2.1.1 Транзисторные системы зажигания
Транзисторные системы зажигания подразделяют на две группы: контактно-транзисторные (КТСЗ) и бесконтактно-транзисторные (БТСЗ).
В контактно-транзисторной системе зажигания контактная пара прерывателя в первичной цепи катушки зажигания отсутствует и заменена транзисторным ключом. Но сам транзисторный ключ управляется по базе контактной парой механического прерывателя прежней конструкции (рисунок 11, а).
Данные системы зажигания позволяют уменьшить ток разрыва в контактной паре и за счет усиления в транзисторе увеличить ток разрыва в первичной обмотке катушки зажигания. При этом коэффициент запаса по выходному напряжению увеличивается. Эксплуатационная надежность системы зажигания стала выше. Наряду с контактно-транзисторными системами зажигания были разработаны также и контактно-тиристорные системы с емкостным накопителем (рисунок 11, в), которые не нашли широкого практического применения.
Бесконтактно-транзисторная система зажигания (БТСЗ) — это первая система с чисто электронным устройством управления первичным током катушки зажигания и с бесконтактным электроимпульсным датчиком момента зажигания, который, как и контактная пара, в классическом прерывателе-распределителе, расположен на подвижной площадке приводного валика механического высоковольтного распределителя (рисунок 11, б). Положение подвижной площадки относительно оси приводного валика (угол разворота) может регулироваться аппаратами опережения зажигания (центробежным и вакуумным). Подвижная площадка и установленный на ней активатор бесконтактного датчика представляют собой электромеханическое устройство управления моментом зажигания. Такое устройство управления в совокупности с высоковольтным распределителем образуют так называемый датчик-распределитель.
ЭК — электронный коммутатор; КЗ — катушка зажигания; T3 —трансформатор зажигания; ПР — прерыватель-распределитель; РП — распределитель; КП — контактная пара прерывателя; СВ — свечи; ВЗ — включатель зажигания; АКБ — батарея; T — транзистор; ТД — тиристорный диод; С — емкостной накопитель; ПН — преобразователь напряжения 12/400 В; ДХ — датчик Холла; R — дополнительный резистор; РД — реле дополнительного резистора.
- а — контактно-транзисторная СЗ;
- б — бесконтактно-полупроводниковая СЗ с датчиком Холла;
- в — контактно-тиристорная СЗ с накоплением энергии в емкости С и с трансформатором зажигания T3;
- г — структурная схема ЭСЗ с контроллером, без распределителя.
Рисунок 11 Системы зажигания с электронными коммутаторами
Электронное устройство управления первичным током в БТСЗ конструктивно выполнено в виде отдельного блока, который называется коммутатором. По выходу коммутатор соединен с катушкой зажигания, а по входу — управляется электроимпульсным входным датчиком на распределителе.
Бесконтактно-транзисторная система зажигания представляет собой совокупность электронного коммутатора, датчика-распределителя, катушки зажигания и традиционной выходной исполнительной периферии: высоковольтных проводов и свечей зажигания.
Бесконтактно-транзисторные системы зажигания (БТСЗ) стали устанавливаться на легковых автомобилях в конце 60-х годов и с тех пор постоянно совершенствовались. В качестве бесконтактных входных датчиков с механическим приводом от распределительного вала ДВС были испытаны магнитоэлектрические, индукционные, электромагнитные генераторные, параметрические, оптоэлектронные и прочие преобразователи механического вращения в электрический сигнал (рисунок 12).
Бесконтактный датчик выполняет в системе зажигания следующие функции:
задает установочный угол опережения зажигания;
управляет моментом зажигания при изменении частоты вращения и нагрузки двигателя;
определяет тактность работы ДВС.
По совокупности перечисленных функций бесконтактный датчик выдает на вход коммутатора сигнал S, фиксирующий оптимальную величину текущего значения угла опережения зажигания для различных режимов работы двигателя:
а — контактный датчик (контактная пара) прерывателя-распределителя батарейной, контактно-транзисторной и контактно-тиристорной систем зажигания. Формирует момент зажигания размыканием контактов (кулачком К). Недостатки — нестабильность сигнала, малая наработка на отказ;
б — магнитоэлектрический датчик частоты вращения ДВС. Работает по принципу генерирования одиночного импульса в момент замыкания магнитного потока Ф ферромагнитным ротором R через магнитопровод обмотки W датчика. Недостатки — невозможность получения стабильного сигнала на низких оборотах ротора;
Рисунок 12 Разновидности бесконтактных входных датчиков для БТСЗ
в — феррорезистивный датчик. Работает по принципу изменения электрического сопротивления в феррорезисторе при изменении магнитного потока от постоянного магнита. Недостатком является зависимость сигнала от температуры (датчика Холла). Фотоэлектрический датчика частоты вращения ДВС работает по принципу прерывания светового потока оптическим аттенюатором. Недостатком является возможность загрязнения и перегорания лампы, что вызывает низкая надежность;
г — датчик Холла. Наиболее распространенный датчик частоты вращения ДВС в современных ЭСЗ. Работает по принципу прерывания магнитного потока Ф от постоянного магнита NS ферромагнитным аттенюатором А. Недостатки — сложная технология изготовления. Преимущества — стабильность параметров сигнала при любой частоте вращения ДВС;
д — электрогенераторный датчик частоты вращения ДВС. Работает по принципу прерывания электромагнитного высокочастотного поля металлическим экраном. Недостатки — сложность схемы. Преимущества — цифровой счет скорости вращения ДВС;
е — фотоэлектрический датчик частоты вращения ДВС. Работает по принципу прерывания светового потока оптическим аттенюатором. Недостатком является возможность загрязнения и перегорания лампы, отсюда низкая надежность. Преимуществом является простота оптоэлектронного датчика, который работает по принципу прерывания светового потока между элементами оптопары световой диод и фототранзистор. Преимущество - возможность применения частотной модуляции светового потока;
и — генераторный датчик с частотной модуляцией. Работает по принципу срыва автоколебаний генератора. Недостатки — сложность. Преимущества — независимость амплитуды сигнала от частоты вращения ротора 4.
В системах зажигания с такими коммутаторами амплитуда высоковольтного импульса на вторичной обмотке катушки зажигания, как и в контактной системе, зависит от частоты вращения двигателя, а также от напряжения в бортовой сети автомобиля.
На смену коммутаторам с постоянной скважностью (КПС) пришли коммутаторы с нормируемой скважностью (КНС), в которых ток заряда индуктивного накопителя поддерживается в заданных пределах ограничения путем управляемого насыщения выходного транзистора. Это защищает выходной транзистор коммутатора от перегрузки по току, а также стабилизирует амплитуду тока заряда при изменении напряжения в бортовой сети. Выходное напряжение U2 при этом также стабилизируется.
Ограничение тока мощного транзистора насыщением приводит к значительному выделению тепловой энергии на коллекторно-эмиттерном переходе и, в итоге, к низкой функциональной надежности системы зажигания в целом. Электронные коммутаторы БТСЗ разнообразны исключительно не только по схемотехническому, но и по технологическому исполнению. Электронные схемы коммутаторов, первоначально аналоговые и на дискретных радиоэлементах, были вытеснены интегральными микросхемами с цифровым принципом действия. Стали появляться коммутаторы на больших интегральных и монокристальных схемах.
Принципиальная электрическая схема бесконтактно-транзисторной системы зажигания приведена на рисунке 13.
Выходной каскад ВК, помимо традиционной катушки зажигания и транзисторного ключа VT3, содержит ряд дополнительных элементов. VD1 — диод для защиты транзисторного ключа VT3 от обратного прохождения тока (от инверсного включения) во время емкостной фазы разряда, когда имеет место обратная полуволна напряжения в
Рисунок 13 Электрическая схема бесконтактно-транзисторной системы зажигания
первичной обмотке катушки зажигания (инверсное включение VT3 образуется и при случайном обратном включении аккумуляторной батареи). VD2 — стабилизирующий диод для ограничения величины падения напряжения на участке эмиттер-коллектор закрытого (разомкнутого) транзистора VT3 (защита от перенапряжения). Конденсатор С1 с первичной обмоткой катушки зажигания образует последовательный колебательный контур ударного возбуждения, что увеличивает скорость нарастания выходного напряжения системы зажигания.
Резистор R3 ограничивает ток разряда конденсатора С1 через открытый (замкнутый) ключ VT3. Для того чтобы ключ VT3 работал стабильно, т.е. при включении и выключении обеспечивал крутые фронты и постоянство амплитуды импульса первичного тока в катушке зажигания, управляющий (базовый) импульс тока транзистора VT3 должен быть с крутыми фронтами и достаточно большим по амплитуде для глубокого насыщения транзистора. На формирование управляющего импульса тока работает предварительный усилитель-ограничитель на транзисторе VT1 и стабилизирующий транзистор обратной связи VT2. Перечисленные элементы составляют электрическую схему коммутатора ТСЗ.
Датчик-распределитель содержит механическое устройство управления моментом зажигания, в которое входят магнитная система М датчика Холла с индукцией поля В, активатор ЭХ датчика Холла, усилитель-ограничитель VO, триггер Шмитта ТШ, разделительный транзистор VT и стабилизатор напряжения СТ.
В датчик-распределитель входят также центробежный (ЦБР) и вакуумный (BP) регуляторы, магнитный аттенюатор А датчика Холла и собственно сам ротационный высоковольтный распределитель PP. Следует отметить, что электронный коммутатор в БТСЗ является лишь формирователем формы импульса тока в первичной обмотке катушки зажигания, а значит, и скорости нарастания вторичного напряжения U2, но к формированию момента зажигания коммутатор прямого отношения не имеет. Момент зажигания в БСЗ, как и в контактных системах, формируется электромеханическим устройством управления — бесконтактным датчиком на распределителе. Это обстоятельство является принципиальным недостатком всех бесконтактно-электронных систем зажигания. Второй недостаток — наличие в системе ротационного высоковольтного распределителя. Дальнейшее совершенствование автомобильных систем зажигания шло по пути устранения этих недостатков.
Вернуться в начало
Читать далее
