MPI СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

Сообщение

Принцип действия системы зажигания

Система зажигания с распределителем

: Система зажигания с распределителем; Screenshot_92.jpg (273.12 КБ) 17 просмотров

Электронный блок управления двигателем использует сигналы датчика положения коленчатого вала и датчика ВМТ для определения момента, необходимого для образования электрической искры. Сигналы от других датчиков, поступающие на электронный блок управления двигателем, отслеживают параметры воздуха, попадающего во впускной коллектор, а также воздействие водителя на органы управления. Блок управления двигателем обеспечивает точную подстройку угла опережения зажигания, с целью получения наиболее эффективного сгорания топлива. При управлении зажиганием, электронный блок управления двигателем включает силовой транзистор и это обеспечивает протекание электрического тока по первичной обмотке катушки зажигания – в это время вокруг катушки формируется электромагнитное поле. В заранее вычисленный момент времени электронный блок управления двигателем прерывает электрический ток, проходящий через первичную обмотку катушки зажигания. По законам трансформации энергии во вторичной обмотке катушки почти мгновенно возникает высокое напряжение 25 – 30 тыс. вольт, которое через механический распределитель подается к соответствующей свече зажигания, где пробивает воздушный промежуток свечи зажигания в виде искры. Значение напряжения во вторичной обмотке зависит от величины тока прерывания в первичной обмотке, скорости его убывания, характеристик магнитопровода катушки и количества витков во вторичной обмотке.

Сообщение

Система зажигания без распределителя

Пример: Система зажигания низкого напряжения с двумя катушками зажигания двигателя DOHC

: Система зажигания без распределителя; Screenshot_93.jpg (156.74 КБ) 15 просмотров

Система зажигания без распределителя использует либо две, либо три катушки зажигания, в зависимости от числа цилиндров двигателя. Каждая катушка зажигания управляется своим силовым транзистором (также заключенный в один блок). Со стороны входа эта система работает по тому же принципу, что и система зажигания с распределителем, но кроме этого для правильной работы системы необходим входной сигнал датчика положения распределительного вала, Электронный блок управления использует этот сигнал для определения в каждый момент последовательности срабатывания катушек зажигания. Вторичная обмотка катушки зажигания с обоих выводов соединяется со свечами зажигания проводом высокого напряжения. Свечи зажигания всегда срабатывают парами. В результате, этот тип системы зажигания производит две искры на каждый цикл искрообразования. Одна искра (т.н. силовая искра) возникает в цилиндре, который находится на такте сжатия и используется для поджига топливно-воздушной смеси, в это время другая искра возникает в цилиндре, который находится на такте выпуска. Интенсивность обоих искровых разрядов зависит от параметров газа, который в этот момент времени находится между электродами свечи зажигания. В конструктивном отношении такая система зажигания наиболее проста. Когда силовой транзистор «А» включается по сигналу электронного блока управления двигателем, ток протекает через первичную обмотку катушки зажигания «А». Когда же силовой транзистор «А» заставляют выключиться, первичный ток в катушке зажигания обрывается, и во вторичной обмотке катушки зажигания «А» индуцируется высокое напряжение, поступающее к свечам зажигания цилиндров № 1 и № 4, где и происходит искрообразование. Некоторые автомобили оборудуются датчиком неисправности системы зажигания. Этот датчик следит за напряжением в первичной обмотке катушки зажигания и посылает свой сигнал в электронный блок управления двигателем. Электронный блок управления двигателем использует этот сигнал для определения возможных пропусков зажигания. Этот сигнал также направляется на бортовой тахометр для определения текущей частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Сообщение

Управление распределением искрообразования по цилиндрам

: Управление распределением искрообразования по цилиндрам; Screenshot_94.jpg (126.59 КБ) 14 просмотров

Принцип действия

Зажигание в цилиндрах (например, в первом и четвертом цилиндрах) происходит на основании сигнала о нахождении поршня соответствующего цилиндра в ВМТ, момент зажигания определяется на основании сигнала датчика положения коленчатого вала, а также сигнала разрыва первичной цепи катушки зажигания, посылаемого на силовой транзистор.
При наличии высокого уровня сигнала датчика положения распределительного вала (за 75° до ВМТ), совместно с высоким уровнем сигнала от датчика коленчатого вала блок управления определяет, что это поршень первого цилиндра (или поршень четвертого цилиндра) находится на такте сжатия; блок управления двигателем посылает сигнал высокого уровня на базу силового транзистора "А" и заставляет его включиться (ON), сразу после этого в первичной обмотке катушки начинается нарастание тока. Затем, рассчитав на основании сигналов датчиков момент искрообразования, блок управления снимает сигнал высокого уровня с базы транзистора "А", тем самым закрывает его. Это влечет за собой резкое прерывании тока в первичной обмотке катушки зажигания и, как следствие, бросок напряжения в первичной обмотке, которое по законам трансформации энергии вызывает нарастание напряжения во вторичной обмотке до 25-30 кВ. Разряд этого напряжения через воздушные промежутки свечей зажигания первого и четвертого цилиндра образует искру и поджигает смесь ( в первом цилиндре).
Искрообразование во втором и четвертом цилиндре происходит аналогичным образом, но блок управления двигателем определяет такт сжатия во втором (или в третьем) цилиндре по комбинации сигнала высокого уровня с датчика положения коленвала и сигнала низкого уровня с датчика распредвала и на основании этого выбирает для срабатывания транзистор «В». Таким образом, силовые транзисторы «А» и «В», активируясь по очереди, обеспечивают распределение искрообразования по цилиндрам. Датчики, принимающие участие в распределении искрообразования по цилиндрам: Датчик положения распределительного вала (ВМТ первого и четвертого цилиндров) и датчик положения коленчатого вала. (b) Рис. ТТ43 показывает взаимосвязь между сигналом датчика положения распределительного вала (он выполняет роль определителя ВМТ), сигналом датчика положения коленчатого вала и током первичной обмотки катушки зажигания. Время подключения первичной обмотки катушки зажигания устанавливается таким, чтобы первичный ток к моменту разрыва обмотки составлял примерно 6А. Включение силового транзистора (начало протекания тока) практически начинается, когда датчик положения коленчатого вала отмечает угол 75 0 до ВМТ или 185 0 до ВМТ.

Искрообразование и номер цилиндра

В четырехцилиндровом двигателе, искрообразование происходит одновременно на двух свечах зажигания, а именно:

На свечах зажигания №1 и №4 цилиндров.

На свечах зажигания №2 и №3 цилиндров.

: Искрообразование и номер цилиндра; Screenshot_95.jpg (81.87 КБ) 13 просмотров

Сообщение

Управление углом опережения зажигания

Установлено, что режим работы двигателя, при котором максимальное выделение тепловой энергии при сгорании воздушно-топливной смеси в цилиндре двигателя происходит при достижении максимального давления на такте сгорания расширения примерно через 100 после ВМТ, является наиболее выгодным с точки зрения достижения максимума теплового КПД двигателя. Продолжительность периода тепловыделения остается практически неизменной при любом скоростном режиме двигателя. Абсолютное время от начала зажигания до начала тепловыделения, также более или менее неизменно. Поэтому изменение числа оборотов двигателя требует соответствующего управления углом опережения зажигания. Увеличение скорости вращения коленчатого вала двигателя влечет за собой увеличение угла опережения зажигания. Скорость сгорания топливно-воздушной смеси зависит от условий работы двигателя. Если скорость сгорания снижается (например, при малой нагрузке), необходимо увеличить угол опережения зажигания, а при высокой скорости сгорания, наоборот, необходимо уменьшить угол опережения зажигания. В реальном двигателе, на величину оптимального угла опережения зажигания оказывает влияние также температура охлаждающей жидкости в двигателе, температура воздуха во впускном коллекторе, состав топливно-воздушной смеси и другие факторы.

Определение времени рабочего цикла

: Управление углом опережения зажигания Определение времени рабочего цикла; Screenshot_96.jpg (25.63 КБ) 12 просмотров

Время рабочего цикла (Т) определяется на основании переднего фронта сигнала датчика положения коленчатого вала, соответствующего положению поршня за 75° до ВМТ.

Управление началом возбуждения в катушке зажигания

Начало возбуждения в катушке зажигания определяется на основании переднего фронта сигнала датчика частоты вращения коленчатого вала двигателя, который соответствует 75° до ВМТ (при низких частотах вращения коленчатого вала) или сигнала при 185° (задний фронт предыдущего импульса) до ВМТ (при высоких частотах вращения коленчатого вала двигателя) и сигнала, подаваемого на силовой транзистор (импульс зажигания).

Определение угла опережения зажигания

: Определение угла опережения зажигания; Screenshot_1.jpg (47.62 КБ) 12 просмотров

Время (t), необходимое для проворачивания коленчатого вала на 1°, определяется из времени цикла (Т). t = T/180 После того, как было найдено значение “t” , момент зажигания определяется на основании угла 75° до ВМТ и сигнала размыкания первичной обмотки катушки зажигания, посылаемого на силовой транзистор. Т1 = t х (75 θ) θ: угол опережения зажигания, рассчитанный электронным блоком управления двигателем Электронный блок управления двигателем контролирует момент зажигания, используя базу данных по оптимальным углам опережения зажигания для различных режимов работы двигателя, (базовый угол опережения зажигания составляет 5° до ВМТ) и приводит корректирование угла опережения зажигания в сторону его уменьшения или увеличения при постоянно меняющихся режимах работы двигателя.

Управление углом опережения зажигания

Электронный блок управления двигателем имеет базу данных по оптимальным значениям углов опережения зажигания для различных расходов воздуха через двигатель и его скоростной режим в расчете на один рабочий цикл в цилиндре двигателя. В зависимости от входных сигналов различных датчиков, происходит постоянное обновление базы данных электронного блока управления двигателем по оптимальным значения углов опережения зажигания. При запуске двигателя или при установке угла опережения зажигания, управление им происходит начиная с базового угла опережения зажигания.

Блок-схема управления углом опережения зажигания

: Блок-схема управления углом опережения зажигания; Screenshot_2.jpg (176.49 КБ) 12 просмотров

При нормальной работе двигателя

: При нормальной работе двигателя; Screenshot_3.jpg (70.24 КБ) 12 просмотров

Заранее установленная база данных для каждого скоростного режима двигателя и отношение (A/N) считается базовым углом опережения зажигания.
Датчики, обеспечивающие базовый угол опережения зажигания:

датчик расхода воздуха

датчик положения коленчатого вала двигателя

Управление запуском двигателя

При прокручивании двигателя стартером, зажигание синхронизируется с сигналом датчика положения коленчатого вала, что соответствует базовому углу опережения зажигания 5° до ВМТ.

Сообщение

Управление временем возбуждения в первичной обмотке катушки зажигания

Ток в первичной обмотке катушки зажигания

: Ток в первичной обмотке катушки зажигания; Screenshot_4.jpg (47.5 КБ) 11 просмотров

После начала открытия силового транзистора, ток в первичной обмотке катушки зажигания возрастает по закону, показанному на рисунке. Напряжение, возникающее во вторичной обмотке катушки зажигания, при разрыве цепи первичной обмотки зависит от величины тока в ней и от скорости, с которой обрывается ток в первичной обмотке катушки зажигания. Во вторичной обмотке должно быть получено напряжение порядка 30 кВ, электронный блок управления двигателем управляет временем возбуждения (подключения силового транзистора) и моментом времени разрыва первичной цепи, используя информацию о состоянии (напряжении) аккумуляторной батареи и скоростном режиме двигателя, чтобы обеспечить требуемый уровень напряжения во вторичной обмотке к моменту зажигания.

Блок-схема управления временем возбуждения в первичной обмотке катушки зажигания

При работе двигателя и во время режима запуска используются различные способы управления временем возбуждения тока в катушке зажигания. (см. рис. ТТ410)

: Блок-схема управления временем возбуждения в первичной обмотке катушки зажигания; Screenshot_5.jpg (224.8 КБ) 11 просмотров

Сообщение

Управление детонацией

Система управления детонацией определяет ее при появлении в двигателе на высоких нагрузках (велико значение отношения A/N) и устанавливает оптимальный угол опережения зажигания для предотвращения детонации и защиты двигателя.

Блок-схема системы управления детонацией

Алгоритм управления детонацией:

Электронный блок управления двигателем использует сигнал датчика детонации для определения уровня детонации в пределах от 75° до ВМТ до некоторого угла поворота коленчатого вала (положения коленчатого вала); в соответствии с полученной информацией, происходит смещение угла опережения зажигания в сторону его запаздывания.

: Алгоритм управления детонацией; Screenshot_6.jpg (138.96 КБ) 10 просмотров

Снижение детонации уменьшением угла опережения зажигания

: Снижение детонации уменьшением угла опережения зажигания; Screenshot_7.jpg (58.1 КБ) 10 просмотров

При каждом сигнале датчика положения коленчатого вала, соответствующего 75° до ВМТ, сигнал датчика детонации пропускается через частотный фильтр и, при необходимости, вырабатывается сигнал на уменьшение угла опережения зажигания, который добавляется к уже принятому ранее уровню компенсации угла опережения зажигания в сторону его уменьшения. Таким образом, общий уровень компенсации по уменьшению угла опережения зажигания возрастает (максимально до 150 по углу поворота коленчатого вала) до тех пор, пока детонация не прекратится.

Когда детонация прекращается, угол опережения зажигания медленно (с интервалами 600 мс) возвращается в исходное положение. При разрыве или коротком замыкании проводки датчика детонации, угол опережения зажигания уменьшается (примерно до 3° угла поворота коленчатого вала до ВМТ) для предотвращения возникновения детонации.

Датчики, участвующие в управлении детонацией:

- датчик детонации,

- датчик положения коленчатого вала.

Сообщение

Общее управление двигателем и коробкой перемены передач

: Общее управление двигателем и коробкой перемены передач; Screenshot_8.jpg (48.01 КБ) 9 просмотров

При повышении передачи, электронный блок управления АКПП передает сигнал на электронный блок управления двигателем о необходимости снижения момента. В ответ на это требование, электронный блок управления двигателем уменьшает угол опережения зажигания и, тем самым, уменьшает момент, развиваемый двигателем. Подобное взаимодействие минимизирует величину изменения момента при переключении передач, что, в конечном итоге, обеспечивает ощущение плавности при переключении передач.

Сообщение

Принцип действия элементов системы

Датчик положения коленчатого вала

Сигнал датчика положения коленчатого вала используется для определения угла опережения зажигания. Принцип действия этого датчика был подробно описан в Главе 3 «Система топливоподачи».

Датчик положения распределительного вала

Сигнал датчика положения распределительного вала используется для определения угла опережения зажигания. Принцип действия этого датчика был подробно описан в Главе 3 «Система топливоподачи».

Сообщение

Датчик детонации

: Датчик детонации; Screenshot_9.jpg (69.3 КБ) 7 просмотров

(а) Когда в бензиновом двигателе происходит детонация, в результате повышения вибрации происходит увеличение выделения тепла. Если это состояние продолжается в течение некоторого времени, свечи зажигания и поршни перегреваются и обгорают, что приводит к выходу из строя двигателя.
(b) Детонация тесно связана с углом опережения зажигания. Ранний угол опережения зажигания увеличивает пик давления в процессе сгорания, вследствие этого, вероятность возникновения детонации повышается.
(с) Детонация определяется с помощью датчика, показанного на рис. ТТ414. Измерительным элементом датчика является пьезоэлектрический полупроводник. Датчик крепится на блоке цилиндров двигателя. Он генерирует сигналы, соответствующие вибрациям, которые передаются на корпус блока цилиндров.

Сообщение

Силовой транзистор

: Силовой транзистор; Screenshot_10.jpg (61.7 КБ) 6 просмотров

Силовой транзистор работает как обычный транзистор, но имеет усиленную конструкцию, чтобы пропускать сравнительно высокий ток (как правило, 5 6А), который, проходя через первичную обмотку катушки зажигания, замыкается на "массу". Силовой транзистор замыкает на "землю" и отключает от "земли" первичную обмотку катушки зажигания слаботочным сигналом, получаемым от электронного блока управления двигателем на базу транзистора. Когда к базе транзистора приложено напряжение 5 В, сопротивление коллектор эмиттерного перехода транзистора стремится к нулю (транзистор отпирается) и ток протекает по первичной обмотке катушки зажигания на "землю". Когда прекращается подача напряжения (5 В) на базу транзистора от электронного блока управления двигателем, сопротивление коллектор эмиттерного перехода транзистора стремится к бесконечности (транзистор запирается), и ток через первичную обмотку катушки зажигания не проходит.

Характеристики управляющего сигнала силового транзистора

: Характеристики управляющего сигнала силового транзистора; Screenshot_11.jpg (36.88 КБ) 6 просмотров

На рисунке показано характерное нарастание напряжение. Это происходит вследствие того, что напряжение на базе транзистора увеличивается по мере роста тока, протекающего по первичной обмотке катушки зажигания. Если форма управляющего сигнала силового транзистора выглядит по иному, это означает, что первичная обмотка катушки зажигания имеет межвитковое замыкание или имеет повышенное сопротивление. В любом случае, результирующее напряжение, генерируемое во вторичной обмотке катушки зажигания, будет недостаточным.

Сообщение

Датчик неисправности системы зажигания

: Датчик неисправности системы зажигания; Screenshot_12.jpg (179.06 КБ) 5 просмотров

Этот датчик вырабатывает сигнал в соответствии с изменениями напряжения в первичной обмотке катушки зажигания. Электронный блок управления двигателем использует этот сигнал для определения пропусков зажигания. Этот сигнал также подается на тахометр для индикации скоростного режима двигателя.