Цифровые системы зажигания

Бесконтактные системы зажигания с механическими центробежным и вакуумным регуляторами угла опережения зажигания (УОЗ) не позволяют воспроизводить сложные характеристики управления по частоте вращения коленчатого вала и нагрузке двигателя с учетом его теплового состояния и различных дестабилизирующих факторов. Кроме того, угловые погрешности привода датчика–распределителя в период эксплуатации автомобиля приводят к повышенному асинхронизму искрообразования. Такие недостатки отсутствуют у бесконтактных систем зажигания, в которых автоматическое регулирование УОЗ осуществляется средствами электроники.

Таким образом, наиболее полно отвечают всем требованиям, предъявляемым к современным системам зажигания, системы с электронным регулированием угла опережения зажигания. Среди способов реализации этих систем можно выделить два основных: аналоговый и цифровой.

Аналоговый способ относится к электронным системам зажигания более раннего поколения, когда элементная база, используемая для их построения, имела малую степень интеграции (системы зажигания II поколения). В аналоговых системах зажигания для преобразования информации от датчиков в соответствии с заданным законом управления моментом искрообразования используются типовые функциональные устройства, широко применяемые в аналоговых вычислительных машинах. Закон регулирования УОЗ определяется свойствами полупроводниковых приборов (диодов, стабилитронов и т.д.). К достоинствам аналоговых систем зажигания с электронным регулированием момента искрообразования относятся простота построения, сравнительно невысокая стоимость и возможность зажигания даже обедненных топливо–воздушных смесей за счет более точного регулирования УОЗ. Однако возможности аналоговых систем зажигания по реализации сложных характеристик управления моментом искрообразования ограничены. Они не могут надежно работать в напряженных температурных условиях подкапотного пространства автомобиля без применения цепей термокомпенсации и, кроме того, требуют подстройки и регулирования в процессе эксплуатации.

Цифровые системы зажигания (системы зажигания III поколения) являются более совершёнными. Они позволяют с большей точностью воспроизводить характеристики управления УОЗ любой сложности при высокой температурной устойчивости и надежности. В основу их работы положены принципы, широко применяемые в вычислительной технике. В цифровых системах зажигания информация от датчиков параметров рабочего процесса двигателя, используемая при выработке сигнала управления УОЗ, преобразуется в серии дискретных электрических импульсов, синхронно связанных с вращательным движением коленчатого вала. Амплитуда импульсов постоянна, а их число пропорционально значению измеряемого параметра. Начальные числа, характеризующие отдельные параметры рабочего процесса двигателя, с помощью импульсных устройств и логических элементов преобразуются в кодовые комбинации, определяющие закон управления моментом искрообразования.

Цифровые системы зажигания представляют собой небольшие, различные по сложности вычислители, порядок работы которых задается специальным алгоритмом. Блок–схема цифровой системы зажигания представлена на рис. 10.

Рис. 10. Блок–схема цифровой системы зажигания со статическим распределением энергии по цилиндрам: 1 - датчик положения коленчатого вала двигателя;

2 - датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя; 3 - датчик нагрузки;

4 - датчик температуры; 5 - интерфейс; 6 - вычислитель:

7 - двухканальный коммутатор; 8,9 - двухвыводные катушки зажигания

Во время работы двигателя датчики 1 - 4 передают информацию о частоте вращения и нагрузке двигателя, о положении коленчатого вала, о температуре двигателя и температуре окружающей среды. На основании этой информации, обработанной в интерфейсе 5, вычислительное устройство 6 определяет оптимальный для данного режима угол опережения зажигания. В рамках цифровой системы зажигания возможно применение как традиционного механического распределителя, в функции которого остается лишь высоковольтное распределение энергии по цилиндрам двигателя, так и метода статического распределения энергии. В этом случае для четырехцилиндрового двигателя, например, применяется двухканальный коммутатор 7, два выходных транзистора которого попеременно коммутируют ток в первичных обмотках двухвыводных или одной четырехвыводной катушке зажигания. Приэтом блок управления формирует два сигнала, управляющих работой коммутатора.

Цифровые системы зажигания подразделяют на системы с аппаратным принципом регулирования УОЗ с блоком памяти и без него, и на системы с программной обработкой поступающей от датчиков информации на базе микропроцессоров и микроЭВМ.

И все же цифровые системы зажигания явились переходным этапом. Последним достижением в этой области стали микропроцессорные системы (системы IV поколения). Они практически не отличаются от управляющих ЭВМ, широко применяемых в настоящее время во многих областях науки и техники. Микропроцессорные системы управления автомобильным двигателем лишь чисто условно можно отнести к системам зажигания, так как функция непосредственного зажигания является в них частью решения вопроса об оптимизации характеристик двигателя, однако именно в комплексных системах управления двигателем и заключен прогресс системы зажигания.

Функцию регулирования УОЗ в цифровых и микропроцессорных системах зажигания выполняет электронный блок управления (БУ) — контроллер на базе цифровых интегральных схем. Коммутацию тока в первичной обмотке катушки зажигания осуществляет другой электронный блок — коммутатор.