Марченко А.П., Рязанцев М.К., Шеховцов А.Ф. Двигуни внутрішнього згоряння: Серія підручників у 6 томах. Том 3. Комп’ютерні системи керування ДВЗ

Подождите немного. Документ загружается.

180

Залежно від робочого об’єму

(літражу) двигуна та розмірів фільтра

термін його експлуатації на автомо-

білі може становити від 30000 до

80000 км пробігу.

Пристрої запалювання. Зупи-

нимося на основних з них – свічках

та котушках запалювання. Саме вони

разом з безконтактним розділенням

запалювання визначають перспекти-

ви розвитку КПСК паливоподачею та

запалюванням.

Котушки запалення. Вони виконують функції пристрою для накопи-

чування енергії та трансформатора. На котушку подається напруга постій-

ного струму від електричної мережі автомобіля, і вона забезпечує вироб-

лення імпульсів запалювання у вигляді необхідної напруги розрядного

струму для свічок запалювання. Питомий опір первинної обмотки котушки

та індуктивності визначають кількість енергії, що запасається у магнітному

полі котушки запалювання. Вторинна обмотка котушки повинна мати такі

характеристики, що дозволяють отримати потрібну пікову напругу, силу

струму та тривалість самого розряду.

Контакти переривника, які використовують у системі батарейного

запалювання з котушкою, можуть забезпечувати переривання струму си-

лою приблизно до 5 А. Найновіша підсистема запалювання (DLI – за між-

народною класифікацією), що діє без розподільника й має електронні спо-

соби дії, установки моменту запалювання за частотою обертання колінчас-

того вала та навантаженням двигуна, розподілу запалювання по відповід-

них циліндрах двигуна, може функціонувати практично на струмі будь-

якої сили.

У підсистемі батарейного запалювання використовувались допоміж-

ні опори (служать як шунт, що відключається для збільшення струму під

час холодного пуску двигуна).

У підсистемі електронного запалювання (DLI) немає потреби у до-

поміжних опорах, оскільки за допомогою електронної схеми момент спра-

цьовування котушки запалювання можна визначити на підставі значень

Рисунок 3.63 – Паливний фільтр:

1 – паперовий фільтр;

2 – опорна пластина; 3 – сітка

181

напруги акумулятора й частоти обертання колінвала, що й забезпечує

отримання максимальної енергії запалювання.

Кожна котушка запалювання повинна швидко заряджатися для пода-

льшої видачі напруги та енергії, що особливо важливо при високих n. Ва-

жливими пріоритетами в цьому випадку є мала індуктивність первинної

обмотки та, у ряді випадків, підвищений переривистий струм.

Конструкції та схеми котушок запалювання підсистеми DLI подано

на рис. 3.64 та 3.65.

Рисунок 3.64 – Котушки запалення (схема):

а – котушка запалення для однієї свічі

(підсистема без розподільника запалення);

б – котушка запалення одноіскрового типу;

в – котушка запалення для двох свічок

Котушки запалювання з бітумною або мастильною ізоляцією у мета-

левому корпусі все більше замінюються котушками з заповнювачами на

основі епоксидної смоли. Такі котушки забезпечують більшу свободу у

виборі геометричних розмірів (можуть мати менші розміри), типів та кіль-

кості електричних клем, а також краще чинять опір вібраціям і мають малу

масу. Первинна обмотка котушки, що є основним джерелом теплоти, роз-

ташована якомога ближче до сердечника з метою отримання кращого теп-

лообміну й економії міді.

Синтетичні матеріали, що застосовуються у котушці запалювання,

забезпечують отримання доброго зачеплення між усіма високовольтними

компонентами (залиті епоксидною смолою).

Котушки запалювання на одну й дві свічки застосовуються як альте-

рнатива загальноприйнятим підсистемам запалювання з розподільником

запалювання (батарейним, транзисторним, ESA-електронним запалюван-

ням – всіма з механічним розподільником). Такі котушки використовують-

ся в підсистемах без розподільника запалювання.

Коли котушка працює на одну свічку запалювання, струм, що зміню-

ється у первинній обмотці, дозволяє отримати імпульс запалювання на

окремій свічці у точно визначений момент часу. Додаткові розрядники або

високовольтні діоди застосовуються для запобігання позитивним високо-

а б

182

вольтним імпульсам струму (1–2 кВ), які можуть привести до передчасно-

го іскрового розряду.

На котушці, що обслуговує дві свічки запалювання, вторинна обмот-

ка електрично ізольована від пер-

винної обмотки. Кожний з двох ви-

водів високої напруги з’єднаний зі

свічкою запалювання для створення

електродугових розрядів на обох

свічках при відсіканні струму в пер-

винній обмотці. Спеціальних заходів

для запобігання появ розряду під час

виключення запалювання не потре-

бується.

Підмикання й розташування

таких котушок запалювання полег-

шується за рахунок комбінації кіль-

кох котушок та розміщення їх у єди-

ному спільному ко

рпусі

(рис. 3.65, б).

Свічки запалювання. Свічка

запалювання відіграє важливу роль у

забезпеченні надійної й оптимальної

роботи КСК паливоподачею та запа-

люванням, тобто КПСК двигуном.

Свічка запалювання служить

для передачі струму високої напру-

ги, який виникає у катушці запалю-

вання, до електродів камери згорян-

ня, де цей струм здійснює іскровий

разряд для запалювання горючої

суміші.

Свічка повинна бути працезда-

тною при напрузі запалювання більшій 35 кВ, і використанні ізоляції, яка

не руйнується при температурах до 1000 °С. Крім того, вона має витриму-

вати безперервно діючі вібрації, високотемпературні хімічні процеси (аг-

Рисунок 3.65 – Котушки

запалювання

а – для однієї свічки;

б – двохіскрова котушка (в систе

мах

запалювання без розподільника) [6]:

1 – клема низької напруги; 2 –

пластинчастий залізний сердечник;

3 – первинна обмотка; 4 – вторинна

обмотка; 5 – виводи високої напру-

ги; 6 – свічка

183

ресивний вплив продуктів згоряння і, як результат, високотемпературну

корозію). Свічка зазнає швидких змін температурних режимів (перепадів

температур між нагрітими продуктами згоряння й холодною робочою су-

мішшю), тому керамічний ізолятор повинен мати високий опір тепловим

ударам.

Конструкцію свічки запалювання подано на рис. 3.66 а, б.

Електропровідний елемент зі скляного литва створює з’єднання між

центральним електродом і контактною голівкою в ізоляторі. Скляний еле-

мент одночасно виконує функцію ущільнення від прориву газів, що знахо-

Рисунок 3.66 – Свічки запалювання:

а – свічка запалювання: 1 – примикання дроту високої напруги; 2 – керамічний

ізолятор; 3 – корпус; 4 – зона, яка витримує теплову деформацію; 5 – струмопро-

відне лите скло; 6 – прокладка; 7 – центральний електрод з композитного

матеріалу (Ni/Cu); 8 – боковий електрод (з’єднаний з масою);

б – свічка з термоелементом: 1 – ізолятор; 2 – захист виводу термоелемента;

3 – центральний електрод; 4 – термоелемент

184

дяться під великим тиском. Свічка також має резистор для усунення пере-

шкод.

Боковий електрод, як і центральний, виготовляють, в основному, з

нікелевих сплавів, що дозволяє йому чинити опір високим тепловим на-

пругам. Цей електрод приварюється до корпусу свічки.

Бажано мати максимальні зазори між електродами свічки, бо вони

сприяють іскрі запалювати відносно великі об’єми паливо-повітряної су-

міші, що й забезпечує надійне згоряння цієї суміші й добрі потужнісні ха-

рактеристики двигуна. З іншого боку, цей зазор не повинен бути занадто

великим для забезпечення гарантії того, що пробивна напруга буде достат-

ньою для отримання сталого електродугового разряду навіть у кінці термі-

ну служби свічки запалювання й за несприятливих обставин. Буває немож-

ливим досягти сталої роботи двигуна на холостому ході і при занадто зву-

женому зазорі між електродами свічки.

На нормовану пробивну напругу запалювання впливає багато факто-

рів, таких як:

● зазор між електродами свічки;

● конфігурація свічки;

● робочі температури;

● матеріал, що використовується; а також фактори, що відносяться

до конкретної КЗ:

◑ a (відношення повітря до палива в робочій суміші);

◑ швидкість газового потоку;

◑ турбулентність і тиск продуктів згоряння.

Високі значення пробивної напруги запалювання необхідні у таких

випадках:

високі ступені тиску;

двигуни з наддувом;

неоднорідна робоча суміш, особливо при переході від розгону до

режиму холостого ходу та при збіднених сумішах;

холодні електроди та робочі суміші;

великий зазор поміж електродами свічки (обгоряння свічки).

Безконтактне розподілення запалювання. Це перспективний та ефе-

ктивний пристрій організації ефективного запалювання.

Пристрої з котушками запалювання на кожний циліндр практично

витіснили механічні розподільники запалювання. У них кожний циліндр

185

двигуна оснащений власною (індивідуальною) котушкою запалювання з

задавальним (підсилювальним) каскадом, який встановлено безпосередньо

над свічкою запалювання або окремо від неї. При цьому необхідна синхро-

нізація роботи котушок застосуванням датчика обертання розподільного

вала або шляхом визначення тиску в циліндрі. Цей пристрій придатний для

двигунів з будь-яким числом циліндрів.

Пристрій з однією котушкою запалювання на два циліндри – пода-

льший крок поліпшення запалювання двигунів. На кожні два циліндри ма-

ється одна котушка запалювання. Колінчастий вал може використовувати-

ся для синхронізації їхньої роботи. Клема високої напруги котушки запа-

лювання з’єднана із свічками запалювання двох циліндрів, робочі цикли

здійснюються зі зміщенням на 360 град. П.К.В. один від одного. Додатко-

вий іскровий розряд отримується під час такту випуску. Подібний пристрій

запалювання може застосовуватися тільки на двигунах з парною кількістю

циліндрів. Сьогодні описаний безконтактний спосіб запалювання викорис-

товується найчастіше, оскільки його вартість найменша порівняно з при-

строєм з котушками запалювання на кожний циліндр.

Пристрої, що обслуговують мікропроцесор. Сьогодні до складу

КПСК паливоподачею та запалюванням включають блок синтезу інформа-

ції (БСІ). Для синтезу інформації, отриманої від датчиків, використовують

мікропроцесори, в яких, як відомо, знайшов застосування цифровий прин-

цип цього синтезу.

Тому зупинимося на особливостях виконавчих пристроїв, які обслу-

говують мікропроцесор.

До них відносяться:

засоби розподілення командних імпульсів (КІ);

пристрої сполучення;

оперативний запам’ятовуючий пристрій (ОЗП);

постійний запам’ятовуючий пристрій (ПЗП);

генератор тактових імпульсів;

стабілізатор електроживлення;

вихідні каскади (підсилювач потужності для керування клапана-

ми форсунок; комутатор для керування котушками запалювання).

Мікропроцесор разом з цими пристроями складають мікро-ЕОМ

КПСК.

186

До основних пристроїв розподілення належать безконтактні засоби

розподілення командних імпульсів та біполярні пристрої формування цих

імпульсів.

Як відзначено вище, безконтактні пристрої розподілення КІ характе-

ризуються відсутністю механічних комутаторів й спеціальних переривни-

ків, які подають стартові імпульси. Їх використання сприяє усуненню ме-

ханічних елементів у складі КПСК та підвищенню їх експлуатаційної на-

дійності.

Для генерування стартових імпульсів використовується переривник

підсистеми запалювання. Стартовий імпульс подається одночасно в БСІ та

в так зване перелічувальне кільце.

Сформований КІ почергово проходить через кожний з осередків бло-

ку збігів за умови надходження до нього імпульсу від перерахункового кі-

льця.

На виході з таких осередків маються підсилювачі потужності, до ко-

жного з яких і підключена форсунка.

У вихідних каналах електронного

комутатора, наприклад,

4-циліндрового двигуна, імпульси з’являються у послідовності 1-2-3-4 і

т.д. Отже, для того щоб паливо у циліндри подавалося відповідно до по-

рядку роботи такого двигуна, необхідно вихідні канали з’єднати з форсун-

ками узгоджено. Наприклад:

порядок роботи циліндрів

1-2-4-3

1-3-4-2

поєднання каналів

1-1; 2-2; 3-4; 4-3;

1-1; 2-3; 3-4; 4-2

Безконтактний комутатор КІ виконують по-різному.

Відомі тригерні комутатори, в яких кількість транзисторів у 2 рази

перевищує кількість вихідних каналів, наприклад, 16 для 8-циліндрових

двигунів.

Більш поширені тригерні комутатори у сполученні з діодними схе-

мами збігів; у них на кожний канал потрібен один транзистор.

Безконтактні комутатори можуть бути зібрані на ферритранзистор-

них елементах, що підвищує їх надійність. У них на кожному каналі є один

транзистор, який одночасно з виконанням функції комутації формує поту-

жний імпульс сили струму, що робить непотрібним застосування допоміж-

них блоків підсилення потужності.

187

Таким чином, якщо форсунки з’єднані з вихідними каналами кому-

татора згідно з порядком роботи циліндрів двигуна, то пристрій забезпе-

чить автоматичну синхронізацію моменту подачі палива з процесом впус-

ку горючої суміші.

Електронні схеми різних безконтактних комутаторів для ДВЗ наве-

дені у спеціальній літературі з наладки й ремонту КСК ДВЗ [1, 6, 16, 17,

21].

Суттєвим та важкоздоланним недоліком КПСК дозуванням палива є

електромеханічна інерційність виконавчих пристроїв-форсунок, які б в іде-

альному випадку мали б точно відстежувати тривалісний інтервал часу ко-

мандного імпульсу. Практично трудно створити електромагнітний клапан

форсунки, який міг би забезпечувати t

тривалістю 0,5 мс та менше. Але

без таких швидкодіючих форсунок неможливо реалізувати з достатньою

точністю узгоджене вприскування.

Одним з можливих ефективних рішень такої проблеми є викорис-

тання біполярних пристроїв у комплексі з магнітоелектричними пристроя-

ми, які реагують на полярність імпульсу.

Принцип дії біполярних пристроїв полягає в тому, що між імпульса-

ми прямої полярності в магнітоелектричну схему виконавчого пристрою

подається імпульс зворотної полярності. У результаті й відкриття, й за-

криття клапана виконується електромагнітними силами (в монополярних

пристроях клапан відкривається електромагнітом, а закривається пружи-

ною). Звичайні монополярні імпульси від БСІ спеціальним електронним

блоком передаються на два генератори, почергово змінюючи полярність

КІ, який потім надходить на магнітоелектричну форсунку.

Інші виконавчі пристрої мікропроцесорної схеми КПСК (наприклад,

ОЗП, ПЗП, стабілізатори живлення електроенергією, підсилювачі потуж-

ності тощо) вибирають з ряду уніфікованих електронних пристроїв, що

описані у відповідній літературі.

Пристрої сполучення потрібні для перетворення сигналів датчиків у

форму, необхідну для зчитування процесором. Як пояснювалося вище при

розгляді датчиків КПСК, у таких пристроях аналогові й цифрові сигнали з

датчиків перетворюються у цифрові (необхідної форми) з потрібною амп-

літудою та шпаруватістю.

188

На завершення аналізу датчиків та виконавчих пристроїв

комп’ютерних підсистем керування паливоподачею й запалюванням у ДВЗ

на рис. 3.67, 3.68, 3.69, 3.70 надано фотознімки натурних датчиків, вико-

навчих пристроїв сучасних КПСК паливоподачею і запалюванням бензи-

нових двигунів.

Рисунок 3.67- Комплектація КПСК паливоподачею КЕ-Jetronic:

1 – витратомір; 2 – регулятор складу горючої суміші; 3 – гідроакумулятор пали

ва;

4 – електрогідравлічний коректор тиску; 5 – БСІ; 6 – паливний фільтр; 7 –

дозатор;

8 – паливний насос; 9 – форсунки; 10 – датчик положення дроселя; 11 –

датчики

температури охолоджувальної рідини; 12 –

форсунка пускова (холодного запуску);

13 – вимірювач температури; 14 – клапан додаткового повітря; 15 –

стабілізатор

тиску палива

189

Рисунок 3.68 – Комплектація КПСК паливоподачею L-Jetronic:

1 – витратомір повітря; 2 – БСІ; 3 – паливний фільтр; 4 – паливний насос з

електроприводом; 5 – регулятор тиску палива; 6 – клапан додаткового пові-

тря; 7 – датчик температури охолоджуючої рідини; 8 – датчик температу-

ри; 9 – датчик положень дроселя; 10 – пускова форсунка; 11 – електромаг-

нітні форсунки