Контроллеры. Контроллер представляет собой электронное устройство, предназначенное для управления углом опережения зажигания в функции ряда параметров двигателя. Он также обеспечивает управление электроклапаном экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ) и в ряде случаев принимает на себя функцию регулирования накопления энергии в катушке зажигания.

В состав электронной системы зажигания контроллер может входить как автономный конструктивно законченный узел либо как интегрированный с транзисторным коммутатором электронный блок.

Рассмотрим основные принципы электронного регулирования момента зажигания. Из всего многообразия систем зажигания с регулируемым углом опережения зажигания можно выделить два основных направления их реализации: системы с аппаратурным и программным принципами построения.

Алгоритм работы реryляторов угла опережения с аппаратурной реализацией (<<жесткой» логикой) определяется логическими связями между ее элементами. При видоизменении характеристик угла опережения зажигания необходимо изменить эти связи, что вызывает определенные неудобства как на этапе проектирования таких устройств, так и при промышленном производстве, когда возможны модификации двигателей, требующие различных характеристик. Отсутствие гибкости, т. е. приспосабливаемости таких устройств к различным характеристикам, является их основным принципиальным недостатком. Кроме того, такие регуляторы реально позволяют воспроизводить лишь относительно простые характеристики и не обеспечивают реализацию значительно более сложных оптимальных характеристик, имеющих целый ряд изломов, с положительными и отрицательными участками.

Значительно большими возможностями обладают системы управления углом опережения зажигания с памятью. В таких системах, как правило, программа работы определяется логическими связями между функциональными устройствами, а данные, определяющие индивидуальные особенности их характеристик, воспроизводимых системой, хранятся в ее памяти в виде комбинаций кодов чисел.

Основным достоинством этого стандартного функционально законченного устройства является возможность длительного хранения большого массива информации (в том числе закодированной информации об угле опережения зажигания) и ее изменения на всех этапах разработки системы без существенных дополнительных затрат. Применение памяти дает возможность использовать цифровую систему зажигания на различных двигателях.

Структурная схема одного из вариантов системы с памятью приведена на рис . 21.

Зубчатый диск, закрепленный на коленчатом валу двигателя, имеетравномерно расположенные по всей окружности зубья. При вращении диска электромагнитный датчик 1 частоты вращения вырабатывает серию импульсов, число которых определяет угловое положение коленчатого вала относительно ВМТ. Кроме того, на диске устанавливается дополнительный зуб, при совпадении оси которого с электромагнитным датчиком 2 начала отсчета на выходе последнего формируется импульсный сигнал о достижении поршнем первого цилиндра ВМТ.

Частота вращения коленчатого вала двигателя может определяться путем подсчета числа импульсов, поступающих с датчика 1 за эталонный промежуток времени, или путем подсчета числа импульсов от кварцевого генератора за период импульсов датчиков 1 и 2.

Нагрузка ΔРк определяется при помощи датчика абсолютного давления (разрежения) 3, устанавливаемого во впускном коллекторе. Аналоговый сигнал с датчика преобразуется в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя. Система имеет несколько дополнительных информационных входов 4 для других датчиков, например датчика температуры охлаждающей жидкости, детонации, положения дроссельной заслонки и др.

Сигналы с датчиков формируются с помощью специальных схем 5 (интерфейсов) перед подачей их в узел обработки данных 6. Одним из основных устройств узла обработки является постоянное запоминающее устройство 7 (ПЗУ).

На основании сигналов о частоте вращения коленчатого вала и нагрузке двигателя узел обработки данных формирует адрес, по которому осуществляется обращение к ПЗУ и выборка (считывание) значения угла опережения зажигания, соответствующего данному режиму работы двигателя. Это значение в дальнейшем может корректироваться в зависимости от показаний других датчиков. При достижении коленчатым валом двигателя положения, соответствующего расчетному значению, угла опережения зажигания, узел обработки данных формирует сигнал управления коммутатором 8.

Из рассмотренного принципа работы системы следует ряд важных выводов:

- погрешности привода распределителя в данной системе сведены к нулю благодаря работе непосредственно от зубчатого диска, жестко укрепленного на коленчатом валу двигателя;

- частота вращения коленчатого вала двигателя определяется путем подсчета числа импульсов, формируемых датчиком оборотов за заданный период времени, который в принципе может задаваться с любой реальной точностью;

- характеристики системы могут изменяться путем изменения содержимого ПЗУ;

- система может воспроизводить характеристики угла опережения зажигания практически с любой точностью, определяемой лишь числом зубьев диска;

- так как все перечисленные операции проводятся цифровыми узлами, характеристики системы практически не подвержены временным и температурным изменениям.

Благодаря гибкости системы такого типа наиболее полно удовлетворяют современным требованиям. На рис. 22 приведена трехмерная калибровочная диаграмма, представляющая взаимосвязь трех параметров двигателя: частоты вращения коленчатого вала, нагрузки, угла опережения зажигания.

Из приведенного примера следует, что характеристика оптимальных углов опережения зажигания цифровой системы с гибкой памятью значительно сложнее характеристик, которые могут быть воспроизведены системами с механическими автоматами. Одним и3 основных недостатков этих систем, обусловленных сложностью, является необходимость их реализации в виде заказных больших интегральных схем (БИС). Выполнение этого условия обязательно, если принять во внимание жесткие требования к надежности работы системы и массовости выпуска. Недостатком является также необходимость изменять аппаратную часть при изменении характеристик угла опережения зажигания или алгоритма работы системы зажигания.

Этих недостатков лишены системы с программируемой логикой, в которых при изменении алгоритма работы системы необходимо лишь заменить управляющую программу и ввести данные в ПЗУ. Такие системы обычно реализуются на базе микропроцессоров.

Системы, построенные на базе микропроцессоров, по основным принципам работы практически не отличаются от ЭВМ, широко используемых во многих областях науки и техники. Основное отличие заключается лишь в том, что последние достижения в области микроэлектроники позволили выполнять ЭВМ в виде одной или нескольких БИС, поэтому они получили название микроЭВМ.

Одним из объектов, на которых по прогнозам ожидается массовое применение микроЭВМ, является автомобиль. Это объясняется тем, что системы автомобиля имеют достаточно сложные функции регулирования, для реализации которых требуется выполнение большого объема вычислений. И микроЭВМ с их способностью быстро анализировать большой объем информации являются идеальным решением данной проблемы. К этому еще необходимо добавить, что одна микроЭВМ может управлять несколькими системаи автомобиля. Последнее утверждение чрезвычайно важно, так как ряд задач, в том числе и задача повышения эффективности работы двигателя, носит комплексный характер, затрагивающий не только систему зажигания, но и систему топливоподачи.

{mospagebreak title= Электронное распределение высокого напряжения

Электронное распределение высокого напряжения по цилиндрам двигателя

Средства электроники позволили осуществить распределение высоковольтных импульсов по цилиндрам двигателя путем коммутации низковольтных цепей катушки (или катушек) зажигания. Такой способ распределения высоковольтных импульсов может быть назван низковольтным или электронным, поскольку коммутация осуществляется при помощи электроники.

Применение электронного распределения позволяет существенно снизить уровень радиопомех при работе системы зажигания. Ниже рассматриваются практические варианты схем электронного распределения для четырехтактных четырехцилиндровых автомобильных двигателей (рис. 23).

В системе зажигания с применением одновыводных катушек зажигания традиционною исполнения (рис. 23,а) каждый цилиндр двигателя снабжен собственной катушкой зажигания Т1-Т4, имеющей индивидуальный коммутационный ключ VТ1-VТ4. Управление работой ключей осуществляется сигналами Uсз1-Uсз4, вырабатываемыми контроллером.

По второму варианту (рис. 23,6) два цилиндра, момент зажигания которых смещен на 360° по коленчатому валу, снабжены двухвыводной катушкой зажигания, искровые промежутки (FV) свечей соединены последовательно и искроо6разование происходит одновременно в двух цилиндрах. При этом одна искра реализуется в такте расширения (холостая искра), а другая - в такте сжатия (рабочая).

Для четырехцилиндрового двигателя требуется наличие двух катушек зажигания, управляемых по первичной стороне собственным коммутатором. Возможна замена двух катушек зажигания на одну четырехвыводную с двумя включенными встречно первичными обмотками, которые намагничивают сердечник в двух направлениях. Распределение высоковольтных импульсов по цилиндрам двигателя осуществляется с помощью выпрямителя на высоковольтных диодах VD1-VD4, подключенного к обоим концам вторичной обмотки (рис. 23,8).

Здесь также две свечи зажигания работают одновременно, т. е. одна искра является холостой. Управление работой катушки зажигания по первичной стороне осуществляется аналогично варианту на рис. 15,6.

Описанные варианты систем зажигания с низковольтным распределением имеют' свои преимущества и недостатки. Например, первый вариант использует традиционные катушки, но он громоздок. Во втором варианте используется уже две катушки зажигания.Третий вариант с одной катушкой требует усложнения ее конструкции из -за необходимости встраивания высоковольтных диодов с обратным напряжением, равным максимально возможному напряжению катушки зажигания (приблизительно 30÷40 кВ) .