Tenningssystemet

Emner:

Algemeen
Tennspole tenning
Konvensjonell fordelertenning med kontaktpunkter
Datastyrt tenning
Forbrenningstrykk og tenningstidspunkt
Tenningsfremgang
Holdetid
DIS betennelse
En tennspole per sylinder
Mål det primære tenningsmønsteret med oscilloskopet

generelle:
I en bensinmotor må drivstoff/luftblandingen tennes ved slutten av kompresjonsslaget. Dette skjer fordi tennplugg gir en gnist. For at tennpluggen skal tenne, kreves det en spenning mellom 20.000 30.000 og 12 14,8 volt. En tennspole konverterer batterispenningen (rundt XNUMX til XNUMX volt) til denne høyspenningen.
Ved eldre systemer er det ofte skrudd 1 tennspole et sted på motorblokken som kobles til tennpluggene ved hjelp av tennpluggkabler. Nyere motorer har ofte stifttenningsspoler. Hver tennplugg har sin egen tennspole. Antallet tenningsspoler på motoren kan lett gjenkjennes ved tilstedeværelsen av tennpluggledninger. Hvis det går tennpluggledninger til hver sylinder, har bilen 1 fast tennspole eller en DIS-tennspole. Hvis det ikke er noen tennpluggledninger som går, er det en separat tennspole på hver tennplugg. En motordekselplate må ofte demonteres for å se dette.

Tennspolen:
Et tenningssystem bruker en tennspole. Uansett type (konvensjonell eller datastyrt), er prinsippet det samme. Tennspolen inneholder 2 spoler kobbertråd rundt en jernstang (kjerne). Primærspolen (på tenningsbrytersiden) har få omdreininger med tykk ledning. Sekundærspolen har mange vindinger med tynn ledning. Primærspolen har en spenning på 12 volt. En strøm på 3 til 8 ampere sendes gjennom denne primærspolen. Dette genererer et magnetfelt. Når dette magnetfeltet forsvinner, genereres en spenning på 250 til 400 volt i primærspolen. På grunn av forskjellen i antall viklinger genereres en spenning på opptil 40.000 XNUMX volt i sekundærspolen.

Primærspolen til tennspolen har en ohmsk og induktiv motstand. Den ohmske motstanden kan måles med multimeteret, eller beregnes ut fra strøm- eller spenningsmålingene. Den induktive motstanden refererer til det magnetiske feltet som utvikles i primærspolen og avhenger av hastigheten som strømmen endres med og de magnetiske egenskapene til spolen (L-verdien). Hver tennspole har en fast L-verdi, som avhenger av antall omdreininger og dimensjonene til spolen og kjernens egenskaper og dimensjoner.

Konvensjonell fordelertenning med kontaktpunkter:
Det konvensjonelle tenningssystemet består av en enkelt tennspole som slås av og på med kontaktpunkter, tennspolekabel, tennpluggkabler og en mekanisk fordeler med fremføring av tenningstidspunkt.

Ved hvile er kontaktpunktene lukket. En strøm går gjennom primærspolen, via kontaktpunktene til jord. I det øyeblikket er et magnetfelt tilstede i primærspolen. Når kammen løfter spaken, brytes kontakten mellom kontaktpunktene og det dannes en indusert spenning. Denne induserte spenningen forsterkes i sekundærspolen og overføres til fordeleren via tennspolekabelen. Tappen i fordeleren peker mot en av tennpluggkabelforbindelsene. Spenningen overføres til tennpluggen, som produserer en gnist.

Tennspolen overfører en høy spenning via koblingen av tennspolekabelen til rotoren i fordeleren. Rotoren i fordeleren roterer med halvparten av veivakselhastigheten. Dette gjøres mulig fordi det, avhengig av konstruksjonen, er en direkte forbindelse mellom veivakselen og fordeleren (som vist på figuren), eller fordi rotoren drives direkte av kamakselen. Tross alt roterer kamakselen allerede med halve hastigheten til veivakselen. Bildet viser en eksplodert visning av distributøren.

Rotoren er følsom for vedlikehold. Kontaktpartiklene mellom rotoren og fordelerhetten korroderer over tid, noe som forringer kvaliteten på tennplugggnisten. Ved av og til å slipe bort korrosjonen eller bytte ut slitte deler, forblir kvaliteten på gnisten optimal. Ved å vri på fordelerlokket på rotoren justeres tenningstidspunktet.

Datastyrt tenning:
Moderne biler er utstyrt med datastyrte tenningssystemer. Motorstyringssystemet styrer tennspolen. En pulsgenerator (veivakselposisjonssensor og eventuelt en kamakselposisjonssensor) gir en referansepuls som går synkront med veiv eller kamaksel. Det er ofte en manglende tann i en ring eller på trinsen som fungerer som et referansepunkt. Bildet viser den maskinerte veivakselskiven til MegaSquirt prosjekt. Remskiven har 36 tenner, hvorav 1 er slipt bort. Derfor kalles det også et 36-1 referansehjul. For hver 10. grader passerer 1 tann forbi sensoren (360/36).

Hver gang den manglende tannen roterer forbi sensoren, sendes et signal til ECU.
Dette referansepunktet er ikke topp dødpunkt (TDC) som navnet ofte antyder. I virkeligheten er dette referansepunktet mellom 90 og 120 grader før TDC. Dette betyr at når det ikke er noen tenningsfremgang, skjer tenningspulsen 9 til 12 tenner etter referansepunktet.

Bildet viser veivakselsignalet (gult) i forhold til tenningsspolens styrepuls (blått). I veivakselsignalet er den manglende tannen synlig der pulsen mangler. På denne motoren er den manglende tannen 90 grader før TDC (det er 9 tenner på pulshjulet).

Mellom den manglende tannen (referansepunkt, gul) og kontrollpulsen (blå), er 8 tenner synlige; Dette er en 10 graders fortenning.

Fremme av tenningen har med forbrenningshastigheten å gjøre; forbrenning trenger tid for å nå sitt maksimale forbrenningstrykk. Dette maksimale forbrenningstrykket er optimalt ved en veivakselposisjon på 15 til 20 grader etter TDC. Dette må være optimalt under alle driftsforhold. De følgende avsnittene forklarer påvirkningen av tenningstidspunktet på forbrenningstrykket, hvordan tenningsfremgangen finner sted og hvordan du kan lese av hviletiden i scope-bildet.

Forbrenningstrykk og tenningstidspunkt:
Tennsystemet skal sørge for at blandingen i sylinderrommet antennes til rett tid. Når stempelet har passert TDC skal forbrenningstrykket være høyest. Fordi det går en tid mellom antenning og antenning av blandingen (der maksimalt forbrenningstrykk er nådd), må blandingen tennes en stund før TDC. Kort sagt: tennpluggen må allerede ha gnist før stempelet har nådd TDC.

I det følgende diagrammet ser vi trykkprogresjonen (rød linje) i forhold til veivakselgradene. Tennpluggen gnister ved punkt a. Stempelet beveger seg videre mot TDC (0) og forbrenningstrykket øker. Maksimalt forbrenningstrykk nås ca. 10 til 15 grader etter TDC (ved punkt b).

hvis punkt b beveger seg for langt til venstre, tennes blandingen for tidlig og stempelet stoppes fra å bevege seg oppover;
Når punkt b flyttes til høyre, skjer forbrenningen for sent. Stempelet har allerede beveget seg for langt mot ODP. Kraftslaget er ikke lenger effektivt nok.

Tenningsfremgang:
For at trykktoppen skal inntreffe ved riktig veivakselposisjon, er det viktig å fremme tenningen når motorturtallet økes. Punkt b (maksimalt forbrenningstrykk) må ikke flyttes. Når du fremmer og forsinker tenningstidspunktet, flyttes punkt a (tenningstidspunkt) til venstre eller høyre. Forbrenningstiden avhenger av påfyllingsnivået til motoren og gjeldende blandingsforhold. Tenningsfremgangen er derfor forskjellig for hver motor. Dette er også grunnen til at veivakselreferansepunktet settes et antall grader før TDC: mellom referansepunktet og TDC er det tid til å beregne tenningsfremgangen.

Med en DIS-tenningsspole (beskrevet lenger ned på siden) er veivakselposisjonssensoren tilstrekkelig til å bestemme tenningstidspunktet. Den første pulsen etter den manglende tannen brukes for eksempel til å belaste sekundærspolen til sylinder 1 og 4. Deretter telles antall tenner (18 i dette tilfellet) for å generere pulsen for sekundærspolen til sylindrene 2 og 3. Hvis motoren er utstyrt med COP-tenningsspoler, er ikke ett referansepunkt tilstrekkelig. I så fall er det nødvendig med en kamakselposisjonssensor for å oppdage flere referansepunkter.

De to bildene nedenfor (tabell for fremgang av tenning og 3D-visning) viser innstillingene for tenningskartet i MegaSquirt prosjekt. Disse kalles oppslagstabeller, referanse- eller kjernefelt.

Tenningsfremgangen bestemmes basert på motorkonfigurasjonen. Grafene viser fullasttenningsfremføringskurvene for (konvensjonell) mekanisk fordelertenning (rosa linje) og et datastyrt system (blå linje). Bøyningen i den rosa linjen er punktet der vakuumfremføringen trer i kraft. Videre er linjene rette; dette skyldes mekaniske begrensninger. Med et datastyrt system kan dette styres mer presist; derfor fortsetter tenningskurven som en kurve. Mellom 1200 og 2600 rpm har den blå linjen blitt trukket litt ned; dette har å gjøre med bankeområdet for dellast. Det kan også sees at både de konvensjonelle og de datastyrte fremføringslinjene ender på omtrent 25 grader. Fremrykningen bør ikke økes ytterligere, for da er det fare for "høyhastighetsbankingen", eller bankeområdet ved høye hastigheter.

Tenningskartet fungerer som grunnlag for tenningsfremstøtet. Fra dette tidspunktet vil motorstyringssystemet prøve å fremme tenningen så mye som mulig. For mye fremskritt vil føre til banking; dette registreres av bankesensorer. I det øyeblikket bankesensorene registrerer at motoren har en tendens til å banke, vil motorstyringssystemet avvike fra tenningstidspunktet med noen grader. Hastigheten vil da akselereres igjen til bankesensorene gir signal.

Holdetid:
Når primærstrømmen er slått på, bygges det opp et magnetfelt. Strømmen gjennom spolen vil ikke umiddelbart nå sin maksimale verdi; Dette tar tid. I spolen er det en motstand som oppnås fra en motsatt induksjonsspenning. Strømmen vil heller ikke overstige 6 til 8 ampere. Det har blitt generert nok energi på 2,3 millisekunder til å få en gnist til å hoppe gjennom tennpluggen, noe som er tilstrekkelig til å antenne luft-drivstoffblandingen. Punktet t=2,3 ms er tenningstidspunktet. Strømoppbyggingen fra tiden t0 til t=2,3 ms kalles ladetiden til primærspolen, eller hviletiden.

Strømoppbyggingen i primærspolen stopper ved ca. 7,5 ampere. Strømmen bør ikke øke ytterligere, for da kan primærspolen bli for varm. Når bilens innebygde spenning faller, trengs det mer tid for å lade primærspolen. Tenningstidspunktet endres ikke. Så lasting må starte tidligere. Dette kan sees på figuren, der den grønne linjen viser fenomenet med spoleinnkobling ved lavere spenning. Ladeprosessen starter tidligere (delta t) og avsluttes samtidig med den svarte linjen ved 7,5 A.

Kontrollen av tennspolen endres; bredden på drivpulsen påvirker ladetiden til primærspolen. Jo lengre puls, desto lengre tid rekker spolen å lade.
På begge bildene oppstår betennelsen ved den åttende tann (80 grader før TDC). Det høyre bildet viser lengre oppholdstid.

DIS betennelse:
DIS står for Distributorless Ignition System. Det er, som navnet tilsier, en elektronisk distributørløs tenning. Signalet for tenning kommer direkte fra ECU, noe som gjør den til en datastyrt tenning. Dette tenningssystemet kombinerer 2 tennspoler i 1 hus. Hver tennspole gir gnisten til 2 sylindre. Det er en enkelt spole montert på sylinder 1 og 4, og den andre spole montert på sylinder 2 og 3.

Som et eksempel tar vi DIS-tenningsspolen med koblingene for sylinder 2 og 3. Det er ingen rotor, noe som betyr at begge vil gnistre samtidig. Sylinder 2 er på slutten av kompresjonsslaget og tennspolen gir en gnist for å antenne blandingen. Det betyr at tennspolen også gir gnister på sylinder 3, som da starter med inntaksslaget, men fordi den nå ikke har noen brennbar blanding, spiller dette ingen rolle. Senere, når sylinder 3 er opptatt med kompresjonsslaget, vil sylinder 2 være opptatt med inntaksslaget og vil da motta den unødvendige gnisten. Den tomme gnisten i sylinderen der ingen forbrenning finner sted, forårsaker ikke raskere aldring av tennpluggen. Gnisten trenger da bare en spenning på 1kV (1000V) i stedet for 30kV ved brenning av en blanding.

Fordelen med DIS tennspole er at det faktisk ikke er behov for vedlikehold. Tennspolen er vedlikeholdsfri. Ulempen med denne tennspolen er at fuktighet noen ganger trenger inn mellom kabelen og koblingsakselen i tennspolen. Fuktighet forårsaker korrosjon på kontaktene, som blir hvite eller grønne. Gnistspenningen faller på grunn av det store spenningstapet forårsaket av korrosjon. Motoren kan begynne å riste og vibrere litt, uten faktisk å forårsake en feil i ECUens minne. Ved en slik klage er det lurt å demontere kablene fra tennspolen en etter en (mens motoren er av!!) og sjekke om kontaktene er fine og gullfargede og det ikke er spor av korrosjon i kabelen og i akselen kan sees. Korrosjonen er svært aggressiv og vil sakte komme tilbake etter rengjøring. Den beste løsningen er å bytte ut hele tennspolen med den aktuelle kabelen.

En tennspole per sylinder:
Med dette tenningssystemet monteres (stang)tenningsspolene, også kalt COP (coil on plug) tenningsspoler, direkte på tennpluggen. Også her styrer motorkontrollenheten (ECU) tenningen. Både strømmen og tenningstidspunktet beregnes av kontrollenheten. Operasjonen er som en eldre tennspole; Denne tennspolen har også en primær og sekundær spole. Primærspolen forsynes med spenning via pluggen på toppen og avbrytes internt via en transistor.
Ulempen med disse tennspolene er at de er montert i tennpluggakselen og derfor blir ekstremt varme. Selv om de er laget for det, har de en tendens til å gå i stykker noen ganger. Dette kan gjenkjennes når en bil hopper over en sylinder og så begynner motoren å riste. Når dette skjer, vil lambdasensoren gjenkjenne at en tennspole ikke tenner drivstoffet og drivstoffinnsprøytningen til den aktuelle sylinderen vil bli stoppet. Sylinderen fungerer da ikke lenger i det hele tatt. Dette forhindrer at uforbrent drivstoff kommer inn i eksosen, noe som vil ødelegge katalysatoren. En ødelagt tennspole kan ofte gjenkjennes på det faktum at motoren går veldig uregelmessig (og motorlampen lyser, selv om denne lampen kan ha mange årsaker).

Mer informasjon og årsaker til sylinderfeil finner du på siden sylinderoverføring.

Hvis du mistenker at tenningsspolen er defekt, kan du se det primære tenningsbildet med oscilloskopet hvis motoren er i nødmodus og tenning og innsprøytning er slått av mens motoren går.

Måling av det primære tenningsmønsteret med oscilloskopet:
Tennspolen genererer spenningen slik at det kan utvikles en sterk gnist i bunnen av tennpluggen. Tennspolen må generere en spenning på omtrent 30.000 40.000 til 300 400 volt for å produsere en gnist i tennpluggen. For dette formålet må det genereres en ioniseringsspenning på 100 til XNUMX volt i primærspolen. Vi kan se i løpet av spenningen gjennom primærspolen om denne prosessen går bra. Spenningene til primær- og sekundærspolen føres videre til hverandre, selv om nivåene i sekundærspolen er omtrent XNUMX ganger høyere. Dette gjør det mulig å se i primærspenningsprofilen om tennspolen er i orden og om tennpluggen gnister skikkelig. Omfangsbildet nedenfor ble målt på primærspolen til en tennspole.

Fra venstre til høyre:

14 volt: i hvile måler vi 14 volt på pluss- og jordsiden av spolen i tenningsspolen;
Kontakttid: primærspolen er koblet til jord på den ene siden. En differensialspenning på 14 volt skapes mellom + og jord, noe som får strøm til å flyte gjennom spolen;
300 volt (induksjon): utgangstrinnet i ECU-en eller tenningsmodulen avslutter kontrollen og en induksjon på ca. 300 volt skapes i primærspolen. Vi kaller dette ioniseringsspenningen. En spenning på 30.000 XNUMX volt genereres i sekundærspolen. Denne spenningen er nødvendig for å gjøre luften mellom tennpluggens elektroder ledende og for å la en gnist hoppe;
Gnister fra tennpluggen: fra tennlinjen kan vi se at tennpluggen tenner;
Svingende: det er her restenergien flyter bort. Dette avhenger av LCR-verdien til kretsen (L-verdien til tennspolen og kapasitansen til kondensatoren).

Med åpningstiden i scope-bildet mener vi åpningstiden til kontaktpunktene. Dette gjelder ikke lenger en datastyrt tenning. Imidlertid kan vi bestemme hastigheten basert på punktet der ioniseringsspenningen til den andre gnisten vises. Kikkertbildene nedenfor viser de primære tenningsbildene ved lav hastighet (venstre) og høy hastighet (høyre).

Med et oscilloskop kan vi vise tenningsbilde og injeksjonsbilde i forhold til veivakselsignalet. Referansehjulet inneholder ett referansepunkt. Et tenningsmoment finner sted etter hver omdreining av veivakselen. Vi vet at veivakselen må rotere to omdreininger for en fullstendig driftssyklus. Av dette kan vi gjenkjenne at vi har å gjøre med en DIS-tennspole. Så en "bortkastet gnist" finner sted. Injektorbildene bekrefter dette: injeksjonen finner sted annenhver veivakselomdreining.

Hvis du mistenker at en tennspole er defekt, kan du finne ut om det er et problem i sekundærtenningen ved å se sekundærtenningsbildet. Det resulterende bildet viser tenningsbildet av sylinder 6 (blå) og sylinder 4 (rød) der det er en feil. Forklaringen følger under bildet.

I primærbildet av sylinder 4 kan ioniseringsspenningen sees, men da strømmer energien bort. Bildet ligner nå den karakteristiske spenningsprofilen til en magnetisk spoleinjektor. Hva kan vi gjenkjenne i dette bildet:

Sylinder 6 (blå) er OK. Vi bruker dette bildet som referanse;
Sylinder 4: ioniseringsspenningen er OK. Energi genereres i primærspolen. Primærspolen er god;
Kontrollen av motorens ECU eller den eksterne tenningsmodulen er OK;
Videregående kurs er ikke synlig;
Primær- og sekundærspolen utveksler derfor ikke energi;
Sekundærspolen er avbrutt.

Erfaring viser at sekundærspolen til en tennspole kan svikte på grunn av varme. Vi kan oppdage denne feilen med et oscilloskop. Vennligst merk: hvis motoren har gått i slapp modus, kan kontrollen bli avsluttet. Utfør derfor målingen umiddelbart etter eller mens du starter motoren.