Бесконтактно-транзисторная система зажигания

БТСЗ начали применять с 80-х годов. Если в КСЗ прерыватель непосредственно размыкает первичную цепь, в КТСЗ – цепь управления, то в БТСЗ (рис.54-56) прерывателя нет и управление становится бесконтактным. В этих системах транзисторный коммутатор, прерывающий цепь первичной обмотки катушки зажигания, срабатывает под воздействием электрического импульса, создаваемого бесконтактным датчиком.

БТСЗ– это системы зажигания повышенной энергии (до 50 мДж) и высокого напряжения пробоя (не менее 30 кВ). В БТСЗ вместо прерывателя-распределителя применяется датчик-распределитель.

Все виды датчиков, используемых в БТСЗ, делят на параметрические и генераторные.

Рис. 54. Принципиальная схема бес­контактно- транзисторной системы зажигания (БТСЗ) с индукционным датчиком:

1 - свечи зажигания; 2 - датчик-распределитель, 3 - коммутатор, 4 - катушка зажигания

В параметрических датчиках изменяются те или иные параметры управляющей (базовой) цепи (сопротивление, индуктивность или емкость), в связи с чем изменяется сила тока базы транзистора.

Генераторные датчики (магнитоэлектрические, фотоэлектрические и др.) являются источниками питания управляющей цепи. Наибольшее распространение получили магнитоэлектрические датчики – индукционные (ГАЗ, УАЗ) и датчики Холла (ВАЗ). Магнитоэлектрический индукционный датчик представляет собой однофазный генератор переменного тока с ротором на постоянных магнитах (см. Рис. 54). Число пар полюсов ротора соответствует числу цилиндров двигателя. Число периодов изменения напряжения за два оборота, например, четырехтактного двигателя, соответствует числу его цилиндров. Положительные полупериоды этого напряжения открывают транзистор формирующего первичный ток каскада коммутатора бесконтактной системы зажигания, что соответствует моменту искрообразования.

При малых частотах вращения коленчатого вала создаваемого напряжения недостаточно для переключения транзистора. Для устранения этого недостатка вводят специальный формирующий каскад. В результате средний потребляемый ток в схеме с индукционным датчиком довольно большой (6-8 А). Поэтому, на малой частоте вращения холостого хода не избежать разрядки аккумулятора.

Например, при КСЗ, если выйдет из строя генератор, на аккумуляторной батарее можно проехать сотни километров, при рассматриваемой БТСЗ с индукционным датчиком – не более десятка.

В случае работы системы с датчиком Холла время накопления энергии в катушке зажигания остается постоянным независимо oт частоты вращения коленчатого вала, т.е. энергия искры практически не зависит от оборотов двигателя и напряжения бортовой сети.

Устройство коммутатора для таких бесконтактных систем достаточно сложное (в нем есть микросхема, силовой транзистор, а также несколько резисторов, стабилитроны и конденсаторы). Энергия искры в три-четыре раза больше, чем в КСЗ. Система небезопасна и требует осторожности. Если, например, отсоединить провод от свечи – может «сгореть» коммутатор или распределитель.

Магнитоэлектрический датчик Холла получил свое название по имени Э.Холла, американского физика, открывшего в 1879 г. важное гальва-номагнитное явление

Если на полупроводник, по которому (вдоль) протекает ток, воздействовать магнитным полем, то в нем возникает поперечная разность потенциалов (ЭДС Холла). Возникающая поперечная ЭДС может иметь напряжение только на 3В меньше, чем напряжение питания.

Бесконтактные клавишные переключатели на основе эффекта Холла применялись за рубежом довольно широко уже с начала 70-х годов. Достоинства этого переключателя – высокая надежность и долговечность, малые габариты, а недостатки – постоянное потребление энергии и сравнительно высокая стоимость.

Рассмотрим полупроводниковую пластинку размером 5x5 мм (рис. 57 а).

Рис.57. Принцип действия импульсного генератора Холла:

а - нет магнитного поля, по полупроводнику протекает ток питания – АВ; б - под действием магнитного поля - Н появляется ЭДС Холла - EF; в - датчик Холла

Если по пластинке между двумя параллельными сторонами пропустить ток и одновременно поднести к ней постоянный магнит, а к двум другим сторонам квадрата подсоединить провода, то получим генератор Холла (рис. 55.б). Если между магнитом и полупроводником поместить перемещающийся экран с прорезями, получим импульсный генератор Холла.

Датчик Холла имеет щелевую конструкцию. С одной стороны щели расположен полупроводник, по которому при включенном зажигании протекает ток, а с другой стороны – постоянный магнит. В щель датчика входит стальной цилиндрический экран с прорезями. При вращении экрана, когда его прорези оказываются в щели датчика, магнитный поток воздействует на полупроводник с протекающим по нему током и управляющие импульсы датчика Холла подаются в коммутатор, в котором они преобразуются в импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания.

Если сравнить транзисторные системы зажигания (КТСЗ и БТСЗ), то их «внешнее отличие» только в том, что у первой кулачок с четырьмя выступами и контакты прерывателя, а у второй – экран с четырьмя прорезями и датчик Холла.

Основные достоинства БТСЗ относительно контактных систем оче­видны.

Во-первых, отсутствие контактов прерывателя.

Во-вторых, так как нет размыкания контактов кулачком и нет биения и вибрации ротора распределителя – не нарушается равномерность распределения искры по цилиндрам.

В-третьих, повышенная энергия разряда в свече при БТСЗ надежно обеспечивает воспламенение горючей смеси в цилиндрах двигателя. Это особенно важно при разгоне, когда условия для воспламенения смеси неблагоприятны из-за ее временного обеднения, не компенсируемого ускорительным насосом. Примерно на 20% снижается содержание СО в отработавших газах и на 5% расход топлива.

В-четвертых, обеспечивается уверенный пуск холодного двигателя при низких температурах при падении напряжения до 6 В. На схеме БТСЗ (см. рис. 55) показано реле зажигания 7 и дан фрагмент монтажного блока 6, который появился на автомобиле в связи со значительным усложнением схемы электрооборудования. Общей тенденцией развития схем электрооборудования является широкое применение электронных устройств. Электронные блоки (процессоры, контроллеры, микро-ЭВМ), обработав по заложенным в них программам (алгоритмам) сведения, поступающие от различных датчиков, выдают команды на обмотки реле релейного блока. Релейный блок подает уже ток силового питания различным устройствам.