esa（ESA：汽车电子术语）

简介

由于点火线圈初级线圈的通断工作由电子点火电路承担，因此分电器已取消断电器装置，仅起到高压电分配职能。

分来方式

1.双缸点火方式

指两个气缸合用一个点火线圈，因此这种点火方式只能用于气缸数目为偶数的发动机上。如果在4缸机上，当两个缸活塞同时接近上止点时（一个是压缩另一个是排气），两个火花塞共同一个点火线圈且同时点火，这时候一个是有效点火另一个则是无效点火，前者处于高压低温的混合气之中，后者处于低压高温的废气中，因此两者的火花塞电极间的电阻完全不一样，产生的能量也不一样，导致有效点火的能量大得多，约占总能量的80%左右。

2.单独点火方式

每一个气缸分配一个点火线圈，点火线圈直接安装在火花塞上的顶上，这样还取消了高压线。这种点火方式通过凸轮轴传感器或通过监测气缸压缩来实现精确点火，它适用于任何缸数的发动机，特别适合每缸4气门的发动机使用。因为火花塞点火线圈组合可安装在双顶置凸轮轴（DOHC）的中间，充分利用了间隙空间。由于取消分电器和高压线，能量传导损失及漏电损失极小，没有机械磨损，而且各缸的点火线圈和火花塞装配在一起，外用金属包裹，大幅减少了电磁干扰，可以保障发动机电控系统的正常工作。

过程中发动机状况随时在变化，因此，点火时刻和点火能量等影响发动机的因素必须相应地进行实时调整和控制[1，2].传统方法是由机械装置或驾驶员来调整和控制的，如提前角；或不加以控制，如闭合角。随着电子技术在汽车制造业中应用水平的不断提高，大大改善了汽车油耗、排污净化和动力等性能。汽车点火系统发展经历了白金触点、白金触点加电子驱动和曲轴传感加电子处理三个阶段，并将沿着微处理机智能控制和无分电器电子控制方向发展.

原理

1.电火花的产生

我们知道物质由分子组成，分子又由原子组成，原子由原子核（包括质子和中子）和电子组成，电子围绕原子核旋转运动。在通常情况下，电子的负电荷和质子的正电荷相等，两者平衡使原子的总电荷量为零。在外界能量的作用下，原子外层的电子运动的速度加快到一定程度时，就会逸出轨道与其他中性原子结合，这一原子“俘获”电子之后负电荷量增加，呈现负极性，称之为“负离子”。而失去电荷的原子负电荷量减少，呈现正极性，称之为“正离子”。离子有规律的定向运动便形成了电流。

根据上述理论，混合气在进入气缸前 都会有微量分子游离成正离子和负离子。气缸压缩过程中，由于气体受挤压及摩擦也会产生更多的正离子和负离子。当火花塞两电极加有电压时，离子便在电场力的作用下分别向两极运动，正离子向负极运动、负离子向正极运动形成了电流。但是在电场力较小时(电压低)，原子中的电子运动的速度低，不能摆脱原子核的引力逸出轨道，形成新的离子。所以，气体中也只有原来存在的离子导电，由于他们的数量很微小，放电电流微弱，所为只存在理论导通，电路中相当于串接了一个极大电阻R。

随着电压的增高，电场力增大，原子动能增大，大量原子摆脱原子核的引力逸出轨道，混合气中产生了大量离子，同时正离子和负离子向两极运动的速度加快，正、负离子产生的动能轻而易举便能将中性分子击破，使中性子分离成正离子和负离子，这些新产生正、负离子在电场力的作用下，也以高速向两极运动，又去击破其它中性分子，这样的反应连续发生象雪崩一样，使气体中向两极运动的正离子和负离子的数目剧增，从而使气体失去绝缘性变为导体(R変成较小阻值),形成放电电离通道，即击穿跳火。其中由于正负离子高速运动及摩擦碰撞形成的高温炽热电离通道(几千度)发光，于是我们就见到火花，同时，电离通道周围气体骤然受热膨胀发出“啪啪”声。

2.发动机的工作状况对点火的影响

(1) 火花塞电极间隙越大，在同样电压下极间隙越大电场越弱，电场力越小，较难产生足够的离子，故需较高的电压才能跳火。影响击穿电压的因素还包括：火花塞电极的形状、电压的极性。

(2)气红内的气体密度大（混合气浓），单位体积中气体的中性分子数量越多，分子间距离越小，正离子或负离越容易与分子相撞，加速的距离短，速度不高动能小，难以击破中性分子产生新的离子。故需较高的电压才能跳火。同理，火花塞电极的温度越高，电极间近旁的气体密度越小，故需较低的电压就能跳火。

(3) 混合气度温度越高，其分子内能越大，就越容易电离，因此跳火电压可降低；反之冷车启动时，由于混合气中离子运动能力低，不易电离，就需要较高的跳火电压。据测定，冷车启动时，跳火电压最高约为15kv-25 kv，温度正常后，汽车则只需要8kv—12 kV的击穿电压。

3.发动机对点火系统的要求

能产生足以击穿火花塞电极间隙的高压电

火花塞电极间能产生火花时所需要的电压，称为击穿电压或称为跳火电压。正常情况下変压器输出高压大于跳火电压，反之失火。

能够控制点火能量大小

A．要可靠点燃混合气，火花塞必须具有足够的点火能量。在发动机正常工作时，电火花只要有1～10mJ的能量即可。但是在起动时，为保证可靠点火，火花塞的点火能量可达到100mJ。

B．能根据发动机的各种工况对点火能量调整，即对高压输出晶体管导通时间(传统机械式闭合角的控制)长短的控制，达到对高压变压器初级电流大小(能量大小)的控制。

点火时刻应适应发动机的各种工况

A.发动机不同转速和负荷所要求的最佳点火提前角不同，点火系统必须能自动调节点火提前角。发动机的点火提前角表示式：

实际点火提前角=初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角（或延迟角）。

B.这种数字式电子点火系统还能将点火时间智能控制在临爆点或微爆点范围，使汽油机在功率、经济性、加速性和排放控制方面达到最优。

系统组成

数字式电子点火系统是在使用无触点电子点火装置之后的汽油机点火系统的又一大进展，称为微型电子计算机控制半导体点火系统。

点火系统的分类：

1.电感蓄能式点火系

点火系统产生高压前以点火线圈建立磁场能量的方式储存点火能量。目前汽车使用的绝大部分点火系统为电感储能式。(重点分析介绍)

2.电容储能式点火系

点火系统产生高压前，先从电源获取能量以蓄能电容建立电场能量的方式储存点火能量。多应用于高转速发动机上，如赛车。

工作原理是把较低电源电压变换成较高直流电压(500V-1000V)对电容充电蓄能，点火时刻通过电

容放电使变压器产生高压。特点是电容充放电周期快，高压跳火火花持续期短(约1微秒)且电流大，

不存左火花尾。ECU根据发动机工况在一个点火周期内进行1-3次点火。

电感蓄能式点火系统主要有微型电子计算机(ECU)、各种传感器、高压输出部分(功率管、变压器、高压线、火花塞)三大部分组成。

存在问题

1.白金触点式点火系统

早期汽车都采用白金触点方式，这种点火系统我国目前还有大量汽车在使用。白金触点点火系统结构框图如图1所示。其优点是结构简单、更换方便，但存在较多问题。没有点火能量调节装置，存在高速失火和低速点火线圈过热问题；真空和离心点火提前角机械调整装置，反应速度慢、控制精度低；初级电流不能太大(≤4A)，否则会烧蚀白金触点，同时触点反应慢，影响了次级点火电压的提升(≤15kV).以上问题导致汽油燃烧不充分，引发低温启动困难、排污大、输出动力小、油耗大和怠速偏高等一系列问题。另一方面，触点容易烧蚀，需要驾驶员经常维护和更换；分电器凸轮磨损严重，工作寿命受到限制。基于此，显见白金触点式点火这种机械装置已不能适应现代发动机向高速、大动力化发展和汽车排污净化严格的要求.

2.白金触点加电子驱动式点火系统

该系统是基于白金触点式点火系统的上述诸多缺陷而提出的，是最早机电相结合的典型代表之一，其结构框图如图2所示。这种系统保留了原分电器中的白金触点，但增加了包含大功率开关晶体三极管在内的电子驱动电路。该系统曾在苏联伏尔加等轿车上使用过，其优点是：通过线圈初级的电流被晶体三极管放大了，这样当三极管截止时，初级绕组的断开电流大、相应次级绕的电压提高了；通过白金触点的电流明显减小(约为初级的1/10～1/20)，因而消除了触点严重烧蚀现象，延长了触点的使用寿命；安装时无需对原车点火系统作重大改动，且成本低。问题是：仍然采用离心和真空点火提前角调整装置；没有点火能量调节功能；机械触点还存在着.

3.曲轴传感加电子处理式点火系统

该系统因不用白金触点装置而不存在机械触点，故又称无触点电子点火系统，其构成框图如图3所示。系统根据采用的曲轴传感器类型不同而又分为磁电式(如解放CA1092)、光电式(如苏联伏尔加гA3-21)、霍尔式(如桑塔纳)和电磁振荡式(如神龙*富康)[3].电子处理部分主要由脉冲信号处理、初级线圈电流控制、稳压电路、开关晶体管输出驱动电路和过压、反接、停车断电(磁电式除外)等保护电路组成.

该系统除了点火提前角还不能实现准确控制之外，基本上克服了触点式的诸多缺陷。如：无触点、无机械磨损，工作寿命长。点火线圈初级电路的通断响应快，再加上初级电流可达6A，以在次级激发出较高的点火电压(≥30kV).若采用低阻点火线圈，则为所谓高能无触点电子点火系统，点火能量可高达100mJ.致使燃油燃烧比较充分，提高了输出动力，降低了油耗和排放污染；能够根据转速和低值采样电阻实现闭合角控制，避免了高速失火和低速点火线圈过热现象。

发展方向

微处理机智能控制点火系统

上述点火系统均采用离心提前与真空提前点火机构，点火正时不够理想。一方面，机械装置反应慢，实时性差、精度低；另一方面，点火提前角不仅与发动机转速和负载有关，而且与其它因素有关，如：汽油的抗爆性能、混合气的空燃比、发动机工作温度和进气终了的压力等。随着微处理机技术的发展，汽车上开始应用微处理机控制点火。该系统在高能无触点点火系统的基础上，采用微处理机来控制点火提前角和闭合角，使发动机处于最佳点火状态，从而大大改善了排放污染和油耗等指标。微处理机控制点火仍采用分电器，但在系统中，分电器只起到高压电的分配作用，取消了离心提前和真空提前机械机构。结构框图如图4所示.

现在研究者的思路是：微处理机根据曲轴位置传感器提供的位置信号，判断出发动机各缸的活塞上止点位置，并由这些脉冲信号计算出发动机转速值，再通过燃油喷射系统的节气门位置传感器或空气流量传感器确定出负载大小。根据发动机转速和负荷大小，微处理机从存储单元中查出此工况的点火提前角和初级导通时间，根据这些数据对点火进行控制，从而实现点火系统的精确控制[1].

导通时间的确定由微处理机从导通时间与电源电压关系曲线中查得，再根据发动机转速算成曲轴转角，以决定线圈中电流的大小。为了防止初级电流过大损坏点火线圈，在点火控制电路中增加恒流控制。点火提前角θ的控制分为定值控制、修正值控制。定值控制发生在：对于一些参数变化较大的工况或是由于系统故障而起用备用系统时，由于微处理机很难得到准备的输入数据，也就无法计算和确定控制参数的数值。修正值控制方法为:

θ=θ0+θb+θm

原始点火提前角θ0为一固定值，在发动机一生产出来之后便有的，任何工况此提前角保持恒定；基本点火提前角θb为存储在微处理机的存储器中的试验数值，只与发动机的转速和负荷有关；修正点火提前角θm为对发动机冷却水温度、爆震等其它因素的修正值。目前，实际上只考虑了发动机转速和负载两个主要因素，同时由试验获得数据先存于存储器内，在实际使用中由查表得到。由上述分析可知，点火提前角θ是个多参数函数，即：

θ=f(x，y，z，…)

式中:x为发动机转速，y为发动机负载，z为发动机爆震，…，至今还没有人找出θ的函数解析式。显然，由试验加查表方法实现多参数控制存在诸多问题，如无法获得完备的先验数据；数据量极大；查表困难等。显然今后的研究方向是：如何获得θ的近似解析式；研制具有自学能力的专家系统；系统抗电磁干扰问题，此点容易被人忽略.

无分电器电子控制点火系统

在微处理机控制点火系统中的分电器只起到高压电的分配作用，因此人们日益希望完全取消分电器。无分电器电子控制点火系统，是在微处理机控制点火基础上进行的。最简单的办法是每个汽缸配置一个点火线圈。另一办法，也是目前较常用的办法是每对汽缸配置一个点火线圈，汽缸组合的原则是：两个汽缸的活塞运动位置为同一曲轴转角，而作功间隔为360°.这样可保证每次只有一个汽缸处于点火上止点，而另一个为排气上止点。发动机曲轴转过一周后，两缸的工作行程正好相反。在无分电器系统中需要采用专门的小型闭磁路点火线圈，次级线圈的两端分别与两个火花塞相联接。同时需要获得活塞上止点位置信号和增加汽缸辩别电路[4].结构框图如图5所示.

与微处理机控制点火系统相比，无分电器系统没有分电器，它直接把点火线圈的高压送到火花塞进行点火，因此减少了分电器分火头与旁电极这一中间跳火间隙的能量损耗，以及由此产生的电磁波对无线电的干扰。在这里也必须解决点火提前角θ等问题.

专家建议

1)发动机转速越高，最佳点火提前角也越大.

2)如果产生爆震，说明点火提前角过大.

3)当发动机转速不变时，随着负荷的增大，最佳点火提前角逐渐减小.

4)点火能量越大，发动机的各方面性能均可以得到提高和改善.

5)磁电式传感器结构简单、价格低廉，但其磁路材料关于可靠性方面有待于进一步深入研究；霍尔式传感器存在温漂现象和价格偏高等问题.

6)进一步研究最佳点火提前角θ的近似解析式的求解问题.

7)进一步研究具有自学能力的点火专家系统.

8)进一步研究点火系统的抗电磁干扰问题.