В. ГОРКИН, А. ФЕДОРОВ
Тенденции развития современных автомобильных карбюраторных двигателей внутреннего сгорания предполагают повышение удельной мощности, степени сжатия, снижения токсичности выхлопных газов, повышение экономичности и надежности в эксплуатации.
Все это трудно, а подчас и невозможно, обеспечить без применения электроники, в частности, без электронной системы зажигания.
В статье рассмотрена транзисторная бесконтактная система зажигания с накоплением энергии в индуктивности, управляемая параметрическим взаимоиндуктивным датчиком. Такая система должна обеспечивать, по сравнению с тиристорными системами, использующими, как правило, накопление энергии в емкости, лучшее воспламенение рабочей смеси в цилиндрах двигателя на режимах частичных нагрузок за счет большей длительности искрового разряда.
Амплитуда сигнала параметрического датчика не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, что позволяет производить установку зажигания так же, как и в классической системе зажигания. Кроме того, конструкция системы зажигания дает возможность изготовления ее радиолюбителями средней квалификации.
Принципиальная схема бесконтактной системы зажигания приведена на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема бесконтактной системы зажигания
Система содержит источник питания - аккумуляторную батарею 1 напряжением 12 В, добавочное сопротивление 2, катушку зажигания 3, параметрический датчик 4, транзисторный коммутатор 5, выключатель зажигания 6, реле стартера 7.
Параметрический датчик импульсов, работающий с генератором, расположен в корпусе распределителя зажигания. Датчик имеет неподвижный Ш-образный ферритовый сердечник, на среднем стержне которого расположена обмотка III, включенная в цепь базы транзистора генератора, а на боковых - обмотки положительной II и отрицательной I обратной связи, включенные в коллекторную цепь транзистора генератора. Обмотки I и II соединены последовательно-встречно, чтобы их суммарный магнитный поток равнялся нулю при разомкнутом сердечнике.
Ротор датчика имеет магнитопроводящие выступы, которыми можно поочередно замыкать средний и один из боковых стержней Ш-образного сердечника.
В состав транзисторного коммутатора входят генератор датчика, формирующая цепь и выходной каскад.
Генератор датчика (транзистор T1) представляет собой блокинг-генератор, работающий в автоколебательном режиме. Ограничительный диод Д1 служит для защиты перехода эмиттер - база транзистора T1, конденсатор С1 фильтрует всплески питающего напряжения.
Формирующая цепь состоит из диодов Д2, Д3, конденсаторов С4, С5, резистора R2. Выходной каскад, собранный на двух кремниевых транзисторах Т2 и Т3, работающих в ключевом режиме, содержит также диоды Д4, Д5 (для ускорения запирания выходного транзистора); диод Д6 (для защиты от инверсного тока); стабилитрон Д7 (для защиты перехода эмиттер - коллектор транзистора Т3 от напряжения самоиндукции катушки зажигания); конденсатор первичной цепи С6, резистор положительной обратной связи R4 и резисторы R3, R5, R6. Напряжение питания подается через добавочное сопротивление.
Система зажигания работает следующим образом.
При замыкании ротором стержней сердечника, на которых находятся обмотки III и I, усиливается отрицательная обратная связь, генератор не работает, и транзистор Т2 закрывается. На базу транзистора Т3 подается положительный потенциал, транзистор открывается, через первичную обмотку катушки зажигания протекает электрический ток, идет процесс накопления энергии в катушке зажигания.
При замыкании ротором стержней сердечника, на которых находятся обмотки III и II, усиливается положительная обратная связь, транзисторный генератор возбуждается и работает с частотой, определяемой в основном индуктивностью обмотки II и емкостью конденсатора С3 (напряжение на коллекторе T1 показано на рис. 2).
Рис. 2. Выходной сигнал генератора датчика.
Положительное напряжение генератора через формирующую цепь подается на базу транзистора Т2, транзистор отпирается. Соответственно выходной транзистор Т3 запирается и прерывает ток в первичной обмотке катушки зажигания. Возникает переходный процесс в двух индуктивно-связанных контурах: один образован первичной обмоткой катушки и первичным конденсатором С6, а другой - вторичной обмоткой катушки и емкостью вторичной цепи. В результате переходного процесса во вторичной цепи создается высокое напряжение, достигающее 25-30 кВ, которое распределителем подается на свечи зажигания в порядке работы цилиндров двигателя. Затем процесс повторяется.
Настройка системы зажигания заключается только в подборе сопротивления резистора R1 по силе тока, потребляемого генератором. Порядок работы следующий:
резистор R1 заменяется переменным с номиналом 15 кОм, последовательно с которым включен ограничительный резистор 1-3 кОм;
между клеммой «+» и клеммой «Д» полностью собранного коммутатора включается миллиамперметр (датчик отключен);
коммутатор подключается к источнику, постоянного напряжения 12 В, причем положительный полюс источника подключается к клемме «+», а отрицательный - к корпусу коммутатора;
регулировкой сопротивления резистора R1 добиваются силы тока, равной 100-120 мА;
переменный резистор R1 заменяется постоянным ближайшего выбранного номинала.
Формирующая цепь и выходной каскад транзисторного коммутатора настройки не требуют. При правильно собранной схеме коммутатор сразу начинает работать.
Конструкция. Неподвижная часть датчика системы зажигания сделана из текстолита, в виде рамки для установки сердечника, Сердечник - из феррита марки 2000 НМ, типоразмер Ш4Х4. Число витков обмоток одинаково и равно 30; намотка производится на каркас из любого изоляционного материала (например, из электротехнического картона, прессшпана и т. д.) проводом ПЭЛ 0,25, каркас надевается на стержень сердечника.
Схема намотки приведена на рис. 3.
Рис. 3. Схема намотки катушек датчика.
Затем производится установка сердечника в текстолитовую рамку и заливка эпоксидной смолой.
Ротор датчика также изготавливается из текстолита и имеет вид цилиндра диаметром 23 и высотой 20 мм. На текстолит надевается магнитопроводящий экран с прорезями. Его конструкция показана на рис. 4.
Рис. 4. Ротор параметрического датчика
Датчик может устанавливаться в распределитель для классической системы зажигания на подвижную пластину прерывателя. В описываемой конструкции в качестве примера приводится датчик-распределитель завода АТЭ имени 60-летия Октября (рис. 5).
Рис. 5. Вид на датчик-распределитель
Зазор между ротором и стержнями сердечника должен быть 0,2-0,5 мм.
В выходном каскаде, кроме указанных на схеме рис. 1 транзисторов КТ801Б и КТ808А, могут использоваться КТ809А и КТ812А.
Элементы транзисторного коммутатора, кроме транзисторов Т1, Т3, диодов Д6, Д7, конденсатора С1 и резистора R3, смонтированы на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Печатная плата изготовлена методом химического травления, причем печатные проводники должны быть максимально возможной ширины при расстояниях между ними не менее 2 мм. Вид на плату со стороны расположения элементов показан на рис. 6.
Корпус транзисторного коммутатора, куда установлена печатная плата, одновременно является радиатором для транзисторов Т1, Т3 и диодов Д6, Д7 (рис. 7).
Площадь поверхности корпуса составляет около 470 см2. Транзисторы Т2, Т3 и диод Д6 необходимо тщательно изолировать от корпуса. Для этого можно использовать слюдяные или фторопластовые прокладки толщиной 0,1 мм.
Соединение элементов, установленных на корпусе, с печатной платой осуществляется любым медным изолированным проводом сечением не менее 0,5 мм2. Транзисторный коммутатор соединяется с остальными элементами системы зажигания с помощью специальной четырехклеммовой колодки от автомобилей «Жигули» ВАЗ. Могут также использоваться и обычные штекерные разъемы, принятые в радиотехнике и рассчитанные на силу тока 8-10 А.
В системе зажигания применена специальная катушка зажигания марки Б116, которая будет выпускаться заводом АТЭ имени 60-летия Октября с 1981 г. для системы зажигания автомобиля «Москвич-2140». Катушка собрана по трансформаторной схеме и имеет повышенный коэффициент трансформации по сравнению с катушками в классической системе зажигания. В таблице приведены основные параметры катушки Б116 и для сравнения катушки марки Б115В, используемой в системе зажигания автомобиля «Москвич-412».
Таблица
Добавочное сопротивление марки СЭ107 изготавливается отдельно от катушки зажигания и состоит из двух секций сопротивлением 0,52 Ом каждая. В момент пуска двигателя одна секция закорачивается. Резисторы намотаны на керамический каркас проводом из константана, мощность рассеяния составляет около 50 Вт.
Бесконтактная система зажигания работоспособна в широком диапазоне температур от -40° С до +80° С, поэтому ее можно располагать в подкапотном пространстве. Установка датчика-распределителя и катушки зажигания производится на местах, предусмотренных для штатной системы зажигания.
Транзисторный коммутатор и добавочное сопротивление могут находиться на брызговике крыла, ближе к вентилятору. Крепление коммутатора и добавочного сопротивления осуществлено винтами диаметром 6 мм.
Монтаж бесконтактной системы зажигания должен быть выполнен тщательно, медным проводом сечением не менее 0,75 мм2. Соединение транзисторного коммутатора, катушки зажигания и датчика с корпусом автомобиля должны обеспечивать хороший контакт.
Общий вид и монтажная схема системы л схема зажигания приведены на рис. 8, 9.
Рис. 8. Общий вид бесконтактной системы зажигания с параметрическим датчиком
Рис. 9. Монтажная схема бесконтактной системы зажигания
Система зажигания выдает «искру» даже при провертывании коленчатого вала двигателя от руки, поэтому установка зажигания на автомобиле по первому цилиндру производится, как и для классической системы, следующим образом. Контрольная лампа включается между клеммой «К» транзисторного коммутатора и «массой». При открытом состоянии выходного транзистора лампа горит тускло. При переходе транзистора в состояние отсечки лампа ярко вспыхивает, что и указывает на момент подачи искры. Зазор в свечах устанавливается в пределах 0,7-0,9 мм.
В эксплуатации бесконтактная система зажигания практически не требует обслуживания. Необходимо только смазывать распределитель в соответствии с инструкцией, а также следить за чистотой клеммных и штекерных соединений.
Проверка исправности бесконтактных систем зажигания на автомобилях аналогична проверке классической системы и может быть выполнена следующим образом. При неработающем двигателе вынимают высоковольтный провод из центрального гнезда распределителя и устанавливают наконечник провода на расстоянии 2- 5 мм от кузова или двигателя автомобиля. Включают выключатель зажигания и провертывают коленчатый вал двигателя. Если искра есть, неисправность надо искать поочередно в распределителе, высоковольтных проводах или в свечах. Если искры нет, то необходимо убедиться в исправности проводки и надежности контактных соединений в системе зажигания.
Категорически запрещается замыкать накороткб выводные клеммы, а также производить какие-либо переключения соединительных проводов, не предусмотренные монтажной схемой. Соблюдение указанных требований при монтаже и эксплуатации обеспечивает исправную и долголетнюю работу бесконтактной системы зажигания.
ЛИТЕРАТУРА
Балагуров В. А. Аппараты зажигания.- М., Машиностроение, 1968.
Галкин Ю. М. Электрооборудование автомобилей.и тракторов.- М., Машиностроение, 1967.
Глезер Г. Н., Опарин И. М. Автомобильные электронные системы зажигания.- М.(«Машиностроение, 1977.
Моргулев А.С, Сонин Е. К. Полупроводниковые системы зажигания.-М., Энергия, 1972.
[email protected]
Опытные автовладельцы популярной модели ВАЗ 2106 неоднократно сталкиваются с проблемами контактной системы зажигания классического двигателя:
Ремонт, обслуживание, монтаж и демонтаж трамблера требуют навыков не только механических работ, но и знаний в области автоэлектрики и диагностики двигателей. Поэтому многие автолюбители для решения проблем, связанных с обслуживанием контактной системы зажигания, обращаются на специализированные СТО. Вместо того, чтобы делать скидки для уважаемых владельцев пожилых авто, некоторые автомастерские наоборот увеличивают цены.
Верный способ уменьшения проблем, связанных с обслуживанием системы зажигания ВАЗ 2106 , — установка системы бесконтактного зажигания на автомобиль. Фото: media2.24aul.ru
Начиная с моделей 2108, на отечественные ВАЗы устанавливается бесконтактная система зажигания. Бесспорные преимущества бесконтактной системы зажигания:
У бесконтактной системы зажигания есть свои недостатки:
Стоимость комплекта на ВАЗ 2106 составляет около 2500 рублей. Приблизительно в такую сумму обходится установка системы на СТО. Также необходимо менять свечи зажигания. Фото: images.ua.prom.st
В контактной системе для синхронизации угла зажигания используется кулачковый механизм, который приводит в движение контакт, который, размыкаясь-замыкаясь, формирует электрические импульсы в первичной обмотке катушки зажигания. На вторичной обмотке катушке генерируются высоковольтные импульсы, поступающие через распределитель на высоковольтные провода соответствующих свечей.
Бесконтактная система заменяет все элементы, связанные с контактным воздействием.
Кулачковый механизм заменен на пластину из магнитомягкого материала с индикаторными выступами. Контакт прерывателя заменяет датчик Холла. Он формирует электрический импульс в момент прохождения в зоне его чувствительности индикаторных выступов. Амплитуды импульсов датчика Холла недостаточно для непосредственного управления катушкой зажигания.
Поэтому для усиления импульсов используется электронный коммутатор, иначе импульсный усилитель. На его выходе стоит мощный транзистор, который управляет работой электронной катушки зажигания.
Необходимо знать, что катушка зажигания для бесконтактной системы по электрическим параметрам отличается от контактной. Поэтому в комплект БСЗ обычно входит электронная катушка. Также при замене системы зажигание на бесконтактную следует заменить свечи.
В стандартную комплектацию бесконтактной системы зажигания для ВАЗ 2106 входят следующие компоненты:
трамблер с встроенным датчиком Холла, вакуумным регулятором угла опережения зажигания и помехогасящим конденсатором;
В некоторых наборах предусмотрен набор крепежных элементов. Фото: images.ua.prom.st
Уменьшить расходы, связанные с заменой системы зажигания автомобиля, практически вдвое позволяет самостоятельная установка и настройка. Для корректной установки устройства необходимы:
Еще одну инструкцию по установке бесконтактного зажигания вы найдете в этом видео:
Чтобы бесконтактная система зажигания работала без сбоев, необходимо:
Несмотря на общий автомобильный прогресс, связанный с кардинальной заменой старых «классических» машин на иномарки или современные ВАЗы, некоторое их число продолжает эксплуатироваться любителями. Однако конструкция былых «Жигулей» или «Москвичей» нещадно устарела, и желание модернизировать системы, например так, как установить бесконтактное зажигание БСЗ, вполне оправдано.
ВНИМАНИЕ! Найден совершенно простой способ сократить расход топлива! Не верите? Автомеханик с 15-летним стажем тоже не верил, пока не попробовал. А теперь он экономит на бензине 35 000 рублей в год!
Процедура замены не так уж сложна, как может показаться на первый взгляд. БСЗ является более совершенной во всех отношениях системой, чем КСЗ. В ней нет контактной группы, которая на старых системах и представляла всегда сложность и проблему.
Рассмотрим те элементы, которые составляют конструкцию БСЗ:
Примечание. В старых КСЗ внутри трамблёра вместо коммутатора установлены контакты.
Что касается схемы соединения:
Функционирует вся БСЗ следующим образом:
Трамблёр, а вернее его привод, бывает непосредственно связан с кривошипным валом. Когда очередной поршень двигателя поднимается к ВМТ, привод распределителя задействуется, импульс передаётся на другую свечу и цикл искрообразования продолжается.
Интересный момент. В старых КСЗ размыкание цепи производилось механическим способом. За это отвечал кулачок, расположенный на приводе трамблёра.
Очевидно, что БСЗ имеют больше преимуществ, чем старые системы. Основным аргументом в этом плане выступает то, что сегодня ни один автопроизводитель не выпускает машин, оснащённых КСЗ. Ещё в далёком 1980 году зарубежные компании отказались от проблемной системы зажигания. Однако у нас в России КСЗ продолжали эксплуатировать ещё лишних 10 лет. Затем от них полностью отказались, и причины явно понятны.
Рассмотрим преимущества БСЗ перед КСЗ:
Что хуже всего, так это постоянное проявление перечисленных выше неисправностей. Водителю старого автомобиля приходилось бороться то с одной, то с другой проблемой. Несовершенство конструкции КСЗ влияло на мощность искры, которая со временем снижалась. От этого ухудшалась тяга двигателя, повышался расход горючего.
Современные БСЗ отгорожены от всех перечисленных минусов. Они выделяются устойчивым искроформированием и долговечны. Хотя всё же, один недостаток имеется – коммутатор отечественных БСЗ. Если он не модернизируется, то быстро выходит из строя.
Чтобы установить БСЗ никакого особого оборудования или инструментов не потребуется. Не нужна также яма, всю действия легко осуществить даже на улице.
Алгоритм действий по установке выглядит так:
Совет. Кривошипный вал прокручивается специальным ключом под храповик. Если такого не нашлось в арсенале ремонтника, можно прокрутить вал посредством вращения заднего или переднего колеса машины (вывешенного).
Внимание. Между распределителем и посадочным гнездом, в которое помещается его привод, имеется прокладка. Её ни в коем случае нельзя потерять, так как она отвечает за герметичность установки.
Примечание. Например, можно демонтировать бачок с водой для стёкол, сделать отверстия в кузове автомобиля, и болтами или другими крепежами прикрутить коммутаторный блок так, чтобы он не оказался ниже бачка омывателя.
Осталось только подсоединить проводку новой системы согласно схеме, прилагаемой к БСЗ. Как правило, разобраться в ней бывает несложно: провода соединяются с бобиной, а разъём коммутатора – с трамблёром.
Рассмотрим принцип действия бесконтактной системы зажигания на примере системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099. Определим, откуда берется искра для поджига топливной смеси в камере сгорания и почему она проскакивает своевременно для каждого цилиндра.
Бесконтактная система зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099 включает в себя катушку зажигания, свечи зажигания, высоковольтные провода (бронепровода), трамблер с распределителем зажигания, датчиками-регуляторами опережения зажигания (центробежным и вакуумным) и датчиком Холла, также коммутатор и провода низкого напряжения.
Схема бесконтактной системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099
схема бесконтактной системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099
Откуда поступает ток в систему зажигания?
Электрический ток в систему зажигания поступает с вывода «30» генератора, через монтажный блок предохранителей и реле, реле зажигания и далее на вывод «Б» катушки зажигания. Система запитывается после поворота ключа в замке зажигания.
Принцип действия бесконтактной системы зажигания
— При работе двигателя вращается вал распределителя зажигания (трамблера). В работу вступает . Стальной круглый экран с четырьмя прорезями на валу трамблера, вращаясь, проходит через зазор этого датчика. Когда проходит прорезь экрана, напряжение отдаваемое датчиком ниже бортового на 3 В или равно ему, когда зубец экрана, напряжение падает практически до нуля. Прохождение каждого из четырех зубцов соответствует такту сжатия и моменту зажигания в одном из цилиндров двигателя.
Примечания и дополнения
работа центробежного регулятора опережения зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099
вакуумный регулятор опережения зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099
Бесконтактная система зажигания является конструктивным продолжение контактно-транзисторной системы зажигания. В данной системе зажигания контактный прерыватель заменен бесконтактным датчиком. Бесконтактная система зажигания стандартно устанавливается на ряде моделей отечественных автомобилей, а также может устанавливаться самостоятельно вместо контактной системы зажигания.
Применение бесконтактной системы зажигания позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива и выбросы вредных веществ за счет более высокого напряжения разряда (30000В) и соответственно более качественного сгорания топливно-воздушной смеси.
Конструктивно бесконтактная система объединяет ряд элементов, среди которых источник питания, выключатель зажигания, датчик импульсов, транзисторный коммутатор, катушка зажигания , распределитель и конечно свечи зажигания . Распределитель соединен со свечами и катушкой зажигания с помощью проводов высокого напряжения.
В целом устройство бесконтактной системы зажигания аналогично контактной системе зажигания , за исключением датчика импульсов и транзисторного коммутатора.
Датчик импульсов предназначен для создания электрических импульсов низкого напряжения. Различают датчики импульсов следующих типов: Холла, индуктивный и оптический.
Наибольшее применение в бесконтактной системе зажигания нашел датчик импульсов использующий эффект Холла (возникновение поперечного напряжения в пластине проводника с током под действием магнитного поля). Датчик Холла состоит из постоянного магнита, полупроводниковой пластины с микросхемой и стального экрана с прорезями (обтюратора).
Прорезь в стальном экране пропускает магнитное поле и в полупроводниковой пластине возникает напряжение. Стальной экран не пропускает магнитное поле, и напряжение на полупроводниковой пластине не возникает. Чередование прорезей в стальном экране создает импульсы низкого напряжения.
Датчик импульсов конструктивно объединен с распределителем и образуют одно устройство – датчик-распределитель. Датчик-распределитель внешне подобен прерывателю-распределителю и имеет аналогичный привод от коленчатого вала двигателя .
Транзисторный коммутатор служит для прерывания тока в цепи первичной обмотки катушки зажигания в соответствии с сигналами датчика импульсов. Прерывание тока осуществляется за счет отпирания и запирания выходного транзистора.
При вращении коленчатого вала двигателя датчик-распределитель формирует импульсы напряжения и передает их на транзисторный коммутатор. Коммутатор создает импульсы тока в цепи первичной обмотки катушки зажигания. В момент прерывания тока индуцируется ток высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания. Ток высокого напряжения подается на центральный контакт распределителя. В соответствии с порядком работы цилиндров двигателя ток высокого напряжения подается по проводам высокого напряжения на свечи зажигания. Свечи зажигания осуществляют воспламенение топливно-воздушной смеси.
При увеличении оборотов коленчатого вала регулирование угла опережения зажигания осуществляется центробежным регулятором опережения зажигания.
При изменении нагрузки на двигатель регулирование угла опережения зажигания производит вакуумный регулятор опережения зажигания.
