Краткий обзор систем зажигания

Современные системы зажигания — теперь часть устройства двигателя, которое управляет подачей топлива, зажиганием и другими функциями транспортного средства. Эти системы находятся в непрерывном развитии, и при работах на любом автомобиле очень важно точно следовать рекомендациям изготовителя. Главные компоненты зажигания — это датчики частоты вращения и нагрузки, датчик детонации, датчик температуры охлаждающей жидкости и катушка зажигания. Блок управления двигателем ECU считывает значения сигналов от датчиков, интерпретирует их и сравнивает с установочными данными, затем посылает выходные сигналы на соответствующие приводы. Конечный компонент для системы зажигания — катушка. Электронное зажигание в том или ином виде теперь установлено на все транспортные средства с искровым зажиганием.

Рис. Распределитель и модуль зажигания для электронной системы зажигания с постоянной энергией

Для того чтобы электронная система зажигания работала, фаза активации должна увеличиваться с ростом скорости вращения двигателя. Однако это будет полезно только в том случае, если катушка зажигания может быть заряжена до ее полной энергии за очень короткое время. Постоянная энергия означает, что энергия, необходимая для создания искры в свече, остается в определенных пределах постоянной при всех эксплуатационных режимах. Значение этой энергии порядка 0,3 мДж — такая энергия обязательно воспламенит статическую стехиометрическую смесь (с идеальной пропорцией воздуха и топлива). Однако при бедных или богатых смесях с учетом их турбулентности необходимы значения энергии порядка 3-4 мДж. Это сделало зажигание с постоянной энергией доминирующим во всех современных транспортных средствах, чтобы они могли удовлетворять требованиям качества работы и уровня выбросов.

Программное зажигание — термин, используемый некоторыми изготовителями для зажигания, управляемого через цифровые сигналы, другие называют это электронным опережением зажигания (electronic spark advance — ESA). Электронное зажигание с постоянной энергией было существенным шагом вперед, и оно все ещё используется на многих транспортных средствах совместно со стандартным распределителем. Однако их возможности по прежнему ограничены необходимостью полагаться на механические компоненты для определения зависимости угла опережения от скорости двигателя и нагрузки. Во многих случаях они не слишком точно соответствуют требованиям двигателя. С появлением цифровой системы информация об эксплуатационных требованиях конкретного двигателя запрограммирована в памяти его электронного блока управления. Эти данные, сохраняемые в постоянной памяти (ROM), получены в ходе стендовых испытаний и затем откорректированы в различных эксплуатационных режимах ходовых испытаний.

Зажигание без распределителя имеет все особенности программных систем зажигания, но при использовании специальной катушки позволяет обходиться без распределителя. Основной принцип такой системы — принцип «холостой искры». На двигателе с четырьмя цилиндрами распределение искры достигается применением двух симметричных катушек, которые поочередно активируются от блока управления ECU. Выбор момента зажигания определяется по датчику скорости вращения и углового положения коленчатого вала, а также по нагрузке на двигатель и по другим корректировкам. Когда активируется одна из катушек, искру подают сразу к двум цилиндрам двигателя, например, первому и четвертому или второму и третьему. Искра на такте сжатия воспламенит смесь. Искра в другом цилиндре не будет иметь никакого эффекта, поскольку в этом цилиндре будет такт выхлопа.

Рис. Вид катушек системы зажигания без распределения

Прямое зажигание работает аналогично, но на каждом цилиндре имеется индивидуальная катушка зажигания, установленная непосредственно на свече. Использование для каждой свечи индивидуальной катушки с низкой индуктивностью первичной обмотки гарантирует очень малое время накопления энергии. Это обеспечивает высокое напряжение и получение искры высокой энергии.

Рис. Вид двигателя с шестью катушками прямого зажигания

Момент зажигания и фаза активации рассчитываются электронным цифровым устройством. На некоторых системах используется датчик газораспределительного вала, указывающий, какой цилиндр находится на такте сжатия. В другом интересном методе, не требующем специального датчика, нужная информация получается при первоначальном запуске всех катушек. Измерение тока для каждой искры указывает, в каком цилиндре закончился такт сжатия. Это возможно, поскольку горящая смесь имеет более низкое сопротивление. Цилиндр с самым высоким током в этот момент и будет цилиндром с рабочим ходом.

Рис. Процесс сгорания в лабораторном макете цилиндра (источник: Ford Media)

Современные системы зажигания, которые являются частью системs управления двигателем, обычно имеют средства «подстраховки», которые позволяют двигателю продолжить работу даже тогда, когда блок управления обнаружил неполадки. Все регулировки заменяется базовыми установочными значениями, при этом зажигается индикатор предупреждении. Для последующих диагностических испытаний используются цепи самопроверки и бортовой диагностики (OBD).

Системы зажигания продолжают развиваться и улучшаться. Однако будем иметь в виду, что цель системы зажигания состоит в том, чтобы воспламенить топливно-воздушную смесь каждый раз и в нужное время. И независимо от того, насколько сложной может показаться электронная часть, высокое напряжение создается посредством включения и выключения первичной обмотки катушки.