Электронные компоненты системы зажигания: принципы работы, конструкция, параметры, характеристики

      
 
Рис 3: а — сигнал датчика положения  коленчатого вала; b — сигнал датчика фаз; с — сигнал управления с контроллера на модуль зажигания; d — напряжение во вторичной цепи модуля зажигания; ВМТ1 — верхняя мертвая точка первого цилиндра на такте сжатия; 1 — угол опережения зажигания; 2 — время накопления энергии в катушке зажигания 
 
 
 
 

    

    Контроллер  системы управления двигателем

    Главная часть системы впрыска — контроллер системы управления двигателем. Контроллер (от английского control — “управление”) является коммуникационным и вычислительным центром системы — в зависимости от сигналов датчиков, по заранее определенным алгоритмам, он выдает управляющие воздействия на исполнительные устройства системы управления.  
 
Конструктивно контроллер выполнен в виде металлического корпуса, внутри которого находится печатная плата с электронными компонентами. Жгут проводов от датчиков, исполнительных устройств и бортовой сети автомобиля подключается к контроллеру многополюсным штекерным разъемом. Контроллер системы управления двигателем работает в тяжелых условиях: широкий диапазон температуры окружающей среды (от —40 до +80оС); широкий диапазон влажности воздуха; высокая вибрация и т. д. Поэтому особые требования предъявляются к электронным компонентам и конструкции контроллера. Такие же высокие требования предъявляются к электромагнитной совместимости: чувствительности к внешним помехам и ограничению излучения собственных высокочастотных помех. 

      
 
 

    Если  рассматривать структуру современного контроллера (см. схему), то видно, что  он состоит из следующих основных частей:  
 
— процессорная часть (микроЭВМ); 
 
— формирователи входных сигналов; 
 
— формирователи выходных сигналов; 
 
— источник питания.

    Процессорная  часть контроллера

    Это именно та часть, где происходит все  самое главное в работе контроллера. Основой процессорной части является однокристальная микроЭВМ. Она называется так из-за того, что большинство компонентов микропроцессорной структуры находятся на одном кристалле микросхемы (чипе). В контроллерах СУД используются 8-, 16- или 32-разрядные микроЭВМ. Разрядность — это количество бит информации, с которыми она оперирует. Основные компоненты микроЭВМ: 
 
— центральный процессор. Производит выборку команд и данных из памяти программ и памяти данных, производит арифметические и логические операции над данными, управляет сигналами на внутренней шине адреса и данных. 
 
— Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). То место, где хранится программа и данные в виде констант. Программа — переведенная на язык машинных кодов микроЭВМ совокупность всех алгоритмов управления СУД. Данные — калибровочные таблиц константы, которые участвуют в процессе расчетов или выбираются как управляющие параметры. Для разных типов СУД, использующих одинаковые контроллеры, записывается своя программа или свой набор данных. Информация в ПЗУ может храниться сколь угодно долго, независимо от того, работает контроллер или хранится на складе. Для записи программы и данных используются специальные устройства, которые называются программаторами. 
 
— Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Область памяти, где хранятся данные, которые в процессе работы изменяются. Это могут быть промежуточные результаты вычислений или значения, полученные от датчиков. В отличие от ПЗУ, информация в ОЗУ теряется после выключения питания контроллера. Чтобы сохранить данные, которые накапливаются в процессе работы контроллера и участвуют в расчетах как параметры адаптации алгоритмов к конкретному двигателю, в контроллерах существует так называемое энергонезависимое ОЗУ. Оно запитывается от отдельного источника питания, подключаемого непосредственно к аккумуляторной батарее. В режиме хранения это энергонезависимое О3У потребляет очень незначительное количество энергии, что не может привести к разряду батареи, так как ток потребления в этом случае сравним с током саморазряда. Недостатком такого типа энергонезависимого ОЗУ является то, что процесс адаптации возобновляется каждый раз после отключения питания от аккумулятора. На старых типах СУД так оно и было, и в “Руководстве по эксплуатации” существовало строгое предупреждение о недопустимости отключения. Для устранения этого недостатка в современных контроллерах СУД используют новый тип энергонезависимого ОЗУ, который для хранения информации вообще не требует никакого дополнительного источника питания. 
 
— АЦП — аналогово-цифровой преобразователь. Однокристальная микроЭВМ не может работать с аналоговыми сигналами, поэтому в АЦП происходит дискретная выборка мгновенных значений непрерывного аналогового сигнала и преобразование их в цифровой код (обычно 8 или10 двоичных разрядов). 
 
— Порты ввода/вывода. Служат для организации взаимодействия микроЭВМ с другими компонентами контроллера. Через них происходит считывание входных и выдача выходных сигналов и информации. 
 
— Таймеры/счетчики — это устройства, необходимые для измерения интервалов времени или подсчета числа событий. 
 
— Генератор тактовой частоты. Вырабатывает тактовые импульсы синхронизации работы всей системы. От точности его работы зависит точность измерения всех интервалов времени.

    Формирователи входных сигналов

    Сигнал  от датчика — это не что иное, как преобразованное в электрический  сигнал значение физической величины (например, температуры охлаждающей  жидкости). В контроллере СУД этот сигнал проходит через формирователь, где происходит согласование уровней (усиление или ослабление) — преобразование до той величины, которая необходима для нормальной работы процессорной части. Кроме того, входные формирователи выполняют защитную функцию от перенапряжения. Различают формирователи дискретных, аналоговых и частотных сигналов. 
 
Дискретные сигналы — это сигналы, значение которых во времени меняется скачкообразно. Например, сигнал включения зажигания или сигнал запроса кондиционера. Такие сигналы поступают после преобразователей напрямую в процессорную часть на входы портов ввода/вывода. 
 
Аналоговые сигналы — это сигналы, значение которых во времени непрерывно меняется. Например, сигнал с датчика массового расхода воздуха или с датчика положения дроссельной заслонки. Эти сигналы после предварительной обработки поступают в процессорную часть на входы АЦП. 
 
Частотные сигналы — это сигналы, частота изменения которых несет информацию об изменении физической величины, измеряемой датчиком. Например, частота сигнала с датчика положения коленвала пропорциональна скорости вращения двигателя. Для дальнейшей обработки таких сигналов важно, чтобы эти сигналы не имели импульсных помех. Во входном формирователе частотный сигнал ограничивается по амплитуде (амплитудное значение такого сигнала не несет необходимой информации) и поступает в процессорную часть на вход таймера/счетчика.

    Формирователи выходных сигналов

    Эти формирователи преобразуют сигналы  с портов ввода/вывода процессорной части в сигналы достаточной  мощности для непосредственного управления исполнительными устройствами. Выходные формирователи — это современные микросхемы (драйверы), которые, кроме основных функций, усиления по мощности, еще выполняют функции защиты выходов контроллера от замыкания на массу или на плюс батареи, а также от перегрузки. Эти драйверы называют “интеллектуальными”, так как в случае ненормальной работы, когда срабатывают защитные функции, они информируют процессор об этом. В контроллере используются различные типы формирователей выходных сигналов в зависимости от необходимой мощности. 
 
Формирователь канала диагностики необходим для согласования уровней электрических сигналов диагностического оборудования с уровнями сигналов процессора.

    .

    На  вазовских автомобилях можно  встретить следующие типы контроллеров: 
 
- ISFI-2S производство General Motors; Январь-4 производство Россия; EFI-4 производство General Motors: сейчас на автомобили ВАЗ не устанавливаются 
 
- Январь-5 производство Россия; M1.5.4 производство Bosch; МР7.0 производство Bosch; Вист-5 производство Россия; 
 
На первый взгляд кажется, что контроллеров не так уж и много. Но это только на первый взгляд, а на самом деле все намного сложней. Для примера, контроллер M1.5.4 для системы без нейтрализатоpa не подходит для системы с нейтрализатором. И они считаются невзаимозаменяемыми. Вышесказанное справедливо для контроллеров "Вист" и "Январь". Контроллер МР7.0 для системы "Eвpo-2" не может быть установлен на автомобиль "Евро-3". Хотя установить контроллер МР7.0 для системы "Eвpo-3" на автомобиль с экологическими нормами токсичности "Евро-2" возможно, но для этого потребуется перепрошить программное обеспечение контроллера. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.    Система управления моновпрыска: архитектура, алгоритм функционирования.

    Система центрального впрыска (моновпрыск) относится к системам впрыска топлива бензиновых двигателей. Работа системы основана на впрыске топлива одной форсункой, расположенной на впускном коллекторе двигателя.

    Известными  конструкциями системы центрального впрыска являются системы Mono-Jetronic и Opel-Multec. Система впрыска Mono-Jetronic разработана фирмой Bosch в 1975 году. Система устанавливалась на автомобили марки Volkswagen, Audi .

    "Mono-Jetronic" система впрыска управляемая  электронным блоком управления, рис.1 . Система имеет одну на весь двигатель (греч. монос — один) магнитоэлектрическую форсунку, топливо, как и в системах "L-Jetronic", впрыскивается с интервалами.

    Так как топливная форсунка расположена  перед дроссельной заслонкой, практически на месте жиклера карбюратора, давление топлива в системе составляет всего около 1 кгс/см2. Регулятор давления системы расположен вблизи форсунки в центральном узле впрыска (рис. 2), где размещены также дроссельная заслонка, выключатель положения дроссельной заслонки, датчик температуры всасываемого воздуха.

    Система "Mono-Jetronic", (рис. 1), не имеет расходомера  воздуха, поэтому соотношение масс воздуха и топлива здесь менее  точное и определяется только положением дроссельной заслонки, температурой всасываемого воздуха и частотой вращения коленчатого вала.

    Устройство, определяющее положение дроссельной  заслонки, представляет собой в этой системе не выключатель с контактами (холостого хода, частичной нагрузки, полной нагрузки), а потенциометр, который информирует электронный блок управления о положении заслонки в данный момент времени.

    Таким образом основное дозирование топлива, осуществляется, как отмечалось, по трем параметрам: положению дроссельной заслонки, температуре всасываемого воздуха и частоте вращения коленчатого вала двигателя. Корректировка позирования при холодном пуске и прогреве осуществляется электронным блоком управления по импульсам получаемым от датчиков температуры всасываемого воздуха, охлаждающей жидкости и потенциометра дроссельной заслонки. Последний корректирует дозировку и при полной нагрузке. Корректировка по токсичности отработавших газов идет по сигналам лямбда-зонда. Изменение дозирования происходит за счет увеличения или уменьшения времени впрыска при постоянном давлении топлива.

    Электронный блок управления сглаживает колебания  напряжения бортовой сети и осуществляет регулировку холостого хода. Регулировка  холостого хода достигается вращением  дроссельной заслонки специальным электродвигателем. При этом увеличивается или уменьшается количество воздуха в зависимости от отклонения мгновенного значения частоты вращения коленчатого вала от номинального значения, заложенного в память электронного блока управления. Блоком управления воспринимается и скорость вращения дроссельной заслонки. При режиме ускорения, рабочая смесь обогащается.

    Система впрыска "Mono-Jetronic" может быть выполнена  и в варианте, представленном на рис. 3, с расходомером воздуха 1 и клапаном добавочного воздуха 4. 

    

    Рис. 1. Схема системы впрыска "Mono-Jetronic":

    1 —  топливный бак, 2 — толивоподающий  насос, 3 — топливный насос, 4 —  топливный фильтр, 5 — узел центральной  форсунки, 6 — регулятор холостого  хода с шаговым электродвигателем, 7 — потенциометр дроссельной  заслонки, 8 — лямбда-зонд, 9 — электронный блок управления впрыском, 10 — датчик температуры охлаждающей жидкости, 11 — прибор коммутирующий сигнал информации о частоте вращения коленчатого вала двигателя получаемый из системы зажигания, 12 — выключатель зажигания, 13 — аккумуляторная батарея, 14 — датчик-распределитель 

      

    Рис. 2. Узел Центральной форсунки:

    1 —  регулятор давления топлива, 2 —  датчик температуры всасываемого  воздуха, 3 — электромагнитная форсунка, 4 — корпус форсунки и регулятора, 5 — корпус дроссельной заслонки, 6 — дроссельная заслонка

      
 

    Рис. 3. Схема системы впрыска "Mono-Jetronic":

    1 —  измеритель расхода воздуха, 2 —  форсунка, 3 — блок электронного  управления, 4 — клапан добавочного  воздуха, 5 — датчик положения  дроссельной заслонки (потенциометр), 6 — регулятор давления топлива в системе, 7 — топливный фильтр, 8 — топливный насос, 9 — датчик температуры охлаждающей жидкости 

    Устройство  системы впрыска Mono-Jetronic

    Система Mono-Jetronic имеет следующее устройство:

    регулятор давления;

    центральная форсунка впрыска;

    дроссельная заслонка с механическим приводом;

    электросервопривод  дроссельной заслонки;

    электронный блок управления;

    входные датчики.

    Регулятор давления поддерживает постоянное рабочее  давление в системе впрыска (0,1МПа). Кроме этого, с помощью регулятора в системе после выключения двигателя сохраняется остаточное давление, что препятствует образованию воздушных пробок и облегчает пуск двигателя.

    Центральная форсунка впрыска обеспечивает импульсный впрыск топлива. Форсунка представляет собой электромагнитный клапан. Управление клапаном осуществляется электрическим сигналом, поступающим от электронного блока управления. В конструкцию форсунки входит:

    электромагнитная  катушка (соленоид);

    запорный  клапан;

    возвратная  пружина;

    распылительное  сопло.

    Дроссельная заслонка предназначена для регулирования объема поступающего воздуха. Дроссельная заслонка имеет два привода: механический и электрический. Механический привод осуществляется от педали газа.

    Электросервопривод  дроссельной заслонки служит для  стабилизации оборотов холостого хода за счет принудительного открытия дроссельной заслоники.

    Электронный блок управления осуществляет управление центральной форсункой впрыска (электромагнитным клапаном) и электросервоприводом дроссельной  заслонкой. Блок управления включает микропроцессор и блок памяти. В блоке памяти помещена информация об эталонной характеристике впрыска (соотношение компонентов топливно-воздушной смести на всех режимах работы двигателя).