Принцип работы системы зажигания инжекторного двигателя

Электронная система зажигания инжекторного двигателя

Устройство электронной системы зажигания

В электронной системе зажигания инжектора используется принцип статического распределения высокого напряжения, то есть в системе отсутствуют подвижные детали. На инжекторных авто 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». На современных инжекторных двигателях устанавливают индивидуальные катушки зажигания на каждый из цилиндров.

Управление углом опережения зажигания

Состав системы зажигания инжекторного двигателя

Модуль зажигания

Катушка зажигания служит для накопления энергии, достаточной для воспламенения топливовоздушной 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).

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.

Высоковольтные провода зажигания

С 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 зажигания

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.

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.

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. Расчетное количество зубьев на венце 60, при этом два из них отсутствуют. Угловое расстояние между зубьями составляет 6°.

В паре с зубчатым шкивом работает ДПКВ. Воздушный зазор между ДПКВ и зубчатым венцом составляет 0,7—1,1 мм.

СТО 39

Добро пожаловать

Портал для автолюбителей

Электронная система зажигания инжекторного двигателя

Устройство электронной системы зажигания

В электронной системе зажигания инжектора используется принцип статического распределения высокого напряжения, то есть в системе отсутствуют подвижные детали. На инжекторных автомобилях 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.

Читать еще: Свидетель не явился в суд последствия

Такой принцип распределения высокого напряжения называется «методом холостой искры». Для реализации этого принципа на четырехцилиндровом двигателе требуются две катушки зажигания.

На перспективных инжекторных двигателях планируется устанавливать индивидуальные катушки зажигания на каждый из цилиндров.

Управление углом опережения зажигания

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 зажигания инжекторного двигателя

В электронной системе зажигания можно выделить следующие составные части:

Контроллер;

Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ);

Шкив с зубчатым венцом;

Модуль зажигания;

Высоковольтные провода;

Свечи зажигания.

Модуль зажигания

Модуль зажигания включает в себя две катушки зажигания и два высоковольтных ключа-коммутатора.

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 и индуктивность первичной обмотки определяют накопленную в магнитном поле энергию системы зажигания. 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, 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.

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.

Высоковольтные провода зажигания

Важными параметрами свечей зажигания являются калильное число и длина искрового промежутка. Подробнее про калильное число в статье «Что такое калильное число. Холодные и горячие свечи зажигания».

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. Расчетное количество зубьев на венце 60, при этом два из них отсутствуют. Угловое расстояние между зубьями составляет 6°.

В паре с зубчатым шкивом работает ДПКВ. 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 114° 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, становится возможным расчет угла опережения зажигания, расчет фаз впрыска топлива и управление модулем зажигания и форсунками. Сигнал ДПКВ используется также для расчетов скорости вращения коленвала и его ускорения.

Работа системы зажигания инжекторного двигателя

Процесс воспламенения топливовоздушной смеси

Когда поршень сжимает топливовоздушную смесь, давление в камере сгорания достигает 20-40 бар, а температура смеси 400 — 600°С. Но чтобы смесь загорелась, т.е. произошел бы процесс горения этого недостаточно и нужно на нее воздействовать. Для этого служит искра, которая возникает между центральным и боковым электродами свечи зажигания. Но если искровой заряд будет маломощным, то возгорание может и не произойти.

Чтобы смесь поджигалась нужен очень мощный разряд. К примеру, для стехиометрической смеси он составляет 0.2 мДж, а для ‘бедной’ или ‘богатой’ смеси он должен быть равным 3.0 мДж. Необходимо, чтобы около искры находилось оптимальное количество топливовоздушной смеси. Именно это количество и поджигает всю оставшуюся смесь в цилиндре, а дальше начинается процесс сгорания топлива.

В системе зажигания автомобиля присутствует катушка зажигания, которая накапливает энергию и передает ее на свечу зажигания для возникновения напряжения. Особенность катушки зажигания состоит в том, что напряжение, которая она создает, намного превышает величину пробоя в зазоре свечи зажигания. Катушки зажигания способны накапливать энергию в районе 60 — 120 мДж и обеспечивают напряжение равное 25 — 40 кВ.

Условия для качественного горения топлива:

Достаточная продолжительность искрового разряда,

Оптимальное распыление топливовоздушной смеси,

Однородность топливовоздушной смеси,

Стехиометрический состав топливовоздушной смеси.

На процесс горения также влияет величина искрового разряда между электродами свечи зажигания. Увеличение зазора способствует увеличению длины искры, что приводит к более лучшему процессу сгорания топлива. Величину зазора в свечи зажигания надо выставлять согласно данным производителя мотора.

Угол опережения зажигания (УОЗ). Что это такое?

Три миллисекунды — именно столько проходит между моментом начала воспламенения смеси и ее полным сгоранием.
При повышении частоты вращения коленвала время сгорания остается постоянным, но средняя скорость перемещения поршня возрастает. Это ведет к тому, что когда поршень отходит от ВМТ, сгорание смеси произойдет в большем объеме и давление газов на поршень уменьшиться. Из-за этого упадет мощность двигателя.

Кроме того, при одной и той же частоте вращения коленвала с увеличением нагрузки на двигатель момент воспламенения должен наступать позже. Это объясняется тем, что увеличивается количество горючей смеси, поступающей в цилиндры, и одновременно уменьшается количество примешиваемых к ней остаточных отработавших газов, вследствие чего повышается скорость сгорания. Искра должна возникнуть в тот момент, когда давление сгорания при разных рабочих режимах будет наиболее оптимальным.

Это вызывает необходимость воспламенять рабочую смесь с опережением (до прихода поршня к ВМТ) с таким расчетом, чтобы смесь полностью сгорела к моменту перехода поршнем ВМТ.

Момент зажигания является важным показателем в работе двигателя. От него зависит экономичность мотора, максимальная мощность и содержание вредных веществ в выхлопных газах.

В инжекторных моторах система самостоятельно рассчитывает угол опережения зажигания в зависимости от работы мотора в определенный период. Угол опережения зажигания определяется на основании скорости вращения коленвала, режима работы мотора и нагрузки на двигатель. На основании этих данных система управления двигателем подбирает оптимальный УОЗ.

Детонация двигателя. Что это такое?

Детонация — это непредсказуемые взрыв в моторе, который происходит в неположенное время и может загубить двигатель. Детонация возникает при высокой степени сжатия двигателя и носит опасный характер для мотора. Детонация бывает из-за самопроизвольного сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания.

Детонация свидетельствует о том, что момент зажигания очень ранний. Вследствие могут пострадать детали двигателя из-за повышенной температуры и давления паров. В первую очередь страдают поршни, прокладка головки цилиндров и головка в зоне клапанов. Детонация может приводить к ремонту двигателя.

Детонация мотора можно возникать:

При большой нагрузки на двигатель и повышенных (близким к критическим) оборотов коленчатого вала.

При разгоне. Она слышна как металлический звон и стуки в двигателе (‘стучат пальчики’). Она бывает при повышенной нагрузке, но при малых оборотах мотора. Именно она считается как самая опасная детонация, т.к. ее вовсе не слышно из-за повышенного шума мотора на больших оборотах.

Из-за конструкции двигателя, а также от плохого топлива.