Система зажигания

3. Контактно-транзисторная  система зажигания.

Контактно-транзисторная  система зажигания явилась переходным этапом от контактной к бесконтактным электронным системам. В ней устраняется недостаток контактной системы - подгорание и износ контактов прерывателя, коммутирующих цепь с индуктивностью и значительной силой тока. В контактно-транзисторной системе первичную цепь обмотки возбуждения коммутирует транзистор, управляемый контактами прерывателя. С применением контактно-транзисторной системы на автомобиле появился новый блок - электронный коммутатор, объединяющий в себе силовой коммутирующий транзистор и элементы схемы его управления и защиты.

На рис. 8.7 представлена схема контактно-транзисторного зажигания с коммутатором ТК 102, которая  более четверти века обеспечивает зажигание  восьмицилиндровых двигателей автомобилей  ЗИЛ и ГАЗ. При замыкании контактов  прерывателя через них начинает протекать ток базы транзистора VT1, который открывается и включает первичную обмотку катушки зажигания  к источнику питания. При размыкании контактов прерывателя транзистор VT1 закрывается, ток в первичной  цепи резко прерывается и на свечах появляется всплеск высокого напряжения, как и в контактной системе. Характеристики контактно- транзисторной системы  аналогичны контактной, за исключением  того, что снижения вторичного напряжения на низких частотах, вращения кулачка  не происходит. Импульсный трансформатор Т в схеме ускоряет запирание транзистора, цепь VD1, VQ2 защищает транзистор от перенапряжений, а конденсатор С2 - от случайных импульсов напряжения по цепи питания. Конденсатор С1 способствует уменьшению коммутационных потерь, в транзисторе. Добавочный резистор 4 закорачивается при пуске двигателя.

Срок службы контактов прерывателя, в контактно-транзисторной  системе больше, чем в контактной, так как базовый ток, коммутируемый  ими, невелик. Однако механический износ прерывательного механизма, влияние вибраций на работу контактов в системе не устранены. В настоящее время выпускаются различные электронные блоки, аналоги зарубежных, улучшающие работу контактной системы зажигания и фактически превращающие ее в контактно-транзисторную (ТАНДЕМ-2, БУЗ-06, ОКТАН-1, ЭРУОЗ и др.)

4. Электронные системы зажигания.

В электронных, системах зажигания контактный прерыватель  заменен бесконтактными датчиками. В качестве датчиков используются оптоэлектронные  датчики, датчики Виганда, но наиболее часто магнитоэлектрические, датчики (МЭД) и датчики Холла (ДХ).

МЭД бывают генераторного и коммутаторного типов. В генераторном датчике вращается постоянный магнит, помещенный внутрь клювообразного магнитопровода. При этом в катушке, надетой на свой клювообразный магнитопровод, наводится ЭДС. В МЭД коммутаторного типа вращается зубчатый ротор из магнитомягкого материала, а магнит неподвижен. ЭДС в катушке наводится за счет изменения величины ее магнитного потока при совпадении и расхождений выступов статора и ротора. Недостатком МЭД является зависимость величины выходного сигнала от частоты вращения, а также значительная величина индуктивности катушки, вызывающая запаздывание в прохождении сигнала.

От этих недостатков  избавлен датчик Холла. Особенность  состоит в том, что ЭДС, снимаемая  с двух граней его чувствительного  элемента, пропорциональна произведению силы тока, подводимого к двум другим граням на величину индукции магнитного поля, пронизывающего датчик. В реальных системах магнитное поле создается неподвижным магнитом, который отделен от датчика магнитомягким экраном с прорезями. Если между магнитом и чувствительным элементом попадает стальной выступ, магнитный поток им шунтируется и на датчик не попадает, ЭДС на выходе чувствительного элемента отсутствует. Прорезь беспрепятственно пропускает магнитный поток, и на выходе элемента появляется ЭДС. Обычно датчик Холла совмещают с микросхемой, стабилизирующей ток его питания и усиливающей выходной сигнал. В реальном датчике эта схема инвертирует сигнал, т.е. напряжение на его выходе появляется, когда выступ экрана проходит мимо чувствительного элемента.

Наиболее простой  в схемном и функциональном исполнении является бесконтактная система  зажигания с нерегулируемым временем накопления энергии.  

5. Бесконтактные системы зажигания с нерегулируемым временем накопления энергии.

Бесконтактная система зажигания с нерегулируемым временем накопления энергии принципиально  отличается от контактно-транзисторной  только тем, что в ней контактный прерыватель заменен бесконтактным  датчиком. На рис. 8.9 приведена схема системы с коммутатором 13.3734-01 автомобилей "Волга".

Сигнал с обмотки L магнитоэлектрического датчика  через диод VD2, пропускающий только положительную полуволну напряжения, и резисторы R2, R3 поступает на базу транзистора VT1. Транзистор открывается, шунтирует переход база-эмиттер  транзистора \/Т2, который закрывается. Закрывается и транзистор VT3, ток в первичной обмотке катушки зажигания прерывается, и на выходе вторичной обмотки возникает высокое напряжение. В отрицательную полуволну напряжения транзистор VT1 закрыт, открыты VT2 и VT3, и ток начинает протекать через первичную обмотку Катушки возбуждения. Очевидно, что число пар полюсов датчика должно соответствовать числу цилиндров двигателя.

Цепь R3-C1 осуществляет фазосдвигающие функций, компенсирующие фазовое запаздывание протекания тока в базе транзистора VT1 из-за значительной индуктивности обмотки датчика L, чем снижается погрешность момента  искрообразования.

Стабилитрон VD3 и резистор R4 защищают схему коммутатора  от повышенного напряжения в аварийных  режимах, так как, если напряжение в  бортовой цепи превышает 18 В, цепочка начинает пропускать ток, транзистор VT1 открывается и закрывается выходной транзистор VT3. Цепями защиты от опасных импульсов напряжения служат конденсаторы СЗ, С4, С5, С6; диод VD4 защищает схему от изменения полярности бортовой сети. Установка угла опережения зажигания по частоте вращения коленчатого вала и нагрузке двигателя, осуществляется так же, как в контактном зажигании. Форма и величина выходного напряжения магнитоэлектрического датчика изменяются с частотой вращения, что влияет на момент искрообразования.

В системе, кроме  того, не устранен существенный недостаток контактного зажигания - уменьшение вторичного напряжения при росте  частоты вращения коленчатого вала. Поэтому более перспективна система  с регулированием времени накопления энергии.   

6. Система зажигания с регулированием времени накопления энергии.

Регулируя время  накопления энергии, т.е. время, когда  первичная цепь катушки зажигания  подключена к сети питания, можно  сделать ток разрыва этой цепи независимым или мало зависимым  от частоты вращения коленчатого  вала двигателя, а значит, и избавиться от недостатка контактной системы зажигания - снижения вторичного напряжения с  ростом частоты вращения. Принцип  такого регулирования состоит в  том, чтобы с ростом частоты вращения увеличить относительное время  включения катушки зажигания  в сеть так, чтобы абсолютное время  включения осталось неизменным. На рис. 8.10 представлена система зажигания  автомобиля ВАЗ-2108 с электронным  коммутатором 36.3734 и датчиком Холла. В коммутаторе применена микросхема L497B. Стабилизация величины вторичного напряжения достигается в схеме  двумя путями - во-первых, регулированием времени нахождения транзистора VT1 в открытом состоянии, т.е. времени  включения первичной цепи обмотки  зажигания в сеть, во-вторых, ограничением величины тока в первичной цепи величиной  около 8 А. Последнее, кроме того, предотвращает  перегрев катушки.

Схема работает следующим образом - с датчика  Холла на вход коммутатора приходит сигнал прямоугольной формы, величина которого приблизительно на 3 В меньше напряжения питания, а длительность, соответствует прохождению выступов экрана мимо чувствительного элемента датчика. Нижний уровень сигнала 0,4 В соответствует прохождению прорези. В момент перехода от высокого уровня к низкому происходит искрообразование.

В микросхеме коммутатора  сигнал в блоке формирования периода, накопления энергии сначала инвертируется, затем интегрируется. На выходе интегратора  образуется пикообразное напряжение, величина которого тем больше, чем меньше частота вращения двигателя. Это напряжение поступает на вход компаратора, на другой вход которого подано опорное напряжение. Компаратор преобразует величину напряжения во время. Сигнал на входе компаратора имеет место тогда, когда величина пилообразного напряжения достигает опорного и превышает его. При большой частоте вращения величина пилообразного напряжения мала, соответственно мала и длительность сигнала на выходе компаратора. С исчезновением выходного сигнала компаратора через схему управления открывается транзистор VT1, и первичная .цепь зажигания включается в сеть. Следовательно, время накопления энергии в катушке соответствует времени отсутствия сигнала на выходе компаратора. Уменьшение длительности выходного сигнала компаратора позволяет увеличить относительную величину времени накопления энергии и тем самым стабилизировать ее абсолютное значение.

Блок ограничения  силы выходного тока срабатывает  по сигналу, снимаемому с резисторов, включенных последовательно в первичную  цепь зажигания. Если этот сигнал достигает  уровня соответствующего силе тока 8 А, блок переводит выходной транзистор в активное состояние с фиксированием этой величины тока.

Блок безискровой отсечки отключает катушку зажигания в случае, если включено электропитание, но вал двигателя неподвижен. При этом, если при остановленном двигателе выходное напряжение датчика соответствует низкому уровню, катушка отключается сразу, в противном случае отключение происходит через 2 - 5 с.

Схема насыщена элементами защиты от всплесков напряжения и включения обратной полярности питания. Регулировка угла опережения зажигания осуществляется традиционными  способами, т.е. центробежным и вакуумным  регуляторами.

Микросхема L497B применяется в двухканальном  коммутаторе 64.3734-20 для систем с низковольтным  распределителем энергии. В коммутаторе 6420.3734 применен выходной, транзистор BY 931 ZPF1 с внутренней защитой от перенапряжений, что в значительной мере повысило надежность работы коммутатора.

7. Микропроцессорные системы зажигания.

В микропроцессорной  системе зажигания применяется  электронное управление углом опережения зажигания. Как правило, микропроцессорная  система одновременно управляет  и системой топливоподачи либо полностью (система “Motronic” фирмы “Bosch”), либо каким-либо ее элементом, чаще всего экономайзером принудительного холостого хода (автомобиль ВАЗ-21083, ГАЗ-3302 "Газель" и др.).

Центральной частью микропроцессорной системы является контроллер (микро-ЭВМ, микропроцессор).

На рис. 8.11 представлена структурная схема контроллера МС2713. В задачу контроллера входит обработать информацию, поступающую от датчиков, и в соответствии с ней, установив оптимальный для данного режима угол опережения зажигания, дать команду через коммутатор на образование искры зажигания. В режиме принудительного холостого хода контроллером выдается команда на прекращение топливоподачи. Контроллер получает информацию от индукционных датчиков: начала отсчета НО, установленного на картере сцепления так, что он генерирует импульс напряжения в момент прохождения в его магнитном поле стального штифта, укрепленного на маховике, при положении в верхней мертвой точке поршней 1 и 4 цилиндров, и датчика угловых импульсов УИ, реагирующего на прохождение зубьев венца маховика и снабжающего контроллер информацией о частоте вращения и угле поворота коленчатого вала двигателя, полупроводникового датчика температуры охлаждающей жидкости t порогового типа, информирующего о достижении температуры заданного уровня, датчика разряжения во впускном коллекторе Р тензометрического типа, информирующего о нагрузке двигателя.

Для управления экономайзером принудительного  холостого хода (ЭПХХ) сигнал поступает  с концевого выключателя KB от дроссельной заслонки.

Сигналы с датчиков НО и УИ преобразуются преобразователем сигналов в прямоугольные импульсы с логическими уровнями интегральных микросхем, сигнал с датчика разряжения, величина которого по напряжению пропорциональна разряжению, также преобразуется до временные импульсы.

Система работает следующим образом: в постоянно  запоминающем устройстве ПЗУ контроллера  записана информация об оптимальном  угле опережения зажигания в зависимости  от частоты вращения коленчатого  вала и нагрузки двигателя. Информация записана в двух вариантах - характеристики для холодного (температура охлаждающей  жидкости ниже 65°С) и прогретого двигателя.

8. Катушка зажигания.

В настоящее  время применяются два вида катушек - с разомкнутым и замкнутым магнитопроводом. Они могут выполняться по трансформаторной и автотрансформаторной схемам соединения обмоток. В автотрансформаторной схеме уменьшается число выводов и в создании высокого напряжения участвует и первичная катушка, включенная последовательно со вторичной. Трансформаторная связь обычно применяется в катушках электронных систем зажигания во избежание опасных воздействий всплесков напряжения при разряде на электронные элементы.