125497 (Система запалювання сучасних автомобілів)

_{Міністерство} освіти і науки України

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра автомобілів, автомобільного господарства і технології металів

Реферат на тему:

Система запалювання сучасних автомобілів

Виконав:

студент МЕФ групи ААГ-21

Рощук М.А.

Перевірив: Глінчук В.М.

Рівне 2005 р.

Загальні принципи системи запалювання

Давайте подивимося, які системи запалювання застосовуються на автомобілях японського виробництва. Тому що контактні системи запалювання відходять у минуле, та й карбюратори "доживають" своє століття, мова йтиме про системи запалювання двигунів з електронним впорскуванням.

Отже, заглянемо в розподільник запалювання. Замість звичних нам контактів переривача (знайомих нам по "Жигулям" 1974 - 2000 років випуску) ми побачимо 2 (рідше 3) електромагнітних датчики.

Дана схема відноситься до 4-х циліндрового двигуна. На двигунах з 6-ю циліндрами "верхній" (за схемою) датчик має 6 "виступів".

Датчики представляють із себе котушки, намотані на магніт. При проходженні "зуба" шестірні розподільника запалювання повз датчик, міняється магнітна провідність зазору. Зміна магнітного потоку викликає появу електрорушійної сили, що наводиться в обмотці датчика.

Верхній (за схемою) датчик дає команду блокові EFI на "подачу" іскри, нижній подає інформацію про швидкості обертання двигуна в даний момент. Епюри напруг на обох датчиках виглядають так:

На верхньому датчику (даний сигнал зветься Ne):

На нижньому датчику (даний сигнал зветься Ng):

Отже, давайте подивимося, для чого використовуються ці датчики, і створювані ними напруги.

Основні схеми побудови систем запалювання можна умовно розділити на кілька типів:

Схема 1:

Можна віднести до "класичного", тому що застосовується на більшості автомобілів.

Схема 2:

Є більш рідкою схемою. Наприклад, її можна зустріти на автомобілях "SUBARU" ранніх років випуску. Хоча, застосовується дотепер на деяких моделях TOYOTA, NISSAN і т.д.

Схема 3:

Найбільш сучасна схема. Так названа "схема з розподіленими котушками запалювання". Дозволяє позбутися від таких ненадійних елементів, як кришка розподільника запалювання, "бігунка", проводів високої напруги, і т.д. Але за все у житті потрібно платити, і застосування цієї схеми вводить один ненадійний елемент, як котушка запалювання. Але не будемо забігати вперед, основні несправності нас чекають в переді.

До речі, варто відзначити дуже цікаву схему, яка застосовується на двигуні 1G-GE Twin Cam Twin Turbo:

Особливістю цієї схеми є котушка запалювання з двома первинними обмотками, і бігунок у розподільнику запалювання, що має два контакти на свічі, відділених від центрального електрода за допомогою двох бустерів.

Особливість цієї схеми полягає в повному використанні енергії, яка підводиться до котушки запалювання. Залишки енергії самоіндукції після іскроутворення переходять в інше „плече” котушки, що дозволяє підвищити енергію „іскри” на 10 - 20%. З приводу застосування бустерів (додаткових іскрових проміжків) загальної думки серед фахівців немає. Бустер зменшує енергію іскри, яка подається на свічу, але збільшує крутизну фронту імпульсу іскроутворення, що збільшує пробивну здатність іскрового проміжку. Загальна думка фахівців - поряд з явними мінусами, схема має ряд переваг. Загальний виграш (по сумі плюсів і мінусів) складає порядку 1-3.

У зазначених схемах побудови систем запалювання в особливому ряді стоїть фірма NISSAN. Основна відмінність складається в імпульсах, що датчик-розподільник запалювання видає на блок EFI. Попередня обробка сигналу з датчиків відбувається вже в самому розподільнику запалювання. Схема роботи представлена нижче:

Система оптоелектронного запалювання, розроблена і застосовується на багатьох машинах фірми "Nissan", досить надійна річ навіть після 5 - 10 років експлуатації і на дорогах України (після Японії, природно, де машини проходять не менше, в основному, 70 - 90 тисяч кілометрів).

Основу системи складають:

Так названа „ротор-пластина", у якій існує три групи прорізів. Перша група - прорізу в кількості 360 штук, які показують кожен градус повороту пластини. Друга група - один проріз, показує положення першого циліндра. Третя група - три прорізи в пластині, що показують поворот на кожні 90 градусів.

Фото - діоди, „приймаючий" і „випромінюючий” промінь світла, проходячи між цими світодіодами час від часу перекривається „ротором-пластиною” і світодіоди „відправляють" блокові керування інформацію про це у виді „логічної одиниці" або „логічного нуля".

Принцип дії системи полягає на точному вимірі за допомогою фотодіодів кута повороту „ротора-пластини”, що дозволяє бортовому комп'ютерові точно визначати, як і момент упорскування палива в кожен циліндр, так і момент „подачі іскри" для кожного циліндра на підставі закладених у його програми алгоритмів. Імпульси, подавані на блок EFI трохи відрізняються від приведених вище і мають такий вигляд:

Так само слід зазначити, що вихідний транзистор комутатора розташовується, як правило, біля бобіни запалювання. Тому що він має вбудований діод у ланцюзі „колектор-емітер", це викликає деякі проблеми при його перевірці, особливо для не дуже досвідчених користувачів. Подальші схеми обробки сигналу принципово не відрізняються від приведених вище.

Складні розподільники

„Складними розподільники" на автомобілях Mitsubishi, Honda і т.д., або, як буде, напевно, вірніше сказати: "складними розподільниками запалювання" зараз уже можна назвати такі розподільники, усередині яких конструктори помістили все те, що раніше знаходилося в підкапотному просторі: комутатор запалювання і котушка запалювання. Що ж, у принципі це досить правильне рішення, тому що в цьому випадку вирішується відразу багато проблем і вся система працює стабільніше. До того ж - економія.

Треба сказати, що в основному такі розподільники першими почали застосовуватися на автомобілях "Mazda", "Honda", "Mitsubishi" і деяких інших. На малюнку показаний от такий "складний розподільник запалювання" фірми "Honda", що, у принципі, по своїй будові мало чим відрізняється від подібних розподільників інших відомих фірм. Він, до речі, і кріпиться в такий же спосіб, як і показано на малюнку - "боком".

Системи регулювання фаз газорозподілу. Система газорозподілу VANOS

Спочатку розподільний вал "переїхав" у головку циліндрів, потім з'явилися багатоклапанні двигуни, і от вже наступила пора змінних фаз газорозподілу. Втім, від розподільного вала поки нікуди не дітися.

Навіщо потрібно все це хитрування? Відповідь проста: вимоги до економічності, токсичності, пристосовності двигунів рік від року ростуть. Задовольнити запити непросто, так що мудрі технічні рішення - усвідомлена необхідність. Вже очевидно, що майбутнє - за двигунами з безпосереднім упорскуванням палива, як дизельними, у чиїх перспективах мало хто сумнівається, так і бензиновими, епоха яких тільки почалася. Тим часом, задача системи газорозподілу не змінився - забезпечувати найкраще наповнення циліндра, продувку камери згоряння і високий момент, що крутить, у широкому діапазоні оборотів. Останнього вдалося досягти регулюванням фаз - або поворотом розподільного вала, або за допомогою додаткових кулачків зі зміненим профілем. Однак навіть такі складні системи ефективні в досить вузьких межах. Погодьтеся, що думка про індивідуальний привод кожного клапана просто зобов'язана була прийти кому-небудь в голову.

"Шкідлива" дросельна заслінка

Однієї із самих досконалих конструкцій газорозподільного механізму визнана система Double VANOS, застосовувана фірмою BMW на рядних шестициліндрових двигунах автомобілів нової третьої серії і спортивних М3. Тут обидва розподільних вала, що керують відповідно впускними і випускними клапанами, можуть повертатися щодо початкового положення, змінюючи моменти початку впуску і випуску (довжина фаз, обумовлений профілем вала, постійна), а також тривалість перекриття клапанів (фаза, коли впускний і випускний клапани відкриті одночасно). Але навіть вона створює оптимальні умови роботи мотора тільки на повному дроселі. В інших режимах потік повітря обмежує дросельна заслінка - саме вона визначає кількість повітря, що надходить у двигун, на підставі якого електроніка керування упорскуванням і запалюванням розраховує кількість бензину й інші параметри.

При роботі двигуна на режимах часткового навантаження від дросельної заслінки один збиток - вона створює у впускному трубопроводі розрідження, що погіршує наповнення циліндрів. Ідеальним варіантом було б відкривати впускний клапан тільки на час, необхідний, щоб досягти потрібного наповнення циліндра горючою сумішшю.

У результаті з'явилася механічна система керування не тільки фазами, але і підйомом впускних клапанів. До вже стандартного Double VANOS додався механізм, що змінює висоту підйому впускних клапанів (мал.1).

Розріз головки блоку двигуна BMW без дросельної заслінки зі змінюваним підйомом впускних клапанів: 1 - розподільчий вал; 2 - ексцентриковий вал; 3 - додатковий важіль; 4 - впускний клапан.

Між розподільним валом 1 і кожною парою впускних клапанів 4 помістили додатковий важіль 3: у залежності від положення його осі обертання змінюється закон руху клапанів. Положення осі, у свою чергу, задається при обертанні ексцентрикового вала 2. Таким чином, і висота підйому клапанів, і, відповідно, тривалість фази впуску змінюються в залежності від натискання на педаль газу і дросельна заслінка стає непотрібною.

Проведені іспити показали, що середня витрата палива двигуном без дросельної заслінки, виміряна за методикою EU 93/116, нижче на 10% у порівнянні зі звичайним двигуном, оснащеним тільки Double VANOS. Якщо в реальній експлуатації велика частка режимів з частково відкритою дросельною заслінкою, то економія може досягати навіть 18%.

За твердженням фахівців фірми, подібна система - можлива межа вдосконалення бензинового двигуна з упорскуванням у впускний трубопровід. Подальше збільшення ефективності можливе тільки за допомогою досить екзотичних конструкцій, що змінюють, здавалося б, непорушне - ступінь стиску і робочий об'єм двигуна.

Від механічного до електромагнітного

Чи можна поліпшити наповнення циліндрів, не збільшуючи число і розмір клапанів, не подовжуючи фазу впуску і не збільшуючи підйом? Можна - якщо приводити клапани не за допомогою кулачків, а електромагнітним або гідравлічним приводом. При тих же часі відкриття і висоті підйому визначальний параметр "час-перетин" буде більше, оскільки клапан відкривається і закривається значно швидше. Тільки завдяки цьому можна збільшити момент двигуна, що крутить, приблизно на 5%.

Електромагнітний привод клапана

Досвідчений зразок чотирьохциліндрового двигуна BMW з електромагнітними клапанами і безпосереднім упорскуванням бензину уже випробують на стендах у Мюнхені. Привід клапанів виглядає в такий спосіб: підпружинений клапан поміщений між двома електромагнітами, що утримують його в крайніх положеннях: закритому або цілком відкритому. Спеціальний датчик видає блокові керування інформацію про поточне положення клапана. Це необхідно, щоб знизити до мінімальної його швидкість у момент торкання сідла. Кількість повітря, що надходить у циліндр, визначається тривалістю відкриття клапана - висота підйому не регулюється.

Можливості системи практично нічим не обмежені: досить змінити програму керування клапанами, щоб мотор з чотирма клапанами на циліндр у доли секунди став двох - або трьохклапанним; можна вибірково відключати циліндри, ефективно гальмувати двигуном при будь-яких оборотах, на ходу змінювати робочий процес і перетворювати чотиритактний двигун у двотактний або шести-, або навіть у восьмитактний (на режимах з частковим навантаженням) - такого шикарного інструмента для найрізноманітніших досліджень у мотористів ще не було.

"Даймлер-Бенц" грає на дизелі

Веде дослідження в області індивідуального керування клапанами і компанія "Даймлер-Бенц". Двигун у лабораторії Ульріха Летше обладнаний гідравлічним приводом клапанів (мал.2). Але багато хто неправильно розуміє його роботу. Вони думають, що клапани приводяться тільки гідравлічно.

Гідравлічні імпульси лише запускають процеси відкриття (а) і закриття (б) клапана в двигуні Летше, а далі працюють потужні пружини

Насправді привод нагадує пружинний маятник - гідравліка служить лише "спусковим гачком", після якого рухом клапана керує пружина. Для дизельного двигуна необхідні велика потужність і зусилля привода, оскільки в момент відкриття випускного клапана в циліндрі ще досить великий тиск.

Дослідний двигун Летше - одноциліндровий, робочим об'ємом близько 2 л - зібраний на основі поршневої групи мотора "Мерседес-Бенц-Актрос". Максимальне число оборотів не перевищує 2000 об/хв, але переваги нового газорозподільного механізму очевидні. Фази відкриття впускних і випускних клапанів оптимальні у всьому діапазоні частот обертання і навантажень, що дозволяє заощаджувати до 10% палива і приблизно на стільки ж зменшити токсичність вихлопу. І хоча для дизельних двигунів вантажівок високі обороти не потрібні, гідропривід зберігає працездатність до 6000 об/хв, що дає можливість його застосування і на легкових автомобілях.

Особливо привабливим для вантажних автомобілів виглядає керування процесом гальмування двигуном за рахунок варіювання ширини фази випуску, а також зміни робочого об’єму багатоциліндрових двигунів шляхом відключення циліндрів.

Системи VTEC: DOHC VTEC, SOHC VTEC, VTEC-E і 3-stage VTEC