Электронная система зажигания
Электронная система зажигания
Чтобы воспламенить топливовоздушную смесь, в нужный момент в цилиндр должна быть подана электрическая искра. Эту задачу выполняет электронная система зажигания, которая является составной частью системы управления двигателем. Электронная система зажигания имеет ряд существенных отличий от контактных и бесконтактных систем, устанавливаемых на карбюраторные двигатели вазовских автомобилей.Принцип распределения высокого напряженияВ контактных и бесконтактных системах зажигания реализован динамический принцип распределения высокого напряжения (рис. 1а). Высокое напряжение с катушки зажигания через механический распределитель подается на свечу определенного цилиндра. Механический распределитель имеет привод от распредвала. А таких системах используется одна катушка зажигания.В электронной системе зажигания используется принцип статического распределения высокого напряжения, то есть в системе отсутствуют подвижные детали. На всех впрысковых вазовских автомобилях, выпускавшихся до настоящего времени, высокое напряжение с катушки зажигания подается в два цилиндра, поршни которых в данный момент движутся к верхней мертвой точке. В одном из цилиндров происходит такт сжатия смеси, во втором — такт выпуска. Такой принцип распределения высокого напряжения называется “методом холостой искры” (рис. 1б). Для реализации этого принципа на четырехцилиндровом двигателе требуются две катушки зажигания.На перспективных шестнадцатиклапанных двигателях планируется устанавливать индивидуальные катушки зажигания на каждый из цилиндров (рис. 1в).
1 - коммутатор; 2 - катушка зажигания; 3 - свечи зажигания; 4 - механический распределительУправление углом опережения зажиганияВ контактных и бесконтактных системах зажигания управление углом опережения зажигания происходит с помощью механических устройств. Центробежный регулятор обеспечивает коррекцию угла в зависимости от частоты вращения коленвала, вакуумный регулятор — в зависимости от нагрузки на двигатель. Момент возникновения искры определяется моментом размыкания прерывателя (в контактных системах) или моментом перехода сигнала датчика Холла из низкого состояния в высокое (в бесконтактных системах).В электронных системах зажигания моментом искрообразования управляет контроллер. Определив значение оборотов коленвала в данный момент и нагрузку на двигатель, контроллер рассчитывает базовый угол опережения зажигания. Далее этот угол может быть скорректирован (например, уменьшен, если обнаружена детонация). Рассчитав окончательное значение угла опережения зажигания, контроллер выдает управляющий сигнал на модуль зажигания в момент, когда поршень, движущийся к ВМТ, займет требуемое положение.Состав системы зажиганияВ электронной системе зажигания можно выделить следующие составные части:1 — контроллер;2 — датчик положения коленчатого вала (ДПКВ);3 — шкив с зубчатым венцом;4 — модуль зажигания;5 — высоковольтные провода;6 — свечи зажигания.Для упрощения на рисунке не показаны некоторые датчики СУД, сигналы которых исполь-зуются контроллером для расчета угла опережения зажигания.Рассмотрим подробнее высоковольтную часть системы зажигания.Модуль зажиганияМодуль зажигания включает в себя две катушки зажигания и два высоковольтных ключа-коммутатора.Катушка зажигания служит для накопления энергии, достаточной для воспламенения топливоздушной смеси, в ее вторичной цепи формируется высокое напряжение, которое далее подается на свечи зажигания. Катушка зажигания состоит из двух индуктивно связанных обмоток (первичной и вторичной). Работа катушки зажигания основана на законе индукции. Когда по первичной обмотке протекает ток, сердечник намагничивается, вокруг обеих обмоток создается сильное магнитное поле. Величина тока через первичную обмотку (зависит от длительности времени накопления) и индуктивность первичной обмотки определяют накопленную в магнитном поле энергию системы зажигания (более 40 мДж). В заданный момент времени (по команде контроллера) протекание тока через первичную обмотку прерывается, исчезает созданное им магнитное поле. При изменении магнитного потока, пронизывающего витки вторичной обмотки, в последней наводится электродвижущая сила самоиндукции (ЭДС). Величина ЭДС зависит от накопленной энергии, от коэффициента трансформации катушки зажигания (отношения количества витков во вторичной обмотке к количеству витков в первичной обмотке), от качества намотки катушек и пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Благодаря высокой скорости изменения магнитного потока, а также большому коэффициенту трансформации во вторичной обмотке наводится ЭДС выше 300 000 В.Коммутатор служит для включения и выключения тока в первичной обмотке катушки зажигания. Контроллер рассчитывает необходимое время включенного состояния в зависимости от текущих оборотов коленвала и напряжения бортсети и подает на коммутатор управляющий сигнал. В течение времени включенного состояния (времени накопления) ток в первичной обмотке катушки зажигания возрастает до заданного оптимального значения, при котором величина запасаемой энергии достигает максимума. Если время накопления слишком велико, то катушка зажигания будет работать с насыщением, что приведет к ее перегреву и снижению КПД.При включении первичного тока во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется нежелательное напряжение в диапазоне 1000—2000 В (напряжение включения). Но за счет высокого пробойного напряжения двух последовательно включенных свечей зажигания появление нежелательной искры подавляется без дополнительных мероприятий.Высоковольные проводаС помощью высоковольтных проводов высокое напряжение с катушки зажигания подается на свечи зажигания. Высоковольтный провод представляет собой токопроводящую жилу в силиконовой изоляции, на концах которой и находятся высоковольтные контактные наконечники. Высоковольтный провод обладает сопротивлением 6—15 кОм. Это делается специально для снижения уровня электромагнитных помех, которые возникают в момент искрообразования. Свечи зажиганияРис. 1. Свеча зажигания: 1 — контакт; 2 — изолятор; 3 — корпус; 4 — электропроводное стекло; 5 — уплотнение; 6 — центральный электрод; 7 — боковой электрод
Свечи зажигания служат для воспламенения топливовоздушной смеси. При увеличении напряжения вторичной цепи до величины пробоя искровой промежуток между центральным и боковым электродами свечи зажигания становится токопроводящим, запасенная энергия катушки зажигания преобразуется в искру, воспламеняющую топливовоздушную смесь. Величина напряжения пробоя искрового промежутка зависит от зазора между электродами, от геометрии электродов, от давления в камере сгорания и от коэффициента избытка воздуха смеси в момент воспламенения. С ростом давления в камере сгорания напряжение пробоя увеличивается.Важными параметрами свечей зажигания являются калильное число и длина искрового промежутка.Калильное число характеризует количество тепла, которое может отводить свеча зажигания из камеры сгорания. Свеча зажигания с низким калильным числом плохо отводит тепло, сильно нагревается за время рабочего хода поршня и не успевает остыть до того, как следующая порция топливовоздушной смеси поступит в цилиндр. Вследствие этого происходит преждевременное, калильное (не от искры) зажигание. Если же детали свечи зажигания остаются слишком холодными (высокое калильное число), то свеча теряет способность к самоочищению, нагар загрязняет электроды и изолятор, что может привести к возникновению перебоев в искрообразовании. Оптимальная рабочая температура для самоочищения свечи — от 400 до 900оС.Длина искрового промежутка влияет на качество сгорания топливовоздушной смеси. Чем больше искровой промежуток, тем увереннее происходит ее воспламенение. Но максимальное значение межэлектродного расстояния ограничивается максимально допустимым значением вторичного напряжения катушки зажигания, скоростью нарастания вторичного напряжения, которое, в свою очередь, определяется конструктивными особенностями катушки зажигания, высоковольтных проводов и свечей зажигания.Свечи зажигания, устанавливаемые на впрысковые вазовские автомобили (А17ДВРМ, АУ17ДВРМ), имеют следующие характеристики:— калильное число — 17;— длина искрового промежутка — 1—1,1 мм;— встроенный помехоподавляющий резистор.Для чего нужен датчик положения коленвала (ДПКВ)Чтобы обеспечить оптимальное управление двигателем, контроллер системы управления должен всегда знать точное положение поршней в цилиндрах двигателя относительно ВМТ. Для этой цели шкив привода генератора дополнили зубчатым венцом (рис. 2). Расчетное количество зубьев на венце 60, при этом два из них отсутствуют. Угловое расстояние между зубьями составляет 6о. В паре с зубчатым шкивом работает ДПКВ, установленный на кронштейне крышки масляного насоса. Воздушный зазор между ДПКВ и зубчатым венцом составляет 0,7—1,1 мм. Датчик состоит из постоянного магнита и обмотки с сердечником. При вращении зубчатого венца изменяется магнитный поток в магнитопроводе датчика, наводя импульсы напряжения переменного тока в его обмотке. Амплитуда импульсов увеличивается с ростом частоты вращения коленвала. На величину амплитуды импульсов влияет также расстояние между датчиком и зубчатым венцом. Шкив установлен на валу так, что при совмещении середины первого зуба венца с осью ДПКВ поршни первого и четвертого цилиндров находятся строго за 114о до ВМТ. С началом прокрутки двигателя контроллер анализирует сигнал ДПКВ, пытаясь выделить два пропущенных зуба на венце шкива (после пропущенных идет первый зуб). Как только это происходит (контроллер засинхронизировался), становится возможным расчет угла опережения зажигания, расчет фаз впрыска топлива и управление модулем зажигания и форсунками (рис. 3). Сигнал ДПКВ используется также для расчетов скорости вращения коленвала и его ускорения.
Рис 3: а — сигнал датчика положения коленчатого вала; b — сигнал датчика фаз; с — сигнал управления с контроллера на модуль зажигания; d — напряжение во вторичной цепи модуля зажигания; ВМТ1 — верхняя мертвая точка первого цилиндра на такте сжатия; 1 — угол опережения зажигания; 2 — время накопления энергии в катушке зажигания
Рекомендуемый контент