Электронная система зажигания

Автомобиль – очень сложная система, даже если перед нами стоит старенькая классика. В устройство транспортного средства входит большое количество механизмов, агрегатов и систем, которые, взаимодействуя друг с другом, позволяют выполнять работу по транспортировке грузов и пассажиров.

Ключевым агрегатом, который обеспечивает динамику авто, является мотор. Двигатель внутреннего сгорания, работающий от бензина, независимо от типа транспортного средства, даже если это скутер, будет оснащен системой зажигания. Принцип работы дизельного агрегата отличается тем, что ВТС в цилиндре загорается за счет впрыска солярки в раскаленную от высокой компрессии порцию воздуха. О том, какой мотор лучше, читайте в другом обзоре.

Сейчас больше сосредоточимся на системе зажигания. Карбюраторный ДВС будет оснащен контактной или бесконтактной модификацией. Об их устройстве и разнице уже есть отдельные статьи. С развитием электроники и ее постепенном внедрении в автотранспорт современная машина получила более усовершенствованную топливную систему (о разновидностях систем впрыска читайте здесь), а также усовершенствованную систему зажигания.

Рассмотрим, что такое электронная система зажигания, как она работает, ее значение в воспламенении воздушно-топливной смеси и динамике автомобиля. Также посмотрим, какие недостатки у данной разработки.

Что такое электронная система зажигания

Если в контактной и бесконтактной системах создание и распределение искры выполняется механическим и частично электронным способом, то данная СЗ имеет исключительно электронный тип. Хотя в предыдущих системах также частично используются электронные устройства, но в них присутствуют механические элементы.

Например, в контактной СЗ используется механический прерыватель сигнала, который активирует отключение тока низкого напряжения в катушке и генерацию высоковольтного импульса. Также в ней присутствует распределитель, работающий на основании замыкания контактов соответствующей свечи зажигания при помощи вращающегося бегунка. В бесконтактной системе на смену механическому прерывателю пришел датчик Холла, установленный в трамблере, имеющем похожее строение, что и в предыдущей системе (дополнительно о его устройстве и принципе работы читайте в отдельном обзоре).

Микропроцессорный вид СЗ тоже считается бесконтактной, но чтобы не создавалась путаница, ее называют электронной. В такой модификации нет механических элементов, хотя она так же продолжает фиксировать скорость вращения коленчатого вала, чтобы определять момент, когда нужно подавать искру на свечи.

В современных автомобилях данная СЗ состоит из нескольких важных элементов, работа которых основана на создании и распределении электрических импульсов разного значения. Чтобы синхронизировать их существуют специальные датчики, которых нет в предыдущих модификациях систем. Один из таких датчиков – ДПКВ, о котором есть отдельная подробная статья.

Нередко электронное зажигание неразрывно связано с работой других систем, например, топливной, выхлопной и охлаждающей. Управление всеми процессами осуществляется ЭБУ (электронный блок управления). Этот микропроцессор программируется на заводе под параметры конкретного автомобиля. Если в программном обеспечении, либо в исполнительных механизмах происходит сбой, блок управления фиксирует эту неполадку, и выдает соответствующее оповещение на приборную панель (чаще всего это значок двигателя или надпись Check Engine).

Некоторые неполадки удаляются при помощи сброса ошибок, выявленных в процессе компьютерной диагностики. О том, как проходит данная процедура, читайте здесь. В некоторых автомобилях доступна опция стандартной самодиагностики, которая позволяет определить, в чем конкретно неполадка, и возможно ли ее самостоятельно устранить. Для этого нужно вызвать соответствующее меню бортовой системы. Как это можно сделать в некоторых авто, рассказывается отдельно.

Значение электронной системы зажигания

В задачу любой системы зажигания входит не просто воспламенение смеси воздуха и бензина. В ее устройство должно входить несколько механизмов, которые определяют максимально эффективный момент, когда это было бы лучше сделать.

Если бы силовой агрегат работал только в одном режиме, максимальный КПД можно было снимать в любой момент. Но такое функционирование непрактично. Например, для холостого хода мотору не нужны высокие обороты. С другой стороны, когда машина груженная или набирает скорость, ей нужна увеличенная динамика. Конечно, можно было бы достичь этого при помощи коробки передач с большим количеством скоростей, включая пониженные и скоростные. Однако такой механизм был бы слишком сложный не только в использовании, но и в обслуживании.

Помимо этих неудобств стабильные обороты мотора не позволяли бы производителям выпускать юркие, мощные и в то же время экономичные автомобили. По этим причинам даже простые силовые агрегаты оснащены впускной системой, которая позволяла бы водителю самостоятельно определять, какими характеристиками должен обладать его транспортное средство в конкретном случае. Если ему нужно не спеша проехать, например, в тянучке подъехать к впереди стоящему авто, то он понижает обороты мотора. Но для быстрого разгона, например, перед затяжным подъемом или при обгоне, водителю нужно повышать обороты ДВС.

Проблема изменения этих режимов связана с особенностью сгорания воздушно-топливной смеси. В стандартной ситуации, когда мотор ненагружен и машина стоит, ВТС загорается от искры, которую образует свеча зажигания в момент, когда поршень доходит до верхней мертвой точки, выполняя такт сжатия (обо всех тактах 4-х и 2-тактного мотора читайте в другом обзоре). Но когда на двигатель оказывается нагрузка, например, транспорт начинает движение, смесь должна начать воспламеняться в ВМТ поршня или на миллисекунды позже.

При повышении оборотов из-за силы инерции поршень проходит контрольную точку быстрее, что приводит к слишком позднему возгоранию смеси топлива и воздуха. По этой причине нужно инициировать образование искры на несколько миллисекунд раньше. Этот эффект называется угол опережения зажигания. Управление этим параметром – еще одна функция системы зажигания.

В первых автомобилях для этой цели в салоне транспорта стоял специальный рычаг, перемещением которого водитель самостоятельно изменял этот УОЗ в зависимости от конкретной ситуации. Чтобы автоматизировать данный процесс, в устройство контактной системы зажигания было добавлено два регулятора: вакуумный и центробежный. Эти же элементы перекочевали и на более усовершенствованную БСЗ.

Так как каждый компонент выполнял лишь механическую корректировку, их эффективность была ограничена. Более точная подстройка агрегата под нужный режим возможна только благодаря электронике. Это действие полностью возложено на блок управления.

Чтобы понять, как работает микропроцессорная СЗ, вначале нужно разобраться с ее устройством.

Состав системы зажигания инжекторного двигателя

В инжекторном двигателе используется электронное зажигание, которое состоит из:

• Контроллера;
• Датчика положения коленчатого вала (ДПКВ);
• Шкива с зубчатым венцом (для определения момента образования высоковольтного импульса);
• Модуля зажигания;
• Высоковольтных проводов;
• Свечей зажигания.

Рассмотрим ключевые элементы по отдельности.

Модуль зажигания

Модуль зажигания состоит из двух катушек зажигания и двух высоковольтных ключей-коммутаторов. Катушки зажигания выполняют функцию преобразования тока низкого напряжения в высоковольтный импульс. Этот процесс происходит за счет резкого отключения первичной обмотки, из-за чего в рядом расположенной вторичной обмотке индуцируется ток высокого напряжения.

Высоковольтный импульс необходим, чтобы на свечах зажигания появился электрический разряд достаточной мощности, чтобы загорелась воздушно-топливная смесь. Коммутатор необходим, чтобы в нужный момент включать и выключать первичную обмотку катушки зажигания.

На время работы этого модуля влияют обороты мотора. На основании этого параметра контроллер определяет скорость включения/выключения обмотки катушки зажигания.

Высоковольтные провода зажигания

Как следует из названия этих элементов, они предназначены для передачи тока высокого напряжения от модуля зажигания до свечи. Эти провода имеют большое сечение и самую плотную во всей электронике изоляцию. С обеих сторон каждого провода имеются наконечники, обеспечивающие максимальную площадь контакта со свечей и контактным узлом модуля.

Чтобы провода не образовывали электромагнитные помехи (они будут блокировать работу другой электроники в машине), высоковольтные провода имеют сопротивление от 6 до 15 тысяч Ом. Если изоляция проводов даже незначительно пробивает, это сказывается на работоспособности двигателя (ВТС плохо воспламеняется или мотор вообще не заводится, а свечи постоянно заливает).

Свечи зажигания

Чтобы воздушно-топливная смесь стабильно загоралась, в двигатель вкручиваются свечи зажигания, на которые надеваются высоковольтные провода, идущие от модуля зажигания. Об особенностях конструкции и принципе работы свечей имеется отдельная статья.

Если коротко, то каждая свеча имеет центральный и боковой электрод (боковых электродов может быть два и более). Когда отключается первичная обмотка в катушке, от вторичной обмотки через модуль зажигания на соответствующий провод идет ток высокого напряжения. Так как электроды свечи зажигания не соединены между собой, но имеют точно выверенный зазор, между ними образуется пробой – электрическая дуга, которая разогревает ВТС до температуры воспламенения.

Мощность искры напрямую зависит от зазора между электродами, силы тока, типа электродов, а качество воспламенения воздушно-топливной смеси зависит от давления в цилиндре и качества этой смеси (ее насыщенности).

Датчик положения коленвала (ДПКВ)

Этот датчик в электронной системе зажигания неотъемлемый элемент. Он позволяет контроллеру всегда фиксировать положение поршней в цилиндрах (какой из них в какой момент будет находиться в верхней мертвой точке такта сжатия). Без сигналов от этого датчика контроллер не сможет определить, когда нужно подать на конкретную свечу высокое напряжение. В этом случае даже при исправной систем подачи топлива и зажигания мотор все равно не запустится.

Датчик определяет положение поршней благодаря зубчатому венцу на шкиве коленвала. На нем в среднем имеется около 60 зубьев, а два из них отсутствует. В процессе запуска мотора вращается и зубчатый шкив. Когда датчик (он работает по принципу датчика Холла) фиксирует отсутствие зубьев, в нем образуется импульс, который идет на контроллер.

На основании этого сигнала в блоке управления срабатывают запрограммированные производителем алгоритмы, которые определяют УОЗ, фазы впрыска топлива, работу форсунок, режим работы модуля зажигания. Дополнительно по сигналам этого датчика работает и другое оборудование (например, тахометр).

Принцип работы электронной системы зажигания

Система начинает свою работу с ее подключения к аккумулятору. За это отвечает контактная группа замка зажигания в большинстве современных автомобилях, а в некоторых моделях, оснащенных бесключевым доступом и кнопкой запуска силового агрегата, она включается автоматически, как только водитель нажимает кнопку «Start». В некоторых современных автомобилях системой зажигания можно управлять через мобильный телефон (удаленный запуск ДВС).

За работу СЗ отвечает несколько элементов. Самым главным из них является датчик положения коленвала, который устанавливается в электронных системах инжекторных моторов. О том, что это такое и как он работает, читайте отдельно. Он подает сигнал, в какой момент поршень первого цилиндра выполнит такт сжатия. Этот импульс идет на блок управления (в старых автомобилях эта функция выполняется прерывателем и распределителем), который активирует соответствующую обмотку катушки, отвечающую за образование тока высокого напряжения.

В момент включения схемы напряжение от аккумуляторной батареи поступает на первичную обмотку КЗ. Но чтобы образовалась искра, нужно обеспечить вращение коленчатого вала – только так датчик положения коленвала сможет сформировать импульс для образования высоковольтного пучка энергии. Самостоятельно коленчатый вал не сможет начать вращаться. Для начала работы мотора используется стартер. Подробно о том, как работает этот механизм, рассказывается отдельно.

Стартер принудительно проворачивает коленчатый вал. Вместе с ним всегда вращается и маховик (о разных модификациях и функциях этой детали читайте здесь). На фланце коленвала сделано небольшое отверстие (точнее, отсутствует несколько зубьев). Рядом с этой деталью установлен ДПКВ, который работает по принципу Холла. По прорези на фланце датчик определяет тот момент, когда поршень первого цилиндра окажется в верхней мертвой точке, выполняя такт сжатия.

Импульсы, которые создает ДПКВ, поступают на ЭБУ. На основании алгоритмов, прошитых в микропроцессоре, он определяет оптимальный момент создания искры в каждом отдельном цилиндре. Далее блок управления посылает импульс на воспламенитель. По умолчанию эта часть системы подает на катушку постоянное напряжение в 12 вольт. Как только от эбу поступает сигнал, транзистор воспламенителя закрывается.

В этот момент подача электричества на первичную обмотку КЗ резко прекращается. Это провоцирует электромагнитную индукцию, благодаря которой во вторичной обмотке образуется ток высокого напряжения (до нескольких десятков тысяч вольт). В зависимости от типа системы этот импульс поступает на электронный распределитель, либо сразу идет из катушки на свечу.

В первом случае в схеме СЗ будут присутствовать высоковольтные провода. Если катушка зажигания установлена непосредственно на свече, то вся электрическая магистраль состоит из обычных проводов, которые используются во всей электроцепи бортовой системы автомобиля.

Как только в свечу попадает электричество, между ее электродами образуется разряд, который и зажигает смесь бензина (или газа в случае использования ГБО) и воздуха. Дальше мотор может работать самостоятельно, и в стартере теперь нет необходимости. Электроника (если используется кнопка запуска) самостоятельно отключает стартер. В более простых схемах водителю в этот момент необходимо отпустить ключ, и подпружиненный механизм переведет контактную группу замка зажигания в положение включенной системы.

Как уже было сказано немного ранее, корректировка угла опережения зажигания производится самим блоком управления. В зависимости от модели автомобиля электронная схема может насчитывать разное количество входных датчиков, по импульсам от которых ЭБУ определяет нагрузку на силовой агрегат, скорость вращения коленчатого и распределительного валов, а также другие параметры мотора. Все эти сигналы обрабатываются микропроцессором и активируются соответствующие алгоритмы.

Типы электронной системы зажигания

Несмотря на большое разнообразие модификаций систем зажигания, их все условно можно разделить на два вида:

• Прямое зажигание;
• Зажигание через распределитель.

Первые электронные СЗ оснащались специальным модулем зажигания, который работал по тому же принципу, что и бесконтактный трамблер. Он распределял высоковольтный импульс по конкретным цилиндрам. Последовательность также контролировалась ЭБУ. Несмотря на более надежную работу по сравнению с бесконтактной системой, данная модификация все равно нуждалась в улучшении.

Во-первых, незначительная часть энергии могла теряться на высоковольтных проводах низкого качества. Во-вторых, из-за прохождения через электронные элементы тока высокого напряжения требуется использование модулей, способных работать в условиях такой нагрузки. По этим причинам автопроизводители разработали более усовершенствованную систему – прямого зажигания.

В этой модификации также используются модули зажигания, только они работают в менее нагруженных условиях. Схема такой СЗ состоит из обычной проводки, а каждая свеча получает индивидуальную катушку. В таком исполнении блок управления отключает транзистор воспламенителя конкретной КЗ, благодаря чему экономится время на распределение импульса по цилиндрам. Хотя весь этот процесс протекает в несколько миллисекунд, даже незначительные изменения этого времени могут значительно сказываться на производительности силового агрегата.

Как разновидность СЗ с прямым зажиганием, существуют модификации со сдвоенными катушками. В таком исполнении 4-цилиндровый мотор будет подключен к системе следующим образом. Первый и четвертый, а также второй и третий цилиндры запараллелены между собой. В такой схеме будет две катушки, каждая из которых отвечает за свою пару цилиндров. Когда блок управления подает отсекающий сигнал на воспламенитель, искра появляется одновременно в паре цилиндров. В одном из них разряд зажигает воздушно-топливную смесь, а второй срабатывает вхолостую.

Неисправности электронного зажигания

Хотя внедрение электроники в современные автомобили и позволило обеспечить более тонкую настройку силового агрегата и разных систем транспорта, это не исключает неисправности даже в такой стабильно системе, как зажигание. Чтобы определить многие неполадки, поможет только компьютерная диагностика. Для стандартного обслуживания автомобиля с электронным зажиганием не нужно проходить дипломный курс по электронике, однако минус системы в том, что визуально оценить ее состояние можно только по нагару свечей и качеству проводов.

Также микропроцессорная СЗ не лишена некоторых поломок, характерных и для предшествующих систем. Среди этих неисправностей:

• Перестают работать свечи зажигания. Из отдельной статьи можно узнать, как определить их исправность;
• Обрыв обмотки в катушке;
• Если в системе используются высоковольтные провода, то из-за старости или плохого качества изоляции они могут пробивать, что приводит к потере энергии. В этом случае искра не настолько мощная (в некоторых случаях вообще отсутствует), чтобы зажечь пары бензина, смешанные с воздухом;
• Окисление контактов, что часто происходит в автомобилях, которые эксплуатируются во влажных регионах.

Помимо этих стандартных поломок ЭСЗ также может перестать работать или функционировать с ошибками из-за выхода из строя отдельного датчика. Иногда проблема может заключаться в самом электронном блоке управления.

Вот основные причины, по которым система зажигания может работать некорректно или вообще не функционировать:

• Автовладелец игнорирует регламент планового ТО автомобиля (во время выполнения процедуры на СТО проводится диагностика и сброс ошибок, которые могут стать причиной некоторых поломок электроники);
• В процессе ремонта устанавливаются некачественные детали и исполнительные элементы, а в некоторых случаях водитель ради экономии средств приобретает запчасти, несоответствующие конкретной модификации системы;
• Влияние внешних факторов, например, эксплуатация или хранение автомобиля в условиях повышенной влажности.

О проблемах с зажиганием могут свидетельствовать такие факторы, как:

• Повышение расхода бензина;
• Плохая реакция мотора на нажатие педали газа. В случае несоответствующего УОЗ нажатие педали акселератора может наоборот понижать динамику авто;
• Снизилась производительность силового агрегата;
• Нестабильные обороты мотора или он вообще глохнет на холостом ходу;
• Двигатель стал плохо заводиться.

Конечно, эти симптомы могут свидетельствовать о поломках других систем, например, топливной. Если наблюдается снижение динамики мотора, его нестабильность, то следует посмотреть на состояние проводки. В случае использования высоковольтных проводов они могут пробивать, из-за чего будет происходить потеря мощности искры. При поломке ДПКВ мотор вообще не заведется.

Повышение прожорливости агрегата может быть связано с некорректной работой свечей, переходом ЭБУ в аварийный режим из-за ошибок в нем или с поломкой входящего датчика. Некоторые модификации бортовых систем автомобилей оснащаются опцией самодиагностики, в процессе которой водитель самостоятельно может выявить код ошибки, и тогда выполнить соответствующие ремонтные работы.

Установка электронного зажигания на авто

Если в автомобиле используется контактное зажигание, такую систему можно заменить на электронное зажигание. Правда, для этого необходимо приобрести дополнительные элементы, без которых система не будет работать. Рассмотрим, что для этого нужно и как выполняются работы.

Готовим запасные части

Для модернизации системы зажигания понадобится:

• Трамблер бесконтактного типа. Он тоже будет распределять ток высокого напряжения по проводам на каждую свечу. Для каждого автомобиля имеются свои модели трамблеров.
• Коммутатор. Это электронный прерыватель, который в контактной системе зажигания имеет механический тип (вращающийся на валу бегунок, размыкающий/замыкающий контакты первичной обмотки катушки зажигания). Коммутатор реагирует на импульсы от датчика положения коленчатого вала и замыкает/размыкает контакты катушки зажигания (ее первичной обмотки).
• Катушка зажигания. В принципе, это та же катушка, которая используется в контактной системе зажигания. Чтобы свеча смогла пробить воздух между электродами, нужен ток высокого напряжения. Он формируется во вторичной обмотке, когда первичная отключается.
• Высоковольтные провода. Лучше воспользоваться новыми проводами, а не теми, которые были установлены на предыдущей системе зажигания.
• Новый комплект свечей зажигания.

Помимо перечисленных основных компонентов нужно будет приобрести специальный шкив коленвала с зубчатым венцом, крепление датчика положения коленчатого вала и сам датчик.

Порядок проведения монтажных работ

С трамблера снимается крышка (к ней подсоединяются высоковольтные провода). Сами провода можно снять. При помощи стартера немного проворачивается коленвал до того момента, как резистор и мотор не образуют прямой угол. После того, как будет выставлен угол положения резистора, коленчатый вал проворачивать нельзя.

Чтобы правильно выставить момент зажигания, необходимо ориентироваться на пять меток, нанесенные на нем. Новый трамблер необходимо установить так, чтобы его средняя метка совпадала со средней меткой старого трамблера (для этого прежде чем снять старый трамблер, на мотор нужно нанести соответствующую метку).

Отключаются провода, соединенные с катушкой зажигания. Далее откручивается старый трамблер и демонтируется. Новый трамблер устанавливается в соответствии с меткой, поставленной на моторе.

После установки трамблера приступаем к замене катушки зажигания (элементы для контактных и бесконтактных систем зажигания разные). Катушка при помощи центрального трехштыкового провода подсоединяется к новому трамблеру.

После этого в свободном месте подкапотного пространства устанавливается коммутатор. Закрепить его на кузове авто можно при помощи саморезов или винтов. После этого коммутатор соединяется с системой зажигания.

После этого устанавливается зубчатый шкив с пропуском для датчика положения коленвала. Возле этих зубцов устанавливается ДПКВ (для этого используется специальный кронштейн, закрепленный на корпусе блока цилиндров), который соединяется с коммутатором. Важно, чтобы пропуск зубьев совпадал с верхней мертвой точкой поршня в первом цилиндре на такте сжатия.

Преимущества электронных систем зажигания

Хотя ремонт микропроцессорной системы зажигания влетит автомобилисту в копеечку, а диагностика неисправностей – это дополнительные расходы, по сравнению с контактной и бесконтактной СЗ она функционирует более стабильно и надежно. В этом ее основной плюс.

Вот еще несколько достоинств ЭСЗ:

• Некоторые модификации можно устанавливать даже на карбюраторных силовых агрегатах, что дает возможность использовать их на отечественных авто;
• За счет отсутствия контактного распределителя и прерывателя появляется возможность увеличить вторичное напряжение до полтора раза. Благодаря этому свечи зажигания создают более «жирную» искру, и воспламенение ВТС происходит более стабильно;
• Момент образования высоковольтного импульса определяется более точно, и этот процесс стабилен на разных режимах работы ДВС;
• Рабочий ресурс у системы зажигания достигает 150 тысяч километров пробега автомобиля, а в отдельных случаях даже более;
• Мотор работает более стабильно, независимо от сезона и условий эксплуатации;
• Не нужно тратить много времени для проведения профилактики и диагностики, а регулировка во многих автомобилях происходит за счет установки правильного программного обеспечения;
• Наличие электроники позволяет изменить параметры силового агрегата, не вмешиваясь в его техническую часть. Например, некоторые автомобилисты проводят процедуру чип-тюнинга. О том, на какие характеристики влияет эта процедура, и как она проводится, читайте в другом обзоре. Если коротко, то это установка другого программного обеспечения, которое влияет не только на систему зажигания, но также на момент и качество впрыска топлива. Программу можно скачать из интернета бесплатно, но в этом случае нужно быть полностью уверенным, что ПО качественное и действительно подходит под конкретное авто.

Хотя электронное зажигание более дорогостоящее в обслуживании и ремонте, а большинство работ должен выполнять специалист, этот минус компенсируется более стабильной работой и другими плюсами, которые мы рассмотрели.

Из данного видео показано, как самостоятельно установить ЭСЗ на классику:

МПСЗ .Микропроцессорная система зажигания на классику.Microprocessor system of ignition.

Видео на тему

Вот короткое видео о том, как выглядит процесс перехода с контактной системы зажигания на электронную:

Установка электронного зажигания на ваз 2101-2107.

Вопросы и ответы:

Где применяется электронная система зажигания? Такой системой зажигания оснащаются все современные автомобили, независимо от класса. В ней все импульсы образуются и распределяются исключительно благодаря электронике.

Как работает электронное зажигание? ДПКВ фиксирует момент ВМТ 1-го цилиндра на такте сжатия, посылает импульс в ЭБУ. Коммутатор направляет сигнал на катушку зажигания (общую и затем – высоковольтный ток на свечу или индивидуальную).

Что входит в электронную систему зажигания? Она подключается к АКБ, и имеет: замок зажигания, катушку/и, свечи зажигания, электронный блок управления (выполняет функцию коммутатора и распределителя), входных датчиков.

Какие преимущества имеет бесконтактная система зажигания? Более мощная и стабильная искра (нет потерь электричества на контактах прерывателя или распределителя). Благодаря этому топливо качественно сгорает, и выхлоп чище.