Транзисторная система зажигания: первый шаг к бесконтактным схемам

Содержание

Транзисторная система зажигания: первый шаг к бесконтактным схемам

banner

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.

Классическая контактная система зажигания

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.

Контактно транзисторная система зажигания

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:

прерыватель; ;
коммутатор;
распределитель;
свечи.

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!

Транзисторная система зажигания

Схема контактного и контактно-транзисторного зажиганий

Исторически сложилось так, что для первых бензиновых моторов использовалась батарейная (аккумуляторная) система зажигания, основанная на эффекте самоиндукции. Самой первой была контактная, ставшей впоследствии классической, система. По мере совершенствования автомашины развивались и его отдельные компоненты, так появилась контактно транзисторная система зажигания. На примере сравнения этих двух систем можно проследить, как происходило развитие самого автомобиля.

О принципах работы классической системы зажигания

Надо сразу отметить, несмотря на простоту, изящество примененных технических решений. Схема подобной системы приведена на рисунке ниже:

Работа осуществляется следующим образом – при повороте ключа в замке через контакты прерывателя и обмотку (первичную) катушки, называемой еще бобиной, начинает протекать ток. Когда размыкаются контакты прерывателя, цепь разрывается, и в первичной обмотке бобины прекращается ток. Но благодаря эффекту самоиндукции в обмотке (вторичной) появляется напряжение. А так как число витков обеих обмоток существенно различается (во вторичной витков больше), величина вторичного напряжения может достигать десятков киловольт.
Это напряжение, через распределитель, поступает на нужную свечу, где возникает искра, которая и поджигает бензин в цилиндрах двигателя.
Все просто и красиво, и такая схема прекрасно работала на первых моторах.
Недостатки, которыми она обладает, начали проявляться, когда у бензинового двигателя стало:

увеличиваться число цилиндров;
повышаться число оборотов, развиваемых двигателем, двигатели стали высокооборотистыми;
возможным увеличивать степень сжатия в цилиндрах;
практиковаться использование обедненных смесей.

Кроме того, недостатком надо считать низкую надежность, в первую очередь обусловленную обгоранием контактов прерывателя, из-за чего порой переставала работать вся система зажигания. Естественно, никто с этим мириться не собирался, и появилась контактно транзисторная система зажигания.

Новый этап развития

Основным элементом, благодаря которому новая схема приобрела улучшенные характеристики, относительно прежней, классической, стал транзистор. Причем он явился причиной, что контактно-транзисторная система зажигания получила новый узел – коммутатор.

Отличительной особенностью, присущей транзистору, является то, что небольшой ток, поступающий на управление (в базу), позволяет управлять током гораздо большей величины, протекающим через прибор.

Контактно транзисторная система зажигания, несмотря на незначительные, на первый взгляд, изменения и сохранение принципа работы, приобрела новые свойства, недоступные классической системе. Но прежде чем оценивать достоинства и недостатки, которыми обладает контактно-транзисторная схема, необходимо коснуться отличий в работе.

Главное отличие от классического зажигания заключается в том, что прерыватель воздействует не на бобину, а на базу транзистора. В остальном контактно-транзисторная схема работает так же, как обычная система зажигания. При прерывании, в первичной обмотке бобины протекания тока, во вторичной наводится высоковольтное напряжение. Не касаясь деталей внутреннего устройства коммутатора и его подключения, можно отметить, что транзисторная схема зажигания даже в таком упрощенном виде обладает следующими достоинствами:

Контактно-транзисторное управление процессами, происходящими в катушке зажигания, обеспечивает возможность увеличить в первичной обмотке ток, вследствие чего:

можно повысить величину вторичного напряжения;
увеличить между электродами свечи зазор;
улучшить процесс искрообразования, сделать его более устойчивым, а также улучшить запуск двигателя при пониженной температуре;
повысить количество оборотов и увеличить мощность двигателя.

Однако подобная контактно-транзисторная схема требует использования катушки зажигания с отдельными обмотками (первичной и вторичной).

Повысилась надёжность: контактно-транзисторная система позволяет снизить нагрузку на контакты прерывателя, уменьшив значение проходящего через них тока, следствием чего является уменьшение подгорания контактов.
Однако не все так хорошо, как кажется с первого взгляда. Подобная контактно-транзисторная система зажигания имеет и свои недостатки. Вызваны они использованием прерывателя, т.е. система начинает работать и формировать искру, когда контактно разрывается цепь прохождения тока в обмотке бобины. Величина тока, поступающего в базу транзистора, существенно влияет на его работу, и уменьшение тока из-за качества контактов скажется на работе всей системы.

Значение контактно-транзисторной схемы в развитии автомобиля

В данном случае мы рассмотрели только два начальных этапа на пути развития системы зажигания автомобиля. В дальнейшем она претерпела гораздо более значительные изменения, но контактно-транзисторная схема была первой. Именно на ней были отработаны возможные варианты повышения ее эффективности, в частности, уход от классического, контактного зажигания, и намечены пути развития в сторону использования бесконтактных способов получения искры.
» alt=»»>
Контактно-транзисторная система зажигания оказалась первым шагом, в совершенствовании классического подхода к получению искры на бензиновом ДВС, и явилась закономерным этапом развития автомобиля в целом, и его отдельных узлов в частности.

Транзисторная система зажигания: первый шаг к бесконтактным схемам

Проблемы контактных систем и способы их решения

Освежим в памяти принцип работы классической схемы зажигания, чтобы понять, что в ней ненадёжно.

В это же время распределитель подключает контакты с высоким напряжением, идущие к нужной свече.

Контактно транзисторная система зажигания. Что придумали инженеры?

Решена эта проблема была радикально – нет больших токов на контактах, нет обгорания.

Данное свойство и позволило избежать подгорания контактов.

Как устроена система с транзистором?

От классической схемы отличается только наличием коммутатора.

Плюсы и минусы

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.

Контактно-транзисторная 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.

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

Система электрооборудования автомобиля

Устройство контактно транзисторной системы зажигания

Работа контактно транзисторной системы основана на использовании полупроводниковых приборов. Преимущества контактно транзисторной системыпо сравнению с батарейной системой зажигания следующие :

через контакты прерывателя проходит небольшой ток управления транзистора, а не ток (до 8 А) первичной обмотки катушки зажигания (исключается эрозия и износ контактов).
Возрастает ток высокого напряжения и энергия искрового разряда (это позволяет увеличить зазор между электродами свечи зажигания, приводит к облегчению пуска двигателя, делает двигатель экономичнее).

Для начала давайте разберемся,

Что такое транзистор

Транзистор — это трехэлектродный прибор, изменяющий сопротивление от нескольких сот омов (транзистор закрыт) до нескольких долей ома (транзистор открыт).

Имея малое сопротивление во включенном состоянии и очень большое сопротивление в выключенном состоянии, транзистор вполне удовлетворяет требованиям предъявляемым к переключающим элементам. В контактно-транзисторной системе зажигания транзистор работает в режиме переключения (режим ключа).

Устройство контактно транзисторной системы ЗИЛ-130

Схема устройства контактно-транзисторной системы зажигания двигателя ЗИЛ-130 (стрелками указана цепь высокого напряжения) :

а – расположение выводов на транзисторном коммутаторе ; б – общая схема системы зажигания ; 1 – транзисторный коммутатор ТК 102 ; 2 — резисторы ; 3 – блок защиты транзистора ; 4 – первичная обмотка ; 5 – катушка зажигания ; 6 – вторичная обмотка ; 7 – свечи зажигания ; 8 — крышка ; 9 – ротор с электродом ; 10 – распределитель зажигания ; 11 – подвижный контакт ; 12 – неподвижный контакт ; 13 – кулачок прерывателя ; 14 – добавочные резисторы СЭ 117 ; 15 – выключатель добавочного резистора ; 16 — АКБ ; 17 – выключатель зажигания ; 18 — стабилитрон ; 19 — диод ; 20 – импульсный трансформатор ; 21 – германиевый транзистор ; К, Б, Э – электроды транзистора (коллектор, база, эмиттер).

Контактно транзисторная система ЗИЛ-130 состоит из транзисторного коммутатора1, катушки зажигания 5, свечей зажигания 7, распределителя 10, добавочных резисторов 14, выключателя 15 добавочного резистора, АКБ 16 и выключателя зажигания 17.

Катушка зажигания Б114 – маслонаполненная, выполнена по трансформаторной схеме, т.е. ее первичная и вторичная обмотки не соединены между собой и между ними существует только магнитная связь. Первичная обмотка катушки зажигания имеет два вывода, расположенные на карболитовой крышке. Один вывод обозначен буквой К, другой не имеет обозначения. Один вывод вторичной обмотки присоединен к корпусу, а другой соединен с проводом высокого напряжения, укрепленным в центральном отверстии крышки катушки зажигания. При установке катушки зажигания ее надежно соединяют с массой так, чтобы не было зазоров.

Добавочные резисторы СЭ 107 , выполненные в виде двух спиралей, установлены в отдельном кожухе и имеют три вывода : ВК-Б, ВК и К. Спирали изготовлены из константановой проволоки, сопротивление которой при нагреве не изменяется, и в первичной обмотке катушки зажигания поддерживается постоянное напряжение.

Транзисторный коммутатор ТК 102 состоит из транзистора 21, импульсного трансформатора 20 и блока 3 защиты транзистора. В блок защиты входят резисторы 2, диод 19, стабилитрон 18 и конденсатор.

Все приборы коммутатора размещены в алюминиевом корпусе, имеющем ребра для лучшего отвода теплоты. У транзисторного коммутатора есть четыре вывода, обозначенные М, К, Р, и один без обозначения. Вывод М надежно соединяют с массой автомобиля многожильным неизолированным проводом, вывод К с концом первичной обмотки катушки зажигания, вывод без обозначения – со вторым концом первичной обмотки катушки зажигания, Р с подвижным контактом прерывателя.

Как работает контактно-транзисторная система зажигания?

Если выключатель зажигания 17 включен, а контакты прерывателя разомкнуты, то транзистор 21 заперт, так как нет тока в его цепи управления, т.е. в переходе эмиттер – база. Ток не проходит и между эмиттером и коллектором на массу, так как сопротивление этого перехода очень большое. При замыкании контактов прерывателя в цепи управления транзистора (эмиттер-база) проходит ток, в результате транзистор открывается. Сила тока управления невелика около (0,8 А) и уменьшается до 0,3 А с увеличением частоты вращения кулачка прерывателя. В контактно-транзисторной системе зажигания имеются две цепи низкого напряжения : цепь управления транзистора и цепь рабочего тока.

Цепь управления транзистора : положительный вывод АКБ 16 – выключатель зажигания 17 – выводы ВК-Б и К добавочных резисторов 14 – первичная обмотка 4 катушки зажигания 5 – вывод транзисторного коммутатора 1 – электроды перехода эмиттер – база транзистора 21 – первичная обмотка импульсного трансформатора 20 – вывод Р – контакты 11 и 12 прерывателя – масса – отрицательный вывод АКБ. При прохождении тока управления транзистора через переход эмиттер-база значительно уменьшается сопротивление эмиттер-коллектор, и транзистор открывается, включая цепь рабочего тока (7-8 А).

Цепь рабочего тока низкого напряжения

Положительный вывод АКБ 16 – выключатель зажигания 17 – выводы ВК-Б и К добавочных резисторов 14 – первичная обмотка 4 катушки зажигания 5 – вывод транзисторного коммутатора 1 – электроды перехода эмиттер-коллектор транзистора 21 – вывод М – масса – отрицательный вывод АКБ. При размыкании контактов прерывателя прекращается ток в цепи управления транзистора и значительно возрастает его сопротивление. Транзистор закрывается, выключая цепь рабочего тока низкого напряжения. Магнитный поток изменяющегося поля пересекает витки катушки зажигания, индуктируя во вторичной обмотке ЭДС, в результате чего возникает высокое напряжение (около 30000 В), а в первичной обмотке ЭДС самоиндукции (около 80-100 В).

Цепь высокого напряжения

Вторичная обмотка 6 катушки зажигания 5 ротор 9 распределителя 10 – свечи зажигания 7 ( в соответствии с порядком работы двигателя) – масса – вторичная обмотка 6 катушки зажигания 5.

Импульсный трансформатор необходим для быстрого запирания транзистора. При размыкании контактов прерывателя во вторичной обмотке импульсного трансформатора индуктируется ЭДС самоиндукции, направление которой противоположно направлению рабочего тока на переходе база-эмиттер. Благодаря этому быстро исчезает магнитное поле и ток в первичной обмотке 4 катушки зажигания 5. Диод 19 и стабилитрон 18 в прямом направлении – мимо первичной обмотки катушки зажигания.

Необходимо помнить, что контакты прерывателя пропускают и прерывают только силу тока управления транзистора 0,3-0,8 А. Если на них попало масло, образовалась масляная пленка или слой окиси, то ток управления транзистора не сможет пройти через контакты. Поэтому контакты прерывателя промывают бензином и следят за тем, чтобы они всегда были чистыми.

Устройство автомобилей

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.

Бесконтактно-транзисторная система зажигания

БТСЗ начали применять с 80-х годов. Если в КСЗ прерыватель непосредственно размыкает первичную цепь, в КТСЗ – цепь управления, то в БТСЗ (рис.54-56) прерывателя нет и управление становится бесконтактным. В этих системах транзисторный коммутатор, прерывающий цепь первичной обмотки катушки зажигания, срабатывает под воздействием электрического импульса, создаваемого бесконтактным датчиком.

БТСЗ– это системы зажигания повышенной энергии (до 50 мДж) и высокого напряжения пробоя (не менее 30 кВ). В БТСЗ вместо прерывателя-распределителя применяется датчик-распределитель.

Все виды датчиков, используемых в БТСЗ, делят на параметрические и генераторные.

Рис. 54. Принципиальная схема бесконтактно- транзисторной системы зажигания (БТСЗ) с индукционным датчиком:

1 — свечи зажигания; 2 — датчик-распределитель, 3 — коммутатор, 4 — катушка зажигания

В параметрических датчиках изменяются те или иные параметры управляющей (базовой) цепи (сопротивление, индуктивность или 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 (ГАЗ, УАЗ) и датчики Холла (ВАЗ). Магнитоэлектрический индукционный датчик представляет собой однофазный генератор переменного тока с ротором на постоянных магнитах (см. Рис. 54). Число пар полюсов ротора соответствует числу цилиндров двигателя. Число периодов изменения напряжения за два оборота, например, четырехтактного двигателя, соответствует числу его цилиндров. Положительные полупериоды этого напряжения открывают транзистор формирующего первичный ток каскада коммутатора бесконтактной системы зажигания, что соответствует моменту искрообразования.

При малых частотах вращения коленчатого вала создаваемого напряжения недостаточно для переключения транзистора. Для устранения этого недостатка вводят специальный формирующий каскад. В результате средний потребляемый ток в схеме с индукционным датчиком довольно большой (6-8 А). Поэтому, на малой частоте вращения холостого хода не избежать разрядки аккумулятора.

Например, при КСЗ, если выйдет из строя генератор, на аккумуляторной батарее можно проехать сотни километров, при рассматриваемой БТСЗ с индукционным датчиком – не более десятка.

В случае работы системы с датчиком Холла время накопления энергии в катушке зажигания остается постоянным независимо oт частоты вращения коленчатого вала, т.е. энергия искры практически не зависит от оборотов двигателя и напряжения бортовой сети.

Устройство коммутатора для таких 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. Если, например, отсоединить провод от свечи – может «сгореть» коммутатор или распределитель.

Магнитоэлектрический датчик Холла получил свое название по имени Э.Холла, американского физика, открывшего в 1879 г. важное гальва-номагнитное явление

Если на полупроводник, по которому (вдоль) протекает ток, воздействовать магнитным полем, то в нем возникает поперечная разность потенциалов (ЭДС Холла). Возникающая поперечная ЭДС может иметь напряжение только на 3В меньше, чем напряжение питания.

Бесконтактные клавишные переключатели на основе эффекта Холла применялись за рубежом довольно широко уже с начала 70-х годов. Достоинства этого переключателя – высокая надежность и долговечность, малые габариты, а недостатки – постоянное потребление энергии и сравнительно высокая стоимость.

Рассмотрим полупроводниковую пластинку размером 5×5 мм (рис. 57 а).

Рис.57. Принцип действия импульсного генератора Холла:

а — нет магнитного поля, по полупроводнику протекает ток питания – АВ; б — под действием магнитного поля — Н появляется ЭДС Холла — EF; в — датчик Холла

Если по пластинке между двумя параллельными сторонами пропустить ток и одновременно поднести к ней постоянный магнит, а к двум другим сторонам квадрата подсоединить провода, то получим генератор Холла (рис. 55.б). Если между магнитом и полупроводником поместить перемещающийся экран с прорезями, получим импульсный генератор Холла.

Датчик Холла имеет щелевую конструкцию. С одной стороны щели расположен полупроводник, по которому при включенном зажигании протекает ток, а с другой стороны – постоянный магнит. В щель датчика входит стальной цилиндрический экран с прорезями. При вращении экрана, когда его прорези оказываются в щели датчика, магнитный поток воздействует на полупроводник с протекающим по нему током и управляющие импульсы датчика Холла подаются в коммутатор, в котором они преобразуются в импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания.

Если сравнить транзисторные системы зажигания (КТСЗ и БТСЗ), то их «внешнее отличие» только в том, что у первой кулачок с четырьмя выступами и контакты прерывателя, а у второй – экран с четырьмя прорезями и датчик Холла.

Основные достоинства БТСЗ относительно контактных систем очевидны.

Во-первых, отсутствие контактов прерывателя.

Во-вторых, так как нет размыкания контактов кулачком и нет биения и вибрации ротора распределителя – не нарушается равномерность распределения искры по цилиндрам.

В-третьих, повышенная энергия разряда в свече при БТСЗ надежно обеспечивает воспламенение горючей смеси в цилиндрах двигателя. Это особенно важно при разгоне, когда условия для воспламенения смеси неблагоприятны из-за ее временного обеднения, не компенсируемого ускорительным насосом. Примерно на 20% снижается содержание СО в отработавших газах и на 5% расход топлива.

В-четвертых, обеспечивается уверенный пуск холодного двигателя при низких температурах при падении напряжения до 6 В. На схеме БТСЗ (см. рис. 55) показано реле зажигания 7 и дан фрагмент монтажного блока 6, который появился на автомобиле в связи со значительным усложнением схемы электрооборудования. Общей тенденцией развития схем электрооборудования является широкое применение электронных устройств. Электронные блоки (процессоры, контроллеры, микро-ЭВМ), обработав по заложенным в них программам (алгоритмам) сведения, поступающие от различных датчиков, выдают команды на обмотки реле релейного блока. Релейный блок подает уже ток силового питания различным устройствам.

Дата добавления: 2015-10-26 ; просмотров: 3033 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Виды, устройство и принцип работы системы зажигания

Система зажигания двигателя – это комплекс устройств, приборов и датчиков, необходимых для его запуска. Ее главной задачей является создание высокого напряжения для формирование искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь, в точно определенный момент времени. Это обеспечивает правильный режим работы мотора, а потому от исправности системы зажигания зависит расход топлива, мощность и безопасность движения автомобиля.

Устройство и принцип действия типовой системы зажигания

sist-zazhig

С технической стороны система зажигания входит в комплекс электрооборудования двигателя. Конструктивно она состоит из следующих элементов:

Аккумулятор или другой источник питания. Он подает в сеть низкое напряжение 12 вольт.
Переключатель. При повороте ключа переключатель замыкается и низкое напряжение поступает в накопитель энергии.
Накопитель энергии. Бывает двух видов: индуктивный (катушка зажигания трансформаторного типа, преобразующая низкое напряжение в высокое до 30 тысяч вольт) и емкостной (конденсатор).
Блок управления аккумулированием и распределением энергии. В зависимости от типа системы зажигания это может быть прерыватель, транзисторный коммутатор или ЭБУ (электронный блок управления).
Распределитель. Этот узел может быть механическим или электронным. Он осуществляет снабжение определенных свечей энергией в заданный момент времени.
Провода цепи высокого напряжения. По ним поступает высокое напряжение к электродам свечей.
Свечи зажигания.

Работа системы зажигания основана на следующем принципе: при подаче в сеть низковольтного напряжения, происходит накопление и преобразование энергии, что затем распределяется по свечам, на электродах которых формируется искра, провоцирующая воспламенение топливовоздушной смеси.

Виды систем зажигания

В современном автомобилестроении системы зажигания классифицируют в зависимости от способа управления процессом. При этом выделяют три основных типа схем:

контактная (контактно-транзисторная);
бесконтактная (транзисторная);
электронная (микропроцессорная).

Характерные особенности контактной системы

Исторически контактная система является одной из первых и сегодня ее можно встретить лишь на старых моделях автомобилей. В таких конструкциях формирование высокого напряжения происходит в трансформаторной катушке, а распределение его на свечи реализуется механическим способом – замыканием и размыканием контактов цепи прерывателем-распределителем.

Классическая схема системы зажигания двигателя

Помимо основных элементов, такие системы включают в себя центробежный регулятор опережения зажигания, необходимый для преобразования угла опережения зажигания относительно частоты вращения коленвала. Он представляет собой два груза, воздействующих на мобильную пластину, контактирующую с кулачковым механизмом прерывателя.

Угол опережения зажигания – определенное положение коленвала, при котором осуществляется подача высокого напряжения на свечи. В таком режиме зажигание происходит до момента достижения поршнем верхней мертвой точки, что позволяет обеспечить максимально эффективное сгорание топливовоздушной смеси.

Также в контактных схемах применяется вакуумный регулятор опережения зажигания, изменяющий угол опережения соответственно режиму работы (нагрузке) мотора. Он соединен с полостью, находящейся за дроссельной заслонкой, и при нажатии на педаль газа изменяет угол опережения в зависимости от величины разрежения.

При замыкании контактов низкое напряжение подается на первичную обмотку катушки, где аккумулируется энергия и в момент размыкания контакта происходит формирование высокого напряжения на вторичной обмотке. Затем энергия поступает к распределителю зажигания и далее на соответствующую свечу.

Если нагрузка на силовой агрегат повышается, увеличивается частота вращения вала прерывателя-распределителя, и грузы центробежного регулятора расходятся, изменяя положение пластины. Это способствует более раннему размыканию контактов, что увеличивает угол опережения. При снижении нагрузки на двигатель происходит обратный процесс.

В чем отличия контактно-транзисторной системы зажигания

Следующим поколением системы зажигания стала контактно-транзисторная, предполагающая установку в первичной цепи катушки транзисторного коммутатора. Он позволяет снизить силу тока в обмотке низкого напряжения, что повышает срок эксплуатации контактов.

kontakt-tranzist

За счет установки транзистора напряжение, поступающее на свечи, больше, чем в классической контактной системе на 30%. Зазор между электродами и, как следствие, длина искры при этом также больше, а значит возрастает и площадь контакта с топливовоздушной смесью, что способствует ее полному сгоранию. В контактно-транзисторной системе зажигания прерыватель воздействует не на катушку, а на коммутатор.

При повороте ключа через транзистор начинают проходить два типа токов:

управления;
основной ток первичной обмотки.

Когда контакты размыкаются, ток цепи управления исчезает, а транзистор запирается, препятствуя протеканию тока первичной обмотки. В этот момент магнитное поле формирует высокое напряжение на вторичной обмотке. Для ускорения запирания транзистора в контактной системе зажигания этого типа может устанавливаться импульсный трансформатор.

Принцип работы бесконтактной системы

Эволюционным продолжением транзисторно-контактной системы, является бесконтактное зажигание. В таких конструкциях вместо прерывателя устанавливается специальный датчик импульсов. Это дает возможность увеличить срок службы системы зажигания за счет отсутствия неисправностей, связанных с контактами прерывателя.

Датчик формирует электрические импульсы низкого напряжения. Он бывает трех типов:

Датчик Холла. Конструкция такого датчика включает в себя постоянный магнит, и пластину-полупроводник, оснащенную микросхемой.
Индуктивный. Принцип его работы основан на изменении величины индукции чувствительного элемента в зависимости от величины зазора между датчиком и движущимся пластинчатым ротором, воздействующим на магнитное поле.
Оптический. Он состоит из светодиода, фототранзистора и микросхемы согласования. При попадании света от диода на фототранзистор датчик подает массу (минус питания) на коммутатор. Перекрытие потока света провоцирует исчезновение тока в катушке и способствует дальнейшему формированию искры.

Конструктивно датчик импульсов интегрирован в распределитель и регулируется режимом вращения коленвала двигателя. Прерывание тока в первичной обмотке катушки зажигания бесконтактной системы осуществляется также транзисторным коммутатором, но реагирующим на сигналы датчика.

В момент вращения коленвала датчик посылает импульсы напряжения на коммутатор. Последний, соответственно, формирует импульсы тока в обмотке низкого напряжения катушки. Когда ток не поступает, на вторичной обмотке возникает высокое напряжение, которое передается распределителю и далее по высоковольтным проводам к нужной свече. Изменение угла опережения в бесконтактной системе зажигания также выполняется центробежным и вакуумным регуляторами.

Электронная и микропроцессорная системы

Самой современной системой считается электронная. Она не имеет механических контактов, а потому ее также можно назвать бесконтактной. Электронное зажигание является частью системы управления двигателем.

elektr-sist-zazhig

Выделяют два типа электронных бесконтактных систем зажигания:

С распределителем. В подобной схеме применяется механический распределитель зажигания, подающий высокое напряжение на заданную свечу.
Прямого зажигания. При такой схеме высокое напряжение поступает к электродам свечи напрямую с катушки.

Помимо базовых элементов электронная система зажигания включает:

Входные датчики. Они регистрируют данные о текущем режиме работы мотора и подают их в виде электронных сигналов блоку управления.
Электронный блок управления. Он выполняет обработку сигналов и передает соответствующие команды на воспламенитель.
Исполнительное устройство, или воспламенитель. Фактически является транзисторной платой, обеспечивающей в открытом режиме поступление напряжения на первичную обмотку, а в закрытом – отсечку и формирование высокого напряжения на вторичной обмотке катушки.

Такие системы могут оснащаться одной общей (в конструкциях с распределителем), индивидуальными (при подаче энергии прямо на свечу) или сдвоенными катушками зажигания.

Разновидностью электронной системы является микропроцессорная. В ней применяется целый комплекс датчиков, сигналы которых обрабатываются ЭБУ. Он рассчитывает оптимальный режим работы системы в заданный момент времени. Преимуществами такой конструкции является снижение расхода топлива и улучшение динамических характеристик автомобиля.

Источник http://auto-ru.ru/kontaktno-tranzistornaya-sistema-zazhiganiya.html

Источник http://crazy-garage-msk.ru/tyuning/tranzistornaya-sistema-zazhiganiya.html

Источник http://techautoport.ru/dvigatel/sistema-zazhiganiya/sistema-zazhiganiya-dvigatelya.html