详解宝马车系N20发动机点火控制系统

    1．概述
    发动机具有一个带静态点火分电系统的感应式点火装置，引爆电路由下列部件组成：带初级和次级线圈的点火线圈；数字式发动机电子伺控系统（DME）中的点火终极，用于控制流过初级线圈的电流；火花塞，与次级线圈连接。
    每个火花塞都由直接插在汽缸盖罩中的一个单独的点火线圈（杆状点火线圈）和数字式发动机电子伺控系统（DME）中的一个单独的点火终极用高压控制。点火线圈用车载网络电压生成高压，以便点燃燃烧室内的油气混合气。必须正确调整点火火花点燃油气混合气的点火时刻，从而确保最佳扭矩和低油耗，同时有害物质的排放最小。基本因素有：发动机转速、发动机扭矩、过量空气系数、冷却液温度、进气温度。
    这些参数由传感器探测，由数字式发动机电子伺控系统（DME）处理、进行数字化，然后作为用于点火终极的信号输出。

    2．部件简短描述
    将描述点火开关的下列部件：点火线圈、点火终极、火花塞。
    3．点火线圈
    每个火花塞都由一个单独的点火线圈（杆状点火线圈）以及数字式发动机电子伺控系统（DME）中一个单独的点火终极用高压控制。点火终极在希望的点火时刻前使车载网络中的一个电流流过初级线圈。在初级电路闭合期间（关闭时间），在初级线圈中建立起一个磁场。在点火时刻，流过初级线圈的电流重新中断。磁场的能量通过磁祸合的次级线圈放电（感应）。这时在次级线圈中产生一个高压，此高压在火花塞上产生点火火花。火花塞上需要的点火电压（点火电压需求）必须持久低于点火装置的最大可用点火电压（点火电压供给）。在点火火花击穿后，剩余的能量在火花持续时间内在火花塞上转换掉。因此必须精确调整点火火花点燃燃烧室内的油气混合气的点火时刻。这样可以保证最佳扭矩以及低油耗，且同时有害物质的排放最小。基本因素有：发动机转速、发动机扭矩、增压压力、当前过量空气系数、冷却液温度和进气温度、燃油等级（辛烷值）、发动机运转（发动机启动、怠速、部分负荷、满负荷）。
    点火线圈按照变压器原理工作，在一个共用铁芯上安放着2个线圈，初级线圈由一根粗金属丝组成，匝数少。线圈的一端通过总线端K1. 15过载保护继电器连接在车载网络电压正极（总线端K1. 15）上。另一端（总线端K1. 1）连接到点火终极上，点火终极因此能够切换初级电路：次级线圈由一根匝数很多的细金属丝制成。点火信号的计算确保点火火花在正确的汽缸中在最佳的点火提前角以及用所需的能量形成。为此探测曲轴的转速信号。数字式发动机电子伺控系统（DME）据此计算出曲轴转角和当前发动机转速。点火终极的接通和断开可在每个希望的曲轴转角（汽油发动机：上死点前－70°KW至上死点后＋30° KW）进行。因为在4冲程发动机只需在每个第二圈后点火，为了准确分配汽缸需要使用凸轮轴传感器，如图1所示。

    4．点火线圈内部结构及连接
    如图2所示。

    点火线圈的标准值见表1。

    5．点火终极
    点火终极的任务是将点火线圈的初级回路切换到接地，点火终极集成在数字式发动机电子伺控系统（DME）中。
    6．火花塞
    与自吸式发动机不同，对于射流式直喷发动机而言，会产生特别的增压运动。火花塞必须正好在相应喷射的燃油喷束中。对于N63和N74，通过火花塞上和汽缸盖中的定向切削螺纹确保火花塞的精确位置。此时，拧紧力矩必须精确为（23±3） N·m。火花塞电极在燃烧室中的位置特别深，这样，即使混合气成分很稀薄，也能点火。这在冷启动阶段和废气触媒转换器加热阶段中起到作用。在这个阶段中，连续火花同样中断，与以前的发动机控制系统不同，此时有关点火的诊断功能保持工作状态，如图3所示。

    图4为N55发动机点火装置概况。

    7．系统功能
   （1）多火花点火
    多火花点火的基础是点火线圈反复接通和断开，于是买际的点火火花扩展成一个火花带。可以通过提前充电取消各个火花，于是火花塞上没有更多能量传递到油气混合气中，剩余能量保留在点火线圈中。充电时间可以降低。多火花点火规定只在低转速范围内以及暖机阶段使用（火花塞清洁）。火花持续时间为0. 5ms，于是后续火花在上死点前就能产生。如果由于不良条件存在延迟燃烧，这样就存在另外一种油气混合气的点火可能性。后续火花的另一项重要功能是清洁火花塞，因为通过产生多个电火花，火花塞可为下次燃烧更好地预处理。
   （2）点火电路监控
    根据点火线圈的初级线圈中的电流对点火电路进行监控。此电流在接通过程中在一定的时间阑值期间在规定的数值范围内变化。在点火开关诊断时监控：点火线圈的初级电路、点火开关的电线束、点火线圈的次级电路与火花塞、火花持续时间。
    通过点火电路监控可以识别下列故障：点火线圈输入端的短路、点火线圈次级侧的短路、火花塞、控制断路、点火终极损坏。
    不能识别：偶尔发生的故障，例如控制导线接触不良；高压电路中平行于火花间隙产生火花放电，未形成线圈匝间短路。
    8．点火缺火识别
    点火缺火识别由数字式发动机电子伺控系统（DME）进行。点火缺火识别可通过转速信号采集来识别燃烧不良的汽缸。在故障查询时显示各个汽缸的运转平稳性数值。为了产生有说服力的数值，发动机必须在怠速下运行至少3min。怠速平稳性分析只在怠速下起作用（冷态或热态）。可识别单个燃烧不良的汽缸。个别汽缸运转平稳性数值的偶然波动可以通过详细观察来识别。对于理论上均匀燃烧的发动机，运转平稳性数值为0（所有汽缸的平均值）。例如下列原因可能导致运转平稳性数值升高：点火缺火、过剩空气、混合气浓度偏差、燃油供应故障、压缩压力不足。
    因此不能定义准确的调节极限。借助曲轴传感器可以在增量轮上测量发动机转速。除了转速信号采集，还可监控发动机的运行平稳性（点火缺火识别）。为进行点火缺火识别，增量轮在数字式发动机电子伺控系统（DME）中被根据点火间隔（2个点火过程之间）为划分成多个扇形区。在数字式发动机电子伺控系统（DME）中测量各个扇形区的周期持续时间并进行统计分析。为每个特性曲线值存储了运行不稳定的最大允许值（作为发动机转速、负荷和冷却液温度的函数）。如果在一定次数的燃烧时超过这些数值，则为一个被识别成有故障的汽缸存储一条故障代码存储记录。

来源:网络