，同時觸點(diǎn)反應(yīng)慢，影響了次級點(diǎn)火電壓的提升(≤15kV).以上問題導(dǎo)致汽油燃燒不充分，引發(fā)低溫啟動困難、排污大、輸出動力小、油耗大和怠速偏高等一系列問題。另一方面，觸點(diǎn)容易燒蝕，需要駕駛員經(jīng)常維護(hù)和更換；分電器凸輪磨損嚴(yán)重，工作壽命受到限制。基于此，顯見白金觸點(diǎn)式點(diǎn)火這種機(jī)械裝置已不能適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)動機(jī)向高速、大動力化發(fā)展和汽車排污凈化嚴(yán)格的要求.

2.白金觸點(diǎn)加電子驅(qū)動式點(diǎn)火系統(tǒng)

該系統(tǒng)是基于白金觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)的上述諸多缺陷而提出的，是最早機(jī)電相結(jié)合的典型代表之一，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。這種系統(tǒng)保留了原分電器中的白金觸點(diǎn)，但增加了包含大功率開關(guān)晶體三極管在內(nèi)的電子驅(qū)動電路。該系統(tǒng)曾在蘇聯(lián)伏爾加等轎車上使用過，其優(yōu)點(diǎn)是：通過線圈初級的電流被晶體三極管放大了，這樣當(dāng)三極管截止時，初級繞組的斷開電流大、相應(yīng)次級繞的電壓提高了；通過白金觸點(diǎn)的電流明顯減小(約為初級的1/10～1/20)，因而消除了觸點(diǎn)嚴(yán)重?zé)g現(xiàn)象，延長了觸點(diǎn)的使用壽命；安裝時無需對原車點(diǎn)火系統(tǒng)作重大改動，且成本低。問題是：仍然采用離心和真空點(diǎn)火提前角調(diào)整裝置；沒有點(diǎn)火能量調(diào)節(jié)功能；機(jī)械觸點(diǎn)還存在著.

3.曲軸傳感加電子處理式點(diǎn)火系統(tǒng)

該系統(tǒng)因不用白金觸點(diǎn)裝置而不存在機(jī)械觸點(diǎn)，故又稱無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)，其構(gòu)成框圖如圖3所示。系統(tǒng)根據(jù)采用的曲軸傳感器類型不同而又分為磁電式(如解放CA1092)、光電式(如蘇聯(lián)伏爾加гA3-21)、霍爾式(如桑塔納)和電磁振蕩式(如神龍*富康)[3].電子處理部分主要由脈沖信號處理、初級線圈電流控制、穩(wěn)壓電路、開關(guān)晶體管輸出驅(qū)動電路和過壓、反接、停車斷電(磁電式除外)等保護(hù)電路組成.

該系統(tǒng)除了點(diǎn)火提前角還不能實現(xiàn)準(zhǔn)確控制之外，基本上克服了觸點(diǎn)式的諸多缺陷。如：無觸點(diǎn)、無機(jī)械磨損，工作壽命長。點(diǎn)火線圈初級電路的通斷響應(yīng)快，再加上初級電流可達(dá)6A，以在次級激發(fā)出較高的點(diǎn)火電壓(≥30kV).若采用低阻點(diǎn)火線圈，則為所謂高能無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)，點(diǎn)火能量可高達(dá)100mJ.致使燃油燃燒比較充分，提高了輸出動力，降低了油耗和排放污染；能夠根據(jù)轉(zhuǎn)速和低值采樣電阻實現(xiàn)閉合角控制，避免了高速失火和低速點(diǎn)火線圈過熱現(xiàn)象。

發(fā)展方向

微處理機(jī)智能控制點(diǎn)火系統(tǒng)

上述點(diǎn)火系統(tǒng)均采用離心提前與真空提前點(diǎn)火機(jī)構(gòu)，點(diǎn)火正時不夠理想。一方面，機(jī)械裝置反應(yīng)慢，實時性差、精度低；另一方面，點(diǎn)火提前角不僅與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載有關(guān)，而且與其它因素有關(guān)，如：汽油的抗爆性能、混合氣的空燃比、發(fā)動機(jī)工作溫度和進(jìn)氣終了的壓力等。隨著微處理機(jī)技術(shù)的發(fā)展，汽車上開始應(yīng)用微處理機(jī)控制點(diǎn)火。該系統(tǒng)在高能無觸點(diǎn)點(diǎn)火系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用微處理機(jī)來控制點(diǎn)火提前角和閉合角，使發(fā)動機(jī)處于最佳點(diǎn)火狀態(tài)，從而大大改善了排放污染和油耗等指標(biāo)。微處理機(jī)控制點(diǎn)火仍采用分電器，但在系統(tǒng)中，分電器只起到高壓電的分配作用，取消了離心提前和真空提前機(jī)械機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示.

現(xiàn)在研究者的思路是：微處理機(jī)根據(jù)曲軸位置傳感器提供的位置信號，判斷出發(fā)動機(jī)各缸的活塞上止點(diǎn)位置，并由這些脈沖信號計算出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速值，再通過燃油噴射系統(tǒng)的節(jié)氣門位置傳感器或空氣流量傳感器確定出負(fù)載大小。根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷大小，微處理機(jī)從存儲單元中查出此工況的點(diǎn)火提前角和初級導(dǎo)通時間，根據(jù)這些數(shù)據(jù)對點(diǎn)火進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)點(diǎn)火系統(tǒng)的精確控制[1].

導(dǎo)通時間的確定由微處理機(jī)從導(dǎo)通時間與電源電壓關(guān)系曲線中查得，再根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速算成曲軸轉(zhuǎn)角，以決定線圈中電流的大小。為了防止初級電流過大損壞點(diǎn)火線圈，在點(diǎn)火控制電路中增加恒流控制。點(diǎn)火提前角θ的控制分為定值控制、修正值控制。定值控制發(fā)生在：對于一些參數(shù)變化較大的工況或是由于系統(tǒng)故障而起用備用系統(tǒng)時，由于微處理機(jī)很難得到準(zhǔn)備的輸入數(shù)據(jù)，也就無法計算和確定控制參數(shù)的數(shù)值。修正值控制方法為:

θ=θ0+θb+θm

原始點(diǎn)火提前角θ0為一固定值，在發(fā)動機(jī)一生產(chǎn)出來之后便有的，任何工況此提前角保持恒定；基本點(diǎn)火提前角θb為存儲在微處理機(jī)的存儲器中的試驗數(shù)值，只與發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷有關(guān)；修正點(diǎn)火提前角θm為對發(fā)動機(jī)冷卻水溫度、爆震等其它因素的修正值。目前，實際上只考慮了發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載兩個主要因素，同時由試驗獲得數(shù)據(jù)先存于存儲器內(nèi)，在實際使用中由查表得到。由上述分析可知，點(diǎn)火提前角θ是個多參數(shù)函數(shù)，即：

θ=f(x，y，z，…)

式中:x為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，y為發(fā)動機(jī)負(fù)載，z為發(fā)動機(jī)爆震，…，至今還沒有人找出θ的函數(shù)解析式。顯然，由試驗加查表方法實現(xiàn)多參數(shù)控制存在諸多問題，如無法獲得完備的先驗數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)量極大；查表困難等。顯然今后的研究方向是：如何獲得θ的近似解析式；研制具有自學(xué)能力的專家系統(tǒng)；系統(tǒng)抗電磁干擾問題，此點(diǎn)容易被人忽略.

無分電器電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)

在微處理機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)中的分電器只起到高壓電的分配作用，因此人們?nèi)找?a class="dict" href="/azgame/ren2746728.html">希望完全取消分電器。無分電器電子控制點(diǎn)火系統(tǒng)，是在微處理機(jī)控制點(diǎn)火基礎(chǔ)上進(jìn)行的。最簡單的辦法是每個汽缸配置一個點(diǎn)火線圈。另一辦法，也是目前較常用的辦法是每對汽缸配置一個點(diǎn)火線圈，汽缸組合的原則是：兩個汽缸的活塞運(yùn)動位置為同一曲軸轉(zhuǎn)角，而作功間隔為360°.這樣可保證每次只有一個汽缸處于點(diǎn)火上止點(diǎn)，而另一個為排氣上止點(diǎn)。發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)過一周后，兩缸的工作行程正好相反。在無分電器系統(tǒng)中需要采用專門的小型閉磁路點(diǎn)火線圈，次級線圈的兩端分別與兩個火花塞相聯(lián)接。同時需要獲得活塞上止點(diǎn)位置信號和增加汽缸辯別電路[4].結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示.

與微處理機(jī)控制點(diǎn)火系統(tǒng)相比，無分電器系統(tǒng)沒有分電器，它直接把點(diǎn)火線圈的高壓送到火花塞進(jìn)行點(diǎn)火，因此減少了分電器分火頭與旁電極這一中間跳火間隙的能量損耗，以及由此產(chǎn)生的電磁波對無線電的干擾。在這里也必須解決點(diǎn)火提前角θ等問題.

專家建議

1)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越高，最佳點(diǎn)火提前角也越大.

2)如果產(chǎn)生爆震，說明點(diǎn)火提前角過大.

3)當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不變時，隨著負(fù)荷的增大，最佳點(diǎn)火提前角逐漸減小.

4)點(diǎn)火能量越大，發(fā)動機(jī)的各方面性能均可以得到提高和改善.

5)磁電式傳感器結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，但其磁路材料關(guān)于可靠性方面有待于進(jìn)一步深入研究；霍爾式傳感器存在溫漂現(xiàn)象和價格偏高等問題.

6)進(jìn)一步研究最佳點(diǎn)火提前角θ的近似解析式的求解問題.

7)進(jìn)一步研究具有自學(xué)能力的點(diǎn)火專家系統(tǒng).

8)進(jìn)一步研究點(diǎn)火系統(tǒng)的抗電磁干擾問題.