СОВРЕМЕННЫЕ АВТОМОБИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ

СОВРЕМЕННЫЕ АВТОМОБИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ

1. Транзисторные системы зажигания

Транзисторные системы зажигания принято подразделять на две группы:

контактно-транзисторные (КТСЗ) и бесконтактно-транзисторные (БТСЗ). В контактно-транзисторной системе зажигания контактная пара прерывателя в первичной цепи катушки зажигания отсутствует и заменена транзисторным ключом КТ. Но сам транзисторный ключ управляется по базе контактной парой механического прерывателя К прежней конструкции. Это позволило уменьшить ток разрыва в контактной паре и за счет усиления в транзисторе увеличить ток разрыва в индуктивном накопителе (в первичной обмотке катушки зажигания). При этом коэффициент запаса по вторичному (выходному) напряжению увеличился. Эксплуатационная надежность системы зажигания стала несколько выше. Наряду с контактно-транзисторными системами зажигания были разработаны также и контактно-тиристорные системы с емкостным накопителем, которые не нашли широкого практического применения.

Бесконтактный датчик выполняет в системе зажигания следующие функции: задает установочный угол* опережения зажигания; управляет моментом зажигания при изменении частоты вращения и нагрузки двигателя; определяет тактность работы ДВС. По совокупности перечисленных функций бесконтактный датчик выдает на вход коммутатора оптимальную величину

* Установочным называется угол опережения зажигания на предельно низких (холостых) оборотах двигателя, когда центробежный и вакуумный регуляторы еще не работают.

Но ограничение тока мощного транзистора насыщением приводит к значительному выделению тепловой энергии на коллекторно-эмиттерном переходе и, как следствие, к низкой функциональной надежности системы зажигания в целом.

2. Электронные и микропроцессорные системы зажигания

Электронные и микропроцессорные системы зажигания имеют три принципиальных отличия от предшествующих систем:

На входы контроллера подаются сигналы от входных датчиков системы зажигания, а по выходу — контроллер работает на электронный коммутатор выходного каскада ( см. рис. 4). Все электронные схемы контроллера низкоуровневые (потенциальные), что позволяет включать их в состав других бортовых электронных блоков управления (например, в ЭБУ системы впрыска топлива).

Что это дает автомобильной системе зажигания?

3. Выходные каскады с многовыводными катушками зажигания

4. Выходные каскады с индивидуальным статическим распределением

которая устанавливается на четырехцилиндровых двигателях автомобилей AUDI-A4 (выпуск после 1995 года).

Основные преимущества системы зажигания, интегрированной в ЭСАУ Motronic, состоят в следующем:

— индивидуальное статическое распределение высокого напряжения по свечам зажигания;

— катушки зажигания с заземленной вторичной обмоткой;

— все входные датчики (датчик Холла, датчик частоты вращения ДВС, датчик температуры ДВС, датчики дроссельной заслонки, датчик детонации) — это формирователи электрических сигналов из неэлектрических воздействий бесконтактного принципа действия. Аналоговые сигналы от этих датчиков преобразуются в контроллере в цифровые сигналы;

— селективная коррекция угла опережения зажигания по детонации (в каждом цилиндре в отдельности);

— отключение цилиндров ДВС при перебоях в искрообразовании (защита дорогостоящих компонентов — кислородного датчика и каталитического газонейтрализатора экологической системы автомобиля от повреждений);

— наличие в контроллере функций самодиагностики и резервирования.

5. Выходной каскад с управляемым трансформатором зажигания

Если магнитопровод трансформатора ввести в режим насыщения, то его коэффициент трансформации резко падает и энергия из первичной обмотки во вторичную не трансформируется.

Выходной трансформатор имеет два магнитопровода — М1 и М2, охваченных общей первичной обмоткой Каждый магнитопровод оснащен отдельной обмоткой управления Wв и Wв") и отдельной двухвыводной вторичной обмоткой (W2' и W2''). Когда по управляющей обмотке Wв' протекает ток, достаточный для насыщения сердечника М1, а обмотка Wв" обесточена, то высокое напряжение будет наводиться только во вторичной обмотке W2'. Если обесточить управляющую обмотку Wв' и пропустить ток насыщения по обмотке Wв", то насытится сердечник М2 и высокое напряжение будет трансформировано только в обмотку W2''.

6. Высоковольтные провода

Литература

1. Д.Соснин. Современные автомобильные системы зажигания. Ремонт&Сервис, №10, 1999 г., с. 45-47

2. Д.Соснин, А.Фещенко. Автомобильные катушки зажигания. Ремонт&Сервис, №9, 1999 г., с. 46-53

3. В.Е.Ютт. Электрооборудование автомобилей. М. Транспорт. 1995 г. Продолжение следует

Материалы: http://altay-krylov.ru/ch_sovr_avt_sist_za.html

Дискретные системы выполняются, как правило, без обратной связи и реализуют хотя и сложные, но не адаптивные характеристики. Микропроцессорные системы более совершенные. Возможности компьютера позволяют учесть целый ряд параметров двигателя и автомобиля, но важнейшие конечные результаты состоят в следующем:

1. Становится достижимым создание системы постоянной энергии искры зажигания для двигателей, работающих на бедной смеси во всем диапазоне режимов;

2. Опережение зажигания можно приблизить к порогу начала детонации - чем ближе работа двигателя к этому порогу, тем выше его мощность.

Точность определения и поддержания опережения зажигания 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 частоты вращения вала двигателя в режиме холостого хода, 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.

Важно отметить, что микропроцессорная система зажигания может использоваться в автомобиле независимо от того, каким образом управляется установленная на нем топливная 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.

В микропроцессорной системе зажигания применяется электронное управление углом опережения зажигания. Как правило, микропроцессорная система одновременно управляет и системой топливоподачи либо полностью (система Motronic фирмы Bosch), либо каким-либо ее элементом, чаще всего, экономайзером принудительного холостого хода (автомобиль ВАЗ‑21083, ГАЗ-3302 «Газель» и др.).

Центральной частью микропроцессорной системы является контроллер (микро-ЭВМ, микропроцессор).

На рис. 1 представлена структурная схема контроллера МС2713 «Электроника», применяющаяся на некоторых модификациях автомобилей «Волга», «Газель», ЗИЛ-1114, ВАЗ-21083. В задачу контроллера входит обработать информацию, поступающую от датчиков, и в соответствии с ней, установив оптимальный для данного режима угол опережения зажигания, дать команду через коммутатор на образование искры зажигания.

Контроллер получает информацию от следующих индукционных датчиков:

датчика начала отсчета (НО), установленного на картере сцепления так, что он генерирует импульс напряжения в момент прохождения в его магнитном поле стального штифта, укрепленного на маховике, при положении в верхней мертвой точке поршней 1-го и 4-го цилиндров;

датчика угловых импульсов (УИ), реагирующего на прохождение зубьев шестерни венца маховика и снабжающего контроллер информацией о частоте вращения и угле поворота коленчатого вала двигателя;

полупроводникового датчика температуры охлаждающей жидкости tпорогового типа, информирующего о достижении температуры заданного уровня;

датчика разряжения во впускном коллекторе Ртензометрического типа, информирующего о нагрузке двигателя.

Для управления экономайзером принудительного холостого хода (ЭПХХ) сигнал поступает с концевого выключателя KB от дроссельной заслонки.

Сигналы с датчиков НО и УИ преобразуются преобразователем сигналов в прямоугольные импульсы с логическими уровнями интегральных микросхем; сигнал с датчика разряжения, который по напряжению пропорционален разряжению, также преобразуется во временные импульсы.

Система работает следующим образом: в постоянном запоминающем устройстве ПЗУ контроллера записана информация об оптимальном угле опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. Информация записана в двух вариантах - характеристиках для холодного (температура охлаждающей жидкости ниже 65°С) и прогретого двигателя.

Нужная характеристика выбирается по сигналу с датчика температуры, поступающего на 10-й разряд адреса ПЗУ А10. Процессор Р, выполненный на микросхеме КМ1823ВУ1, формирует сигнал «Старт АЦП», по которому устройство ввода-вывода УВВ запускает преобразователь «напряжение-время» и начинает преобразовывать изменение напряжения датчика загрузки двигателя в цифровой код. По сигналу «Конец преобразования» в сети устанавливается адрес ПЗУ в разрядах А5-А9 с допуском к необходимой информации. Начало измерения нагрузки двигателя, и вычисления угла опережения зажигания реализуется процессором по жесткому алгоритму. Когда вычисленный угол совпадает с углом поворота коленчатого вала, по сигналу процессора через УВВ включается формирователь импульсов зажигания ФИЗ на микросхеме КМ 1823АГ1, вырабатывающей импульсы зажигания постоянной скважности, подаваемые через ключ СЗ на выход блока управления.

Каналы управления многоканального коммутатора выбираются по сигналу ИЗ, через ключ выбора канала ВИ.

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 неудивительно, что такие графики имеют не совсем гладкую форму. В качестве примера на рис. 2 изображена зависимость опережения зажигания только от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Чтобы учесть еще один параметр - нагрузку, требуется построить уже трехмерный график, все точки которого образуют поверхность. Если выбрать любое сочетание частоты вращения и нагрузки и провести из этой точки перпендикуляр вверх, то на пересечении его с поверхностью можно получить требуемое значение опережения момента зажигания.

Поверхность напоминает топографический план местности и может быть изображена наподобие топографической карты, поэтому ее иногда называют картой зажигания.

Если основание карты разбить на интервалы по скоростям движения автомобиля и нагрузкам на двигатель и построить на этих интервалах сетку (рис. 3), то для узлов этой сетки можно найти соответствующие значения угла опережения зажигания и записать эти значения, например, в память компьютера. Практически для удовлетворительного управления зажиганием необходимо хранить в памяти от 1000 до 4000 таких значений.

Разработчику требуется дополнить карту режимами работы двигателя при частоте вращения коленчатого вала на холостом ходу для ее поддержания, а также на максимальной частоте вращения для ее ограничения. Наконец, программируется режим полных нагрузок таким образом, чтобы работать рядом с границей начала детонации, но не перейти ее.

Рис. 3. Способ хранения карты зажигания

Управление зажиганием двигателя осуществляется с помощью микропроцессора, который приспособлен к условиям работы на автомобиле. В его память также заложена, кроме вышеперечисленных данных, программа для обработки этих данных.

В процессе работы двигателя в компьютер подается следующая информация: нагрузка, детонация, температура, напряжение аккумулятора, частота вращения и положение коленчатого вала, положение дроссельной заслонки.

Информация на компьютер поступает от датчиков, которые преобразуют измеряемые величины в электрические сигналы. Компьютер сначала преобразует аналоговые сигналы датчиков в цифровую форму (т.е. в серию импульсов типа 0-1), поскольку компьютер умеет обрабатывать только числовую информацию.

Некоторые сигналы, такие как частота вращения коленчатого вала, уже поступают на компьютер в виде импульсов, однако большинство параметров, такие как температура, напряжение аккумулятора и пр. имеют постоянную полярность, хотя и меняют со временем свои значения. Такие сигналы называются аналоговыми и должны быть преобразованы перед входом в компьютер в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

Сигналы, поступающие в компьютер, показаны на рис. 4.

Нагрузка. Информацию о нагрузке двигателя дает разрежение во впускном коллекторе. Для измерения давления может быть использован барометрический датчик, основой которого является пьезоэлектрический преобразователь.

Величиной, связанной с нагрузкой двигателя является и расход воздуха через коллектор. Дополнительную информацию о расходе воздуха можно получить, измерив его температуру, что позволяет внести поправки на его плотность. Эти данные используются в основном для управления впрыском топлива.

Как вариант, может быть измерен сразу массовый расход воздуха с помощью датчика с нагреваемой проволокой. Все указанные параметры измеряются в аналоговой форме и перед вводом в компьютер должны быть преобразованы в цифровую форму с помощью АЦП.

Детонация. Она обнаруживается с помощью датчиков ускорения, основой которых может служить пьезоэлектрический преобразователь. Такой датчик представляет собой кварцевую пластинку 4, закрепленную в подходящем месте на блоке цилиндров и прижатую снаружи массивным диском, называемым сейсмическим (рис. 5).

Пьезокристалл генерирует электрическое напряжение, пропорциональное изменению механического напряжения на его поверхностях. При детонации вибрация блока цилиндров достигает такого значения, при котором диск, прижатый к датчику, начинает с большой частотой сжимать пластинку кварца, в результате чего на ее гранях появляется переменное электрическое напряжение

Полученные таким образом сигналы от каждого цилиндра поступают в компьютер для оценки их уровня. Предварительно компьютер определяет средний уровень вибраций для каждого цилиндра. Этот уровень постоянно адаптируется к меняющимся условиям. Если сигнал детонации от какого-либо цилиндра в момент вспышки превзойдет пороговый уровень для этого цилиндра, компьютер уменьшит опережение в этом конкретном цилиндре на небольшой угол, скажем, на 1,5°. Процесс повторяется для каждого цилиндра в каждом рабочем цикле. Если детонации больше нет, компьютер начинает в каждом цикле постепенно увеличивать угол опережения с маленьким шагом, пока не достигнет значения, записанного в карте зажигания.

В результате каждый цилиндр настраивается индивидуально на работу в режиме наибольшей эффективности, поскольку наибольшая эффективность достигается при работе на границе детонации (рис. 6). Полосу Аможно сузить, если использовать управление с обратной связью. При этом мощность двигателя повысится. Поскольку каждый цилиндр имеет свою шумовую характеристику, для четырехцилиндрового двигателя оказывается достаточным один датчик, который различает каждый из цилиндров. На шестицилиндровых двигателях устанавливают два таких датчика.

На рис. 7 показана блок-схема управления зажиганием по сигналу детонации. При неисправности системы, например при отказе датчика, или обрыве провода, система управления уменьшает опережение до безопасного уровня, а на панели приборов загорается лампочка, сигнализирующая о неисправности.

Температура.Для измерения температуры в диапазоне до 200 0 С в настоящее время чаще всего применяют термисторы взамен ранее применявшихся термопар. Термистор – это полупроводниковый резистор с ярко выраженным отрицательным температурным коэффициентом (рис. 8).

Обычно рабочая температура термистора лежит в пределах от ‑20 до +130°С. Для измерения температуры охлаждающей жидкости капсулу с термистором вворачивают в канал водяной рубашки блока цилиндров (рис. 9).

Термистор имеет высокую чувствительность, так что значение температуры может быть измерено с точность до 0,05°С.

Температура вводится в компьютер как дополнительный параметр, который наряду с частотой вращения вала и нагрузкой позволяет найти по карте зажигания требуемое опережение для данного режима работы двигателя (рис. 10).

Рис. 10. Карта опережения зажигания в зависимости от температуры tи нагрузкиN(а- угол опережения зажигания)

Напряжение аккумулятора. Это дополнительный параметр. Если напряжение аккумулятора отличается от эталонного, то момент включения катушки сдвигается вперед или назад для достижения постоянной мощности разряда.

Частота вращения и положение коленчатого вала. Частоту вращения коленчатого вала можно определить, подсчитав число зубьев специального зубчатого диска, закрепленного на коленчатом валу, проходящих в единицу времени мимо индукционного датчика. Работа датчика основана на том же принципе, что и индукционного генератора импульсов, описанного выше.

Кроме частоты вращения коленчатого вала в блок управления нужно также ввести положение некоторой точки начала отсчета угла поворота этого вала. Обычно такой точкой является положение 90° до ВМТ в цилиндре № 1. Это положение вводится в компьютер с помощью другого датчика, который реагирует на специальный выступ зубчатого диска. Иногда роль зубчатого диска выполняет зубчатый венец маховика.

Как вариант, частоту вращения 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 частоты вращения и положения коленчатого 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 частоты вращения. Малую частоту вращения такими датчиками иногда измерить вообще не удается.

Положения дроссельной заслонки. Датчики крайних положений дроссельной заслонки посылают в блок управления сигнал о том, что дроссельная заслонка достигла одного из крайних положений - полной нагрузки или частоты вращения вала на холостом ходу. Сигналы крайних положений заслонки нужны блоку управления для перехода на специальные программы регулирования зажигания в этих ситуациях (рис. 11).

В некоторых системах управления сигнал крайнего положения дроссельной заслонки используется для отсечки топлива при увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя сверх допустимой.

Какие преимущества имеют микропроцессорные системы управления моментом зажигания по сравнению с цифровыми?

Что такое «карта зажигания» и как она используется в микропроцессорной системе управления?

Объясните схему цифрового управления моментом зажигания.

Какой датчик дает микропроцессору информацию о нагрузке двигателя?

Как сигналы датчика детонации используются для управления моментом зажигания?

Что такое «термистор» и как он используется в датчике температуры?

В чае заключается недостаток индукционных датчиков частоты вращения двигателя?

Для продолжения скачивания необходимо собрать картинку:

Материалы: http://studfiles.net/preview/2687892/page:14/

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания имеют некоторые нюансы при использовании специального устройства, которое призвано воспламенять пары бензина, заполнившие цилиндры двигателя.

История развития автотранспорта включает в себя определенные этапы, с различными способами реализации систем зажигания. Все начиналось с самых простых схем, и на сегодняшний день зажигание представляет собой сложное электронное устройство. Одной из схем построения такого элемента является микропроцессорная система зажигания (МПСЗ).

Что представляет собой данное устройство

Микропроцессорная система зажигания призвана формировать определенные значения угла опережения зажигания двигателя карбюраторного или бензинового типа, которые зависят от параметров частоты вращения вала и показателя давления воздуха. Причинами, которые побудили разработчиков создать данную схему, являются:

• невозможность реализации оптимальных функциональных зависимостей углов опережения зажигания посредством центробежного и вакуумного регуляторов датчиков-распределителей, устанавливаемых на карбюраторные двигатели;
• значительный начальный разброс их характеристик при поставке на сборочный конвейер;

• изменение этих характеристик в процессе эксплуатации;
• монтаж данного устройства на двигатель автомобиля помогает в короткое время достигнуть самых высоких результатов, на которые только способен автомобиль.

  

Структурная схема этого устройства включает в себя:

• датчик, предназначенный для измерения показателя температуры двигателя и напряжения аккумулятора;
• преобразующий элемент;
• элемент дроссельной заслонки;
• цифровой преобразователь;
• управляющий блок;
• оперативная и постоянная память;
• катушки;
• свечи.

Принцип работы МПСЗ на классике

Контактная система, устанавливаемая на классику, все еще находит свое применение на практике, но никак не может конкурировать с МПСЗ. И в этом наблюдается очень интересный момент. Принцип образования искры в целом не меняется. Искра, которая возникает при воздействии микропроцессорной системы зажигания намного лучше, мощнее, и что самое главное, появляется возможность управления процессом возникновения искры. Такое стало возможным благодаря преобразованию угла опережения зажигания.

Как утверждают специалисты, показатель скорости движения авто на ходу существенно влияет на появление искры в цилиндрах. По теории такое возникает, когда поршень располагается в верхней мертвой точке. В то время, когда авто движется на максимальной скорости, исходя из окончательных значений сгорания топлива, образование искры должно начинаться намного раньше, чем поршень дойдет до верхней мертвой точки.

Управление углом опережения помогает создать искру в тот момент, когда необходимо. В результате двигатель показывает максимальный результат мощности. Стоит отметить, что при этом снижается расходование топлива и существенно повышается качество теплового режима работы. Именно эту функцию берет на себя МПСЗ.

Микропроцессорная система зажигания предоставляет карбюраторным двигателям еще один шанс на жизнь. Нужно понимать, что его технические параметры будут значительно выше, однако будут уступать современным авто, но данная система существенно повысит качество взаимодействия контактной системы с двигателем.

По факту трамблер отвечает только за распределение напряжения по свечам зажигания, а его управлением занимается микропроцессорная система. Это особое электронное устройство, которое выполнено на микроконтроллере. В зависимости от показаний датчиков, микропроцессорная система зажигания выставляет необходимый угол опережения зажигания.

Что лучше трамблер или микропроцессорная система

Чтобы разобраться в этом вопросе, стоит рассмотреть несколько наглядных примеров отрицательной работы первого элемента:

1. Плохая работа трамблера негативно сказывается на стабильной работе всей системы.
2. Трамблеры включают в себя мобильные элементы, которые довольно часто ломаются, что крайне негативно сказывается на эксплуатации всего автомобиля. Довольно частая причина ремонта данной схемы –это поломка подвижных элементов трамблера вследствие сгорания. Они существенно снижают надежность эксплуатации и продуктивность элемента.
3. Трамблер при изначальной разработке не был наделен способностью правильно реагировать на угол опережения зажигания.

В случае с МПСЗ все по-другому, она не только получает и верно обрабатывает данные, она также способна самостоятельно производить оптимальную регулировку. Для того чтобы процесс был успешным, система должна получить два параметра: уровень детонации и температуру опережения угла зажигания. Трамблер не способен воспринимать данную информацию.

Заключение

Любые изменения, в структурной схеме системы зажигания, не изменили принцип ее работы в целом. За свою историю существования автомобиля разработана не одна такая схема, но именно микропроцессорная система зажигания сумела совместить в себе схему зажигания и микропроцессорное управление, что существенно продлевает срок эксплуатации автомобилем.

Как правильно спаять схему для микропроцессорной системы зажигания своими руками узнаем в следующем видео:

Материалы: http://mashintop.ru/articles.php?id=2804