27. Устройство современных систем зажигания. Модуль зажигания.

Система зажигания современных автомобилей составляет единое целое с системой управления двигателем. Блок управления обрабатывает информацию датчиков двигателя, вычисляет оптимальный угол зажигания и обеспечивает управление разрабатываемым модулем зажигания, который будет являться выходным каскадом системы зажигания. В настоящее время в основном применяются системы зажигания с накоплением энергии в индуктивности с нормированием времени накопления энергии, электронным коммутированием первичной цепи катушки и статическим низковольтным распределением высокого напряжения. Применительно к четырехцилиндровому двигателю для этого необходимы две двухвыводные катушки и двухканальный коммутатор.

Электронный блок управления двигателем обеспечивает дозирование топлива и формирует управляющий сигнал для выходного каскада зажигания. Выходной каскад зажигания на основании управляющего сигнала блока управления обеспечивает получение высокого напряжения, подаваемого на свечи зажигания.

В целом система управления двигателем включает микропроцессорный блок управления двигателем, датчики управляющих сигналов с двигателя и исполнительные механизмы и устройства. Такая система, управляемая микропроцессором позволяет наиболее точно управлять процессами, происходящими в двигателе, и полнее использовать его возможности.

Микропроцессорный электронный блок управления обеспечивает:

- формирования момента и длительности импульсов электрического тока для работы электромагнитных форсунок подачи топлива;

- формирования импульса входного сигнала для работы модуля зажигания с учетом необходимого угла опережения зажигания, причем угол зажигания определяется программой блока и корректируется по детонации;

- управления работой регулятора добавочного воздуха;

- включения электрического бензонасоса (через реле);

- управления работой двигателя в резервном режиме (в случае выхода из строя отдельных элементов системы); контроля и самодиагностики неисправностей системы. Основным элементом блока управления является микропроцессор, который производит вычисление и выработку всех необходимых данных обеспечивающих работу на двигателя. Выходной каскад системы зажигания

Возможны следующие схемные решения выходного каскада:

- коммутатор располагается в блоке управления и выходной каскад зажигания в этом случае представляет собой лишь две катушки;

- коммутатор вынесен из блока управления и обеспечивает нормирование времени накопления и коммутацию первичной цепи катушек;

Рис.27.1 Структурная схема системы зажигания.

- коммутатор вынесен из блока управления, но функцию нормирования времени накопления выполняет блок управления, а коммутатор выполняет лишь коммутацию первичной цепи катушек и обеспечивает ограничение тока первичной цепи.

Первый вариант схемного решения выходного каскада зажигания имеет целый ряд недостатков:

- значительно повышается тепловая нагрузка блока;

- усложняются функции процессора, т.к. необходимо выполнять функцию ограничения тока;

- первичный вывод катушки подключен непосредственно к блоку и необходимо применять дополнительные меры для защиты от высокого напряжения;

- усложняется конструкция блока, т.к. необходимо предусматривать места крепления транзисторов и их теплоотвод, что увеличивает массу и габариты блока. Во втором и третьем варианте схемного решения выходной сигнал усилителя блока управления подается на разъем блока управления, а оттуда на вход коммутатора и с его выхода на катушки.

В этом случае выходной каскад включает коммутатор и катушки зажигания. Такое решение позволяет устранить отмеченные недостатки первого варианта. Второе и третье схемное решение отличаются лишь схемным решением коммутатора. При таком решении усложняется схема коммутатора и плохо обеспечивается нормирование накопления в начальный момент переходных режимах двигателя (разгон, торможение и т. д.). В третьем схемном решении схема коммутатора значительно упрощается. В тоже время это никак не усложняет схему самого блока, изменяется лишь программа его работы. Блок управления при этом может обеспечить постоянство времени накопления на всех режимах работы двигателя и корректировать его в зависимости от напряжения питания, что будет обеспечивать получение стабильный ток разрыва катушек. Принимаем в разрабатываемой системе третье схемное решение, как наиболее оптимальное.

Коммутатор установлен в одном корпусе (модуле) вместе с двумя катушками. Такое изделие называется модуль зажигания.

Выбор такой компоновки обосновывается тем, что модуль крепится к блоку цилиндров всего тремя, шпильками, более компактен, что очень удобно при сборке двигателя и замене неисправного модуля, чем в случае раздельной установки двух катушек и коммутатора. Также при такой компоновке к модулю подсоединяются провода меньшего диаметра, которые легче протягивать в подкапотном пространстве автомобиля, меньше помехи (т.к. по ним текут меньшие токи - токи управления), меньше стоимость проводов; при этом длина силовых проводов, соединяющих коммутатор с катушками внутри модуля - минимальна.

Недостатком указанной компоновки является то, что коммутатор установлен в подкапотном пространстве, где выше температура, а следовательно, меньше его надежность; кроме того, коммутатор дополнительно нагревается от катушек.

При выходе из строя хотя бы одного из компонентов модуля приходится менять вес изделие, но учитывая, то современные коммутаторы и катушки зажигания имеют достаточно высокую надежность и их конструкция хорошо отработана, то, что вероятность выхода из строя силовой части (т.е. коммутатора) или катушек зажигания не высока. Изготовление же коммутатора отдельно от катушек усложнит электропроводку и компоновку на автомобиле. Исходя из этого, принятая конструкция модуля является оправданной.

В выбранной конструкции применено статическое распределение высокой энергии с двумя двухвыводными катушками и одним двухканальным коммутатором. Отметим, что пробивное напряжение в том цилиндре, где в данный момент имеет место «холостая искра» - невелико (1..2 кВ) из-за незначительного давления в зоне свечи, т.к. в этом цилиндре - конец такта выпуска, выпускной клапан открыт. В связи с постоянным направлением тока в первичной и вторичной обмотках ток через электроды свечей подключенных к данной катушки протекает в разных направления. Для одной свечи он всегда протекает с центрального электрода на боковой, а у второй свечи - с бокового электрода на центральный. В результате может наблюдаться не равномерный износ электродов, но серьезно на работу свечей это не сказывается.

Конструктивное исполнение катушек - двухвыводные с замкнутым магнитопроводом, твердой пропиткой, без корпуса для обмоток (для снижения габаритов). Применение замкнутого магнитопровода позволяет значительно уменьшить расход дорогостоящей и дефицитной меди, хотя при этом и увеличивается расход железа. Катушки такого типа имеют простую конструкцию и более компактны (по сравнению с маслонаполненными), что весьма важно в данном случае. Производство таких катушек хорошо автоматизировано. К недостаткам следует отнести меньшую надежность (по сравнению с маслонаполненными катушками) вследствие худшей пропиточной способности компаунда (из-за возможности присутствия в нем пузырьков воздуха; отклонение количественного соотношения входящих в него компонентов может привести к возникновению трещин при застывании), худшего теплоотвода. Данные недостатки по мере совершенствования конструкции катушек и технологии их изготовления постепенно устраняются.