Найбільш повно реалізують алгоритм управління двигуном внутрішнього згоряння цифрові системи і системи на основі мікроконтролера (рис. 3.94). Такі системи забезпечують оптимальну потужність, максимальну довговічність, максимальну економічність двигуна, а також мінімальну токсичність вихлопних газів [44, 49].

Схематично пристрій одного циліндра бензинового двигуна внутрішнього згоряння наведено на рис. 3.92 [54].

Через впускний клапан суміш палива з повітрям потрапляє в циліндр. При русі поршня вгору відбувається стиснення суміші в циліндрі. Проскакує іскра свічки підпалює суміш. Суміш згоряє. Виникає велике тиск на поршень, який за схемою рухається вниз, змушуючи обертатися за допомогою шатуна колінчастий вал двигуна. Через випускний клапан відбувається вихід продуктів горіння. Шатун разом з колінчастим валом називають кривошипно-шатунним механізмом. Зазвичай у автомобільного двигуна є 4 циліндри, що працюють на один колінчастий вал.

Рис. 3.92. Пристрій одноциліндрового двигуна внутрішнього згоряння

Час підпалу суміші має бути оптимальним. Дуже раннє запалення призводить до того, що поршень приймає сильні зустрічні удари (детонація). Це призводить до втрати потужності і до форсованого зносу деталей двигуна. При пізньому запаленні максимальний тиск в циліндрі створюється після переходу поршнем верхньої мертвої точки. Суміш горить в такті розширення і в процесі випуску. Тиск газів не досягає своєї максимальної величини, в силу чого потужність і економічність двигуна знижуються. Відбувається підвищення токсичності вихлопних газів і підвищення температури двигуна.

Кут випередження запалювання, при якому двигун розвиває максимальну потужність на даному швидкісному і нагрузочном режимах, називають оптимальним. Кут випередження збільшується за певним законом з збільшенням швидкості обертання колінчастого вала (рис. 3.93).

Рис. 3.93. Залежність кута випередження запалювання від швидкості обертання колінчастого вала [53, 55]

Такий закон може бути реалізований механічними методами, але більш точно можна це зробити електронним регулюванням. Ми не будемо розглядати класичну, але застарілу механічну систему запалювання (З кулачками і механічним розподільником), а розглянемо типову сучасну електронну систему запалювання, спрощена структура якої представлена ​​на рис. 3.94. Основою електронної системи управління є плата мікроконтролера, побудована з використанням НВІС мікроконтролера, мікросхем пам’яті (IN24LC04), логічних мікросхем (IN74HC14AD, IN74HC573ADW), інтегрального стабілізатора напруги ILE4267G і пари ІМС підсилювачів-формувачів сигналу з датчиків IL1815. Ця плата обробляє численні сигнали, що надходять від датчиків (положення колінчастого валу, частоти обертання валу, температур охолоджуючої рідини і повітря у впускному трубопроводі, детонації, положення дросельної заслінки, витрати повітря та ін.). Як видно з рис. 3.94, в якості датчика температури тут використовуються ІМС IL135 або IL235, а в датчику масової витрати повітря – ІМС операційного підсилювача IL9002.

Рис. 3.94. Структура електронної системи управління двигуном

Залежно від поточного положення і швидкості обертання колінчастого вала, температури охолоджуючої рідини і надходить у двигун повітря, наявності або відсутності детонації, положення дросельної заслінки (Педаль газу), швидкості надходження повітря в двигун та ін. Мікроконтролер виробляє відповідну послідовність сигналів і задає час формування сигналу підпалу кожної свічки (I-IV). Тобто для кожного циліндра мікроконтролер визначає «правильний» кут випередження запалювання. Крім того, мікроконтролер управляє часом подачі суміші палива в циліндри шляхом відкривання у відповідні моменти форсунок, управляє Електробензонасос та ін. Двоканальний комутатор IL1055DWусілівает сигнали підпалу свічки, формує правильну форму, тривалість і амплітуду імпульсу (зазвичай це 0,2 до 0,6 мс, 290-400 В на первинній обмотці котушки запалювання, 20-25 кВ на вторинній обмотці котушки запалювання). Комутатор містить також у своєму складі мікросхему управління та вихідні високовольтні ключі (Каскади Дарлінгтона або IGBT).

Що в загальному випадку може бути віднесено до ІМС і напівпровідникових приладів силової електроніки? Як було сказано вище, силова електроніка сформувалася для ефективного управління, регулювання перетворенням електричної енергії. А будь-яку систему перетворення електричної енергії можна представити у вигляді блоку реалізації алгоритмів керування, блоку сполучення, вихідного блоку перетворення і управління виконавчим пристроєм. Мікросхеми та дискретні прилади, що виконують функції цих блоків систем перетворення електричної енергії, відносяться безпосередньо до елементної бази силової електроніки (ІМС формувача імпульсів – мікроконтролер, ІМС комутатора, ключі комутатора – каскади Дарлінгтона або IGBT). Електрична енергія акумулятора або генератора з їх допомогою перетворюється в електричні високовольтні імпульси підпалу. Крім того, до силовій електроніці можна віднести схему управління форсунками (форсунка працює як електромагнітне реле), схему управління двигуном бензонасоса.

Так, у відомих фахівцям з автоелектроніці ЕСУД типу «МІКАС», «Січень», «Автрон» та ін. Використовуються мікросхеми IL1815N, IL1815D – підсилювача-формувача сигналу з датчиків, IN24LC04 – енергонезалежною пам’яті 5128 біт з керуванням по 12З шині, ILE4267G – спеціалізованого стабілізатора напруги, стандартної логіки IN74HC14AD (шість тригерів Шмітта) і IN74HC573ADW (восьмизарядний регістр), IL135Z, IL235Z прецизійних датчиків температури, IL1055DW – управління комутатором запалювання. Мікросхеми прецизійного операційного підсилювача IL9002 широко застосовуються в конструкції електронного модуля датчика масової витрати повітря.

Слід згадати і мікросхему IL1055DW, яка призначена для управління двома потужними IGBT-транзисторами по сигналу від мікропроцесора. Вона здійснює формування керуючих імпульсів за сигналами мікропроцесора на вході потужного вихідного ключа (IGBT – транзистор), що задає струм через котушку запалювання, забезпечує автоматичне обмеження струму через котушку запалювання на рівні, достатньому для гарантованого формування іскри, забезпечуючи при цьому рівність струмів через кожну котушку запалювання. Мікросхема застосовується в складі двоканального комутатора модуля запалювання автомобілів з мікропроцесорним управлінням двигуна внутрішнього згоряння.

Джерело: Білоус О.І., Єфименко С.А., Турцевич А.С., Напівпровідникова силова електроніка, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. кол. вкл.