理论教育 汽车电子点火器:结构与工作原理

汽车电子点火器:结构与工作原理

时间:2023-09-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:电子点火器的基本功能是在输入的点火信号触发下工作,通过其晶体管的导通和截止及时通断点火线圈初级电流,使点火线圈次级绕组适时地产生高压。不同汽车上使用的电子点火器其功能不完全一致,结构型式则有分立元件式和集成电路式两种。现以典型的L497点火集成模块所组成的电子点火器为例,介绍集成电路电子点火器的结构型式与工作原理。

汽车电子点火器:结构与工作原理

电子点火器的基本功能是在输入的点火信号触发下工作,通过其晶体管的导通和截止及时通断点火线圈初级电流,使点火线圈次级绕组适时地产生高压。为进一步提高点火系统点火性能及工作的安全可靠性,一些电子点火系统的电子点火器增加了闭合角可控功能电路、初级回路电阻控制电路、停车断电保护电路、过压断电保护电路、低速推迟点火功能电路等。

不同汽车上使用的电子点火器其功能不完全一致,结构型式则有分立元件式和集成电路式两种。

1.分立元件的电子点火器

以如图3-44所示的典型电子点火器为例,说明电子点火器的基本工作原理及主要控制功能。

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图3-44 典型的电子点火器电路原理

1—点火信号感应线圈 2—点火开关 3—火花塞 4—点火线圈

(1)点火控制工作过程

本例的点火信号发生器为磁感应式,VT1为触发管,VT2起放大作用,复合管VT3为大功率开关晶体管,用于通断初级电流。电子点火器根据输入的点火信号脉冲控制点火的原理如下:

当点火信号负脉冲输入时,信号电流流经VD3、R2、VD2、R1,VD3的正向导通电压降使VT1处于反向偏压而截止。VT1截止时,其P点的电位升高,使VT2导通,给VT3提供了正向偏压,VT3便导通。这时,点火线圈初级通路,初级电流增长,此为点火线圈的储能过程。

当点火信号正脉冲输入时,VT1获得正向偏压而导通,信号电流经R1、VD1、R2、VT1发射结形成通路。VT1导通后使P点电位下降,并使VT2失去正向偏压而截止,VT3也随之无正向偏压而截止,使点火线圈初级断流,次级产生高压。

(2)闭合角可控电路原理

在电子点火系统中,闭合角是指点火线圈初级通路的相对时间(初级通路时间/初级通断周期)。闭合角可控的目的是使点火线圈初级通路的相对时间能随发动机转速的升高而增大,以使点火线圈的初级电流在发动机低速时不致过大,而在发动机高速时点火线圈初级绕组仍有时间能形成足够大的初级电流。

闭合角可控电路由VD5、C2、R3组成。在点火信号正脉冲时,信号电流同时对电容C2充电,充电电路为:e+→R1→VD1→VD5→C2→VT1发射结→e-

而当信号正脉冲消失时,C2放电,放电电路为:C2+→R3→VD2→R1→点火信号发生器感应线圈→VD3→C2-

在C2放电时,放电电流使VT1处于反向偏压而保持截止、VT2和VT3保持导通、使初级线圈保持通路。发动机转速升高时,信号正脉冲电压随之升高,C2的充电电压也随之升高,正信号脉冲消失后C2的放电时间延长,VT1的截止时间也就相对增加了,也即增加了点火线圈初级通路的相对时间。

(3)发动机停转断电保护

当发动机熄火时,如果点火开关仍然接通,这时电源通过R4向VT1提供正向偏压而使VT1导通,VT2、VT3截止,于是,点火线圈初级回路处于断路状态,消除了蓄电池向点火线圈初级绕组持续放电而白白消耗电能和烧坏点火线圈及晶体管的可能性。

(4)初级电流稳定控制

在工作中,蓄电池的电压波动很大。初级回路的电阻、电感参数设计必须保证在蓄电池电压较低(起动)时能有足够大的初级电流,如果没有初级电流稳定控制,必将造成蓄电池电压较高时的初级电流过大,导致点火线圈的温度过高。

R8、VD6组成的反馈电路起电源电压波动时稳定初级电流的作用。当电源电压上升时,VT3在截止时其集电极上的电压也随之上升,通过R8、VD6的反馈作用,增加了VT1的饱和导通深度,在信号负脉冲时VT1由导通转向截止变得迟缓,这样就减少了VT1的相对截止时间,也即减少了VT3的相对导通时间,使点火线圈初级电流不随电源电压的上升而增大。

(5)初级回路电阻可变控制

初级回路的等效电阻可变控制也是用来实现初级电流的稳定控制,它与闭合角可控电路结合,可实现初级电流恒定控制。

初级回路等效电阻可变控制电路由VT4、R8、R9组成。当点火线圈初级电流增大到某一限定值时,A点的电位上升至VT4的导通电压时,VT4导通,使VT3的基极电位下降,其基极电流减小,集电极电流(即点火线圈初级电流)的增大就受到了一定的限制。初级电流越大,A点的电位就越高,VT4的导通深度就增加,使VT3的基极电流下降得就更多,点火线圈初级回路的等效电阻就越大,对初级电流的限制作用也就越大。

由于是通过电流反馈的形式来实现初级回路等效电阻的控制,因此,不仅可使初级电流不因电源电压的上升而过大,还可以在发动机转速变化时起稳定初级电流的作用。

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图3-45 L497点火集成模块

a)引出脚排列 b)内部电路框图

2.集成电路电子点火器

集成电路电子点火器是将大功率晶体管以外的电子电路用集成块代替,配以所需的外围电路组成电子点火器。这种专用的点火集成模块一般功能较全,性能良好,工作可靠性好,且体积小,价格较低,在汽车上的应用已较为广泛。现以典型的L497点火集成模块所组成的电子点火器为例,介绍集成电路电子点火器的结构型式与工作原理。(www.daowen.com)

L497集成块的内部电路及引出脚的排列如图3-45所示,国产桑塔纳轿车的电子点火系统采用L497集成块所组成的电子点火电路如图3-46所示。

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图3-46 桑塔纳轿车用L497集成块组成的电子点火器电路

(1)基本点火控制

霍尔效应式点火信号发生器产生的点火触发脉冲从电子点火器的⑥、③端子输入。当点火信号发生器输出正脉冲(信号转子叶片插入缝隙)时,集成电路的5脚为高电位,经内部电路的处理后,使14脚输出高电平,大功率开关晶体管VT导通,接通点火线圈初级回路。当点火信号发生器输出负脉冲(信号转子叶片离开缝隙)时,集成电路5脚为低电位,内部电路使14输出低电位,VT截止,点火线圈初级回路断路,次级绕组产生高压。

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图3-47 闭合角控制波形图

a)霍尔信号发生器输出电压波形 b)CT、CW充放电电压波形 c)初级电流波形 t2—初级电流达限定值的持续时间 tb—初级通路的时间

(2)闭合角控制电路

闭合角控制电路由两部分组成,第一部分由L497集成块与10脚电容CT、12脚偏流电阻R7组成一闭合角基准定时电路。当霍尔电压信号为高电平时,CT以一恒定的电流IT充电,其电压UT上升(图3-47b),调节偏流电阻R7可调整IT值。第二部分由L497集成块与11脚电容CW、12脚电阻R7组成一闭合角控制和调整电路。当霍尔信号电压为低电平时,CW以恒定的电流IW放电,其电压UW下降(图3-47b),而当初级电流达到限定值时CW则开始充电。当CT、CW的充、放电达到UT=UW(图3-47b两曲线相交)时,内部控制开关使驱动级立即工作,VT立即导通,接通初级电路。可见,点火线圈初级通路的起始点由CT、CW的充、放电电压达到一致的时间控制。CW的电压取决于发动机的转速和集成块的工作电压,于是,该电路可在发动机转速变化和电源电压波动时,起初级电流稳定的作用。

当发动机转速上升时,初级电流达到限定值后的限流时间t2缩短,CW的充电电压降低,CW放电时达到UT=UW点提前(UW曲线下移),使初级通路提前(闭合角增大);当发动机转速下降时,则有相反的变化。因此,闭合角控制电路根据发动机转速的变化自动调整下一周期的初级通路起始点,从而使初级通路时间tb基本上保持稳定不变。

当电源电压升高时,CW的充电电压也会升高,CW放电时达到UT=UW点推迟(UW曲线上移),使初级通路推迟(闭合角减小);当电源电压下降时,则作出相反的调整。因此,当电源电压变化、初级电流的上升速率变化时,闭合角控制电路通过自动调整闭合角,使初级电流基本保持稳定。

(3)电流上升率控制

电流上升率控制电路由L497集成块与8脚电容器CSRC、偏值电阻R7组成,该电路可调整点火线圈初级电流由0上升到峰值的速率。当电路检测到初级电流小于额定值的94%时,控制电路会在输入信号正脉冲消失前将初级电流的上升速率加大,以增大初级电流。

(4)发动机停转断电保护

当接通点火开关(发动机未工作)或发动机停转但点火开关未关断时,如果点火信号发生器输出高电平(霍尔效应式和光电式均有这种可能),就会使点火线圈持续通路而对点火线圈、蓄电池及电子点火器等不利。为此,设置了发动机停转断电保护电路。该电路由L497集成块、9脚的CP及R7等元件组成,基准导通时间为

tP=16CPR7

工作时,保护电路不停地检测输入的点火信号电压,信号脉冲高电平时对CP充电,信号脉冲低电平时CP放电。如果在发动机停转时霍尔电压为高电平,CP充电持续时间超过了tP时,CP上的电压就会达到限流回路模块的阈值工作电压,控制回路就会使点火线圈初级电流逐步下降为0。

(5)初级电流限制

该电路由L497和RS、R10、R11等组成。RS为点火线圈初级电流采样电阻,通过RS的电流除初级电流外,还有VT的基极电流(14脚电流),当初级电流上升至限定值(桑塔纳轿车为7.5A),RS上的电压降达到L497内部限流电路的比较电压时,控制回路就使VT的基级电流减小,使之从饱和导通进入放大导通状态,从而限制了初级电流。调整R10、R11的比值,可改变初级电流的限流值。

3.电子点火器的安装形式

电子点火器的安装形式有单独安装、与分电器一体和与点火线圈一起3种安装形式。

(1)单独安装方式

电子点火器有自身的外壳,单独安装在汽车的某个位置,通过导线分别与点火信号发生器和点火线圈连接,构成电子点火系统电路。

(2)与分电器一体式

电子点火器安装在分电器的壳体上或分电器的内部,电子点火器与分电器内的信号发生器通过导电片或内部线路连接,与点火线圈通过导线连接。

(3)与点火线圈一体式

电子点火器安装在点火线圈的外壳上,电子点火器与点火线圈通过内部线路连接,与分电器通过导线连接。

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