Термин "электронные системы" означает, что в системе в той или иной мере использованы полупроводниковые устройства - диоды, транзисторы, тиристоры и пр. для управления, переключения, усиления потоков электроэнергии.
До изобретения и широкого распространения полупроводниковых приборов использование электронных устройств в автомобилестроении было практически немыслимым. Существовавшие в то время электронные устройства были громоздкими, энергоемкими и ненадежными. Однако, начиная с середины 60-х годов, положение коренным образом изменилось и современные электронные устройства могут вполне успешно использоваться в самых различных системах автомобиля, в том числе и в системах зажигания.
Типы электронных систем зажигания:
В настоящее время существует три типа систем зажигания, использующих электронные устройства:
- контактные системы с электронным усилением;
- системы, использующие разряд конденсатора;
- индуктивные системы.
Контактные системы с электронным ключом
Эти системы появились первыми и представляли собой попытку улучшить характеристики батарейно-катушечной системы, не меняя её основных принципов.
Первым шагом было использование транзисторного ключа для прерывания цепи первичной обмотки катушки зажигания. Для управления включением и выключением электронного ключа использовались все те же контакты прерывателя.
Простейшая схема такой системы изображена на рис. 1.2.20. Роль электронного
ключа в ней выполняет транзистор типа n- p-n, включенный в цепи первичной обмотки катушки зажигания. Ток обмотки проходит от коллектора (с) к эмиттеру (e) до тех пор, пока эмиттер имеет отрицательное напряжение относительно базы (b).
При размыкании контактов прерывателя S положительное напряжение от базы отключается и ток эмиттера прерывается.
Цифры на схеме показывают, что ток базы, а следовательно, и ток через
Рис. 1.2. 20. Принцип работы электронного ключа
контакты. (0.16А) составляет лишь 2% от управляемого транзистором тока (8А).
Таким образом, транзисторный ключ может включать и выключать довольно большой ток, требуя для своего управления ток значительно меньшей силы.
Показанная схема иллюстрирует только принцип. Практического применения она не получила, поскольку требует для смешения напряжения базы относительно эмиттера дополнительного источника напряжения.
Поскольку через контакты теперь протекает малый ток (в данном случае 0. 16 А), долговечность контактов значительно возрастает. Кроме того, в этой схеме уже не требуется конденсатор, поскольку контакты отделены от первичной обмотки катушки. Ресурс контактов даже при такой простой схеме повышается до 100 000 км.
При разработке катушки зажигания для схемы управления с транзисторным ключом приходится принимать во внимание индуктивность катушки.
Индуктивность, кроме всего прочего, зависит от числа витков обмотки. Энергия магнитного поля катушки составляет
W= 1/2 LI2,
где W – запасенная энергия (Джоули);
I – ток в обмотке катушки (Амперы); L – индуктивность катушки (Генри):
Важно, чтобы при замыкании контактов ток в обмотке катушки вырос как можно быстрее, чтобы успеть накопить достаточную энергию перед следующим размыканием.
Индуктивность в электрической цепи подобна маховику. Как тяжелый маховик требует времени для раскрутки до заданной скорости, так и индуктивность препятствует нарастанию тока в цепи.
Время нарастания тока в первичной обмотке существенно сдерживает частоту вспышек. Поэтому разработчики приняли решение увеличить ток в первичной обмотке катушки с 3 А до 8 А. Это позволило уменьшить число витков первичной обмотки, но потребовало увеличить коэффициент трансформации катушки (отношение числа витков вторичной и первичной обмоток) до 250:1 и даже до 400:1, тогда как в обычной системе это соотношение равно 66:1.
U2,
20 3
5 2
10 4
Rу = œ
Rу =
200 4000
Обороты/ми
Рис. 1.2.21. Зависимость вторичного напряжения от частоты вращения двигателя при различных значениях сопротивления утечки Rу (нагаре) свечи
1, 2 – транзисторная система,
Уменьшение числа витков первичной обмотки, кроме того, позволило снизить активное сопротивление катушки и связанные с этим тепловые потери.
Снижение индуктивности катушки зажигания имеет и еще одно важное значение. Дело в том, что при резком уменьшении тока в первичной обмотке, в ней возникает э. д. с. самоиндукции, которая может во много раз превзойти напряжение бортовой сети. Это напряжение может представлять опасность для других электрических и особенно
электронных приборов автомобиля. Поэтому понятно стремление разработчиков максимально снизить индуктивность катушки.
Скорость нарастания силы тока в первичной обмотке катушки является главным фактором, определяющим максимальную частоту работы системы зажигания. (см. рис. 1.2.13). Также снижение вторичного напряжения обуславливается наличием на свече за счет утечки энергии через сопротивление нагара (сопротивление утечки - Ry) в период от начала нарастания вторичного напряжения до момента пробоя искрового промежутка свечи. Уменьшение индуктивности катушки, которое становится возможным с применением электронного ключа, позволяет значительно повысить быстродействие системы (см. рис. 1.2. 21).
Преимущества системы зажигания с электронным ключом, позволяющие повысить частоту и мощность искры, долговечность свечи и контактов прерывателя, в целом увеличивают интервал между обслуживаниями системы.
Вместе с тем, к недостаткам этой системы следует отнести оставшийся в ней механический прерыватель с контактами. В настоящее время автомобили с такой системой зажигания не выпускаются, хотя основанные на этом принципе наборы, предназначенные для модернизации старых автомобилей силами домашнего механика, остаются очень популярными.
Конденсаторное зажигание
В системах этого типа в цепь первичной обмотки катушки зажигания включен конденсатор, который запасает энергию, а затем разряжается через первичную обмотку.
В отличие от других систем зажигания, в этой системе энергия, проходящая через катушку зажигания, всегда постоянна и определяется следующим образом:
Энергия = 1/2 CV2 Джоулей,
где С - емкость конденсатора в фарадах;
V- напряжение на клеммах конденсатора в вольтах.
Для накопления требуемой энергии конденсатор приходится заряжать высоким напряжением. Катушка зажигания отличается по конструкции от обычных катушек и по существу представляет собой импульсный трансформатор. Тем не менее, в ней также имеются первичная и вторичная обмотки.
Принцип работы конденсаторной системы зажигания показан на рис. 1.2.22. Конденсатор заряжается от источника напряжения 350 В. В нужный момент включается электронный ключ и конденсатор быстро разряжается через первичную обмотку трансформатора. Этот импульс создает во вторичной обмотке напряжение около 40 кВ,
которое подается на свечу.
Рис.1.2.22. Принцип работы конденсаторной системы зажигания
Роль электронного ключа выполняет силовой тиристор. Для управления тиристором требуется очень малый ток, причем он может подаваться в виде очень короткого импульса.
Вернемся снова к рис.
1.2.22. При его внимательном изучении возникает вопрос: почему электронный ключ не
замыкает накоротко источник питания? Конечно, он его замыкает, но из-за большого внутреннего сопротивления источника ток короткого замыкания через него будет пренебрежимо мал по сравнению с током разряда конденсатора через первичную обмотку.
Управлять моментом зажигания можно и в этом случае с помощью контактного прерывателя, однако предпочтительнее для этой цели воспользоваться генератором импульсов индукционного или оптического типа, либо основанным на эффекте Холла.
Если в качестве спускового устройства используется контактный прерыватель, необходимо принять специальные меры против возникновения случайных импульсов, вызванных колебаниями подвижного контакта при высоких скоростях работы двигателя. Пусковой импульс на управляющем электроде тиристора должен быть по возможности чистым и иметь прямоугольную форму.
Короткое время заряда конденсатора (порядка 250 микросекунд) снижает требования к углу замкнутого состояния контактов. Катушки зажигания для обычной и конденсаторной систем зажигания, не взаимозаменяемы, поскольку катушка конденсаторного зажигания не должна обладать большой индуктивностью для быстрого разряда конденсатора.
Преимуществом конденсаторной системы является малое время восстановления заряда, которое примерно в 10 раз меньше, чем время подготовки к очередному разряду в обычной системе зажигания.
Быстрый заряд имеет следующие достоинства:
- утечка тока на стороне высокого напряжения перестает иметь значение, поскольку разряд происходит быстрее, чем сколько-нибудь значительная часть заряда успеет стечь. Таким образом, грязь, отложения сажи. сырость и пр. практически не мешают системе нормально работать;
- быстрый разряд сбивает с электродов свечи любую грязь и нагар, поэтому период обслуживания свечей значительно удлиняется. Практически о свече можно не думать на протяжении по крайней мере 1000 000 км пробега;
- длительность разряда составляет от 100 до 300 микросекунд. Столь короткий разряд снижает надежность поджигания рабочей смеси. В качестве частичной компенсации этого недостатка высокое напряжение на электродах свечи позволяет увеличить свечной зазор, т.е. увеличить длину искры.
Тем не менее, конденсаторные системы зажигания не находят широкого применения на автомобилях. В ряде случаев она используется на двигателях большой мощности, например Porsche, а также на автомобилях специального назначения.
Бесконтактные системы зажигания
Для подачи сигнала на вспышку в нужный момент необходим какой-либо датчик. Контактный прерыватель является частным случаем такого датчика, однако датчик может быть и бесконтактным. Бесконтактный датчик имеет следующие преимущества перед контактным:
а) Уменьшение износа, люфтов и биений; б) Как следствие (а), повышение точности;
в) Опережением можно управлять с помощью электронных устройств, имеющих более высокую точность и широкие возможности по сравнению с механическими регуляторами;
г) Снижение энергии искры с ростом оборотов двигателя может быть предотвращено электронным регулированием угла замкнутого состояния.
Датчик, запускающий разряд свечи, часто называют генератором импульсов или генератором сигналов.
Генераторы импульсов бывают трех типов: а) Оптические
б) Генераторы Холла в) Индукционные
Блок-схема на рис. 1.2.23 показывает прохождение импульсного сигнала от генератора до свечи.
Рис. 1.2.23. Электронная система зажигания с запуском от генератора импульсов
Оптический генератор импульсов
Сегментированный диск, закрепленный на валу, распределителя перекрывает инфракрасный луч, направленный на фототранзистор (см. рис. 1.2.24). В течение
промежутка времени, пока фототранзистор освещен, через первичную обмотку катушки идет ток. Когда диск перекрывает луч, датчик посылает в блок управления импульс, который прерывает ток в катушке и таким образом генерирует искру.
Источником инфракрасного излучения служит полупроводниковый диод из арсенида галлия.
На рис. 1.2.25 показана форма импульса оптического генератора.
Рис. 1.2.24. Оптический генератор
Импульсов
Обычно такие генераторы задают постоянный угол включенного
состояния катушки независимо от скорости, но качество зажигания от этого не страдает, поскольку на это не оказывает влияния динамика подвижного контакта.
V
Время
Рис. 1.2.25. Форма импульса оптического генератора
Генератор Холла
Устройство содержит пластинку кремния, к двум боковым граням которой приложено небольшое напряжение. Если пластинку поместить в магнитное поле, то на двух других гранях пластинки также появится напряжение (см. рис. 1.2.26). В этом состоит эффект Холла.
Изменение магнитного поля вызовет изменение напряжения Холла, которое можно использовать для управления разрядом свечи. На рис. 1.2.27 показано устройство генератора импульсов, основанного на эффекте Холла. Магнитное поле, создаваемое
постоянным магнитом, может
Кремниевая
Ток
Рис. 1.2.26. Эффект Холла
Напряже
прерываться лопастями обтюратора, вращающегося на валу распределителя зажигания.
Через кремниевую пластинку пропускается ток примерно 30 мА, тогда как напряжение Холла составляет около 2 мВ, увеличиваясь с ростом температуры. Пластинка обычно составляет одно целое с интегральной схемой, осуществляющей усиление и формиро- вание сигнала.
Рис. 1.2.28 иллюстрирует работу устройства. При открытом зазоре
между постоянным магнитом и датчиком Холла (А) пластинка выдает напряжение. Если зазор перекрывается лопастью обтюратора, магнитное поле замыкается через лопасть и не попадает на пластинку Холла. Напряжение при этом падает (см. рис. 1.2.29).
Рис. 1.2.27. Конструкция генератора Холла:
1 - обтюратор с лопа4с2тями; 3 -
чувствительный элемент; 2 - постоянный
Рис. 1.2.28. Принцип действия генератора Холла:
А. Зазор не перекрыт. Магнитное поле проходит через датчик. На выходе генератора высокое напряжение.
В. Лопасть прервала магнитное попе. На выходе генератора низкое напряжение.
Сигнал с граней пластинки попадает в усилитель и формирователь импульсов, после чего он может управлять включением и выключение катушки.
Основанный на эффекте Холла генератор фирмы Bosch имеет соотношение лопасть- окно 70:30, т.е. постоянный угол замкнутого состояния. Однако на катушке этот угол может изменяться путем электронного регулирования ширины импульсов.
А-зазор открыт, высокое
Отношение лопасть-окно 70:30
В - зазор перекрыт, низкое напряжение
Время
Рис. 1.2.29. Форма импульсов на выходе генератора Холла
Заметим в заключение, что при высоком уровне напряжения Холла первичная обмотка катушки отключена и свеча дает разряд, т.е. разряд свечи происходит в момент, когда лопасть обтюратора выходит из зазора.
Генератор Холла имеет высокую надежность и, в отличие от оптического генератора, не столь чувствителен к загрязнению.
Индукционный датчик
Напомним, что, если катушка находится в переменном магнитном поле, то в катушке индуцируется напряжение. Напряжение индукции зависит от:
а) скорости изменения магнитного поля; б) числа витков катушки;
в) знака изменения магнитного поля [нарастание или убывание].
Этот принцип также можно использовать для управления моментом зажигания. На рис. 1.2.30 схематично показан датчик индукционного типа.
Переменное выходное напряжение
Рис.1.2.30. Индукционный генератор импульсов с постоянным магнитом:
1 - постоянный магнит; 2 - индукционная обмотка; 3 -
переменный воздушный зазор; 4 - зубчатое колесо
Датчик включает в себя постоянный электромагнит с обмоткой и зубчатый диск. При вращении диска магнитное поле замыкается либо через зуб, либо через впадину. Магнитный поток, проходящий через обмотку, то увеличивается, в результате чего в
Время
Рис. 1.2.31. Выходное напряжение индукционного генератора
обмотке индуцируется э.д.с. переменного знака (см. рис. 1.2.31). Сигналы датчика проходят через формирователь импульсов и далее поступают на управление первичной обмоткой катушки зажигания.
При увеличении скорости выходное напряжение датчика будет меняться по двум параметрам:
а) возрастет частота импульсов;
б) напряжение вырастет с долей вольта до сотни вольт.
Система может работать во всем указанном диапазоне параметров.
В некоторых конструкциях датчик может быть установлен в зоне маховика, при этом выступы, замыкающие магнитное поле, закреплены на маховике болтами.
Электронное зажигание с индукционным генератором импульсов
Типичные схемы содержат:
а) Катушку зажигания с малой индуктивностью и сопротивлением первичной обмотки менее 1 Ома.
б) Балластный резистор последовательно с первичной обмоткой для ограничения тока. Балластный резистор иногда изготавливается из провода с положительным температурным коэффициентом: пока двигатель не прогрет, сопротивление мало, через первичную обмотку проходит большой ток и разряд свечи имеет большую мощность. При пуске двигателя балластный резистор шунтируется, что делает возможным пуск при пониженном напряжении аккумулятора.
в) Распределитель зажигания, в котором собран весь или только часть генератора импульсов, обычный ротор распределителя с крышкой, а также центробежный и вакуумный регуляторы опережения.
г) Электронный блок управления, в котором имеется формирователь импульсов, регулятор угла замкнутых контактов и электронный ключ для управления включением первичной обмотки катушки.
В современных системах цепи управления имеют обратную связь по углу замыкания и по току в первичной обмотке.
Управление углом замкнутого состояния
В системах зажигания с контактным прерывателем УГОЛ замкнутого состояния (т.е. угол поворота коленчатого вала, в течение которого контакты замкнуты и через первичную обмотку катушки проходит ток) определяется профилем кулачка прерывателя и регулировкой зазора между контактами.
Тем не менее, ПЕРИОД (т.е. время) замкнутого состояния не остается постоянным и уменьшается с ростом оборотов двигателя. В результате при большой скорости вращения многоцилиндрового двигателя время замкнутого состояния может оказаться недостаточным для нарастания тока в первичной обмотке до необходимого уровня (из-за индуктивности катушки) и искра начнет слабеть или вообще пропадать.
На рис. 1.2.32 показано изменение напряжения во вторичной обмотке катушки. Верхний пик напряжения соответствует началу разряда свечи. Горизонтальная площадка с более низким уровнем напряжения показывает напряжение, необходимое для поддержа- ния разряда. После окончания разряда оставшаяся энергия обмотки рассеивается через
колебательную цепочку, образованную индуктивностью катушки, а также емкостью высоковольтных проводов системы.
В точке А включается первичная обмотка катушки и начинается период включенного состояния. Увеличение этого периода может быть достигнуто перемещением точки А влево вплоть до момента окончания разряда свечи.
Регулирование периода включенного состояния осуществляется с помощью электронных устройств.
Рис. 1.2.32. Напряжение во вторичной обмотке катушки зажигания
Электронное зажигание с генератором Холла
Выходное напряжение генератора Холла ниже, чем у индукционного датчика, поэтому его требуется сначала усилить. Обычно усилитель вместе с формирователем импульсов выполняют в виде одной интегральной схемы и помещают ее в корпус распределителя. В состав этой же интегральной схемы включают стабилизатор питающего напряжения и температурный компенсатор.
Недостатком генератора Холла является постоянный угол включенного состояния катушки, который задан в конструкции генератора шириной лопастей. Зато этот угол не изменяется в процессе эксплуатации и не требует регулировки, как системы с механическими контактами.
Системы постоянной энергии с генератором Холла
Системы постоянной энергии - это термин, обозначающий такую систему управления первичной обмоткой катушки зажигания, которая обеспечивает высокую энергию разряда свечи независимо от условий работы двигателя.
Системы управления зажиганием дополняются также устройством, которое должно отключать первичную обмотку катушки при включенном зажигании, но не работающем двигателе.
Система предусматривает:
а) Ограничение тока катушки на заданном уровне
б) Постоянство напряжения начала разряда свечи при всех режимах работы двигателя в) Отсутствие балластных сопротивлений.
Часто в дополнение к указанным качествам система предусматривает также отключение тока катушки при неработающем двигателе и включенном зажигании.
Рис. 1.2.33. Управление моментом включения первичной обмотки катушки путем изменения порога запуска импульса
Достижение свойств а), б) и в) осуществляется за счет введения обратной связи в системе управления углом включенного состояния по току в первичной обмотке катушки.
Регулятор периода включения тока катушки
В случае индукционного генератора форма его выходного сигнала позволяет регулировать момент включения тока катушки за счет смещения в схеме формирователя импульсов. Сигнал генератора Холла имеет иную (почти прямоугольную) форму и этот способ регулирования здесь не годится. Поэтому сигнал генератора Холла сначала преобразуется в импульсы треугольной формы одновременно с их усилением и инвертированием (см. рис. 1.2.33). Разность напряжений, снимаемая с компаратора, устанавливает пороговое напряжение, при котором нарастающее напряжение импульса откроет силовой ключ (ключ Дарлингтона), управляющий током катушки. Это пороговое напряжение таково, что ток в катушке достигает заданного уровня и удерживается на нем в течение заданного промежутка времени t. Этот небольшой промежуток необходим как запас для устойчивой работы системы на переходных режимах, например, при разгоне двигателя.
Начало импульса соответствует включению первичной обмотки катушки и началу периода включенного состояния. Конец импульса соответствует прерыванию тока катушки, т.е. началу разряда.
Изменения напряжения, снимаемого с компаратора, приводят к тому, что:
а) период включенного состояния увеличивается, если ток в катушке не достигает заданного уровня, либо
б) период уменьшается.
Управление пиковым значением тока
Сигнал с измерительного резистора в цепи катушки содержит информацию о пиковом значении тока в первичной обмотке катушки зажигания. Компаратор сравнивает это значение с эталонным и подает управляющее напряжение на драйвер. Если достигнут предельный уровень тока, компаратор уменьшает выходное напряжение драйвера, который выключает ключ.
Таким образом обратная связь обеспечивает ограничение предельного уровня тока в катушке и действует как выключатель тока при не работающем двигателе.
Цифровые системы зажигания
Переход к цифровым системам зажигания представляет большой шаг вперед, хотя эти системы пока и не обходятся без катушки, а также центробежных и вакуумных регуляторов опережения.
Цифровые системы обеспечивают постоянство энергии искры и ограничение тока катушки. Для определения требуемого момента зажигания с учетом скорости и загрузки двигателя в них используется микропроцессор.
Возможности компьютера позволяют учесть целый ряд параметров двигателя и автомобиля, но важнейшие конечные результаты состоят в следующем:
а) Стало достижимым создание системы постоянной энергии для двигателей, работающих на бедной смеси во всем диапазоне режимов.
б) Опережение зажигания можно приблизить к порогу начала детонации - чем ближе работа двигателя к этому порогу, тем выше его мощность.
Точность определения и поддержания опережения с учетом скорости, нагрузки и температуры обеспечивает топливную экономичность и снижение вредных выбросов в атмосферу. В такой системе нет движущихся частей, которые бы изнашивались и требовали обслуживания, она обеспечивает постоянство холостых оборотов, хороший запуск и многое другое - все эти преимущества оправдывают высокую сложность системы. Стоимость изделий микроэлектроники постоянно снижается, и в настоящее время специалисты видят будущее именно за такими системами.
Заметим, что цифровая система зажигания может использоваться в автомобиле, независимо от того, каким образом управляется установленная на нем топливно- эмиссионная система. Однако, на большинстве современных автомобилей компьютер одновременно управляет обеими системами, и они объединены в одну общую систему управления двигателем.
При создании нового двигателя разработчики проводят его лабораторные испытания в полном диапазоне скоростей и нагрузок. Для каждого сочетания скорости и нагрузки определяется оптимальное значение опережения зажигания. По этим данным строятся графики.
При выборе оптимального опережения для каждого режима работы двигателя принимается во внимание множество факторов, таких как топливная экономичность, запас по детонации, состав выхлопных газов, крутящий момент, температура двигателя, поэтому не удивительно, что такие графики имеют не совсем гладкую форму.
Основные параметры, учитываемые при управлении углом опережения зажигания, были рассмотрены выше. Пример трехмерной карты опережения зажигания также был приведен. Здесь мы остановимся на некоторых вариантах конструктивного исполнения элементов системы.
Для измерения частоты вращения двигателя чаще всего применяется индукционный датчик, установленный в непосредственной близости от зубчатого венца маховика и выдающий импульсы напряжения прямоугольной формы, число которых соответствует числу зубьев, проходящих мимо датчика в единицу времени.
Как вариант, частоту вращения коленчатого вала двигателя и положение коленчатого вала можно измерить и на распределительном валу двигателя, особенно если от него приводится распределитель зажигания с генератором Холла. Но все же измерение параметров самого коленчатого вала является более точным.
Вместо двух датчиков для измерения скорости и положения вала можно воспользоваться одним, если зубчатый венец снабдить какой-либо специальной меткой, различимой для датчика, например, отсутствие одного зуба.
Наконец, следует заметить, что недостатком применяемых для этих целей индукционных датчиков является зависимость выходного напряжения от скорости. Таким образом, малую скорость часто измерить вообще не удается.
Датчики крайних положений дроссельной заслонки. Эти датчики посылают в блок управления сигнал о том, что дроссельная заслонка достигла одного из крайних положений - полной нагрузки или холостого хода. Сигналы крайних положений заслонки нужны блоку управления для перехода на специальные программы регулирования зажигания в этих ситуациях.
В некоторых системах управления сигнал крайнего положения дроссельной заслонки используется для отсечки топлива при увеличении оборотов двигателя сверх допустимых.
Работа электронного блока управления
Информация о характеристиках двигателя хранится в памяти компьютера в форме таблиц, называемых рабочими таблицами. Эти таблицы получаются из трехмерных карт опережения зажигания и таких же карт для периода замкнутого состояния. Рабочие таблицы могут быть составлены компьютером для различных сочетаний параметров, однако, прежде всего такими параметрами являются скорость, давление в коллекторе, температура двигателя и, возможно, напряжение аккумулятора.
Каждая из таблиц дает свое значение угла опережения, и для определения истинно требуемого угла все результаты сопоставляются. Подобным образом вычисляется и угол включенного состояния.
При включении питания микропроцессор посылает закодированный двоичный адрес, который указывает, к какой части памяти он обращается.
Затем посылается управляющий сигнал, указывающий направление и последовательность движения информации в процессор или из процессора. Работа самого процессора представляет собой серию двоичных импульсов, с помощью которых информация считывается из памяти, декодируется и выполняется. Программы выполнения операций - арифметических, логических и транспортных также записаны в памяти.
Наконец, ЭУУ выдаст команду силовому ключу системы зажигания на включение или выключение катушки в соответствии с текущим состоянием двигателя.
Последовательность сигналов цифрового управления зажиганием приведена на рис. 1.2.34.
0°
Импульсы от зубьев маховика -
скорость двигателя
Импульсы положения коленчатого вала
180°
360°
Пилообразное напряжение -
счетчик углов поворота вала
Расчетные моменты включения
катушки зажигания
Сравнение счетчика углов с расчетными моментами
Сигналы на силовой ключ
Ток в первичной обмотке катушки зажигания
Рис. 1.2.34. Последовательность обработки сигналов в цифровых системах зажигания
В системах без датчика детонации система управления будет поддерживать опережение вблизи границы детонации, записанной в память компьютера. Это приемлемо для нового двигателя, однако в этом случае не будут учтены изменения условий работы двигателя, вызванные износом, сортом топлива и пр.
Датчик детонации позволяет ЭУУ осуществлять управление на грани детонации при любых изменениях режима работы двигателя.
Бесконтактные системы зажигания
С развитием электронных систем зажигания появилась возможность отказаться от самого ненадежного узла системы зажигания - контактного прерывателя вместе с центробежным регулятором опережения. Распределителю зажигания в этом случае оставлена единственная функция - направлять искру при очередном разряде в нужный цилиндр. Но и эта функция теперь может выполняться бесконтактным способом с помощью четырехпроводной катушки зажигания (для 4-цилиндровых двигателей).
Такая система зажигания разработана фирмой Ford для двигателей семейства HCS Valencia, устанавливаемых на автомобилях типа Escort/Orion. Распределение зажигания по цилиндрам здесь достигается с помощью двух высоковольтных катушек, оба конца которых соединены со свечами разных цилиндров. Эта идея раньше использовалась для двухцилиндровых двигателей Citroen 2CV и Visa, однако теперь, благодаря электронному управлению, она стала осуществима и на 4-цилиндровом двигателе.
Каждый раз, когда вторичная катушка получает сигнал на разряд, вспышки происходят сразу в двух цилиндрах (см. рис. 1.2.35). Разряд одной свечи происходит в цилиндре, где заканчивается такт сжатия, а второй свечи - в цилиндре, где заканчивается такт выхлопа. Первая свеча подожжет рабочую смесь и начнется обычный рабочий ход, а вторая искра пропадет впустую. В системе зажигания Форда напряжение вторичной обмотки составляет 37 кВ, что вполне достаточно для поддержания разряда в двух свечах одновременно.
Обратите внимание на то, что искра будет иметь правильную полярность только в одной свече, а в другой полярность будет "неправильной" (см. рис.1.2.36), если вспомнить, что в идеале центральный электрод должен быть положительным, а пери- ферийный - отрицательным.
Порядок работы цилиндров обычный (1-2-4-3) и свечи, используемые в двигателе тоже обычные, но здесь их приходится заменять каждые 20 000 км.
Первичная обмотка катушки зажигания имеет сопротивление 0.5 ± 0.05 Ом, а вторичная - от 11 до 16 кОм.
Рис. 1.2.35. Бесконтактная система зажигания.
Управляющий микропроцессор рассчитывает оптимальное опережение в зависимости от давления в коллекторе, скорости двигателя, положения коленчатого вала и температуры охлаждающей жидкости.
При выходе из строя микропроцессора система устанавливает постоянный угол опережения 10° до ВМТ, что позволяет двигателю продолжать работу, пока не появится возможность его отремонтировать.
При полной загрузке двигателя, а также при высокой температуре воздуха во впускном коллекторе система уменьшает угол опережения, чтобы избежать ударного горения смеси. Значение угла опережения в этом случае компьютер берет из карты зажигания с учетом сигналов соответствующих датчиков.
Рис. 1.2.36. Соединение свечей в бесконтактной системе зажигания.
Тема № 1