2.14. Основные неисправности коммутатора тк-200
Цепь управления коммутатора включает в себя датчик импульсов и соединительный провод. При проворачивании коленчатого вала стартера напряжение исправного датчика будет показывать от нескольких вольт (переменного напряжения) до нескольких десятков вольт. Вольтметр подключается между корпусом автомобиля и центральной жилой провода, подходящего к разъему датчика. При неисправном датчике импульсов стрелка вольтметра будет показывать нулевое напряжение.
Коммутатор (снятый с автомобиля) можно проверить с помощью аккумуляторной батареи и лампы, включенных последовательно с выходом коммутатора.
При исправном коммутаторе лампа должна гореть при отсутствии управляющего сигнала и гаснуть при подаче на вход коммутатора положительного потенциала от батареи. Если лампа не горит в первом случае или горит во втором, коммутатор неисправен. В зависимости от полярности импульсов датчика транзисторы коммутатора могут быть в состояниях:
а) транзистор VT1 (рис. 2.15) открыт, а VT2-VT3 и VT4 закрыты при положительном импульсе на вход коммутатора;
б) транзистор VT1 закрыт, а VT2, VT3 и VT4 открыты при отрицательной полярности импульсов датчика или при их отсутствии. Эти состояния можно имитировать при проверке транзисторного коммутатора в статическом режиме.
2.15. Достоинства бесконтактных систем зажигания
Обеспечивается возможность повышения напряжения U2 практически в необходимых пределах.
Создается перспектива работы на обедненных смесях путем увеличения искрового промежутка в свечах.
Обеспечивается надежная работа двигателя даже при загрязненных свечах.
Существенно облегчается пуск двигателя путем увеличения тока в первичной обмотке катушки зажигания.
Обеспечивается возможность создания электронного управления опережением зажигания с характеристиками , максимально приближающимися к оптимальным.
Повышается надежность работы системы , а следовательно и надежность работы двигателя.
Снижается токсичность отработанных газов.
Повышается экономичность работы карбюраторного двигателя .
Не требуется технического обслуживания.
2.16. Бесконтактная система зажигания с нормированным временем накопления энергии в катушке зажигания
В системах с нормированным временем накопления энергии, время накопления энергии мало зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя.
В этих системах время нормируется в специальных электронных устройствах, например в интеграторах.
Нормирование времени позволяет значительно увеличить ток разрыва в катушках зажигания, не изменяя температурный режим катушки и коммутатора, что, в свою очередь, позволяет существенно повысить вторичное напряжение и энергию разряда в этих системах по сравнению с системами с ненормируемым временем накопления энергии.
Блок-схема системы зажигания с нормированным временем накопления энергии показана на рис. 2.14. Прямоугольные импульсы датчика Холла BR подаются на блок времени накопления (БВН), где формируются импульсы тока необходимой длительности, поступающие в первичную цепь катушки зажигания Кз .
Рис. 2.14. Блок-схема системы зажигания с нормируемым временем накопления энергии в катушке зажигания: ВR - датчик импульсов ; БВН - блок времени накопления энергии; БО - блок безискровой отсечки; БОТ - блок ограничения тока; ЛС - логическая схема; ВК - выходной каскад; Кз - катушка зажигания
С БВН сигнал подается на ЛС и далее на ВК, откуда поступает одновременно на БОТ и в Кз . БОТ обеспечивает ограничение амплитуды импульсов тока в катушке зажигания при изменениях напряжения от 6 до 18 В.
БО обеспечивает отключение тока в катушке зажигания при вклю- ченном выключателе зажигания и неработающем двигателе.
Датчик-распределитель в комплекте с транзисторным коммутатором и катушкой зажигания обеспечивает управление моментом искрообразования в цилиндрах двигателя в соответствии с угловым положением коленчатого вала двигателя, а также в зависимости от его вращения и нагрузки. Он состоит из датчика импульсов (микропереключателя), распределителя, центробежного и вакуумного регуляторов опережения зажигания.
Рис.2.15
Датчик Холла
Чувствительный элемент (рис. 2.15) представляет собой пластинку из полупроводникового материала, в которой используется эффект Холла, заключающийся в возникновении поперечного электрического поля в пластинке полупроводника с током при действии на него магнитного поля.
При вращении ротора, когда через зазор проходит прорезь, на пластинку полупроводника действует магнитное поле и в ней возникает разность потенциалов. Если в зазоре находится тело экрана, магнитные силовые линии замыкаются через экран и на пластинку не действуют.
Сигнал от чувствительного элемента датчика 3 поступает на усилитель 4, усиливается и через триггер Шмитта 5 попадает на вход выходного транзистора 6.
Рис. 2.16. Схема бесконтактного
микропереключателя
Угол опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала изменяется центробежным регулятором. При возрастании частоты вращения грузики под воздействием центробежных сил поворачиваются относительно своих осей, поворачивая экран на некоторый угол по направлению вращения вала. При этом прорезь экрана проходит через зазор раньше и возникает импульс с некоторым опережением. При снижении частоты вращения валика центробежные силы уменьшаются, поворачивая экран против направления вращения валика.
Угол опережения зажигания в зависимости от нагрузки изменяется вакуумным регулятором, встроенным в датчик-распределитель. Электронный коммутатор типа 36.3734 реализует следующие функции:
прерывание и включение тока первичной обмотки катушки зажигания, установленной в силовую цепь коммутатора, под воздействием управляющих импульсов, поступающих на вход коммутатора от датчика-распределителя;
стабилизацию максимальной амплитуды тока разрыва (8...9 А) при колебании напряжения источника питания в широких пределах (6...13 В);
регулирование длительности протекания тока в первичной цепи катушки зажигания по заданному закону в функции частоты вращения вала двигателя и в функции напряжения бортовой сети;
формирование импульсов тока в первичной цепи катушки зажигания с длительностью, обеспечивающей минимальную рассеиваемую мощность как в катушке зажигания, так и в самом транзисторном коммутаторе при различной частоте вращения коленчатого вала двигателя;
отключение тока в катушке зажигания при включенном зажигании и неработающем двигателе;
ограничение амплитуды первичного напряжения, возникшего при коммутации тока в первичной обмотке катушки, и защиту полупроводниковых элементов коммутатора от импульсов перенапряжения в бортовой сети автомобиля.
В основу электронного коммутатора заложен принцип нормирования энергии в первичной обмотке катушки зажигания. Это позволяет значительно сократить потребление энергии и стабилизировать выходные параметры схемы при различных частотах вращения коленчатого вала двигателя и колебаниях в напряжении бортовой сети автомобиля. При этом обеспечивается наиболее благоприятный тепловой режим, что позволяет уменьшить габаритные размеры коммутатора, катушки зажигания и получить экономию металла.
Электрическая схема коммутатора (рис. 2.17) состоит из инвертора, выполненного на транзисторе VT1 , блока времени накопления энергии, собранного на операционных усилителях (ОУ) А1.2 и А1.3; узла защиты от протекания тока в катушке зажигания при включенном ключе зажигания и неработающем двигателе, выполненном на операционном усилителе А1.1; ограничителя тока разрыва в цепи первичной обмотке катушки зажигания, собранного на операционном усилителе А1.4 логической схемы "ИЛИ-НЕ" на VT2 ; выходного каскада, выполненного на VT3 и VT4 ограничителя напряжения бортовой сети, выполненного на VD4 и R24.
Инвертор, выполненный на VT1 ,изменяет (инвертирует) полярность сигнала, полученного от датчика Холла, который после этого подается на вход интегратора блока времени накопления энергии и одновременно на вход логической схемы и блока безыскровой отсечки (А1.1).
Блок времени накопления энергии состоит из интегратора А1.2 и компаратора А1.3.
При вращении коленчатого вала двигателя датчик Холла вырабатывает импульсы прямоугольной формы, которые через VD1 поступают на базу VT1, инвертируются и через R7 и R8 попадают на неинвертирующий вход интегратора А1.2, где С4 - конденсатор в цепи обратной связи, задающий время интегрирования. На выходе интегратора образуется пилообразный сигнал, напряжение которого пропорционально углу поворота датчика. На другой инвертирующий вход интегратора через R9 подается опорное напряжение, значение которого определяет управляющее напряжение заряда и разряда конденсатора.
Процесс заряда С4 заканчивается в момент спада управляющего импульса. Процесс разряда С4 заканчивается раньше, чем приходит следующий управляющий сигнал на заряд.
Сигнал с интегратора далее поступает на неинвертирующий вход сравнительного устройства компаратора А1.3, на инвертирующий вход которого подается опорное напряжение (через R10,R17). Компаратор А1.3 сравнивает сигнал с выхода А1.2 с опорным напряжением. Когда сигнал на выходе А1.2 превысит опорный уровень, формируется сигнал высокого уровня, который через R19 поступает на логическую схему "ИЛИ-НЕ". Одновременно инвертируемый сигнал с датчика Холла через R20 поступает непосредственно на логическую схему.
Таким образом, на логическую схему попадают сигналы от датчика Холла и выхода компаратора А1.3, формирующих сигнал, который определяет время открытого состояния выходного транзистора, т.е. время накопления энергии. При увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя, как следует из диаграммы (рис. 2.18), изменяется соотношение открытого и закрытого состояний выходного транзистора. С увеличением частоты вращения доля открытого состояния транзистора, т.е. периода накопления энергии, увеличивается (стабилизируется).
Кроме нормирования времени накопления энергии в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя коммутатор регулирует время накопления в зависимости от напряжения бортовой сети автомобиля.
Блок безыскровой отсечки тока представляет собой интегратор, собранный на ОУ А1.1 с емкостной обратной связью через С3.
Сигнал от инвертора через R5 поступает на инвертирующий вход интегратора А1.1, предназначенный для безыскровой отсечки тока. Время интегрирования интегратора А1.1 значительно превышает период следования искр на минимально возможной частоте вращения коленчатого вала двигателя (50...100 мин-1). Благодаря этому при нормально работающем двигателе на логическую схему с выхода интегратора практически подается "нулевой" сигнал.
Рис. 2.18. Временные диаграммы переходных процессов в коммутаторе 37.3634
При неработающем двигателе, если датчик-распределитель находится в положении, при котором на выход коммутатора поступает сигнал низкого уровня, ток через катушку зажигания не протекает. Если же при остановке двигателя с датчика-распределителя поступает сигнал высокого уровня на выход интегратора А1.1, то сигнал линейно возрастает. Через 2...7 с величина сигнала достигает уровня, достаточного для открытия VT2 , что приводит к прекращению тока через катушку зажигания.
Ограничитель тока, собранный на операционном усилителе А1.4, ограничивает максимальное значение тока в катушке зажигания на уровне 8...9 А. В качестве датчика тока используется резистор R31 , последовательно включенный с VT4 выходного каскада. Сигнал с датчика тока поступает на неинвертирующий вход компаратора А1.4. На ин- вертирующий вход подается опорное напряжение (через делитель напряжения R12,R14). Если ток в катушке зажигания превысит заданное значение, на выходе компаратора А1.4 появляется сигнал, который через R22 подается на вход логической схемы ( VT2 ). Транзистор приоткрывается, а VT4 выходит из насыщения и ограничивает значение тока, протекающего в первичной обмотке катушки зажигания.
При условии подачи на логическую схему четырех "нулевых" (d,b,e,f) сигналов база транзистора будет иметь нулевой потенциал, и VT2 будет заперт, а транзисторы выходного каскада VT3 и VT4 будут открыты, происходит процесс накопления энергии в катушке зажигания. Если же на вход логической схемы приходится хотя бы один сигнал, то VT2 открывается, а транзисторы выходного каскада запираются, и происходит момент искрообразования.
Выходной каскад коммутатора собран на VT3 и VT4. При условии подачи на вход логической схемы четырех "нулевых" сигналов VT2 будет закрыт, поэтому база VT3 через R23 получает положительный потенциал, и он открывается. Открытый транзистор VT3 обеспечивает положительный потенциал базы VT4 и он также открывается. Через первичную обмотку катушки зажигания, VD7, VT4 и R31 будет протекать нарастающий ток. В первичной обмотке катушки зажигания возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной - относительно невысокое напряжение (2...3 кВ), поэтому искрообразования не происходит. В это время идет процесс накопления энергии.
Если на базу логической схемы "ИЛИ-НЕ" поступает хотя бы один сигнал высокого уровня, VT2 открывается, потенциал баз VT3 и VT4 становятся отрицательными, и транзисторы закрываются. Ток в первичной обмотке быстро исчезает, а во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение, которое поступает через распределитель на соответствующую свечу, зажигая рабочую смесь в цилиндре.
Ограничитель напряжения бортовой сети собран на VD4 и R24. Стабилитрон VD5 совместно с делителем напряжения R28 и R29 защищает VT4 от перенапряжения.
Формирователь опорного напряжения для компараторов А1.3 и А1.4 собран на R10, R12, R13, R14 и VD3.
Диоды VD6 и VD7 служат для защиты от изменения полярности цепей питания.
Конденсаторы С2, С5 и С7 предназначены для защиты схемы от паразитных выбросов, возникающих в бортовой сети.
Длительное время катушки зажигания для электронных систем (Б114, Б-118) изготавливались с изолированными обмотками (трансформаторная схема). Предполагалось, что таким образом можно предохранять выходные транзисторы от пробоя. Однако сравнительно недавно выяснилось, что это не соответствует действительности. Напротив, плохой контакт между корпусом такой катушки (с которым соединен один из выводов вторичной обмотки) и массой автомобиля может способствовать выходу из строя транзистора. Поэтому конструкция катушек изменена и применяется автотрансформаторная схема соединения.
Система зажигания с коммутатором типа 36.3734 обеспечивает высокое напряжение 26 кВ, энергию искрового разряда 40...50 МДж при длительности 1,6...2 мс, скорость нарастания фронта 600 В/мкс. В классической системе ВАЗ вторичное напряжение 18 кВ, энергия 20МДж, длительность разряда 1,5мс, скорость нарастания фронта 400 В/мкс. На рис. 22 изображены временные диаграммы процессов коммутатора при различных напряжениях питания и для двух частот вращения валика датчика-распределителя, причём n2 примерно в 2 раза больше n1.
На графике a показана форма сигнала, вырабатываемого датчиком Холла.
На графике b представлен сигнал датчика Холла после его инвертирования инвертором VT1.
График с иллюстрирует сигнал, вырабатываемый интегратором А1.2 при различных значениях напряжения питания и частотах вращения валика датчика.
На графике d отражены сигналы после компаратора А1.3 и поступающие на логическую схему VT2 . Как видно из графика, с увеличением частоты вращения коленчатого вала относительное время сигнала высокого уровня, открывающего транзистор VT2 и запирающего выходной каскад VT3 и VT4 уменьшается, и, следовательно продолжительность прохождения тока через катушку зажигания и накопления энергии увеличивается. То же происходит при уменьшении напряжения питания.
На графике e указано время накопления энергии. Как cледует из рисунка, с уменьшением напряжения питания и с увеличением частоты вращения валика датчика относительное время накопления энергии увеличивается, что позволяет в определенных пределах стабилизировать ток в катушке зажигания.
График Ip показывает процесс прохождения тока в первичной обмотке катушки зажигания.
График f - возникновение высокого напряжения.
Диаграмма g иллюстрирует работу блока безыскровой отсечки который служит для защиты от протекания тока в катушке зажигания при включенном ключе зажигания и неработающем двигателе.
Контроль работоспособности системы зажигания на автомобиле начинается с проверки надежности всех электрических соединений в разъемах и соединениях корпуса коммутатора с массой.
Выходной сигнал датчика-распределителя проверяется высокоомным вольтметром (сопротивление не менее 10 кОм), который подключается к выходу датчика (вывод 6) разъема коммутатора и "массе". При вращении ротора датчика стрелка вольтметра должна периодически отклоняться. Напряжение на выходе датчика не должно превышать 10 В.
Для проверки работоспособности коммутатора можно использовать контрольную лампочку мощностью 1,5 Вт, подключив ее к выводу 1 разъема коммутатора и к положительному полюсу бортовой сети автомобиля. При прокрутке двигателя стартером яркость свечения лампочки должна периодически меняться.
Методы контроля остальных узлов и аппаратов бесконтактной системы зажигания не отличаются от методов контроля в классической системе.