Система впорскування автомобіля Toyota Camry

- Датчик кута відкриття дросельної заслінки - визначає навантаження на двигун.

Комутатор ("підпалювач", igniter) - це транзисторні ключі, які залежно від сигналу з ЕБК включають або відключають живлення первинної обмотки котушки (котушок) запалювання. Залежно від пристрою конкретної системи запалювання комутатор може бути як один, так їх може бути й трохи (якщо в системі запалювання використається кілька котушок). Існує кілька типів систем з різним розташуванням ключів:

- ключі об'єднані в  один блок з ЕБК.

- ключі стоять окремо  для кожної котушки й не  об'єднані ні з ЕБК, ні з  котушками.

- ключі об'єднані в  окремий блок, але стоять окремо  й від ЕБК й від котушок.

- ключі об'єднані з  котушками відповідних циліндрів  (особливо характерно для системи COP - див. далі).

Мікропроцесорна система  керування запалюванням може застосовуватися практично з будь-якими модифікаціями систем накопичення й розподіли енергії. На сьогодні існує безліч модифікацій цих систем. Цифрові блоки керування (контролери) являють собою невеликі, різні по складності обчислювачі, порядок роботи яких задається спеціальним алгоритмом. Програмне забезпечення (ПЗ) контролерів складають так звані «прошивки» – програми де закладено параметри та алгоритми роботи двигуна в залежності від умов експлуатації.

Найбільш поширені на ринку України є електроні  системи керування двигуном (ЕСКД) різних модифікацій представлені фірмами General Motors (GM), BOSCH, а для автомобілів котрі виготовляються на території колишнього СРСР, а також для обладнання автокласики використовуються системи ЯНВАРЬ російської розробки. Необхідно добавити, що блоки ЕСКД поставлені на автомобіль стандартно можна перепрограмовувати під конкретні потреби замовника.

 

1.5 Накопичувач енергії

Накопичувачі енергії, використовувані в системах запалювання  діляться на дві групи:

- з накопиченням енергії в індуктивності - котушка або котушки запалювання;

- з накопиченням енергії в ємності – конденсаторі.

Розглянемо ці групи  докладніше.

 

1.5.1 Накопичення енергії в індуктивності

З накопиченням енергії  в індуктивності - це котушка або  котушки запалювання(розм. бобіна, англ. ignition coil, inductor). У цьому випадку енергія накопичується в первинній обмотці котушки запалювання й при розмиканні первинного кола у вторинному колі індукується висока напруга, що подається на свічі. Це найпоширеніша система.

Найпростіша котушка  запалювання має три клеми:

- на першу подається  живлення (+ 12 В) від вимикача запалювання. Ця клема з'єднана з первинною обмоткою котушки.

- на другу комутирується  маса автомобіля через коло и керування накопиченням енергії. У класичній системі запалювання ця клема з'єднана з масою через контактний переривник запалювання. У момент прокручування розподільника запалювання, коли бігунок перебуває між контактами струмознімача розподільника, відбувається замикання переривника на землю, через первинну обмотку котушки починає текти струм - іде накопичення енергії в котушці. У момент проходу бігунка розподільника над струмознімачем свічі, контакт переривника й, відповідно, коло первинної обмотки котушки розмикається. При цьому у вторинній обмотці й високовольтному виході котушки індукується струм високої напруги (до 25 кВ), а в первинній обмотці струм самоіндукції (не менш 250 В). У більше сучасних системах первинний коло котушки управляється транзисторними комутаторами, які, у свою чергу, управляються або безпосередньо безконтактними датчиками положення розподільного вала, або мікропроцесорними блоками керування.

- третя клема - високовольтний  вихід котушки, з'єднаний із  вторинною обмоткою. Із цієї клеми  високовольтна напруга в системі  запалювання з однією котушкою надходить у розподільник запалювання; у системах запалювання з декількома котушками - безпосередньо на свічі запалювання (через високовольтні проводи або без них).

В одному з популярних, особливо на японських і американських  автомобілях, типі системи запалювання котушка запалювання поєднується в одному корпусі з розподільником запалювання (іноді також і з комутатором і датчиками положення колінчатого й розподільного вала). Системи запалювання такого типу одержали назви "котушка в розподільнику" (CID - Coil In Distributor), "котушка в кришці розподільника" (CIC - Coil in Cap) і "система запалювання високої енергії" (HEI - High Energy Ignition). Центральне проводи, що з'єднує котушку запалювання з розподільником у цій системі недоступний. Як правило, така система встановлюється вже на автомобілі з мікропроцесорною системою керування.

Залежно від застосовуваної на конкретному авто системи розподілу  високовольтної енергії на автомобілі можуть установлюватися не одна, а кілька котушок запалювання, а також котушки запалювання складної конструкції (наприклад, з подвійною первинною обмоткою та ін.).

 

1.5.2 Накопичення енергії в ємності

З накопиченням енергії  в ємності - конденсаторі. У цьому  випадку енергія накопичується в конденсаторі, а в необхідний момент проходить через котушку запалювання як через трансформатор. У вторинному колі також індукується висока напруга, що подається на свічі. Такий пристрій накопичувача енергії одержало абревіатуру CDI - Capacitor Discharge Ignition ("запалювання від розряду конденсатора") або конденсаторне запалювання або тиристорне запалювання (за назвою радиоелемента виконуючої функції комутації). На автомобілях ця система використається, але не широко (дуже широко ця система застосовується на мотоциклах, гідроциклах, скутерах та ін.). Відмітною перевагою даної системи є те, що енергія іскри не залежить від обертів двигуна та ін.

 

1.6 Система розподілу запалювання.

На автомобілях застосовуються два типи систем розподілу - системи  з механічним розподільником і системи  статичного розподілу.

 

1.6.1 Системи з механічним розподільником енергії

Розподільник запалювання, трамблер(англ. distributor, ньому. ROV - Rotierende hochspannungsVerteilung) - розподіляє високу напругу по свічах циліндрів двигуна. На контактних системах запалювання, як правило, об'єднаний з переривником, на безконтактних - з датчиком імпульсів, на більше сучасні або відсутній, або об'єднаний з котушкою запалювання, комутатором і датчиками (системи HEI, CID, CIC).

Після того, як у котушці  запалювання утворився струм  високої напруги, він попадає (по високовольтному проведенню) на центральний контакт кришки розподільника, а потім через підпружиненний контактне вугіллячко на пластину ротора. Під час обертання ротора струм "зіскакує" з його пластини, через невеликий повітряний зазор, на бічні контакти кришки. Далі, через високовольтні проводи, імпульс струму високої напруги попадає до свіч запалювання. Бічні контакти кришки розподільника пронумеровані й з'єднані (високовольтними проводами) зі свічами циліндрів у строго певній послідовності. Таким чином, установлюється "порядок роботи циліндрів", що виражається рядом цифр. Як правило, для чотирициліндрових двигунів, застосовується послідовність: 1 - 3 - 4 - 2. Це означає, що після запалювання робочої суміші в першому циліндрі, що випливає "вибух" відбудеться в третьому, потім у четвертому й, нарешті, у другому циліндрі .

Такий порядок роботи циліндрів установлений для рівномірного розподілу на грузики на колінчатий вал двигуна.

За допомогою повороту корпуса переривника-розподільника  виставляється й коректується первісний кут випередження запалювання (кут до корекції відцентровим і вакуумним регуляторами).

1.6.2 Системи зі статичним розподілом енергії

У процесі розробки нових систем запалювання одним з головних завдань було відмовитися від усіх найбільш ненадійних компонентів системи – не тільки від контактного переривника, але й від механічного розподільника запалювання. Від контактного переривника вдалося відмовитися шляхом впровадження мікропроцесорних систем керування (див. вище). Від розподільника вдалося відмовитися розробкою так званих систем запалювання зі статичним розподілом енергії або статичних систем запалювання (статичним - тому що в цих системах відсутні рухомі частини, наявні в розподільнику). Тому що розподільник у цих системах відсутній, ці системи також мають загальне позначення DLI (DistributorLess Ignition), DIS (DistributorLess Ignition System) ("система без розподільника"), DI (Direct Ignition), DIS ("система прямого запалювання", "безпосереднє запалювання").

Примітка. Різні автори використають різну термінологію, в даній роботі, щоб уникнути зайвої плутанини, пропонується зупинитися на такому варіанті: DLI – ставиться до усіх систем без високовольтного розподільника; DI - ставиться тільки до систем з індивідуальними котушками (DI = COP + EFS); DIS - ставиться тільки до системи синхронного запалювання із двовихидними котушками (DIS = DFS). Такий підхід, може бути, і не зовсім правильний, але вживається найбільше часто.

Із впровадженням цих систем довелося вносити істотні зміни  й у конструкцію котушки запалювання (використати двох- і чотирьохвиводні котушки) і/або використати системи з декількома котушками запалювання. Всі системи запалювання без розподільника діляться на два блоки – системи незалежного запалювання з індивідуальними котушками запалювання на кожний циліндр двигуна (EFS і COP системи) і системи синхронного запалювання, де одна котушка обслуговує, як правило, два циліндри (DFS-системи).

1 Систему EFS (ньому. Einzel Funken Spule) називають  системою незалежного запалювання, тому що в ній (на відміну від систем синхронного запалювання) кожна котушка й управляється незалежно й дає іскру тільки для одного циліндра. У цій системі кожна свіча має свою індивідуальну котушку запалювання. Крім відсутності в системі механічних частин, що рухаються, додатковою перевагою є те, що при виході й будуючи котушки перестане працювати тільки один "її" циліндр, а система в цілому збереже працездатність.

Як уже говорилося при розгляді мікропроцесорних систем керування запалюванням, комутатор у таких системах може являти собою один блок для всіх котушок запалювання, окремі блоки (кілька комутаторів) для кожної котушки запалювання, а, крім того, він може бути як інтегрований з електронним блоком керування, так і може встановлюватися окремо. Котушки запалювання також можуть стояти як окремо, так і єдиним блоком (але в кожному разі вони стоять окремо від ЕБК), а крім того, можуть бути об'єднані з комутаторами.

Однієї з найбільш популярних різновидів EFS-систем є так  звана COP система (Coil on Plug - "котушка на свічі") – у цій системі котушка запалювання ставиться прямо на свічу. Таким чином, стало можливим повністю позбудеться ще від одного не цілком надійного компонента системи запалювання - від високовольтних проводів.

2 Система статичного  синхронного запалювання із двохвиводними котушками запалювання (одна котушка на дві свічі) - DFS (нім. Doppel Funken Spule) система. Крім систем, з індивідуальними котушками, використаються й системи, де одна котушка забезпечує високовольтний розряд на двох свічах одночасно. При цьому виходить, що в одному із циліндрів, що перебуває в такті стиску, котушка дає "робочу іскру", а в сполученому з ним, що перебуває в такті випуску дає "холосту іскру" (тому така система часто називається системою запалювання з холостою іскрою - "wasted spark"). Наприклад, в 6-циліндровому V-образному двигуні на циліндрах 1 і 4 поршні займають те саме положення (обоє перебувають у верхній і нижній мертвій крапці одночасно) і рухаються в унісон, але перебувають на різних тактах. Коли циліндр 1 перебуває на компресійному ходу, циліндр 4 - на такті випуску, і навпаки.

Висока напруга, вироблювана  у вторинній обмотці, подається  прямо на кожну свічу запалювання, рис. 1.18. В одній зі свіч запалювання  іскра проходить від центрального електрода до бічного електрода, а в іншій свічі іскра проходить від бічного до центрального електрода.

Напруга, необхідна для  утворення іскри, визначається іскровим проміжком і тиском стиску. Якщо іскровий проміжок між свічами обох циліндрів дорівнює, для розряду необхідна напруга, пропорційна тиску в циліндрі. Вироблювана висока напруга розділяється відповідно до відносного тиску циліндрів. Циліндр на ходу стиску вимагає й використає більший розряд напруги, чим на ходу випуску. Це відбувається тому, що циліндр на ходу випуску перебуває приблизно під атмосферним тиском, тому витрата енергії набагато нижче.

 

Рисунок 4 Шлях напруги і напрямки «робочої» та «холостої» іскри в системі DFS

 

У порівнянні із системою запалювання з розподільником, загальна витрата енергії в системі без розподільника практично такий же. У системі запалювання без розподільника втрата енергії від іскрового проміжку між ротором розподільника й клемою ковпачка заміняється втратою енергії на холосту іскру в циліндрі на ходу випуску.

Котушки запалювання  в системі DFS можуть установлюватися  як окремо від свіч і зв'язуватися  з ними високовольтними проводами (як у системі EFS), так і прямо на свічах(як у системі COP, але в цьому випадку високовольтні проводи однаково використаються для передачі розряду на свічі суміжних циліндрів – умовно таку систему можна назвати "DFS-COP").

Також у цій системі  комутатори можуть бути об'єднані з  відповідними котушками - як на приклад  у Mitsubishi Outlander, рис. 1.20.

 

1.7 Високовольтні проводи

Високовольтні проводи  – з'єднують накопичувач енергії c озподільником або свічами й розподільник зі свічами. У системах запалювання COP відсутні.

 

 

 

Рисунок 5 Схема системи "DFS-COP" застосована на Mitsubishi Outlander

 

1.8 Свічі запалювання

Свічі запалювання (spark plug) - необхідні для утворення іскрового розряду й запалювання робочої суміші в камері згоряння двигуна. Свічі встановлюються в головці циліндра. Коли імпульс струму високої напруги попадає на свічу запалювання, між її електродами проскакує іскра - саме вона запалює робочу суміш. Як правило, установлюється по одній свічі на циліндр. Однак, бувають і більше складні системи із двома свічами на циліндр, причому не завжди свічі спрацьовують одночасно (наприклад, на новітньому Honda Civic Hybrid використається система DSI - Dual Sequential Ignition - при малих обертах дві свічі одного циліндра спрацьовують послідовно - спочатку та з них, що ближче до впускного клапана, а потім друга - щоб паливоповітряна суміш згоряла швидше й повніше). Та і самі свічки на такі прості, сучасні свічки дуже різноманітні за конструкцією. Окрім звичайний одноелектродних зараз існують двох, трьох, або навіть чотирьох електродні свічки, окрім того є плазмові свічки та ін..