Бесконтактная система зажигания

Система зажигания с магнитоэлектрическим генераторным датчиком, предназначенная для 8-цилиндровых двигателей (рис. 5.9), содержит

электронный коммутатор 13.3704, датчик- распределитель 24.3706, добавочный резистор 14.3729 и катушку зажигания Б116. Магнитоэлектрический датчик конструктивно объединен с высоковольтным распределителем.

Работает система зажигания следующим образом. При вклю­ченном выключателе S и неработающем двигателе транзистор VT1 (К.Т630Б) закрыт, так как его база и эмиттер имеют одинако­вый потенциал. При закрытом транзисторе VT1 потенциал базы транзистора VT2 (КТ630Б) выше потенциала эмиттера и по пере­ходу база-эмиттер протекает ток управления по цепи: положитель­ный вывод аккумуляторной батареи — контакты выключателя зажигания — положительный вывод добавочного резистора — положительный вывод коммутатора — дроссель-диод VD6 — ре­зисторы R5 и R6 — переход база-эмиттер транзистора VT2 — ре­зисторы R10 и R11 — корпус автомобиля — отрицательный вы­вод аккумуляторной батареи. Протекающий ток управления от­крывает транзистор VT2, что в свою очередь приводит к появле­нию тока управления транзистора VT3 (КТ809А) и его открытию, а затем и к открытию транзистора VT4 (КТ808А). При этом через коллектор-эмиттер транзистора VT4 пойдет ток по цепи: положи­тельный вывод аккумуляторной батареи — контакты выключа­теля зажигания — добавочный резистор — первичная обмотка катушки зажигания — диод VD7 — коллектор-эмиттер транзис­тора VT4 — корпус автомобиля — отрицательный вывод акку­муляторной батареи. При этом в магнитном поле катушки зажи­гания накапливается электромагнитная энергия.

При прокручивании коленчатого вала двигателя стартером в магнитоэлектрическом датчике вырабатывается переменное на­пряжение, которое поступает на вывод Д коммутатора. С вывода Д сигнал датчика через диод VD1 (КДЮ2А) и цепь R1C3 посту­пает на

базу транзистора VT1. Диод VD1 пропускает с датчика импульсы только положительной полярности. Цепь RIC3 служит для исключения электрического угла опережения зажигания, при­сущего магнитоэлектрическим датчикам при изменении частоты вращения. Поступивший на базу транзистора VT1 положитель­ный импульс вызывает увеличение потенциала базы по отношению к эмиттеру. В результате в транзисторе VT1 будет протекать ток управления по цепи: обмотка датчика — диод VDI — цепь RIC3 — переход база-эмиттер транзистора VT1 — корпус авто­мобиля — обмотка датчика. Транзистор VT1 откроется и зашун- тирует переход база-эмиттер транзистора VT2, что вызовет закры­тие транзистора VT2, а затем и закрытие транзисторов VT3 и VT4.

Запирание транзистора VT4 приводит к резкому прекращению первичного тока в катушке зажигания и возникновению высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания, которое через распределитель подводится к соответствующей свече за­жигания.

Затем после исчезновения импульса с датчика транзистор VTI закроется, а транзисторы VT2, VT3 и VT4 откроются, и в магнит­ном поле катушки зажигания будет опять накапливаться электро­магнитная энергия.

Транзисторный коммутатор содержит целый ряд дополнитель­ных элементов, служащих для защиты и улучшения условий ра­боты схемы. Стабилитрон VD5 (КС980А) и конденсатор С7 за­щищают схему от напряжения, индуктируемого в первичной обмотке катушки зажигания. Диод VD3 (КДЮ2А) ограничивает амплитуду импульса с датчика и, таким образом, защищает пе­реход база-эмиттер транзистора VT1 от пробоя. Диод VD7 защи­щает транзистор VT4 от обратной полярности источника питания. Конденсатор С6 и резистор R7 образуют цепь обратной связи, по которой положительная полуволна э. д. с. самоиндукции с первич­ной обмотки катушки зажигания поступает на базу транзистора VT1, ускоряя его отпирание, что способствует обеспечению беспе­ребойности искрообразования на низких частотах вращения. Конденсаторы С4 и С5 защищают переходы база-эмиттер тран­зисторов VT2 и VT3 от всплесков напряжения и исключают лож­ные срабатывания транзисторов VT2 и VT3. Резисторы R8, R10 и R11, включенные между эмиттерами и базами транзисторов VT2, VT3 и VT4, служат для повышения предельно допустимого напря­жения между коллектором и эмиттером транзисторов. Резистр RI2 и конденсатор С8 уменьшают мощность, выделяемую н транзисторе VT4 при его закрытии, во время переходного про­цесса. Конденсаторы С1 и С2 и дроссель уменьшают пульсации


напряжения в цепи питания коммутатора, а диод VD6 (КД212Б) защищает от обратной полярности.

Защита транзисторного коммутатора от перенапряжений пи­тания осуществляется схемой, состоящей из стабилитрона VD2 (КС515А), стабилитрона VD4 (К.С119А) и резисторов R2 и R3. При повышении

напряжения питания до 17—18 В напряжение на стабилитроне VD2 будет больше напряжения стабилизации и на базу транзистора VT1 поступит положительное смещение относительно эмиттера. Независимо от импульсов датчика тран­зистор VT1 откроется, а транзисторы VT2, VT3 и VT4 закроются и двигатель внутреннего сгорания остановится.

Транзисторный коммутатор 13.3734 размещен в ребристом кор­пусе, отлитом из алюминия. Коммутатор имеет три вывода:

вывод Д — для соединения с низковольтным выводом датчика- распределителя;

вывод КЗ — для соединения с выводом катушки зажигания; вывод «-)-» — для соединения с выводом «-)-» добавочного резистора.

Катушка зажигания Б116 по схеме выполнена с электрически разделенными обмотками, как и катушка Б114 для контактно- транзисторной системы зажигания, и отличается от последней об­моточными данными.

Добавочный резистор 14.3729 состоит из двух секций из нихро- мовых спиралей, которые размещены в металлическом корпусе. Выводы, к которым присоединены концы секций, имеют маркиров­ку « + », С, К• Величина сопротивления секции между выводами «-{-» и С составляет 0,71 Ом, а секции между выводами С и К — 0,52 Ом.

Датчик-распределитель 24.3706 (рис. 5.10) предназначен для управления работой транзисторного коммутатора, распределения импульсов высокого напряжения по свечам зажигания в необхо­димой последовательности, для автоматического регулирования момента искрообразования в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя, а также для установки начального момента зажигания.

В корпусе 3 (рис. 5.10, а) датчика-распределителя располо­жены следующие основные узлы: магнитоэлектрический генера­торный датчик со статором 13 и ротором 21, центробежный регу­лятор 16, вакуумный регулятор 6. Корпус 3 отлит из алюминиевого сплава, в хвостовой его части расположена пластина 2 октан- корректора, предназначенного для ручной регулировки началь­ного момента искрообразования и крепления датчика-распреде­лителя на двигателе.

Привод датчика-распределителя осуществляется через при­соединительный шип /, который закреплен на валике 18. Для смаз­ки подшипника 19 валика 18 упорного подшипника 17 в корпусе установлена пресс-масленка 4.

Датчик состоит из ротора 21 и статора 13 (рис. 5.10, б). Ротор представляет собой кольцевой постоянный магнит 26 с плотно прижатыми к нему сверху и снизу 8-полюсными обоймами 25 и 27. Обоймы 25 и 27 жестко закреплены на втулке 12, на верхнюю часть которой установлен бегунок 11 высоковольтного распреде­лительного устройства. В нижней части втулки 12 имеется паз, в который входит выступ втулки, жестко закрепленной на повод­ковой пластине ротора.

Статор датчика представляет собой обмотку 23, заключенную в 8-полюсные пластины 22 и 24. Соединены пластины между собой заклепками. Статор имеет один изолированный вывод 5, расположенный на корпусе распределителя. Второй конец обмотки электрически связан с корпусом. Статор 13 посредством опор 14 установлен на подвижной пластине, жестко закрепленной во вну­тренней обойме подшипника 15. Внешняя обойма подшипника 15 закреплена неподвижно относительно корпуса 3. Подвижная пла­стина шарнирно связана с тягой вакуумного регулятора 6.

Таким образом, центробежный регулятор обеспечивает изме­нение опережения зажигания, поворачивая ротор датчика относи­тельно статора, а вакуумный регулятор,— поворачивая статор относительно ротора.

Высоковольтное распределительное устройство содержит крышку 7 с девятью выводами. С внутренней стороны в централь­ном выводе размещен подвижной комбинированный уголек 8 типа ДСНК, обеспечивающий электрический контакт между центральным выводом и электродом 10 бегунка 11. Далее через электроды 9 высокое напряжение последовательно поступает на восемь высоковольтных выводов, расположенных по окружности крышек и служащих для присоединения проводов высокого на­пряжения от свечей зажигания. Уголек 8 обладает активным соп­ротивлением 6—15 кОм и, кроме коммутации тока высокого на­пряжения, служит для подавления радиопомех.

Для установки начального угла опережения зажигания на роторе и статоре датчика нанесены метки 20. Метки должны совпа­дать при положении коленчатого вала двигателя, соответствую­щем моменту искрообразования в первом цилиндре.

Система зажигания с датчиком Холла, предназначенная для 4-цилиндровых двигателей, содержит электронный коммутатор 36.3734, датчик-распределитель 40.3706 и катушку зажигания вы­сокой энергии 27.3705.

Основное отличие этой системы зажигания от других отечест­венных бесконтактных и контактнотранзисторных систем состоит в том, что в ее катушке зажи­гания накапливается в 1,5—2

2  раза большая электромагнит­ная энергия. При этом рассеивае­мая мощность уменьшена в 2—3 раза, что позволило разрабо­тать электронный коммутатор в интегральном исполнении с меньшими габаритами и улуч­шить удельные показатели ка­тушки зажигания. В данной системе энергия искрового раз­ряда увеличена до 50 мДж по

 

 

сравнению с 20—35 мДж в дру­гих применяемых системах за­жигания. Основная цель, кото­рая преследуется при разработ­ке высокоэнергетических систем зажигания,— обеспечение ра­боты двигателя на сильно обед­ненных рабочих смесях, что в конечном итоге приводит к уменьшению расхода топлива.

Развиваемое системой за­жигания вторичное напряжение (рис. 5.11) имеет коэффициент запаса 1,5—2,3, что соответст­вует современным требованиям к системам зажигания.

Указанные преимущества системы зажигания с датчиком Холла достигнуты благодаря регулированию времени накоп­ления энергии в катушке за­жигания в зависимости от час­тоты вращения двигателя и на­пряжения бортовой сети. Прин­ципиальная схема этой системы зажигания показана на рис. 5.12, а, а диаграмма, поясняю­щая принцип ее работы,— на рис. 5.12, б.

Датчик Холла имеет щелевую конструкцию. С одной стороны щели расположен чувствительный элемент со схемой, а с другой — постоянный магнит. В щели движется шторка цилиндрической формы. Благодаря имеющимся в ней окнам шторка периодически перекрывает магнитный поток, действующий на чувствительный элемент. Шторка расположена на одном валу с распределитель­ным механизмом. Привод вала осуществляется от коленчатого вала двигателя.

Сигнал с датчика поступает в электронный коммутатор, кото­рый регулирует время протекания тока в первичной цепи катушки зажигания по заданному закону в функции частоты вращения двигателя и напряжения бортовой сети; ограничивает импульсы напряжения в первичной цепи катушки зажигания; обеспечивает необходимую величину тока в первичной цепи для получения за­данных выходных параметров системы зажигания; ограничивает ток первичной цепи при достижении им максимального значения; прерывает первичный ток при замкнутых контактах выключателя зажигания S и неработающем двигателе. Коммутатор содержит:

входной инвертор, выполненный на транзисторе VT1; узел защиты от протекания тока в катушке зажигания при замкнутых контактах выключателя зажигания и неработающем двигателе, выполненный на усилителе А1.1; интегратор, выполненный на усилителе А 1.2; компаратор, выполненный на усилителе А 1.3; логический узел, выполненный на транзисторе VT2 и резисторах R23, R24, R25, R26, R28;

ограничитель тока, выполненный на усилителе А1.4 и индика­торных резисторах R36 и R37;

выходной усилитель, выполненный на транзисторах VT3 и VT4; стабилизатор напряжения питания, выполненный на резисторе R30 и стабилитроне VD4;

стабилизатор напряжения питания компараторов А1.3 и А1.4, выполненный на резисторе R18 и стабилитроне VD3.

При вращении коленчатого вала и замкнутых контактах S с датчика Холла (точка а на рис. 5.12, а) на базу транзистора VT1 поступают импульсы прямоугольной формы (диаграмма а на рис. 5.12, б). Транзистор VT1 инвертирует поступающие импульсы, формируя на выходе (точка б на рис. 5.12, а) сигнал б (диаграм­ма б на рис. 5.12,6), который управляет процессом заряда-раз­ряда интегратора, собранного на усилителе А1.2. Включение кон­денсатора СЗ в цепь обратной связи усилителя обеспечивает ли­нейный характер зарядно-разрядного процесса. На второй вход усилителя А 1.2 с делителя напряжения R6—R7 через резистор R9 подается опорный сигнал Uoni, знак которого противоположен знаку сигнала б. Пока с инвертора на вход интегратора поступает сигнал б, происходит заряд конденсатора. Максимальный уровень напряжения заряда зависит от параметров цепочки R4—R5—R8— СЗ. Резистор R5 является подстроечным при регулировании мак­симального

уровня напряжения заряда. Процесс заряда конден­сатора СЗ заканчивается в момент, соответствующий спадающему фронту управляющего сигнала б и нарастающему фронту сигнала а датчика. Процесс разряда определяется цепочкой R6—R7— R9—СЗ, параметры которой подбираются таким образом, чтобы он закончился раньше, чем проходит новый управляющий сигнал б на заряд.

Сигнал с интегратора (точка в на рис. 5.12, а) через резистор R19 подается на вход компаратора, выполненного на усилителе А1.3, где он сравнивается с опорным сигналом U2, который за­дается резисторами R18, R20. В момент, когда сигнал с интегра­тора становится больше опорного сигнала Uon2 (диаграмма в на рис. 5.12, б), на выходе компаратора (точка г на рис. 5.12, а) появ­ляется прямоугольный сигнал г (диаграмма г на рис. 5.12, б).

Сигнал г с компаратора поступает на вход схемы сравнения, в которую входит транзистор VT2 и резисторы R23, R24, R25, R26, R28, на который поступает также сигнал б с инвертора. Эти сигна­лы формируют начало и конец сигнала е на выходе логической схе­мы. Продолжительность сигнала е определяет угол замкнутого состояния выходного транзистора VT4. Пока сигнал б или г посту­пает на базу транзистора VT2, он открыт, а потенциал в точке е (см. рис. 5.12, а) равен нулю, так как она через цепь коллектор- эмиттер открытого транзистора VT2 связана с корпусом. Когда управляющие сигналы исчезают, транзистор VT2 закрывается и на базе транзистора VT3 через резистор R28 появляется управ­ляющий сигнал е.

Появление сигнала е приводит к открытию выходного каскада VT3—VT4, вследствие чего происходит нарастание тока /к в пер­вичной цепи катушки зажигания (диаграмма /к на рис. 5.12,6). В случае если ток в первичной цепи достигает предельной вели­чины, например при малых частотах вращения, начинает работать схема ограничения тока. Функцию ограничителя тока выполняют усилитель А 1.4 и резисторы R36 и R37, включенные параллельно, с суммарным сопротивлением 0,05 Ом. Возрастающий первичный ток, протекая по резисторам R36 и R37, создает на них падение напряжения, уровень которого сравнивается компаратором на усилителе А1.4 с опорным напряжением Uопз. которое определя­ется делителем напряжения R13—R15 и резистором R17. Опор­ное напряжение Uопз соответствует заданному току ограничителя. Для более точного задания опорного напряжения параллельно резистору R15 включен подстроечный резистор R16. Когда напря­жение, поступающее с резисторов R36 и R37 через резистор R12 на компаратор, становится равным сигналу £Л,„з, происходит сра­батывание компаратора А 1.4 и с его выхода в точке д появляется сигнал д (диаграмма д на рис. 5.12, б). Появление сигнала д через резистор R26 на базе транзистора VT2 вызывает его приоткры- вание, уменьшая при этом величину сигнала е (диаграмма е на рис.

5.12, б). Другими словами, приоткрытый транзистор VT2 шун­тирует вход (базу) транзистора VT3, уменьшая при этом ток базы транзистора. Это приводит к переходу транзистора VT3 из режима насыщения (полностью открыт) в активный режим. При этом транзистор VT4 также переходит в активный режим, на его пере­ходе коллектор-эмиттер создается падение напряжения, благода­ря которому фиксируется заданный уровень тока первичной цепи.

Узел защиты от протекания тока в катушке зажигания при замкнутых контактах S и неработающем двигателе выполнен с использованием усилителя А1.1, являющегося интегратором. Если в состоянии покоя с датчика Холла поступает импульс, то в точке б импульс отсутствует, и конденсатор С4 узла защиты начинает заряжаться внутренними паразитными токами схемы, что достига­ется специальным включением схемы усилителя. Через 2—5 с на выходе усилителя формируется напряжение, которое, поступая через резистор R25 на вход транзистора VT2, приводит к его от­крытию и, как следствие, к выключению выходного каскада, ко­торый обесточивает первичную цепь катушки зажигания. Время заряда конденсатора С4 выбирается таким большим, что при ми­нимальной частоте двигателя напряжение на выходе интегратора не превышает 0,15 В за время отсутствия сигнала в точке б, что не влияет на работу логической схемы. Когда же появляется на­растающий фронт нового импульса б, конденсатор начинает раз­ряжаться по цепи резисторы R0—R11 — диод VD2. Параметры цепи разряда подбираются так, что конденсатор С4 разряжается очень быстро.

Регулирование времени накопления энергии в катушке зажи­гания происходит следующим образом. Как видно из диаграммы в с увеличением частоты вращения двигателя (tiorp> ti\> п0) напряжение на выходе интегратора А1.2 в функции угла поворота коленчатого вала двигателя а нарастает медленно. Это объясня­ется тем, что с увеличением частоты вращения коленчатого вала увеличивается частота вращения шторок и становится меньше продолжительность заряда конденсатора СЗ. По указанной при­чине в момент перехода конденсатора СЗ из режима заряда в ре­жим разряда напряжение на нем будет уменьшаться с увеличением частоты вращения. Следовательно, как видно из диаграммы в, с увеличением частоты вращения разрядная ветвь раньше (по углу поворота) уменьшится до величины опорного напряжения Uопг, раньше исчезает сигнал г, появится сигнал д, откроется выходной каскад и начнет протекать ток /к в первичной цепи ка­тушки зажигания.


Регулирование времени накопления начинается с частоты по, соответствующей минимальной частоте вращения коленчатого вала, до частоты вращения norp. При дальнейшем увеличении частоты напряжение заряда конденсатора не превышает напря­жения Uоп2- При этом компаратор на усилителе А1.3 блокируется и сигнал е на

выходе схемы сравнения совпадает по фазе с сигна­лом датчика а и инвертированным сигналом б.

Кроме нормирования времени накопления энергии в функции частоты вращения коленчатого вала осуществляется регулирова­ние в функции напряжения питания. Это осуществляется за счет включения на входы компаратора А 1.3 резисторов смещения R21 и R22. При этом опорный уровень компаратора также является функцией напряжения питания. Чем выше уровень напряжения питания, тем ниже опорный уровень компаратора А1.3.

В схему коммутатора 36.3734 входит также ряд дополнитель­ных элементов. Диод VD7 защищает выходной транзистор от пе- реполюсовки источника питания. Стабилитрон VD5 и делитель напряжения R31—R35 защищают выходной транзистор от им­пульсов перенапряжения, возникающих в первичной обмотке катушки зажигания. Если импульс перенапряжения превышает допустимый уровень, то на делителе R31—R35 формируется на­пряжение, при котором стабилитрон VD5 пробивается. Выходной транзистор VT4 при этом открывается на время действия импуль­са, а напряжение, приложенное между коллектором и эмиттером транзистора VT4, не превышает допустимого.

Схема содержит источник стабилизированного питания на ре­зисторе R30 и стабилитроне VD4, стабилизатор напряжения R18—VD3 компараторов А1.3 и А1.4, диод VD6 защиты от пере- полюсовки источника питания и конденсаторы CI, С7, СЮ в цепи питания для защиты схемы и датчика от паразитных импульсов, возникающих в бортовой сети.

Схема коммутатора 36.3734 реализована на дискретных эле­ментах с применением специально разработанной микросхемы К14014Д1, в которую входят четыре усилителя. В качестве выход­ного применен также специально разработанный транзистор КТ848А. Коммутатор имеет шесть рабочих выводов, которые не маркируются. Три вывода предназначены для присоединения к датчику и по одному — на корпус автомобиля, к катушке зажига­ния и для питания коммутатора.

Датчик-распределитель 40.3706 (рис. 5.13) горизонтального типа имеет корпус 5, отлитый из алюминиевого сплава. Привод датчика-распределителя осуществляется через муфту 1 и валик 2, на противоположном конце которого установлен ротор 11. Рас­пределение высокого напряжения по свечам зажигания осущест­вляется посредством пяти выводов, расположенных на крышке 10. Крышка 10 крепится к корпусу 5 тремя винтами 12. Высоковольт­ная часть устройств отделена от остальной конструкции перего­родкой 9. Валик 2 вращается во втулке 3 и шаровом вкладыше 6. Сальник 4 препятствует попаданию масла во внутреннюю часть корпуса. Шаровой вкладыш установлен в неподвижной пластине

8. Подвижная пластина 7, к которой присоединена тяга от вакуум­ного регулятора 18, может поворачиваться вместе с внутренней обоймой подшипника, наружная обойма которого закреплена в неподвижной пластине 8. На подвижной пластине закреплен по­лупроводниковый датчик 13 с магнитом. Три вывода датчика про­водами соединены с выводами штекера 17. В прорези датчика 13 вращается замыкатель (шторка) 14, которая втулкой 15 жестко соединена с поводковой пластиной центробежного регулятора 16.

Таким образом, при работе центробежного регулятора повод­ковая пластина поворачивает замыкатель относительно датчика, а при работе вакуумного регулятора датчик вместе с подвижной пластиной поворачивается относительно замыкателя.

Катушка зажигания 27.3705 аналогична по конструкции ка­тушке зажигания контактной системы зажигания. Соединение обмоток выполнено по автотрансформаторной схеме. Особенно­стью конструкции является относительно низкое сопротивление первичной обмотки (0,5 Ом), что позволяет получать стабильные выходные характеристики при уменьшении напряжения питания до 6 В. В конструкции предусмотрена защита катушки зажига­ния от взрыва при выходе из строя электронного коммутатора.

Все высоковольтные детали системы изготовлены из специаль­ной пластмассы типа стеклонаполненного полибутилентерефтала- та, дугостойкой, выдерживающей с большим запасом развивае­мое системой высокое напряжение.

Запись имеет метки:

Комментирование закрыто.