Глазунов Д.В. управление техническими системами автомобиля

Формирователи фазы импульса зажигания. Эти элементы можно подразделить по следующим показателям:

числу учитываемых параметров при обработке (по числу переменных в функции преобразования) на двух-, трех- и многопараметрические;

алгоритму обработки функциональной зависимости на ФФ с обработкой методом счета и ФФ с обработкой методом считывания;

виду функции преобразования на ФФ с вычислением полных значений фазы в зависимости от каждого параметра и ФФ с вычислением поправки (приращения), суммируемой с начальной фазой;

используемой элементной базе на устройства на аналоговых элементах (операционных усилителях); устройства на дискретно-кодовых (логических) элементах, подразделяющиеся на частотно-временные устройства (устройства с единичными кодами) и дискретные автоматы, которые могут использовать аппаратный или программный способ управления, в свою очередь, дискретные автоматы разделяют на однотактные (комбинационные) и многотактные устройства (устройства с памятью); дискретные автоматы с микропрограммным управлением (микропроцессорные системы).

Формирователи амплитудных соотношений (низковольтные).

Можно выделить следующие формирователи:

длительности импульса накопления, которые подразделяются по виду модуляции (сигнала) на аналоговые, частотно-временные и кодовые (цифровые);

амплитуды (ФА) первичного тока, подразделяющиеся на ФА без САР на основе электронных реле (двухпозиционные), ФА с САР с управлением по амплитуде (КАИМ) – трехпозиционные импульсные системы регулирования, ФА с САР с управлением по длительности

(ШИМ).

Усилители мощности. Здесь выделяют транзисторные, тиристорные, на основе микросхем, микросхемы с высоковольтными ключами на основе IGBT-транзисторов (смарт-приборы).

Накопители. Эти устройства подразделяютсяна:

емкостные, которые требуют использования преобразователя низкого напряжения в высокое;

индуктивные.

Высоковольтные формирователи амплитуды импульса зажи-

гания. Эти формирователи подразделяютна:

высоковольтные импульсные трансформаторы (катушки зажигания);

высоковольтные пьезоэлектрические преобразователи.

101

Распределители.Всистемах зажигания применяются распределители с временным и пространственным разделением каналов. Они подразделяютсяна:

одноступенчатые (высоковольтные и низковольтные); двухступенчатые (первая ступень низковольтная, вторая высо-

ковольтная).

В дальнейшем мы рассмотрим ряд систем зажигания в хронологическом порядке их применения на автомобилях.

ГЛАВА 7. БЕСКОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

7.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Следующим этапом совершенствования систем зажигания было исключение контактных преобразователей из датчика. Были разработаны различные типы датчиков на основе различных физических эффектов преобразования неэлектрических величин в электрические. Замена контактного преобразователя на механоэлектрический преобразователь (датчик) обусловила появление ряда отрицательных свойств в тракте преобразования. Так, зависимость амплитуды выходного сигнала большинства датчиков от частоты вращения вала снижает устойчивость искрообразования на низких частотах и вносит нестабильность в работу формирователя момента зажигания (формирователя фазы импульса зажигания); из-за слабых сигналов с датчика требуется применение усилителя и формирователя формы сигналов, как правило, формирователя прямоугольных импульсов. Одновременно шло совершенствование усилителя мощности. Существует множество бесконтактных систем, но практическое применение нашли не все из них. Наибольшее распространение получили системы зажигания с электромагнитными индукционными (на основе эффекта Фарадея) и магнитоэлектрическими (на основе эффекта Холла) датчиками.

Первоначально системы зажигания по аналогии с контактными системами создавались с числом градаций (квантов) углового положения вала, равным числу цилиндров. Сегодня такие системы не разрабатываются. Точность преобразования углового положения вала постоянно увеличивается. В настоящее время она составляет не менее чем 128 градаций. В таких системах используются, как правило, два индукционных датчика (начала отсчета и углового положения).

102

7.2. СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ С ОДНИМ ИНДУКЦИОННЫМ ДАТЧИКОМ

Рассмотрим систему зажигания с одним индукционным датчиком, применяемую в ряде зарубежных автомобилей. Эта система зажигания является смешанной. Схема блока управления системы зажигания представлена на рис. 7.1.

Структурную формулу такой системы можно записать в следующем виде:

α→(Д+ФПИ)→ФФи.з→ФДи.н→УМ→H(L)→ВИТ→ВР→FV(1…6). Конструктивно система состоит из типовых узлов стандартного

состава и типовой компоновки (см. рис. 5.1). Это транзисторный коммутатор (блок управления), в который входит усилитель мощности УМ, оконечный каскад которого выполнен на транзисторе Дарлингтона VT5, VT6(ввиде интегральной микросхемы) с предоконечным каскадом VT4; формирователь длительности импульса накопления на транзисторе VT3 и формирователь прямоугольных импульсов ФПИ на транзисторах VT1, VT2 (триггер Шмитта); датчик– распределитель зажигания (на схеме не показан), в который входят индукционный датчик Д, механический двухпараметрический фазовращатель (формирователь фазы импульса зажигания с двумя автоматами ФФи.з) и высоковольтный распределитель импульсов зажигания ВР со встроенным в ротор центробежным датчиком ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала; высоковольтный импульсный трансформатор ВИТ (катушка зажигания фирмы Bosch) с низкоомной первичной обмоткой H(Z); свечи зажигания

(FV1...6).

Работает система зажигания следующим образом. Для питания блока управления применяется вторичная ступень стабилизации напряжения на параметрическом стабилизаторе, включающем в себя элементы участкаАпринципиальной схемы: стабилитрон VD1, резистор R1, конденсаторы фильтра C1, C2 и диод VD2 защиты против напряжения обратной полярности. Сигнал с индукционного датчика с требуемой фазой, соответствующий определенному угловому положению вала (углу опережения зажигания), которая формируется ФФи.з, поступает на вход 7 блока управления. По форме сигнал с датчика близок к двухполярному синусоидальному сигналу. Через кремниевый диод VD6 на базу транзистора VT1 поступают отрицательные импульсы переменного управляющего напряжения, положительные импульсы на базу не пропускаются. Индукционный датчик нагружается только в периоды прохождения отрицательной полуволны сигнала.

103

Рис. 7.1. Схема блока управления системы зажигания с индуктивным датчиком и электронным отключением тока в первичной обмотке высоковольтного трансформатора:

А – элементы стабилизатора напряжения; В – элементы формирователя прямоугольных импульсов; С – элементы формирователя длительности импульса накопления; D– предоконечная ступень усилителя мощности;Е – оконечная ступень на транзисторе Дарлингтона (интегральная микросхема).

Для работы системы зажигания необходимо переменное напряжение с датчика преобразовать в прямоугольные импульсы. Эта операция выполняется триггером Шмитта, выполненным на элементах участкаВпринципиальной схемы. Когда напряжение на входе триггера становится равным пороговому значению, транзистор VT1 открывается, а транзистор VT2 закрывается. Формирователь импульсов не проводит ток в течение интервала времени τд (импульса датчика). Это состояние будет сохраняться до тех пор, пока напряжение не станет ниже порогового значения. Транзистор VT1 запирается на время (время паузы). На базу транзистора VT2 поступает положительное напряжение через резистор R4, и он открывается. На выходе триггера чередуются импульсы τд и τп с частотой вращения приводного валика распределителя. Два последовательно включенных диода VD3 и VD4 служат для температурной компенсации.

С помощью элементов участка С в блоке управления оптимизируется длительность импульса датчика, который является импульсом накопления энергии, чтобы на любом рабочем режиме двигателя ток в первичной обмотке достигал заданного значения и было достаточно высокое напряжение для возникновения искры на свече зажигания. Импульс времени накопления энергии определяется началом прямоугольного импульса, который поступает на предоконечный каскад усилителя

104

мощности в блоке управления (транзистор VT4 участка Dсхемы). В рассматриваемом устройстве формирование длительности осуществляется с помощью RС-цепочки, т.е. с помощью заряда и разряда конденсатора через резисторы.

Ток предоконечного транзистора VT4 управляет мощной оконечной ступенью (транзистором Дарлингтона), который коммутирует (включает и отключает) ток в первичной обмотке трансформатора зажигания. Ток базы транзистора VT6 задается транзистором VT5, который усиливает сигнал с предварительного каскада. Транзистор включен по схеме с открытым коллектором.

Чтобы получить максимальную мощность в системе зажигания при минимальных потерях в катушке зажигания и оконечном транзисторе, силу тока в первичной цепи нужно регулировать в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя и напряжения аккумуляторной батареи.

Время протекания тока в первичной обмотке также регулируется в зависимости от этих параметров. В конце периода протекания тока по первичной цепи он должен достигать заданного значения. На низких частотах вращения коленчатого вала, когда длительность импульса датчика велика, сила тока успевает вырасти до своего номинального значения. Оконечная ступень ограничивает силу тока так, что заданное ее значение, достигнутое заранее в первичной цепи, поддерживается постоянным до момента искрообразования.

Чтобы поддерживать вторичное напряжение постоянным, не зависящим от частоты вращения коленчатого вала, схема формирования увеличивает время импульса накопления с ростом частоты вращения коленчатого вала. Для достижения заданного значения силы тока в первичной цепи при пониженном напряжении аккумуляторной батареи нужно также увеличивать длительность импульса накопления.

Схема управления временем накопления работает так, что в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и напряжения аккумуляторной батареи изменение времени накопления обусловлено изменением момента начала протекания тока по первичной цепи, в то время как окончание времени накопления, а, следовательно, момента искрообразования, не меняется.

Упрощенная схема формирования длительности импульса накопления энергии показана на рис. 7.2. В качестве RC-звена используются конденсатор С5 и резисторы R7 иR8. Если транзистор триггера VT2 находится в закрытом состоянии, то конденсатор С5 заряжается через резистор R 7 и переход база-эмиттер транзистора УТЗ (жирная линия) током коллекторной цепи Iк. При низкой частоте вращения напряжение конденсатора составляет около 12 В. В это время транзистор

105

VT3 открыт и по первичной обмотке протекает ток. В момент искрообразования tиооткрывается транзистор VT2 и конденсатор С5 разряжается через резистор R8 и транзистор VT2. Пока протекает ток разряда, транзистор VT3 закрыт, так как потенциал его базы отрицателен относительно массы. Транзистор VT3 включится в тот момент, когда поменяется полярность на выводах конденсатора С5. Конденсатор начнет заряжаться, и этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока транзистор VT2 опять не закроется. Затем повторится процесс заряда конденсатора через резистор R7 ипереход база-эмиттер транзистора VT3 с момента начала импульса накопления.

Рис. 7.2. Схема формирования длительности импульсанакопления энергии:

а– заряд конденсатора; б– разряд конденсатора.

Сростом частоты вращения коленчатого вала уменьшается время заряда конденсатора С5, который уже не может зарядиться до значения, соответствующего полному напряжению аккумуляторной батареи. Соответственно конденсатор С5 раньше разрядится, что приведет к более раннему началу формирования импульса и, следовательно, к большему времени замкнутого состояния контактов.

Так как в системе зажигания уже отсутствуют ограничительные резисторы, оконечная ступень должна дополнительно выполнять задачи

ограничителя силы тока, в отличие от прежних систем зажигания. В этом случае можно применять катушки зажигания с низкоомными первичными обмотками и регулирование тока отключения. При этом максимальная сила тока в первичной цепи определяется уже не только общим сопротивлением первичной цепи, но и ограничителем тока в блоке управления.

Чтобы система зажигания не потребляла электроэнергию от аккумуляторной батареи и не перегревалась при остановленном двигателе и включенном зажигании, транзисторная оконечная ступень выключается устройством безыскровой отсечки зажигания через несколько секунд

106

после остановки двигателя. Как только двигатель запускается, система зажигания опять станет работоспособной.

Ограничение напряжения, подавление помех и защита от перенапряжения аналогичны применяемым в транзисторных системах зажигания.

7.3. СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ С ДАТЧИКОМ НА ЭФФЕКТЕ ХОЛЛА

Представителем этого класса систем является система зажигания, разработанная для двигателя переднеприводных автомобилей семейства ВАЗ-2108, ВАЗ-2109. Этот двигатель работает при высоких степенях сжатия и на обедненных смесях, что требует повышения пробивного напряжения и увеличения энергии и длительности искрового разряда. Разработанная электронная часть этой системы стала классической для систем зажигания с электронным отключением (разрывом) тока в первичной обмотке.

Структурная схема системы зажигания с датчиком представлена на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Структурная схема системы зажигания с датчиком, использующим эффект Холла

Структурную формулу такой системы можно записать в следующем виде: α→(Д+ФПС)→ФПИ→ФФи.з→ФПДи.н→(ФАп.т+УМ)→H(L)→ВИТ→ВР

→FV(1…4).

Конструктивно система состоит из типовых узлов стандартного состава и типовой компоновки (рис. 7.4). Электронный коммутатор типа 36.3734 включает в себя формирователь прямоугольных импульсов ФПИ с инвертором, формирователь постоянной длительности импульса накопления ФПД, формирователь амплитуды тока в первичной обмотке ФАп.тс усилителем мощности УМ и устройство отключения тока УОТ в первичной обмотке при неработающем двигателе. Датчик-

107

распределитель типа 40.3706 включает в себя датчик на эффекте Холла, механический двухпараметрический формирователь фазы импульса зажигания ФФи.з и высоковольтный распределитель импульсов зажигания ВР. Датчик на основе эффекта Холла является статическим датчиком. При остановке вала двигателя и включенном выключателе зажигания на выходе датчика может сохраняться сигнал. При использовании датчика на эффекте Холла приходится вводить в систему специальное устройство отключения тока (устройство безыскрового отключения тока первичной обмотки трансформатора зажигания), которое через несколько секунд после остановки двигателя при включенном ключе зажигания запирает выходной транзистор усилителя мощности. Это усложняет конструкцию. Система зажигания включает также индуктивный накопитель энергии Н(L) в виде трансформатора зажигания (катушки зажигания типа 27.3705) с низкоомной первичной обмоткой и свечи зажигания

FV1...FV4.

Коммутатор 36.3734 выполняет следующие функции: формирование постоянной длительности накопления энергии; формирование амплитуды импульса тока в первичной обмотке; отключение тока первичной обмотки в случае остановки дви-

гателя при включенном выключателе зажигания и наличии сигнала на выходе датчика.

Рис. 7.4. Конструктивная компоновка системы зажигания двигателя автомобиля ВАЗ-2108:

1 – датчик-распределитель; 2 – трансформатор зажигания; 3 – монтажный блок; 4 – батарея; 5 – свечи зажигания; 6 – выключатель зажигания; 7 – коммутатор.

Работа системы зажигания протекает следующим образом. Сигнал с датчика с помощью формирователей ФПС и ФПИ преобразуется в прямоугольные импульсы постоянной скважности (скважность – это отношение периода следования импульсного сигнала к длительности им-

108

пульса). Для импульса, соответствующего длительности паузы, выбирается скважность, равная трем. После ФПИ сигнал можно рассматривать как сигнал с логическими уровнями (лог.«О» и лог. «1»), причем амплитуда сигнала информации не несет. Такой сигнал поступает на формирователь ФПД, где он стабилизируется на определенном уровне по длительности при изменении частоты вращения ротора датчика от fmах до fmin. Импульса заданной длительности с выхода ФПД через элемент «Сборка» поступает на усилитель мощности, который управляет током первичной цепи. Как известно, такие формирователи могут поддерживать постоянную длительность импульса только до определенной частоты. После этой частоты, например fmах, система зажигания работает как обычная система без ФПД и усилитель мощности управляется сигналом с прямо от ФПИ. За время импульса накопления ток в первичной обмотке должен достичь заданной величины, обеспечивающей получение необходимого вторичного напряжения. Если ток превышает это значение, что ведет к перегреву трансформатора и выходного транзистора, включается в работу система автоматического регулирования тока (формирователь амплитуды тока ФАп.т). Сигнал с датчика Д сравнивается в устройстве сравнения УСр с опорным напряжением и при превышении его заданного значения сигнал обратной связи САР через элемент «Сборка» управляет усилителем мощности. «Сборку» можно рассматривать как логический элемент, только с разными коэффициентами передачи. Сигналы а, b, сявляются двухпозиционными управляющими сигналами, переводящими выходной транзистор УМ из режима насыщения в режим отсечки. А по сигналу dтранзистор УМ переводится в активный режим, чем обеспечивается трехпозиционное регулирование. При остановке двигателя через несколько секунд сигналом с УОТ входной транзистор УМ запирается.

Использование в автомобилестроении традиционного конструирования электронных устройств на дискретных элементах и низкая технологическая база не позволили в свое время воплотить передовые идеи в промышленный образец коммутатора типа 36.3734. Низкая надежность, большие габариты и масса, низкая технологичность за счет наличия большого количества ручных операций по установке дискретных элементов – основные недостатки разработанной конструкции.

Кроме того, в системе зажигания с коммутатором типа 36.3734, как и в простейшей контактной системе, управление моментом подачи искры осуществляется с помощью механических автоматов опережения зажигания (центробежного и вакуумного), не обеспечивающих управление работой двигателя по оптимальному (с точки зрения получения мак-

109

симальной мощности, экономичности, низкой токсичности отработавших газов) алгоритму управления.

Разработка интегральных схем на базе схемотехнических решений коммутатора типа 36.3734 позволила создать систему управления зажиганием ДВС, широко используемую на многих автомобилях. Принципиальная электрическая схема коммутатора типа 3620.3734 приведена на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Принципиальная электрическая схема коммутатора типа 3620.3734

Внем специализированная микросхема выполняет практически все функции, реализованные в коммутаторе типа 36.3734. Она управляет силовым транзистором усилителя мощности, отключающим ток в первичной цепи трансформатора, формирует постоянную длительность импульса накопления, регулирует ток в первичной обмотке на заданном уровне, отключает выходной транзистор при наличии сигнала с датчика при остановленном двигателе, защищает схему от перенапряжений в бортовой сети и инверсного включения источника питания.

Дополнительной функцией является переход в режим расширения длительности импульса накопления, если ток отключения составляет 0,9...0,94 от номинального значения.

Вкачестве выходного транзистора VT1 применен транзистор Дарлингтона с встроенным стабилитроном. Навесные конденсаторы СЗ...С6 совместно с резистором R5 обеспечивают выполнение микросхемой основных функций. Резисторы R8 и R9 выполняют функции датчика амплитуды первичного тока. Через резистор R7 напряжение, пропорциональное току, передается на микросхему DA1. Для обеспечения нормальной работы согласующего устройства датчика, выполненного на микросхеме, требуются определенная величина напряжения питания и повышенные его качества. Для этого на элементах R1, С1и стабилитроне

110

VD1 собран параметрический стабилизатор второй ступени стабилизации для микросхемы датчика. Микросхема датчика формирует заданную скважность и прямоугольную форму импульсов. На элементах R3 и стабилитроне VD2 собран параметрический стабилизатор второй ступени стабилизации для микросхемы DA1. Резистор R4 согласует сигнал с датчика со входом схемы DA1. Кратковременные всплески высокого напряжения, а также перенапряжения обратной полярности гасятся фильтром на элементах R2, С2. Резистор R3 определяет силу тока базы выходного транзистора и, следовательно, значение тока в первичной цепи. Цепочка обратной связи R6, С7 улучшает качество переходного процесса при регулировании первичного тока.

На базе рассмотренной схемы разработан коммутатор с двумя групповыми каналами (двухканальный коммутатор) типа 64.3734-20 для систем с двухступенчатым распределением каналов. В нем в качестве микросхемы DA1 используется микросхема L497B, которая заменяет отечественный аналог – специализированную микросхему КР1055ХП1. В коммутаторе 6420.3734 в качестве выходного транзистора применена микросхема (транзистор) BY931ZPF1, поставляемая зарубежными фирмами. Она имеет встроенную защиту и повышает надежность работы коммутатора.

Дополнительно в коммутаторах устанавливают информационные преобразователи, формирующие сигнал, пропорциональный частоте вращения коленчатого вала, для тахометра.

ГЛАВА 8. СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ НА ДИСКРЕТНО-КОДОВЫХ ЭЛЕМЕНТАХ

Общие положения

Использование в системах зажигания дискретно-кодовых элементов (логических элементов) позволило резко повысить качество процесса управления двигателем.

В таких системах применяются частотно-временные и кодовые виды модуляции. В них формирователи фазы и амплитуды импульса зажигания строятся на основе функциональных преобразователей и устройств обработки информации. Эти преобразователи могут воспроизводить сложные математические операторы как функциональные зависимости нескольких переменных.

111

В основе всех УОИ частотно-временных и кодовых сигналов лежит арифметическое устройство – сумматор. В общем случае может использоваться арифметико-логическое устройство (АЛУ).

Типовая структурная схема входной части системы зажигания на дискретно-кодовых элементах представлена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Типовая структурная схема входной части системы зажигания на дискретно-кодовых элементах

В систему входят следующие элементы: датчики Д:

Дн.о – датчик начала отсчета, преобразующий положение коленчатого вала αвмт, соответствующее положению поршня в маркерном цилиндре в верхней мертвой точке, в синхронизирующий сигнал (синхроимпульс);

Ду.п– датчик углового положения коленчатого вала, преобразующий угловое положение коленчатого вала αу.п в соответствующие импульсы напряжения;

Др – датчик разрежения (нагрузки), преобразующий разрежение за дроссельной заслонкой ΔРР в перемещение упругой диафрагмы;

устройства согласования УС:

Фи.н.о — формирователь импульсов начала отсчета, преобразующий сигналы с датчика Дн.о в прямоугольные импульсы;

Фи.у.п– формирователь импульсов углового положения, преобразующий сигналы с датчика Ду.п в прямоугольные импульсы;

ИнП – информационный преобразователь, преобразующий перемещение диафрагмы Др в напряжение постоянного тока, пропорциональное разрежению;

аналого-кодовые преобразователи АКП:

ЧКП – частотно-кодовый преобразователь, преобразующий импульсы углового положения коленчатого вала в код, соответствующий частоте вращения коленчатого вала;

112

АКП – аналого-кодовый преобразователь, преобразующий напряжение с выхода ИнП в код;

формирователь фазы импульса зажигания ФФ, основу которого составляет устройство обработки информации УОИ, включающее в себя:

ФНФ – формирователь начальной фазы; АЛУ – арифметико-логическое устройство; УУ – устройство управления;

кодово-аналоговый преобразователь КАП, в состав которого входит ПКВ – преобразователь код– время, преобразующий код, полученный в УОИ, во временной интервал, соответствующий фазе импульса зажигания (углу зажигания).

АКП и КАП часто относят к устройствам согласования выходных сигналов с датчиков и входных сигналов исполнительных устройств. Так как датчики и исполнительные устройства в большинстве случаев конструктивно входят в объект управления, то они получили название устройства согласования с объектом (УСО). В современных микропроцессорных системах условия согласования устанавливаются специальными протоколами и стандартами. Свод этих правил называется интерфейсом. Иногда этим термином называют и устройство, предназначенное для выполнения условий согласования.

Основными элементами системы являются датчики Дн.о и Ду.п, через которые замыкается канал обратной связи. На основании полученной информации с датчиков УОИ вычисляет код, соответствующий фазе импульса зажигания (углу зажигания). В ПКВ этот код преобразуется во временной интервал и подается на формирователь амплитуды импульса зажигания.

ГЛАВА 9. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ

9.1. СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ С УСТРОЙСТВОМ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ НА МИКРОПРОЦЕССОРЕ

В таких системах используются специализированные микропроцессоры, специально разработанные под конкретную задачу. Это ограничивает сферу их применения.

Обработку информации, поступающей с датчиков, осуществляет микроЭВМ, основу которой составляет микропроцессор.

113

Структурную формулу такой системы можно записать в виде 1НР(2К)I→ФДи.н→ФАп.т+УМ→Н(L)+ВИТ+ВР(2К)II}→ FV 1

→ FV 4

Д→ФФи.з→ 2НР(2К)I→ФДи.н→ФАп.т+УМ→Н(L)→ВИТ+ВР(2К)II}→ FV 2

→ FV 3

Схема соединения рассматриваемой системы практически совпадает со схемой цифровой системы зажигания, за исключением блока управления, в качестве которого использовались ЭБУ МС 2713-02, который по организации представляет собой микроЭВМ.

Блоки управления микропроцессорных систем зажигания (БУ МПСЗ) имеют несколько разновидностей, обусловленных их конкретным применением.

Блок управления микропроцессорной системы зажигания типа МС2713.01 имеет разъем для соединения с внешними цепями, полностью совпадающий с соединительным разъемом БУ 73.3761, и поэтому данные БУ взаимозаменяемы. Однако алгоритм работы микропроцессорного БУ имеет свои отличительные особенности:

БУ МПСЗ из-за наличия процессора представляет собой более гибкую программно-управляемую структуру по сравнению с блоком управления цифровой системы зажигания и может быть путем перепрограммирования использован для многих типов ДВС без изменения своей аппаратной части;

БУ МПСЗ имеет в 2 раза больший объем памяти (32×32 = 1024 байт) для записи функции угла опережения зажигания, что позволяет уменьшить шаг квантования при табуляции функции в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя;

в БУ МПСЗ осуществляется измерение частоты вращения коленчатого вала, а не периода следования импульсов с датчика углового положения, как в БУ ЦСЗ;

для повышения точности расчета угла фразы импульса зажигания φ1в БУ МПСЗ используется метод линейной интерполяции, согласно которому при текущих значениях частоты вращения пхи разрежения Рxотличных от величин, заложенных в таблицу ППЗУ, опорные значения кодов углов (φ1x)n и (φ1x)ропределяются по формулам:

где φa и φb– величины угла фь соответствующие значениям паи пb(или Раи Рb); паи пb– соответственно меньшее и большее табличные значения частоты вращения, ближайшие к коду текущей частоты вращения пх;

114

Раи Рb – соответственно меньшее и большее табличные значения разрежения, ближайшие к текущему коду разрежения Рх;

алгоритм работы БУ МПСЗ выбран таким образом, что отслеживание угла опережения зажигания производится на каждом обороте коленчатого вала, а изменение его значения – после очередного определения режима работы ДВС и вычисления соответствующего УОЗ, что занимает от одного до нескольких оборотов коленчатого вала, в зависимости от частоты его вращения;

БУ МПСЗ осуществляет отслеживание специальной пусковой характеристики зажигания в режиме холостого хода двигателя, т.е. при полностью закрытой дроссельной заслонке и замкнутых контактах датчика положения дроссельной заслонки. В этом случае величина угла опережения зажигания определяется только частотой вращения и температурой двигателя, независимо от его нагрузки.

В остальном принцип действия БУ МПСЗ сходен с принципом действия рассмотренного БУ ЦСЗ.

Диаграммы напряжений и токов в обмотках трансформаторов микропроцессорной системы зажигания показаны на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Диаграммы напряжений и токов в обмотках трансформатора:

1 – импульсы тока в первичной обмотке первого трансформатора;2 – импульсы тока в первичной обмотке второго трансформатора;3 – импульсы напряжения в первичной обмотке первого трансформатора;4 – импульсы напряжения в первичной обмотке второго трансформатора;5 – импульс напряжения во вторичной обмотке; 6 – импульс тока во вторичной обмотке.

По сигналу с БУ коммутатор производит:

115

поочередное включение групповых каналов и, следовательно, трансформаторов зажигания;

формирование импульса накопления постоянной длительности tн; формирование импульса тока заданной амплитуды I1ти энергии. Амплитуда импульса тока I1травна 8... 10 А, а время накопления энергии tнпри изменении частоты вращения вала от 750 до 4500 мин-1 и напряжении питания 14 В лежит в пределах 4...9 мс. При этом в момент отключения тока в первичной обмотке, что соответствует моменту искрообразования tиo, напряжение на первичной обмотке U1может составлять 350...400 В. Момент искрообразования соответствует фазе φо.з им-

пульса зажигания, величина которого в момент пробоя равна Uп.

На диаграммах соответственно указаны ток Ip, напряжение Upи длительность разряда tр запасенной в трансформаторе энергии.

9.2.СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВС

СВСТРОЕННОЙ СИСТЕМОЙ ЗАЖИГАНИЯ

Развитие микропроцессорной техники позволило использовать в системе управления ДВС единый микропроцессорный контроллер, в который встраиваются функции системы зажигания. Дальнейшее развитие систем управления привело к использованию универсальных микропроцессоров, которые строятся в соответствии с параметрическими рядами по производительности. На таких процессорах можно построить многоуровневую систему управления в виде управляющей сети.

Примером системы зажигания, объединенной с системой топливоподачи (впрыска), является система на базе микроЭВМ «Январь-4». Полная схема соединений системы управления ДВС приведена на рис. 9.2.

Структурная формула этой системы не отличается от рассмотренных систем на дискретно-кодовых элементах. Совершенствование системы идет за счет реализации многих функций элементов системы зажигания программным путем (создание виртуальных функциональных устройств). В этой системе на микропроцессор возложены все функции, кроме ограничения тока первичной обмотки. Конструктивно система зажигания делится на два узла: БУ и модуль зажигания.

116

Рис. 9.2. Схема соединений системы управления ДВС с микропроцессорным контроллером:

1 – свечи зажигания; 2 – модуль зажигания; 3 – аккумулятор; 4 – замок зажигания; 5 – главное реле; 6 – реле бензонасоса; 7 – бензонасос; 8 – диагностический разъем; 9 – топливные форсунки; 10 – контроллер; 11 – клапан холостого хода; 12 – датчик детонации; 13 – датчик положения коленчатого вала; 14 – лампа «Проверь двигатель»; 15– модуль кондиционера; 16 – тахометр; 17 – спидометр;18 – датчик скорости; 19 – вентилятор радиатора; 20 – датчик расхода воздуха; 21 – датчик концентрации кислорода; 22 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 23 – датчик положения дроссельной заслонки; 24 – реле вентилятора.

Степень интеграции современных систем настолько велика, что электронная часть системы зажигания может включать только интегральные схемы: микроЭВМ и усилитель мощности. На микроЭВМ возлагаются все функции системы зажигания. В этом случае основная задача разработчика системы зажигания заключается в создании алгоритма функционирования, по которому программист разработает программу управления для микроЭВМ.

Типовая схема соединения высоковольтного ключа VB027ASP (усилителя мощности) и микроЭВМ, рекомендуемая фирмой-раз- работчиком элементов, приведена на рис. 9.3.

117

Рис. 9.3. Типовая схема соединения высоковольтного ключа VB027ASP в системе зажигания с двухканальным коммутатором

Схема разработана для системы с двухступенчатым распределением каналов. Сигналы управления поступают с микроЭВМ на каждую микросхему VB027ASP. Информационные (диагностические) выходы с высоковольтного ключа подключаются на вход микроЭВМ. По этим линиям передается информация об амплитуде тока в первичной обмотке. Для оптимального управления амплитудой тока во всех режимах работы ДВС (особенно в динамическом режиме) необходимо разработать алгоритм управления током с учетом многих параметров и их изменений (производных) во времени.

9.3. СИСТЕМЫ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ ЗАЖИГАНИЕМ

Современные системы зажигания строятся как системы непосредственного зажигания. Они называются системами DI(DirectIgnition). Структурная формула такой системы имеет вид

1К→ФДи.н→ФАп.т+УМ→Н→ВИТ1→FV1 α→Д→ФФи.з→НР(4К)→ …

4K→ФДи.н→ФАп.т+УМ→Н→ВИТ4→FV4 Конструктивно система состоит из микроконтроллера и четырех

высоковольтных ключей типа BTS21165 с датчиками тока, а также четырех трансформаторов зажигания, интегрированных в контактный наконечник свечей FV1... FV4.

Структурная схема системы управления с непосредственным зажиганием приведена на рис. 9.4.

118

Рис. 9.4. Структурная схема системы управления с непосредственнымзажиганием

Такое решение позволяет повысить качество систем зажигания, а также создать программы индивидуального управления искрообразованием в каждом цилиндре, что особенно важно для двигателей с V-образным расположением цилиндров.

МикроЭВМ может обрабатывать информацию с датчика не только для участка накопления энергии и формирования первичного тока, но и после разряда, отслеживая процесс сгорания по ионным токам в цилиндре. Это позволяет заранее прогнозироватьнаступление детонации и предупреждать ее путем коррекции угла опережения зажигания.

ГЛАВА 10. УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМОЙ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

10.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

От организации топливоподачи зависят экономические, экологические и мощностные показатели автомобильных бензиновых двигателей. Эксплуатационные показатели ДВС определяются также процессами горения смеси в цилиндрах, а процесс горения, в свою очередь,зависит от подготовки горючей смеси: ее состава, равномерного распределения по цилиндрам, степени испарения, интенсивности движения заряда, температуры, количества остаточных газов и ряда других факторов.

Назначение системы питания – обеспечить количество, состав и качество горючей смеси в цилиндрах. Она подает и регулирует состав горючей смеси так, чтобы обеспечивалось полное сгорание компонентов топлива и уменьшалась токсичность отработавших газов.

119

Можно выделить несколько операций, выполняемых системой питания:

дозирование компонентов (формирование количества смеси); смесеобразование (формирование состава и качества смеси). Процесс смесеобразования включает в себя распыление и испа-

рение топлива и антидетонационных присадок, перемешивание их с воздухом и отработавшими газами;

подачу в камеры сгорания.

Эти операции могут выполняться параллельно, последовательно или во взаимозависимости (комбинированно).

Особенностью работы автомобильного двигателя является широкий диапазон резко изменяющихся нагрузочных и скоростных режимов. Система питания должна обеспечить хорошее смесеобразование и оптимальный состав и качество смеси на всех режимах, а также при переходе с одного режима на другой в различных условиях эксплуатации. Кроме того, должен быть обеспечен надежный пуск двигателя, его прогрев с минимальным выбросом токсичных веществ и расходом топлива. Эксплуатационные показатели ДВС на каждом режиме обеспечиваются оптимальным дозированием горючей смеси и фазовыми соотношениями в системе газораспределения и зажигания.

10.2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДВС

Различают установившиеся и переходные режимы работы ДВС. Основными режимами являются: пуск (холодный пуск), прогрев, холостой ход, принудительный холостой ход, частичные нагрузки; полные нагрузки.

При переходе с одного режима на другой в системе управления возникают переходные процессы.

Холодный пуск. При пуске холодного двигателя необходимо обогащать смесь из-за плохого смесеобразования, испарения и возможности образования пленки на стенках впускного коллектора. При обогащении смеси поступает больше легкоиспаряемых фракций, что облегчает пуск.

Прогрев двигателя. При прогреве необходимо обогащение смеси для устойчивой работы двигателя, так как часть топлива конденсируется на еще холодных стенках цилиндров. При этом необходимо также учитывать нагрузку и состояние двигателя.

Холостой ход. На холостом ходу необходимо обогащение смеси для устойчивой работы ДВС. В то же время на холостом ходу хуже наполнение цилиндров и больше остаточных газов. При прогреве двигате-

120