Контактно-транзисторная система зажигания автомобилей. Транзисторное зажигание
в чём отличия от классической схемы?
В предыдущей статье подробно рассказано о классической схеме системы зажигания, так называемой контактной. Идеальной её не назовешь, главной болезнью её является подгорание и быстрый износ контактов прерывателя. Она побудила инженеров продолжить разработки новых конструкций и новым шагом стала контактно транзисторная система зажигания.
Проблемы контактных систем и способы их решения
Освежим в памяти принцип работы классической схемы зажигания, чтобы понять, что в ней ненадёжно.
При повороте ключа в замке на катушку зажигания подаётся низкое напряжение сначала от аккумулятора, а потом и от бортовой сети.
Для того чтобы в силу вступили законы физики, и во вторичной обмотке катушки появилось высокое напряжение, достаточное для образования искры, прерыватель разрывает низковольтную цепь.
В это же время распределитель подключает контакты с высоким напряжением, идущие к нужной свече.
На первый взгляд всё просто и ломаться тут особо нечему. Но реальность сложнее – постоянное размыкание и замыкание контактных групп, коммутирующих катушку, приводит к их подгоранию из-за появляющегося в эти моменты импульса тока, а также износу.
Это и является главной проблемой классической схемы. Помимо этого, развитие самих моторов: увеличение их мощности, количества цилиндров и оборотов, сделало её применение очень сложным, а порой и невозможным.
Контактно транзисторная система зажигания. Что придумали инженеры?
Контактно транзисторная система зажигания, о которой мы сегодня говорим, лишена одного из основных недостатков своего предшественника – подгорания контактов прерывателя.
Решена эта проблема была радикально – нет больших токов на контактах, нет обгорания.
Для этого в цепи схемы появился новый узел, так называемый коммутатор, основу которого составляет полупроводниковый транзистор.
Он позволяет управлять большими токами при помощи малых. Для этого транзистор имеет три контакта – база, эмиттер, коллектор. Прикладывая к первым двум небольшой управляющий ток, можно управлять цепью коллектор эмиттер, где значение тока может быть в десятки раз больше.
Данное свойство и позволило избежать подгорания контактов.
Как устроена система с транзистором?
С теоретической частью мы закончили, теперь давайте еще раз пробежимся по чертежам выше и более детально посмотрим на устройство контактно транзисторной системы зажигания.
В принципе, как вы уже поняли, кардинальных отличий от более ранней контактной схемы не очень много. Основными составными частями являются:
От классической схемы отличается только наличием коммутатора.
Данный узел представляет собой блок, внутри которого, помимо силового транзистора находится ещё ряд элементов, защищающих его от бросков обратного тока, и прочие дополнительные детали.
Главное предназначение данного узла – управление током, проходящим через низковольтную обмотку катушки зажигания.
Прерыватель в этом случае управляет током базы транзистора, который в свою очередь подключает и отключает катушку зажигания, где токи гораздо выше и опаснее для механических контактов. В остальном алгоритм работы такой же, как и в простой контактной системе.
Плюсы и минусы
Неужели контактно транзисторная система зажигания отличается от классической схемы только отсутствием подгорающих контактов? И ради этого стоило городить огород с коммутатором?
На самом деле есть у этой системы и другие преимущества, а именно:
- появилась возможность увеличить ток первичной обмотки катушки зажигания, а значит и во вторичной он увеличится, и как следствие, станет больше напряжение на свечах;
- большее напряжение позволит увеличить зазор между контактами свечи, а это сделает её долговечней;
- данная система зажигания позволяет повысить обороты мотора и его мощность;
- работа мотора становиться устойчивее, благодаря улучшенному искрообразованию.
В целом контактно транзисторная система зажигания имеет хороший ресурс, долговечна и довольно надёжна, хотя и она не лишена недостатков.
К примеру, зависимость тока низковольтной обмотки катушки от тока базы транзистора, который, в свою очередь, может меняться в зависимости от состояния контактов прерывателя.
Ну что ж, коллеги-автолюбители, в заключение можно сделать вывод, что схема, ставшая героем этой статьи, является шагом вперёд по сравнению со старыми классическими вариантами, но и она далека от того, чтобы именоваться совершенной.
По большому счёту, контактно транзисторная система зажигания принцип работы которой мы попытались объяснить мало чем отличается от простой контактной. То ли дело бесконтактные технологии зажигания, и о них мы поговорим в следующей статье, не пропустите!
auto-ru.ru
Контактно-транзисторная система зажигания
просмотров 8 011 Google+
С развитием техники и повышением мощности бензинового двигателя потребовалась модернизация системы зажигания. При увеличении числа цилиндров, повышении числа оборотов вращения коленвала, увеличение степени сжатия и применение обеднённых рабочих смесей, она не могла обеспечивать нормального пробивного напряжения на свечах.Если на шестицилиндровом двигателе эта система ещё как то справлялась со своей функцией, то при появлении восьмицилиндрового двигателя, начала давать сбой при малейшей неполадке. Так же существенно снизился срок службы контактов в прерывателе.
Контактно-транзисторная система зажигания отличия от контактной.
В 60-х годах на её смену в этих двигателях пришло контактно-транзисторное зажигание. Его единственное отличие контактно-транзисторной система зажигания от контактной, это наличие в цепи между контактами трамблёра и катушкой зажигания, коммутатора, на базе транзистора.
Транзистор – электропреобразовательный полупроводниковый прибор, служащий для преобразования электрических величин. В контактно-транзисторной системе зажигания он в частности служит для коммутации цепи первичной обмотки катушки зажигания.Контактно-транзисторная система зажигания преимущества перед контактной.
Что даёт применение транзисторного коммутатора в системе зажигания?Во первых, самое главное преимущество, это возможность применения катушек зажигания с большим числом трансформации. То есть, возможно, уменьшить число витков в первичной обмотке катушки зажигания и в тоже время увеличить число витков во вторичной катушке. Это на четверть даёт возможность повысить вторичное напряжение и как следствие увеличить зазор на свечах зажигания до 1мм.
При всём этом ток, проходящий через контакты трамблёра минимален, примерно 0,5А. Поэтому не нужно применения конденсатора для гашения искрения и позволяет уменьшить зазор при этом увеличивается срок службы контактов.К недостаткам этой системы можно отнести наличие трущихся деталей в трамблёре. При износе упора подвижного контакта изменяется зазор между ними, при этом изменяется угол замкнутого состояния контактов и изменяется момент искрообразования. Кроме этого трамблёр остаётся чувствительным к износу втулок кулачкового вала. Но контактно-транзисторная система зажигания, в отличае от контактной, менее чувствительна к износам в трмблёре.
Контактно-транзисторная система зажигания принцип работы.
Рассмотрим подробнее схему подключения и работу контактно – транзисторной системы зажигания. Как видно из схемы единственным отличием от контактной системы зажигания является наличие коммутатора на базе транзистора. Транзистор выполняет роль ключа, замыкает и размыкает цепь первичной катушки зажигания. Контакты трамблёра в этом случае выполняют роль датчика, подавая импульсы на базу транзистора.
При включенном зажигании, когда контакты разомкнуты, база транзистора в коммутаторе не соединяется с минусом, при этом из-за большого переходного сопротивления в P-N переходе отсутствует ток между эмиттером и коллектором транзистора (транзистор закрыт). Следовательно, ток в первичной обмотке катушки зажигания отсутствует.
При замыкании контактов, база транзистора соединяется с минусом, при этом сопротивление в P-N-P переходе падает и через базу и коллектор будет проходить ток. При этом сопротивление эмиттер – коллектор резко снижается (транзистор открывается) замыкая цепь первичной обмотки катушки зажигания. При размыкании контактов прерывателя база транзистора отключается от минуса, при этом резко увеличивается сопротивление эмиттер – коллектор, транзистор закрывается, и цепь питания катушки зажигания рвётся.В конструкцию коммутатора добавлена схема отключения питания катушки зажигания при длительно замкнутом положении контактов, то есть когда коленчатый вал двигателя не вращается. Это служит для защиты катушки зажигания от перегрева при замкнутых контактах трамблёра.
Эта система стала первой на пути электронного зажигания. На её основе было сделано множество приставок к контактному зажиганию, преимуществом которых является возможность регулировки угла опережения зажигания непосредственно из салона автомобиля при его движении.
«Если Вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста выделите это место мышкой и нажмите CТRL+ENTER»
admin 24/02/2012"Если статья была Вам полезна, поделитесь ссылкой на неё в соцсетях"
avtolektron.ru
Контактно-транзисторная система зажигания | Система зажигания
Бесконтактно-транзисторные системы зажигания (БТСЗ) начали применять с 80-х годов. Если в контактной системе зажигания (КСЗ) прерыватель непосредственно размыкает первичную цепь, в контактно-транзисторной (КТСЗ) — цепь управления, то в БТСЗ и управление становится бесконтактным. В этих системах транзисторный коммутатор, прерывающий цепь первичной обмотки катушки зажигания, срабатывает под воздействием электрического импульса, создаваемого бесконтактным датчиком. Все виды датчиков, используемых в БТСЗ делят на параметрические и генераторные.
В параметрических датчиках изменяются те или иные параметры управляющей (базовой) цепи (сопротивление, индуктивность, емкость), в связи с чем изменяется сила тока базы транзистора.
Генераторные датчики (магнитоэлектрические, фотоэлектрические и др.) являются источниками питания управляющей цепи. Наибольшее распространение получили магнитоэлектрические датчики – индукционные и датчики Холла.
Индукционный датчик представляет собой однофазный генератор переменного тока с ротором на постоянных магнитах. Основным недостатком индукционных датчиков является средний большой потребляемый ток (6…8 А) и зависимость силы тока от частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Устройство коммутатора бесконтактных систем достаточно сложное (в нем есть микросхема, силовой транзистор, а также несколько резисторов, стабилитроны и конденсаторы). Энергия искры в три-четыре раза больше, чем в КСЗ. Система небезопасна и требует осторожности.
Во всех системах зажигания и других приборах системы зажигания широко применяются полупроводниковые триоды (транзисторы) представляющие собой пластинку кремния или германия и двух наплавленных капель, образующих два перехода.
Каждая из трех областей триода имеет свое название: нижняя область, испускающая электроны – носители зарядов, называется эмиттером, верхняя область, собирающая носители зарядов, – коллектором, а средняя область – основанием, или базой.
К этим трем областям триода делают самостоятельные выводы. Средний вывод соединяют с базой, один – с эмиттером, а другой – с коллектором.
Если транзистор включить в цепь какого-либо источника, соединив вывод эмиттера с плюсовым зажимом, а вывод коллектора с минусовым, то тока в цепи не будет, так как один из переходов будет закрыт.
Но если транзистор включить в цепь так, чтобы одна из областей была общей, а между другими создать разность потенциалов, то потенциальный барьер открывается, сопротивление транзистора падает до нуля и на выходном зажиме коллектора получается увеличение силы тока.
Рис. Схема германиевого транзистора:а – схема включения в цепь; б – условное обозначение; в – внешний вид
Транзисторы применяются во всех системах зажигания и на рисунке показана элементарная схема контактно-транзисторной системы зажигания.
При включенном зажигании, когда контакты прерывателя разомкнуты, движения электронов от «минуса» к «плюсу» аккумуляторной батареи нет, т.е. тока в схеме зажигания не будет, так как транзистор закрыт в связи с большим переходным сопротивлением между эмиттером и коллектором транзистора.
В момент замыкания контактов прерывателя в цепи управления транзистора через базу и коллектор будет проходить ток 0,3…0,8 А в зависимости от частоты вращения кулачка прерывателя. В связи с прохождением тока управления происходит резкое снижение сопротивления перехода «эмиттер-коллектор» транзистора до нескольких долей Ома и транзистор открывается, включая цепь первичной обмотки катушки зажигания.
Сила тока в этой цепи зависит от напряжения источника (аккумуляторной батареи), величин сопротивления и индуктивности первичной обмотки и времени замкнутого состояния контактов прерывателя. С увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя сила тока в цепи низкого напряжения снижается с 7 до 3 А.
При размыкании контактов прерывателя ток управления прерывается, что вызывает резкое повышение сопротивления перехода силового участка транзистора «эмиттер-коллектор» до нескольких сотен Ом и транзистор запирается, выключая цепь тока первичной обмотки катушки зажигания.
Так как через контакты прерывателя идет только управляющий ток (контакты превратились в датчик управляющих импульсов), энергию искрообразования увеличивают применением специальных катушек зажигания с увеличенным числом витков вторичной обмотки и уменьшенным числом витков первичной.
При значительном понижении сопротивления первичной обмотки катушки зажигания в коммутатор вводят специальную цепь, которая спустя 1,5 с после остановки двигателя (валика распределителя) разрывает цепь питания катушки зажигания. Этим ограничивается чрезмерный нагрев катушки зажигания с низким сопротивлением первичной обмотки.
Рис. Принципиальная схема контактно-транзисторной системы зажигания:1 – свечи зажигания; 2 – распределитель зажигания; 3 – коммутатор; 4 – катушка зажигания. Электроды транзистора: силовые К – коллектор, Э – эмиттер, управляющий Б – база, R – резистор
ustroistvo-avtomobilya.ru
Контактно-транзисторная система зажигания автомобилей | Система зажигания
Для увеличения долговечности контактов прерывателя и обеспечения бесперебойного зажигания в настоящее время на автомобилях ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, ЗИЛ-131А устанавливают контактно-транзисторную систему зажигания. Она состоит из аккумуляторной батареи GВ, включателя зажигания ВЗ, блока добавочных резисторов С.Э-107, транзисторного коммутатора ТК-102, катушки зажигания Б-114, прерывателя-распределителя Р4-Д для автомобилей ЗИЛ или Р13-Д для ГАЗ-53А (без конденсатора) и свечей зажигания.
Блок добавочных резисторов ограничивает ток в катушке и состоит из двух резисторов R3 и R4 . Резистор 3 при пуске двигателя закорачивается.
Рис. Схема контактно-транзисторной системы зажигания
Катушка зажигания маслонаполненная. Она имеет повышенный коэффициент трансформации и пониженную индуктивность первичной обмотки Один конец вторичной обмотки соединен с корпусом катушки.
Основное назначение транзисторного коммутатора — включение и выключение тока низкого напряжения в первичной обмотке индукционной катушки.
Контакты прерывателя Пр служат для управления транзисторным коммутатором (отпирания и запирания транзистора).
В транзисторном коммутаторе установлены:
- мощный германиевый транзистор
- первичная обмотка W1 которого соединена с базой транзистора и прерывателем
- вторичная обмотка W2, зашунтированная резистором R2, соединенная с эмиттером транзистора
- конденсатор С1 с резистором R1
- кремниевый стабилитрон V3 с германиевым диодом V2
- электролитический конденсатор С2
При включенном зажигании и замкнутых контактах прерывателя через транзистор текут два тока:
- Ток управления течет по цепи: «+» аккумуляторной батареи, выключатель зажигания, добавочные резисторы R3 и R4, первичная обмотка индукционной катушки, переход эмиттер — база транзистора, первичная обмотка импульсного трансформатора, контакты прерывателя, «масса» двигателя, минусовая клемма аккумуляторной батареи. Ток управления, проходя в прямом направлении через эмиттерный переход и базу, отпирает транзистор (резко уменьшает сопротивление коллекторного перехода) и открывает путь основному току первичной обмотки индукционной катушки.
- Основной ток первичной обмотки течет от плюсовой клеммы аккумуляторной батареи через выключатель зажигания, добавочные резисторы, первичную обмотку катушки, эмиттерный и коллекторный переходы транзистора и далее на «массу» и «—» аккумуляторной батареи.
В момент размыкания контактов прерывателя ток в цепи управления транзистором исчезает и сопротивления эмиттерного и коллекторного переходов резко увеличиваются, при этом транзистор запирается и выключает ток первичной обмотки индукционной катушки. Исчезающее магнитное поле первичной обмотки индукционной катушки создает во вторичной обмотке высокое напряжение, которое через распределитель подводится к свече зажигания.
Импульсный трансформатор ИТ служит для ускорения запирания транзистора при размыкании контактов прерывателя. В момент размыкания контактов исчезающее магнитное поле первичной обмотки трансформатора ИТ пронизывает витки вторичной обмотки ИТ и индуктирует в них ЭДС, которая создает на эмиттерном переходе транзистора обратное (отрицательное) напряжение, способствующее быстрейшему запиранию транзистора.
Для предохранения транзистора от нагревания и пробоя токами самоиндукции первичной обмотки индукционной катушки, возникающими при запирании транзистора, предусмотрены цепи защиты. Цепь С1, R1 поглощает энергию самоиндукции и отводит ее в виде тепла через алюминиевые теплоотводы. Токи самоиндукции заряжают конденсатор, затем происходит затухающий колебательный разряд его через первичную обмотку индукционной катушки. Этим увеличивается продолжительность искрового разряда между электродами свечей.
Цепь, состоящая из диода V2 и стабилитрона V3, предохраняет транзистор от перенапряжения и пробоя токами самоиндукции первичной обмотки катушки.
Для лучшего отвода тепла корпус прибора отлит из алюминиевого сплава с ребристой поверхностью, а транзистор и элементы цепей защиты (С1 R1, V2, V3) закреплены на теплоотводах, соединенных с корпусом. Транзистор с элементами цепей защиты залиты эпоксидной смолой.
Плюсы контактно-транзисторных систем зажигания:
- большие выходные напряжения за счёт увеличения силы тока в первичной обмотке и меньшая электрическая нагрузка на контакты прерывателя
- зазор между электродами свечей увеличен до 0,85…1,0 мм, что даёт возможность работать на обеднённых рабочих смесях и за счёт этого уменьшить токсичность выхлопных газов
- облегчённый пуск и повышенная надёжность работы двигателя на малых и больших частотах вращения
- большая долговечность контактов прерывателя
- средние эксплуатационные расходы топлива ниже
ustroistvo-avtomobilya.ru
Контактно-транзисторная система зажигания | whatisvehicle
1 — свеча зажигания; 2 — провод высокого напряжения; 3 — боковой контакт распределителя; 4 — ротор распределителя; 5 — кулачок; 6 — контакты прерывателя; 7 — коммутатор; 8 — первичная обмотка катушки зажигания; 9 — вторичная обмотка; 10 — центральный провод высокого напряжения; 11 — включатель зажигания; 12 — аккумуляторная батарея; А — прерыватель; Б — база; В — катушка зажигания; К — коллектор; Э – эмиттер.
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(7), объединяющий в себе силовой коммутирующий транзистор и элементы схемы его управления и защиты.
Прежде, чем разбирать систему, давайте разберёмся, что такое транзистор.
whatisvehicle.wordpress.com
Контактно-транзисторная система зажигания.
Контактно-транзисторная система зажигания
Наиболее слабым звеном контактной (батарейной) системы зажигания являются контакты прерывателя. Ток высокого напряжения, проходя через контакты, приводит к их интенсивному износу, подгоранию, эрозии, в результате чего нарушается регулировка зазора и, как следствие, угол опережения зажигания, продолжительность и мощность искры. 
Все это сказывается на надежности, долговечности системы зажигания и трудоемкости ее обслуживания.
Развитие электронной техники привело к созданию мощных полупроводниковых приборов, способных выполнять функции механических ключей, разрывающих электрическую цепь посредством управляющего тока небольшой величины, т. е. электронных реле. Такие реле, выполненные на транзисторах, пришли на смену механическим контактам, а батарейную систему зажигания сменила контактно-транзисторная. В контактно-транзисторной системе зажигания механические контакты служат лишь для разрыва цепи, в которой протекает небольшой по величине ток, управляющий полупроводниковыми переходами транзистора, а транзистор, выполняя функцию реле, подает ток в первичную обмотку катушки зажигания. Благодаря этому удалось существенно повысить срок службы контактов и стабильность работы системы.
***
Работа контактно-транзисторной системы зажигания
Контактно-транзисторная система зажигания состоит, в основном, из тех же элементов, что и классическая батарейная, и отличается от неё наличием транзистора, резисторов и отсутствием конденсатора, ранее шунтировавшего контакты прерывателя.
Работает эта система зажигания следующим образом (рис. 1). Когда контакты прерывателя Пр разомкнуты, транзистор V закрыт, и ток в первичной обмотке катушки зажигания отсутствует. При замыкании контактов транзистор V открывается и через первичную обмотку катушки зажигания начинает протекать ток, нарастающий от нуля до некоторого значения, определяемого параметрами первичной цепи и временем, в течение которого контакты замкнуты. В сердечнике катушки накапливается электромагнитная энергия.
При размыкании контактов прерывателя транзистор V закрывается, и ток в первичной обмотке w1 катушки зажигания резко уменьшается.
В этом случае во вторичной обмотке возникает высокое напряжение w2, которое поступает на контакт распределителя и переносится к соответствующей свече зажигания. Резистор R2 служит для ограничения тока базы транзистора, а резистор R1 обеспечивает запирание транзистора, когда контакты прерывателя разомкнуты.
Особенностью такой системы зажигания является то, что в ней контакты прерывателя коммутируют только незначительный ток базы транзистора, в тоже время ток через первичные обмотки катушки зажигания коммутирует транзистор. При этом вторичное напряжение в катушке зажигания может быть повышено, поскольку увеличение тока разрыва уже не ограничено электроэрозионной стойкостью контактов прерывателя, а зависит только от параметров транзистора.
Однако следует иметь в виду, что преимущества транзисторной системы зажигания могут быть реализованы лишь при применении специальной катушки зажигания, которая должна иметь первичную обмотку с низким омическим сопротивлением, малой индуктивностью и большим коэффициентом трансформации. В этом случае необходимые энергия искрообразования и вторичное напряжение достигаются соответствующим увеличением тока разрыва и коэффициентом трансформации.
***
К недостаткам транзисторных систем зажигания следует отнести большую потребляемую мощность. Это связано с необходимостью увеличения тока разрыва. Кроме того, мощные транзисторы, используемые в таких системах, требуют эффективного охлаждения во время работы, а электронные блоки систем зажигания обязательно должны иметь средства защиты от импульсных помех напряжением более 100 В.
Еще один недостаток транзисторной системы зажигания заключается в ее относительной сложности, обусловленной применением полупроводниковых приборов. Классическая контактная система зажигания состоит всего из нескольких элементов, которые даже специалист невысокой квалификации может легко проверить без специальных измерительных приборов и оборудования. Состояние контактов прерывателя можно проверить просто визуально. Замена контактов не вызывает трудности, а зная характерные признаки неисправности катушки зажигания или распределителя можно устранить и проблемы, связанные с их отказом. Для ремонта же или проверки электронного блока требуется специальное оборудование и персонал соответствующей квалификации.
Тем не менее, очевидные достоинства и простота их реализации предопределили широкое использование индуктивных систем зажигания на автомобильных двигателях. Последние достижения в области создания транзисторных систем зажигания, т.е. использования высоковольтных транзисторов Дарлингтона, применение принципа нормирования времени накопления энергии, позволили практически устранить такие недостатки индуктивных систем, как большая зависимость вторичного напряжения от шунтирующего сопротивления на изоляторе свечи и от частоты вращения коленчатого вала.
Составной транзистор Дарлингтона был изобретен в 1953 году инженером Сидни Дарлингтоном (Sidney Darlington). Транзистор Дарлингтона является каскадным соединением двух (реже трех или более) биполярных транзисторов, включённых таким образом, что нагрузкой в эмиттерной цепи предыдущего каскада является переход база-эмиттер транзистора последующего каскада (то есть эмиттер предыдущего транзистора соединяется с базой последующего), при этом транзисторы соединяются коллекторами. Такое соединение позволило улучшить электрические характеристики соединяемых по схеме Дарлингтона транзисторов.
Благодаря перечисленным новшествам, тиристорные системы зажигания с емкостным накопителями потеряли часть преимуществ перед индуктивными системами зажигания, и практически не используются на автомобильных двигателях.
***
Бесконтактная система зажигания
k-a-t.ru
Транзисторная индуктивная система зажигания | Система зажигания
Недостатком традиционной индуктивной системы зажигания является само наличие контактов прерывателя и зависимость силы тока высоковольтной катушки от частоты вращения коленчатого вала и, соответственно, вала привода прерывателя-распределителя. Эта зависимость точно определяется геометрическими параметрами кулачка распределителя.
Рис. Контактно-транзисторная индуктивная система зажигания
Улучшить ситуацию можно путем использования транзистора для прерывания тока в первичной цепи. При этом не допускается нежелательное искрообразование, а сила тока в первичной цепи может повышаться, что при одновременном снижении числа витков первичной обмотки способствует быстрому созданию магнитного поля. Как следствие спад напряжения во вторичной цепи системы зажигания при растущей частоте вращения становится незначительным.
Рис. Изменение по времени силы тока в первичной обмотке высоковольтной катушки индуктивной (черный график) и транзисторно-индуктивной (красный график) систем зажигания
Включение транзистора происходит посредством тока управления. Когда ток управления подается на транзистор, тот открыт для тока первичной цепи. Если ток управления прерывается, прерывается и ток первичной цепи. Управление током первичной цепи осуществляется первоначально посредством уже известных контактов прерывателя, что также используется в индуктивной системе зажигания. Так как сила тока управления значительно меньше, чем сила тока первичной цепи, все указанные недостатки в данном случае становятся незначительными. Такая конструкция называется контактно-транзисторной индуктивной системой зажигания.
В современных системах зажигания ток управления генерируется с помощью датчика импульсов. В этом случае речь идет о бесконтактной транзисторной индуктивной системе зажигания. Так как здесь нет механических контактов, нет и необходимости проводить техническое обслуживание. Кроме того, в данной системе момент зажигания будет точно обеспечиваться электроникой. В качестве электрического датчика импульсов используется индукционный датчик или датчик Холла. Индукционный датчик состоит из постоянного магнита и стального ротора.
Рис. Индукционный датчик: 1 — постоянный магнит; 2 — сердечник из магнитомягкой стали с индукционной обмоткой; 3 — изменяемый воздушный зазор; 4 — ротор; 5 — зубцы ротора
Ротор установлен на валу распределителя зажигания. При вращении изменяется зазор между сердечниками из магнитомягкой стали и зубцами ротора, что приводит к изменениям магнитного потока, идущего через индукционную обмотку. В индукционной обмотке индуцируется переменное напряжение, которое после преобразования в других устройствах служит для управления транзистором.
Индукционный датчик может устанавливаться непосредственно на коленчатый вал или рядом с зубчатым венцом маховика; в последнем случае сигнал датчика должен преобразовываться в отвечающий числу цилиндров периодический ток управления при помощи соответствующего электронного устройства. Преимуществом данного типа установки является точное по времени возбуждение напряжения во вторичной цепи системы зажигания, так как исключены производственные допуски и износ привода распределителя зажигания.
В датчике Холла используется эффект Холла, названный в честь его первооткрывателя: если ток течет в электрическом проводнике, который пронизывается магнитным полем, электроны отклоняются вертикально в направлении тока и магнитного поля. Особенно четко можно увидеть эффект Холла в полупроводнике.
Рис. Датчик Холла:
- Обтюратор
- Магнитомягкая электропроводящая деталь
- Слой Холла
- Воздушный зазор
- U — Напряжение Холла
На рисунке в слое Холла вверху царит избыток электронов, а внизу — недостаток электронов. Благодаря этому на датчике Холла снимается напряжение. Если магнитное поле, например, прерывается обтюратором, напряжение Холла ослабевает. Периодическая смена напряженности магнитного поля, вызванная вращающимся обтюратором, может использоваться для определения частоты вращения.
Часто на двигатель устанавливается дифференциальный датчик Холла. В этом случае вследствие изменения профиля боковой поверхности магнитного зубчатого диска импульсного датчика вырабатываются два сигнала, которые дифференцировано усиливаются и становятся более чувствительными к помехам.
Напряжение Холла используется после преобразования и усиления с помощью других электронных устройств для управления транзистором.
Фактическое напряжение во вторичной цепи и энергию, необходимую для воспламенения рабочей смеси, можно увеличить с помощью электронной регулировки угла замкнутого состояния контактов. Без регулировки данный угол будет иметь постоянную величину, а достигнутая сила тока первичной цепи будет уменьшаться при увеличении частоты вращения коленчатого вала или снижающемся напряжении батареи. Как следствие, уменьшаются энергия, необходимая для воспламенения рабочей смеси, и напряжение во вторичной цепи системы зажигания. С помощью электронной регулировки величина угла замкнутого состояния контактов варьируется в соответствии с условиями работы двигателя, таким образом всегда обеспечивается необходимая сила тока в первичной цепи. При этом энергия, необходимая для воспламенения рабочей смеси, и напряжение во вторичной цепи системы зажигания остаются высокими.
Рис. Изменение по времени силы тока в первичной цепи системы зажигания с регулировкой угла замкнутого состояния контактов и без нее
Регулировка возможна только в ограниченных пределах, так как слишком большое увеличение угла опережения зажигания сможет снизить продолжительность искрового разряда, и, как следствие, надежное воспламенение смеси не может гарантироваться. При использовании полностью электронной системы зажигания ротор распределителя зажигания так-же заменяется электронным устройством.
При этом обеспечиваются следующие преимущества:
- отсутствие износа механических деталей;
- отсутствие паразитных электромагнитных волн вследствие искрового перекрытия в распределителе зажигания;
- простая конструкция, так как отсутствует механический привод прерывателя-распределителя.
В системах зажигания без механического распределителя, управляемых транзистором, чаще всего устанавливаются одноискровые катушки зажигания. В этом случае каждый цилиндр оборудован отдельной катушкой зажигания, которая насаживается непосредственно на свечу зажигания.
Рис. Одноискровая катушка зажигания производства фирмы «Bosch»
Такая катушка состоит из первичной и вторичной обмоток, расположенных друг над другом, и наборного пластинчатого сердечника из электротехнической стали, замыкающегося с помощью магнита. Вся конструкция залита эпоксидной смолой. Преимуществами являются точная управляемость и компактность устройства, что важно при ужесточенных предельных ограничениях содержания вредных примесей в отработавших газах и повышенных требованиях к системам диагностики.
Для подавления искровых помех при подаче тока, которые могут содействовать перебоям в зажигании, необходимо установить диод высокого напряжения во вторичной цепи. Далее необходимо позаботится о том, чтобы подавление помех в катушке зажигания происходило самостоятельно. При замене так называемой «индивидуальной катушки зажигания» на длинный тянутый магнитопровод уменьшается пространство, необходимое для размещения катушки зажигания.
Рис. Стержневая катушка зажигания производства фирмы «Bosch»
В последние годы широкое распространение получили многоискровые катушки зажигания, рассчитанные на работу сразу с двумя или четырьмя свечами зажигания.
Рассмотрим принцип работы двухискровой катушки зажигания, которая имеет два высоковольтных вывода, к каждому из которых подсоединяется одна свеча зажигания. В четырехцилиндровом двигателе обычно к одной катушке подключают свечи зажигания первого и четвертого цидиндров, а к другой — второго и третьего цилиндров. Соответственно, при срабатывании высоковольтной катушки обе подключенные свечи зажигания начинают искрить одновременно. При этом в одном цилиндре искра подается на свечу зажигания к началу рабочего хода, в то время как в другом свеча зажигания срабатывает «вхолостую» при выпуске отработавших газов, индуцируя слабую опорную искру.
Рис. Порядок работы электронной системы зажигания с двухискровыми катушками зажигания в четырехцилиндровом четырехтактном двигателе
На рисунке этот процесс показан на примере четырехцилиндрового четырехтактного двигателя. Обе катушки зажигания индуцируют одну искру зажигания за один оборот коленчатого вала.
К преимуществам бесконтактной транзисторной системы зажигания по сравнению с контактной системой зажигания можно отнести:
- отсутствие необходимости в обслуживании;
- постоянство момента искрообразования;
- незначительное снижение напряжения во вторичной цепи системы зажигания и количества энергии, необходимой для воспламенения рабочей смеси при увеличении частоты вращения коленчатого вала;
- максимальная частота искрообразования может достигать 30000 искр/мин.
Новые разработки приводят к созданию компактных систем с незначительными потерями. В дальнейшем будут использоваться системы, позволяющие оценить параметры сгорания рабочей смеси путем измерения ионного тока непосредственно после зажигания.
ustroistvo-avtomobilya.ru
