Електронна система запалювання

Автомобіль - дуже складна система, навіть якщо перед нами стоїть старенька класика. У пристрій транспортного засобу входить велика кількість механізмів, агрегатів і систем, які, взаємодіючи один з одним, дозволяють виконувати роботу з транспортування вантажів і пасажирів.

Ключовим агрегатом, який забезпечує динаміку авто, є мотор. Двигун внутрішнього згоряння, що працює від бензину, незалежно від типу транспортного засобу, навіть якщо це скутер, буде оснащений системою запалювання. Принцип роботи дизельного агрегату відрізняється тим, що ВТС в циліндрі загоряється за рахунок упорскування солярки в розпечену від високої компресії порцію повітря. Про те, який мотор краще, читайте в іншому огляді.

Зараз більше зосередимося на системі запалювання. Карбюраторний ДВС буде оснащений контактної або безконтактної модифікацією. Про їх пристрої і різниці вже є окремі статті. З розвитком електроніки та її поступове впровадження в автотранспорт сучасна машина отримала більш вдосконалену паливну систему (про різновиди систем уприскування читайте тут), А також вдосконалену систему запалювання.

Розглянемо, що таке електронна система запалювання, як вона працює, її значення в займанні повітряно-паливної суміші і динаміці автомобіля. Також подивимося, які недоліки у даній розробки.

Що таке електронна система запалювання

Якщо в контактній і безконтактної системах створення і розподіл іскри виконується механічним і частково електронним способом, то дана СЗ має виключно електронний тип. Хоча в попередніх системах також частково використовуються електронні пристрої, але в них присутні механічні елементи.

Наприклад, в контактній СЗ використовується механічний переривник сигналу, який активує відключення струму низької напруги в котушці і генерацію високовольтного імпульсу. Також в ній присутній розподільник, який працює на підставі замикання контактів відповідної свічки запалювання за допомогою обертового бігунка. У безконтактної системі на зміну механічним переривач прийшов датчик Холла, встановлений в трамблере, що має схожу будову, що і в попередній системі (додатково про його будову та принцип роботи читайте в окремому огляді).

Мікропроцесорний вид СЗ теж вважається безконтактної, але щоб не створювалася плутанина, її називають електронної. У такій модифікації немає механічних елементів, хоча вона так само продовжує фіксувати швидкість обертання колінчастого вала, щоб визначати момент, коли потрібно подавати іскру на свічки.

У сучасних автомобілях дана СЗ складається з декількох важливих елементів, робота яких заснована на створенні і розподілі електричних імпульсів різного значення. Щоб синхронізувати їх існують спеціальні датчики, які не мають в попередніх модифікаціях систем. Один з таких датчиків - ДПКВ, про який є окрема докладна стаття.

Нерідко електронне запалювання нерозривно пов'язане з роботою інших систем, наприклад, паливної, вихлопної і охолоджуючої. Управління всіма процесами здійснюється ЕБУ (електронний блок управління). Цей мікропроцесор програмується на заводі під параметри конкретного автомобіля. Якщо в програмному забезпеченні, або в робочих механізмах відбувається збій, блок управління фіксує цю неполадку, і видає відповідне сповіщення на приладову панель (найчастіше це значок двигуна або напис Check Engine).

Деякі проблеми видаляються за допомогою скидання помилок, виявлених в процесі комп'ютерної діагностики. Про те, як проходить ця процедура, читайте тут. У деяких автомобілях доступна опція стандартної самодіагностики, яка дозволяє визначити, в чому конкретно проблема, і чи можливо її самостійно усунути. Для цього потрібно викликати відповідне меню бортової системи. Як це можна зробити в деяких авто, розповідається окремо.

Значення електронної системи запалювання

У завдання будь-якої системи запалювання входить не просто займання суміші повітря і бензину. В її пристрій повинен входити кілька механізмів, які визначають максимально ефективний момент, коли це було б краще зробити.

Якби силовий агрегат працював тільки в одному режимі, максимальний ККД можна було знімати в будь-який момент. Але таке функціонування непрактично. Наприклад, для холостого ходу мотору не потрібні високі обороти. З іншого боку, коли машина навантажена або набирає швидкість, їй потрібна збільшена динаміка. Звичайно, можна було б досягти цього за допомогою коробки передач з великою кількістю швидкостей, включаючи знижені і швидкісні. Однак такий механізм був би занадто складний не тільки у використанні, але і в обслуговуванні.

Крім цих незручностей стабільні обороти мотора не дозволяли б виробникам випускати верткі, потужні і в той же час економічні автомобілі. З цих причин навіть прості силові агрегати оснащені впускний системою, яка дозволяла б водієві самостійно визначати, якими характеристиками повинен володіти його транспортний засіб в конкретному випадку. Якщо йому потрібно не поспішаючи проїхати, наприклад, в тягучці під'їхати до попереду стоїть авто, то він знижує обороти мотора. Але для швидкого розгону, наприклад, перед затяжним підйомом або при обгоні, водієві потрібно підвищувати обороти ДВС.

Проблема зміни цих режимів пов'язана з особливістю згоряння повітряно-паливної суміші. У стандартній ситуації, коли мотор ненагружен і машина стоїть, ВТС загоряється від іскри, яку утворює свічка запалювання в момент, коли поршень доходить до верхньої мертвої точки, виконуючи такт стиснення (про всі тактах 4-х і 2-тактного двигуна читайте в іншому огляді). Але коли на двигун виявляється навантаження, наприклад, транспорт починає рух, суміш повинна почати займатися в ВМТ поршня або на мілісекунди пізніше.

При підвищенні оборотів через сили інерції поршень проходить контрольну точку швидше, що призводить до занадто пізнього займання суміші палива і повітря. З цієї причини потрібно ініціювати утворення іскри на кілька мілісекунд раніше. Цей ефект називається кут випередження запалювання. Управління цим параметром - ще одна функція системи запалювання.

У перших автомобілях для цієї мети в салоні транспорту стояв спеціальний важіль, переміщенням якого водій самостійно змінював цей УОЗ в залежності від конкретної ситуації. Щоб автоматизувати даний процес, в пристрій контактної системи запалювання було додано два регулятора: вакуумний і відцентровий. Ці ж елементи перекочували і на більш вдосконалену БСЗ.

Так як кожен компонент виконував лише механічну коригування, їх ефективність була обмежена. Більш точна підстроювання агрегату під потрібний режим можлива тільки завдяки електроніці. Ця дія повністю покладено на блок управління.

Щоб зрозуміти, як працює мікропроцесорна СЗ, спочатку потрібно розібратися з її пристроєм.

Склад системи запалення інжекторного двигуна

В інжекторному двигуні використовується електронне запалення, що складається з:

• Контролера;
• Датчика положення колінчастого валу (ДПКВ);
• Шків з зубчастим вінцем (для визначення моменту утворення високовольтного імпульсу);
• Модуля запалювання;
• Високовольтних дротів;
• Свічок запалювання.

Розглянемо ключові елементи окремо.

модуль запалювання

Модуль запалення складається з двох котушок запалення та двох високовольтних ключів-комутаторів. Котушки запалення виконують функцію перетворення струму низької напруги на високовольтний імпульс. Цей процес відбувається за рахунок різкого відключення первинної обмотки, через що в поряд розташованій вторинній обмотці індукується струм високої напруги.

Високовольтний імпульс необхідний, щоб на свічках запалення з'явився електричний розряд достатньої потужності, щоб спалахнула повітряно-паливна суміш. Комутатор необхідний, щоб у потрібний момент включати та вимикати первинну обмотку котушки запалювання.

На час роботи цього модуля впливають обороти двигуна. На підставі цього параметра контролер визначає швидкість увімкнення/вимкнення обмотки котушки запалювання.

Високовольтні дроти запалювання

Як випливає з назви цих елементів, вони призначені передачі струму високої напруги від модуля запалювання до свічки. Ці дроти мають великий переріз і найщільнішу у всій електроніці ізоляцію. З обох боків кожного дроту є наконечники, що забезпечують максимальну площу контакту зі свічкою та контактним вузлом модуля.

Щоб дроти не утворювали електромагнітні перешкоди (вони блокуватимуть роботу іншої електроніки в машині), високовольтні дроти мають опір від 6 до 15 тисяч Ом. Якщо ізоляція дротів навіть незначно пробиває, це позначається на працездатності двигуна (ВТС погано спалахує або мотор взагалі не заводиться, а свічки постійно заливає).

Свічки запалювання

Щоб повітряно-паливна суміш стабільно загорялася, у двигун вкручуються свічки запалювання, на які надягають високовольтні дроти, що йдуть від модуля запалення. Про особливості конструкції та принцип роботи свічок є окрема стаття.

Якщо коротко, то кожна свічка має центральний та бічний електрод (бічних електродів може бути два і більше). Коли відключається первинна обмотка в котушці, від вторинної обмотки через модуль запалення на відповідний провід йде струм високої напруги. Так як електроди свічки запалення не з'єднані між собою, але мають точно вивірений зазор, між ними утворюється пробою - електрична дуга, яка розігріває ВТС до температури запалення.

Потужність іскри безпосередньо залежить від зазору між електродами, сили струму, типу електродів, а якість займання повітряно-паливної суміші залежить від тиску в циліндрі та якості цієї суміші (її насиченості).

Датчик положення колінвалу (ДПКВ)

Цей датчик в електронній системі запалювання є невід'ємним елементом. Він дозволяє контролеру завжди фіксувати положення поршнів в циліндрах (який з них у який момент перебуватиме у верхній мертвій точці такту стиснення). Без сигналів від цього датчика контролер не зможе визначити коли потрібно подати на конкретну свічку високу напругу. У цьому випадку навіть при справній системі подачі палива та запалення мотор все одно не запуститься.

Датчик визначає положення поршнів завдяки зубчастому вінцю на шківі коленвала. На ньому в середньому близько 60 зубів, а два з них відсутні. У процесі запуску двигуна обертається і зубчастий шків. Коли датчик (він працює за принципом датчика Холла) фіксує відсутність зубів, у ньому утворюється імпульс, що йде контролер.

На підставі цього сигналу в блоці управління спрацьовують запрограмовані виробником алгоритми, які визначають УОЗ, фази упорскування палива, роботу форсунок, режим роботи запалення модуля. Додатково за сигналами цього датчика працює інше обладнання (наприклад, тахометр).

Принцип роботи електронної системи запалювання

Система починає свою роботу з її підключення до акумулятора. За це відповідає контактна група замка запалювання в більшості сучасних автомобілях, а в деяких моделях, оснащених бесьключевой доступом і кнопкою запуску силового агрегату, вона включається автоматично, як тільки водій натискає кнопку «Start». У деяких сучасних автомобілях системою запалювання можна управляти через мобільний телефон (віддалений запуск ДВС).

За роботу СЗ відповідає кілька елементів. Найголовнішим з них є датчик положення коленвала, який встановлюється в електронних системах інжекторних моторів. Про те, що це таке і як він працює, читайте окремо. Він подає сигнал, коли саме поршень першого циліндра виконає такт стиснення. Цей імпульс йде на блок управління (в старих автомобілях ця функція виконується переривачем і розподільником), який активує відповідну обмотку котушки, що відповідає за освіту струму високої напруги.

У момент включення схеми напруга від акумуляторної батареї надходить на первинну обмотку КЗ. Але щоб утворилася іскра, потрібно забезпечити обертання колінчастого вала - тільки так датчик положення коленвала зможе сформувати імпульс для освіти високовольтного пучка енергії. Самостійно колінчастий вал не зможе почати обертатися. Для початку роботи мотора використовується стартер. Детально про те, як працює цей механізм, розповідається окремо.

Стартер примусово провертає колінчастий вал. Разом з ним завжди обертається і маховик (про різних модифікаціях і функції цієї деталі читайте тут). На фланці коленвала зроблено невеликий отвір (точніше, відсутній кілька зубів). Поруч з цією деталлю встановлений ДПКВ, який працює за принципом Холла. За прорізи на фланці датчик визначає той момент, коли поршень першого циліндра виявиться у верхній мертвій точці, виконуючи такт стиснення.

Імпульси, які створює ДПКВ, надходять на ЕБУ. На підставі алгоритмів, прошитих в процесорі, він визначає оптимальний момент створення іскри в кожному окремому циліндрі. Далі блок управління посилає імпульс на запальник. За замовчуванням ця частина системи подає на котушку постійна напруга в 12 вольт. Як тільки від ЕБУ надходить сигнал, транзистор воспламенителя закривається.

У цей момент подача електрики на первинну обмотку КЗ різко припиняється. Це провокує електромагнітну індукцію, завдяки якій у вторинній обмотці утворюється струм високої напруги (до декількох десятків тисяч вольт). Залежно від типу системи цей імпульс надходить на електронний розподільник, або відразу йде з котушки на свічку.

У першому випадку в схемі СЗ будуть присутні високовольтні дроти. Якщо котушка запалювання встановлена ​​безпосередньо на свічці, то вся електрична магістраль складається зі звичайних проводів, які використовуються у всій електроланцюзі бортової системи автомобіля.

Як тільки в свічку потрапляє електрику, між її електродами утворюється розряд, який і запалює суміш бензину (або газу в разі використання ГБО) І повітря. Далі мотор може працювати самостійно, і в стартері тепер немає необхідності. Електроніка (якщо використовується кнопка запуску) самостійно відключає стартер. У простіших схемах водієві в цей момент необхідно відпустити ключ, і підпружинений механізм переведе контактну групу замка запалювання в положення включеної системи.

Як вже було сказано трохи раніше, корегування кута випередження запалювання виробляється самим блоком управління. Залежно від моделі автомобіля електронна схема може налічувати різну кількість вхідних датчиків, по імпульсам від яких ЕБУ визначає навантаження на силовий агрегат, швидкість обертання колінчастого і розподільного валів, а також інші параметри двигуна. Всі ці сигнали обробляються мікропроцесором і активуються відповідні алгоритми.

Типи електронної системи запалювання

Незважаючи на велику різноманітність модифікацій систем запалювання, їх все умовно можна розділити на два види:

• Пряме запалювання;
• Запалювання через розподільник.

Перші електронні СЗ оснащувалися спеціальним модулем запалювання, який працював за тим же принципом, що і безконтактний трамблер. Він розподіляв високовольтний імпульс по конкретним циліндрах. Послідовність також контролювалася ЕБУ. Незважаючи на більш надійну роботу в порівнянні з безконтактною системою, дана модифікація все одно потребувала поліпшення.

По-перше, незначна частина енергії могла губитися на високовольтних дротах низької якості. По-друге, через проходження через електронні елементи струму високої напруги потрібне використання модулів, здатних працювати в умовах такого навантаження. З цих причин автовиробники розробили більш вдосконалену систему - прямого запалювання.

У цій модифікації також використовуються модулі запалювання, тільки вони працюють в менш навантажених умовах. Схема такої СЗ складається зі звичайної проводки, а кожна свічка отримує індивідуальну котушку. У такому виконанні блок управління відключає транзистор воспламенителя конкретної КЗ, завдяки чому економиться час на розподіл імпульсу по циліндрах. Хоча весь цей процес протікає в кілька мілісекунд, навіть незначні зміни цього часу можуть значно позначатися на продуктивності силового агрегату.

Як різновид СЗ з прямим запалюванням, існують модифікації з парними котушками. У такому виконанні 4-циліндровий мотор буде підключений до системи наступним чином. Перший і четвертий, а також другий і третій циліндри Запаралеленими між собою. У такій схемі буде дві котушки, кожна з яких відповідає за свою пару циліндрів. Коли блок управління подає відтинає сигнал на запальник, іскра з'являється одночасно в парі циліндрів. В одному з них розряд запалює повітряно-паливну суміш, а другий спрацьовує вхолосту.

Несправності електронного запалювання

Хоча впровадження електроніки в сучасні автомобілі і дозволило забезпечити більш тонке налаштування силового агрегату і різних систем транспорту, це не виключає несправність навіть в такій стабільно системі, як запалювання. Щоб визначити багато неполадки, допоможе тільки комп'ютерна діагностика. Для стандартного обслуговування автомобіля з електронним запалюванням не потрібно проходити дипломний курс по електроніці, проте мінус системи в тому, що візуально оцінити її стан можна тільки по нагару свічок і якості проводів.

Також мікропроцесорна СЗ не позбавлена ​​деяких поломок, характерних і для попередніх систем. Серед цих несправностей:

• Перестають працювати свічки запалювання. З окремої статті можна дізнатися, як визначити їх справність;
• Обрив обмотки в котушці;
• Якщо в системі використовуються високовольтні дроти, то через старість або поганої якості ізоляції вони можуть пробивати, що призводить до втрати енергії. В цьому випадку іскра не так потужна (в деяких випадках взагалі відсутня), щоб запалити пари бензину, змішані з повітрям;
• Окислення контактів, що часто відбувається в автомобілях, які експлуатуються у вологих регіонах.

Крім цих стандартних поломок ЕСЗ також може перестати працювати або функціонувати з помилками через вихід з ладу окремого датчика. Іноді проблема може полягати в самому електронному блоці управління.

Ось основні причини, за якими система запалювання може працювати некоректно або взагалі не працювати:

• Автовласник ігнорує регламент планового ТО автомобіля (під час виконання процедури на СТО проводиться діагностика і скидання помилок, які можуть стати причиною деяких поломок електроніки);
• У процесі ремонту встановлюються неякісні деталі і виконавчі елементи, а в деяких випадках водій заради економії коштів набуває запчастини, невідповідні конкретної модифікації системи;
• Вплив зовнішніх факторів, наприклад, експлуатація або зберігання автомобіля в умовах підвищеної вологості.

Про проблеми з запалюванням можуть свідчити такі фактори, як:

• Підвищення витрат на бензин;
• Погана реакція мотора на натиснення педалі газу. У разі невідповідного УОЗ натиснення педалі акселератора може навпаки знижувати динаміку авто;
• Знизилася продуктивність силового агрегату;
• Нестабільні обороти мотора або він взагалі глухне на холостому ходу;
• Двигун став погано заводитися.

Звичайно, ці симптоми можуть свідчити про поломки інших систем, наприклад, паливної. Якщо спостерігається зниження динаміки мотора, його нестабільність, то слід подивитися на стан проводки. У разі використання високовольтних проводів вони можуть пробивати, через що буде відбуватися втрата потужності іскри. При поломці ДПКВ мотор взагалі не заведеться.

Підвищення ненажерливості агрегату може бути пов'язано з некоректною роботою свічок, переходом ЕБУ в аварійний режим через помилки в ньому або з поломкою входить датчика. Деякі модифікації бортових систем автомобілів оснащуються опцією самодіагностики, в процесі якої водій самостійно може виявити код помилки, і тоді виконати відповідні ремонтні роботи.

Встановлення електронного запалення на авто

Якщо в автомобілі використовується контактне запалення, таку систему можна замінити на електронне запалення. Щоправда, для цього необхідно придбати додаткові елементи, без яких система не працюватиме. Розглянемо, що для цього необхідно і як виконуються роботи.

Готуємо запасні частини

Для модернізації системи запалення знадобиться:

• Трамблер безконтактного типу. Він також розподілятиме струм високої напруги по проводах на кожну свічку. Для кожного автомобіля є моделі трамблерів.
• Комутатор. Це електронний переривник, який в контактній системі запалювання має механічний тип (бігунок, що обертається на валу, розмикає/замикає контакти первинної обмотки котушки запалення). Комутатор реагує на імпульси від датчика положення колінчастого валу і замикає/розмикає контакти котушки запалення (первинної обмотки).
• Котушка запалювання. В принципі, це та ж котушка, яка використовується у контактній системі запалювання. Щоб свічка змогла пробити повітря між електродами, потрібен струм високої напруги. Він формується у вторинній обмотці, коли первинна відключається.
• Високовольтні дроти. Найкраще скористатися новими проводами, а не тими, що були встановлені на попередній системі запалювання.
• Новий набір свічок запалювання.

Крім перерахованих основних компонентів потрібно буде придбати спеціальний шків колінвала із зубчастим вінцем, кріплення датчика положення колінчастого валу і сам датчик.

Порядок проведення монтажних робіт

З трамблера знімається кришка (до неї приєднуються високовольтні дроти). Самі дроти можна зняти. За допомогою стартера трохи провертається колінвал до того моменту, як резистор і двигун не утворюють прямий кут. Після того, як буде виставлений кут положення резистора, колінчастий вал провертати не можна.

Щоб правильно виставити момент запалення, необхідно орієнтуватися на п'ять позначок, нанесених на ньому. Новий трамблер необхідно встановити так, щоб його середня мітка співпадала із середньою міткою старого трамблера (для цього перш ніж зняти старий трамблер, на мотор потрібно нанести відповідну мітку).

Відключаються дроти, з'єднані з котушкою запалювання. Далі відкручується старий трамблер та демонтується. Новий трамблер встановлюється відповідно до мітки, поставленої на моторі.

Після встановлення трамблера приступаємо до заміни котушки запалювання (елементи для контактних та безконтактних систем запалення різні). Котушка за допомогою центрального триштикового дроту приєднується до нового трамблера.

Після цього у вільному місці підкапотного простору встановлюється комутатор. Закріпити його на кузові авто можна за допомогою шурупів або гвинтів. Після цього комутатор з'єднується із системою запалювання.

Після цього встановлюється зубчастий шків із пропуском для датчика положення коленвала. Біля цих зубців встановлюється ДПКВ (для цього використовується спеціальний кронштейн, що закріплений на корпусі блоку циліндрів), який з'єднується з комутатором. Важливо, щоб пропуск зубів збігався з мертвою верхньою точкою поршня в першому циліндрі на такті стиснення.

Переваги електронних систем запалювання

Хоча ремонт мікропроцесорної системи запалювання влетить автомобілісту в копієчку, а діагностика несправностей - це додаткові витрати, в порівнянні з контактною і безконтактною СЗ вона функціонує більш стабільно і надійно. В цьому її основний плюс.

Ось ще кілька переваг ЕСЗ:

• Деякі модифікації можна встановлювати навіть на карбюраторних силових агрегатах, що дає можливість використовувати їх на вітчизняних авто;
• За рахунок відсутності контактного розподільника і переривника з'являється можливість збільшити вторинна напруга до півтора рази. Завдяки цьому свічки запалювання створюють більш «жирну» іскру, і займання ВТС відбувається більш стабільно;
• Момент освіти високовольтного імпульсу визначається більш точно, і цей процес є стабільним різних режимах роботи ДВС;
• Робочий ресурс у системи запалювання досягає 150 тисяч кілометрів пробігу автомобіля, а в окремих випадках навіть більше;
• Мотор працює більш стабільно, незалежно від сезону і умов експлуатації;
• Не потрібно витрачати багато часу для проведення профілактики та діагностики, а регулювання в багатьох автомобілях відбувається за рахунок установки правильного програмного забезпечення;
• Наявність електроніки дозволяє змінити параметри силового агрегату, не втручаючись в його технічну частину. Наприклад, деякі автомобілісти проводять процедуру чіп-тюнінгу. Про те, на які характеристики впливає ця процедура, і як вона проводиться, читайте в іншому огляді. Якщо коротко, то це установка іншого програмного забезпечення, яке впливає не тільки на систему запалювання, але також на момент і якість уприскування палива. Програму можна скачати з інтернету безкоштовно, але в цьому випадку потрібно бути повністю впевненим, що ПО якісне і дійсно підходить під конкретне авто.

Хоча електронне запалювання більш дороге в обслуговуванні та ремонті, а більшість робіт повинен виконувати фахівець, цей мінус компенсується більш стабільною роботою та іншими плюсами, які ми розглянули.

З даного відео показано, як самостійно встановити ЕСЗ на класику:

МПСЗ .Мікропроцессорная система запалювання на классіку.Microprocessor system of ignition.

Відео на тему

Ось коротке відео про те, як виглядає процес переходу із контактної системи запалення на електронну:

Установка електронного запалення на ваз 2101-2107.

Питання та відповіді:

Де використовується електронна система запалювання? Такою системою запалювання оснащуються усі сучасні автомобілі, незалежно від класу. У ній усі імпульси утворюються та розподіляються виключно завдяки електроніці.

Як працює електронне запалювання? ДПКВ фіксує момент ВМТ одного циліндра на такті стиснення, посилає імпульс в ЕБУ. Комутатор направляє сигнал на котушку запалювання (загальну і потім високовольтний струм на свічку або індивідуальну).

Що входить до електронної системи запалювання? Вона підключається до АКБ, має: замок запалювання, котушку/і, свічки запалювання, електронний блок управління (виконує функцію комутатора і розподільника), вхідних датчиків.

Які переваги має безконтактна система запалювання? Більш потужна та стабільна іскра (немає втрат електрики на контактах переривника чи розподільника). Завдяки цьому паливо якісно згоряє, і вихлоп чистіший.