3.6 Контактно – транзисторная система зажигания

Появление для автомобилей новых двигателей с высокой степенью сжатия и максимальной частотой вращения коленчатого вала, а также стремление работать на обедненных рабочих смесях для экономии топлива потребовало от системы зажигания больших энергий искрового заряда.

При увеличении силы тока в первичной цепи катушки зажигания, надежность и срок службы контактной группы снижается. Чтобы разгрузить контактную группу прерывателя от больших токов первичной цепи катушки зажигания, вызывающих искрение и эрозию, прерывание тока в катушке зажигания осуществляется бесконтактным элементом – силовым транзистором. Контакты же прерывателя используют для управления транзистором (2) (рис.12).

Вращающийся вместе с бегунком (5) распределителя зажигания (4) кулачок (8) периодически разрывает контакты (7) прерывателя и тем самым соединяет управляющий электрод (базу) транзистора (2) с «массой» (отрицательным полюсом аккумуляторной батареи (1)). Силовой транзистор (2) работает в режиме ключа (закрыт – открыт) и при замыкании и разрыве контактов (7) прерывателя пропускает или не пропускает ток от положительного полюса батареи (1) через первичную обмотку катушки зажигания к отрицательному полюсу аккумулятора.

Рис. 12

Контактно – транзисторная система зажигания:

1 – аккумуляторная батарея; 2 – транзистор; 3 – катушка зажигания; 4 – распределитель зажигания; 5 – бегунок; 6 – свечи; 7 – контакты прерывателя; 8 – кулачок.

Достоинством этой системы стало использование прерывателя для коммутирования слабого тока управления транзистором, что позволило отказаться от применения конденсатора, шунтирующего контакты прерывателя. Таким образом, исключен основной недостаток классической контактной системы зажигания, заключающийся в ограничении тока, разрываемого контактами.

Недостаток, связанный с механическим способом распределения энергии по свечам остался, что приводит к обгоранию высоковольтных контактов. Возникли и другие недостатки, связанные с погрешностью момента искрообразования из-за механической связи с распределителем и выставления угла опережения зажигания.

3.7 Бесконтактная система зажигания

К системам, лишенным указанных недостатков, относится бесконтактная система зажигания. Силовой транзистор, работающий в ключевом (да-нет) режиме, управляется не прерывателем, а от специальных бесконтактных датчиков. В бесконтактной (транзисторной) системе зажигания (рис.13) используется катушка зажигания с раздельной первичной и вторичной обмотками. Первичная обмотка катушки зажигания (3) одним концом подключена через дополнительный резистор (R_л) к контактам выключателя (9) (замка) зажигания и далее к аккумуляторной батарее (1). Второй конец первичной обмотки подключен через эмиттерно-коллекторный переход силового транзистора (2) к «массе». Базовый электрод транзистора соединен с магнитоэлектрическим датчиком (10), который при прохождении мимо катушки L с сердечником пересекает ее своим магнитным полем.

Рис.13

Бесконтактная система зажигания:

1 – аккумуляторная батарея; 2 – транзистор; 3 – катушка зажигания; 4 – распределитель зажигания; 5 – бегунок; 6 – свечи; 9 – выключатель зажигания; 10 – индукционный датчик.

За счет этого в катушке наводится э.д.с., которое подается на базу транзистора (2) и открывает его в тот момент, когда необходимо воспламенение рабочей смеси. Далее - как в классической схеме контактной системы зажигания. Так же как и в классической контактной системе зажигания датчик (10) и распределитель (4) жестко связаны между собой и через зубчатое зацепление - с распределительным валом двигателя. Бегунок (5) при вращении распределяет электрические импульсы по высоковольтным проводам на свечи (6).

Такой датчик не лишен недостатков: технологическая неточность выдерживания размеров зазоров в магнитной цепи; радиальная вибрация ротора коммутатора, приводящая к колебаниям угла опережения зажигания по цилиндрам двигателя.

Вместо катушки с сердечником используют датчик Холла или, по-другому, датчик экранного типа (рис.14).

Датчик Холла – это полупроводниковая пленка. Суть эффекта заключается в том, что если полупроводниковую пластину определенного химического состава (арсенид галлия или индия, антимонид индия) поместить в магнитное поле (N—S) так, чтобы силовые линии поля были перпендикулярны плоскости пластины, и через эту пластину пропустить ток I_п, то между электродами на противоположных гранях А₁ и А₂ возникает э.д.с. Холла. Схема представлена на рис.14.

Рис.14

К пояснению возникновения э.д.с. Холла — эффекта Xoлла (а) и схема экранного датчика Холла ( б):

1 — ротор (вращающийся диск); 2 — магнит; 3 — изолирующее основание; 4 — полупроводниковая пластина; 5 — усилитель; А₁ и А₂ — электроды, между которыми возникает э.д.с. Холла; I_п — ток, проходящий через пластину; N и S — полюсы магнита

Поле создается магнитом (2), от которого пластина (4) экранирована вращающимся диском (1) из стали с прорезями соответственно количеству цилиндров. Э.д.с Холла невелика, поэтому требует усиления. Требуемое усиление получают с помощью усилителя (5) (микросхема). Этот усиленный сигнал датчика идет на транзистор и открывает его, далее ток идет как описано в контактно – транзисторной схеме.

В датчике экранного типа э.д.с. не зависит от частоты вращения коленчатого вала, она остается постоянной и мощный транзистор выдает на первичную обмотку катушки зажигания около 10А, что соответствует напряжению на вторичной обмотке около 30кВ, а это соответствует хорошему искрообразованию в свече.

Остался один лишь недостаток – это распределитель как в классической схеме. Но уже появились микропроцессорные распределители, они пока еще не очень распространены.