Формирование сигнала датчиком Холла
Вторую возможность бесконтактного управления искрообразованием, возможно осуществить с помощью датчик Холла.
Датчик Холла часто используется при переоборудование системы зажигания с контактной на бесконтактную, поскольку его удается установить вместо прерывателя на подвижную пластину.
В бесконтактном датчике используется эффект Холла (названный в честь его открывателя), заключающийся в возникновение поперечной разности потенциалов в проводнике с постоянным током под действием магнитного поля. Эффект Холла особенно эффективен в специальных полупроводника. Микросхема, интегрированная в датчик Холла еще больше усиливает сигнал.
При вращении экрана с прорезями (обтюратора) магнитное поле периодически воздействуют на датчик Холла. Если между магнитными направляющими обтюратор открыт (так называемые прорези), индуктируется напряжение Холла. Если в воздушном зазоре между магнитными направляющими обтюратор закрыт, то линии магнитного поля не могут воздействовать на датчик Холла и напряжение близко к нулю (Небольшие поля рассеяния полностью подавить нельзя). Благодаря характеристике напряжения Холла снова присутствует сигнал для искрообразования.
Количество прорезей соответствует в большинстве случаев количеству цилиндров, а обтюратор вращается вместе с ротором распределителя зажигания с уменьшенной вдвое частотой вращения коленчатого вала. Для регулирования опережения зажигания пластина, на которой закреплен датчик Холла, механически передвигается по уже знакомому принципу. Искрообразование происходит при включении датчика Холла (t2), то есть как только прорезь позволит линиям магнитного поля воздействовать на датчик Холла. В данном случае настройку зажигания можно выполнять при неработающем двигателе (соблюдайте информацию производителя!).
Схема контактно транзисторного зажигания в автомобиле
Контактно-транзисторная система зажигания — это переходной этап между контактным и бесконтактным электронным вариантами систем зажигания. Она лишена основного недостатка своего предшественника — возможности подгорания и износа контактов прерывателя, которые коммутируют цепь с индуктивностью и значительной силой тока. Схема контактно-транзисторной системы зажигания предусматривает коммутацию первичной цепи обмотки возбуждения при помощи транзистора, который управляется контактами прерывателя. Более того, с началом использования такой системы зажигания появился новый блок — электронный коммутатор, объединяющий в себе коммутирующий транзистор и элементы схемы его управления.
Схема контактно-транзисторной системы зажигания предусматривает наличие следующих элементов:
- аккумуляторной батареи напряжением 1,2 В (на рисунку обозначенная цифрой 1);
- зажима стартера (цифра 2);
- замка (включателя) зажигания (3);
- дополнительных резисторов, изготовленных из константановой проволоки (4);
- транзисторного коммутатора, дополненного электрическим конденсатором (5);
- германиевого диода (8);
- транзистора (9);
- резисторов, имеющих сопротивление в 20 Ом (6 и 10);
- импульсного трансформатора с двумя обмотками: первичной (11) и вторичной (12);
- стабилитрона (22);
- прерывателя, имеющего подвижный (под номером 14) и неподвижный (под номером 15) контакты, а также кулачковую муфту (21);
- распределителя (16), имеющего токоразносную пластину (17);
- свечей (18) и катушки (19) зажигания;
- помехоподавительного сопротивления (20).
Зажим «Р» соединен с подвижным контактом прерывателя, зажим «К» — надежно соединен с зажимом катушки зажигания, «М» — соединен с массой посредством многожильного провода, а зажим, который не имеет обозначения — с соответствующим зажимом этой же катушки.
Принцип работы контактно транзисторного зажигания
Принцип работы контактно-транзисторной системы зажигания нельзя назвать слишком простым, тем более, что он имеет свои, специфические особенности. Когда зажигание выключено или контакты прерывателя разомкнуты, транзистор находится в закрытом положении, но как только ситуация меняется (зажигание включается, либо контакты прерывателя замыкаются), появляется цепь тока, отвечающего за управление транзистором.
Она имеет следующий вид: «+» батареи – зажим стартера 2 – включатель зажигания 3 – резисторы 4 – первичная обмотка катушки зажигания – зажим транзисторного коммутатора (тот, который без обозначения) – вторичная обмотка импульсного трансформатора 12 – резистор 10 – эмиттер – база транзистора – зажим 13, к которому подключена первичная обмотка импульсного трансформатора 11 – подвижный 14 – неподвижный 15 контакты прерывателя – «масса» – «–» аккумуляторной батареи.
Как только управляющий ток преодолеет эмиттер, базу транзистора сопротивления перехода, коллектор начнет снижаться и транзистор откроется.
Появляется еще одна цепь рабочего тока с низким напряжением: «+» батареи – зажим стартера 2 – включатель зажигания 3 – резисторы 4 – первичная обмотка катушки зажигания – эмиттер – база – коллектор – зажим «М» транзисторного коммутатора – «масса» – «–» батареи. Учитывая небольшую силу сопротивления транзистора в первичной обмотке катушки зажигания, неудивительно, что появляется сильное магнитное поле, способствующее получению более высокого напряжения во вторичной обмотке.
Вращение коленвала заставляет грань кулачковой муфты воздействовать на рычаг подвижного контакта, из-за чего прерывается цепь управляющего тока и транзистор снова закрывается. Соответственно, цепь рабочего тока низкого напряжения так же прерывается.
В это же время, во второй обмотке, индуцируется ЭДС взаимной индукции, влияние которой полностью противоположно направлению рабочего тока низкого напряжения. Вследствие этого явления скорость закрытия транзистора увеличивается. Резкое прерывание тока в первичной катушке зажигания ведет к тому, что ее магнитные силовые линии, при исчезании пересекают витки вторичной обмотки и в них индуцируется ток высокого напряжения (до 30 000 В).
Сравнение катушек
Когда речь заходит о признаках отличия катушки контактной системы зажигания от бесконтактной, все сразу обращают внимание на маркировку. Действительно, по ней можно сразу узнать, для какой системы используется катушка
Однако нас интересует именно внешние и технические различия катушек, поэтому мы приведем отличия именно по этим параметрам:
Катушка в контактной системе зажигания имеет большее количество витков в первичной обмотке. Это изменение напрямую влияет на сопротивление и количество проходящего тока. Кроме того, ограничение тока на контактах связано с безопасностью (чтобы контакты не обгорали).
Контакты прерывателя катушки в бесконтактной системе зажигания не загрязняются и не обгорают
Такая надежность позволяет получить одно важное преимущество: установка момента зажигания не занимает много времени.
Катушка в бесконтактной системе зажигания мощнее и надежнее. Это преимущество связано непосредственно с тем, что самая бесконтактная система зажигания — более надежный вариант
Поэтому в такой системе катушка и дает большую мощность двигателя.
Крышка не отличается. Геометрия одинаковая. Крышки по свойствам разные. В ЗР давно тест был. Лучшими были крышки из серого пластика. Максимальное пробивное напряжение. Черный и коричневый реактопласт никто уже не делает.
Бегунки отличаются по номиналу сопротивления. Для КСЗ 2кОм, для БСЗ 5кОм.
А ты знаешь что такое дельта импульс? Открой теорию фильтрации там хорошо написано о его свойствах.
Так вот если убрать все сопротивления из тракта прохождения искры, то получим практически дельта импульс (большая амплитуда и малая длительность). Спектр излучения от 0 до бесконечности с линейным распределением мощьности. Даже в ФМ диапазоне будешь ловить. А усилок помех наловит — к гадалке не ходить. Нелинейности сдетектируют помеху и слушай её наздоровье в звуковом диапазоне.
Система зажигания: бесконтактное зажигание
Итак, бесконтактная система повышает мощность двигателя, уменьшает расход горючего, снижает токсичность выхлопа и т.д. Это становится возможным благодаря тому, что разряд отличается более высоким напряжением (30 тысяч вольт.). В свою очередь, мощная искра позволяет смеси сгорать более эффективно и полноценно.
Если иначе, отсутствие контактов позволяет подать ток на первичную обмотку катушки зажигания через полупроводниковый коммутатор, в результате чего энергия искры больше и удается получить большее напряжение на вторичной обмотке катушки. В среднем, показатель составляет до 10 кВ;
Также электромагнитный импульсный работает лучше, чем контактная группа. Работа более стабильна на разных оборотах двигателя, агрегат отдает больше мощности и способен сэкономить до 1.0 литра топлива по сравнению с аналогами, оснащенными контактной системой зажигания.
Еще следует добавить, что обслуживать бесконтактное зажигание проще, так как сбои возникают не часто, а сама система нуждается в обслуживании намного реже. Бесконтактное зажигание не нуждается в чистке и регулировке.
Также для нормальной работы электронного зажигания требуется меньше энергии АКБ. Это значит, что «с толкача» двигатель удается завести даже тогда, когда аккумулятор сильно разряжен. Дело в том, что после включения зажигания компоненты практически не потребляют энергию аккумулятора.
Если сравнивать с контактным зажиганием, энергия в этом случае потребляется тогда, когда контакты прерывателя замкнуты, катушка зажигания греется даже при заглушенном моторе. По конструкции бесконтактная система зажигания включает в себя несколько элементов. Если рассматривается схема зажигания данного типа, она включает в себя:
- питание;
- выключатель зажигания,
- датчик импульсов;
- транзисторный коммутатор;
- катушка зажигания;
- распределитель;
- свечи зажигания;
Распределитель зажигания соединяется со свечами посредством ВВ – проводов (высоковольтные свечные провода зажигания). На деле, устройство бесконтактной системы зажигания напоминает схему контактного зажигания, однако есть и отдельные элементы (датчик импульсов, транзисторный коммутатор).
Начнем с того, что датчик импульсов (импульсный датчик)создает электрические импульсы. Такие импульсы имеют низкое напряжение. Датчик может быть датчиком Холла, а также индуктивным или оптическим.
При этом самым распространенным в бесконтактной системе зажигания является датчик импульсов на эффекте Холла. В двух словах, датчик работает за счет появления поперечного напряжения в пластине проводника с электрическим током под действием магнитного поля.
Сам датчик Холла включает в себя постоянный магнит, полупроводниковую пластину с микросхемой, а также металлический экран с особыми прорезями. Через прорези в экране проходит магнитное поле, в полупроводниковой пластине возникает напряжение.
Также экран не позволяет магнитному полю проникать постоянно, в результате чего нет напряжения на полупроводниковой пластине. Получается, благодаря чередованию прорезей в экране создаются импульсы низкого напряжения.
Импульсный датчик соединен с распределителем, образуя единый датчик-распределитель. Датчик напоминает прерыватель-распределитель, приводится в действие от коленвала ДВС.
Еще одним элементом является транзисторный коммутатор. Данный элемент необходим для того, чтобы прерывать ток в цепи первичной обмотки катушки зажигания.
Прерывание осуществляется благодаря сигналам импульсного датчика (за счет чередующегося отпирания, а также запирания выходного транзистора).
Принцип действия бесконтактной системы зажигания
Бесконтактная система зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099 включает в себя катушку зажигания, свечи зажигания, высоковольтные провода (бронепровода), трамблер с распределителем зажигания, датчиками-регуляторами опережения зажигания (центробежным и вакуумным) и датчиком Холла, также коммутатор и провода низкого напряжения.
Схема бесконтактной системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099
Откуда поступает ток в систему зажигания?
Электрический ток в систему зажигания поступает с вывода «30» генератора, через монтажный блок предохранителей и реле, замок зажигания, реле зажигания и далее на вывод «Б» катушки зажигания. Система запитывается после поворота ключа в замке зажигания.
Принцип действия бесконтактной системы зажигания
— При работе двигателя вращается вал распределителя зажигания (трамблера). В работу вступает датчик Холла. Стальной круглый экран с четырьмя прорезями на валу трамблера, вращаясь, проходит через зазор этого датчика. Когда проходит прорезь экрана, напряжение отдаваемое датчиком ниже бортового на 3 В или равно ему, когда зубец экрана, напряжение падает практически до нуля. Прохождение каждого из четырех зубцов соответствует такту сжатия и моменту зажигания в одном из цилиндров двигателя.
— Далее в работу вступает коммутатор. Свои прерывистые импульсы датчик Холла подает на вывод «6» коммутатора, а тот в свою очередь подает импульс на первичную обмотку катушки зажигания (вывод «К»).
— Теперь работает катушка зажигания. В момент прерывания электрического тока (зубец экрана проходит через зазор датчика Холла) магнитное поле в катушке зажигания резко сжимается и, пересекая витки обмотки, производит ЭДС порядка 22-25 кВ (ток высокого напряжения).
— Работа распределителя зажигания. Ток высокого напряжения по центральному бронепроводу поступает на центральный вывод крышки трамблера и далее на «бегунок»-распределитель зажигания, который вращаясь, раздает ток высокого напряжения по четырем клеммам крышки.
— Работа свечей зажигания. По высоковольтным проводам ток высокого напряжения поступает к свечам зажигания. Между их электродами проскакивает искра, воспламеняющая топливную смесь в цилиндрах двигателя.
Чтобы добиться от двигателя максимальной мощности необходимо воспламенять смесь искрой несколько раньше прихода поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Для этого регулируют угол опережения зажигания вращением трамблера в ту или иную сторону. При холостых оборотах двигателя 750-800 об/мин угол опережения зажигания, например для двигателя 21083 работающего на 92-м бензине должен составлять 4±1º (подробнее см. «Установка угла опережения зажигания на ВАЗ 2108, 2109, 21099»).
Примечания и дополнения
— При работе двигателя на высоких оборотах необходим еще более ранний угол опережения зажигания. Здесь помогает центробежный регулятор опережения зажигания, который за счет расхождения своих грузиков от центробежной силы при повышении оборотов вращения оси трамблера смещает пластину с экраном. Она раньше проходит через зазор в датчике Холла, импульс поступает на коммутатор с некоторым опережением и соответственно зажигание становится раньше (подробнее см. «Центробежный регулятор опережения зажигания»).
— При движении с нагрузкой (например, в гору) помогает вакуумный регулятор опережения зажигания. Он работает по такому же принципу, как и центробежный регулятор. Смещает пластину с экраном для опережения угла, но за счет разрежения возникающего за дроссельной заслонкой после нажатия на педаль «газа» (подробнее см. «Вакуумный регулятор опережения зажигания»).
Устройство
Катушка зажигания — назначение, устройство и работа
Система зажигания автомобиля ГАЗ 53 в настоящее время является бесконтактной. Изучив устройство и принцип действия, можно попутно овладеть навыками поиска и устранения неисправностей. Особенно, это необходимо тем, кто эксплуатирует ГАЗ 53. Ведь часто бывает так, что рядом нет хороших специалистов, которые помогли бы в решении возникших проблем. К тому же за их услуги придётся платить. Качество проделанной работы можно определить иногда спустя некоторое время. Неисправность, возникшая неожиданно и в неподходящий момент, создаст неприятности.
Элементы системы
Система зажигания автомобиля ГАЗ 53 состоит из нескольких элементов, каждый из которых выполняет свою функцию. Зная их, можно гораздо быстрее найти и устранить неисправность. Система состоит из следующих элементов:
- Аккуммуляторная батарея;
- Коммутатор;
- Свечи зажигания;
- Датчика распределитель;
- Высоковольтные и низковольтные провода;
- Катушка зажигания;
- Дополнительное стартерное реле;
- Добавочный и помехоподавляющий резистор;
- Указатель тока;
- Замок зажигания.
Все составляющие элементы можно сгруппировать в зависимости от выполняемых задач. В этом случае, они будут входить в соответствующие группы. Система зажигания автомобиля ГАЗ 53 будет работать правильно, когда соблюдены основные условия:
- Сопоставление момента возникновения искры и работы двигателя;
- Достаточная мощность искры;
- Отсутствие пропусков в искрообразовании.
Для своевременной подачи искры нужно тщательно соотнести такты работы двигателя и появление напряжения на электродах свечи. Нужная мощность искры, в свою очередь, зависит от величины напряжения, зазоров между электродами свечи и исправности цепи. Отсутствие искры приводит к снижению мощности и увеличению расхода топлива, поэтому пропуски недопустимы.
Своевременная искра
Сопоставление определённого такта и подачи напряжения на свечи является задачей датчика-распределителя. Бесконтактная система зажигания автомобиля ГАЗ 53 может быть снабжена магнитоэлектрическим или полупроводниковым датчиком-распределителем, который находится внутри трамблёра. Перечень элементов трамблёра включает в себя:
- Датчик-распределитель;
- Токоразносная пластина (бегунок);
- Центробежный и вакуумный регулятор.
Магнитоэлектрический датчик ГАЗ 53 представляет собой генератор импульсов переменного тока, частота которых зависит от оборотов двигателя. Это устройство имеет восемь полюсов (по числу цилиндров). В процессе вращения распределительного вала, а вместе с ним и ротора датчика происходит последовательное прохождение полюсов постоянного магнита через полюсы обмотки статора. В результате изменяющегося магнитного потока в обмотке наводится ЭДС индукции, которая создаёт управляющий импульс для коммутатора.
Центробежный регулятор поворачивает ротор датчика относительно статора, что, в свою очередь, изменяет угол опережения зажигания ГАЗ 53. Это происходит при увеличении оборотов вращения коленчатого вала двигателя. Грузики регулятора, преодолевая усилие пружин, поворачивают ротор. Таким образом, усилие должно быть определённым, иначе это отразится на работе ГАЗ 53.
Вакуумный регулятор поворачивает статор относительно ротора, изменяя угол. Он работает в зависимости от нагрузки и оборотов двигателя.
Мощность и качество искры
Ни для кого не секрет, что хорошая искра является залогом качественного воспламенения горючей смеси. Система зажигания автомобиля ГАЗ 53 будет иметь хорошую искру если есть следующие условия:
- Правильно отрегулирован зазор между электродами свечи;
- Исправная катушка зажигания;
- Нужная форма импульсов коммутатора;
- Хорошее качество цепи высокого напряжения.
Слишком малый зазор между электродами свечи приведёт к тому, что воспламенение топливовоздушной смеси окажется затруднено. Из-за этого может возникнуть пропуск не в искрообразовании, а в воспламенении. Последствия одинаковые.
Исправность катушки зажигания проявляется в её способности индуцировать необходимое напряжение без перерывов (пропусков). Как правило, неисправная катушка даёт о себе знать по характерному снижению качества работы всех восьми цилиндров. Если установлено, что катушка неисправна, то менять её нужно на однотипную, той же маркировки. Эта деталь ГАЗ 53 представляет собой две обмотки: первичная и вторичная. Последняя содержит гораздо больше витков, чем первая. Обмотки намотаны одна поверх другой на магнитопроводе. Вся конструкция находится в герметичном корпусе, залитым пластмассой. Неисправность этой детали связана с замыканием, которое может быть межвитковым и на корпус.
Структура и функции БСЗ
- Аккумуляторная батарея
- Выключатель зажигания и стартера
- Катушка зажигания
- Коммутатор
- Датчик зажигания
- Датчик-распределитель
- Свеча зажигания
При включении зажигания (2) подается напряжение питания на первичную обмотку катушки зажигания (3). Через первичную обмотку проходит ток, как только коммутатор (4) получит сигнал с датчика зажигания (5), ток первичной обмотки прерывается. Клемма 1 катушки зажигания по средством коммутатора соединяется с массой. Во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение более 20 кВ.
Вторичное напряжение системы зажигания через клемму 4 катушки зажигания передается на датчик-распределитель на соответствующий цилиндр и свечу зажигания.
Блок управления определяет частоту вращения коленчатого вала (сигналы датчика) и на ее основании управляет временем накопления тока первичной обмотки катушки зажигания (длительностью открытого состояния выходного транзистора или тиристора системы зажигания) и его величиной. В соответствии с частотой вращения и напряжением аккумуляторной батареи, незадолго до появления искры зажигания устанавливается заданное значение первичного тока, то есть при увеличении частоты вращения длительность протекания тока увеличивается так же, как при уменьшении напряжения аккумуляторной батареи.
При включенном зажигании и неработающем двигателе (отсутствие сигнала датчика) через некоторое время (как правило, через одну секунду) отключается ток первичной обмотки катушки зажигания. Как только блок управления получит сигнал датчика (например, при запуске), он снова переходит в рабочее состояние.
Для адаптации момента зажигания к разным состояниям нагрузки регулировка осуществляется так же, как и в контактных системах зажигания, механическим способом посредством мембранного механизма вакуумного регулятора, а также центробежного регулятора. В результате сигнал датчика (и вместе с ним момент зажигания) изменяется в зависимости от оборотов и нагрузке двигателя.
- Центробежный регулятор
- Вакуумный регулятор опережения зажигания с мембранным механизмом
- Вал распределителя зажигания 4 — Полый вал
- Статор индуктивного датчика распределителя зажигания
- Ротор датчика управляющих импульсов
- Ротор распределителя зажигания
Индуктивное формирование сигнала в бесконтактной транзисторной системе зажигания накоплением энергии в индуктивности
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.
- Постоянный магнит
- Индукционная обмотка с сердечником
- Изменяющийся воздушный зазор
- 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.
