3. Электронные системы зажигания
На следующем этапе развития электронных систем зажигания контакты прерывателя заменены бесконтактным датчиком. Датчик вырабатывает импульсы в строго заданные моменты времени. Эти импульсы усиливаются по мощности и управляют электронным ключом. Таким образом, в схему электронной системы зажигания включается дополнительный каскад – усилитель сигналов датчика или формирующий каскад. Совокупность формирующего каскада и электронного ключа стали называть коммутатором, а систему зажигания – бесконтактной (БСЗ).
В БСЗ рассмотренной структуры угол включенного состояния электронного ключа αвкл постоянный. Это значит, что время накопления энергии tн зависит от частоты вращения коленчатого вала n по закону tн = αвкл / 6n. С уменьшением частоты вращения n время накопления, а, следовательно, и ток разрыва, и мощность, рассеиваемая элементами схемы, увеличиваются.
3.1. Датчики углового положения коленчатого вала двс
В настоящее время наиболее широкое применение получили магнитоэлектрические датчики и датчики на эффекте Холла.
Схема магнитоэлектрического датчика с переменным магнитным потоком приведена на рис. 9.2, а.
Схема включает статор с неподвижной катушкой и постоянный магнит, жестко связанный с валом распределителя зажигания. Число пар полюсов постоянного магнита равно числу цилиндров двигателя.
При вращении постоянного магнита в обмотке статора возникает переменное напряжение uвых(t), причем,
.
Для системы зажигания удобно выражать напряжение в зависимости от угла поворота вала α. Тогда
,
где n – частота вращения постоянного магнита, dФ/dα – скорость изменения магнитного потока.
Графики изменения магнитного потока и напряжения на выходе датчика приведены на рис. 9.2, б. Момент перехода напряжения через нуль можно использовать для определения момента образования искры. Недостатками магнитоэлектрического датчика являются зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты вращения и его запаздывание во времени. Последний недостаток обусловлен большой индуктивностью катушки статора.
Датчик на эффекте Холла. Из курса физики известно, что эффект Холла заключается в возникновении Э.Д.С. между гранями полупроводниковой пластины с током I, помещенной в магнитное поле так, чтобы плоскость пластины была перпендикулярна силовым линиям поля, причем,
,
где k – постоянная Холла, I – ток, протекающий через пластину, h – толщина пластины.
Если магнитную индукцию B изменять пропорционально углу поворота коленчатого вала двигателя α, то Э.Д.С. Холла будет представлять сигнал, пригодный для определения момента зажигания. В этом заключается основная идея построения датчика на эффекте Холла.
При очевидной простоте идеи построения датчики Холла получили практическое применение относительно недавно, благодаря развитию микроэлектроники. Величина Э.Д.С. Холла очень мала и должна быть усилена в непосредственной близости от кристалла полупроводника. Поэтому датчик Холла содержит элемент Холла, усилитель, ограничитель, выходной каскад и стабилизатор напряжения. Все эти функциональные узлы выполнены в виде одной магнитоуправляемой микросхемы. Объединив такую микросхему с магнитной системой в одном корпусе, получают микропереключатель на эффекте Холла. Устанавливается микропереключатель в традиционный распределитель на поворотный механизм вакуумного автомата.
Принцип размещения микропереключателя в распределителе показан на рис. 9.3, а. В зазор между элементом Холла и магнитом помещается ротор, жестко связанный с валом распределителя. Ротор выполнен из магнитопроводящего материала в виде полого цилиндра, на котором закреплены полюса – экраны. Число полюсов – экранов равно числу цилиндров двигателя.
При вращении вала распределителя полюса – экраны проходят между магнитоуправляемой схемой и магнитом, изменяя магнитный поток пропорционально углу поворота коленчатого вала двигателя. На выходе магнитоуправляемой схемы формируются прямоугольные импульсы, положение которых на оси угла поворота несет информацию о моменте образования искры в соответствующем цилиндре. Выходной сигнал датчика представляет последовательность прямоугольных импульсов постоянной скважности с частотой вращения коленчатого вала.