Электронная система зажигания


Системы зажигания автомобиля

Автомобильный мотор еще в первых своих модификациях представлял собой сложную конструкцию, состоящую из ряда систем, работающих воедино. Одним из основных компонентов любого бензинового мотора является система зажигания. Об ее устройстве, разновидностях и особенностях мы сегодня и поговорим.

Система зажигания

Система зажигания автомобиля представляет собой комплекс из приборов и устройств, которые работают на обеспечение своевременного появления электрического разряда, воспламеняющего смесь в цилиндре. Она является неотъемлемой деталью электронного оборудования и в своем большинстве завязана на работе механических компонентов мотора. Этот процесс присущ всем моторам, которые не используют для воспламенения сильно нагретый воздух (дизель, компрессионные карбюраторные). Искровое воспламенение смеси применяется и в гибридных моторах, работающих на бензине и газу.

Принцип работы системы зажигания зависит от ее вида, но если обобщать ее работу, можно выделить следующие этапы:

  • процесс накопления высоковольтного импульса;
  • проход заряда через повышающий трансформатор;
  • синхронизация и распределения импульса;
  • возникновение искры на контактах свечи;
  • поджог топливной смеси.


Важным параметром является угол или момент опережения – это время, в которое осуществляется поджог воздушно-топливной смеси. Подбор момента происходит так, чтобы предельное давление возникало при попадании поршня в верхнюю точку. В случае с механическими системами его придется выставлять вручную, а в электронно-управляемых системах настройка происходит автоматически. На оптимальный угол опережения влияет скорость движения, качество бензина, состав смеси и другие параметры.

Классификация систем зажигания

Основываясь на методе синхронизации зажигания, различают схемы контактные и бесконтактные. По технологии формирования угла опережения зажигания можно выделить системы с механической регулировкой и полностью автоматические или электронные.

Исходя из типа накопления заряда, для пробития искрового промежутка, рассматривают устройства с накоплением в индуктивности и с накоплением в емкости. По способу коммутации первичной цепи катушки бывают – механические, тиристорные и транзисторные разновидности.

Узлы систем зажигания

Все существующие виды систем зажигания различаются способом создания контролирующего импульса, в остальном их устройство практически не отличается. Поэтому можно указать общие элементы, которые являются неотъемлемой частью любой вариации системы.

Питание – первичным, служит аккумулятор (задействуется при пуске), а при работе – эксплуатируется напряжение, которое производит генератор.

Выключатель – устройство, которое необходимо для подачи питания на всю систему или его отключения. Выключателем служит замок зажигания или управляющий блок.

Накопитель заряда – элемент необходимый для концентрации энергии в нужном объеме, для воспламенения смеси. Существует два типа компонентов для накопления:

  • Индуктивный – катушка, внутри которой расположился повышающий трансформатор который создает достаточный импульс для качественного поджога. Первичная обмотка устройства питается от плюса батареи и приходит через прерыватель к ее минусу. При размыкании первичного контура прерывателем на вторичном создается высоковольтный заряд, который и передается на свечу.
  • Емкостный – конденсатор, который заряжается повышенным напряжением. В нужное время накопленный заряд по сигналу передается на катушку.

Схема работы в зависимости от вида накопления энергии

Свечи – изделие, состоящее из изолятора (основа свечи), контактного вывода для подключения высоковольтного провода, металлической оправы для крепления детали и двух электродов, между которыми и образуется искра.

Система распределения – подсистема, предназначенная для направления искры на нужный цилиндр. Состоит из нескольких компонентов:

  • Распределитель или трамблер – устройство, сопоставляющее обороты коленвала и соответственно – рабочее положение цилиндров с кулачковым механизмом. Компонент может быть механическим или электронным. Первый – передает вращение мотора и посредством специального бегунка распределяет напряжение от накопителя. Второй (статический) исключает наличие вращающихся частей, распределение происходит благодаря работе блока управления.
  • Коммутатор – прибор, генерирующий импульсы заряда катушки. Деталь присоединяется к первичной обмотке и разрывает питание, генерируя напряжение самоиндукции.
  • Блок управления – устройство на микропроцессорах, определяющее момент передачи тока в катушку на основании показаний датчиков.

Провод – одножильный высоковольтный проводник в изоляции, соединяющий катушку с распределителем, а также контакты коммутатора со свечами.

Магнето

Одной из первых систем зажигания является – магнето. Она состоит из генератора тока, который создает разряд исключительно для искрообразования. Состоит система из постоянного магнита, который приводится в движение коленчатым валом и катушки индуктивности. Искру, способную пробить искровой промежуток генерирует повышающий трансформатор, одной частью которого служит грубая обмотка катушки индуктивности. Для повышения напряжения используют часть обмотки генератора, которая соединена с электродом свечи.

Система зажигания с магнето

Контроль за подачей искры может быть контактный, выполненный в виде прерывателя или бесконтактный. При бесконтактном методе подачи искры применяются конденсаторы, которые улучшают качество искры. В отличие от представленных далее схем зажигания, магнето не требуется аккумулятор, оно легкое и активно применяется в компактной технике – мотокосах, бензопилах, генераторах и т.д.

Контактная система зажигания

Устаревшая, распространенная схема воспламенения топливной смеси. Отличительной особенностью системы является создание высокого напряжения, вплоть до 30 тысяч В на свечи. Создает такое высокое напряжение катушка, которая соединена с распределительным механизмом. Импульс на катушку передается благодаря специальным проводам, соединенным с контактной группой. При размыкании кулачков происходит формирование разряда и искры. Устройство также выполняет роль синхронизатора, так как момент образования искры должен совпадать с нужным моментом такта сжатия. Данный параметр устанавливается посредством механической регулировки и сдвига искры на более раннюю или позднюю точку.

Простейшая схема

Уязвимой частью такого варианта является естественный механический износ. Из-за него меняется момент образования искры, он нестабильный для различных положений бегунка. Ввиду чего появляются вибрации мотора, падает его динамика, ухудшается равномерность работы. Тонкие настройки позволяют избавиться от явных неисправностей, но проблема может возникнуть повторно.

Преимуществом контактного зажигания является его надежность. Даже при серьезном износе деталь будет работать безотказно, позволяя мотору работать. Схема не прихотлива к температурным режимам, практически не боится влаги или воды. Такой вид зажигания распространен на старых автомобилях и по сей день используется на ряде серийных моделей.

Бесконтактное зажигание

Принципиальная схема работы бесконтактной системы несколько отличается. Она сохраняет трамблер, как элемент конструкции, но он лишь выполняет функцию синхронизации цилиндров и отсылает импульс на коммутатор. В свою очередь транзисторный элемент, синхронизируется с показателем датчика и определяет угол зажигания, а также другие настройки – автоматически.

Преимущество системы – стабильность качества искрообразования, которое не зависит от ручных настроек или сохранности поверхности контактов. Если рассматривать превосходство данного варианта над контактной схемой, можно выделить:

  • система генерирует искру высокого качества постоянно;
  • устройство системы зажигания исключает ухудшение ее работы вследствие износа или загрязнения;
  • отсутствует необходимость производить тонкие настройки угла зажигания;
  • не приходится следить за состоянием контактов, контролировать их угол замыкания и другие настройки.

В результате использования бесконтактной системы можно наблюдать снижение расхода топлива, улучшение динамических характеристик, отсутствие сильных вибраций мотора, стабильная искра позволяет облегчить холодный пуск.

Электронное зажигание

Современная, наиболее совершенная схема, которая полностью исключает наличие подвижных частей. Для получения необходимых данных о положении коленвала и других применяются специальные датчики. Далее электронный блок управления производит расчеты и посылает соответствующие импульсы на рабочие компоненты. Такой подход позволяет максимально точно определить момент подачи искры, благодаря чему смесь разжигается своевременно. Это позволяет получить больше мощности, улучшить продувку цилиндра и снизить вредные выбросы, благодаря лучшему дожигу топлива.

Схема электронной системы

Электронная система зажигания автомобиля отличается высокой стабильностью работы и устанавливается на большинство современных авто. Такая популярность определена преимуществами данной схемы:

  • Снижение расхода топлива во всех режимах работы мотора.
  • Улучшение динамических показателей – отклик на педаль газа, скорость разгона и т.д.
  • Более плавная работа мотора.
  • Выравнивается график момента и лошадиных сил.
  • Минимизируются потери мощности на низких оборотах.
  • Совместима с газобаллонным оборудованием.
  • Программируемый электронный блок позволяет настроить двигатель на экономию топлива или наоборот, на повышение динамических показателей.

Назначение системы зажигания достаточно простое, она является неотъемлемой частью бензинового двигателя, а также моторов, оснащенных ГБО. Этот компонент постоянно меняется и приобретает новые формы, соответствующие современным требованиям. Несмотря на это даже самые простые модели зажигания все еще используются на различной технике, успешно выполняя свою работу, как и десятки лет назад.

Электронные системы зажигания - EI и DLI

Электронные системы зажигания устанавливают момент зажигания посредством электронных расчетов. Характеристические кривые, получаемые при использовании обычных распределителей зажигания с центробежными и вакуумными регуляторами, заменяются оптимизированными электронными отображениями процесса зажигания. Механическое распределение тока высокого напряжения осталось в варианте EI. Полностью электронное бесконтактное зажигание (т.е. без распределителя зажигания, система DLI) имеет постоянные электронно-управляемые компоненты. Электронные системы зажигания более точно, чем обычные механические системы, выбирают момент зажигания. Их преимущество заключается в том, что процесс зажигания определяется углом поворота коленчатого вала, а не валика распределителя (исключается влияние допусков в приводе распределителя). Исключаются ограничения, накладываемые механическими устройствами регулировки.

Число входных параметров теоретически ничем не ограничено, что позволяет расширить диапазон регулирования зажигания. Вследствие ограничений, накладываемых на потребное напряжение зажигания и регулируемый диапазон момента зажигания, при использовании распределителя зажигания с фиксированным приводом возникают значительные трудности в установке моментов зажигания на многоцилиндровых двигателях. Также в этом случае не может быть обеспечено эффективное распределение зажигания. Выходом может быть разделение зажигания на две цепи и статическое распределение напряжения.

Рисунок 1 - Схема действия электронной системы зажигания (EI) 1 – катушка зажигания с задающим каскадом; 2 – распределитель тока высокого напряжения; 3 – свеч

Электронная система зажигания для автомобиля

Схема самодельной электронной системы зажигания для автомобиля, выполнена из доступных деталей. Стабильность искры при значительных колебаниях скорости вращения, изменении окружающей температуры и напряжения питания можно получить с помощью системы зажигания.

Основные параметры:

  • Амплитуда импульсов на первичней обмотке катушки зажигания, В   300 ± 10  %;
  • Напряжения аккумуляторной батареи, В   7...15;
  • Наибольшая частота срабатывания, Гц  300;
  • Максимальная частота вращения четырехцилиндрового двигателя, мин^-1   9000;
  • Диапазон рабочих температур, °С  15 +80;
  • Ток, потребляемый системой, А   2.

Принципиальная схема

Устройство состоит из формирователя запускающих импульсов, на транзисторе V1, стабилизированного преобразователя постоянного напряжения на транзисторах V2, VЗ и трансформаторе ТУ, а также генератора импульсов зажигания, выполненного на тринисторе V6. Транзистор V1 работает в ключевом режиме.

При замкнутых контактах прерывателя S1 транзистор закрыт, и конденсатор СУ заряжается до половины напряжения питания через эмиттерный переход транзистора V2. При размыкании контактов транзистор V1 открывается и напряжение на хонденсаторе оказывается приложенным к эмиттерному переходу транзистора V2 в закрывающей полярности.

Стабилизированный преобразователь по стоянного напряжения выполнен по схеме ждущего мультивибратора с катушкой индуктивности на насыщающемся сердечнике.

В исходном состоянии, что соответствует замкнутым контактам прерывателя, транзистор V2 открыт базовым током, протекающим через обмотку I трансформатора Т1 и резистор R7, а транзистор VЗ закрыт. При размыкании контактов прерывателя транзистор V2 закрывается, а VЗ — открывается.

Генератор импульсов зажигания состоит из конденсатора СЗ и тринистора V6 (резисторы R8, R9, конденсатор С2 и диод V7 составляют цепь запуска тринистора). Снимаемое с обмотки ІІа трансформатора ТУ напряжение через диод V4 заряжает конденсатор СЗ. В момент открывания тринистора V6 конденсатор СЗ разряжается на первичную обмотку катушки зажигания Т2.

Тринистор открывается одновременно с размыканием контактов прерывателя передним отрицательным фронтом импульса ждущего мультивибратора — преобразователя напряжения. Заряд конденсатора СЗ происходит в момент положительного выброса напряжения, таким образом, моменты заряда и разряда конденсатора СЗ разнесены во времени.

Диод V5 служит для устранения колебаний напряжения на катушке зажигания по окончании действия импульса зажигания. Система зажигания защищена от дребезга контактов прерывателя.

В момент первого размыкания контактов S1 прерывателя транзистор V2 закрывается и остается в этом состоянии до окончания цикла работы преобразователя напряжения независимо от дальнейшего положения контактов S1. Рабочий ток через контакты прерывателя определяется сопротивлением резисторов R1 и R2.

Детали

Диоды V4, V5, тринистор V6 и транзисторы V2 и VЗ установлены на фрезерованном дюралюминиевом теплоотводе. Конденсатор СЗ прикреплен к тепловоду.

Резистор R8 припаян непосредственно к выводам тринистора. Транзистор КТ315А (V1) может быть заменен любым транзистором этой серии. Вместо тринистора КУ202М (V6) можно использовать КУ202Н.

Диоды КД202Н (V4, V5) можно заменить диодами с буквенными индексами К, Л, М, Р или С. Конденсатор СЗ — МБГО на номинальное напряжение 400 В. Резистор R6 состоит из двух резисторов ПЭВ-15 по 48 Ом каждый.

Трансформатор Т1 намотан на магнитопроводе ШЛ 16 X 25, зазор в магнитопроводе — 50 мкм. Обмотка I содержит 60 витков провода ПЭВ-2 — 1,2; ІІа — 100 витков провода ПЭВ-1 — 0,2; IIб — 360 витков провода ПЭВ-2 — 0,35.

Источник: Борноволоков Э. П., Фролов В. В. - Радиолюбительские схемы.

Бесконтактное зажигание: устройство, принцип работы, преимущества

  • Бензиновый
    • Устройство
      • Система впуска
      • Система питания
      • Система зажигания
      • Система смазки
      • Газораспределительный механизм (ГРМ)
      • Кривошипно-шатунный механизм (КШМ)
      • Система охлаждения
      • Система электронного управления ДВС
      • Система выпуска
    • Эксплуатация и уход
    • Неполадки и ремонт
  • Дизельный
    • Конструктивные особенности
    • Эксплуатация и уход
    • Неполадки и ремонт
  • Турбонаддув
  • Тюнинг двигателя
  • Трансмиссия
    • Неисправности, диагностика и ремонт
    • Обслуживание и уход
  • Ходовая часть
  • Рулевое управление
  • Тормозная система
  • Кузов
  • Салон
  • Прочее
  • Энциклопедия

Поиск

Принцип работы и устройство системы зажигания автомобиля

Автор Павел Александрович Белоусов На чтение 4 мин. Просмотров 177

Система зажигания устанавливается на бензиновые двигатели. Ее главная задача – воспламенить топливно-воздушную смесь в тот момент, когда поршень находится в верхнем положении, максимально сжимая ее. Бензин в цилиндре двигателя воспламеняется с искрой, которая возникает в специальной свече, в чем и состоит назначение системы зажигания в автомобиле.

Общие сведения о системе зажигания

При такте сжатия поршень двигается вверх, повышая давление воздушно-топливной смеси, поступающей в цилиндр через впускной клапан. Как только он доходит до мертвой точки, между электродами свечи проскакивает электрическая искра, которая и воспламенит горючую смесь. Чтобы бензиновые пары гарантированно воспламенились, длина искры должна быть не менее 1 мм, именно такой зазор должен быть между центральным и боковым электродом свечи.

Чтобы получить такую искру, напряжение или разница потенциалов между свечными электродами должна быть не менее 20 кВ. При этом аккумуляторная батарея выдает напряжение в 12 В, поэтому устройство системы зажигания должно позволять трансформировать высокие напряжения, чтобы получить нужную длину искры. Важно, что искра должна проскакивать именно в нужный момент, когда поршень находится в верхней точке.

Работа системы зажигания

Для получения тока высокого напряжения применяется специальная катушка, которая называется модуль зажигания. Она получает информацию от электронного блока управления или «мозгов», подавая ток высокого напряжения  на свечу точно в нужный момент.

Команду на подачу искры в рабочий цилиндр подает датчик положения коленчатого вала, который располагается возле задающего диска, закрепленного на конце коленвала. На этом диске нет одного зубчика, что является меткой для датчика. При подходе этой метки к датчику, она подает сигнал ЭБУ, что поршень находится в верхней точке и можно подавать разряд на свечу зажигания.

Поэтому при выходе из строя датчика коленчатого вала автомобиль не заводится, поскольку непонятно, в каком положении находится поршень. В случае такой поломки придется вызывать эвакуатор и доставлять автомобиль на СТО, своим ходом он туда не доберется.

Устройство

Конструкция системы зажигания в различных автомобилях может различаться, но несмотря на это, в общем, система зажигания состоит из следующих узлов:

  • аккумулятора;
  • электронный блок управления;
  • катушки или модуля зажигания;
  • свечей;
  • распределительного устройства;
  • датчика положения коленчатого вала;
  • высоковольтных проводов.

Модуль зажигания имеет четыре выводных контакта для каждого цилиндра, к которым подсоединяются свечи через свечные наконечники. Соединительные провода имеют надежную толстую изоляцию, поэтому автомобилисты называют их бронепроводами. Чтобы правильно присоединить провода к свечам, на модуле зажигания напротив выводных штырей нанесены цифры, соответствующие номерам цилиндров.

На более современных авто модуль зажигания, а также высоковольтные провода заменяются отдельными катушками зажигания, которые устанавливают на каждую свечу. Управляющие провода с током низкого напряжения идут непосредственно на каждую из таких катушек. При этом за очередность работы свечей отвечает тот же электронный блок управления или мозги автомобиля.

Виды систем зажигания

Важный элемент — распределяющее устройство, по типу которого различается контактная или бесконтактная система зажигания, а на новых автомобилях устанавливается более технологичная электронная система зажигания. Каждая из них имеет свои преимущества, которые нужно знать владельцу автомобиля.

  • Контактная система зажигания распределяет ток высокого напряжения по соответствующим цилиндрам при помощи механического устройства – прерывателя-распределителя. В нем располагается ротор трамблера, который поочередно прикасаясь к контактам, замыкает их на катушку высокого напряжения. На таких принципах работает система зажигания карбюраторного двигателя старых автомобилей.

  • Повышение скорости вращения коленвала и поиск новых технологий, повышающих надежность, привело к тому, что появилась контактно-транзисторная система зажигания. В ней механический прерыватель-распределитель соединяет транзисторный коммутатор, по которому протекает ток низкого напряжения, что приводит к продлению срока службы контактов. Такая комбинированная система зажигания позволила отказаться от конденсатора, запараллеленного с контактами прерывателя. В остальном – это та же классическая система зажигания.
  • Бесконтактная система зажигания – более современная альтернатива устаревшим контактным конструкциям. В ней контактный распределитель системы зажигания заменяется аналогичным устройством, работающим на оптическом, индуктивном сенсоре или датчике Холла. Импульс от него идет на транзисторный коммутатор, который и управляет повышающей обмоткой катушки зажигания, выступая прерывателем импульсов. Такая конструкция повышает КПД всей системы, позволяет экономить топливо при увеличении мощности двигателя, улучшает холодный запуск.

  • Электронная система работает непосредственно через  установленный в ЭБУ микропроцессор при помощи специализированного программного обеспечения. Такая система зажигания служит долго и устанавливается на самые современные автомобили. В первых версиях она объединялась с системой впрыска топлива, но теперь она является составной частью единой системы управления двигателем.

Проблемы с зажиганием

Основная проблема любой системы зажигания — отсутствие разряда в камере сгорания из-за поломки свечей. Это приводит к отключению одного или нескольких цилиндров. Чтобы этого не случилось, свечи требуется менять каждые 30-40 тыс. км пробега. На старых автомобилях отечественного производства это можно сделать самостоятельно. Более современные модели требуют специального ключа, поэтому данную операцию лучше делать на СТО.

Лекция №6-3 Бесконтактная система зажигания

 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.

 

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:

  1. можно повысить величину вторичного напряжения;
  2. увеличить между электродами свечи зазор;
  3. улучшить процесс искрообразования, сделать его более устойчивым, а также улучшить запуск двигателя при пониженной температуре;
  4. 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.

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.

 

     Для того чтобы бензиновый двигатель заработал, в его цилиндрах должно произойти воспламенение топлива. Это истина. Поэтому система зажигания (сначала, естественно, контактная) и возникла одновременно с автомобилем. Но прогресс не стоит на месте. Он, конечно же, коснулся и системы зажигания: на смену традиционному способу образования искры пришел более эффективный и надежный, а именно, бесконтактный. О нем и пойдет речь в данной статье.

Основные различия традиционной и бесконтактной систем зажигания

При работе бензинового двигателя искрообразование (то есть подача высокого напряжения на свечу) происходит в момент, когда осуществляется размыкания низковольтной цепи питания катушки зажигания.

В традиционной системе в качестве такого «выключателя» выступают контакты механического прерывателя, которые периодически размыкаются при соприкосновении с кулачками вращающегося ротора прерывателя.

Именно этот узел и был заменен при переходе на бесконтактную систему.

Управляющий сигнал в ней формируется специальным сенсором (индуктивным, оптическим или датчиком Холла), установленным под крышкой распределителя. Электрический импульс поступает на полупроводниковый коммутатор, который и осуществляет управление первичной обмоткой катушки зажигания.

 

     Датчик Холла получил свое название по имени Э.Холла, американского физика, открывшего в 1879 г. важное гальваномагнитное явление.

    Суть данного явления заключалась в следующем: 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 3 В меньше, чем напряжение питания.

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

Эфект Холла

Рисунок. Эффект Холла

  • Av А2 — соединения, полупроводниковый слой
  • UH — напряжение Холла
  • В — магнитное поле (плотное)
  • Iv — постоянный ток питания

   

    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.

На примере датчика Холла, применяемого в бесконтактной системе зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099.

      На практике это выглядит так: датчик Холла автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099 установлен на опорной пластине распределителя и состоит из двух частей – магнита и элемента Холла с усилителем. На датчик Холла подается напряжение с коммутатора (вывод 5) через токовый красный провод. «Масса» так же с коммутатора – бело-черный провод с вывода 3. Магнит создает магнитное поле, элемент Холла принимает его, создает напряжение, которое усиливает усилитель и через зеленый импульсный провод напряжение подается на коммутатор (вывод 6).

        

      Для изменения магнитного поля применяется экран с четырьмя прорезями, который вращается вместе с валом распределителя зажигания (трамблера) проходя между магнитом и принимающей частью датчика Холла. При прохождении в пазу датчика прорези экрана магнитное поле имеет определенную величину и соответственно датчик выдает на коммутатор электрический ток определенного напряжения (9-12 В).

      При прохождении в пазу датчика зубца экрана магнитное поле экранируется и не поступает на приемник датчика, при этом напряжение, поступающее на коммутатор, падает (0-0,5 В).

     

     Соответственно коммутатор прерывает электрический ток, подающийся на катушку зажигания, магнитное поле в ней резко сжимается и, пересекая витки обмотки, наводит ЭДС 22-25 кВ (ток высокого напряжения). Ток через бронепровода попадает на распределитель и далее на свечи зажигания, производя разряд, поджигающий топливную смесь. Прохождение каждого из четырех зубцов экрана в прорези датчика соответствует такту сжатия в одном из четырех цилиндров двигателя.

 

 

1 — свечи зажигания; 2 — датчик-распредепитель; 3 — коммутатор; 4 — генератор; 5 — аккумуляторная батарея; 6 — монтажный блок; 7 — репе зажигания; 8 — катушка зажигания; 9 — датчик Холла

Данные системы являются системами зажигания с регулированием времени накопления энергии. Данная система зажигания пришла на смену TSZi, чтобы исправить 2 недостатка:

  1. Форма и величина выходного напряжения магнитоэлектрического датчика изменяются с частотой вращения, что влияет на момент искрообразования.
  2. Уменьшение вторичного напряжения при росте частоты вращения коленчатого вала. Поэтому более перспективна система с регулированием времени накопления энергии.

На рисунке представлена электрическая схема системы зажигания с датчиком Холла:

Стабилизация величины вторичного напряжения достигается в схеме двумя путями — во-первых, регулированием времени нахождения транзистора VT1 в открытом состоянии, т.е. времени включения первичной цепи обмотки зажигания в сеть, во-вторых, ограничением величины тока в первичной цепи величиной около 8 А. Последнее, кроме того, предотвращает перегрев катушки.

Принцип работы: С датчика Холла на вход коммутатора приходит сигнал прямоугольной формы, величина которого приблизительно на 3 В меньше напряжения питания, а длительность, соответствует прохождению выступов экрана мимо чувствительного элемента датчика. Нижний уровень сигнала 0,4 В соответствует прохождению прорези. В момент перехода от высокого уровня к низкому происходит искрообразование.

 

В микросхеме коммутатора сигнал в блоке формирования периода, накопления энергии сначала инвертируется, затем интегрируется. На выходе интегратора образуется пикообразное напряжение, величина которого тем больше, чем меньше частота вращения двигателя. Это напряжение поступает на вход компаратора, на другой вход которого подано опорное напряжение. Компаратор преобразует величину напряжения во время. Сигнал на входе компаратора имеет место тогда, когда величина пилообразного напряжения достигает опорного и превышает его. При большой частоте вращения величина пилообразного напряжения мала, соответственно мала и длительность сигнала на выходе компаратора. С исчезновением выходного сигнала компаратора через схему управления открывается транзистор VT1, и первичная .цепь зажигания включается в сеть. Следовательно, время накопления энергии в катушке соответствует времени отсутствия сигнала на выходе компаратора. Уменьшение длительности выходного сигнала компаратора позволяет увеличить относительную величину времени накопления энергии и тем самым стабилизировать ее абсолютное значение.

Блок ограничения силы выходного тока срабатывает по сигналу, снимаемому с резисторов, включенных последовательно в первичную цепь зажигания. Если этот сигнал достигает уровня соответствующего силе тока 8 А, блок переводит выходной транзистор в активное состояние с фиксированием этой величины тока.

Блок безискровой отсечки отключает катушку зажигания в случае, если включено электропитание, но вал двигателя неподвижен. При этом, если при остановленном двигателе выходное напряжение датчика соответствует низкому уровню, катушка отключается сразу, в противном случае отключение происходит через 2 — 5 с.

Схема насыщена элементами защиты от всплесков напряжения и включения обратной полярности питания. Регулировка угла опережения зажигания осуществляется традиционными способами, т.е. центробежным и вакуумным регуляторами.

     Датчики индуктивного типа используются главным образом для измерения скорости и положения вращающихся деталей. Их действие основывается на известном принципе электрической индукции (изменение магнитного потока наводит э.д.с. в катушке). В результате вращения ротора датчика управляющих импульсов изменяется магнитное поле и в индукционной обмотке (статоре) создается представленное на рисунке а, б переменное напряжение. При этом напряжение увеличивается по мере приближения зубцов ротора к зубцам статора. Положительный полупериод напряжения достигает своего максимального значения, когда расстояние между зубцами статора и ротора минимальное. При увеличении расстояния магнитный поток резко меняет свое направление и напряжение становится отрицательным.

Рисунок. Датчик управляющих импульсов по принципу индукции
а) Технологическая схема

  1. Постоянный магнит
  2. Индукционная обмотка с сердечником
  3. Изменяющийся воздушный зазор
  4. Ротор датчика управляющих импульсов

б) временная характеристика переменного напряжения, индуктируемого датчиком управляющих импульсов tz = момент зажигания

В этот момент времени (tz) в результате прерывания первинного тока коммутатором инициируется процесс зажигания.

Количество зубцов ротора и статора в большинстве случаев соответствует количеству цилиндров. В этом случае ротор вращается с уменьшенной вдове частотой вращения коленчатого вала. Пиковое напряжение (± U) при низкой частоте вращения составляет прибл. 0,5 В, при высокой — прибл. до 100 В.

Момент зажигания можно проконтролировать только при работающем двигателе, поскольку без вращения ротора изменение магнитного поля не происходит и в результате не создается сигнал.

 


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

      Данные системы являются бесконтактными системами зажигания с нерегулируемым временем накопления энергии. Бесконтактная система зажигания с нерегулируемым временем накопления энергии принципиально отличается от контактно-транзисторной только тем, что в ней контактный прерыватель заменен бесконтактным датчиком. На рисунке ниже приведена электрическая схема системы:

Принцип работы: Сигнал с обмотки L магнитоэлектрического датчика через диод VD2, пропускающий только положительную полуволну напряжения, и резисторы R2, R3 поступает на базу транзистора VT1. Транзистор открывается, шунтирует переход база-эмиттер транзистора \/Т2, который закрывается. Закрывается и транзистор VT3, ток в первичной обмотке катушки зажигания прерывается, и на выходе вторичной обмотки возникает высокое напряжение. В отрицательную полуволну напряжения транзистор VT1 закрыт, открыты VT2 и VT3, и ток начинает протекать через первичную обмотку Катушки возбуждения. Очевидно, что число пар полюсов датчика должно соответствовать числу цилиндров двигателя.

Цепь R3-C1 осуществляет фазосдвигающие функций, компенсирующие фазовое запаздывание протекания тока в базе транзистора VT1 из-за значительной индуктивности обмотки датчика L, чем снижается погрешность момента искрообразования.

Стабилитрон VD3 и резистор R4 защищают схему коммутатора от повышенного напряжения в аварийных режимах, так как, если напряжение в бортовой цепи превышает 18 В, цепочка начинает пропускать ток, транзистор VT1 открывается и закрывается выходной транзистор VT3. Цепями защиты от опасных импульсов напряжения служат конденсаторы СЗ, С4, С5, С6; диод VD4 защищает схему от изменения полярности бортовой сети. Форма и величина выходного напряжения магнитоэлектрического датчика изменяются с частотой вращения, что влияет на момент искрообразования.

Давайте обобщим всё прочитанное. Не смотря на разность датчиков, системы схожи в построении и различаются внутренним устройством некоторых компонентов. Давайте взглянем на систему и опишем последовательно работу:

Итак, водитель поворачивает ключ в замке зажигания, тем самым замыкая цепь. Ток начинает поступать из аккумулятора по замкнутому замку зажигания.

Можно сказать, что питание цепи происходит по схеме: Аккумулятор->Стартер->Генератор. При нахождении ключа в положении «стартер» замыкаются контакты 50 и 30. Электрический ток поступает на реле стартера. Там появляется магнитное поле, что приводит к тому, что бендикс стартера вводится в зацепление с шестернёй маховика. Включается электродвигатель стартера и он начинает крутить маховик. Тот в свою очередь начинает раскручиваться и при достижении скорости, большей чем допустимая скорость вращения вала шестерни стартера привод стартера выводит её из зацепления. В свою очередь, вращение коленчатого вала передаётся на вращение вала генератора, что в свою очередь приводит к выработке электрического тока на нём, который питает бортовую сеть автомобиля и подзаряжает аккумулятор.

1 —  свечи зажигания; 2 — датчик-распределитель; 3 — распределитель; 4 — датчик импульсов; 5 — коммутатор; 6 — катушка зажигания; 7 — монтажный блок; 8 — реле зажигания; 9 — выключатель зажигания; А — к клемме генератора.

     Электрический ток поступает на первичную обмотку катушки зажигания(6).

     Коммутатор, получая сигнал с датчика(4), прерывает или наоборот включает первичную обмотку. Когда протекание тока по первичной обмотке прерывается, то во вторичной обмотке возникает ток высокого напряжение, который подаётся по высоковольтному проводу на распределитель.

   Распределитель, вал которого приводится в движение от шестерни привода масляного насоса или коленчатого вала(зависит от конкретного устройства двигателя) распределяет искру по свечам, тем самым воспламеняя смесь в нужном цилиндре двигателя в нужное время.

Преимущества БСЗ

Задача системы зажигания — обеспечение в нужный момент искры зажигания достаточной энергии для воспламенения топливной смеси. Чем точнее выполняется этот процесс, тем выше мощность и эффективность двигателя. Правильно выставленное зажигание позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива и выбросы вредных веществ.

     В последние годы и десятилетия эти цели приобретали все большую актуальность. Контактная система зажигания не смогла справиться с требованиями, которые к ней предъявлялись. Максимально передаваемую энергию, необходимую для зажигания рабочей смеси, увеличить не удалось, хотя это было необходимо для двигателей с высокой компрессией и мощностью, частота вращения которых становились все больше. Кроме того, из-за постоянного износа контактов не возможно обеспечить точное соблюдение заданного момента воспламенения. Это вызывало перебои в работе двигателя, повышение расхода топлива и выбросам вредных веществ атмосферу.

     Благодаря развитию электроники удалось инициировать процесс воспламенение бесконтактно, в результате чего решились проблемы износа и технического обслуживания. При этом заданный момент зажигания точно соблюдается практически в течение всего срока службы. В первую очередь, это достигается благодаря индуктивному формированию сигнала (бесконтактная транзисторная система зажигания с накоплением энергии в индуктивности) и формированию сигнала датчиком Холла (TSZ-h). Поскольку обе эти системы экономичны и относительно недорогие, они используются и сегодня на некоторых двигатетелях малого объема.

 

Основные преимущества бесконтактной системы зажигания:

  • отсутствие износа и технического обслуживания,
  • постоянный момент воспламенения,
  • отсутствие дребезга контактов и, как следствие, возможность увеличения частоты вращения,
  • регулирование накопления энергии и ограничение первичного тока,
  • более высокое вторичное напряжение системы зажигания
  • отключение постоянного тока.

Как работает электронное зажигание? (с иллюстрациями)

Системы зажигания, основанные на концепции генерации измеренных и синхронизированных электрических импульсов, существуют с начала 1900-х годов. Современное электронное зажигание больше не требует такого большого количества электромеханических деталей в системе, ключевой из которых является распределитель. Он построен на твердотельной цепи датчиков, запускающих переключатель, пропускающий ток через катушку зажигания. Эти регулярно передаваемые электрические импульсы направляются к свечам зажигания, которые затем воспламеняют топливо.Такая электронная система более эффективна и может поддерживать более высокие уровни мощности двигателя, чем старые распределительные системы или системы с механическим управлением.

Выключатель зажигания автомобиля и ключ.

Основное преимущество электронного зажигания, основанного на схемах, а не на механическом управлении, заключается в том, как электрический импульс распространяется на свечи зажигания.Использование транзисторов, датчиков и электрических переключателей, таких как тиристор, для управления электрическим потоком является более точным, надежным и долговечным, чем система выключателя, управляемая механически вращающейся распределительной головкой. Благодаря высокой точности, это также предотвращает неполное сгорание топлива в поршневой камере двигателя, что приводит к повышению топливной эффективности и снижению загрязнения.

В более новых автомобилях есть кнопка зажигания, и ключ не нужен для работы в качестве распределителя.

Электронное зажигание также автоматизирует несколько процессов управления зажиганием, которые раньше приходилось настраивать или настраивать вручную. Ранние системы магнето требовали ручного запуска вместо электрического запуска, и они были сначала заменены неперезаряжаемыми батареями с сухими элементами, которые имели ограниченный срок службы. Более ранние системы также были ограничены количеством напряжения, которое они могли генерировать, и такие системы имели неточное распределение электрического тока в целом.Это позволяло ранним автомобильным автомобилям работать на более низких скоростях и потреблять больше топлива, чем в случае с новым электронным зажиганием.

Электрическое зажигание может помочь с топливной экономичностью и уменьшением загрязнения.

Автомобильные, лодочные и другие крупные бензиновые, керосиновые или дизельные двигатели обычно имеют электронное зажигание. Самолеты отличаются тем, что часто не имеют генератора переменного тока и по-прежнему используют магнето, поскольку могут генерировать собственную электрическую энергию. Меньшие бензиновые двигатели со свечами зажигания, но без встроенных аккумуляторов, такие как газонокосилки, бензопилы и воздуходувки, также используют магнето.

Генераторы заряжают аккумулятор автомобиля и снабжают его электрическую систему энергией.

Автомобили, построенные до середины 1970-х годов, в которых использовалось электронное зажигание с распределительным механизмом, также можно модернизировать с помощью более новой технологии, которая объединяет систему зажигания с системой впрыска топлива в качестве еще одного эффективного устройства.Там, где такая модернизация невозможна на конкретной модели, существуют комплекты для модернизации классического транспортного средства с распределительным механизмом без впрыска топлива до электронного зажигания.

Генератор автомобильного двигателя по сути служит электрическим генератором. .

Электронная система зажигания

  • Блок управления двигателем для двигателей от 1 до 16 цилиндров. 4-12 × TCI-CDI выходов

    376,31 €

    цена с НДС

    Деталь
  • Блок управления двигателем для двигателей от 1 до 16 цилиндров. 4-12 × TCI-CDI выходов со встроенным датчиком MAP.

    430,76 €

    цена с НДС

    Деталь
  • Блок управления двигателями от 1 до 6 цилиндров. 3 выхода TCI

    269,83 €

    цена с НДС

    Деталь
  • Модуль управления широкополосным лямбда-зондом - измерение кислорода O2

    215.38 €

    цена с НДС

    Деталь
  • .

    Как работают автомобильные системы зажигания

    Система зажигания вашего автомобиля должна работать согласованно с остальным двигателем. Цель состоит в том, чтобы зажечь топливо в нужное время, чтобы расширяющиеся газы могли выполнять максимальную работу. Если система зажигания сработает не в то время, мощность упадет, а потребление газа и выбросы могут увеличиться.

    Когда горит топливно-воздушная смесь в цилиндре, температура повышается, и топливо преобразуется в выхлопные газы.Это преобразование вызывает резкое повышение давления в цилиндре и заставляет поршень опускаться.

    Чтобы получить максимальный крутящий момент и мощность от двигателя, цель состоит в том, чтобы максимизировать давление в цилиндре во время рабочего хода . Максимальное давление также обеспечивает максимальную эффективность двигателя, что напрямую влияет на увеличение пробега. Выбор момента зажигания имеет решающее значение для успеха.

    Имеется небольшая задержка от момента искры до момента, когда вся топливно-воздушная смесь сгорит и давление в цилиндре достигнет максимума.Если искра возникает прямо тогда, когда поршень достигает вершины такта сжатия, поршень уже переместится вниз на часть своего рабочего хода до того, как газы в цилиндре достигнут максимального давления.

    Чтобы максимально использовать топливо, искра должна возникнуть до того, как поршень достигнет верхней точки такта сжатия , поэтому к тому времени, когда поршень начнет свой рабочий ход, давление будет достаточно высоким, чтобы начать полезную работу.

    Работа = Сила * Расстояние

    В цилиндре:

    • Сила = Давление * Площадь поршня
    • Расстояние = Длина хода

    Итак, когда мы говорим о цилиндре, работа = давление * площадь поршня * длина хода . А поскольку длина хода и площадь поршня фиксированы, единственный способ максимизировать работу - увеличить давление.

    Время зажигания очень важно, и время может быть либо , , либо , , в зависимости от условий.

    Время, необходимое для сжигания топлива, примерно постоянно. Но скорость поршней увеличивается с увеличением оборотов двигателя. Это означает, что чем быстрее работает двигатель, тем раньше должна возникнуть искра. Это называется опережением зажигания . : Чем выше частота вращения двигателя, тем больше требуется опережение.

    Другие цели, такие как минимизация выбросов , имеют приоритет, когда максимальная мощность не требуется. Например, замедляя синхронизацию зажигания (перемещая искру ближе к вершине такта сжатия), можно снизить максимальное давление и температуру в цилиндре.Снижение температуры помогает уменьшить образование оксидов азота (NO x ), которые являются регулируемым загрязнителем. Задержка синхронизации также может устранить детонацию; некоторые автомобили с датчиками детонации делают это автоматически.

    Далее мы рассмотрим компоненты, которые создают искру.

    Объявление

    .

    Система зажигания | инженерия | Britannica

    Система зажигания в бензиновом двигателе - средство, используемое для создания электрической искры для воспламенения топливно-воздушной смеси; горение этой смеси в цилиндрах создает движущую силу.

    Основными компонентами системы зажигания являются аккумуляторная батарея, индукционная катушка, устройство для создания синхронизированных высоковольтных разрядов от индукционной катушки, распределитель и набор свечей зажигания. Аккумуляторная батарея обеспечивает электрический ток низкого напряжения (обычно 12 вольт), который преобразуется системой в высокое напряжение (около 40 000 вольт).Распределитель направляет последовательные всплески тока высокого напряжения к каждой свече зажигания в порядке зажигания.

    В старых автомобильных системах зажигания импульсы высокого напряжения производятся с помощью точек прерывания, управляемых вращающимся кулачком распределителя. Когда точки соприкасаются, они замыкают электрическую цепь через первичную обмотку катушки зажигания. Когда точки разделены кулачком, первичная цепь разрывается, что создает выброс высокого напряжения во вторичных обмотках индукционной катушки.В новых автомобилях точки прерывания в значительной степени заменены электронными устройствами. Большинство из них сейчас используют магнитное устройство, называемое реактором, которое приводится в действие валом распределителя для создания синхронизированных электрических сигналов, которые усиливаются и используются для управления током в индукционной катушке. Эти новые системы зажигания более надежны, чем старые, позволяют лучше управлять двигателем и обеспечивают более высокое выходное напряжение на свечах зажигания.

    За время эволюции твердотельных систем зажигания было внесено множество модификаций.Некоторые системы преобразования зажигания, например, продлевают срок службы точки прерывания за счет использования транзисторов, устройств, в которых небольшой ток на входе (цепь точки прерывания) управляет гораздо большим током на выходе (первичная цепь катушки).

    Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего 1768 First Edition с подпиской. Подпишитесь сегодня

    Многие автомобильные двигатели теперь используют систему зажигания без распределителя, или систему прямого зажигания, в которой импульс высокого напряжения подается непосредственно на катушки, которые находятся на вершине свечей зажигания (известные как катушка на свече).Основными компонентами этих систем являются блок катушек, модуль зажигания, кольцо реактора коленчатого вала, магнитный датчик и электронный модуль управления. Модуль зажигания управляет первичной цепью катушек, включая и выключая их. Кольцо реактора установлено на коленчатом валу таким образом, что при вращении коленчатого вала магнитный датчик срабатывает по выемкам в кольце реактора. Магнитный датчик передает информацию о положении в электронный модуль управления, который определяет угол зажигания.

    .

    Смотрите также