Електронні системи запалювання

Підвищення вимог до роботи сучасних багатоциліндрових двигунів з високим ступенем стискання і підвищеною частотою обертання призвело до того, що традиційні у минулому, контактні системи запалювання не відповідають сучасним вимогам щодо надійності та тривалості безвідмовної дії.

Одним із можливих шляхів розв'язання цієї проблеми є підвищення вторинної напруги і енергії іскрового розряду. Для цього необхідно збільшити силу струму первинного кола, що призведе до значного зниження надійності роботи контактів переривника. Адже при збільшенні сили струму до 3,5-4,0 А контакти швидко виходять з ладу-обгоряють.

Для усунення цього недоліку були розроблені системи запалювання, в яких застосовуються напівпровідникові прилади, що виконують роль контактів для переривання струму в первинній обмотці трансформатора. В електричних схемах (рис. 4.38) цих приладів найчастіше використовують потужні транзистори, здатні керувати електричним струмом силою до 10 А. Особливістю роботи таких систем є те, що через контакти переривача 2 проходить лише незначний струм керування транзистором - струм бази, тоді як основний, великий струм емітера в силовому колі комутує транзистор. Незважаючи на вказані переваги, в контактно-транзисторних схемах залишаються механічні контакти, що звичайно є їх недоліком. Електронні безконтактні системи запалювання позбавлені недоліків механічних контактів. На рис. 4.39 наведена принципова електрична схема електронної безконтактної системи запалювання з накопиченням енергії в індуктивності і з магнітоелектричним датчиком.

Основним елементом комутатора, який керує такою системою, є магніт, що обертається синхронно з розподільним валом двигуна. Кількість полюсів у магніту відповідає кількості циліндрів двигуна. Під час роботи двигуна магніт обертається, і в обмотці датчика 2 індукується змінна ЕРС, яка керує транзистором VT1. При виникненні позитивних значень напруги на датчику транзистор відкривається і через перехід "емітер-колектор" та первинну обмотку W1 трансформатора від акумуляторної батареї протікає постійний електричний струм. При негативній ЕРС датчика транзистор закривається і струм у первинній обмотці переривається, в результаті чого у вторинній обмотці W2 трансформатора індукується висока напруга.

Конструкція типового зразка основного елемента безконтактної системи запалювання - датчика-розподільника Р352 наведена на рис. 4.40. Прилад сконструйований на базі стандартного переривника-розподільника. Його складовими частинами є розподільник високої напруги (такої конструкції, як і в традиційних контактних системах запалювання), магнітоелектричний датчик і відцентровий регулятор випередження запалювання. Датчик виготовлений як однофазний генератор змінного струму. Він складається з ротора 5 і статора 4 (рис. 4.40, а). Ротор - це восьмиполюсна система на основі кільцевого постійного магніту 7 із сталевими полюсними наконечниками.

Статор датчика складається з кільцевої обмотки 4. Кількість пар полюсів-наконечників статора і ротора дорівнює кількості циліндрів двигуна. Для встановлення початкового моменту запалювання (при положенні поршня першого циліндра у ВМТ) на роторі і статорі зроблені радіальні риски 11. їх збіг відповідає початку розмикання контактів у традиційній контактній системі запалювання.

При обертанні ротора в обмотці датчика виникає синусоподібна напруга, яка подається на вхід транзисторного комутатора. Під час обертання вала розподільника з ним обертається і ротор з екраном 2. Якщо магнітне поле, створене постійним магнітом 1, відкривається прорізом екрана, його силові лінії потрапляють на поверхню пластини 3 і створюють ефект Холла - струм, який тут же збільшується у підсилювачі 4 і надходить до бази вихідного транзистора 6. Останній відкривається і пропускає струм в комутатор, а далі - в трансформатор, де створюється висока напруга.

При закриванні магнітного поля екраном струм зникає. Імпульси струму мають чіткий прямокутний характер.

Останнім часом на двигунах легкових автомобілів широко застосовують без-контактну систему запалювання, в основі якої є датчик, що працює на ефекті Холла.

Ефект Холла полягає у виникненні в спеціальній пластині (рис. 4.41), електричного струму, якщо на неї під прямим кутом діє магнітне поле. Максимально виявляється цей ефект у пластинах з напівпровідникового матеріалу (германію, кремнію, арсеніду галію тощо).

Величина ЕРС Холла дуже мала і тому її необ-хідно підсилювати в безпосередній близькості до плас-тини, щоб усунути вплив радіоелектричних перешкод. Тому конструктивно елемент Холла і підсилювач виготовлені як єдина інтегральна мікросхема.

Поряд з безконтактними транзисторними систе-мами запалювання на сучасних двигунах застосовують тиристорні системи запалювання, в яких енергія для іскрового розряду накопичується у конденсаторі, а замість силового реле застосовано тиристор.

У цих системах трансформатор не накопичує енергію, а лише підвищує напругу. Швидкість наростання вторинної напруги в тиристорних системах запалювання приблизно в 10 разів більша, ніж у класичних чи транзисторних системах запалювання. Тому пробивання іскрового зазору свічок надійно забезпечено навіть у тому разі, якщо ізолятори їх забруднені чи вкриті нагаром. Сила струму під час іскрового розряду більша, ніж у традиційних системах запалювання, а тривалість іскрового розряду досить мала - не більша 300 мкс.