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. 4 представлена схема контактно-транзисторного зажигания с коммутатором ТК102, которая обеспечивает зажигание восьмицилиндровых двигателей автомобилей ЗИЛ и ГАЗ.

При замыкании контактов прерывателя через них начинает протекать базовый ток транзистора VT, который открывается и включает первичную цепь обмотки возбуждения в питающую сеть. При размыкании контактов прерывателя транзисторVTзакрывается, ток в первичной цепи резко прерывается и на свечах появляется всплеск высокого напряжения, как это и было 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 Тв схеме ускоряет запирание транзистора, цепьVD1,VD2защищает транзистор от перенапряжений, а конденсаторС2- от случайных импульсов напряжения по цепи питания.

Конденсатор С1способствует уменьшению коммутационных потерь в транзисторе. Добавочный резистор 4 закорачивается при пуске.

Срок службы контактов прерывателя в контактно-транзисторной системе больше, чем в контактной, так как базовый ток, коммутируемый ими, невелик. Однако механический износ механизма прерывателя и влияние вибраций на работу контактов в этой системе не устранены.

В настоящее время выпускаются различные электронные блоки, улучшающие работу контактной системы зажигания и фактически превращающие ее в контактно-транзисторную (ТАНДЕМ-2, БУЗ-06, ОКТАН‑1, ЭРУОЗ и др.).

Контрольные вопросы

1. Чем приводится в движение кулачек прерывателя и какова его роль в работе системы зажигания?

2. Зачем в первичную цепь катушки зажигания включают добавочный резистор?

3. Через какой механизм высокое напряжение подается к свечам зажигания?

4. Что представляет собой катушка зажигания, из чего она состоит и как работает?

5. Как изменяется вторичное напряжение катушки зажигания в зависимости от частоты вращения двигателя и почему?

6. Чем отличается контактно-транзисторная система зажигания от контактной, как она работает и в чем ее преимущество?

10. 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 расхождении выступов статора и ротора. Недостатком МЭД является зависимость выходного сигнала от частоты вращения, а также значительная индуктивность катушки, вызывающая запаздывание в прохождении сигнала.

От этих недостатков избавлен датчик Холла Особенность его состоит в том, что ЭДС, снимаемая с двух граней его чувствительного элемента, пропорциональна произведению силы тока, подводимого к двум другим граням, на индукцию 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.

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

Бесконтактные системы зажигания с нерегулируемым временем накопления энергии.

Такая система зажигания принципиально отличается от контактно-транзисторной только тем, что в ней контактный прерыватель заменен бесконтактным датчиком.

На рис. 1 приведена схема системы с коммутатором 13.3734-01 автомобилей «Волга».

Сигнал с обмотки Lмагнитоэлектрического датчика через диодVD2, пропускающий только положительную полуволну напряжения, и резисторыR₂,R₃поступает на базу транзистораVT1. Транзистор открывается, шунтирует переход база-эмиттер транзистораVT2, который закрывается. Закрывается и транзисторVT3, ток в первичной обмотке катушки зажигания прерывается и на выходе вторичной обмотки возникает высокое напряжение. В отрицательную полуволну напряжения транзисторVT1закрыт, открытыVT2иVT3, и ток начинает протекать через первичную обмотку катушки зажигания. Очевидно, что число пар полюсов датчика должно соответствовать числу цилиндров двигателя.

Цепь R3-C1осуществляет фазосдвигающие функции, компенсирующие фазовое запаздывание протекания тока в базе транзистораVT1из-за значительной индуктивности обмотки датчикаL, что снижает погрешность момента искрообразования.

Стабилитрон VD3и резисторR4защищают схему коммутатора от повышенного напряжения в аварийных режимах, так как, если напряжение в бортовой цепи превышает 18В, цепочка начинает пропускать ток, транзисторVT1открывается и закрывается выходной транзисторVT3. В цепях защиты от опасных импульсов напряжения служат конденсаторыСЗ,С4,С5,С6; диодVD4защищает схему от изменений полярности бортовой сети.

Форма и величина входного напряжения магнитоэлектрического датчика изменяются с частотой вращения, что влияет на момент искрообразования. Кроме того, в системе, не устранен существенный недостаток контактного зажигания - уменьшение вторичного напряжения при росте частоты вращения коленчатого вала. Поэтому более перспективна система с регулированием времени накопления энергии.

Бесконтактная 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. 2 представлена система зажигания автомобиля ВАЗ-2108 с электронным коммутатором 36.3734-20 и датчиком Холла.

В коммутаторе применена микросхема L497B. Стабилизация вторичного напряжения достигается в схеме двумя путями: регулированием времени нахождения транзистора VT1в открытом состоянии (т.е. времени включения первичной цепи катушки зажигания в сеть) или ограничением силы тока в первичной цепи значением около 8 А. Последнее, кроме того, предотвращает перегрев катушки.

Схема работает следующим образом. С датчика Холла на вход коммутатора приходит сигнал прямоугольной формы, который приблизительно на 3В меньше напряжения питания, с длительностью, соответствующей 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, которое тем больше, чем меньше частота вращения двигателя. Это напряжение поступает на вход коммутатора, на другой вход которого подано опорное напряжение.

Компаратор преобразует напряжение во время. Сигнал на входе компаратора имеет место тогда, когда значение пилообразного напряжения достигает опорного и превышает его.

При большой частоте вращения пилообразное напряжение мало, соответственно и мала 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 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 этого значения тока. Блок безыскровой отсечки отключает катушку зажигания в случае, если включено электропитание, но вал двигателя неподвижен. При остановленном после вращения двигателе отключение происходит сразу, в противном случае - 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 перенапряжения, что в значительной мере повышает надежность работы коммутатора.

Контрольные вопросы

1. Какими устройствами в электронных системах зажигания заменен прерыватель контактной системы?

2. Как работает бесконтактная система зажигания с нерегулируемым временем накопления энергии и в чем ее недостаток?

3. В чем преимущество бесконтактной система зажигания с регулированием времени накопления энергии и как работает ее электронная схема?