• Объявления

    • admin

      Просьба всем принять участие!   24.11.2017

      На форуме разыгрывается спектроанализатор Arinst SSA-TG LC (цена 18500 руб). Просьба всем перейти по ссылке ниже и принять участие!
v0stap

Зажигание

5 сообщений в этой теме

v0stap    7

Систе́ма зажига́ния — это совокупность всех приборов и устройств, обеспечивающих появление электрической искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания в нужный момент времени. Правильно настроенная и исправная система зажигания — залог правильной работы ДВС. В последние годы наблюдается стремление людей улучшать систему подачи топлива, совсем не обращая внимание на систему зажигания. На сомом деле тюнинг системы управления двигателя должен начинаться именно с улучшения системы зажигания.

Итак какие системы зажигания существуют?

Системы с накоплением энергии в ёмкости (они же «конденсаторные» или «тиристорные», CDI - Рис.1) появились в середине 1970-х годов. Конструктивно они практически аналогичны системам с накоплением энергии в индуктивности, но отличаются тем, что вместо пропускания постоянного тока через первичную обмотку катушки к ней подключается конденсатор, заряженный до высокого напряжения (обычно от 100 до 400 вольт). То есть обязательными элементами таких систем являются преобразователь напряжения того или иного типа, чья задача — зарядить накопительный конденсатор, и высоковольтный ключ, подключающий данный конденсатор к катушке. В качестве ключа, как правило, используются тиристоры. Недостатком данных систем является недостаточная длительность импульса (искры) в большинстве самодельных конструкций, заводские экземпляры лишены этого недостатка т.к заместо одной искры пропускают до пяти (MSD 6a) , таким образом как-бы продлевают время горения искры. Главным достоинством является крутой фронт высоковольтного импульса (скорость нарастания около 900 В \ мкС) Отсюда нечувствительность к высоким оборотам, двигатель сохраняет работоспособность на очень обогащенных смесях (трудно «залить» свечи)

cdi_ignition.JPG

Рис.1. «Конденсаторная» система зажигания.

Системы с накоплением энергии в индуктивности (Рис. 2) - занимают доминирующее положение в технике. Принцип действия — при протекании электрического тока от внешнего источника через первичную обмотку катушки зажигания катушка запасает энергию в своём магнитном поле, при прекращении этого тока ЭДС самоиндукции генерирует в обмотках катушки мощный импульс, который снимается со вторичной (высоковольтной) обмотки, и подаётся на свечу. Напряжение импульса достигает 20—40 тысяч вольт без нагрузки. Реально, на работающем двигателе напряжение высоковольтной части определяется условиями пробоя искрового промежутка свечи зажигания в конкретном рабочем режиме, и колеблется от 3 до 30 тысяч вольт в обычных случаях. Прерывание тока в обмотке долгие годы осуществлялось обычными механическими контактами, сейчас стандартом стало управление электронными устройствами, где ключевым элементом является мощный полупроводниковый прибор: биполярный транзистор с изолированным затвором.

basic_ignition.JPG

Рис.2. «Классическая» система зажигания.

Итак, рассмотрим системы зажигания с накоплением энергии в индуктивности.

Система зажигания с прерывателем. В исходном состоянии контакты прерывателя замкнуты. Электрический ток проходит через первичную обмотку катушки зажигания, Энергия запасается в магнитном потоке катушки и она пропорциональна силе тока протекающей через катушку. В момент когда контакты размыкаются, катушка «старается» сохранить ток протекавший через неё до размыкания контактов, поэтому происходит всплеск напряжения как на первичной так и на вторичной обмотках, только с учётом коэффициентов трансформации. По достижению напряжения пробоя на вторичной обмотке (10-20кВ) , на свече зажигания образуется искра и напряжение на вторичной и первичных обмотках падает до некоторого уровня и в течении 0.7-2мС происходит горение искры, и соответственно расходуется энергия запасенная в катушке. Когда энергия израсходована, искра гаснет. Затем контакты замыкаются и катушка снова накапливает энергию. И весь процесс повторяется.

Подводные камни. Главный недостаток этой системы зажигания в том, что после замыкания контактов ток в катушке не нарастает мнгновенно, а «по экспоненте» и своего максимума достигает только через некоторое время. Получается, что если активное сопротивление катушки 10 Ом её максимальный ток 1.2 А, при напряжении питания 12В. Сам процесс накопления энергии в этом случае будет очень долгим 5-8мС.

В итоге получается: время заряда 5мС + время горения искры 1.5 мС = 6.5 мС один цикл. Для 4х цилиндрового двигателя за 1 оборот проходит 2 цикла зажигания, поэтому 6.5мС*2 = 13мС = 77 об\сек = 4600 об\мин. Из этого следует, что до 4600об\мин система зажигания будет работать довольно эффективно, а поле 4600 об\мин катушка зажигания будет «не до заряжаться», поэтому энергия искры будет падать, и воспламенение смеси будет происходить хуже, или даже будут происходить пропуски зажигания. Для 6ти и 8ми цилиндровых двигателей дела обстоят ещё хуже, тк за 1 оборот катушку нужно зарядить 3 и соответственно 4 раза.

Второй главный недостаток — механический прерыватель. Износ контактов изменяет установленный угол опережения зажигания. А если на контакты попадает влага, то завести двигатель очень трудно.

basic_trigger.gif

Рис. 3. Система зажигания с прерывателем.

В эпоху 70х первый недостаток «лечится» установкой тиристорного зажигания, время заряда конденсатора на много меньше около 1 мС, грубо говоря проблема с недозарядом изчерпана, но и время горения искры тоже становиться меньше, что есть не очень хорошо для низких оборотов, зато с конденсаторным зажиганием достижение 10000-12000 об.мин проблем с зажиганием не составляет. Поэтому практически на всех спортивных двигателях эпохи 70х — 80х стояла конденсаторная система зажигания. На мотоциклах также применяется конденсаторная система зажигания.

MSD.jpg

Рис.4 Блок конденсаторного зажигания (Мечта любого американовода)

Но с конденсаторным зажиганием было не всё так просто зачастую обрыв во вторичной обмотке (обрыв высоковольтного провода) приводил к межвитковому пробою катушки зажигания да и комплекс других проблем заставил производителей серийных автомобилей придумывать альтернативное решение. И это решение было найдено:

- активное сопротивление катушки индуктивности было уменьшено до 0.5 Ом (пол Ома), а максимальный ток стал - 3-6А и его ограничевал «коммутатор». За счёт этого при запуске двигателя (просаживание напряжения) энергия искры не терялась, а время накопления энергии в катушке до максимальноого уровня уменьшилось до 2.0 — 2.5 мС и сама искра (энергия) стала мощнее. А прерыватель был заменён на датчик холла или магнитный датчик, по прежнему расположенный в распределителе. Опережение зажигание регулировалось механически или блоком управления двигателя. Эта система класика эпохи 80х, начала 90х. Начала широко применяться в 80е с К-джетрониками, моновпрысками GM, и т.д. В Америке широко известный HEI (High energy ignition) так же работал по этому же принципу, только название красивое. ( От автора: -До сих пор вызывает улыбку на лице, когда какой нибудь америконовод рассказывает что у него HEI зажигание и как это круто .. и у других такого нет…. хи хи хи … у ФВ гольф 2 такой же …)

bosch124.jpgGM_hei.jpg

Рис.5 Классическая система зажигания Bosch (слева) и GM High Energy Ignition (справа)

Это улучшение решило проблему с высокими оборотами для 4 цилиндровых двигателей, теперь при времени «заряда» катушки 2.5мС и времени горения искры 1.5 мС рубеж ограничения энергии наступал при 7500об.мин, что более, чем достаточно для двигателя серийного производства. Но для автоспорта не достаточно, к тому же на 8 цилиндровых двигателях этот рубеж по прежнему оставался в пределах 4000 об.мин. И тут все «тюнеры» разделились на 2 «лагеря» Американцы по прежнему заменяли штатную систему зажигания на конденсаторную, А Европейцы устанавливали более «мощные» катушки зажигания (с более быстрым временем накопления энергии 1-1.5мС ) и более мощные коммутаторы. Это явление так же обусловлено тем, что в Америке всё,что имеет меньше 8 цилиндров — это не двигатель. Для 8 цилиндров и катушки со временем заряда 1.5 мС рубеж ограничения оставался при 6000об.мин.

improvedtrigger_zpsf908efce.gif

Рис. 6 Система зажигания с внешним коммутатором.

В то время как системы зажигания продолжали улучшаться начали проявляться другие проблемы системы зажигания — точность угла опережения зажигания, точнее с датчиками всё в порядке, а вот пока вращательные движения коленвала попадут на вал распределителя они проходят через ремень ГРМ (имеет свойство растягиваться, при ускорении\замедлении) через шестерни (имеют люфт)… когда все эти неточности складываются получается ошибка момента зажигания. Вот эта ошибка заметно снижает мощность двигателя. Сам двигатель может быть в идеальном техническом состоянии, и иметь небольшой люфт в распределителе, при настройке такой двигатель будет «ватным» и не отзывчивым.

Для решения этой проблемы производители начали устанавливать ДПКВ (датчик положения коленвала) и управление зажиганием «полностью отдали в руки» ЭБУ. На ряду с этим улучшением коммутаторы начали заменять на простые ключи и применять активное тока ограничении (active dwell control , что позволило увеличивать энергию искры на высоких оборотах, и уменьшать на маленьких. Самый известный представитель ЭБУ Мотроник 1.3.

motronic_zpsc2ff2071.gif

Рис. 7 Система зажигания с встроенным ключом зажигания.

Дальнейшее развитие систем зажигания, привело к много катушечному зажиганию. Самый первый представитель система зажигания с холостой искрой. Идея заключается в том, что оба конца высоковольтной обмотки катушки зажигания подключается к свечам зажигания. В момент зажигания искра проскакивает сразу на двух свечах, в противоположно — расположенных цилиндрах. Соответственно искру нужно подавать в 2 раза чаще для каждого отдельного цилиндра. Одна искра — в конце такта сжатия в противоположном цилиндре это будет в конце такта выхлопа, вторая — в конце такта выпуска, она-же в противоположном цилиндре будет в конце такта сжатия. Вполне понятно, что искра в конце такта выхлопа ничего полезного или вредного не сделает, поэтому её назвали холостой — вот и название зажигание с холостой искрой (wasted spark ignition). Это усовершенствование позволило полностью решить проблему с «не до зарядом» катушки зажигания на высоких оборотах. Так же теперь на двигателе не нужен распределитель, бегунок и т.д. В целом самый наилучший «апгрейд» — на двигатель с распределителем зажигания установить двойные катушки — с системой зажигания с холостой искрой. При установке программируемого блока управления, дополнительно можно увеличить dwell time скажем с 2.5мС до 3.1 и получить намного мощнее искру (сравнима по энергии с конденсаторным зажиганием) , без ограничения оборотов и по относительно низкой цене.

Если выбрана система зажигание с холостой искрой в системе не обязательно использовать сдвоенные катушки. Можно так же использовать по катушке на цилиндр, но каждая катушка даёт «искру» два раза — параллельно, в противоположно расположенных цилиндрах. Каждая катушка зажигания должна иметь свой драйвер. А входы драйвера можно параллелить. Но об этом читайте в другом разделе.

wasted_spark_rus_zps8018fec7.gif

Рис. 7 Система зажигания с холостой искрой.

Казалось бы система зажигания достигла своего предела в развитии, так оно и было пока не придумали по цилиндровую автоподстройку. Тк установка датчика кислорода (лямбда зонда) или датчика температуры выхлопных газов на каждый цилиндр это дорого. на систему зажигания были взвалены дополнительные функции — контроль за состоянием каждого цилиндра. Физика заключается в том, что изменение температуры в цилиндре изменит напряжение пробоя на свече зажигания, а также напряжение и время горения искры. Измеряя эти параметры можно косвенно оценивать состояние каждого цилиндра. Для осуществления этой задачи необходимо исключить косвенные влияющие факторы — все катушки зажигания должны быть одинаковыми, длинна высоковольтных проводов должна быть одинаковая, зазор на свечах зажигания должен быть одинаковый. В этой системе зажигания каждая катушка «даёт» искру в «своём» цилиндре только в конце такта компрессии. К сожалению в программируемых ЭБУ измерение параметров горения смеси через систему зажигания не производится соответственно улучшений от перехода с системы зажигания с холостой искрой на «распределённое» зажигание не будет. Если же на двигателе уже установлено «по катушке на цилиндр» нет смысла переделывать систему на сдвоенные катушки.

cop_rus_zps4e018c7f.gif

Рис. 8 Система зажигания «Coil-on-plug».

информация подготовлена участниками проекта "VUNGUL"

post-164583-0-62396200-1389900122.jpg

post-164583-0-95924600-1389900171.jpg

post-164583-0-46533000-1389900468.gif

post-164583-0-77775300-1389900734.jpg

post-164583-0-83300600-1389900838.jpg

post-164583-0-77903400-1389900841.jpg

post-164583-0-38980900-1389901064.gif

post-164583-0-98152900-1389901278.gif

post-164583-0-93895100-1389901378.gif

post-164583-0-79653500-1389901421.gif

Изменено пользователем v0stap
  • Одобряю 7

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Быстрый заказ печатных плат

Полный цикл производства PCB по низким ценам!

  • x
    мм
Заказать Получить купон на $5.00
Max19    249

Хорошая статья. В архив(FAQ) желательно перенести. :thank_you2:

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
rusefi    31

А по какой логике доминирующие системы с накоплением энергии в индуктивности встали на почётное второе место? Просто если это исторический обзор - тогда мало дат. А если это текущее состояние дел - то наверное самое важное должно быть первым?

Но может быть только мне так удобнее информацию воспринимать.

  • Одобряю 1
  • Не одобряю 1

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах
ZAPAL    195

Автору статьи - респект.. много лет занимался самоделками.. Но прочитал статью с интересом..

Примечание.. Когда я увлекался конденсаторными системами зажигания - то на катушку зажигания ставил самодельный воздушный разрядник с зазором 15-20 мм..

Очень хорошо защищает катушки зажигания от пробоя - когда забудешь колпачок случайно накинуть на свечу..

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на других сайтах

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Зарегистрировать аккаунт

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Войти сейчас


  • Сообщения

    • спасибо за комент! дошел  до кода  с компарированием   
    • @Dr. West , Если вы знаете более компактный аналог WS2812 - можно рассмотреть.
      Но я к сожалению таких не знаю.
      У меня между стенкой корпуса (на которой будет лого) и платой около 6 мм.
      Размер корпуса WS2812 примерно 5x5x1.6 мм.
      Боком его конечно можно поставить, но с трудом, ибо будет мешать плате сам светодиод и кусок оргстекла в 5 мм толщиной.
      Потому надо либо срезать бока корпуса WS2812 (к чему прибегать вообще не хочу, да и сточить получится без повреждений максимум 1 мм), либо искать более миниатюрный аналог...
    • Тогда очень странно, что вы не понимаете очевидных вещей: 1. Конструкция существующих  пилотов очень проста и потому надёжна (явное некачественное фуфло не рассматриваем). А также дёшева и технологична. Там всё на своём месте - ни убавить, ни прибавить. Модульно - кассетная же конструкция сразу резко увеличит стоимость и, одновременно, снизит надёжность, как механическую, так и электрическую. 2. Большинству потребителей нафиг не надо собирать какой-то там непонятный конструктор, он в этом не разбирается, ему нужен просто удлиннитель с N-ным количеством розеток и, желательно, подешевле. Благо выбор на рынке есть на любой вкус и кошелёк. 3. Универсальный мультитул "на все случаи жизни" всегда менеее удобен и стоит дороже, чем специализированный инструмент для одной операции. Т.е. на вопросы "Чем изобретение лучше существующих аналогов" и "Кому это надо" убедительных ответов нет. Итого - ваша задумка и есть то самое ведро для сортира, да ещё и телескопически раздвигающееся - в зависимости от потребного объема.
    • У дисплеев засветка идёт за счёт рассеивания в толще материала. Т.е. светодиод светит в торец листа пластика. Рассмотрите этот вариант.
    • Желательно чтоб ресурсов МК хватало для редкой смены цвета одного светодиода WS2812...
    • @Dr. West , на расстоянии не получится, в корпусе места едва ли на светодиод хватит...
      Ну и потом, в дисплеях типа 1602 светодиод с рассеивателем одно целое, никаких расстояний нет, и засветка довольно равномерная. Сам пользовался таким дисплеем, и знаю что говорю )
      Да и по фото во вложении места раз в 5 меньше в том месте, а ведь работает тоже без расстояний ) Пластик от подсветки мониторов вроде как оргстекло, есть у меня кусочек, но он по толщине не равномерен (), и раза в два-три толще чем удастся уместить...