3.2. Датчики углового положения коленчатого вала двс
В настоящее время наиболее широкое применение получили магнитоэлектрические датчики и датчики на эффекте Холла.
Схема магнитоэлектрического датчика с переменным магнитным потоком приведена на рис. 28. 5, а. Схема включает статор с неподвижной катушкой и постоянный магнит, жестко связанный с валом распределителя зажигания. Число пар полюсов постоянного магнита равно числу цилиндров двигателя.
При вращении постоянного магнита в обмотке статора возникает переменное напряжение uвых(t), причем,
.
Для системы зажигания удобно выражать напряжение в зависимости от угла поворота вала α. Тогда
,
где n – частота вращения постоянного магнита, dФ/dα – скорость изменения магнитного потока.
Графики изменения магнитного потока и напряжения на выходе датчика приведены на рис. 28.5, б. Момент перехода напряжения через нуль можно использовать для определения момента образования искры.
Датчик на эффекте Холла. Из курса физики известно, что эффект Холла заключается в возникновении Э.Д.С. между гранями полупроводниковой пластины с током I, помещенной в магнитное поле так, чтобы плоскость пластины была перпендикулярна силовым линиям поля, причем,
,
где k – постоянная Холла, I – ток, протекающий через пластину, h – толщина пластины.
Если магнитную индукцию B изменять пропорционально углу поворота коленчатого вала двигателя α, то Э.Д.С. Холла будет представлять сигнал, пригодный для определения момента зажигания. В этом заключается основная идея построения датчика на эффекте Холла.
При очевидной простоте идеи построения датчики Холла получили практическое применение относительно недавно, благодаря развитию микроэлектроники. Величина Э.Д.С. Холла очень мала и должна быть усилена в непосредственной близости от кристалла полупроводника. Поэтому датчик Холла содержит элемент Холла, усилитель, ограничитель, выходной каскад и стабилизатор напряжения. Все эти функциональные узлы выполнены в виде одной магнитоуправляемой микросхемы. Объединив такую микросхему с магнитной системой в одном корпусе, получают микропереключатель на эффекте Холла. Устанавливается микропереключатель в традиционный распределитель, на поворотный механизм вакуумного автомата.
Принцип размещения микропереключателя в распределителе показан на рис. 28.6, а. В зазор между элементом Холла и магнитом помещается ротор, жестко связанный с валом распределителя. Ротор выполнен в виде полого цилиндра, на котором закреплены полюса – экраны из магнитопроводящего материала. Число полюсов – экранов равно числу цилиндров двигателя.
При вращении вала распределителя полюса – экраны проходят между магнитоуправляемой схемой и магнитом, изменяя магнитный поток пропорционально углу поворота коленчатого вала двигателя. На выходе магнитоуправляемой схемы формируются прямоугольные импульсы, положение которых на оси угла поворота несет информацию о моменте образования искры в соответствующем цилиндре.
3.3. Коммутаторы
По определению коммутатор – это совокупность формирующего каскада и электронного ключа. Он предназначен для формирования импульсов тока первичной обмотки катушки зажигания заданной амплитуды и длительности в моменты образования искры. На вход коммутатора поступают сигналы с выхода датчика углового положения коленчатого вала ДВС. Нагрузкой коммутатора является первичная обмотка катушки зажигания. В зависимости от класса системы зажигания в состав коммутатора могут входить элементы защиты выходного каскада (транзистора электронного ключа) от перенапряжения, от инверсного включения, регуляторы времени накопления, контроллеры и т. п.
В качестве примера рассмотрим схему отечественного коммутатора 13.3734, приведенную на рис.28. 7. Схема содержит формирователь сигнала датчика (транзистор Т1, резисторы R1 – R6, конденсатор С1, а также диоды D1, D2 и стабилитрон D3), каскад предварительного усиления (транзистор Т2, резисторы R7, R9, конденсатор С5) и выходной каскад (Т3, С6). Элементы С1, R3 обеспечивают частотную коррекцию момента зажигания. Резисторы R4, R5 и стабилитрон D3 образуют цепь смещения с фиксацией напряжения на базе Т1. Резистор R9 улучшает условия запирания транзистора Т3 при закрытом транзисторе Т2. Элементы С4, R8 образуют фильтр в цепи источника питания. Положительная обратная связь на элементах С7, R10 обеспечивает устойчивую работу коммутатора при запуске.