esa（ESA：汽車電子術語）

簡介

由于點火線圈初級線圈的通斷工作由電子點火電路承擔，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.雙缸點火方式

指兩個氣缸合用一個點火線圈，因此這種點火方式只能用于氣缸數目為偶數的發(fā)動機上。如果在4缸機上，當兩個缸活塞同時接近上止點時（一個是壓縮另一個是排氣），兩個火花塞共同一個點火線圈且同時點火，這時候一個是有效點火另一個則是無效點火，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，產生的能量也不一樣，導致有效點火的能量大得多，約占總能量的80%左右。

2.單獨點火方式

每一個氣缸分配一個點火線圈，點火線圈直接安裝在火花塞上的頂上，這樣還取消了高壓線。這種點火方式通過凸輪軸傳感器或通過監(jiān)測氣缸壓縮來實現精確點火，它適用于任何缸數的發(fā)動機，特別適合每缸4氣門的發(fā)動機使用。因為火花塞點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，能量傳導損失及漏電損失極小，沒有機械磨損，而且各缸的點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)動機電控系統(tǒng)的正常工作。

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

原理

1.電火花的產生

我們知道物質由分子組成，分子又由原子組成，原子由原子核（包括質子和中子）和電子組成，電子圍繞原子核旋轉運動。在通常情況下，電子的負電荷和質子的正電荷相等，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合，這一原子“俘獲”電子之后負電荷量增加，呈現負極性，稱之為“負離子”。而失去電荷的原子負電荷量減少，呈現正極性，稱之為“正離子”。離子有規(guī)律的定向運動便形成了電流。

根據上述理論，混合氣在進入氣缸前 都會有微量分子游離成正離子和負離子。氣缸壓縮過程中，由于氣體受擠壓及摩擦也會產生更多的正離子和負離子。當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動，正離子向負極運動、負離子向正極運動形成了電流。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電，由于他們的數量很微小，放電電流微弱，所為只存在理論導通，電路中相當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，混合氣中產生了大量離子，同時正離子和負離子向兩極運動的速度加快，正、負離子產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離子，這些新產生正、負離子在電場力的作用下，也以高速向兩極運動，又去擊破其它中性分子，這樣的反應連續(xù)發(fā)生象雪崩一樣，使氣體中向兩極運動的正離子和負離子的數目劇增，從而使氣體失去絕緣性變?yōu)閷w(R変成較小阻值),形成放電電離通道，即擊穿跳火。其中由于正負離子高速運動及摩擦碰撞形成的高溫熾熱電離通道(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)動機的工作狀況對點火的影響

(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)氣紅內的氣體密度大（混合氣濃），單位體積中氣體的中性分子數量越多，分子間距離越小，正離子或負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動能力低，不易電離，就需要較高的跳火電壓。據測定，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)動機對點火系統(tǒng)的要求

能產生足以擊穿火花塞電極間隙的高壓電

火花塞電極間能產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。

能夠控制點火能量大小

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

B．能根據發(fā)動機的各種工況對點火能量調整，即對高壓輸出晶體管導通時間(傳統(tǒng)機械式閉合角的控制)長短的控制，達到對高壓變壓器初級電流大小(能量大小)的控制。

點火時刻應適應發(fā)動機的各種工況

A.發(fā)動機不同轉速和負荷所要求的最佳點火提前角不同，點火系統(tǒng)必須能自動調節(jié)點火提前角。發(fā)動機的點火提前角表示式：

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

B.這種數字式電子點火系統(tǒng)還能將點火時間智能控制在臨爆點或微爆點范圍，使汽油機在功率、經濟性、加速性和排放控制方面達到最優(yōu)。

系統(tǒng)組成

數字式電子點火系統(tǒng)是在使用無觸點電子點火裝置之后的汽油機點火系統(tǒng)的又一大進展，稱為微型電子計算機控制半導體點火系統(tǒng)。

點火系統(tǒng)的分類：

1.電感蓄能式點火系

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

2.電容儲能式點火系

點火系統(tǒng)產生高壓前，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火能量。多應用于高轉速發(fā)動機上，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，點火時刻通過電

容放電使變壓器產生高壓。特點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根據發(fā)動機工況在一個點火周期內進行1-3次點火。

電感蓄能式點火系統(tǒng)主要有微型電子計算機(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.白金觸點式點火系統(tǒng)

早期汽車都采用白金觸點方式，這種點火系統(tǒng)我國目前還有大量汽車在使用。白金觸點點火系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。其優(yōu)點是結構簡單、更換方便，但存在較多問題。沒有點火能量調節(jié)裝置，存在高速失火和低速點火線圈過熱問題；真空和離心點火提前角機械調整裝置，反應速度慢、控制精度低；初級電流不能太大(≤4A)，否則會燒蝕白金觸點，同時觸點反應慢，影響了次級點火電壓的提升(≤15kV).以上問題導致汽油燃燒不充分，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，觸點容易燒蝕，需要駕駛員經常維護和更換；分電器凸輪磨損嚴重，工作壽命受到限制。基于此，顯見白金觸點式點火這種機械裝置已不能適應現代發(fā)動機向高速、大動力化發(fā)展和汽車排污凈化嚴格的要求.

2.白金觸點加電子驅動式點火系統(tǒng)

該系統(tǒng)是基于白金觸點式點火系統(tǒng)的上述諸多缺陷而提出的，是最早機電相結合的典型代表之一，其結構框圖如圖2所示。這種系統(tǒng)保留了原分電器中的白金觸點，但增加了包含大功率開關晶體三極管在內的電子驅動電路。該系統(tǒng)曾在蘇聯伏爾加等轎車上使用過，其優(yōu)點是：通過線圈初級的電流被晶體三極管放大了，這樣當三極管截止時，初級繞組的斷開電流大、相應次級繞的電壓提高了；通過白金觸點的電流明顯減小(約為初級的1/10～1/20)，因而消除了觸點嚴重燒蝕現象，延長了觸點的使用壽命；安裝時無需對原車點火系統(tǒng)作重大改動，且成本低。問題是：仍然采用離心和真空點火提前角調整裝置；沒有點火能量調節(jié)功能；機械觸點還存在著.

3.曲軸傳感加電子處理式點火系統(tǒng)

該系統(tǒng)因不用白金觸點裝置而不存在機械觸點，故又稱無觸點電子點火系統(tǒng)，其構成框圖如圖3所示。系統(tǒng)根據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、開關晶體管輸出驅動電路和過壓、反接、停車斷電(磁電式除外)等保護電路組成.

該系統(tǒng)除了點火提前角還不能實現準確控制之外，基本上克服了觸點式的諸多缺陷。如：無觸點、無機械磨損，工作壽命長。點火線圈初級電路的通斷響應快，再加上初級電流可達6A，以在次級激發(fā)出較高的點火電壓(≥30kV).若采用低阻點火線圈，則為所謂高能無觸點電子點火系統(tǒng)，點火能量可高達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；能夠根據轉速和低值采樣電阻實現閉合角控制，避免了高速失火和低速點火線圈過熱現象。

發(fā)展方向

微處理機智能控制點火系統(tǒng)

上述點火系統(tǒng)均采用離心提前與真空提前點火機構，點火正時不夠理想。一方面，機械裝置反應慢，實時性差、精度低；另一方面，點火提前角不僅與發(fā)動機轉速和負載有關，而且與其它因素有關，如：汽油的抗爆性能、混合氣的空燃比、發(fā)動機工作溫度和進氣終了的壓力等。隨著微處理機技術的發(fā)展，汽車上開始應用微處理機控制點火。該系統(tǒng)在高能無觸點點火系統(tǒng)的基礎上，采用微處理機來控制點火提前角和閉合角，使發(fā)動機處于最佳點火狀態(tài)，從而大大改善了排放污染和油耗等指標。微處理機控制點火仍采用分電器，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械機構。結構框圖如圖4所示.

現在研究者的思路是：微處理機根據曲軸位置傳感器提供的位置信號，判斷出發(fā)動機各缸的活塞上止點位置，并由這些脈沖信號計算出發(fā)動機轉速值，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載大小。根據發(fā)動機轉速和負荷大小，微處理機從存儲單元中查出此工況的點火提前角和初級導通時間，根據這些數據對點火進行控制，從而實現點火系統(tǒng)的精確控制[1].

導通時間的確定由微處理機從導通時間與電源電壓關系曲線中查得，再根據發(fā)動機轉速算成曲軸轉角，以決定線圈中電流的大小。為了防止初級電流過大損壞點火線圈，在點火控制電路中增加恒流控制。點火提前角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，由于微處理機很難得到準備的輸入數據，也就無法計算和確定控制參數的數值。修正值控制方法為:

θ=θ0+θb+θm

原始點火提前角θ0為一固定值，在發(fā)動機一生產出來之后便有的，任何工況此提前角保持恒定；基本點火提前角θb為存儲在微處理機的存儲器中的試驗數值，只與發(fā)動機的轉速和負荷有關；修正點火提前角θm為對發(fā)動機冷卻水溫度、爆震等其它因素的修正值。目前，實際上只考慮了發(fā)動機轉速和負載兩個主要因素，同時由試驗獲得數據先存于存儲器內，在實際使用中由查表得到。由上述分析可知，點火提前角θ是個多參數函數，即：

θ=f(x，y，z，…)

式中:x為發(fā)動機轉速，y為發(fā)動機負載，z為發(fā)動機爆震，…，至今還沒有人找出θ的函數解析式。顯然，由試驗加查表方法實現多參數控制存在諸多問題，如無法獲得完備的先驗數據；數據量極大；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；研制具有自學能力的專家系統(tǒng)；系統(tǒng)抗電磁干擾問題，此點容易被人忽略.

無分電器電子控制點火系統(tǒng)

在微處理機控制點火系統(tǒng)中的分電器只起到高壓電的分配作用，因此人們日益希望完全取消分電器。無分電器電子控制點火系統(tǒng)，是在微處理機控制點火基礎上進行的。最簡單的辦法是每個汽缸配置一個點火線圈。另一辦法，也是目前較常用的辦法是每對汽缸配置一個點火線圈，汽缸組合的原則是：兩個汽缸的活塞運動位置為同一曲軸轉角，而作功間隔為360°.這樣可保證每次只有一個汽缸處于點火上止點，而另一個為排氣上止點。發(fā)動機曲軸轉過一周后，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火線圈，次級線圈的兩端分別與兩個火花塞相聯接。同時需要獲得活塞上止點位置信號和增加汽缸辯別電路[4].結構框圖如圖5所示.

與微處理機控制點火系統(tǒng)相比，無分電器系統(tǒng)沒有分電器，它直接把點火線圈的高壓送到火花塞進行點火，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，以及由此產生的電磁波對無線電的干擾。在這里也必須解決點火提前角θ等問題.

專家建議

1)發(fā)動機轉速越高，最佳點火提前角也越大.

2)如果產生爆震，說明點火提前角過大.

3)當發(fā)動機轉速不變時，隨著負荷的增大，最佳點火提前角逐漸減小.

4)點火能量越大，發(fā)動機的各方面性能均可以得到提高和改善.

5)磁電式傳感器結構簡單、價格低廉，但其磁路材料關于可靠性方面有待于進一步深入研究；霍爾式傳感器存在溫漂現象和價格偏高等問題.

6)進一步研究最佳點火提前角θ的近似解析式的求解問題.

7)進一步研究具有自學能力的點火專家系統(tǒng).

8)進一步研究點火系統(tǒng)的抗電磁干擾問題.