Електронна система запалювання зі статичним розподілом енергії. Теорія

Перш ніж почати хочу висловити величезну подяку другові Дімі зайого допомогу у всьому!

Це ГАЗ 31105 "волга".Велика машина, досить комфортабельна, правда не дуже економічна :-) Однак мій екземпляр оснащений неновим інжекторним двигуном, а застарілим карбюраторним ЗМЗ 402, який, правда, невибагливий до якості бензину і має хорошуремонтопридатність. Ціна такої машини значно нижча При поступовому "тюнінгу" авто дійшло діло і до системи запалення.
В оригіналі 402-й мотор оснащений безконтактною системоюзапалювання з індукційним датчиком. Може комусь буде цікаво.
У всіх системах запалення основним елементом, що викликає запаленнягорючої суміші в циліндрі двигуна є свічка запалювання.

вона є розрядником, що складається з бокового електрода 1, з'єднаного з корпусом двигуна і центрального електрода, якийвиведений на "ковпачок" свічки. Електроди розділені керамічнимізолятором, що є корпусом свічки. При подачі на електроди високоїнапруги відбувається пробою іскрового проміжку Х - "іскра", якавикликає запалення горючої суміші. Напруга, необхідне пробоюзалежить від величини зазору Х та інших чинників. У сучаснихсистемах запалювання вона досягає 20 000 - 35 000 вольт, щозабезпечує надійне виникнення іскри за будь-яких умов.
Другим важливим елементом є джерело імпульсів високої напруги. Як ібудь-який трансформатор він містить первинну (низковольтну) обмоткуз малою кількістю витків і вторинну (високовольтну). ) з великоюкількістю витків.
Для того, щоб на вторинній обмотці утворився високовольтнийімпульс, на первинну слід подати імпульс струму від джерелаживлення (акумулятора або генератора).
За принципом формування цього імпульсу розрізняють два основнихвиди систем запалення - конденсаторні і з індуктивним накопиченняменергії. Конденсаторні системи (CDI - capacitor discharge ignition)містять конденсатор, який заряджається від бортової мережі (восновному через перетворювач, що підвищує) і в потрібний моментзапалення перемикається на первинну обмотку котушки запалювання, розряджаючи її у. В автомобілях конденсаторні системи некористуються великою популярністю, але вони широко використовуютьсяна мототранспорті. Котушка для таких систем зазвичай відрізняєтьсяменшими розмірами та вагою, основним недоліком є ​​мала довжинависоковольтного імпульсу.
Системи з індуктивним накопиченням енергії використовують явищесамоіндукції. Тобто, якщо спробувати різко розімкнути ланцюг, уякому струм тече через індуктивність, на висновках котушкиіндуктивності формується імпульс напруги, що багаторазово перевищуєпочаткову напругу живлення. У такому разі, як індуктивністьвикористовується первинна обмотка котушки запалення:А ось сампроцес "переривання" може відбуватися двома способами. Перший, якийвикористовувався у всіх старих автомобілях, – це контактний.Практично повторює зображену на малюнку схему. Контакти "переривника" входять до складу датчика-розподільника запалювання, який також називають «трамблером». Та продовжує високовольтнийімпульс. Така система проста, проте надійність її невисока черезнаявність механічних контактів, які можуть обгоряти, забруднюватись, згинатися і тим самим впливати на роботу системи.Адже важливою є не тільки величина струму через котушку, а й моментспрацьовування контактів щодо кута повороту колінчастого валудвигуна (кут випередження запалювання). Крім того, в даній системіне можна отримати велику потужність імпульсу, оскільки призбільшенні струму в ланцюзі котушки контакти активно вигорятимуть умомент розмикання. Нові двигуни оснащують, як правило, безконтактними електронними системами запалювання, де датчикоммоменту запалення є будь-який безконтактний датчик (найчастіше цемагнітний датчик Холла, проте зустрічаються й інші типи датчиків), а безпосередня комутація котушки здійснюється транзистором, якийвходить до складу спеціального пристрою, що називаєтьсякомутатором.

Тут енергія іскри фактично обмежується лише можливостями котушки тапараметрами транзистора. Можна розрізнити два типи комутаторів длятаких систем.
У старих комутаторах єдиною їхньою функцією було керування вихіднимтранзистором по сигналу з датчика. Сила струму через котушкуобмежується опором первинної обмотки та не є високою. Енергія іскрив таких системах не набагато вище за контактні системи. Крім того, на високих оборотах енергія іскри зменшується, тому що за періодміж розрядами високоомна котушка не встигає накопичити максимальнуенергію. Саме такий комутатор встановлений у моєму авто.
Сучасні комутатори керуються від датчиків Холла або від сигналів зелектронного блоку управління двигуном і можуть працювати нанизькоомну первинну обмотку котушки запалювання. Обмеження струмувиконано схемою комутатора, спеціалізована мікросхема аналізуєчастоту вхідних імпульсів від датчика і включає "заряд" котушки вмомент, який забезпечить максимально допустимий струм через котушкуякраз на момент наступного "розмикання". Така система дозволяєотримати стабільну потужність іскри на різних обертах двигуна.Максимальний струм у первинному ланцюзі котушки запалювання можедосягати 7-10 ампер, що дозволяє отримати потужну іскру узбільшеному іскровому зазорі свічки запалювання. Такі системиназивають ще системами з високою енергією іскри. Проте, окрімотримання іскри в системах запалювання автомобільних двигунів існуєще одна проблема. Вона пов'язана з тим, що двигун зазвичай маєкілька циліндрів, запалення яких відбувається по черзі. Отже, високовольтні імпульси від котушки запалювання необхіднорозподіляти між свічками, спрямовуючи їх то одну, то іншу.Донедавна більшість автомобілів оснащувалися механічнимрозподільником, часто поєднаним з датчиком моменту запалювання. Якбачимо, розподільник являє собою звичайний механічний перемикач, щоскладається з декількох (за кількістю циліндрів двигуна) контактів, розташованих по колу, та одного рухомого контакту - "бігунка", якийобертається і замикається почергово з одним з нерухомих. Цей вузолне додає надійності навіть найефективнішій електронній системі зкомутатором. Контакти розподільника забруднюються, обгорають, особливо частим дефектом є вихід з ладу бігунка. На ньому зазвичайрозташований резистор для придушення радіоперешкод від системизапалення (іскріння на контактах розподільника генерує широкийспектр радіоперешкод), і саме цей резистор часто перегрівається тазгоряє. Як не дивно, такий розподільник зустрічається і вавтомобілях з інжекторними двигунами, де все керування запалюваннямвиконує електронний блок керування двигуном, а не датчик моментузапалювання. У новітніх авто з інжекторними двигунами почализастосовувати іншу систему, яку називають системою запалювання ізстатичним розподілом енергії. Принцип її дії полягає у використаннікількох котушок запалювання та комутаторів. Є два види такоїсистеми — з двовивідними котушками запалення (кожна котушка працюєна 2 свічки запалювання) та з окремими котушками на кожнусвічку.
Перша система працює завдяки особливостям роботи двигунавнутрішнього згоряння — іскра одночасно виникає у двох свічках, Однак друга розташована в циліндрі, де в даний момент відбуваєтьсятакт випуску відпрацьованих газів і відповідно не впливає на роботуцього циліндра. Через оборот колінчастого валу циліндри за циклом "змінюються місцями". Така система проста, для чотирициліндровогодвигуна містить дві котушки і два комутатори (іноді об'єднані вєдиний модуль запалення). Єдиний її недолік - різна полярністьвисоковольтних імпульсів на свічках, що призводить до різного зносуелектродів свічок у парі. Система з окремими котушками на коженциліндр (зазвичай котушка тут виконана у вигляді модуля, надівається на ковпачок свічки), дорожче в реалізації, томувикористовується на авто дорогого сегмента (наприклад, AUDI A6).Однак тут можна досягти практично ідеальних характеристик системи, всі свічки працюють абсолютно в однакових умовах, відсутні втрати увисоковольтних дротах (якщо котушка надята напрямку на ковпачоксвічки). Ідея переробки системи запалення виникла, коли післязаміни старого комутатора, що вийшов з ладу, почалися "глюки" зновим. Основний дефект при нагріванні від тривалої роботи комутаторпочинав давати збої, пропускаючи імпульси від датчика. Замінакомутатора на інший вирішила проблему, але через деякий час цеявище почало з'являтися знову. Швидше за все, комутатори цьогостарого типу зараз роблять якісь "кустарі" і якість їх невідповідає нормативам. Крім того, бігунок розподільника частовиходив з ладу. Таким чином було прийнято рішення замінити штатнусистему запалення ЗМЗ 402 на "двох котушкову" зі статичнимрозподілом іскри. Котушки запалення вирішили використовувати відінжекторної "волги" як найбільш доступні (бувають російськоговиробництва і фірми Bosch). І не так поширені в магазинах.
В оригіналі котушки керуються від блоку керування двигуном, але унас старий карбюраторний двигун і все керування запаленнямздійснюється від датчика-розподільника. Як бути?
Бо мій розумний друг ДІМОН реалізовував раніше подібну систему насвоєму колишньому "москвичі 2140", і система вже кілька роківпрацює у наступного власника (який є його знайомим) те рішення незайняло багато часу. Отже:
1. Безпосереднє управління котушками доручаємо парі комутаторівтипу 3620.3734 або 0529.3734 компанії VTNAUTO (україна)(www.vtnauto.com/ru/about.html).
2. Датчик-розподільник переробляємо на використання датчиків Холла, причому датчики повинні генерувати два сигнали почергово длякерування двома комутаторами. У точках, що відповідають 90 градусамповороту валу датчика-розподільника та спеціальної магнітноїшторки-екрана:Така система вимагає точного виготовлення "шторки" іпосадкових місць під датчики, інакше кут випередження запалення будерізний для першої та другої котушки.
Другим варіантом є система з одним датчиком Холла та спеціальноюшторкою, що має два вирізані сектори під 90 градусів. Тут важливатільки точність виготовлення шторки, але сигнал від датчика повиненпроходити через спеціальний блок узгодження, який виробляє керуючіімпульси на комутатори - на один, коли датчик змінює стан з 0 в 1 ів другий - коли з 1 в 0. Такі системи є продажу, але орієнтовані надоопрацювання розподільників ВАЗ

Виготовити її самому під конструктив "волгівського" розподільниказаважала необхідність дотримання точності шторки.

Тому мій розумний друг ДІМОН вирішив піти третім шляхом. Спосіб нейого, він був знайдений ще давно на форумах. Існує вже готовасистема, де є і датчик, і магніт, розділений рівно на 4 частини, причому датчик там двополюсного і відразу видає сигнали длякерування через 90 градусів! Причому вона є загальнодоступною ідуже недорогою. Це - комп'ютерний вентилятор для корпусів/блоківживлення. Справа в тому, що він містить безколекторний двигун, якийкерується за допомогою такого датчика Холла, а магнітом є саммагнітний ротор (4 полюсні). Експерименти показали, що точністьрозміщення полюсів магнітного ротора досить висока (думаю цеобумовлено самою фізикою магніту, при однаковому по колу перерізімагніту він просто не може намагнітитися нерівномірно, щоб полюсизмістилися.) Правда, слід обережно поводитися з магнітом при йогодемонтажі, щоб не допустити механічних ушкоджень.

Отже, в такому випадку, сама система запалювання виходить простою іне вимагає ніяких критичних елементів, які потрібно вироблятисамому (як точна шторка або блок узгодження розподіляє сигнали іздатчика). Для доопрацювання розподільника необхідно буде виготовитиплату з датчиком і втулку, в яку вставляється магніт відвентилятора. Єдине, що за такої системи не буде коректно працюватитахометр і, можливо, блок економайзера холостого ходу (електроннийблок вимикає подачу палива при гальмуванні двигуном). Справа втому, що ці системи одержують імпульси з виходу штатного комутатора (за висновком К котушки запалювання), а значить їх частотастановить 2 імпульси на оборот колінчастого валу. У нашій системі, кожна котушка спрацьовує 1 раз на оборот, тобто потрібно сумуватиімпульси з двох котушок. Цю проблему спробуємо вирішити блокомузгодження на основі мікроконтролера. Так як безпосередньо нароботу двигуна він не впливає, то вважаємо, що надійностісаморобного блоку вистачить:-).

У наступних статтях я з моїм розумним другом Дімою будемопоетапно відображати хід розвитку :-) проекту. До зустрічі!