Системы зажигания
Всем привет!
Сегодня мы поговорим о системах зажигания, которые можно встретить на автомобилях. На автомобилях встречаются 3 системы зажигания:
1. Система с разносчиком искры
2. Distributorless ignition system (DIS)
3. Coil on plug (COP).
В этом списке системы выстроены в хронологическом порядке.
И так, начнем рассмотрение систем зажигания с системы с разносчиком искры. Такая система использовалась в карбюраторных автомобилях и ранних инжекторных автомобилях. Эта система так же известна как система с трамблером. Под капотом эта система выглядит так:
На валу трамблера стоит разносчик искры. На него подается высокое напряжение с катушки зажигания. Через разносчик искры искра передается на один из проводов, идущий к цилиндрам. В этой статье я не буду останавливаться на этой системе зажигания, так как это уже устаревшая система, и про них очень много написано в интернете, например здесь www.autodux.ru/lcars/vaz/rasp.html
На карбюраторных системах зажигания в трамблере была система, которая определяла, когда должен быть момент искрообразования. На контактной системе зажигания это кулачки, на бесконтактной это датчик холла или индукционный датчик в случае электроники ГАЗ.
На инжекторах тоже короткое время использовалась подобная схема, но трамблер там использовался только в качестве разносчика искры. ЭБУ двигателя определял момент подачи искры по датчику положения коленвала с учетом всех остальных датчиков, а задача трамблера состояла только в распределении искры по цилиндрам.
Правда, здесь стоит отметить, что были и совсем древние инжекторные системы, которые управляли только топливом, а зажиганием управлял трамблер. Такие системы назывались Jetronic с различными префиксами спереди.
У системы с разносчиком есть несколько недостатков:
1. Дополнительный искровой зазор. Между разносчиком и контактом цилиндра есть дополнетельный искровой промежуток, на пробивание которого тратиться энергия катушки зажигания.
2. Подгорание контактов. Там где пробивает искра происходит эрозия поверхности.
3. Прерывыние горения искры. Во время горения искры разносчик движется относительно контакта цилиндра. Может случиться такое, что нить пробоя оборвется и пробьется второй раз в другом месте.
4. Дополнительный механический узел, подверженный износу (трамблер, разносчик, крышка трамблера и т.д.)
Пожалуй, по контактной системе зажигания хватит, поедем больше – система DIS.
На замену системы зажигания с разносчиком пришла система DIS. В рускоязычном интернете везде DIS расшифровывают как Double Ignition system, то есть двойная система зажигания. Однако в англоязычном интернете эта система расшифровывается как Distributorless Ignition System — то есть система зажигания без распределителя (за правку спасибо RN3RBZ ). Эта система очень получила очень широкое распространение. Так же эта система известна как система с холостой искрой. В ней подключается к одной катушке 2 свечи зажигания. Вот схема
Сразу виден плюс данной системы – отсутствие разносчика.
Такие системы можно встретить на автомобилях ВАЗ. Визуально можно отличить эту систему по наличию 2х выводных катушек. ВАЗ использует сразу 4х выводные катушки. На системах Январь 5 используются сразу модули зажигания, в которых совмещены катушки зажигания и коммутатор. В модулях Январь 7 коммутатор перенесен в блок управления. Вот примем 4х выводной катушки зажигания.
Но и эта система не идеальна, посмотрим какие у нее недостатки.
1. Повышенный износ свечей. В системе DIS одновременно проскакивает 2 искры — в 1м и 4м цилиндре или во 2м и 3м. Одна искра рабочая (на такте сжатия), вторая холостая (на такте выпуска).
2. Разное напряжение пробоя в свечах, подключенных к одному цилиндру. Катушка зажигания имеет полярность, и при наведении на нее высокого напряжения на одном конце получается положительный заряд, а с другой – отрицательный. Вот тут остановимся чуть подробнее.
Давайте рассмотрим работу свечи в цилиндре. Температура в цилиндре во время рабочего хода поднимается до 2000 градусов. Эта температура нагревает свечу зажигания и происходит эффект термо-электронной эмиссии. Этот эффект заключается в выходе электронов за пределы нагретого тела. Вокруг него создается «облако» электронов. На фото показана часть свечи, находящаяся в цилиндре. Вокруг центрального электрода показано желтым цветом «облако электронов».
Что б пробить такой искровой зазор положительным зарядом надо сначала преодолеть «облако» электронов, а только потом уже пробивать искровой зазор. Получается лишняя трата энергии. В случае же пробоя отрицательным зарядом «облако» электронов, наоборот, помогает. Часть электронов уже вышло за пределы электрода, надо их немного подтолкнуть и проскочит искра. Кстати, в системе зажигания с разносчиком пробой происходит отрицательны напряжением.
Разница в напряжении пробоя хорошо видна на осциллограмме.
Отдельно хотел бы заметить, что есть умельцы, которые переделывают штатные трамблеры карбюраторных автомобилей под систему DIS, к примеру, двухконтурная система зажигания от Евгения Травникова
Теперь о самой современной системе зажигания на данный момент – Coil On Plug (COP)
Система COP лишена недостатков системы DIS. Дословный перевод звучит как Катушка на свече, что очень хорошо отражает суть системы. Каждой свече своя катушка. Вот схема системы COP
Системы используются на большинстве современных автомобилей. Из недостатков системы можно выделить только большую стоимость, относительно остальных систем.
4 катушки дают преимущество – увеличенное время накопления заряда, что позволяет сделать сильнее искру. Так же это дает возможность крутить мотор до бОльших оборотов, чем системы DIS.
Последний вздох: как и зачем устанавливали электронное управление на карбюраторы
Засоряющиеся жиклеры, плавающие холостые обороты, бесконечные провалы при разгоне… То ли дело инжектор! Но машину с инжекторным мотором позволить себе в конце прошлого века могли не все. Впрочем, вдохнуть новую жизнь в старенький мотор позволяла микропроцессорная система зажигания – забытый, недооцененный, но интересный и важный этап развития моторостроения.
Почему инжектор сменил карбюратор?
М ногие считают, что в эволюции систем питания автомобильных бензиновых моторов карбюраторы последовательно сменил моновпрыск, затем впрыск распределенный, а потом и непосредственный. Однако не все знают, что был короткий период развития карбюраторных двигателей, когда у них получилось почти вплотную подобраться по характеристикам к инжекторным! Произошло это благодаря МПСЗ – микропроцессорным системам зажигания.
Несовершенство классической системы питания и зажигания не было секретом для автоинженеров со времен появления первых автомобилей. Карбюраторный принцип смесеобразования и центробежно-вакуумный принцип поддержания оптимального угла зажигания всегда считались компромиссом – у двигателя слишком много переходных режимов, в которых карбюратор и трамблер не способны обеспечить оптимальную работу мотора, сочетающую максимальную экономичность, приемистость, эластичность, мощность и полное отсутствие детонации. А вот ЭБУ, электронный вычислительный блок, управляющий топливными форсунками и свечами инжекторной системы — может.
Однако все допотопные механические и электромеханические впрысковые системы, существовавшие до эпохи появления полноценных электронно-управляемых распределенных инжекторов (от «командогеретов» авиационных двигателей люфтваффе до многочисленных поколений автомобильных «джетроников»), по сути, слабо отличались в лучшую сторону от качественных карбюраторов. И до практической реализации инжектора в его самом массовом современном виде дошло лишь тогда, когда сделать это позволил уровень развития электроники. Создать полноценный блок ЭБУ для инжектора на радиолампах в 50-е годы ХХ века было попросту нереально. Сделать его на транзисторах 60-х годов – тоже. Лишь в 80-е годы, благодаря распространению компактных микросхем и мощных транзисторов, ЭБУ приобрел знакомые нам сегодня функционал, габариты и облик.
Карбюратор уходит, но не сдается
Когда-то первые карбюраторы представляли собой примитивную трубку с одним жиклером и дроссельной заслонкой. Однако за десятилетия эволюции их конструкция усложнилась неимоверно. Идеальными устройствами для приготовления топливовоздушной смеси они так и не стали, но заметно к ним приблизились. Поэтому, несмотря на то, что переход на распределенный электронно-управляемый впрыск был предрешен и очевиден даже инженерам советских автозаводов, мысль о том, что миллионы карбюраторных машин еще не исчерпали свой потенциал, не давала покоя многим.
Дело в том, что современный карбюратор не зря имеет сложную конструкцию: благодаря этому он, будучи исправным и идеально отрегулированным, достаточно неплохо справляется с задачей подготовки правильной бензовоздушной смеси в различных режимах работы двигателя и с учетом самых разных внешних условий. А значит, карбюратор можно попытаться оставить в покое и переключить внимание на второе из двух важнейших для работы мотора условий – правильное зажигание. Трамблер с его убогими вакуумным и центробежным регуляторами угла опережения – узкое место в моторе, он во многом губит все то, что дает карбюратор. Поэтому можно попытаться дополнить карбюратор умной электронной системой зажигания, и он приблизится по эффективности к инжектору. Так и родились микропроцессорные системы зажигания.
Для понимания идеологии этих систем нужно отметить один важный момент. Многие помнят, как едва ли не каждый советский владелец вазовской классики, Москвича или Волги стремился заменить нестабильное и примитивное штатное контактное зажигание на бесконтактное электронное. В последнем контактную группу из трамблера выбрасывали и заменяли датчиком Холла, индуктивным датчиком или даже инфракрасным. Так вот, электронные системы бесконтактного зажигания и МПСЗ – это совершенно разные вещи.
Электронное бесконтактное зажигание позволяло лишь избавиться от контактной пары и уменьшить зависимости мощности искры от просадки напряжения бортсети стартером. Ну и иногда брало на себя функцию ручного октан-корректора. А МПСЗ делала не только всё то же самое, но и — что гораздо важнее — автоматически регулировала параметры опережения зажигания, исходя из положения коленвала, оборотов и давления на впуске. С развитием микропроцессорных систем стало возможным при желании добавить датчик детонации, лямбда-зонд, датчики температуры антифриза и воздуха на впуске. Причем эта регулировка шла непрерывно, практически как у инжектора. Контроллер быстро реагировал на изменение условий работы мотора и корректировал угол опережения зажигания, учитывая в том числе и качество топлива.
Все владельцы карбюраторных автомобилей с установленным микропроцессорным зажиганием, начиная от достаточно старых и примитивных моделей МПСЗ и кончая современными, с возможностью самостоятельной ручной коррекции графиков УОЗ через Bluetooth со смартфона (!), отмечали радикальные изменения в поведении машины. «Карбовый» двигатель действительно «просыпался», идеально ровно работая на холостых оборотах и становясь приемистым и очень эластичным в движении. Также МПСЗ делала минимальной разницу между бензином и газом, если на машине было установлено газобаллонное оборудование.
Сфера автоэнтузиастов
Первые отечественные инжекторы появились на ВАЗах в середине 90-х, но массовыми стали лишь к началу 2000-х. Автомобильные заводы СССР, а затем и России слишком долго зависали на «карбюраторном этапе». Последние карбюраторные машины сходили с конвейеров ВАЗа и УАЗа аж в 2006 году, до ввода в нашей стране экологического стандарта Евро-2, в который «карб» уже не вписывался. Массовый и безвозвратный переход на инжекторные системы задержался сильно, и поэтому промежуточный этап с применением МПСЗ для автозаводов оказался неприемлемым.
Под капотом Lada 111 ‘1997–2009
Тем не менее, советская промышленность в конце 80-х производила фабричные комплекты контроллеров МПСЗ с периферией и проводкой. Модели носили характерные для своего времени названия типа «Электроника-МС2713-02» или «Электроника-МС4004». Выпускали их у нас в Москве и «почти у нас», в болгарской Софии. Такие контроллеры МПСЗ заводского производства комплектовались полным набором компонентов для самостоятельного монтажа системы на автомобиль, включая распределенные катушки зажигания (в роли которых часто выступали спаренные катушки от Оки) и даже заглушку, устанавливаемую на место удаляемого трамблера.
Главным из датчиков был, разумеется, датчик положения коленвала, который нужно было установить в КПП напротив зубьев маховика. Вторым по важности являлся датчик разрежения во впускном коллекторе, служивший основным источником информации о нагрузке на двигатель для умной электроники. У систем МПСЗ «Электроника» этот датчик был встроенным непосредственно в сам корпус контроллера и соединялся со штуцером в карбюраторе тонким шлангом.
Однако несмотря на высокий уровень гаджетов под маркой «Электроника», массовой система так и не стала. В 80-х Волжский автозавод выпускал незначительное число переднеприводных автомобилей с МПСЗ «Электроника» на экспорт; в широкой же продаже в качестве комплектов для самостоятельной установки встречались они крайне редко, и мало кто о них знал. А с развалом СССР в 1991 году фабричные МПСЗ и вовсе исчезли с прилавков магазинов.
Лет десять в сфере микропроцессорного зажигания было полное затишье, но примерно в начале 2000-х эту нишу заняли мелкосерийные самодельщики-любители, энтузиасты тюнинга, которые полностью «окучивают» ее и по сей день, создавая достаточно сложные и весьма умные устройства. Правда, количество таких проектов было относительно невелико и сейчас постепенно сокращается, ибо в наши дни спрос на МПСЗ планомерно падает по причине ухода на заслуженный отдых карбюраторных моторов и машин с ними…
Инжектор как донор для карбюратора
Кстати, стоит упомянуть любопытное ответвление развития систем МПСЗ, которое они получили уже в инжекторную эпоху. Многие энтузиасты карбюраторных машин в середине 2000-х почти одновременно пришли к лежащей на поверхности идее. Поскольку блоки управления инжекторными двигателями типа «Январей», «Микасов» и прочих «Бошей» подешевели, их стало возможно приобрести за совершенно небольшие деньги на разборках. А ведь инжекторный ЭБУ – это практически готовый и весьма совершенный блок для карбюраторной МПСЗ.
Дело в том, что инжекторный ЭБУ, собственно, не знает, где он работает. На своем родном инжекторном моторе, на карбюраторном моторе или вообще на лабораторном столе или на коленке. Блок просто методично выполняет свою программу – получает информацию от датчиков и на основе этих данных выдает управляющие сигналы для впрыска и зажигания. И если подключить к ЭБУ вместо топливных форсунок карбюратор, навесить на него модуль зажигания и датчики, то электронный блок будет работать и безупречно подавать искру в нужный момент с точностью, недоступной даже самому лучшему трамблеру, контролируя обороты, нагрузку на мотор, температуру и детонацию. Для этого, правда, нужно откорректировать прошивку, написав ее урезанный «карбюраторный» вариант. Но для настоящих энтузиастов это не так уж сложно.
Получая информацию от датчика положения коленвала, давления на впуске, детонации и иногда даже от лямбда-зондов (если владельцу карбюраторной машины было не лень врезать их в глушитель), популярные и распространенные ЭБУ типа «Январь» дали многим автостаричкам второе дыхание.
Впрочем, повторимся — сегодня история с МПСЗ постепенно сходит на нет. Микропроцессорное зажигание было бы чертовски актуально в виде заводской системы на автомобилях “доинжекторной” эпохи, но отечественным автозаводам эта промежуточная инновация оказалась не по силам. Сейчас же карбюраторных машин становится все меньше, а многие из тех, кто готов своими руками сделать что-то основательное с любимой, но немолодой машинкой, предпочитают собрать полный инжекторный комплект впрыска и зажигания, который с применением подержанных компонентов с разборки порой оказывается сопоставимым по цене с комплектом МПСЗ для карбюратора…
