Транзисторна індуктивна система запалювання, Система запалювання

Недоліком традиційної індуктивної системи запалювання є наявність контактів переривника і залежність сили струму високовольтної котушки від частоти обертання колінчастого валу і, відповідно, валу приводу переривника-розподільника. Ця залежність точно визначається геометричними параметрами кулачка розподільника.

Мал. Контактно-транзисторна індуктивна система запалювання

Поліпшити ситуацію можна шляхом використання транзистора для переривання струму первинного ланцюга. При цьому не допускається небажане іскроутворення, а сила струму первинного ланцюга може підвищуватися, що при одночасному зниженні числа витків первинної обмотки сприяє швидкому створенню магнітного поля. Як наслідок спад напруги у вторинному ланцюзі системи запалення при зростаючій частоті обертання стає незначним.

Мал. Зміна часу сили струму в первинній обмотці високовольтної котушки індуктивної (чорний графік) і транзисторно-індуктивної (червоний графік) систем запалювання

Включення транзистора відбувається у вигляді струму управління. Коли струм управління подається на транзистор, той відкритий струму первинної ланцюга. Якщо струм управління переривається, переривається струм первинної ланцюга. Управління струмом первинної ланцюга здійснюється спочатку у вигляді вже відомих контактів переривника, що також використовують у індуктивної системі запалювання. Так як сила струму управління значно менше, ніж сила струму первинного ланцюга, всі ці недоліки в даному випадку стають незначними. Така конструкція називається контактно-транзисторною індуктивною системою запалювання.

У сучасних системах запалення струм керування генерується за допомогою датчикаімпульсів. У цьому випадку йдеться про безконтактну транзисторну індуктивну систему запалювання. Так як тут немає механічних контактів, немає необхідності проводити технічне обслуговування. Крім того, в цій системі момент запалення точно забезпечуватиметься електронікою. Як електричний датчик імпульсів використовується індукційний датчик або датчик Холла. Індукційний датчик складається з постійного магніту та сталевого ротора.

Мал. Індукційний датчик: 1 - Постійний магніт; 2 - сердечник з магнітом'якої сталі з індукційною обмоткою; 3 - змінний повітряний зазор; 4 - ротор; 5 - зубці ротора

Ротор встановлено на валу розподільника запалювання. При обертанні змінюється зазор між сердечниками з магнітом'якої сталі і зубцями ротора, що призводить до змін магнітного потоку через індукційну обмотку. В індукційній обмотці індукується змінна напруга, яка після перетворення в інших пристроях служить для керування транзистором.

Індукційний датчик може встановлюватися безпосередньо на колінчастий вал або поруч із зубчастим вінцем маховика; в останньому випадку сигнал датчика повинен перетворюватися на відповідний числу циліндрів періодичний струм управління за допомогою відповідного електронного пристрою. Перевагою даного типу установки є точне за часом збудження напруги у вторинному ланцюзі системи запалювання, оскільки виключені виробничі допуски та знос приводу розподільника запалювання.

У датчику Холла використовується ефект Холла, названий на честь його першовідкривача: якщо струм тече в електричному провіднику, що пронизується магнітним полем, електрони відхиляються вертикально у напрямку струму та магнітного поля. Особливо чітко можна побачити ефект Холлау напівпровіднику.

Обтюратор
Магнітомягка електропровідна деталь
Шар Холла
Повітряний зазор

U - Напруга Холла

На малюнку в шарі Холла вгорі панує надлишок електронів, а внизу - нестача електронів. Завдяки цьому на датчику Холла знімається напруга. Якщо магнітне поле, наприклад, переривається обтюратором, напруга Холла слабшає. Періодична зміна напруженості магнітного поля, викликана обтюратором, що обертається, може використовуватися для визначення частоти обертання.

Часто двигун встановлюється диференціальний датчик Холла. В цьому випадку внаслідок зміни профілю бічної поверхні магнітного зубчастого диска імпульсного датчика виробляються два сигнали, які посилено диференційовано і стають більш чутливими до перешкод.

Напруга Холла використовується після перетворення та посилення за допомогою інших електронних пристроїв для керування транзистором.

Фактичну напругу у вторинному ланцюзі та енергію, необхідну для займання робочої суміші, можна збільшити за допомогою електронного регулювання кута замкнутого стану контактів. Без регулювання даний кут матиме постійну величину, а досягнута сила струму первинного ланцюга зменшуватиметься при збільшенні частоти обертання колінчастого валу або напрузі батареї, що знижується. Як наслідок, зменшуються енергія, необхідна для займання робочої суміші, та напруга у вторинному ланцюзі системи запалення. За допомогою електронного регулювання величина кута замкнутого стану контактів варіюється відповідно до умов роботи двигуна, таким чином завжди забезпечується необхідна сила струму в первинному ланцюзі. При цьому енергія, необхідна для займанняробочої суміші, і напруга у вторинному ланцюзі системи запалення залишаються високими.

Мал. Зміна за часом сили струму в первинному ланцюзі системи запалення з регулюванням кута замкнутого стану контактів без неї

Регулювання можливе лише в обмежених межах, оскільки занадто велике збільшення кута випередження запалення зможе знизити тривалість іскрового розряду, і, як наслідок, надійне займання суміші не може гарантуватися. При використанні повністю електронної системи запалювання ротор розподільника запалювання також замінюється електронним пристроєм.

При цьому забезпечуються такі переваги:

відсутність зношування механічних деталей;
відсутність паразитних електромагнітних хвиль внаслідок іскрового перекриття у розподільнику запалювання;
проста конструкція, оскільки відсутня механічний привід переривника-розподільника.

У системах запалення без механічного розподільника, керованих транзистором, найчастіше встановлюються одноіскрові котушки запалювання. У цьому випадку кожен циліндр обладнаний окремою котушкою запалювання, що насаджується безпосередньо на свічку запалювання.

Мал. Одноіскрова котушка запалювання виробництва фірми Bosch

Така котушка складається з первинної та вторинної обмоток, розташованих один над одним, та набірного пластинчастого сердечника з електротехнічної сталі, що замикається за допомогою магніту. Вся конструкція залита епоксидною смолою. Перевагами є точна керованість і компактність пристрою, що важливо при жорстких граничних обмеженнях вмісту шкідливих домішок у газах, що відпрацювали, і підвищених вимогах до систем діагностики.

Для придушення іскровихперешкод при подачі струму, які можуть сприяти перебоям у запалюванні, необхідно встановити діод високої напруги у вторинному ланцюзі. Далі необхідно подбати про те, щоб придушення перешкод у котушці запалювання відбувалося самостійно. При заміні так званої «індивідуальної котушки запалювання» на довгий магнітопровід зменшується простір, необхідний для розміщення котушки запалення.

Мал. Стрижнева котушка запалювання виробництва фірми «Bosch»

Останніми роками стала вельми поширеною багатоіскрові котушки запалювання, розраховані працювати відразу з двома чи чотирма свічками запалення.

Розглянемо принцип роботи двоіскрової котушки запалення, яка має два високовольтні висновки, до кожного з яких приєднується одна свічка запалювання. У чотирициліндровому двигуні зазвичай до однієї котушки підключають свічки запалювання першого та четвертого цидиндрів, а до іншої - другого та третього циліндрів. Відповідно, при спрацьовуванні високовольтної котушки обидві підключені свічки запалювання починають іскрити одночасно. При цьому в одному циліндрі іскра подається на свічку запалювання до початку робочого ходу, в той час як в іншому свічка запалювання спрацьовує «вхолосту» при випуску газів, що відпрацювали, індукуючи слабку опорну іскру.

Мал. Порядок роботи електронної системи запалювання з двоіскровими котушками запалювання у чотирициліндровому чотиритактному двигуні

На малюнку цей процес показаний на прикладі чотирициліндрового чотиритактного двигуна. Обидві котушки запалювання індукують одну іскру запалення за один оберт колінчастого валу.

До переваг безконтактної транзисторної системи запалення в порівнянні з контактною системою запалювання можна віднести:

відсутність потреби в обслуговуванні;
сталість моменту іскроутворення;
незначне зниження напруги у вторинному ланцюзі системи запалення та кількості енергії, необхідної для займання робочої суміші зі збільшенням частоти обертання колінчастого валу;
максимальна частота іскроутворення може досягати 30000 іскор/хв.

Нові розробки призводять до створення компактних систем із незначними втратами. Надалі використовуватимуться системи, що дозволяють оцінити параметри згоряння робочої суміші шляхом вимірювання іонного струму безпосередньо після запалювання.