Электронное зажигание (бесконтактное): схема устройства и особенности работы

Устройство системы зажигания

На рисунке представлена система зажигания, которая применяется в бензиновых автомобилях.

Рассмотрим более подробно устройство и схему системы зажигания авто.

Основные элементы:

• источник питания (аккумуляторная батарея и автомобильный генератор);
• накопитель энергии;
• выключатель зажигания;
• блок управления накоплением энергии (микропроцессорный блок управления, прерыватель, транзисторный коммутатор);
• блок распределения энергии по цилиндрам (электронный блок управления, механический распределитель);
• свечи зажигания;
• высоковольтные провода.

Источником питания для системы зажигания выступает аккумуляторная батарея непосредственно в момент запуска мотора, и генератор во время работы двигателя.

Накопитель применяется для аккумуляции и преобразования достаточного количества энергии, которая используется на создание электрического разряда в электродах свечи зажигания. Современная система зажигания автомобиля может применять емкостной или индуктивный накопитель.

Индуктивный накопитель представляет собой катушку зажигания (автотрансформатор), первичная обмотка у которой, подключается к полюсу плюсовому, а минусовой полюс подключается через устройство разрыва. В процессе работы устройства разрыва, возьмем для примера кулачки зажигания, в первичной обмотке наводится напряжение самоиндукции. В это время во вторичной обмотке создается повышенное напряжение, необходимое для пробоя на свече воздушного зазора.

Емкостной накопитель представлен в виде емкости, которая заряжается при помощи повышенного напряжения. В нужный момент отдает всю энергию на свечу зажигания.

Блок управления накоплением энергии предназначен для определения начального момента накопления энергии, а также момента его передачи на свечу зажигания.

Выключатель зажигания – электрический или механический контактный блок для подачи в систему зажигания напряжения. Выключатель зажигания многим автомобилистам известен, как «замок зажигания». Ему отводится две функции: подача напряжения непосредственно на втягивающее реле стартера и подача напряжения в бортовую сеть автомобиля.

Устройство распределения по цилиндрам применяется для подачи в определенный момент энергии к свечам зажигания от накопителя. Данный элемент системы зажигания двигателя состоит из блока управления, коммутатора и распределителя.

Автомобилистам наиболее известно это устройство, как «трамблер», который является распределителем зажигания. Трамблер распределяет по проводам высокое напряжение на свечи цилиндров. Как правило, в распределителе присутствует кулачковый механизм.

Свеча зажигания – устройство с двумя электродами, которые находятся друг от друга на определенном расстоянии от 0.15 до 0,25 мм. Свеча состоит из фарфорового изолятора, который плотно насажен на металлическую резьбу, электродом служит центральный проводник, а вторым электродом выступает резьба.

Высоковольтные провода представляют собой одножильные кабеля с усиленной изоляцией. Проводник может быть выполнен в виде спирали, что поможет избавиться от помех в радиодиапазоне.

Принцип работы системы зажигания

Разделим работу системы зажигания на следующие этапы:

• аккумуляция электрической энергии;
• трансформация (преобразование) энергии;
• разделение по свечам зажигания энергии;
• образование искры;
• разжигание топливно-воздушной смеси.

На примере классической системы зажигания рассмотрим принцип работы. В процессе вращения вала привода трамблера приводятся в действие кулачки, подаваемые на обмотку первичную автотрансформатора напряжение 12 вольт.

В момент подачи напряжения на трансформатор, наводится ЭДС самоиндукции в обмотке и вследствие этого, возникает высокое напряжение до 30000 вольт на вторичной обмотке. После чего в распределитель зажигания (бегунок) подается высокое напряжение, который в момент вращения подает напряжение на свечи. 30000 вольт достаточно, чтобы пробить воздушный зазор свечи искровым зарядом.

Система зажигания автомобиля должна быть идеально отрегулирована. Если будет позднее или раннее зажигание, то двигатель внутреннего сгорания может потерять свою мощность или появится повышенная детонация, а это очень не понравится вашей шестерке (ВАЗ 2106).

Также на эту тему вы можете почитать:

Volvo S40 2003-2013 годов на вторичном рынке

Suzuki Grand Vitara 2005 года на вторичном рынке

Расход топлива Mazda CX 7 не такой большой и не превышает 15 л

Что выбрать: тосол или антифриз?

Карбюратор для ВАЗ 2109 (Лада Самара) прост в обслуживании

Alex S 12 октября, 2013

Опубликовано в: Полезные советы и устройство авто

Метки: Как устроен автомобиль

Устройство и ремонт бесконтактного трамблёра

Устройство распределителя, действующего совместно с системой электронного зажигания, идентично конструкции механического трамблёра. Здесь также имеется пластина с подшипником, бегунок, центробежный регулятор и вакуумный корректор. Только вместо контактной группы и конденсатора установлен магнитный датчик Холла плюс металлический экран, закреплённый на валу.

В бесконтактном распределителе главную роль играет магнитный датчик, посылающий сигналы коммутатору

Как функционирует бесконтактный трамблёр:

1. Датчик Холла и постоянный магнит расположен на подвижной площадке, между ними вращается экран с прорезями.
2. Когда экран перекрывает поле магнита, датчик бездействует, напряжение на выводах нулевое.
3. При повороте валика и прохождении прорези магнитное поле достигает поверхности датчика. На выходе элемента появляется напряжение, передающееся электронному блоку — коммутатору. Последний даёт сигнал катушке, вырабатывающей разряд, поступающий на бегунок трамблёра.

В электронной системе зажигания искрообразованием занимается коммутатор и катушка, трамблёр только определяет момент подачи разряда на свечи

Бесконтактный распределитель более надёжен в работе — датчик Холла и подшипник приходят в негодность гораздо реже из-за отсутствия механической нагрузки. Признак поломки измерителя — отсутствие искры и полный отказ системы зажигания. Замену произвести легко — нужно разобрать трамблёр, открутить 2 винтика крепления датчика и вытащить из паза соединительный разъем.

Магнитный датчик крепится двумя винтами к площадке подшипника

Неисправности остальных элементов трамблёра аналогичны старой контактной версии. Методы устранения неполадок подробно описываются в предыдущих разделах.

Выполнение операций обслуживания приборов зажигания

Смазка прерывателя-распределителя.

Необходимо смазать:

• втулки валика прерывателя, повернув на один оборот крышку колпачковой масленки 1, заполненной смазкой ЦИАТИМ- 201, ЯНЗ-2 или солидолом;
• наружную поверхность кулачка прерывателя, пустив две-три капли масла для двигателя на фетровый фитиль 2 кулачка;
• ось 3 рычага подвижного контакта одной-двумя каплями масла для двигателя;
• втулку кулачка, пустив четыре-пять капель масла для двигателя на войлочную шайбу в отверстие 4 кулачка (предварительно сняв с кулачка ротор распределителя).

Точки смазки прерывателя-распределителя

Точки смазки прерывателя-распределителя:

1 — колпачковая масленка втулок валика прерывателя; 2 — фитиль кулачка; 3 — ось рычага подвижного контакта; 4 — отверстие втулки кулачка.

Прерыватель

Электрический ток идет через провод и пружину. Стойка трамблера закрепляется при помощи двух винтов на пластине. При этом последняя поворачивается вокруг своей оси, это делать необходимо во время регулировки зазора контактов прерывателя. Пластина, которая является подвижной, закреплена во втулке методом пайки. Через втулку эту пропущен вал распределителя.

На нее также надета пластина из пластика. Здесь же находится зафиксированная в корпусе самого прерывателя подвижная пластина. Все они зажаты при помощи граверных шайб и зафиксированы на этой втулке при помощи стопорного кольца. Неподвижная пластинка закреплена на корпусе трамблера тремя винтами. Аналогичную конструкцию имеет и распределитель зажигания ГАЗа, только типоразмеры могут отличаться.

Прерыватель тока

Устройство представляет собой бесконтактный прерыватель тока в нагрузке, питающейся напряжением 12-18V, при токе не более 10А. Частоту прерывания можно плавно регулировать в двух пределах «х1» — от 0,2Гц до 2 Гц и «х2» — от 0,4 Гц до 4 Гц.

Схема отличается точным равенством интервалов выключенного и включенного состояния нагрузки. Схема (рис.1) состоит из мощного ключа на р-канальных полевых транзисторах VТ1 и VТ2, включенных параллельно, и источника управляющих импульсов на микросхеме D1.

Конечно, можно было источник управляющих импульсов сделать на основе мультивибратора на логических элементах, например, микросхемы К561ЛА7, но в таком случае, чтобы обеспечить симметричность выходных импульсов потребуется еще одна микросхема — D-триггер или счетчик.

В данном же случае, в одной микросхеме есть как мультивибратор, так и счетчик. К тому же, счетчик 14-разрядный, поэтому мультивибратор может работать на значительно более высокой частоте, чем частота прерывания нагрузки, что благоприятно сказывается на стабильности частоты заданной RC-цепью.

Частота мультивибратора задается RC-цепью C1-R2-R3. Плавная регулировка частоты осуществляется переменным резистором R2. Частота импульсов делится счетчиком.

В положении переключателя S1 «х1» коэффициент деления составляет 16384, а в положении «х1» -8192. Далее импульсы с выхода счетчика через переключатель S1 поступают на ключ на мощных полевых транзисторах VТ1 и VТ2.

Рис. 1. Принципиальная схема прерывателя тока.

Транзисторы р-канальные, поэтому открываются они отрицательным относительно истока напряжением. Резистор R4 несет две функции, во-первых, он снижает ток заряда емкости затвора полевых транзисторов, снижая этим пиковую нагрузку на выход микросхемы, а во-вторых, он совместно со стабилитроном VD2 ограничивает напряжение на затворах VТ1 и VТ2 чтобы оно не превышало 12V.

Максимальное напряжение питания микросхемы D1 составляет 15V, а напряжение питания данного устройства может достигать 18V и даже больше. Чтобы ИМС D1 не вышла из строя в этом случае, напряжение на ней ограничивается стабилитроном VD1 и резистором R5. А диод VD3 защищает конденсатор С2 от разрядки в том случае, если при включении нагрузки ключом на VТ1 и VТ2 будет наблюдаться провал в напряжении питания.

Тормозные резисторы

Тормозные резисторы должны обеспечивать рассеивание генерируемого в режиме торможения без перегрева элементов звена постоянного тока. Устройство выбирают:

По циклу торможения. Эта величина определяется по формуле:

где t – время торможения электрической машины за весь цикл, Т – время общего цикла. Величины выражаются в секундах. Линейка тормозных сопротивлений Danfoss включает устройства с рабочим циклом от 10 до 40%. Если в приводе используются резисторы 40%, вся избыточная мощность поглощается за 40% времени, в оставшиеся 60% устройство рассеивает тепло.

По максимально допустимой нагрузке. Величина вычисляется:

Значение U пост. тока выбирается из таблицы руководства по проектированию частотно-регулируемого привода.

Пиковая мощность торможения определяется из выражения

По сопротивлению торможения с максимальным крутящим моментом (R рек). Эта характеристика вычисляется по формуле:

где η двиг. составляет 0,80 (для электрических машин мощностью до 75 кВт) и 0,85 ( для двигателей 11–22 кВт).

Сопротивление тормозного резистора не должно превышать рекомендованного разработчиками значения. В противном случае, тормозной момент не достигнет нужной величины, частотный преобразователь просто отключится.

Частотные преобразователи с тормозными прерывателями используются:

• При недопустимости остановки с выбегом.
• В инерционном оборудовании с высоким моментом на валу.
• В электроприводе механизмов с высокими требованиями к точности позиционирования исполнительного элемента.
• При несбалансированной переменной нагрузке на вал.

Выбор частотных преобразователей делается на стадии проектирования. Компания «Данфосс» выпускает несколько серий ПЧ с функциями электродинамического торможения для любого производственного оборудования и механизмов.

Возможные поломки прерывателя и их признаки

Как проверить катушку зажиганияРемонт трамблёра в сфере автомобилистов проводится не столь часто, что связано с неплохой надёжностью этого узла. Конечно, от поломок никуда не деться, но и страдают от них немногие. Выявить, что именно трамблёр начал «пробивать» электрический заряд или схватил другую «болячку», не столь сложно. Симптоматика неисправностей распределителя-прерывателя специфична и проявляется в неправильной организации основных функций устройства.

Говоря точнее, возможная замена или регулировка трамблёра может понадобиться при следующих признаках:

• пропала искра;
• расстроилась работа зажигания;
• аккумулятор перестал подзаряжаться в процессе работы машины (не на всех моделях);
• во время езды появились дёрганья автомобиля;
• из выхлопной трубы капает недогоревший бензин.

Что касается конкретных неисправностей, то зачастую они представлены следующим перечнем:

• Стёрся или перегорел привод (ротор) трамблёра. Диагностируется неисправность посредством детального рассмотрения ротора и экспериментальной проверки правильности его работы. В случае поломки элемента может потребоваться либо установка нового привода, либо полная замена трамблёра;
• «Пробилась» сеть. Случиться такое, к слову, может в любой составляющей распределителя. Чаще всего страдают высоковольтные провода, отходящие к свечам от крышки трамблёра. Заметно реже из строя «пробиваются» иные элементы системы (мелкие провода, соединители деталей трамблёра, контакты и т.п.). Проверка на данную неисправность осуществляется при помощи обычного «прозвона»;
• Износились сальники. Пожалуй, довольно-таки редкая поломка, имеющая характерную симптоматику. Если быть точнее, то речь идёт об общем расстройстве работы зажигания и несвоевременном образовании искры. Для ремонта требуется замена сальников трамблёра, при этом менять стоит не только неисправные элементы, но и работающие верно, так сказать, для профилактики;
• Сломался бегунок трамблёра или датчик, отвечающий за распределение заряда между свечами зажигания. Характерные признаки данной поломки – невозможность правильной настройки трамблёра или полный отказ его работы. Устраняется неисправность путём замены бегунка или датчика;
• Вышла из строя катушка зажигания. Для этой поломки характерно либо отсутствующее, либо неправильное искрообразование. Ремонт проводится заменой сгоревшей катушки на новую.

Для понятия всей сути починки трамблёра важно полностью понять принцип его работы и постоянно практиковаться. При отсутствии желания постигать все азы ремонтных работ лучше доверить ремонт профессионалу, специализирующемуся именно на починке систем зажигания автомобилей. Подробная инструкция, а также дельные рекомендации касательно настройки прерывателя зажигания приведены на видео ниже (автор — канал Andrey Gorinov)

Подробная инструкция, а также дельные рекомендации касательно настройки прерывателя зажигания приведены на видео ниже (автор — канал Andrey Gorinov).

Электронное (бесконтактное) зажигание

Его можно встретить на автомобилях ВАЗ классической серии второй половины 90-х годов выпуска, а также на всех машинах, начиная с 2108, выпущенных до начала 2000-х. Дело в том, что в начале 21 века начали активно использовать инжекторные системы впрыска, а для управления ними требуется несколько иная конструкция зажигания. Основное отличие бесконтактной системы от рассмотренной выше – отсутствие контактного прерывателя.

Вместо него трамблер 2109, например, оснащается бесконтактным датчиком, работающим на эффекте Холла. Все управление происходит по цепям с низким током и напряжением. Необходимую частоту импульсов задает датчик Холла, а вот от него идет один управляющий провод к коммутатору. Кроме того, он же служит для работы тахометра в приборной панели

Обратите внимание на то, что некоторые умельцы делают своеобразные противоугонные системы. Провод от тахометра при помощи тайного выключателя соединяют с массой

В результате этого зажигание полностью не работает.

Устройство

Принцип работы системы зажигания заключается в накоплении и преобразовании катушкой зажигания низкого напряжения (12В) электрической сети автомобиля в высокое напряжение (до 30000В), распределении и передаче высокого напряжения к соответствующей свече зажигания и образовании в нужный момент искры на свече зажигания.
В работе системы зажигания можно выделить следующие этапы: накопление электрической энергии, преобразование энергии, распределение энергии по свечам зажигания, образование искры, воспламенение топливно-воздушной смеси.

Механический прерыватель осуществляет непосредственное управление процессом накопления (первичной цепью) и отвечает за замыкание/размыкание питания первичной обмотки. Контакты прерывателя можно увидеть, заглянув под крышку распределителя. Пластичная пружина подвижного контакта прижимает его к недвижимому контакту. Их размыкание выполняется только на короткий срок, а конкретно, в момент, когда набегающий кулачок валика привода оказывает давление на молоточек подвижного контакта.

К контактам подключен конденсатор, который не даёт им обгорать. Электроразряд поглощается и искрение уменьшается. Параллельно в цепи создаётся низкое напряжение обратного тока, которое положительно сказывается на исчезновении магнитного поля.

Прерыватель находится в корпусе распределителя зажигания, и это части классической системы зажигания.

Ещё один важный узел – центробежный регулятор опережения зажигания, механизм, предназначенный для автоматического изменения угла опережения зажигания в зависимости от числа оборотов коленчатого вала двигателя.

Центробежный регулятор размещён внутри корпуса прерывателя-распределителя.

Как правило, он работает совместно с вакуумным регулятором, оба являются составной частью прерывателя-распределителя. Называется он центробежным от вида силы, использующейся для реализации изменения опережения.

На приводном валу прерывателя расположена пластина, на которой размещены два грузика. Грузики свободно сидят на осях и стянуты пружинами. Причём пружины обладают разной жёсткостью, что необходимо для предотвращения резонанса. При этом, кулачок прерывателя и планка с двумя продольными прорезями надеты на верхнюю часть приводного валика. В продольные прорези планки входят штифты грузиков.

Вращение передаётся от приводного валика к кулачку через грузики, штифты и планку с прорезями. Чем быстрее вращается приводной вал, тем больше расходятся грузики, тем на бо́льший угол проворачивается кулачок по ходу вращения относительно контактной группы прерывателя. С увеличением оборотов угол опережения зажигания увеличивается. С уменьшением числа оборотов центробежная сила уменьшается, пружины стягивают грузики, кулачок поворачивается против хода его вращения, контакты прерывателя замыкаются позже и угол опережения зажигания уменьшается.

Если на двигателе применено бесконтактное электронное зажигание — тогда вместо кулачка проворачивается экран бесконтактного датчика момента искрообразования.

Если механический прерыватель оборудован транзисторным коммутатором, то, в этом случае, он управляет только им, а тот, в свою очередь, отвечает за управление процессом накопления энергии. Такая конструкция существенно превосходит аналогичные устройства без транзисторного коммутатора, так как здесь контактный прерыватель более надежный, чему способствует протекание сквозь него тока меньшей силы, а значит, пригорание контактов во время размыкания практически полностью исключается. Соответственно, конденсатор, параллельно подключенный к контактам прерывателя, тут просто не нужен, а в остальном – система полностью идентична классическому варианту. Обе системы, имеющие механический прерыватель, обладают общим названием — «контактные системы зажигания».

Системы с транзисторным коммутатором, оборудованные бесконтактным датчиком (импульсным генератором), могут быть индуктивного типа, основанными на эффекте Холла или относиться к оптическому типу. В данном случае, место механического прерывателя занимает импульсный датчик-генератор с преобразователем сигналов, который, посредством транзисторного коммутатора, осуществляет управление накопителем энергии. Как правило, датчик-генератор расположен внутри распределителя, конструкция которого ничем не отличается от конструкции аналогичной детали в контактной системе, поэтому указанный узел получил название «датчика-распределителя».

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.

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.

Тойота

Популярный в России японский автомобиль, имеет зажигание двух видов: с трамблером и без него. Нас интересует первый вариант.

Расположение трамблера на Тойоте

Итак, согласованная работа всей системы зажигания автомобилей Тойота достигается выработкой сигналов датчиками. К примеру, один из важнейших импульсов вырабатывается регулятором положения коленвала, другой – регулятором положения распредвала.

Особое значение решает в функционировании системы зажигания Тойоты — ЭБУ, посылающий сигнал зажигания непосредственно на воспламенитель. Т.о, задействуется транзистор в воспламенителе, посылающий, в свою очередь, ток через низковольтную обмотку катушки.

В конкретный момент, когда нужно это бывает для зажигания, блок выключает сигнал, а транзистор прерывает прохождение напряжения через низковольтную обмотку. Напряжение трансформируется в высокий ток, последний идет на трамблер, его клеммы и ротор.

Что касается систем тойотовских без распределителя, то здесь в отсутствии распределителя надежность повышается за счет минимума мехкомпонентов.

Эксперты видят в такой системе даже свои преимущества:

• Устраняется электрическое вмешательство трамблера, что дает возможность ставить катушку вблизи от свечей. Априори это шанс избежать помех, связанных с электричеством и общее повышение надежности.
• У электрода бывает намного больше времени для вырабатывания искрообразования, чем у аналогичного элемента трамблера.
• Минимизируется возможность перебоев в зажигании, следовательно, улучшается выхлоп и повышается динамика.

Помимо этого, Тойоты, в зависимости от модели, могут оборудоваться 2-я разновидностями зажигания по отличию коммутатора. Последний может либо быть встроен в корпус распределителя, либо нет. Что касается катушки, то она в обоих случаях монтируется внутри трамблера.