Электронная система зажигания инжекторного двигателя

Автомобили

Бесконтактная транзисторная система зажигания на основе датчика Холла

Принцип работы контактной системы зажигания автомобиля заключается в управлении через контакты. Кулачок прерывателя открывает и замыкает в соответствии с числом оборотов контакт между АКБ и катушкой зажигания. Исчезающее магнитное поле способствует появлению запальной искры.

При работе контактной системы зажигания, регулировка момента воспламенения происходит за счет центробежных грузиков в распределителе зажигания и вакуумного регулятора. Находящийся в распределителя зажигания контакт прерывателя необходимо заменять через определенный пробег.

Устройство системы управления зажиганием двигателя постоянно модернизировались и ухудшались с целью улучшения параметров экономичности, токсичности, облегчения обслуживания и детонационной стойкости. Вместо контактной группы был установлен датчик Холла. Датчик Холла является бесконтактным выключателем, он установлен в распределителе зажигания.

По его прямоугольному сигналу блок управления двигателя определяет частоту вращения и положение коленчатого вала, на основании этого он рассчитывает оптимальный момент зажигания и подает управляющие сигналы на блок управления зажигания, который коммутирует цепь первичного тока и тем самым запускает зажигание.

Система зажигания с контактно-транзисторным управлением

Принцип работы системы зажигания с контактно-транзисторным управлением представляет собой модернизированную версию традиционной системы зажигания — основные детали идентичны деталям традиционной системы зажигания.

Изменение касается только встроенного транзистора. Дополнительно встроенный транзистор служит для коммутирования первичного тока. Контакты прерывателя разгружаются, т.к. они коммутируют только управляющий ток транзистора.

Полностью электронные системы зажигания

система зажигания инжектора

Распределение напряжения происходит больше не механическим путем, а чисто электронным путем в блоке управления зажигания. В полностью электронных системах зажигания находятся две катушки зажигания первичной обмотки и две катушки зажигания вторичной обмотки в индуктивной катушке зажигания с распределителем (зажигание со стационарным распределителем вместо вращающегося).

Каждая катушка вторичной обмотки (у четырехцилиндрового двигателя) соединена с двумя свечами зажигания, это означает, что блок управления посылает управляющие сигналы всегда одновременно на две свечи.

Расположение выбрано с тем расчетом, чтобы запальная свеча второй свечи зажигания попадала в такт выпуска неработающего цилиндра. Полностью электронная система зажигания является на сегодняшний день самой распространённой системой зажигания, где обслуживание системы зажигания сведено к минимуму.

Электронная система управления двигателя подразделяется на следующие системные блоки:

  1. Датчики и задающие устройства,
  2. Блок управления двигателя,
  3. Исполнительные устройства
  4. .

Электронная система управления двигателем, базирующаяся на интенсивно прогрессирующих в последние годы компьютерных технологиях, в состоянии выполнить названные выше требования.

В противоположность старым механическим системам при использовании электронной системы управления двигателя водитель оказывает на подачу топлива только косвенное влияние.

Электронная система зажигания инжекторного двигателя

Для получения как можно точной информации о рабочем состоянии двигателя производится замер по многим физическим параметрам, например:

  • расход воздуха (MAF),
  • частота оборотов двигателя / положение коленвала (CKP),
  • температура охлаждающей жидкости (ECT).

Для этого используются датчики, преобразующие физические параметры в электрические, например: в последовательность импульсов напряжения, которые снимаются с датчика CKP. Количество импульсов напряжения является мерой физической величины.

То есть с каждым параметром числа оборотов соотносится определенное количество импульсов напряжения: Чем больше импульсов напряжения за единицу времени, тем выше частота оборотов двигателя.

Заданные параметры, задаваемые далее водителем, измеряются таким же образом так называемыми задающими устройствами. Пример задающего устройства: датчик положения педали акселератора.

Блок управления двигателя представляет собой центральный элемент системы управления двигателя. Он получает электрические сигналы датчиков и задающих устройств, анализирует их и рассчитывает на их основе управляющие сигналы для исполнительных устройств.

Управляющая программа (ПО) записана в память блока управления двигателя. Исполнение программы берет на себя микропроцессор. Микропроцессор работает только с цифровыми сигналами, поэтому в блок управления двигателя интегрирован аналогово-цифровой преобразователь, который преобразует аналоговые сигналы в цифровые.

Электронная система зажигания инжекторного двигателя

На основании входных данных и записанных в память многопараметрических зависимостей микропроцессор рассчитывает данные для формирования выходных сигналов. Исполнительные устройства преобразуют выходные сигналы блока управления двигателя в механические параметры.

Исполнительными устройствами могут быть:

  • электромагнитные клапаны топливных форсунок,
  • электропневматические преобразователи давления (например, электромагнитный клапан изменения геометрии турбины),
  • электромагнитный клапан EGR,
  • электрический клапан EGR.

При электронном управлении мощностью двигателя блок PCM управляет дроссельной заслонкой.

Основной величиной для дроссельной заслонки является положение датчика APP. Кроме того, блок PCM учитывает различные входные сигналы датчиков и выполняет соответствующие корректировки.

Блок PCM получает от датчика APP информацию о требуемой мощности двигателя. Он рассчитывает из устанавливаемой мощности двигателя требуемую воздушную массу и отправляет соответствующий управляющий сигнал в электронный модуль дроссельной заслонки.

Блок управления в модуле дроссельной заслонки управляет затем сервоприводом в соответствии с требуемым проходным сечением заслонки. Датчик TP поставляет данные о текущем положении дроссельной заслонки и обеспечивает, тем самым, точное поддержание требуемого положения дроссельной заслонки.

Дополнительные требования мощности двигателя результируют из соответствующих имеющихся условий эксплуатации, например:

  • Включение потребителей,
  • Уменьшение крутящего момента при переключении передач,
  • Активация устройства регулирования скорости.

В соответствии с этими требованиями блок PCM корректирует положение дроссельной заслонки, вне зависимости от сигнала датчика APP.

Угол опережения зажигания

Угол опережения зажигания, это угол поворота коленчатого вала между моментом зажигания и ВМТ. Если зажигание происходит перед ВМТ, то его называют ранним. Если зажигание происходит после ВМТ, то его называют поздним. Для полного сгорания топливовоздушной смеси требуется при постоянном наполнении по всему диапазону частот вращения около двух миллисекунд.

При повышении частоты вращения поршень проходит тот же путь (ход) за меньшее время. По этой причине при увеличении частоты вращения двигателя необходимо сдвигать момент зажигания в раннюю сторону. Величина угла зажигания оказывает существенное влияние на работу двигателя.

Влияет на развиваемый крутящий момент, токсичность отработавших газов, расход топлива и т. д. Два важных параметра, которые влияют на определение угла опережения зажигания: частота вращения и нагрузка на двигатель. Длительность сгорания топливовоздушной смеси является постоянной величиной, которая зависит от соотношения топлива и воздуха, а не от частоты вращения.

Чем выше частота вращения, тем раньше должен быть момент зажигания для обеспечения максимального давления в камере сгорания непосредственно за ВМТ поршня и чем выше нагрузка на двигатель, иными словами потребность в крутящем моменте, тем богаче должна быть топливовоздушная смесь, тем дольше продолжительность сгорания, и тем раньше требуется момент зажигания.

Нагрузка на двигатель определяется системой управления двигателя на основании давления в впускном коллекторе и положении дроссельной заслонки. Эти два фактора нагрузки и число оборотов двигателя позволяют определить момент зажигания. Он может варьироваться в зависимости от условий эксплуатации двигателя, например: при холодном пуске.

Момент зажигания оказывает основное влияние на давление в камере сгорания и тем самым на увеличение отдаваемой мощности. Давление взрыва подобного сгорания топливовоздушной смеси должно достигать своего максимума тогда, когда поршень только что миновал свою ВМТ.

При раннем зажигании наблюдается значительное повышение давления к камере сгорания, которое приводит к увеличению мощности. Сгорание начинается еще при недостаточном сжатии. Как результат — сгорание, сопровождается рывками и колебаниями давления после ВМТ.

Эти явления называются сильной детонацией или детонационным шумом (звонкий стук). Для приближения момента зажигания непосредственно к границе детонации на блоке цилиндров устанавливается датчик детонации, который передает информацию о сгорании, сопровождающимся рывками, на блок управления силового агрегата (PCM).

Зажигание, которое расположено совсем не далеко от ВМТ, способно отдать мощность лишь при слабом сжатии топливовоздушной смеси. Позднее зажигание приводит к снижению давления в камере сгорания и потере мощности.

Традиционная система зажигания, работающая с центробежной силой и вакуумным регулятором опережения зажигания, способна лишь в ограниченном объеме среагировать на изменение числа оборотов и нагрузки. Электронные системы зажигания определяют угол опережения зажигания на основе запрограммированных регулировочных характеристик.

Индивидуальные для каждого двигателя данные определяются путем проведения серии тестов. При этом целенаправленно оказывается влияние на снижение токсичности ОГ, мощность и расход топлива двигателя. Регулировочные характеристики зажигания у полностью электронных систем зажигания сохранены в памяти блока управления силового агрегата.

Сбои в процессе сгорания

Детонация в бензиновом двигателе наблюдается при самовоспламенении топливовоздушной смеси. Самовоспламенение приводит к молниеносному, взрывному сгоранию, причем сферические фронты пламени перемещаются по направлению друг к другу.

Горение происходит с очень высокой скоростью, что ведет к значительному повышению давления в камере сгорания. При детонации на детали кривошипно-шатунного механизма воздействуют очень высокие механические и термические нагрузки, одновременно наблюдается падение мощности.

Наряду с ненадлежащим топливом детонацию могут вызвать следующие причины: слишком раннее зажигание, неравномерное распределение смеси в цилиндре, плохой отвод тепла из-за образования масляного нагара или неисправности системы охлаждения, слишком высокая степень сжатия, например, из-за слишком тонкой прокладки головки блока цилиндров.

Другие причины детонации: калильное зажигание. Калильное зажигание — это непроизвольное воспламенение смеси до возникновения запальной искры. Это воспламенение возникает как результат соприкосновения с сильно раскаленным местом в камере сгорания. Этим раскаленным местом может выступающая кромка, электрод свечи зажигания или выпускной клапан.

Антидетонационное регулирование

Электронная система зажигания инжекторного двигателя

У двигателей с высокой степенью сжатия максимальный КПД достигается на режиме, который граничит с детонацией. По этой причине антидетонационное регулирование работы каждого цилиндра двигателя происходит индивидуально, каждый цилиндр работает в режиме, который граничит с детонацией.

Для этого на двигатель устанавливается один или несколько датчиков детонации, улавливающих механические колебания двигателя и преобразующие их в передаваемый блоку управления силового агрегата электрическое напряжение сигнала.

При превышении напряжения сигнала от какого-либо цилиндра блок управления силового агрегата (PCM) сдвигает в позднюю сторону угол опережения зажигания в этом цилиндре на некоторую величину.

Если после этого детонация больше не регистрируется, то зажигание плавно начинает сдвигаться в раннюю сторону. Такой алгоритм делает возможным работу двигателя на границе детонации с максимальным КПД.

Рециркуляция отработавших газов

Для уменьшения токсичности отработавших газов, содержащих оксиды азота, необходимо снизить температуру в камере сгорания, для этого часть отработавших газов возвращают в систему впуска, уменьшая тем самым содержание кислорода в поступающем воздухе.

Отработанные газы отводятся во впускной коллектор через трубопровод и клапан регулировки рециркуляции ОГ. Такая рециркуляция называется внешней. Внутренняя рециркуляция ОГ у всех двигателей происходит за счет перекрытия фаз открытия клапанов системы газораспределения.

У двигателей с регулируемыми фазами газораспределения, управление внутренней рециркуляцией выполняется блоком управления двигателем (PCM) за счет изменения фаз. Это позволило отказаться от применения дорогостоящей системы внешней рециркуляции, упростив тем самым конструкцию двигателя.

Система внешней рециркуляции ОГ применяется на дизельных и некоторых бензиновых двигателях, преимущественно с непосредственным впрыском топлива. Топливовоздушная смесь, находящаяся в камере сгорания после закрытия впускных клапанов, состоит из свежего заряда и остаточных газов. Фазы газораспределения оказывают решающее влияние на состав топливовоздушной смеси.

Поступающий в двигатель свежий заряд состоит:

  • в бензиновых двигателях с впрыском во впускной коллектор из приточного воздуха и поступающего вместе с ним топлива,
  • в дизельных и бензиновых двигателях с непосредственным впрыском из приточного воздуха.

Остаточные газы

угол опережения зажигания

Остаточными называют ту часть заполняющих цилиндр газов, которая уже принимала участие в процессе сгорания. Остаточные газы можно подразделить:

  • внутренние остаточные газы,
  • внешние остаточные газы.

Внутренние остаточные газы, это отработанные газы, оставшиеся в ВМТ цилиндра после сгорания или вернувшиеся во время перекрытия клапанов из выпускного канала в камеру сгорания. Количеством внутренних остаточных газов можно управлять в основном при газообмене, изменяя фазы газораспределения (время открытия клапанов и их перекрытие).

Большая продолжительность перекрытия клапанов впуска и выпуска (раннее открытие впускного клапана) приводит к повышению объема внутренней рециркуляции ОГ и может поэтому способствовать снижению объема оксидов азота.

Ввиду вытеснения имеющегося в камере сгорания свежего заряда заброшенными обратно отработанными газами раннее открытие впускного клапана приводит и к снижению максимального крутящего момента.

Слишком высокий обратный заброс отработавших газов на холостом ходу может вызвать пропуски воспламенения, которые приводят к повышению выброса углеводородов (HC). Благодаря переменным фазам газораспределения можно здесь достичь оптимальных показателей.

как происходит детонация двигателя

Внешние остаточные газы, это газы, отобранные на рециркуляцию и поступившие во впускной коллектор и попадающие назад в цилиндры. Количество внешних остаточных газов регулируется изменением проходного сечения клапана рециркуляции отработавших газов.

Существует правило: чем выше отобранное на рециркуляцию количество отработавших газов, тем ниже доля оксидов азота NOx. Слишком высокий обратный заброс отработавших газов приводит, однако, ввиду недостатка кислорода, к неполному сгоранию и соответственно к повышению содержания углеводородов (HC) в отработавших газах.

Благодаря электронной системе управления двигателя всегда обеспечивается оптимальное количество отработавших газов, отбираемых на рециркуляцию.

В состав остаточных газов входят инертные газы (составные части заряда в камере сгорания, которые ведут себя инертно, т.е. которые больше не участвуют в процессе сгорания) и несгоревшая часть воздушной смеси (при работе на обедненной смеси).

Количество инертных газов, которые непосредственно не участвуют в горении, влияет, однако, на процессы воспламенения и горения. При уменьшении доли приточного воздуха в результате рециркуляции ОГ (снижение доли кислорода в камере сгорания), снижается и доля оксидов азота NOx.

Стратегия управления

Стратегия — это планомерные действия для достижения цели с привлечением внешних факторов воздействия. Система управления двигателем – это компьютерная программа, которая выполняется микропроцессором блока PCM. Стратегии сохраняются в ПЗУ ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) блока PCM.

Стратегия (часть программы управления), применяемая на автомобилях, во всех системах управления двигателем разделена на два сегмента:

  1. Управление двигателем,
  2. Самодиагностика.

Сегмент управления двигателем разделен на функции:

  1. Запуск (проворачивание коленчатого вала двигателя),
  2. Холостой ход,
  3. Частичная нагрузка двигателя,
  4. Сброс газа,
  5. Сброс газа с выключением тяги,
  6. Полная нагрузка.

Важнейшими компонентами стратегий у систем управления двигателем являются:

  1. Вычисление массового расхода воздуха,
  2. Расчет угла опережения зажигания,
  3. Антидетонационное регулирование,
  4. Адаптация количества впрыскиваемого топлива,
  5. Управление системой контроля паров топлива,
  6. Управление генератором (система Smart Charge),
  7. Управления подачей воздуха в режиме холостого хода,
  8. Регулировка положения распределительного вала,
  9. Управление давлением наддува.

Без имени-1

Под калибровкой понимают данные, с которыми стратегия работает, это означает, через калибровку стратегия адаптируется к условиям применения соответствующего типа двигателя.

Данные калибровки сохраняются в FEEPROM (электрически-стираемое flash-программируемое постоянное запоминающее устройство) блока PCM. Меры калибровки и их этапы развития учитывают наряду с типом двигателя также соответствующую версию автомобиля.

Если, например, имеется только одна стратегия управления двигателем, инженерами калибровки все-равно могут быть предприняты различные калибровки для этой одной стратегии. Основа стратегии остается при этом без изменений.

Калибровка автомобиля или системы выполняется поэтапно, чтобы достичь наиболее оптимальных ходовых качеств (мощность, расход топлива, параметры отработавших газов и т.д.). Адаптация калибровки может также осуществляться на основании данных клиентов или станций технического обслуживания.

Задача распределительного вала заключается в том, чтобы в правильный момент времени и правильной последовательности задействовать клапаны и, таким образом, управлять газообменом.

Система изменения фаз газораспределения позволяет сдвигать фазы газораспределения всех клапанов, задействуемых соответствующим распределительным валом, в едином направлении.

карбюратор

Система изменения фаз газораспределения в зависимости от требований может быть установлена на впускном распределительном вале, на выпускном распределительном вале или на обоих распределительных валах. Изменение фаз газораспределения впускного распределительного вала дает следующие преимущества:

  • Увеличенный крутящий момент, развиваемый двигателем, и более благоприятная характеристика крутящего момента,
  • Снижение расхода топлива.

Изменение фаз газораспределения выпускного распределительного вала делает возможным более длительное перекрытие клапанов. За счет этого можно добиться целенаправленного повторного всасывания отработавших газов, что позволяет заменить сложную и дорогую систему рециркуляции отработавших газов, которая в противном случае была бы необходима для достижения оптимальных параметров токсичности.

Чтобы объединить преимущество обеих систем, применяются два работающих независимо друг от друга механизма регулируемого газораспределения. Это позволяет блоку PCM регулировать сдвиг фаз впуска и выпуска постоянно и независимо друг от друга путем относительного поворота распределительных валов.

Относительный поворот распределительного вала регулируется по заданной программе в зависимости, в основном, от нагрузки двигателя и частоты вращения коленчатого вала. Постоянное регулирование положения распределительных валов обеспечивается за счет соленоидов управления подачи масла системы газораспределения с изменяемыми фазами, блоков управления VCT и двух датчиков CMP.

Еще по теме  Кованые поршни двигателя автомобиля - что такое и для чего применяют
Оцените статью
Авторейтинг
Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на обработку персональных данных и принимаю политику конфиденциальности.