Задача системы зажигания - обеспечение в нужный момент искры зажигания достаточной энергии для воспламенения топливной смеси. Чем точнее выполняется этот процесс, тем выше мощность и эффективность двигателя. Правильно выставленное зажигание позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива и выбросы вредных веществ.
В последние годы и десятилетия эти цели приобретали все большую актуальность. Контактная система зажигания не смогла справиться с требованиями, которые к ней предъявлялись. Максимально передаваемую энергию, необходимую для зажигания рабочей смеси, увеличить не удалось, хотя это было необходимо для двигателей с высокой компрессией и мощностью, частота вращения которых становились все больше.
Кроме того, из-за постоянного износа контактов не возможно обеспечить точное соблюдение заданного момента воспламенения. Это вызывало перебои в работе двигателя, повышение расхода топлива и выбросам вредных веществ атмосферу.
Благодаря развитию электроники удалось инициировать процесс воспламенение бесконтактно, в результате чего решились проблемы износа и технического обслуживания. При этом заданный момент зажигания точно соблюдается практически в течение всего срока службы.
В первую очередь, это достигается благодаря индуктивному формированию сигнала (бесконтактная транзисторная система зажигания с накоплением энергии в индуктивности) и формированию сигнала датчиком Холла (TSZ-h).
Поскольку обе эти системы экономичны и относительно недорогие, они используются и сегодня на некоторых двигатетелях малого объема.
Основные преимущества бесконтактной системы зажигания:
На основании рисунка кратко поясняется принцип работы системы:
Рисунок. Компоненты транзисторной системы зажигания
- Аккумуляторная батарея
- Выключатель зажигания и стартера
- Катушка зажигания
- Коммутатор
- Датчик зажигания
- Датчик-распределитель
- Свеча зажигания
При включении зажигания (2) подается напряжение питания на первичную обмотку катушки зажигания (3). Через первичную обмотку проходит ток, как только коммутатор (4) получит сигнал с датчика зажигания (5), ток первичной обмотки прерывается. Клемма 1 катушки зажигания по средством коммутатора соединяется с массой. Во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение более 20 кВ.
Вторичное напряжение системы зажигания через клемму 4 катушки зажигания передается на датчик-распределитель на соответствующий цилиндр и свечу зажигания.
Блок управления определяет частоту вращения коленчатого вала (сигналы датчика) и на ее основании управляет временем накопления тока первичной обмотки катушки зажигания (длительностью открытого состояния выходного транзистора или тиристора системы зажигания) и его величиной. В соответствии с частотой вращения и напряжением аккумуляторной батареи, незадолго до появления искры зажигания устанавливается заданное значение первичного тока, то есть при увеличении частоты вращения длительность протекания тока увеличивается так же, как при уменьшении напряжения аккумуляторной батареи.
При включенном зажигании и неработающем двигателе (отсутствие сигнала датчика) через некоторое время (как правило, через одну секунду) отключается ток первичной обмотки катушки зажигания. Как только блок управления получит сигнал датчика (например, при запуске), он снова переходит в рабочее состояние.
Для адаптации момента зажигания к разным состояниям нагрузки регулировка осуществляется так же, как и в контактных системах зажигания, механическим способом посредством мембранного механизма вакуумного регулятора, а также центробежного регулятора. В результате сигнал датчика (и вместе с ним момент зажигания) изменяется в зависимости от оборотов и нагрузке двигателя.
Рисунок. Схема взаимодействия вакуумной и центробежной регулировки при управлении зажиганием посредством индуктивного датчика
- Центробежный регулятор
- Вакуумный регулятор опережения зажигания с мембранным механизмом
- Вал распределителя зажигания 4 - Полый вал
- Статор индуктивного датчика распределителя зажигания
- Ротор распределителя зажигания
Индуктивное формирование сигнала в бесконтактной транзисторной системе зажигания накоплением энергии в индуктивности
В результате вращения ротора датчика управляющих импульсов изменяется магнитное поле и в индукционной обмотке (статоре) создается представленное на рисунке а, б переменное напряжение. При этом напряжение увеличивается по мере приближения зубцов ротора к зубцам статора. Положительный полупериод напряжения достигает своего максимального значения, когда расстояние между зубцами статора и ротора минимальное. При увеличении расстояния магнитный поток резко меняет свое направление и напряжение становится отрицательным.
Рисунок. Датчик управляющих импульсов по принципу индукции
а) Технологическая схема
- Постоянный магнит
- Индукционная обмотка с сердечником
- Изменяющийся воздушный зазор
- Ротор датчика управляющих импульсов
б) временная характеристика переменного напряжения, индуктируемого датчиком управляющих импульсов tz = момент зажигания
В этот момент времени (tz) в результате прерывания первинного тока коммутатором инициируется процесс зажигания.
Количество зубцов ротора и статора в большинстве случаев соответствует количеству цилиндров. В этом случае ротор вращается с уменьшенной вдове частотой вращения коленчатого вала. Пиковое напряжение (± U) при низкой частоте вращения составляет прибл. 0,5 В, при высокой - прибл. до 100 В.
Момент зажигания можно проконтролировать только при работающем двигателе, поскольку без вращения ротора изменение магнитного поля не происходит и в результате не создается сигнал.
Вторую возможность бесконтактного управления искрообразованием, возможно осуществить с помощью датчик Холла.
Датчик Холла часто используется при переоборудование системы зажигания с контактной на бесконтактную, поскольку его удается установить вместо прерывателя на подвижную пластину.
В бесконтактном датчике используется эффект Холла (названный в честь его открывателя), заключающийся в возникновение поперечной разности потенциалов в проводнике с постоянным током под действием магнитного поля. Эффект Холла особенно эффективен в специальных полупроводника. Микросхема, интегрированная в датчик Холла еще больше усиливает сигнал.
Рисунок. Эффект Холла
- Av А2 - соединения, полупроводниковый слой
- UH - напряжение Холла
- В - магнитное поле (плотное)
- Iv - постоянный ток питания
При вращении экрана с прорезями (обтюратора) магнитное поле периодически воздействуют на датчик Холла. Если между магнитными направляющими обтюратор открыт (так называемые прорези), индуктируется напряжение Холла. Если в воздушном зазоре между магнитными направляющими обтюратор закрыт, то линии магнитного поля не могут воздействовать на датчик Холла и напряжение близко к нулю (Небольшие поля рассеяния полностью подавить нельзя). Благодаря характеристике напряжения Холла снова присутствует сигнал для искрообразования.
Рисунок. Принцип
- Обтюратор с шириной b
- Постоянный магнит
- Микросхема Холла
- Воздушный зазор
Количество прорезей соответствует в большинстве случаев количеству цилиндров, а обтюратор вращается вместе с ротором распределителя зажигания с уменьшенной вдвое частотой вращения коленчатого вала. Для регулирования опережения зажигания пластина, на которой закреплен датчик Холла, механически передвигается по уже знакомому принципу. Искрообразование происходит при включении датчика Холла (t2), то есть как только прорезь позволит линиям магнитного поля воздействовать на датчик Холла. В данном случае настройку зажигания можно выполнять при неработающем двигателе (соблюдайте информацию производителя!).
Рисунок. Характеристика напряжения Холла
При выполнении поиска неисправностей в бесконтактной системе зажигания помните:
Современные системы зажигания работают с очень высокими напряжениями, вследствие чего при соприкосновении стоковедущими частями системы может возникнуть опасность для жизни как на стороне первичного, так и вторичного тока. Поэтому при проведении работ с системой зажигания отключите зажигание и питающее напряжение!
Прежде чем начать поиск неисправностей, еще раз следует вспомнить функции зажигания (искра зажигания - достаточная мощность - правильный момент зажигания).
Во-первых, следует убедиться, что искра зажигания присутствует. Самый простой способ проверки: подключить новую свечу зажигания к проводу высокого напряжения (свеча зажигания должна быть соединена с массой двигателя) и кратковременно произвести запуск. Визуально проверить наличие искры. При отсутствии искры зажигания необходимо провести визуальный контроль всей системы, а также контроль разъемных соединений на предмет коррозии или наличия влаги и на точность посадки проводов.
Если явных повреждений не обнаружено, следует проследить процесс искрообразования в обратном порядке, от свечи зажигания через свечной наконечник и провод высокого напряжения к контакту на распределителе, от распределителя провод высокого напряжения к катушке зажигания и от катушки зажигания к блоку управления. Точно так же проверяются и входы блока управления.
Важно знать, отсутствует ли искра на одной свече зажигания или на всех. Если только на одной, неисправность может возникнуть на участке между свечой зажигания соответствующего цилиндра и распределителем. Если искра отсутствует на всех свечах, вероятнее всего искрообразования вообще не происходит, а неисправность находится на участке между распределителем и блоком управления или на входах блока управления.
В первом случае проверяют провод высокого напряжения от распределителя до свечи зажигания. Простая проверка сопротивления показывает исправность провода. Сопротивления свечного наконечника и провода распределителя суммируются. Для провода высокого напряжения с предварительным искровым промежутком такой способ проверки не подходит. В этом случае только при помощи индуктивных клещей, зажимаемых через провод высокого напряжения, можно проверить, передается ли вторичное напряжение системы зажигания по проводу. В противном случае функция проверяется опытным путем, заменой соответствующего провода высокого напряжения.
Если провод в порядке, тогда проверяют распределитель и крышку распределителя. При этом путем визуального контроля убедитесь, что контакты не сожжены, а на крышке распределителя отсутствуют трещины или другие повреждения.
Если искрообразования вообще не происходит, проверяют ротор распределителя зажигания (визуальный контроль, измерение сопротивления); точно так же поступают с кабелем высокого напряжения, ведущего от распределителя к катушке зажигания.
Следующее измерение сопротивления касается катушки зажигания. При этом сопротивление измеряют между клеммой 1 и клеммой 15 для первичного контура. Вторичный контур катушки зажигания измеряется между клеммами 4 и 1. При проведедении измерений учитывайте заданные значения производителей. Может быть, что перебои в первичной и вторичной обмотках катушки зажигания появляются только при повышенных температурах.
Для измерения сопротивления на катушке зажигания необходимо отсоединить все контакты.
Кроме того, на катушке зажигания проверяют напряжение питания на клемме 15. Оно должно составлять значение напряжения аккумуляторной батареи (минус падение напряжения на дополнительном резисторе). Далее на клемме 1 можно проверить угол поворота ротора датчика и скважность импульсов.
При частоте вращения холостого хода величина угла поворота ротора датчика составляет от 5 до 15, при повышении числа оборота увеличивается. В более старых моделях автомобилей без регулирования угла поворота ротора, но с безконтактной тиристорной системой зажигания параметр имеет постоянное значение.
Если катушка зажигания в порядке, но на клемме 15 отсутствует напряжение, необходимо проверить провод до замка зажиния в обратном порядке и устранить причину неисправности.
Если при пусковой частоте вращения регулирования угла поворота ротора датчика не происходит и скважность импульсов не измеряется, хотя питание через клемму 15 подается, следует проверить соответствующий выходной сигнал на блоке управления.
Если причина не в нем, необходимо проверить все входы на блоке управления. При этом в первую очередь следует убедиться, что на блок управления поступает напряжение питания, то есть опять входной сигнал клеммы 15. На клемме 3 должно присутствовать хорошее соединение с массой. Если в обоих случаях все в порядке, проверяют вход искрообразования. При этом, как уже упоминалось выше, различают индуктивное образование и образование датчиком Холла.
При индуктивном искрообразовании на клемме 7 при помощи осциллоскопа можно проверить выходное переменное напряжение. Если осциллоскопа под рукой не окажется, можно измерить также переменное напряжение. При этом помните, что измеряемое переменное напряжение может оставлять от 0,5 В до 100 В - в зависимости от частоты вращения двигателя.
При искрообразовании посредством датчика Холла на соответствующей клемме проверяют сигнал датчика Холла путем измерения скважности импульсов. В зависимости от производителя значение скважности импульса при пусковой частоте вращения может составлять от 10% до 30%. Если сигнал датчика Холла отсутствует, проверяется питание датчика. Кроме того, проверьте сопротивление провода в отсоединенном состоянии.
Существует опасность повреждения датчика Холла при измерении сопротивления!
После проверки электрических цепей следующим этапом является проверка момента зажигания.
Проверка момента зажигания может быть как статичная, то есть в неработающем состоянии, так и динамичная при работающем двигателе. До этого необходимо проверить механические устройства регулирования, поскольку их износ может нарушить правильную работу. Центробежное регулирование, зависящее от частоты вращения двигателя, проверяется лампой-стробоскопом, а также тестером, при медленном повышении частоты вращения двигателя. Перед этим отсоедините вакуумную трубку. В установленном производителем диапазоне частоты вращения момент зажигания должен плавно переместиться в сторону опережения,
Регулирование момента зажигания, зависящее от разряжения в сторону раннего или позднего, можно проверить просто, путем съема и установки вакуумной трубки привода вакуумного регулятора и одновременного наблюдения за смещением момента зажигания при помощи лампы-стробоскопа или тестера для двигателя. Регулирование в сторону позднего момента зажигания эффективно при холостом ходе, в сторону раннего момента при 2000-3000 мин^-1. Но и в данном случае точные значения зависят от инструкций производителя.
Причинами неудовлетворительной работы регулирующих устройств, зависящих от частоты вращения, могут быть коррозия датчиков или ослабление пружин. Функция механическо-пневматически регулирующих устройств, зависящих от нагрузки, может быть нарушена в результате повреждения мембранного механизма вакуумного регулятора (тугой ход, разгерметизация), механических повреждений, не герметичности вакуум-шлангов, а также неправильной настройки дроссельной заслонки.
Хоть и прогресс шагнул далеко вперед, все же осталось немало приверженцев классических моделей ВАЗ. К таким автомобилям можно отнести и старенькую копейку, которая давно уже снята с производства, и более современные, но так же уже не выпускаемые модели 2104 – . В этой статье речь пойдет о том, как контактное зажигание на бесконтактное (электронное) и действительно ли есть прок от такой замены.
В Сети на различных автомобильных форумах владельцы ведут многостраничные дебаты о преимуществах бесконтактного зажигания . И этих преимуществ действительно хватает. После установки бесконтактного зажигания работа становится ровной и мягкой. При резком разгоне автомобиля отсутствуют провалы. Существенно облегчается запуск а особенно в холодную погоду. Ну и конечно, заметная экономия топлива.
По сути, устройство бесконтактного зажигания не многим отличается от системы контактного зажигания . Единственными отличиями являются это отсутствие трамблера и наличием датчика импульсов с блоком транзисторного коммутатора.
Установка системы бесконтактного зажигания на ВАЗ
Для начала нужно приобрести комплект бесконтактного зажигания для . Настоятельно рекомендуем покупать бесконтактное зажигание в проверенных торговых точках. При этом стоит обратить внимание, что комплект должен соответствовать характеристикам двигателя вашего автомобиля, а длина вала трамблера не должна отличатся от длинны вала который стоит в данный момент на агрегате.
В комплект бесконтактного зажигания должны входить:
Чтобы замена бесконтактной системы зажигания прошла успешно нужно соблюдать правильную последовательность выполнения работ. Для начала нужно снять минусовую . Затем отсоединяем провода от катушки зажигания и центральный высоковольтный провод, после чего снимаем крышку трамблера. Теперь выставляем бегунок в положение как показано на рисунке, чтобы не сбить настройки зажигания. Также нужно сделать метку на блоке, чтобы правильно выставить новый трамблер бесконтактного зажигания. Обратите внимание, что метку ставим посредине пяти прорезей на нижней части корпуса трамблера. Теперь можно открутить гайку и вынуть старый трамблер контактной системы зажигания .
Перед установкой бесконтактного зажигания открываем крышку нового трамблера и ставим бегунок в такое же положение, как и на старом, перпендикулярно двигателю. И только потом вставляем его в отверстии блока цилиндров. После чего совмещаем метку, которую сделали предварительно, и зажимаем корпус гайкой.
Затем производим сборку: одеваем крышку, подключаем высоковольтные провода.
После чего отсоединяем и снимаем старую катушку зажигания и на ее место ставим новую. Подключаем к ней другой конец центрального высоковольтного провода, а вот коричневый провод, который шел от катушки к трамблеру теперь нам не пригодится и его смело можно отложить.
Подсоединяем на свои места все высоковольтные провода. Два коричневых провода подсоединяем к новой катушке зажигания к контакту “К”, а к контакту “Б” два синих.
Теперь определяемся с местом для коммутатора (можно в районе бачка омывателя) и с помощью саморезов закрепляем его. Подсоединяем разъем, и скручиваем все провода изолентой.
После проделанных операций заведите мотор и при необходимости подкорректируйте работу бесконтактного зажигания.
Система зажигания современного авто отличается достаточно сложным устройством, и предназначена для генерации высокого напряжения, необходимого для мгновенного сгорания топливной смеси. В настоящее время основная часть машин штатно оснащается бесконтактной системой зажигания, которая имеет выраженные преимущества перед контактной. В том случае, если авто работает с контактной системой, имеется возможность собственноручной замены ее на более совершенную бесконтактную.
Любая бесконтактная система зажигания состоит из множества конструктивных элементов, в числе основных имеет смысл отметить следующие из них:
Принцип работы бесконтактной системы зажигания достаточно прост. С поворотом ключа зажигания начинается поступление тока на монтажный блок, где происходит его распределение между катушкой, стартером, и остальными имеющимися в авто потребителями. Начавший движение коленвал заставляет датчик импульсов посылать сигналы на транзисторный коммутатор. Его задача заключается в остановке подачи тока на первичные обмотки катушки бесконтактной системы зажигания, что позволяет получить на вторичных витках ток высокого напряжения.
Он является пригодным для генерирования сильной искры свечами, к которым ток поступает от распределителя зажигания. Каждая свеча получает ток лишь в определенный момент, соответствующий текущему положению коленвала. Этот процесс контролируется регуляторами опережения зажигания, которые анализируют не только частоту вращения коленвала, но и степень нагрузки на двигатель. При оптимально отрегулированной бесконтактной системе зажигания, искра в свечах образуется достаточной мощности для быстрого воспламенения смеси и ее полного сгорания.
По сравнению с распространенной ранее контактной, бесконтактная система зажигания имеет массу плюсов - они делают ее более приемлемой в современных условиях, несмотря на то, что устройство бесконтактной системы зажигания отличается большей сложностью. Среди основных преимуществ необходимо выделить следующие:
Кроме этого, увеличенная энергия разряда существенно улучшает процесс воспламенения рабочей смеси. Что также благоприятно сказывается на работе силовой установки. Так, отмечается снижение расхода топлива и повышение мощности двигателя. Значительно улучшается и динамика разгона автомобиля, когда фиксируемое некоторое обеднение смеси делает ее быстрое воспламенение затрудненным. Отсутствие подвижных элементов в прерывателе упрощает обслуживание бесконтактной системы зажигания и способствует более адекватному распределению искры.
Схема бесконтактной системы зажигания достаточно сложна, особенно для малоопытного водителя, тем не менее, найти и устранить некоторые поломки бесконтактной системы зажигания реально своими силами. При невозможности завести автомобиль ключом зажигания, первое, на что следует обратить внимание - на стрелку вольтметра, встроенного в панель приборов.
При включении зажигания она должна занять среднее положение на шкале, а через некоторое время немного отклониться вправо - это говорит об исправности коммутатора. При отсутствии встроенного прибора, его может заменить контрольная лампа/вольтметр. Контрольный прибор присоединяется к массе и клемме «1» коммутатора. Движение стрелки вольтметра или горение лампы говорит о рабочем коммутаторе. Если при рабочем коммутаторе бесконтактная система зажигания не в состоянии запустить двигатель, необходимо проверить систему на искру.
Первоначально для этого извлекается центральный провод из распределителя и фиксируется примерно в 10 мм от массы. При включении стартера должна появиться искра. При проведении тестирования в одиночку вызвать образование искры удобнее, вращая бегунок, сняв для этого крышку распределителя. Если хода бегунка оказывается недостаточно, помогает поворот коленвала. Причиной нерабочей системы могут оказаться и бронепровода, ведущие к свечам, и сами свечи. При затруднениях с самостоятельной диагностикой, имеет смысл обратиться к специалистам. О том, как самостоятельно смонтировать такую систему на свой автомобиль, демонстрируется на видео .
Факультет механический. Кафедра сельскохозяйственной техники
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7 по предмету «Тракторы и автомобили»
Вопросы
1. БТСЗ с магнитоэлектрическим индукционным датчиком.
2. БТСЗ с датчиком Холла.
3. Преимущества БТСЗ
4. Электрическая схема БТСЗ с магнитоэлектрическим датчиком
Бесконтактная транзисторная система зажигания
Недостатки, связанные с наличием контактов прерывателя, полностью устранили, применив системы с бесконтактным управлением моментом зажигания и механическими автоматами регулирования угла опережения зажигания. Сигналы, которые руководят моментом зажигания, формируются бесконтактными датчиками, которые устанавливают в распределителе вместо подвижной пластины, прерывателя и кулачка.
Применяют в основном два типа генераторных датчиков:
- магнитоэлектрический индукционный датчик , который устанавливают на автомобилях типа ГАЗ , ЗИЛ , Лиаз , УАЗ . Принцип работы такого датчика основывается на явлении электромагнитной индукции. Он состоит из неподвижной катушки с определенным количеством витков и постоянного магнита, который вращается от коленчатого вала двигателя;
- датчик Холла , принцип действия которого состоит в возникновении ЭДС в полупроводниковой пластине с током, который находится в магнитном поле. Магнитная система, как правило, монтируется в датчик, а коммутация магнитного потока осуществляется специальной шторкой из магнитоэлектрической стали, механически соединенной с коленчатым валом. Такие датчики устанавливают на автомобилях ВАЗ-2108 , -2109 ,-1111 , "Ока" , ЗАС-1102 "Таврия" и т. п..
Коммутация тока в первичной обмотке индукционной катушки в БТСЗ осуществляется транзистором. При этом время, в течение которого происходит накопление энергии в магнитном поле, может зависеть от частоты вращения коленчатого вала двигателя (угол поворота коленчатого вала двигателя, при котором существует ток в первичной обмотке катушки зажигания постоянный и не зависит от частоты его вращения) или не зависеть от нее (время накопления энергии нормируется).
На рис. 1 изображена принципиальная схема бесконтактной транзисторной системы зажигания с магнитоэлектрическим индукционным датчиком, который представляет собой однофазный генератор сменного тока с ротором на постоянных магнитах, число пар полюсов которого отвечает числу цилиндров двигателя. К такой БТСЗ входят также высоковольтный датчик-распределитель 2 (датчик и распределитель конструктивно объединены в один агрегат - датчик-распределитель), катушка зажигания 4 , транзисторный коммутатор 3, свечи зажигания 1 и другие элементы.
Датчики-распределители БТСЗ (рис. 2 ) изготавливают на базе традиционных распределителей, в которых контакты прерывателя заменены бесконтактным датчиком. Поэтому целесообразно рассмотреть лишь особенности их конструкции.
В корпусе 3 на подшипнике 15 установлен статор 13 магнитоэлектрического датчика импульсов. Ротор напрессован на латунную втулку 12 , которая своей подковоподобной пластиной соединена с центробежным регулятором 16 угла опережения зажигания. Статор имеет обмотки 23 и две стальные пластины - 22 и 24 . Один конец обмотки соединен с выводом 5 датчика-распределителя.
Ротор состоит из кольцевого постоянного магнита 26 и двух клювоподобных стальных наконечников 25 и 27 , размещенных с обоих торцов постоянного магнита. Один наконечник имеет северный полюс, второй - южный. Зубцы наконечника с северным полюсом входят во впадины между зубцами южного полюса.
Для правильной установки полюсных наконечников 25 и 27 на втулку 12 в каждом наконечнике есть шип, а на втулке 12 - паз.
Рис. 1 - Принципиальная схема бесконтактной транзисторной системы зажигания с индукционным датчиком:
1 - свечи зажигания; 2 - датчик-распределитель; 3 - коммутатор; 4 - катушка зажигания
Для установки зажигания на статоре и роторе нанесенные метки 20 , которые совмещают при положении поршня первого цилиндра двигателя в ВМТ конца такта сжатия.
Датчики-распределители для 6- и 8-цилиндровых двигателей отличаются лишь числом пар полюсов статора и ротора и соответствующим числом высоковольтных выводов на крышке.
В датчике-распределителе автомобилей типа ГАЗ, УАЗ и других центробежный регулятор установлен на бронзовые втулке выше статора и ротора датчика, который снижает срабатывание подшипников и облегчает регулировку центробежного регулятора угла опережения зажигания.
Во время вращения ротора датчика напряжение, которое развивается им, подается на вход транзисторного коммутатора, который коммутирует ток в первичной обмотке катушки зажигания, обеспечивает накопление энергии в ней и возникновение высокого напряжения во вторичной обмотке в момент искрообразования соответственно углу опережения зажигания.
Рис. 2 - Датчик-распределитель системы зажигания с магнитоэлектрическим датчиком:
1 - муфта распределителя; 2 - опорная пластина; 3- корпус распределителя; 4 - масленка; 5 - вывод; 6 - вакуумный регулятор; 7 - крышка распределителя; 8 - центральный угольный электрод с пружиной; 9 - внешний контакт ротора; 10 - центральный контакт ротора; 11 - ротор; 12, 19 - втулки; 13 - статор магнитоэлектрического датчика; 14 - регулировочные шайбы; 15, 17 - подшипники; 16 - центробежный регулятор опережения зажигания; 18 - валик распределителя; 20 - метки; 21 - ротор датчика; 22, 24 - пластины; 23 - обмотка; 25, 27 - полюсные наконечники; 26 - кольцевой постоянный магнит
В случае неисправности магнитоэлектрического датчика или транзисторного коммутатора применяют резервную систему зажигания , в состав которой входят аварийный вибратор РС331 (51.3747), индукционная катушка и распределитель высокого напряжения . Во время работы вибратор с определенной частотой беспрерывно размыкает круг питания первичной обмотки индукционной катушки, которая в этом случае работает в режиме беспрерывного искрообразования.
Вибратор - это электромагнитный прерыватель с контактами, заблокированными конденсаторами С7 и С8 (см. рис. 6 ). Ток от аккумуляторной батареи через выключатель S1 , дополнительный резистор СЕ326 , соединение ВК-12 и клемму ВК проходит через первичную обмотку индукционной катушки и соединение КЗ , обмотку электромагнита вибратора и дальше на корпус и клемму "-" аккумуляторной батареи. Сердечник электромагнита намагничивается, якорек реле притягивается к сердечнику, размыкая при этом контакты и круг питания. Намагничивание сердечника исчезает, и якорек обратной пружиной возвращается в исходное положение, замыкая контакты.
Во время размыкания контактов вибратора одновременно исчезает ток в первичной обмотке индукционной катушки. В процессе спадания магнитного потока во вторичной обмотке возбуждается ток высокого напряжения, который вызывает искрообразование в свече зажигания. Потом процесс повторяется. Частота вибрации контактов составляет 250- 400 Гц.
Для включения резервной системы зажигания отсоединяют провод от клеммы КЗ транзисторного коммутатора, соединяют его с выводом вибратора и при включении зажигания сразу включают стартер. Если пуск двигателя не состоялся, выключают включатель зажигания, иначе импульсы тока высокого напряжения прожгут крышку датчика-распределителя.
Итак, резервная система зажигания имеет кратковременное действие, ее ресурс представляет не более чем 30 ч, и пользуются ею лишь для того, чтобы добраться к месту технического обслуживания. Кроме того, во время работы резервной системы не работают центробежный и вакуумный регуляторы, а значит, двигатель работает с не регулированным моментом зажигания, которое приводит к неравномерности работы двигателя и перерасхода топлива.
В случае применения БТСЗ с датчиком Холла время накопления энергии в катушке зажигания остается постоянным независимо от частоты вращения коленчатого вала. Энергия искры здесь в 3-4 разы выше, чем в КСЗ. Коммутатор такой системы довольно сложный (включает микросхему, силовой транзистор, несколько резисторов, стабилитроны и конденсаторы) и нуждается в осторожности в процессе эксплуатации. В частности, отсоединение провода от свечи может привести к пробою коммутатора или распределителя.
Магнитоэлектрические датчики Холла начали применять довольно широко еще в начале 70-х годов двадцатого столетия. Они характеризуются довольно высокой надежностью, долговечностью и малыми габаритами. Недостатками таких датчиков является постоянное потребление энергии и сравнительно высокая стоимость.
Принцип действия датчика Холла заключается в том, что когда на полупроводник, по которому проходит ток, подействовать магнитным полем, то в нем возникает поперечная разность потенциалов (ЭДС Холла). Такая ЭДС может иметь напряжение лишь на 3 В меньше, чем напряжение питания.
Рассмотрим полупроводниковую пластину размером 5x5 мм (рис. 3, а ). Если по пластине между двумя параллельными сторонами пропустить ток и одновременно подвести к ней постоянный магнит, а к двум другим сторонам квадрата присоединить провода, то получим генератор Холла (см. рис. 3, б ). Если между магнитом и полупроводником разместить подвижный экран с прорезами, то будем иметь импульсный генератор Холла (см. рис. 3, в ).
Подобные системы устанавливают на автомобилях ВАЗ-2108, ВАЗ-2109, ЗАС-1102 "Таврия" и др. Они выполнены по блоково-модульному принципу.
На рис. 4 приведена схема бесконтактной системы зажигания, которую устанавливают на двигателе Мемз-245 автомобилей ЗАС-1102 "Таврия". Она состоит из катушки зажигания 6 типа 53.9705 , коммутатора 5 типа 36620.3704 , датчика-распределителя 4 типа 53.013706 , свечей зажигания 3 типа А17ДВ-10 или А17ДВР и источника питания 7 , которое включается выключателем 1 .
В датчик-распределитель входят датчик Холла, выполненный в виде функционально законченного узла с чувствительным элементом, постоянным магнитом, усилителем и коммутатором. Здесь также смонтированы центробежный и вакуумный регуляторы угла опережения зажигания, октан-корректор и распределитель тока высокого напряжения.
Рис. 3- Принцип действия импульсного генератора Холла: а - нет магнитного поля и по полупроводнику проходит ток питания в направлении АВ; б - под действием магнитного поля Н появляется ЭДС Холла - EF; в - датчик Холла
Датчик Холла через специальный разъем 2 проводами низкого напряжения соединен с коммутатором, который, в свою очередь, подключен к источнику тока и катушки зажигания.
При замкнутом выключателе 1 и вращении валика датчика-распределителя на выходе датчика Холла возникают импульсы напряжения, которые из контакта 2 разъема поступают на контакт 6 коммутатора и руководят его работой, осуществляя подачу и прерывание тока в первичном круге катушки зажигания.
Рис. 4 - Схема бесконтактной системы зажигания автомобильного двигателя Мемз-245:
1 - выключатель зажигания; 2 - разъем; 3 - свечи зажигания; 4 - распределитель; 5 - коммутатор; 6 - катушка зажигания; 7 - источник питания
В отличие от прежде рассмотренных систем зажигания, управляющие импульсы напряжения здесь формируются в датчике, который кроме гальваномагнитного элемента Холла имеет усилитель и компаратор и выполнен в виде функционально и конструктивно завершенного узла. Он выдает полностью сформированный сигнал, параметры которого не зависят от частоты вращения, условий и продолжительности эксплуатации, обеспечивает стабильные характеристики искрообразования
Такая система зажигания является системой высокой энергии. В ней применяют катушку зажигания с уменьшенной индуктивностью и активным сопротивлением первичной обмотки 0,45 ± 0,05 Ом, что дает возможность увеличить ток размыкания до 8-9 А, повысить уровень накопительской энергии и скорость роста импульса высокого напряжения до 700 В/мкс.
Тем не менее, по этим причинам на коммутатор возлагают дополнительные функции, среди которых: ограничение тока в первичном круге катушки при низкой частоте вращения вала двигателя; отключение катушки при неработающем двигателе; регулирование времени накопления энергии в катушке в зависимости от режима работы двигателя, который существенным образом снижает надежность работы коммутатора.
На рис. 5 изображена конструкция 4-х искрового датчика-распределителя 40.3706, который имеет вакуумный и центробежный регуляторы угла опережения зажигания, принцип действия которых и конструкция подобны прежде рассмотренного распределителя БТСЗ с магнитоэлектрическим датчиком импульсов.
Рис. 5 - Датчик-распределитель 40.3706 автомобилей ВАЗ-2108, ВАЗ-2109 системы зажигания с датчиком Холла:
1 - муфта; 2 - валик; 3 - маслозащитное кольцо; 4 - сальник; 5 - корпус распределителя; 6 - втулка; 7 - подшипник; 8 - недвижимая пластина; 9 - изоляционная прокладка; 10 - крышка; 11 - ротор; 12 - винт; 13 - датчик Холла; 14 - экран; 15 - втулка крепления экрана; 16 - центробежный автомат; 17 - штекерное соединение; 18 - вакуумный автомат
Датчик 13 - бесконтактный электронный, в котором используется эффект Холла. Он состоит из постоянного магнита, полупроводниковой пластины и интегральной микросхемы. Между полупроводниковой пластиной и магнитом есть зазор, сквозь который проходит стальной экран 14 с четырьмя прорезами (по числу цилиндров). Когда в зазоре находится прорез экрана, то магнитное поле действует на полупроводниковую пластину и на ней возникает разность потенциалов, которая превращается в микросхеме на сигнал на выходе датчика. Во время прохождения сквозь зазор стального экрана магнитное поле замыкается через него и не действует на полупроводниковую пластину.
Стальной экран соединен с валиком датчика-распределителя, и во время его вращения происходит импульсное действие магнитного поля на полупроводниковую пластину, а на выходе датчика формируются отрицательные импульсы напряжения определенной величины. Когда экран находится в зазоре датчика, то напряжение на выходе Uмах меньше напряжения питания приблизительно на 3 В. Если в зазор попадает прорез, то Umin< 0,4 В. Отношение периода Т к продолжительности импульса Ti равняется 3. Напряжение питания датчика 8-14 В подается по проводам от коммутатора через клеммы штекерного соединение 17. На эту самую колодку выводит сигнал из выхода датчика и идет дальше на вход коммутатора.
Центробежный регулятор угла опережения зажигания 16 закреплен на валике 2 . К втулке ведомой пластины центробежного автомата приклепан экран 14 . Таким образом, ведомая пластина составляет одно целое с экраном и они могут вращаться на валике в определенных границах.
Применение БТСЗ имеет важные преимущества , а именно:
Контакты прерывателя не обгорают (как в КСЗ) и не загрязняются (как в КТСЗ);
Нет необходимости продолжительное время восстанавливать момент зажигания, контролировать и регулировать угол запертого (разомкнутого) состояния контактов, в результате двигатель не теряет мощности по этим причинам;
Не нарушается равномерность распределения искровых импульсов по цилиндрам, поскольку из-за отсутствия контактов нет битья и вибрации их, а соответственно, и ротора распределителя;
Повышенная энергия разряда на свече в БТСЗ надежно обеспечивает зажигание рабочей смеси за разных режимов работы двигателя, который особенно эффективно во время разгона автомобиля, когда обедненность смеси не полностью компенсируется даже ускоряющим насосом.
Эффективное зажигание приблизительно на 20% снижает содержимое CO в отработанных газах и на 5% - расход топлива; обеспечивает надежный пуск холодного двигателя при низких температурах и в случае спада напряжения питания даже до 6 В.
Бесконтактные транзисторные системы зажигания могут быть установлены на автомобилях с классической системой зажигания (КСЗ). В этом случае вместо прерывателя-распределителя и катушки зажигания устанавливают три новых прибора: датчик-распределитель, другую индукционную катушку и коммутатор.
Электрическая схема бесконтактной системы зажигания с магнитоэлектрическим датчиком изображена на рис. 6 .
Эта система работает так . При включенном зажигании и неподвижном роторе датчика электрические импульсы в его обмотке не возбуждаются. При этом транзистор VT1 закрыт, его база и эмиттер имеют одинаковый потенциал. В таком случае потенциал базы транзистора VT2 несколько выше, чем эмиттера, и через переход база-эмиттер проходит ток управления по кругу: аккумуляторная батарея, выключатель S1, дополнительный резистор СЕ326 , соединение ВК12 , диод VD7 , резистор R6 , диод VD3 VT2 , резисторы R3 , R9 и направляется на корпус, т. е. к "минусовой" клемме аккумуляторной батареи.
Тогда транзистор VT2 приоткрывается и через его переход коллектор-эмиттер проходит ток управления транзистора VT3 , что приводит к открыванию транзистора VT3 , возникновение тока управления и открывание исходного транзистора VT4 . Через открытый транзистора VT4 ток поступает в первичную обмотку индукционной катушки, создавая магнитный поток. При этом ток проходит по кругу: клемма "+" аккумуляторной батареи, выключатель S1 , резистор СЕ326 , соединение ВК12 , первичная обмотка индукционной катушки, диод VD8 , переход коллектор-эмиттер транзистора VT4 , корпус, клемма "-" аккумуляторной батареи. Итак, схема подготовлена к формированию импульсов высокого напряжения.
Рис. 6 - Схема бесконтактной транзисторной системы зажигания GB
В случае вращения коленчатого вала двигателя стартером, и как следствие ротора датчика, в обмотке возбуждаются импульсы переменного тока синусоидальной формы, который через диод VD1 и резистор R1 , переход база-эмиттер транзистора VT1 и корпус поступает во второй конец обмотки датчика. При достижении наибольшего значения положительной полуволны синусоидального тока транзистор VT1 приоткрывается и шунтирует переход база-эмиттер транзистора VT2 , соединяя его базу через диод VD3 с клеммой "-" батареи. Транзистор VT2 закрывается, как следствие закрываются и транзисторы VT3 и VT4 , переходя в режим отсечения, т. е. ток через них не проходит. При этом ток в первичной обмотке индукционной катушки резко уменьшается, а ниспадающий магнитный поток возбуждает в витках вторичной обмотки ток высокого напряжения, который распределяется распределителем по свечам зажигания.
Одновременно ниспадающий магнитный поток возбуждает ЭДС самоиндукции в первичной обмотке, которая может привести к пробою транзисторов. Во избежание этого, параллельно транзистору VT4 включен стабилитрон VD9 , что обеспечивает зарядку конденсаторов С3 и С6 . При этом в контуре, который состоит из первичной обмотки индукционной катушки и конденсатора СЗ , возникают затухающие колебания, которые возбуждают во вторичной обмотке серию импульсов высокого напряжения, и как следствие поочередно еще несколько последовательных искр (до 10 и больше) в свече зажигания. Именно повышение интенсивности искрообразования есть одно из главных преимуществ электронных схем зажигания, которое повышает возможность быстрого пуска двигателя, особенно в холодную пору года. Положительный период ЭДС самоиндукции через диод VD8 по кругу обратной связи (резистора R2 и конденсатора С1 ) поступает на базу VT1 , ускоряя его открывание. Так заканчивается один цикл работы схемы, и как следствие возникновение искры в одной свече зажигания.
Для очередного срабатывания схемы нужно открыть транзистор VT4 и пропустить ток через первичную обмотку индукционной катушки. Это осуществляется так: отрицательная полуволна синусоидального тока датчика замыкает входной транзистор VT1 , в этом случае транзистор VT2 приоткрывается, а вместе с ним приоткрываются и транзисторы VT3 и VT4 , итак, ток снова начинает поступать в первичную обмотку индукционной катушки. Дальше процесс повторяется.
При незначительной частоте вращения коленчатого вала двигателя стартером частота вращения ротора датчика и, значит частота импульсов управления незначительные, что увеличивает продолжительность положительных импульсов. В результате конденсатор С1 заряжается и разряжается несколько раз, а транзисторы VT1 , VT2 , VT3 , VT4 переходят из открытого состояния в закрытый. При этом магнитный поток первичной обмотки индукционной катушки возникает и исчезает несколько раз, который и вызывает серию импульсов тока высокого напряжения и искр в свече зажигания.
С увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя до 600 мин-1 и выше увеличивается частота вращения ротора датчика и, значит количество импульсов управления, продолжительность которых соответственно уменьшается. Одновременно уменьшается частота зарядки и разрядки конденсатора С1 в круге обратной связи, колеблющийся процесс в контуре первичной обмотки индукционной катушки и конденсатора С3 прекращается и в схеме возбуждается лишь один импульс тока высокого напряжения, а в свече зажигания возникает лишь одна искра.
Стабилитроны VD5 и VD6 защищают транзисторный коммутатор от возможного превышения напряжения в системе электропитания машины. Так, в случае повышения напряжения генератора до 17-18 В (вместо 14 В) через стабилитроны VD5 и VD6 ток проходит в обратном направлении, от клеммы "+" генератора через резистор R5 на переход база-эмиттер транзистора VT1 . При этом последний приоткрывается и обуславливает закрытие транзисторов VT2 , VT3 и VT4 , что приводит к нарушению работы системы зажигания и свидетельствует о необходимости регулирования напряжения генератора.
Опережение зажигания осуществляется рычажками центробежного регулятора 16 (см. рис. 2), которые при повышении частоты вращения валика датчика-распределителя через пластину прокручивают ротор датчика в сторону вращения. При этом управляющий импульс подается на транзисторный коммутатор несколько раньше и угол опережения зажигания также увеличивается. Вакуумный регулятор 6 действует при изменении давления во всасывательном трубопроводе двигателя и мембрана, перемещаясь в ту или другую сторону, через тягу поворачивает статор 13 относительно ротора, соответственно изменяя угол опережения зажигания.
Крышка 7 распределителя, в частности данного распределителя, имеет девять выводов, из которых восемь соединены проводами высокого напряжения со свечами зажигания, а центральный - через угольный подвижный электрод типа ДСНК - с контактной пластиной ротора 11 . Угольный электрод имеет активное сопротивление 6-15 кОм и, кроме пропуска тока высокого напряжения, уменьшает радиопомехи от системы зажигания. Итак, ротор, вращаясь, распределяет импульсы высокого напряжения по неподвижным контактам высоковольтных выводов крышки, соединенных с свечами в порядке работы цилиндров двигателя.
Применение агрегатов в разных системах зажигание приведено в табл. 1.
|
систем зажигания |
||||
|
Прерыватель или датчик- |
Электронный |
Дополнительный |
||
|
автомобиля |
распределитель |
зажигание |
коммутатор |
резистор |
|
Контактные системы зажигания |
||||
|
ГАЗ-24, УАЗ- |
||||
|
452ВС, -469БМ |
||||
|
"Москвич-2140", |
||||
|
ІЖ-2125, -2715 |
||||
|
Контактнотранзисторные системы зажигания |
||||
|
"Урал-375ДМ" |
||||
|
ПАЗ, КАвЗ |
||||
|
Бесконтактные электронные системы зажигания |
||||
|
ВАЗ-2108, -2109 |
||||
|
Микропроцессорные системы зажигания |
||||
|
ВАЗ-21083-02, |
||||
|
"Москвич-2141" |
||||
*1 - экранированное выполнение; *2 - в комплекте с аварийным вибратором РС331; *3 - в комплекте с аварийным вибратором 51.3734-01; *4 - коммутатор
Все рассмотренные схемы систем зажигания имеют режим одноразового искрообразования, продолжительность которого даже в лучших образцах достигает 2,5-3,0 мс. Увеличить его или ввести режим многоразового искрообразования без дальнейшего осложнения схемы практически невозможно. Это побуждает конструкторов к поиску других функциональных и конструктивных решений, включение в устройстве управления микропроцессоров и микроконтроллеров для автоматической установки оптимального момента зажигания, применение блоково-модульного принципа построения систем с унификацией функциональных модулей и взаимозаменяемостью.
Контрольные вопросы.
1. Каким образом устранили недостатки КТСЗ, применив БТСЗ.
2. Назовите типы генераторных датчиков в БТСЗ?
3. Из чего состоит БТСЗ с магнитоэлектрическим датчиком?
4. Из чего состоит магнитоэлектрический датчик?
5. Принцип работы магнитоэлектрического датчика.
6. Какие регулировки предусмотрены в датчике-распределителе БТСЗ для установки угла опережения зажигания?
7. Что применяют в БТСЗ в случае неисправности магнитоэлектрического датчика и транзисторного коммутатора?
8. Из чего состоит резервная система зажигания?
9. Принцип работы резервной системы зажигания.
10. Как включают в работу резервную систему зажигания?
11. На чем основан принцип действия датчика Холла?
12. Из чего состоит датчик Холла?
13. Составляющие БТСЗ с датчиком Холла.
14. Преимущества применения БТСЗ.
1. Описать возможные варианты БТСЗ.
2. Зарисовать схему БТСЗ с магнитоэлектрическим датчиком (рис. 1), ее составляющие.
3. Описать устройство и работу магнитоэлектрического датчика в БТСЗ.
4. Описать назначение, подсоединение, составляющие и работу резервной системы зажигания.
5. Описать принцип действии и конструкцию датчика Холла.
Список литературы.
1. А. М. Гуревич и др. Конструкция тракторов и автомобилей. М.: Агропромиздат, 1989. – с. 309-310
2. В. А. Родичев. Тракторы и автомобили. М.: Колос, 1998. – с. 284-286, с. 301-304.
3. М. Ф. Бойко. Трактори та автомобілі. Єлектрообладнання. 2 частина. Київ. Вища освіта, 2001 – с. 92-105.
