点火控制是汽油发动机电控系统第二个主要的控制功能。电控系统对点火的控制包括点火正时控制、闭合角控制和爆震反馈控制三项内容。

点火正时控制即最佳点火提前角控制，包括基本点火提前角的确定、基本点火提前角的修正及点火控制。

闭合角控制即点火线圈一次线圈（初级线圈）通电时间控制，包括一次线圈接通时间的确定和通过电流的控制。

爆震反馈控制是汽油发动机电控系统特有的控制功能，包括爆震检测和点火正时反馈修正。

2.3.1　点火系统简介

1.点火系统的组成及基本原理

点火系统的功能就是安装发动机的工作顺序适时地向各缸火花塞提供足够能量的高压火花。点火系统主要由蓄电池、点火开关、点火线圈、控制系统（传统点火系统为分电器总成）、高压导线和火花塞等组成。图2-48为传统点火系统的组成。

点火系统的基本原理就是通过控制系统控制点火线圈初级线圈中电流的大小和切断时机，从而控制点火的能量和点火时刻，保证发动机混合气以最佳的速度进行最彻底的燃烧。要实现低压直流电转化可以产生足够强度火花的高压电，只有采用变压器，点火系统中的点火线圈就是变压器。通过控制点火线圈中初级线圈的通电时间和断开时刻，就能使次级线圈产生上万伏的高压电。

图2-48　传统点火系统的组成及原理

点火系统经历了传统点火系统、普通电子点火系统（有触点电子点火系统、无触点电子点火系统）和微机控制点火系统几个阶段。微机控制点火系统（见图2-49）由传感器、电控单元和执行元件三部分组成。

图2-49　微机控制点火系统

2.对点火系统的要求

（1）能产生足以击穿火花塞间隙的电压。火花塞电极击穿而产生火花时所需要的电压称为击穿电压。点火系产生的次级电压必须高于击穿电压，才能使火花塞跳火。击穿电压的大小受很多因素影响，其中主要有如下。

①火花塞电极间隙和形状。火花塞电极的间隙越大，击穿电压就越高；电极的尖端棱角分明，所需的击穿电压低。

②气缸内混合气体的压力和温度。混合气的压力越大，温度越低，击穿电压就越高。

③电极的温度。火花塞电极的温度越高，电极周围的气体密度越小，击穿电压就越低。

（2）火花应具有足够的能量。发动机正常工作时，由于混合气压缩终了的温度接近其自燃温度，仅需要1～5MJ的火花能量。但在混合气过浓或是过稀时，发动机起动、怠速或节气门急剧打开时，则需要较高的火花能量。并且随着现代发动机对经济性和排气净化要求的提高，都迫切需要提高火花能量。因此，为了保证可靠点火，高能电子点火系一般应具有80～100MJ的火花能量，起动时应产生高于100MJ的火花能量。

点火线圈初级线圈的通电时间与点火能量有直接关系，通电时间越长点火能量越高，但会造成初级线圈过热和电源负荷增加，故需合理地控制初级线圈通电时间。点火线圈初级线圈通电时间内曲轴所转过的角度称为闭合角。在传统点火系中，闭合角是不能改变的；在微机控制点火系统中，闭合角泛指初级线圈通电时间，是可以改变的由电控单元控制。

（3）点火时刻应适应发动机的工作情况。首先，点火系统应按发动机的工作顺序进行点火；其次，必须在最有利的时刻进行点火。

由于混合气在气缸内燃烧占用一定的时间，所以混合气不应在压缩行程上止点处点火，而应适当提前，使活塞达到上止点时，混合气已得到充分燃烧，从而使发动机获得较大功率。点火时刻一般用点火提前角来表示，即从发出电火花开始到活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度。

如果点火过迟，当活塞到达上止点时才点火，则混合气的燃烧主要在活塞下行过程中完成，即燃烧过程在容积增大的情况下进行，使炽热的气体与气缸壁接触的面积增大，因而转变为有效功的热量相对减少，气缸内最高燃烧压力降低，导致发动机过热，功率下降。如果点火过早，由于混合气的燃烧完全在压缩过程进行，气缸内的燃烧压力急剧升高，当活塞到达上止点之前即达最大，使活塞受到反冲，发动机做负功，不仅使发动机的功率降低，并有可能引起爆燃和运转不平稳现象，加速运动部件和轴承的损坏。

3.火花塞中心电极为负极

汽车发动机的点火系统与汽车上其他电器设备一样，采用单线制连接，即电源的一个电极用导线与各用电设备相连，而电源的另一个电极则通过发动机机体、汽车车架和车身等金属构件与各用电设备相连，称为搭铁，其性质相当于一般电路中的接地。搭铁的电极可以是正极也可以是负极。因为热的金属表面比冷的金属表面容易发射电子，发动机工作时，火花塞的中心电极比侧电极温度高，因而电子容易从中心电极向侧电极发射，使火花塞间隙处离子化程度高，火花塞间隙容易被击穿，击穿电压可降低15%～20%。因此，无论整车电气系统采用正极搭铁还是负极搭铁，点火线圈的内部连接或外部接线，均应保证点火瞬间火花塞中心电极为负极，即火花塞电流应从火花塞的侧电极流向中心电极。

火花塞中心电极为负极，因电子的质量比正离子轻很多，其运动速度比正离子快，轰击力强；而中心电极的散热条件差，中心电极的温度远高于旁电极；如果中心电极接正极性，则轰击力强的电子轰向中心电极，中心电极易烧蚀；反之如果中心电极接负极性，则是速度较低的正离子流向中心电极，而电子轰向温度较低的旁电极，对整个火花塞所造成的伤害要小许多。

2.3.2　双缸同时点火系统

1.双缸同时点火方式

在双缸同时点火系统中一个点火线圈同时给两个气缸点火，共用一个点火线圈的两缸工作相位相差360°曲轴转角，这样当一缸工作接近压缩行程上止点时，另一缸接近排气行程上止点，点火时两缸的火花塞同时“跳火”，其中工作于排气行程的气缸的点火是无效点火，工作于压缩行程的气缸的点火是有效点火，双缸同时点火线路原理如图2-50所示。

图2-50　双缸同时点火系统线路原理

2.双缸同时点火系统点火能量的分配

双缸同时点火系统90%的点火能量用于点燃混合气，仅有10%的点火能量用于形成回路的无效点火。双缸同时点火系统点火能量的合理分配从串联电路的分压原理来理解，如图2-51所示，双缸同时点火系统其本质上就是一个串联回路。(www.daowen.com)

图2-51　双缸同时点火系统分压原理

双缸同时点火方式中同时“跳火”的两缸工作相位差360°曲轴转角，也就是点火时总有一缸接近压缩行程的上止点，而另一缸接近排气行程的上止点。

排气行程气缸缸内气体温度高、压力低，气体分子间距大，分子动能高，火花塞加上点火高压时，火花塞气隙中的自由电子很容易在电场力的作用下定向加速运动；同时因分子动能高原子核对电子的束缚弱，在自由电子的撞击下还会有更多的电子逸出成为自由电子，并留下正离子，在外电场的作用下大量的电子和正离子同时作定向运动，形成电流，火花塞气隙对外表现出的电阻很低，火花塞气隙容易被击穿。

而在压缩行程的气缸缸内充满压缩的新鲜混合气，气体温度低、压力高，气体分子间间距小、动能低，逸出的自由电子少；给火花塞加上点火高压时，火花塞气隙中少量的自由电子还没能加速，就已经和气体分子相撞了，电离通道不易形成，电子定向移动的阻力大，火花塞气隙对外表现出的电阻很高，火花塞气隙不容易被击穿。

双缸同时点火的两个火花塞，一个火花塞的中心电极为负极、一个为正极。击穿电压却与所处的工作压力有关，与中心电极正负无关。当处于压缩行程时，气缸的压力大火花塞间的击穿电压高；处于排气行程时，气缸的压力低，火花塞间隙容易被击穿，点火能量被转移到气缸压力大的一侧。

2.3.3　独立点火系统

独立点火，英文为Coil-On-Plug，简称为COP。Coil-On-Plug中文直译为“线圈在火花塞上”，线圈直接安装在火花塞上，即一个汽缸一个独立线圈，俗称“独立点火”。这种连接方法，高电压直接通往火花塞电极，而不用通过分电器或高压点火线，能让火花尽可能强，且提高了点火系统的可靠性。

独立点火系统的工作原理与其他点火系统的原理基本是一样的，只不过独立点火系统每个气缸由一个点火线圈点火，火花塞连接在各个次级绕组的末端。次级绕组中产生的高压直接作用到各个火花塞上。火花塞产生的火花通过中央电极到达搭铁电极。

独立点火系统具体工作过程如图2-52所示，电控单元确定点火正时并向每个气缸发送点火信号（IGT）。电控单元根据IGT信号接通或关闭点火器内的功率晶体管的电源。功率晶体管进而接通或断开流向初级线圈的电流。当初级线圈中的电流被切断时，次级线圈中产生高压。此高压被施加到火花塞上并使其在气缸内部产生火花。一旦电控单元切断初级线圈电流，点火器会将点火确认（IGF）信号发送回电控单元，用于各气缸点火。

图2-52　独立点火系统原理

2.3.4　爆震控制

1.爆震的含义

汽油发动机火花塞跳火将混合气点燃，并以火焰传播方式使混合气燃烧。在火焰传播过程中，如果火焰还未到达时，由局部混合气因高温、高压等自行着火燃烧，使气流运动速度加快，缸内压力、温度迅速增加，造成瞬时爆燃，这种现象称为爆震。

爆震是一种不正常燃烧，危害极大，它破坏了发动机的正常燃烧，从而使发动机动力性、经济性变差；爆震产生的压力会使气体强烈震荡，产生噪声；使发动机工作条件恶化，使火花塞、燃烧室、活塞等机件过热，严重情况会使发动机损坏。

2.消除爆震的方法

消除爆震的方法：采用抗爆震性好的燃油；改进燃烧室的结构；加强冷却液循环；推迟点火时刻等，对消除爆震有明显的作用。但在发动机结构参数已经确定的情况下，采用推迟点火提前角是消除爆震既有效又简单的措施之一。

3.爆震控制系统

爆震控制系统利用爆震传感器来监测爆震强度。在产生爆震时，电控单元自动减小点火提前角使点火时刻保持在爆震边界曲线的附近，提高发动机的功率，降低燃料的消耗。当爆震现象消失时，电控单元则恢复正常的点火提前角的控制。

4.爆震传感器的作用及类型

爆震传感器的作用就是把爆燃时传到气缸体上的机械振动转换成电压信号输送给电控单元作为发动机爆燃时推迟点火提前角的依据。

发动机爆震传感器有压电式和磁致伸缩式两种，压电式又分为共振型、非共振型和火花塞座金属垫型爆震传感器。目前较常用的发动机爆震传感器为压电式爆震传感器。

5.压电晶体型爆震传感器的结构及工作原理

共振型压电爆震传感器的典型结构如图2-53（a）所示。这类传感器是由与爆燃几乎具有相同共振频率的振子和能够检测振子震动压力并将其转换成电压信号的压电元件构成。

非共振型压电爆震传感器的典型结构如图2-53（b）所示。这类传感器是用压电元件直接检测爆燃信息，并将震动压力转换成电压信号输出。

图2-53　压电晶体型爆震传感器结构示意

（a）共振型　（b）非共振型

压电晶体型爆震传感器是利用压电晶体的压电效应原理制成的。当压电晶体在一定方向上受到机械应力的作用时，晶体表面会产生电荷，外力作用消除后，电荷随即消失。

安装在发动机机体上的压电晶体型爆震传感器，在发动机工作时随发动机振动，使压电原件受到拉、压的作用，从而产生交变的电压信号。当发动机机体震动的频率与压电元件的固有频率一致时，将产生共振。共振时传感器产生的电压信号的幅值迅速增加。

在设计时，通常是将压电原件的固有频率调节到发动机爆燃时引起的机体震动的频带之内，则在发动机爆燃时，传感器将输出较大的电压信号。