Транзисторная система зажигания для автомобиля

Устройство автомобилей

Контактно-транзисторная система зажигания

Наиболее слабым звеном контактной (батарейной) системы зажигания являются контакты прерывателя. Ток высокого напряжения, проходя через контакты, приводит к их интенсивному износу, подгоранию, эрозии, в результате чего нарушается регулировка зазора и, как следствие, угол опережения зажигания, продолжительность и мощность искры.
Все это сказывается на надежности, долговечности системы зажигания и трудоемкости ее обслуживания.

Развитие электронной техники привело к созданию мощных полупроводниковых приборов, способных выполнять функции механических ключей, разрывающих электрическую цепь посредством управляющего тока небольшой величины, т. е. электронных реле. Такие реле, выполненные на транзисторах, пришли на смену механическим контактам, а батарейную систему зажигания сменила контактно-транзисторная.
В контактно-транзисторной системе зажигания механические контакты служат лишь для разрыва цепи, в которой протекает небольшой по величине ток, управляющий полупроводниковыми переходами транзистора, а транзистор, выполняя функцию реле, подает ток в первичную обмотку катушки зажигания. Благодаря этому удалось существенно повысить срок службы контактов и стабильность работы системы.

Работа контактно-транзисторной системы зажигания

Контактно-транзисторная система зажигания состоит, в основном, из тех же элементов, что и классическая батарейная, и отличается от неё наличием транзистора, резисторов и отсутствием конденсатора, ранее шунтировавшего контакты прерывателя.

Работает эта система зажигания следующим образом (рис. 1).
Когда контакты прерывателя Пр разомкнуты, транзистор V закрыт, и ток в первичной обмотке катушки зажигания отсутствует.
При замыкании контактов транзистор V открывается и через первичную обмотку катушки зажигания начинает протекать ток, нарастающий от нуля до некоторого значения, определяемого параметрами первичной цепи и временем, в течение которого контакты замкнуты. В сердечнике катушки накапливается электромагнитная энергия.

При размыкании контактов прерывателя транзистор V закрывается, и ток в первичной обмотке w₁ катушки зажигания резко уменьшается. В этом случае во вторичной обмотке возникает высокое напряжение w₂, которое поступает на контакт распределителя и переносится к соответствующей свече зажигания. Резистор R2 служит для ограничения тока базы транзистора, а резистор R1 обеспечивает запирание транзистора, когда контакты прерывателя разомкнуты.

Особенностью такой системы зажигания является то, что в ней контакты прерывателя коммутируют только незначительный ток базы транзистора, в тоже время ток через первичные обмотки катушки зажигания коммутирует транзистор.
При этом вторичное напряжение в катушке зажигания может быть повышено, поскольку увеличение тока разрыва уже не ограничено электроэрозионной стойкостью контактов прерывателя, а зависит только от параметров транзистора.

Однако следует иметь в виду, что преимущества транзисторной системы зажигания могут быть реализованы лишь при применении специальной катушки зажигания, которая должна иметь первичную обмотку с низким омическим сопротивлением, малой индуктивностью и большим коэффициентом трансформации. В этом случае необходимые энергия искрообразования и вторичное напряжение достигаются соответствующим увеличением тока разрыва и коэффициентом трансформации.

К недостаткам транзисторных систем зажигания следует отнести большую потребляемую мощность. Это связано с необходимостью увеличения тока разрыва. Кроме того, мощные транзисторы, используемые в таких системах, требуют эффективного охлаждения во время работы, а электронные блоки систем зажигания обязательно должны иметь средства защиты от импульсных помех напряжением более 100 В.

Еще один недостаток транзисторной системы зажигания заключается в ее относительной сложности, обусловленной применением полупроводниковых приборов. Классическая контактная система зажигания состоит всего из нескольких элементов, которые даже специалист невысокой квалификации может легко проверить без специальных измерительных приборов и оборудования.
Состояние контактов прерывателя можно проверить просто визуально. Замена контактов не вызывает трудности, а зная характерные признаки неисправности катушки зажигания или распределителя можно устранить и проблемы, связанные с их отказом.
Для ремонта же или проверки электронного блока требуется специальное оборудование и персонал соответствующей квалификации.

Тем не менее, очевидные достоинства и простота их реализации предопределили широкое использование индуктивных систем зажигания на автомобильных двигателях.
Последние достижения в области создания транзисторных систем зажигания, т.е. использования высоковольтных транзисторов Дарлингтона, применение принципа нормирования времени накопления энергии, позволили практически устранить такие недостатки индуктивных систем, как большая зависимость вторичного напряжения от шунтирующего сопротивления на изоляторе свечи и от частоты вращения коленчатого вала.

Составной транзистор Дарлингтона был изобретен в 1953 году инженером Сидни Дарлингтоном (Sidney Darlington). Транзистор Дарлингтона является каскадным соединением двух (реже трех или более) биполярных транзисторов, включённых таким образом, что нагрузкой в эмиттерной цепи предыдущего каскада является переход база-эмиттер транзистора последующего каскада (то есть эмиттер предыдущего транзистора соединяется с базой последующего), при этом транзисторы соединяются коллекторами. Такое соединение позволило улучшить электрические характеристики соединяемых по схеме Дарлингтона транзисторов.

Благодаря перечисленным новшествам, тиристорные системы зажигания с емкостным накопителями потеряли часть преимуществ перед индуктивными системами зажигания, и практически не используются на автомобильных двигателях.

Источник статьи: http://k-a-t.ru/mdk.01.01_elektro/33-zajiganie/index.shtml

Виды, устройство и принцип работы системы зажигания

Система зажигания двигателя – это комплекс устройств, приборов и датчиков, необходимых для его запуска. Ее главной задачей является создание высокого напряжения для формирование искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь, в точно определенный момент времени. Это обеспечивает правильный режим работы мотора, а потому от исправности системы зажигания зависит расход топлива, мощность и безопасность движения автомобиля.

Устройство и принцип действия типовой системы зажигания

С технической стороны система зажигания входит в комплекс электрооборудования двигателя. Конструктивно она состоит из следующих элементов:

• Аккумулятор или другой источник питания. Он подает в сеть низкое напряжение 12 вольт.
• Переключатель. При повороте ключа переключатель замыкается и низкое напряжение поступает в накопитель энергии.
• Накопитель энергии. Бывает двух видов: индуктивный (катушка зажигания трансформаторного типа, преобразующая низкое напряжение в высокое до 30 тысяч вольт) и емкостной (конденсатор).
• Блок управления аккумулированием и распределением энергии. В зависимости от типа системы зажигания это может быть прерыватель, транзисторный коммутатор или ЭБУ (электронный блок управления).
• Распределитель. Этот узел может быть механическим или электронным. Он осуществляет снабжение определенных свечей энергией в заданный момент времени.
• Провода цепи высокого напряжения. По ним поступает высокое напряжение к электродам свечей.
• Свечи зажигания.

Работа системы зажигания основана на следующем принципе: при подаче в сеть низковольтного напряжения, происходит накопление и преобразование энергии, что затем распределяется по свечам, на электродах которых формируется искра, провоцирующая воспламенение топливовоздушной смеси.

Виды систем зажигания

В современном автомобилестроении системы зажигания классифицируют в зависимости от способа управления процессом. При этом выделяют три основных типа схем:

• контактная (контактно-транзисторная);
• бесконтактная (транзисторная);
• электронная (микропроцессорная).

Характерные особенности контактной системы

Исторически контактная система является одной из первых и сегодня ее можно встретить лишь на старых моделях автомобилей. В таких конструкциях формирование высокого напряжения происходит в трансформаторной катушке, а распределение его на свечи реализуется механическим способом – замыканием и размыканием контактов цепи прерывателем-распределителем.

Устройство контактной системы зажигания

Помимо основных элементов, такие системы включают в себя центробежный регулятор опережения зажигания, необходимый для преобразования угла опережения зажигания относительно частоты вращения коленвала. Он представляет собой два груза, воздействующих на мобильную пластину, контактирующую с кулачковым механизмом прерывателя.

Угол опережения зажигания – определенное положение коленвала, при котором осуществляется подача высокого напряжения на свечи. В таком режиме зажигание происходит до момента достижения поршнем верхней мертвой точки, что позволяет обеспечить максимально эффективное сгорание топливовоздушной смеси.

Также в контактных схемах применяется вакуумный регулятор опережения зажигания, изменяющий угол опережения соответственно режиму работы (нагрузке) мотора. Он соединен с полостью, находящейся за дроссельной заслонкой, и при нажатии на педаль газа изменяет угол опережения в зависимости от величины разрежения.

При замыкании контактов низкое напряжение подается на первичную обмотку катушки, где аккумулируется энергия и в момент размыкания контакта происходит формирование высокого напряжения на вторичной обмотке. Затем энергия поступает к распределителю зажигания и далее на соответствующую свечу.

Если нагрузка на силовой агрегат повышается, увеличивается частота вращения вала прерывателя-распределителя, и грузы центробежного регулятора расходятся, изменяя положение пластины. Это способствует более раннему размыканию контактов, что увеличивает угол опережения. При снижении нагрузки на двигатель происходит обратный процесс.

В чем отличия контактно-транзисторной системы зажигания

Следующим поколением системы зажигания стала контактно-транзисторная, предполагающая установку в первичной цепи катушки транзисторного коммутатора. Он позволяет снизить силу тока в обмотке низкого напряжения, что повышает срок эксплуатации контактов.

Контактно-транзисторная система зажигания

За счет установки транзистора напряжение, поступающее на свечи, больше, чем в классической контактной системе на 30%. Зазор между электродами и, как следствие, длина искры при этом также больше, а значит возрастает и площадь контакта с топливовоздушной смесью, что способствует ее полному сгоранию. В контактно-транзисторной системе зажигания прерыватель воздействует не на катушку, а на коммутатор.

При повороте ключа через транзистор начинают проходить два типа токов:

• управления;
• основной ток первичной обмотки.

Когда контакты размыкаются, ток цепи управления исчезает, а транзистор запирается, препятствуя протеканию тока первичной обмотки. В этот момент магнитное поле формирует высокое напряжение на вторичной обмотке. Для ускорения запирания транзистора в контактной системе зажигания этого типа может устанавливаться импульсный трансформатор.

Принцип работы бесконтактной системы

Эволюционным продолжением транзисторно-контактной системы, является бесконтактное зажигание. В таких конструкциях вместо прерывателя устанавливается специальный датчик импульсов. Это дает возможность увеличить срок службы системы зажигания за счет отсутствия неисправностей, связанных с контактами прерывателя.

Датчик формирует электрические импульсы низкого напряжения. Он бывает трех типов:

• Датчик Холла. Конструкция такого датчика включает в себя постоянный магнит, и пластину-полупроводник, оснащенную микросхемой.
• Индуктивный. Принцип его работы основан на изменении величины индукции чувствительного элемента в зависимости от величины зазора между датчиком и движущимся пластинчатым ротором, воздействующим на магнитное поле.
• Оптический. Он состоит из светодиода, фототранзистора и микросхемы согласования. При попадании света от диода на фототранзистор датчик подает массу (минус питания) на коммутатор. Перекрытие потока света провоцирует исчезновение тока в катушке и способствует дальнейшему формированию искры.

Конструктивно датчик импульсов интегрирован в распределитель и регулируется режимом вращения коленвала двигателя. Прерывание тока в первичной обмотке катушки зажигания бесконтактной системы осуществляется также транзисторным коммутатором, но реагирующим на сигналы датчика.

В момент вращения коленвала датчик посылает импульсы напряжения на коммутатор. Последний, соответственно, формирует импульсы тока в обмотке низкого напряжения катушки. Когда ток не поступает, на вторичной обмотке возникает высокое напряжение, которое передается распределителю и далее по высоковольтным проводам к нужной свече. Изменение угла опережения в бесконтактной системе зажигания также выполняется центробежным и вакуумным регуляторами.

Электронная и микропроцессорная системы

Самой современной системой считается электронная. Она не имеет механических контактов, а потому ее также можно назвать бесконтактной. Электронное зажигание является частью системы управления двигателем.

Электронная система зажигания

Выделяют два типа электронных бесконтактных систем зажигания:

• С распределителем. В подобной схеме применяется механический распределитель зажигания, подающий высокое напряжение на заданную свечу.
• Прямого зажигания. При такой схеме высокое напряжение поступает к электродам свечи напрямую с катушки.

Помимо базовых элементов электронная система зажигания включает:

• Входные датчики. Они регистрируют данные о текущем режиме работы мотора и подают их в виде электронных сигналов блоку управления.
• Электронный блок управления. Он выполняет обработку сигналов и передает соответствующие команды на воспламенитель.
• Исполнительное устройство, или воспламенитель. Фактически является транзисторной платой, обеспечивающей в открытом режиме поступление напряжения на первичную обмотку, а в закрытом – отсечку и формирование высокого напряжения на вторичной обмотке катушки.

Такие системы могут оснащаться одной общей (в конструкциях с распределителем), индивидуальными (при подаче энергии прямо на свечу) или сдвоенными катушками зажигания.

Разновидностью электронной системы является микропроцессорная. В ней применяется целый комплекс датчиков, сигналы которых обрабатываются ЭБУ. Он рассчитывает оптимальный режим работы системы в заданный момент времени. Преимуществами такой конструкции является снижение расхода топлива и улучшение динамических характеристик автомобиля.

Источник статьи: http://techautoport.ru/dvigatel/sistema-zazhiganiya/sistema-zazhiganiya-dvigatelya.html