Система впорскування автомобіля Toyota Camry

 

1.4.1 Механічний переривник, безпосередньо керуючий накопичувачем енергії

Механічний переривник, безпосередньо керуючий накопичувачем  енергії (первинним колом котушки запалювання). Даний компонент потрібний для того, щоб замикати й розмикати живлення первинної обмотки котушки запалювання. Контакти переривника перебувають під кришкою розподільника запалювання. Пластинчаста пружина рухливого контакту постійно притискає його до нерухомого контакту. Розмикаються вони лише на короткий строк, що коли набігає кулачок приводного валика переривника-розподільника надавить на молоточок рухливого контакту.

Паралельно контактам  включений конденсатор (condenser). Він необхідний для того, щоб контакти не обгоряли в момент розмикання. Під час відриву рухливого контакту від нерухомого, між ними хоче проскочити потужна іскра, але конденсатор поглинає в себе більшу частину електричного розряду й іскріння зменшується до незначного. Але це тільки половина корисної роботи конденсатора - коли контакти переривника повністю розмикаються, конденсатор розряджається, створюючи зворотний струм у колі низької напруги, і тим самим, прискорює зникнення магнітного поля. А чим швидше зникає це поле, тим більший струм виникає в колі високої напруги. При виході конденсатора з ладу двигун нормально працювати не буде - напруга у вторинному колі вийде недостатньо більшим для стабільного іскроутворювання.

Переривник розташовується в одному корпусі з розподільником високої напруги – тому розподільник запалювання в такій системі називають переривником-розподільником. Така система запалювання називається класичною системою запалювання.

Це найбільш стара  з існуючих систем - фактично вона є  одноліткою самого автомобіля. За кордоном такі системи припинили серійно встановлювати в основному до кінця 1980-х років, у нас такі системи на "класику" установлюються дотепер. Коротко принцип роботи виглядає в такий спосіб - живлення від бортової мережі подається на первинну обмотку котушки запалювання через механічний переривник. Переривник пов'язаний з колінчатим валом, що забезпечує замикання й розмикання його контактів у потрібний момент. При замиканні контактів починається зарядка первинної обмотки котушки, при розмиканні первинна обмотка розряджається, але у вторинній обмотці наводитися струм високої напруги, що, через розподільник, також пов'язаний з колінчатим валом, надходить на потрібну свічу.

Також у цій системі присутні механізми коректування випередження запалювання – відцентровий і вакуумний регулятори.

Відцентровий регулятор випередження запалювання, рис., призначений для  зміни моменту виникнення іскри  між електродами свіч запалювання, залежно від швидкості обертання колінчатого вала двигуна.

Відцентровий регулятор випередження запалювання перебуває в корпусі переривника-розподільника. Він складається із двох плоских металевих грузиків, кожний з яких одним зі своїх кінців закріплений на опорній пластині, жорстко з'єднаної із приводним валиком. Шипи грузиків входять у прорізі рухливої пластини, на якій закріплена втулка кулачків переривника. Пластина із втулкою мають можливість провертатися на невеликий кут щодо приводного валика переривника-розподільника. У міру збільшення числа обертів колінчатого вала двигуна, збільшується й частота обертання валика переривника-розподільника. Грузики, підкоряючись відцентровій силі, розходяться в сторони, і зрушують втулку кулачків переривника "у відрив" від приводного валика. Тобто кулачок, що набігає, повертається на деякий кут по ходу обертання назустріч молоточку контактів. Відповідно контакти розмикаються раніше, кут випередження запалювання збільшується.

 

а)_

б)

 

а - розташування деталей  регулятора: 1 - кулачок переривника, 2 - втулка кулачків, 3 - рухлива пластина,4 – грузики, 5 - шипи грузиків,6 - опорна пластина, 7 - приводний валик, 8 - стяжні пружини

б - верхній мал. - грузики  разом, нижній мал. - грузики розійшлися

 

Рисунок 1 Пристрій і схема роботи відцентрового регулятора кута випередження запалювання

 

При зменшенні швидкості  обертання приводного валика, відцентрова  сила зменшуються й, під впливом пружин, грузики вертаються на місце - кут випередження запалювання зменшується.

Вакуумний регулятор  випередження запалювання (рис. 1) призначений  для зміни моменту виникнення іскри між електродами свіч запалювання, залежно від навантаження на двигун.

Вакуумний регулятор  кріпиться до корпуса переривника - розподільника. Корпус регулятора розділений діафрагмою на два обсяги. Один з них пов'язаний з атмосферою, а іншої, через сполучну трубку, з порожниною під дросельною заслінкою. За допомогою тяги, діафрагма регулятора з'єднана з рухливою пластиною, на якій розташовуються контакти переривника. При збільшенні кута відкриття дросельної заслінки (збільшення навантаження на двигун) розрядження під нею зменшується. Тоді, під впливом пружини, діафрагма через тягу зрушує на невеликий кут пластину разом з контактами убік від кулачка, що набігає, переривника. Контакти будуть розмикатися пізніше - кут випередження запалювання зменшиться. І навпаки - кут збільшується, коли ви зменшуєте газ, тобто, прикриваєте дросельну заслінку. Розрядження під нею збільшується, передається до діафрагми й вона, переборюючи опір пружини, тягне на себе пластину з контактами.

Це означає, що кулачок  переривника раніше зустрінеться з  молоточком контактів і розімкне їх. Тим самим ми збільшили кут випередження запалювання для погано палаючої робочої суміші.

 

1.4.2 Механічний переривник із транзисторним комутатором

У цьому випадку механічний переривник управляє тільки транзисторним комутатором, що, у свою чергу, управляє накопичувачем енергії. Така конструкція має істотну перевагу перед переривником без транзисторного комутатора - воно полягає в тім, що тут контактний переривник має більшу надійність за рахунок того, що в цій системі через нього протікає істотно менший струм (відповідно практично виключається пригоряння контактів переривника під час розмикання). Відповідно й конденсатор, підключений паралельно контактам переривника став не потрібним. В іншому система повністю аналогічна класичній системі. Обидві описані системи запалювання з механічним переривником мають загальну назву – контактні системи запалювання.

Керування первинною  обмоткою котушки запалювання в  системі з механічним переривником і транзисторним комутатором.

 

1.4.3 Транзисторний комутатор з безконтактним датчиком

Генератором імпульсів (індуктивного типу, типу Холу або оптичного типу) і перетворювачем його сигналів. У цьому випадку замість механічного переривника використається датчик – генератор імпульсів з перетворювачем сигналів, що управляє тільки транзисторним комутатором, що, у свою чергу, управляє накопичувачем енергії.

У системах запалювання  із транзисторним комутатором використаються датчики трьох типів.

- Датчик Холу (така модифікація системи називається TI-h, рис. 2) містить пластинку кремнію, до двох бічних граней якої прикладене невелика напруга. Якщо пластинку помістити в магнітне поле, то на двох інших гранях пластинки також з'явиться напруга В цьому складається ефект Холу.

Зміна магнітного поля викличе  зміна напруги Холу, яку можна  використати для керування комутатором. Магнітне поле, створюване постійним магнітом, може перериватися лопатами обтюратора, що обертається на валу розподільника запалювання. Через кремнієву пластинку пропускається струм приблизно 30 млА, тоді як напруга Холу становить близько 2 мВ,

 

збільшуючись із ростом температури. Пластинка звичайно становить одне ціле з інтегральною схемою, що здійснює посилення й формування сигналу.

При відкритому зазорі між  постійним магнітом і датчиком Холу пластинка видає напругу. Якщо зазор перекривається лопатою обтюратора, магнітне поле замикається через лопату й не попадає на пластинку Холу. Напруга при цьому падає.

Сигнал із граней пластинки  попадає в підсилювач і формувач імпульсів, після чого він може управляти  комутатором (включенням і вимикання  котушки).

- Індуктивний датчик (така модифікація системи називається TI-i, рис. 2) - містить у собі постійний електромагніт з обмоткою й зубчастий диск. При обертанні диска магнітне поле замикається або через зуб, або через западину. Магнітний потік, що проходить через обмотку, то збільшується, то зменшується, у результаті чого в обмотці індукується ЭДС змінного знака. Сигнали датчика проходять через формувач імпульсів і далі надходять у комутатор для керування первинною обмоткою котушки запалювання. При збільшенні швидкості зросте частота імпульсів, а також сама вихідна напруга датчика - із часток вольта до сотні вольтів.

Рисунок 2 Індуктивний датчик, модифікація системи TI-i

 

      -. Оптичний датчик (така модифікація системи називається TI-o, - представляє із себе сегментований диск, закріплений на валу розподільника, що перекриває інфрачервоний промінь, спрямований на фототранзистор. Протягом проміжку часу, поки фототранзистор освітлений, через первинну обмотку котушки й струм.. Коли диск перекриває промінь, датчик посилає в комутатор імпульс, що перериває струм у котушці й у такий спосіб генерує іскру. Існує кілька різновидів такого роду пристроїв: запуск іскри може відбуватися як при відкритті так і навпаки, при закритті світлового джерела. Звичайно такі

 

генератори задають постійний  кут включеного стану котушки, але  якість запалювання від цього не страждає, оскільки на це не робить впливу динаміка рухливого контакту й він залишається завжди постійний, незалежно від швидкості.

 

Рисунок 3 Оптичний датчик, модифікація системи TI-o

 

Датчик-генератор імпульсів, як правило, конструктивно розташовується усередині розподільника запалювання (конструкція самого розподільника від контактної системи не відрізняється) – тому вузол у цілому називають "датчик-розподільник".

Комутатор управляє замиканням первинного колоа котушки запалювання на масу. При цьому комутатор не просто розриває первинний коло по сигналі з імпульсного датчика - комутатор повинен забезпечити попередню зарядку котушки необхідною енергією. Тобто, до керуючого імпульсу з датчика, комутатор повинен угадати, коли потрібно замкнути котушку на землю, для того щоб неї зарядити. Причому, він повинен це зробити так, щоб час заряду котушки було приблизно постійним (досягався максимум накопиченої енергії, але не допускався перезаряд котушки). Для цього комутатор обчислює період імпульсів прихожих з датчика. І залежно від цього періоду, обчислює час початку замикання котушки на землю. Інакше кажучи, чим вище оберти двигуна, тим раніше комутатор буде починати замикати котушку на землю, але час замкнутого стану буде однаковим.

Одна з модифікацій  цієї системи з механічним розподільником і котушкою запалювання, що окремо коштує від розподільника й комутатора одержала устояну назву "безконтактна система запалювання (БСЗ)".

Природно, існує безліч модифікацій даної системи –  із застосуванням інших типів датчиків, із застосуванням декількох датчиків та ін.

 

1.4.4 Мікропроцесорний блок керування запалюванням

Мікропроцесорний блок керування запалюванням (або блок керування двигуном з підсистемою  керування запалюванням) - з датчиками  й комутатором. Системи запалювання, у яких застосовується такий варіант керування запалюванням мають загальну назву мікропроцесорні системи запалювання. У цьому випадку блок керування одержує інформацію про роботу двигуна (оберти, положення колінчатого вала, положення розподільного вала, навантаження на двигун, температура охолодної рідини та ін.) від датчиків і за результатами алгоритмічної обробки цих даних управляють комутатором, що, у свою чергу, управляє накопичувачем енергії. Регулювання випередження запалювання реалізовані програмно в блоці керування.

Комутатори в мікропроцесорних системах запалювання також називаються "підпалювач" (igniter).

Електронний блок керування (ЕБК, ECU, PCM) – саме він виконує  в системі головну роль. Його робота складається в зборі інформації від датчиків (для керування запалюванням основними датчиками є датчик положення колінчатого вала, датчик положення розподільного вала, датчик детонації, датчик кута відкриття дросельної заслінки), розрахунку оптимального моменту запалювання й часу зарядки котушки й конкретне керування через комутатор первинним колом котушки. На сучасних автомобілях блок керування системою запалювання об'єднаний із блоком керування упорскуванням палива.

Коротко розглянемо основні  датчики мікропроцесорної системи  керування запалюванням:

- Датчики положення колінчатого й розподільного вала. Ці датчики необхідні ЕБК для визначення поточних обертів двигуна, а також поточного положення розподільного вала (для ідентифікації циліндра, що перебуває в такті стиску). У різних модифікаціях електронних систем керування використається різний набір датчиків для рішення цих завдань. При цьому також використаються датчики різних типів - але найбільше часто індуктивні датчики й датчики Холу.

- Датчик детонації - установлюється на блоці двигуна. Під час роботи двигуна датчик генерує сигнал із частотою й амплітудою, що залежить від частоти й амплітуди вібрації двигуна. При виникненні детонації електронний блок коректує кут випередження запалювання.