Система запалювання

Предмети:

Загальний
Котушка запалювання
Звичайний розподільник запалювання з контактними точками
Комп'ютерне керування запалюванням
Тиск горіння і час запалювання
Випередження запалювання
Час затримки
запалення DIS
Одна котушка запалювання на циліндр
Виміряйте за допомогою осцилографа схему первинного запалювання

Загальне:
У бензиновому двигуні паливно-повітряна суміш повинна запалюватися в кінці такту стиснення. Це відбувається тому, що буж дає іскру. Щоб свічка запалювала, необхідна напруга від 20.000 30.000 до 12 14,8 вольт. Котушка запалювання перетворює напругу батареї (приблизно від XNUMX до XNUMX вольт) у цю високу напругу.
У старих системах часто є одна котушка запалювання, прикручена десь на блоці двигуна, яка з’єднана зі свічками запалювання за допомогою кабелів свічок. Новіші двигуни часто мають штифтові котушки запалювання. Кожна свічка має власну котушку запалювання. Кількість котушок запалювання на двигуні можна легко розпізнати за наявністю свічкових проводів. Якщо дроти свічок запалювання проходять до кожного циліндра, автомобіль має 1 фіксовану котушку запалювання або котушку запалювання DIS. Якщо дроти свічок запалювання відсутні, на кожній свічці є окрема котушка запалювання. Часто кришку двигуна потрібно демонтувати, щоб побачити це.

Котушка запалювання:
У системі запалювання використовується котушка запалювання. Незалежно від типу (звичайний або керований комп’ютером), принцип однаковий. Котушка запалювання містить 2 витки мідного дроту навколо залізного стержня (сердечника). Первинна котушка (з боку замка запалювання) має кілька витків товстого дроту. Вторинна котушка має багато витків тонкого дроту. Первинна котушка має напругу 12 вольт. Через цю первинну котушку проходить струм від 3 до 8 ампер. Це створює магнітне поле. Коли це магнітне поле зникає, у первинній котушці генерується напруга від 250 до 400 вольт. Через різницю в кількості обмоток у вторинній котушці утворюється напруга до 40.000 XNUMX вольт.

Первинна котушка котушки запалювання має омічний і індуктивний опір. Омічний опір можна виміряти мультиметром або розрахувати за результатами вимірювань струму чи напруги. Індуктивний опір відноситься до магнітного поля, створеного в первинній котушці, і залежить від швидкості зміни струму та магнітних властивостей котушки (значення L). Кожна котушка запалювання має фіксоване значення L, яке залежить від кількості витків і розмірів котушки, а також властивостей і розмірів сердечника.

Традиційний розподільник запалювання з контактними точками:
Звичайна система запалювання складається з однієї котушки запалювання, яка вмикається та вимикається контактними точками, кабелю котушки запалювання, кабелів свічок запалювання та механічного розподільника з випередженням запалювання.

У стані спокою контактні точки закриті. Струм протікає через первинну котушку через точки контакту з землею. У цей момент в первинній котушці присутній магнітне поле. Коли кулачок піднімає важіль, контакт між точками контакту порушується і створюється індукована напруга. Ця індукована напруга посилюється у вторинній котушці та передається до розподільника через кабель котушки запалювання. Наконечник у розподільнику вказує на одне з з’єднань кабелю свічки запалювання. Напруга передається на свічку запалювання, яка виробляє іскру.

Котушка запалювання передає високу напругу через підключення кабелю котушки запалювання до ротора в розподільнику. Ротор в розподільнику обертається з половиною частоти обертання колінчастого вала. Це стало можливим завдяки тому, що, залежно від конструкції, існує пряме з’єднання між колінчастим валом і розподільником (як показано на малюнку), або через те, що ротор приводиться в дію безпосередньо від розподільного вала. Адже розподільний вал вже обертається з половиною швидкості коленвала. На зображенні зображено розподільник у розгорнутому вигляді.

Ротор чутливий до обслуговування. Частинки контакту між ротором і кришкою розподільника з часом кородують, що погіршує якість запалювання свічки запалювання. Завдяки періодичному видаленню корозії або заміні зношених частин якість іскри залишається оптимальною. Поворотом кришки розподільника на роторі регулюють момент запалювання.

Комп'ютерне керування запалюванням:
Сучасні автомобілі оснащені системами запалювання, керованими комп'ютером. Система управління двигуном керує котушкою запалювання. Генератор імпульсів (датчик положення колінчастого вала і, можливо, датчик положення розподільного вала) забезпечує опорний імпульс, який працює синхронно з кривошипним або розподільним валом. Часто відсутній зуб у кільці або на шківі, який служить точкою відліку. На зображенні показано оброблений шків колінчастого вала Проект MegaSquirt. Шків має 36 зубів, 1 з яких заточений. Тому його також називають еталонним колесом 36-1. На кожні 10 градусів 1 зубець проходить повз датчик (360/36).

Кожного разу, коли відсутній зуб обертається повз датчик, сигнал надсилається до ЕБУ.
Ця контрольна точка не є верхньою мертвою точкою (ВМТ), як часто випливає з назви. Насправді ця контрольна точка знаходиться між 90 і 120 градусами перед ВМТ. Це означає, що коли немає випередження запалювання, імпульс запалювання відбувається через 9-12 зубців після контрольної точки.

На зображенні показано сигнал колінчастого вала (жовтий) у зв’язку з імпульсом керування котушки запалювання (синій). У сигналі колінчастого вала відсутній зубець видно там, де відсутній імпульс. На цьому двигуні відсутній зуб знаходиться на 90 градусів перед ВМТ (це 9 зубців імпульсного колеса).

Між відсутнім зубом (точка відліку, жовтий) і контрольним імпульсом (синій) видно 8 зубів; Це попереднє займання 10 градусів.

Прискорення займання залежить від швидкості згоряння; горінню потрібен час, щоб досягти максимального тиску горіння. Цей максимальний тиск згоряння є оптимальним при положенні колінчастого вала від 15 до 20 градусів після ВМТ. Це має бути оптимальним за всіх умов експлуатації. У наступних параграфах пояснюється вплив моменту запалювання на тиск згоряння, як відбувається випередження запалювання та як ви можете прочитати час витримки на зображенні прицілу.

Тиск згоряння і час запалювання:
Система запалювання повинна забезпечувати своєчасне запалювання суміші в просторі циліндра. Коли поршень пройшов ВМТ, тиск згоряння має бути найвищим. Оскільки між запалюванням і запалюванням суміші (де досягається максимальний тиск згоряння) є проміжок часу, суміш потрібно запалити за деякий час до ВМТ. Коротше кажучи, свічка запалювання повинна вже заіскрити, перш ніж поршень досягне ВМТ.

На наступній діаграмі ми бачимо зміну тиску (червона лінія) відносно градусів колінчастого вала. Свічка запалювання іскрить у точці а. Поршень рухається далі до ВМТ (0), і тиск згоряння зростає. Максимальний тиск згоряння досягається приблизно за 10-15 градусів після ВМТ (у точці b).

якщо точка b переміщується занадто далеко вліво, суміш запалюється занадто рано, і поршень утримується від руху вгору;
Коли точка b пересувається вправо, горіння відбувається занадто пізно. Поршень вже перемістився занадто далеко в бік ODP. Силовий удар уже недостатньо ефективний.

Випередження запалювання:
Для того, щоб пік тиску виникав при правильному положенні колінчастого вала, важливо випереджати запалювання при збільшенні обертів двигуна. Точку b (максимальний тиск горіння) не можна переміщувати. При випередженні і уповільненні моменту запалювання точка а (момент запалювання) зсувається вліво або вправо. Час згоряння залежить від рівня заповнення двигуна та поточного співвідношення суміші. Тому випередження запалювання для кожного двигуна різне. Ось чому контрольна точка колінчастого вала встановлюється на кілька градусів перед ВМТ: між контрольною точкою та ВМТ є час для розрахунку випередження запалювання.

З котушкою запалювання DIS (описано далі на сторінці) датчика положення колінчастого вала достатньо для визначення моменту запалювання. Перший імпульс після відсутнього зуба використовується, наприклад, для навантаження вторинної котушки циліндрів 1 і 4. Потім підраховується кількість зубців (у цьому випадку 18), щоб генерувати імпульс для вторинної котушки циліндрів 2 і 3. Якщо двигун оснащено котушками запалювання COP, однієї контрольної точки недостатньо. У цьому випадку потрібен датчик положення розподільного валу для виявлення кількох опорних точок.

Два зображення нижче (таблиця випередження запалювання та 3D-вигляд) показують налаштування карти запалювання в Проект MegaSquirt. Вони називаються таблицями пошуку, посиланнями або основними полями.

Випередження запалювання визначається на основі конфігурації двигуна. На графіках показано криві випередження запалювання при повному навантаженні для (звичайного) механічного розподільника запалювання (рожева лінія) та системи, керованої комп’ютером (синя лінія). Вигин рожевої лінії є точкою, де починає діяти просування вакууму. Крім того, лінії прямі; це через механічні обмеження. За допомогою системи, керованої комп’ютером, цим можна керувати більш точно; тому крива запалювання протікає як крива. Між 1200 і 2600 об/хв синю лінію трохи опустили; це пов’язано з зоною стуку часткового навантаження. Можна також побачити, що як звичайні, так і керовані комп’ютером лінії просування закінчуються приблизно під кутом 25 градусів. Випередження не слід збільшувати далі, тому що тоді існує ризик «високошвидкісного детонації» або зони детонації на високих швидкостях.

Карта запалювання служить основою для випередження запалювання. З цього моменту система керування двигуном намагатиметься максимально прискорити запалювання. Занадто велике просування призведе до стуку; це реєструють датчики детонації. У той момент, коли датчики детонації зафіксують, що двигун має тенденцію до стуку, система керування двигуном відхилиться від моменту запалювання на кілька градусів. Потім швидкість буде знову прискорена, доки датчики детонації не подадуть сигнал.

Час затримки:
При включенні первинного струму створюється магнітне поле. Струм через котушку не відразу досягне максимального значення; Для цього потрібен час. У котушці є опір, отриманий від протилежної індукційної напруги. Струм також не буде перевищувати 6-8 ампер. За 2,3 мілісекунди було вироблено достатньо енергії, щоб іскра проскочила через свічку запалювання, чого достатньо, щоб запалити повітряно-паливну суміш. Точка t=2,3 мс - момент запалювання. Наростання струму від часу t0 до t=2,3 мс називається часом заряджання первинної котушки або часом витримки.

Наростання струму в первинній котушці припиняється приблизно на рівні 7,5 ампер. Струм не повинен збільшуватися далі, тому що тоді первинна котушка може стати занадто гарячою. Коли бортова напруга автомобіля падає, для зарядки первинної котушки потрібно більше часу. Момент запалювання не змінюється. Тому завантаження має починатися раніше. Це можна побачити на малюнку, де зелена лінія показує явище включення котушки при меншій напрузі. Процес зарядки починається раніше (delta t) і закінчується одночасно з чорною лінією при 7,5 А.

Змінюється управління котушкою запалювання; ширина керуючого імпульсу впливає на час зарядки первинної котушки. Чим довше імпульс, тим довше котушка встигає зарядитися.
На обох знімках запалення відбувається на восьмому зубі (80 градусів до ВМТ). Праве зображення показує довший час витримки.

запалення DIS:
DIS означає систему запалювання без розподільника. Це, як випливає з назви, електронний розподільник запалювання. Сигнал для запалювання надходить безпосередньо від ECU, що робить запалювання керованим комп’ютером. Ця система запалювання поєднує в собі 2 котушки запалювання в 1 корпусі. Кожна котушка запалювання забезпечує іскру для 2 циліндрів. Існує одна котушка запалювання, встановлена на циліндрах 1 і 4, а інша котушка - на циліндрах 2 і 3.

Для прикладу візьмемо котушку запалювання DIS з роз’ємами для циліндрів 2 і 3. Ротора немає, а це означає, що вони обидва будуть іскрити одночасно. Циліндр 2 знаходиться в кінці такту стиснення, і котушка запалювання забезпечує іскру для запалювання суміші. Це означає, що котушка запалювання також іскрить на циліндрі 3, який потім починається з такту впуску, але оскільки зараз у ньому немає горючої суміші, це не має значення. Пізніше, коли циліндр 3 буде зайнятий тактом стиснення, циліндр 2 буде зайнятий тактом впуску і тоді отримає непотрібну іскру. Порожня іскра в циліндрі, де не відбувається горіння, не спричиняє швидшого старіння свічки. Тоді для іскри потрібна лише напруга 1 кВ (1000 В) замість 30 кВ під час горіння суміші.

Перевага котушки запалювання DIS полягає в тому, що фактично не потрібно обслуговування. Котушка запалювання не потребує обслуговування. Недоліком цієї котушки запалювання є те, що волога іноді проникає між кабелем і з'єднувальним валом в котушці запалювання. Волога викликає корозію контактів, які стають білими або зеленими. Напруга іскри падає через великі втрати напруги, викликані корозією. Двигун може почати тремтіти і злегка вібрувати, фактично не викликаючи збою в пам'яті ECU. У разі подібної скарги доцільно демонтувати кабелі від котушки запалювання один за іншим (при вимкненому двигуні!!) і перевірити, чи контакти гарні та золотисті, чи немає на них слідів корозії. кабель і валу можна побачити. Корозія дуже агресивна і повільно повертається після очищення. Найкращим рішенням буде замінити котушку запалювання на відповідний кабель.

Одна котушка запалювання на циліндр:
У цій системі запалювання (стрижневі) котушки запалювання, які також називають котушками запалювання COP (котушка на свічці), монтуються безпосередньо на свічці запалювання. Тут також блок керування двигуном (ECU) керує запалюванням. Як струм, так і момент запалювання розраховує блок управління. Робота подібна до старої котушки запалювання; Ця котушка запалювання також має первинну та вторинну котушки. На первинну котушку напруга подається через штекер у верхній частині та переривається всередині через транзистор.
Недоліком цих котушок запалювання є те, що вони встановлені на валу свічки запалювання і тому сильно нагріваються. Хоча вони створені для цього, вони іноді ламаються. Це можна розпізнати, коли автомобіль пропускає циліндр, а потім двигун починає трясти. Коли це станеться, лямбда-зонд розпізнає, що котушка запалювання не запалює паливо, і впорскування палива у відповідний циліндр буде припинено. Після цього циліндр взагалі перестає працювати. Це запобігає потраплянню незгорілого палива у вихлоп, що призведе до руйнування каталізатора. Зламану котушку запалювання часто можна розпізнати за тим фактом, що двигун працює дуже нерівномірно (і лампочка двигуна горить, хоча ця лампочка може мати багато причин).

Більше інформації та причини пропуску запалювання циліндра дивіться на сторінці передача циліндра.

Якщо ви підозрюєте, що котушка запалювання несправна, ви можете переглянути первинне зображення запалювання за допомогою осцилографа, якщо двигун знаходиться в аварійному режимі, а запалювання та впорскування були вимкнені під час роботи двигуна.

Вимірювання первинної схеми запалювання за допомогою осцилографа:
Котушка запалювання генерує напругу, щоб у нижній частині свічки запалювання могла виникнути сильна іскра. Котушка запалювання повинна генерувати напругу приблизно від 30.000 40.000 до 300 400 вольт, щоб створити іскру в свічці запалювання. Для цього в первинній котушці має бути створена напруга іонізації від 100 до XNUMX вольт. Ми бачимо по ходу напруги через первинну котушку, чи добре йде цей процес. Напруги первинної та вторинної котушок передаються одна одній, хоча рівні у вторинній котушці приблизно в XNUMX разів вищі. Це дає змогу побачити в первинному профілі напруги, чи в порядку котушка запалювання та чи правильно іскрить свічка. На зображенні приладу нижче було виміряно первинну котушку котушки запалювання.

Зліва направо:

14 вольт: у спокої ми вимірюємо 14 вольт на стороні плюса і землі котушки в котушці запалювання;
Час контакту: первинна котушка підключена до землі з одного боку. Різниця напруги в 14 вольт створюється між + і землею, в результаті чого струм протікає через котушку;
300 вольт (індукція): вихідний каскад в ECU або модулі запалювання завершує керування, і в первинній котушці створюється індукція приблизно 300 вольт. Ми називаємо це напругою іонізації. У вторинній котушці генерується напруга 30.000 XNUMX вольт. Ця напруга необхідна для того, щоб повітря між електродами свічки стало провідним і дозволило проскочити іскри;
Іскріння від свічки запалювання: з лінії запалювання ми бачимо, що свічка запалювання іскрить;
Розгойдування: тут стікає залишкова енергія. Це залежить від значення LCR ланцюга (значення L котушки запалювання та ємності конденсатора).

Під часом відкриття на зображенні осциллографа ми маємо на увазі час відкриття контактних точок. Це більше не стосується запалювання, керованого комп’ютером. Однак ми можемо визначити швидкість, виходячи з точки появи напруги іонізації другої іскри. На зображеннях осциллографа нижче показано зображення основного запалювання на низькій швидкості (ліворуч) і високій швидкості (праворуч).

За допомогою осцилографа ми можемо відобразити зображення запалювання та зображення уприскування по відношенню до сигналу колінчастого вала. Колесо відліку містить одну точку відліку. Після кожного оберту колінчастого вала виникає момент запалювання. Ми знаємо, що колінчастий вал повинен обертатися два оберти за один повний робочий цикл. З цього можна зрозуміти, що ми маємо справу з котушкою запалювання DIS. Таким чином, виникає «витрачена іскра». Зображення форсунок підтверджують це: упорскування відбувається через кожний другий оберт колінчастого вала.

Якщо ви підозрюєте, що котушка запалювання несправна, ви можете визначити, дивлячись на зображення вторинної системи запалювання, чи є проблема у вторинній системі запалювання. Отримане зображення показує зображення запалювання циліндра 6 (синій) і циліндра 4 (червоний), в яких присутня несправність. Пояснення наведено під зображенням.

На первинному зображенні циліндра 4 можна побачити напругу іонізації, але потім енергія відтікає. Тепер зображення нагадує характерний профіль напруги інжектора магнітної котушки. Що ми можемо впізнати на цьому зображенні:

Циліндр 6 (синій) в порядку. Ми використовуємо це зображення як еталон;
Циліндр 4: напруга іонізації нормальна. Енергія генерується в первинній котушці. Первинна котушка справна;
Контроль ЕБУ двигуна або зовнішнього модуля запалювання справний;
Вторинний хід не видно;
Тому первинна та вторинна котушки не обмінюються енергією;
Вторинна котушка переривається.

Досвід показує, що вторинна котушка котушки запалювання може вийти з ладу через нагрівання. Ми можемо виявити цей дефект за допомогою осцилографа. Зверніть увагу: якщо двигун перейшов у режим гальмування, керування може бути припинено. Тому виконуйте вимірювання відразу після або під час запуску двигуна.