Elektroobladnannya avtomobiliv i traktoriv

1

50

Електрообладнання автомобілів і тракторів

доки напруга конденсатора СЗ, що заряджається через резистор К5, досягає значення, потрібного для відкриття транзистора УТ2. При цьому мультивібратор повертається у вихідне положення. Резистор К6 призначений для прискорення процесу перемикання. Діод УВІ відсікає негативний півперіод датчика, що не використовується для керування. Складений транзистор УТЗ-УТ4 потрібен через значний струм керування силового транзистора, оскільки регулювання значного струму керування бази за допомогою лише подільника напруги незадовільне за потужністю та нагріванням.

Розглянуті вище дві безконтактні системи запалювання мають вади, оскільки не передбачають обмеження амплітуди струму первинного кола. В них амплітуда високовольтного імпульсу на вторинній обмотці котушки запалювання, як і в контактній системі, залежить від частоти обертання двигуна, а також від напруги в бортовій мережі.

На зміну таким комутаторам (з нерегульованою амплітудою первинного струму) прийшли комутатори, в яких струм заряду індуктивності, тобто час проходження струму через первинну обмотку, підтримується постійний в заданих межах шляхом керування часом відкритого стану вихідного транзистора. Це захищає вихідний транзистор комутатора від перевантажень по струму, а також стабілізує амплітуду струму заряду при зміні напруги в бортовій мережі. Вихідна напруга 1і2тах при цьому також стабілізується.

Так, на передньоприводних автомобілях ВАЗ-2Ю8, -2І09, -ПіІ та З АЗ-1102 встановлено безконтактну систему запалювання, яка містить транзисторний комутатор 36.3734 та датчик-розподільник 40.3706.

Принципову схему транзисторного комутатора цієї системи запалювання зображено на рис. 3.28, а діаграму, яка пояснює принцип дії роботи, - на рис. 3.29.

Комутатор містить:

-вхідний інвертор, виконаний на транзисторі УТІ;

-вузол захисту від проходження струму в котушці запалювання у випадку замкнених контактів вимикача запалювання і непрацюючого двигуна; виконаний на підсилювачі ПАЇ Л;

-обмежувач струму, виконаний на підсилювачі В А 1.4 та резисторах К36 і К37;

-вихідний підсилювач, виконаний на транзисторах УТЗ і УТ4;

-стабілізатор напруги живлення, виконаний на резисторі К30 і стабілітроні УВ4;

Якщо колінчастий вал обертається, то з датчика Холла (точка а на рис. 3.28) до бази транзистора УТІ надходять імпульси прямокутної форми (діаграма а на рис. 3.28). Транзистор УТІ інвертує імпульси, що надійшли, формуючи на виході (див. точку б на рис. 3.28) сигнал б (див. діаграму б на рис. 3.28), який служить для заряджання інтегратора, складеного на підсилювачі ВАІ.2.

-Системзапалювання	1 83

1 50

Електрообладнання автомобілів і тракторів

Ц9В

Увімкнення в коло зворотного

г

.

зв'язку підсилювача конденсатора

СЗ забезпечує лінійний характер за-

л

ОС

рядного процесу До другого входу

інтегратора із подільника напруги

К28-&7-К9 надходить опорний сиг-

А

І

ч

А

'

нал, знак якого протилежний знаку

//У/

У Ч

сигналу б. Поки з інвертора до вхо-

я

^О ч

^

ду інтегратора надходить сигнал б,

/

-

,

конденсатор заряджається. Макси-

ос-

мальний рівень напруги заряду за-

"11

лежить від параметрів кола К4-К5-

К8-СЗ. Резистор К5 є наладнаним

Г"

а

під час регулювання максимального

рівня напруги заряду Процес роз-

ос

ряджання визначає коло К28-К7-

1Побм І

і"'

п,

К9-СЗ, параметри якого добирають

1

так, щоб воно закінчилося раніше,

ос

ніж надійде новий керувальний сиг-

нал б для заряджання.

Сигнал з інтегратора (див. точку

ОС

в на рис. 3.28) через резистор К19

Рис. 3.29. Діаграма принципу

надходить до входу компаратора,

	роботи безконтактної системи	виконаного на підсилювачі В А 1.3,
	запалювання з датчиком Холла
		де він порівнюється з опорним сиг-

налом 1/оп2, що його задають резистори НІ8 та К20. У момент, коли сигнал з інтегратора перевищить сигнал V'оп2 (див. діаграму в на рис. 3.29), на виході компаратора (див. точку г на рис. 3.28) з'являється прямокутний сигнал г (див. діаграму г на рис. 3.29).

Сигнал г із компаратора надходить до входу схеми порівняння, яка складається з транзистора УТ2 і резисторів К23, К24, К25 та К26. До цього самого входу через резистор К24 надходить сигнал б з інвертора. Ці сигнали формують початок і кінець сигналу е на виході логічної схеми. Тривалість сигналу е визначає час відкритого стану вихідного транзистора УТ4. Поки сигнал б або г надходить до бази транзистора УТ2, він відкритий, а потенціал у точці е (див. рис. 3.28) дорівнює нулю, оскільки вона через колекторемітер відкритого транзистора УТ2 з'єднана з корпусом. Якщо керувальні сигнали зникають, то транзистор УТ2 закривається і на базі транзистора УТЗ через резистор КЗО та К28 з'являється керувальний сигнал е.

Сигнал е відкриває вихідний каскад УТЗ-УТ4, внаслідок чого наростає струм Ік у первинному колі котушки запалювання (див. діаграму Ік на рис. 3.29). Якщо струм у первинному колі досягає граничного значення,

-Система запалювання

1 83

наприклад, за малих частот обертання або ж при замиканні на масу, то починає працювати схема обмеження струму. Функцію обмежувача струму виконують компаратор БАІ.4 і резистори К36 та 1137, увімкнені паралельно, із сумарним опором 0,05 Ом. Зростаючий первинний струм, проходячи по резисторах К36 і Я37, створює на них спад напруги, рівень якої компаратор ЬАІ.4 порівнює з опорною напругою £УпУ яку визначають подільник напруги К18-К13-К15 і резистор КЛ7. Опорна напруга ІІоп2) відповідає заданому струму обмежувача. Щоб опорну напругу задати точніше, паралельно резистору КЛ5 увімкнено налагоджувальний резистор К16. Коли напруга, яка надходить з резисторів К36 і ЯЗ 7 через резистор К12 до компаратора, зрівнюється із сигналом 1/оп3, спрацьовує компаратор ОАІ.4 і на його виході в точці д з'являється сигнал д (діаграма д на рис. 3.29). Поява сигналу д через резистор К26 на базі транзистора УТ2 спричинює невелике відкриття, зменшуючи значення сигналу е (діаграма е на рис. 3.29), тобто трохи відкритий транзистор УТ2 шунтує вхід (базу) транзистора УТЗ, зменшуючи при цьому струм бази транзистора. Це спричинює перехід транзистора УТЗ з режиму насичення (повністю відкритий) на активний режим. Транзистор УТ4 також переходить до активного режиму, на його переході колектор-емітер створюється спад напруги, завдяки якому фіксується заданий рівень струму первинного кола.

Вузол захисту проходження струму в котушці запалювання, коли контакти 8 замкнені, а двигун не працює, виготовлено з використанням підсилювача БАМ, що є інтегратором. Коли в стані спокою з датчика Холла надходить імпульс, то транзистор УТІ відкритий не повністю, а лише на 95-96% (цього досягають співвідношенням К4 та К10), то в точці б імпульс незначний, і конденсатор С4 вузла захисту починає заряджатися цим струмом. Через 2-5 с на виході підсилювача формується напруга, яка, надійшовши через резистор К25 до входу транзистора УТ2, відкриває цей транзистор; вимикається вихідний каскад, який знеструмлює коло котушки запалювання. Час заряджання конденсатора С4 вибирають таким (великим), щоб за мінімальної частоти обертання двигуна напруга на виході інтегратора не перевищувала 0,15 В за час, коли немає сигналу в точці б, що не впливає на роботу логічної схеми. З появою наростаючого фронту нового імпульсу б конденсатор починає розряджатися по колу резистори КІО-Н11 - діод У02. Параметри кола розряджання добирають так, щоб конденсатор С4 розряджався дуже швидко.

Час накопичення енергії у котушці запалювання регулюється так. Як видно з діаграми в рис. 3.29, зі збільшенням частоти обертання двигуна {по6м > пх> п0) напруга на виході інтегратора БАІ.2 як функція кута повороту колінчастого вала наростає повільно. Це можна пояснити тим, що зі збільшенням частоти обертання зростає частота обертання шторок і зменшується тривалість заряджання конденсатора СЗ. З цієї причини у

1 74	Електрообладнання двтшушбшії і тракторів

момент переходу конденсатора СЗ із режиму заряджання в режим розряджання напруга на ньому зменшується зі збільшенням частоти обертання. Отже, як бачимо з діаграми в, зі збільшенням частоти обертання розрядна вітка раніше (за кутом повороту) зменшується до опорної напруги ІІоп2, раніше зникає сигнал г, з'являється сигнал д, відкривається вихідний каскад і починає протікати струм Ік у первинному колі котушки запалювання.

Регулювання часу накопичення розпочинається від частоти обертання п0, яка відповідає мінімальній частоті обертання колінчастого вала, до частоти по6м 3 подальшим збільшенням частоти обертання напруга заряду конденсатора не перевищує напруги 1/опГ При цьому компаратор на підсилювачі ВАІ.З блокується і сигнал е на виході схеми порівняння збігається за фазою з сигналом датчика а та інвертованим сигналом б.

Крім нормування часу накопичення енергії як функції частота обертання колінчастого вала, регулюється і функція напруги живлення за рахунок увімкнення до входів компаратора ВАІ.З резисторів зміщення &21 та К22. Опорний рівень компаратора також є функцією напруги живлення. Чим вищий рівень напруги живлення, тим нижчий опорний рівень компаратора ВАІ.З.

Схема комутатора 36.3734 містить також і додаткові елементи: діод УВ7 захищає вихідний транзистор від переполюсування джерела живлення, стабілітрон УВ5 захищає від імпульсів, які виникають у первинній обмотці котушки запалювання. Коли імпульс перенапруги перевищує припустимий рівень, то на подільнику К31-Я35 формується напруга, за якої пробивається стабілітрон УВ5. Вихідний транзистор УТ4 при цьому відкривається на час дії імпульсу, а напруга, прикладена між колектором та емітером транзистора УТ4, не перевищує припустимої.

Схема містить: джерело стабілізованого живлення на резисторі КЗО і стабілітроні УВ4; стабілізатор напруги К і 8-У В 3 компараторів А 1.3 та А1.4; діод УВ6 захисту від переполюсування джерела живлення та конденсатори СІ, С7 та СЮ у колі живлення для захисту схеми та датчика від шкідливих імпульсів, які виникають у бортовій мережі.

Схему комутатора 36.3734 реалізовано на дискретних елементах із застосуванням спеціально розробленої мікросхеми К140 ІУДІ, яка складається з чотирьох підсилювачів. Як вихідний використано спеціально розроблений транзистор КТ848А. Комутатор має шість робочих виводів: три виводи призначені для приєднання до датчика і по одному - до корпуса автомобіля, котушки запалювання і для живлення комутатора.

Більш досконалою являється конструкція комутатора 3620.3734, в якому забезпечується висока точність підтримки параметрів струму первинної обмотки при різних дестабілізуючих факторах (нестійка робота двигуна, перехідні процеси двигуна, старіння радіоелементів і т.д.) це досягається за рахунок адаптивного регулювання часу проходження струму

	1	75
печується	стабілізуючого зворотнього зв'язку між	та

З комутаторами 36.3734 та 3620.3734 працює 27.3705, яка має коефіцієнт трансформації 82; опір первинної обмотки

0,45 Ом, вторинної 4,5 кОм, індуктивність Ь1=3,75 мГн, 1,2=23,5 мГн.

3*8* Цифрові та мікропроцесорні системи запалювання

потужність двигуна, його па- : газів, — це його робона всіх режимах, о застосовуються в

можуть : в усьому діапазоні роботи,

Рухомі частини регулятора у процесі роботи спрацьовуються, а отже, неминучі люфти в сполучних деталях, які створюють нестійкість запалювання (асинхронізм) за кутом повороту колінчастого і

Через те, що паливно-повітряна суміш між циліндрами , уна роз-

ацього існуючі

,Крім того, нестійкість

[ всезростаючі вимоги щ< них газів, а тому потрібно застосовувати спеціальні ції відпрацьованих газів чи каталітичні

1

50

Електрообладнання автомобілів і тракторів

мікросхемах) і призначені для автоматичного керування моментом (кутом випередження) запалювання;

2 - застосування мікроелектронної технології дозволяє значно розширити функції електронного керування: стало можливим впровадження в систему запалювання бортової самодіагностики та принципів схемотехнічного резервування;

3 - вихідні каскади цих систем, як правило, багатоканальні і не мають високовольтного розподільника запалювання.

Цифровими називаються системи запалювання, які забезпечують автоматичне регулювання випередження моменту запалювання за будьякою характеристикою залежно від частоти обертання та навантаження двигуна, режимів його роботи і температури, а також складу робочої суміші, за допомогою електронного цифрового блока (контролера). У випадку спрацювання деталей у процесі експлуатації ці системи не потребують обслуговування та регулювання. Параметри системи зберігаються протягом усього терміну служби.

Цифрові системи електронного регулювання моменту випередження запалювання працюють, як правило, за попередньо складеною жорсткою програмою, їх контролери можуть мати або не мати блок пам'яті.

Мікропроцесорними називаються цифрові системи запалювання, які для опрацювання інформації використовують мікропроцесор або мікроЕОМ. Обидві системи дають змогу більш гнучко відтворювати задані характеристики моменту випередження запалювання.

Переважна більшість сучасних електронних систем виконують такі задачі:

-керують системою запалювання з регулюванням кута випередження запалювання;

-статично розподіляють струм високої напруги по циліндрах двигуна;

-виконують самодіагностику всіх систем автомобіля;

-керують системою впорскування пального;

-керують пуском холодного двигуна;

-регулюють роботу двигуна на холостому ході;

-регулюють частоту обертання колінчастого валу двигуна.

Всі електронні системи складаються із трьох блоків, а саме:

-вхідні датчики;

-електронна частина системи;

-вихідні електричні сигнали.

Розглянемо більш детально кожен з цих блоків.

Датчики електронних систем, як правило, перетворюють неелектричні величини в електричний сигнал. Складається, як мінімум, з двох частин - чутливого елементу та перетворювача неелектричного сигналу в електричну величину.

-Система запалювання	1 83
Датчики частоти обертання і положення колінчастого валу
Частоту обертання колінчастого вала молена визначити, підрахувавши

число зубців спеціального зубчастого диску, закріпленого на колінчастому валу, що проходять за одиницю часу повз індукційний датчик.

Індукційний датчик (рис. 3.30) складається з котушки індуктивності Ь з постійним магнітом N8 та зубчастого диску, зубці якого виконані із феромагнітного матеріалу. Специфікою індуктивного датчика є конструктивна розрізненість його елементів (сам датчик та зубчастий диск). Таким чином, сам датчик представляє собою лише половину перетворювача неелектричної величини (кругової частоти со колінвала) в електричний сигнал (в частоту проходження електричних імпульсів). Друга половина - зубчастий диск,

а 1 ? б

Рис. 3.30. Індуктивні датчики:

А- датчик частоти колінчастого вала з функціями ДКІ та ДПВ;

Б- датчики ДКІ та ДПВ; 1 - постійний магніт N-8; 2 - корпус датчика;

З- картер зчеплення; 4 - феромагнітний сердечник; 5 - котушка;

6 - зубчастий диск чи вінець маховика; 7 - штифт для ДПВ

Принцип дії індуктивного датчика грунтується на першому законі електромагнітної індукції і полягає в тому, що збільшення або зменшення (зміна) магнітного потоку Ф через витки \¥ котушки індуктивності Ь викликає виникнення в них (в витках) електрорушійної сили (ЕРС).

дЖ

Віндуктивному датчику його котушка 5 розміщена навколо постійного магніту 1, полюс якого обернено до об'єкта обертання - зубчастого вінця маховика двигуна, магнітопровід 4 якого встановлено із незначним зазором відносно зубців маховика.

При переміщенні зубців відносно магнітопроводу величина зазору між ними змінюється. Це викликає зміну магнітної індукції і появу змінного електричного імпульсу в індукційній котушці. Нульова точка відповідає центру кожного зуба. Це дозволяє з достатньою точністю визначити положення маховика.

1 78	ЕлектрообладнанняавтомобілівІ траісгорш

Амплітуда вихідного сигналу датчика залежить від повітряного зазору між магнітопроводом і зубом і від швидкості зміни магнітної індукції, що залежить від швидкості переміщення зуба.

Індуктивний датчик встановлюється на картері зчеплення так, щоб його магнітний щуп знаходився на відстані 0,3-1,5 мм до феромагнітних зубців вінця маховика. Такий індуктивний датчик називають датчиком частоти обертів двигуна.

Якщо вінець маховика служить в якості зубчастого диску індуктивного датчика частоти обертів двигуна (рис. 3.30, б) то для визначення точки початку відліку встановлюється другий додатковий індуктивний датчик, який генерує один імпульс за один оберт колінчастого вала. Феромагнітним збуджувачем другого додаткового датчика служить сталевий штифт 7, закручений в маховик у визначеному місці. Це місце відповідає точці положення колінчастого вала, від якої до ВМТ першого циліндра залишається стільки кутових градусів, скільки передбачено мікропроцесором даної системи для обчислення кута випередження запалювання (як правило 45...90°). Цей датчик називається датчиком початку відліку.

Замість двох датчиків для виміру частоти обертання і положення вала можна скористатись одним (рис. 3.30, а), якщо не використовувати зубчастий вінець маховика, а встановити окремий зубчастий диск і наділити його якою-небудь спеціальною міткою, помітною для датчика, наприклад, відсутність одного або двох зубців в тому місці, де встановлюється спеціальний штифт для датчика початку відліку.

В разі несправності датчика або його електричного кола двигун перестає працювати, а електронно-керуючий пристрій заносить в свою пам'ять код несправності, а також включає лампу сигналізації про несправність.

Датчики Холла. Крім індуктивних датчиків для визначення частоти обертання і положення колінчастого вала, деякі автомобільні фірми використовують датчики, що працюють на ефекті Холла. Зокрема, англійська фірма «Ьисаз» для автомобілів «Ролі» використовує датчик Холла, який вмонтовано в серійний переривач замість контактів або безконтактного переривача. Німецька фірма «Возсії» та японська «НіїасЬі» також використовують ефект Холла для датчиків частоти обертання і положення колінчастого вала.

Сутність ефекту Холла описана раніше в пп. 3.7. Як і в датчику-розпо- дільнику для безконтактної системи запалювання, постійний магніт встановлено нерухомо, а ротор-шторка має стільки вікон, скільки циліндрів у двигуні. Вікно для першого циліндра ширше за інші, завдяки чому може бути зафіксована точка початку відліку. Таким чином, за допомогою датчика Холла та електронної схеми обробки інформації можуть бути визначені три головні вхідні параметри для системи запалювання: частота обертання колінчастого вала (застосовується електронне множення

витрати повітря:

1 - обвідний канал; 2 - повітряна заслінка витратоміра (ротаметр);

З - клапан заслінки; 4 - заслінка демпфера; 5 - датчик температури повітря;

6 - потенціометричний датчик положення ротаметра; 7 - демпферна камера

Сисїєішзапалювання

1 79

частоти імпульсів); його положення відносно верхньої мертвої точки для будь-якого циліндра в будь-який момент часу і положення точки початку відліку Безінерційність датчика і стабільність параметрів сигналу дозволяє реалізувати керування кутом випередження запалювання в кожному такті, тобто для кожного циліндра окремо.

Сигнали датчиків, що працюють на ефекті Холла, можуть служити також сигналами для перемикання каналів в двохканальному комутаторі. Для цього ротор-шторка має екран розміром 180°, а решта 180° не закрито і магнітне поле потрапляє на напівпровідникову пластинку, яка виробляє ЕРС Холла. Таким чином, половину оберту датчик виробляє ЕРС, а решту півоберту - ні.

Датчики навантаження» Інформацію про навантаження двигуна дає розрідження у випускному трубопроводі або витрати повітря через колектор та його температура. Адже, при створенні паливно-повітряної суміші в рахунок береться не об'єм повітря, а його маса.

В автомобільних системах запалювання та впорскування пального різні фірми випускають різні вимірювачі витрати повітря: вихрового, термоанемометричного, іонізаційного та звукового типу.

На рис. 3.31 показаний вихровий вимірювач витрати повітря, де повітряний потік діє на заслінку 2, закріплену на вісі в спеціальному каналі. Поворот заслінки потенціометром перетворюється в напругу, пропорційну витраті повітря. Дія повітряного потоку на заслінку 2 врівноважується пружиною.

Демпфер із пластиною 4 жорстко зв'язані з вимірювальною заслінкою 2, служить для гасіння коливань пульсацій повітряного потоку та динамічними діями руху автомобіля. На вході в вимірювач витрати повітря вбудований датчик 5 температури повітря. Недоліком вимірювача витрати повітря є наявність рухомих частин та контактів.

Рухомих частин не мають вимірювачі термоанемометричного типу, які ще називаються масметрами.