Elektroobladnannya avtomobiliv i traktoriv

1 50

Електрообладнання автомобілів і тракторів

Схему обмеження струму виконано на компараторі ДАІ.З. Якщо вихідні транзистори УТ8 чи УТ9 увімкнено, то зростаючий емітерний струм зумовлює на резисторах К49 та К50 спад напруги, який компаратор ДАІ.З порівнює з напругою подільника К17, К26, К27. Транзистор УТ4 закритий доти, доки спад напруги на К49, К50 не зрівняється з IIоп компаратора ДАІ.З. Після цього відкривається транзистор УТ4, який шунтуючи вхід УТ6, зменшує вхідний струм підсилювача потужності та змінює режим роботи підсилювача УТ6-УТ8 чи УТ7-УТ9. З режиму насичення підсилювач переходить в активний режим, у цьому випадку на переході емі- тер-колектор транзистора УТ8 або УТ9 створюється спад напруги, який фіксує заданий рівень струму комутації.

Стабілітрон У07 (УБ10) разом з подільником напруги К43, К45 (К44, К47) захищає потужний вихідний транзистор УТ8 (УТ9) від імпульсів перенапруг, які виникають у первинній обмотці котушки запалювання. Якщо імпульсна напруга перевищує напругу пробивання стабілітрона, на подільнику К43, К45 формується імпульс, який закриває транзистор УТ8 (УТ9) на час дії імпульсів перенапруги, а напруга, прикладена до ко- лектора-емітера, не перевищує припустимої. Стабілітрон У08 і резистор К41 стабілізують напругу живлення, а У06, К26, К27 - напругу компараторів ДАІ.4 та ДАІ.З. Діод УБЗ призначений для захисту від зміни полярності джерела живлення, конденсатор СІ5 у колі живлення - для захисту від шкідливих сигналів, які виникають у мережі електропостачання.

Схема комутатора 6420.3734 також має пристрій формування сигналу для керування тахометром (УБ14. У015. К53. К54).

Мікропроцесорна система запалювання фірми «8іетеп8» (Нідерланди). Ця система запалювання встановлюється на багатьох європейських автомобілях, в тому числі і на автомобілях чеського заводу «8косІа». Для прикладу розглянемо автомобіль «8косІа Осіауіа», який має двигун «8ирег Ь» потужністю 85 кВт з об'ємом циліндрів 2,0 л.

Основним вузлом системи запалювання цього двигуна є мікропроцесор 8іто8 3.2, який керує не тільки системою запалювання, а й системою впорскування пального. Крім мікропроцесора, до системи запалювання входять:

-датчик частоти імпульсів О 28;

-датчик положення кулачкового вала О 40, що працює на ефекті Холла;

-датчик температури охолоджувальної рідини О 62;

-датчик О 61 контролю детонаційного згоряння;

-датчик положення дросельної заслінки 1338;

-датчик тиску і температури у впускному трубопроводі Р-96;

-двохвивідні котушки запалювання з кінцевим потужнісним каскадом (Н 70, N 127, N 291 та N 292);

-проводи високої напруги;

-свічки запалювання.

1 50

Електрообладнання автомобілів і тракторів

Керування моментом іскроутворення здійснюється в цій системі на основі обчислених мікропроцесором оптимальних значень кута випередження запалювання, відповідних швидкості обертанню колінчастого вала двигуна та розрідженню (тиску) у впускному трубопроводі.

Блок керування мікропроцесорної системи запалювання складається із електронно-керуючого пристрою (ЕКП), логічного пристрою, блоку пам'яті, блоку синхронізації та комутатора магістралей.

Робота бортового комп 'ютера. Інформація про характеристики двигуна зберігається в пам'яті комп'ютера у формі таблиць, які називаються робочими. Таблиці виходять з інформації тривимірних карт випередження запалювання і таких же карт для періоду «замкнутого стану контактів». Робочі таблиці можуть бути складені комп'ютером для різних сполучень параметрів, однак насамперед такими параметрами є частота обертання колінчастого вала, навантаження, температура і напруга акумулятора. Кожна з таблиць дає своє значення кута випередження, і для визначення результуючого кута всі результати зіставляються. Подібним чином обчислюється і кут включеного стану котушки.

При включенні живлення мікропроцесор посилає закодовану двійкову адресу, вказуючи, до якої частини пам'яті він звертається. Потім посилається керуючий сигнал, що вказує напрямок і послідовність руху інформації в процесор або з процесора. Робота самого процесора становить серію двійкових імпульсів, за допомогою яких інформація зчитується з пам'яті, декодується і виконується. Програми виконання операцій - арифметичних, логічних і транспортних також записані в пам'яті. Нарешті, ЕКП видасть команду силовому ключеві системи запалювання на включення або виключення котушки відповідно до поточного стану двигуна.

Датчик частоти імпульсів С28 (рис. 3.47, поз. 7) працює на явищі електромагнітної індукції. Він складається із нерухомого магніту та нерухомої котушки. Ротор датчика - імпульсне колесо 1 (рис. 3.48) виготовлено із магнітом'якої сталі, кріпиться на колінчастому валу двигуна і обертається з його частотою. Тому кількість синусоїдальних імпульсів, що виробляє датчик за 1 оберт, дорівнює кількості зубців на імпульсному колесі.

Для визначення ВМТ поршня першого циліндра, тобто для формування початкового імпульсу на імпульсному колесі 1 (рис. 3.48) є лиска (вказана стрілкою) шириною в два зуби.

Датчик С 40 (поз. 10 рис. 3.47) працює на ефекті Холла і служить для визначення положення розподільчого валу, а значить і моменту запалювання в першому циліндрі. В зазорі між постійним магнітом та напівпровідниковою пластиною, яка індукує ЕРС Холла, обертається екран 12 (рис. 3.49), який закріплено всередині шестерні приводу кулачкового вала 14. В момент, коли екран не перекриває магнітне поле, воно діє на

1 83

-Система запалювання

датчик і датчик Холла генерує ЕРС. Якщо екран перекриває магнітне поле, то датчик не виробляє ЕРС. Оскільки екран являє собою дугу в 180°, то цей сигнал служить також для управління каналами комутатора, тобто вмикає котушки запалювання 1, 4 чи 2 або 3-го циліндрів.

Рис. 3.48. Розташування імпульсного колеса на двигуні

Датчики детонаційного згоряння пального. На боковій поверхні блоку циліндрів двигуна «8ирег Ь» встановлено два датчики детонаційного згоряння пального: Обі та О 66 (див. поз. 6 та 8 на рис. 3.47 або поз. 5 та 7 на рис. 3.49). Перший з них контролює детонаційне згоряння в 3, 4, а другий - в 1, 2 циліндрах. Для припинення детонаційного згоряння мікропроцесор зменшує кут випередження запалювання для кожної пари циліндрів з 15° до 2° з кроком 0,5°, до моменту зникнення детонації. Якщо детонація припиняється, система повертається у вихідне положення.

Принципи дії та будова решти датчиків та елементів мікропроцесорної системи були описані раніше в цьому ж розділі.

1 50

Електрообладнання автомобілів і тракторів

Рис. 3.49. Елемент мікропроцесорної системи запалювання: 1 - провід високої напруги з завадопоглинаючим резистором та

наконечником для свічки; 2 - двохвиводні котушки запалювання високої напруги зі штекерними з3єднувачами; 4; 5 - датчик детонаційного згорання О 61 3 та 4 циліндрів; 7 - датчик детонаційного згорання

О 66 1 та 2 циліндрів; 6 та 8 - трьохконтактні штекерні з'єднувачі; 10 - свічка запалювання; 11 - з 'єднувальний штекер датчика Холла; 14шестерня приводу; 15 - датчик Холла

3.9, Система запалювання з накопиченням енергії в конденсаторі

Системи запалювання, де енергія для іскрового розряду накопичується в конденсаторі, а в якості силового реле служить тиристор, часто називають тиристорними. У цих системах котушка запалювання не накопичує енергію, а лише перетворює напругу.

1 83

-Система запалювання

Ці системи запалювання застосовують здебільшого на потужних і високооборотних двигунах, оскільки швидкість наростання вторинної напруги в них приблизно в 10 разів більша, ніж у класичних чи транзисторних системах запалювання. Тому пробивання іскрового зазору свічки надійно забезпечено навіть тоді, коли ізолятори свічки забруднені й покриті нагаром. Завдяки цьому тиристорні системи запалювання не чутливі до втрат струму через забруднений ізолятор свічки. Сила струму під час іскрового пробивання запалювання велика, а тривалість розряджання порівняно мала (не більше 300 мкс).

Як приклад розглянемо тиристорну систему запалювання з імпульсним накопиченням енергії у конденсаторі (рис. 3.50). Система складається з транзистора УТІ, що працює в режимі ключа; підвищуючого трансформатора ТУ із замкнутим магнітопроводом; накопичувального конденсатора СІ та котушки запалювання 3. Увімкненням вимикача 8 і при розімкнутих контактах переривача 2 транзистор УТІ переходить у відкритий стан. Струм бази протікає від батареї 1 через резистори Кдод , К1 та К2 на базу-емітер і на масу. Через відкритий транзистор протікає струм по первинній обмотці трансформатора: «+» акумулятора - додатковий резистор &дод - первинна обмотка \У1 - колекторно-емітерний перехід транзистора УТІ - маса. В трансформаторі створюється магнітне поле.

-Е — ~

Рис. 3.50. Принципова схема тиристорної системи запалювання: 1 - акумуляторна батарея; 2- переривач; 3 - котушка запалювання; 4 - розподільник; 5 - свічки запалювання

Коли контакти переривача замикаються, то вони шунтують коло бази транзистора, і він закривається, внаслідок чого струм в первинній обмотці трансформатора припиняється, а у вторинній обмотці трансформатора \У2 виникає ЕРС, яка через діод УБ1 заряджає конденсатор СІ до 200400 В. Тиристор УОЗ у цей час закритий, оскільки його коло керування шунтоване контактами переривача 2.

Із розмиканням контактів переривача 2 з'являється струм керування тиристора. Від батареї 1 через резистори К о, К1 та КЗ струм потрапляє

1 50

Електрообладнання автомобілів і тракторів

на керуючий електрод, і тиристор УВЗ проводить струм. Конденсатор СІ розряджається через первинну обмотку XVI котушки запалювання 3. В обмотці \¥2 індукується імпульс високої напруги.

У розглянутій тиристорній системі запалювання можна здобути більш високу швидкість зростання вторинної напруги ІІ2т, що зменшить вплив забруднення на неї. Крім цього, в розглянутій системі запалювання напруга ї]\1т може бути практично незмінною зі зміною числа обертів від пускових до максимальних, оскільки конденсатор встигає повністю зарядитися на всіх режимах роботи двигуна.

На автомобілях «Мег8ес1е8-Веп2», «РогсЬе», «А1£а Кошео» застосовується контактно-тиристорна система запалювання німецької фірми «В08СІ1» (рис. 3.51). Системи запалювання з накопиченням енергії в ємності можуть бути і безконтактними.

Рис. 3.51. Принципова схема контактно-тиристорної системи запалювання фірми «ВОБСН»:

1 - транзисторний комутатор; 2 - переривач; 3 - котушка запалювання; 4 -розподільник; 5 - свічки запалювання

Після вмикання замка запалювання 8 транзистор УТІ відкривається, бо з подільника напруги, складеного з резисторів К1, К2, до бази транзистора надходить відкривальний позитивний потенціал. Збільшуючись, колекторний струм транзистора протікає через обмотку 1 трансформатора ТУ, а в обмотці 2 внаслідок цього індукується вторинна напруга, яка збільшує позитивну перенапругу бази транзистора УТІ та прискорює зростання колекторного струму Проте колекторний струм збільшується лише до певного рівня (границі насичення), до того ж в обмотці 2 індукується негативна напруга і транзистор закривається. Після зникнення закривального імпульсу транзистор знову відкривається і процес повторюється. Завдяки трансформаторному зворотному зв'язку транзистор УТІ постійно працює в режимі «включено-виключено». У цьому випадку

1 83

-Система запалювання

колекторна напруга змінюється між позитивною напругою живлення і незначною залишковою напругою транзистора, тобто на виході цього каскаду виникають прямокутні імпульси.

У цій схемі транзистор УТІ працює в релейному режимі, а тому постійна напруга на пульсуючу перетворюється з великою ефективністю. Стабільність частоти так званого однотактного запірного осцилятора невисока, проте ця вада не принципова. Трансформаторний зворотний зв'язок одночасно дає змогу дістати змінну напругу, достатню для заряджання накопичувального конденсатора. Цього досягають за допомогою обмотки 3 трансформатора ТУ, а діод УВ2 випрямляє отриману в неї на виході змінну напругу. У цій схемі постійна зарядна напруга конденсатора становить близько 450 В.

Після замикання контактів переривача 2 до бази транзистора УТЗ надходить негативний потенціал і транзистор УТЗ починає пропускати струм. У цьому випадку колекторний струм цього транзистора протікає через резистор К5 і заряджає конденсатор СІ, напруга якого прикладається до бази-колектора транзистора УТ2. Тому, коли конденсатор заряджається, база транзистора УТ2 одержує додатковий потенціал, внаслідок чого він закривається.

Після розмикання контактів переривача 2 розривається негативний потенціал бази і транзистор УТЗ закривається. Внаслідок цього до бази транзистора УТ2 через резистор К6 знову надходить негативний потенціал і транзистор відкривається. Конденсатор СІ розряджається через відкритий перехід емітер-колектор транзистора УТ2, і до керувального електрода тиристора УТ)3 надходить керувальний імпульс, а обкладки накопичувального конденсатора Сз замикаються накоротко через тиристор УВЗ. Якщо струм, який протікає через тиристор УВЗ, зменшується до нуля, то він закривається, конденсатор С§ знову заряджається і процес повторюється.

Досить складна система керування тиристором (рис. 3.51) запобігає несприятливому впливу імпульсів перешкод, зумовлених деренчанням контактів. Якщо після замикання контактів переривача вони через відскакування рухомого контакта розмикаються, то транзистор УТЗ на короткий час відкривається, проте напруга конденсатора СІ на цей час ще не встигає досягти рівня, здатного спричинити запалювання тиристора. Це означає, що створене коло, яке складається з елементів СІ, К5, переважає в часі між замиканням контактів переривача і розмиканням внаслідок деренчання рухомого контакта. Із вмиканням замка запалювання конденсатор Сз заряджається, тому регулювати та перевіряти запалювання потрібно дуже обережно.

В системах запалювання з накопиченням енергії в конденсаторі котушка запалювання виконує функцію лише підвищуючого імпульсного трансформатора, її габарити при цьому можуть бути значно зменшені.

1 83

-Система запалювання

При цьому в обмотках котушки збуджується змінний струм, напруга якого залежить від частоти обертання магніта і кількості витків в первинній та вторинній обмотках. У первинній обмотці ефективне значення напруги становить 15-20 В, вторинній - 1000-1500 В. Але для живлення запальних свічок напруга повинна бути 15000-25000 В. Щоб одержати таку напругу, використовують явище трансформації. В певний момент, коли струм первинної обмотки буде найбільшим і досягатиме 5 А, коло первинної обмотки розмикається переривником, що призводить до зміни магнітного потоку в магнітному контурі, а отже, і в осерді індукційної котушки. В результаті у вторинній обмотці тепер вже збуджується електричний струм високої напруги (15000-25000 В), який і направляється до запальних свічок. Отже, величина напруги залежить від інтенсивності магнітного потоку в осерді і кількості витків в обмотках:

де \УХ - кількість витків первинної обмотки; Ф - магнітний потік.

Велична магнітного потоку і значення ЕРС у первинній обмотці залежать від положення магніту між полюсами осердя індукційної котушки. У початковому положенні і орієнтації магнітних полюсів (див. рис. 3.52, а) магнітний потік найбільший, що призводить до зростання ЕРС в первинній обмотці. При повороті двополюсного магніта на кут 90° від горизонтального положення магнітний потік спадає, а ЕРС в первинній обмотці досягає найбільшої величини. При цьому первинний струм досягає також найбільшого значення. Саме в цей момент переривник і розмикає коло первинної обмотки і при зникненні магнітного поля у вторинній обмотці індукуються імпульси високої напруги (див. рис. 3.52, в).

Кут, що визначає положення ротора магнето в момент розмикання контактів переривача, називається абрисом магнето. Найвигіднішу величину абриса визначають експериментальним шляхом і для магнето різних типів вона неоднакова. При неправильній установці абриса сила струму знижується і, як наслідок, зменшується £/7тах- При значному відхиленні абриса від найвигіднішого значення магнето не буде пробивати іскровий проміжок свічки. В такому разі необхідно встановити абрис відповідно до інструкції заводу-виробника.

При подальшому провертанні двополюсного магніта на кут 180° (рис. 3.52, в) магнітний потік знову досягає максимальної величини, але в результаті зміни положення полюсів напрям його буде протилежним і на графіку він розміщується нижче осьової лінії. Далі процес повторюється. При повороті двополюсного магніта на кут 270° (див. рис. 3.52, г) магнітний потік зменшується, а значення ЕРС у первинній обмотці досягає