Bezkontaktní zapalovací systém | whatisvehicle

Benzínové páry, hořící ve válcích motoru, dodávají energii pro pohyb vozu. Samotný proces spalování nezačíná, jeho inicializaci provádí zapalovací systém. Od samého počátku vzniku benzínových motorů se tak dělo mechanicky. Postupem času se objevilo mnoho nedostatků a připomínek k jeho provozu, včetně složitosti provozu. Vznik elektronických součástek (tranzistorů, tyristorů atd.) umožnil tyto nedostatky překonat, protože byl vytvořen bezkontaktní zapalovací systém (BZS).

K čemu to je a jak se to děje

Hořlavá směs ve válcích motoru se musí vznítit na konci druhého zdvihu – komprese, kdy je píst v horní poloze. Zde je směs pod nejvyšším tlakem a během pracovního zdvihu pístu bude vykonána maximální práce. V tomto okamžiku by se na zapalovací svíčce měla objevit jiskra, která zapálí hořlavou směs.
To se provádí zapalováním. Bylo vyvinuto několik různých verzí, ale auto obvykle používá bateriové (kontaktní) zapalování.

Kontakt

Jak to funguje, by mělo být zřejmé z popisu na obrázku níže.

Po zasunutí klíče do zámku (stykače) protéká proud z baterie (baterie) přes cívku neboli zapalovací cívku (zapalovací cívka) a kontakty jističe (kontaktní přerušovač). Tento proud vytváří magnetické pole, do kterého vstupuje sekundární vinutí zapalovací cívky. Po rozpojení kontaktů jističe se tok proudu primárním vinutím zastaví a v sekundárním vinutí se v důsledku samoindukčního efektu vytvoří vysoké napětí, které je přes rozdělovač (rozdělovač) přiváděno k požadované zapalovací svíčce (svíčkám).

Když je toto napětí přivedeno na zapalovací svíčku, vytvoří se jiskra, která zapálí palivovou směs. Přibližně takto funguje kontaktní (bateriový) zapalovací systém (CIS). Ve výše popsané podobě byl vytvořen pro první automobily. Zde je pouze obecný princip jeho fungování. Ve skutečnosti i staré automobily, například „klasický“ VAZ, navíc používají zařízení, jako jsou podtlakové a odstředivé regulátory, které umožňují měnit okamžik vzniku jiskry v závislosti na rychlosti a zatížení vozu.

Nevýhody takového systému

Navzdory všem dalším zařízením má popsaný zapalovací systém instalovaný na vozech VAZ 2107,2016, XNUMX poměrně závažné nedostatky. Mezi nimi je třeba poznamenat následující:

1. Jističem protéká značný proud, který způsobuje spálení jeho kontaktů, což má za následek zvětšení mezery mezi nimi. V důsledku toho se mění úhel časování zapalování (ITA), zhoršuje se startování motoru a snižuje se jeho výkon a účinnost. Kromě toho mohou jiné hodnoty ITA způsobit přerušení provozu motoru při vysokých otáčkách. Aby se tomu zabránilo, je nutné provádět pravidelnou údržbu systému.
2. Primární vinutí cívky je zahrnuto v obvodu obsahujícím kontakty, které omezují množství proudu protékajícího jimi, což ovlivňuje jeho hodnotu v sekundárním obvodu a vede k omezení energie jiskry.
3. Při vysokých rychlostech dochází k tzv. „chvění“ kontaktů, což znamená, že se opakovaně otevírají a zavírají, což má opět negativní vliv na funkci zapalování.

Vzhledem ke své nízké ceně a jednoduchosti se však KSS dlouhodobě používal, zejména u vozů řady VAZ 2107, 2106.

Další vývoj zapalovacího systému

Výše uvedené obtíže byly vyřešeny širokým použitím polovodičových prvků, jako jsou tranzistory a tyristory. Výsledkem jejich použití byl tzv. bezkontaktní zapalovací systém. Jeho zavedení do domácích automobilů však neproběhlo okamžitě; nejprve se tzv. kontaktně-tranzistorové zapalování používalo u vozů VAZ 2107, 2106.

Kontaktně-tranzistorové zapalování

Funkční schéma takového systému je uvedeno níže.

Z obrázku je zřejmé, že mechanický jistič neovládá zařízení pro ukládání energie, kterým je zapalovací cívka, ale elektronický spínač. Toto řešení zjednodušilo provozní režimy jističe, zvýšilo spolehlivost a kvalitu celého systému. Kromě toho umožnilo modernizovat řadu provozovaných vozů VAZ 2107, 2106 bez významných nákladů pro jejich majitele.

Bezkontaktní zapalovací systém

Dalším krokem ve vývoji systému bylo odstranění mechanického přerušovače. Bezkontaktní zapalovací systém tohoto typu je znázorněn na obrázku.

Poprvé v domácím automobilovém průmyslu byl takový systém zaveden u vozů VAZ deváté rodiny, ačkoli později se s ním sériově vyráběly i vozy VAZ 2107, 2106.
Tento bezkontaktní systém spočívá v použití spínače k ovládání zapalovací cívky a umožňuje, aby spínač pracoval se signály přijímanými z bezkontaktního senzoru. Ten může být tří typů:

• induktivní;
• Hallův senzor (magnetický);
• optický.

V domácích vozech řady VAZ 2107, 2106 se používá Hallův senzor.

Fungování takového zařízení se příliš neliší od funkce konvenčního KSZ. Bezkontaktní senzor převádí otáčení hřídele motoru na impulsy, které jsou odesílány do napěťového spínače. Ten zajišťuje pulzní průchod proudu cívkou. Díky tomu se v sekundárním obvodu objeví vysokonapěťové napětí, které je přes rozdělovač odesláno do zapalovacích svíček, mezi elektrodami se objeví jiskra a zapálí hořlavou směs.
Během provozu se nastavuje časování zapalování. K tomuto účelu se používají odstředivý (při změně otáček motoru) a podtlakový (při změně zatížení) regulátory.

Zapalovací systém instalovaný ve vozidle je navržen tak, aby včas zapálil palivovou směs. Zpočátku se používal kontaktní zapalovací systém, ale poté, co se elektronika vyvíjela, se objevil bezkontaktní zapalovací systém. Nyní se samozřejmě používají mnohem složitější mikroprocesorové systémy, ale bezkontaktní zapalovací systém také sehrál významnou roli ve zlepšení kvality a spolehlivosti vozu.

Princip činnosti bezkontaktního zapalovacího systému je následující: Když je zapalování zapnuté a klikový hřídel motoru se otáčí, snímač rozdělovače vysílá napěťové impulsy do komutátoru, který je převádí na přerušované proudové impulsy v primárním vinutí zapalovací cívky. V okamžiku přerušení proudu v primárním vinutí se v sekundárním vinutí indukuje proud vysokého napětí. Proud vysokého napětí prochází ze zapalovací cívky po vodiči přes uhlíkový kontakt k rotorové desce a poté přes svorku víka rozdělovače po vodiči vysokého napětí, v jehož konci je instalována odrušovací clona, se dostane k odpovídající zapalovací svíčce a zapálí pracovní směs ve válci.

Nejrozšířenější jsou magnetoelektrické senzory – indukční (systémy s nimi jsou označeny TSZ) a Hallovy senzory (systémy s nimi jsou označeny TSŽ).

Systém je nebezpečný a vyžaduje opatrnost. Pokud například odpojíte kabel od zapalovací svíčky, může se spínač nebo rozdělovač „spálit“.

Nejprve se podívejme na tyto dva senzory, co představují?

Činnost indukčního snímače polohy je založena na změně indukce citlivého prvku při změně mezery mezi ním a pohybujícím se feromagnetickým objektem.

Feromagnetický objekt je objekt, který má feromagnetické vlastnosti (tj. aktivně přitahuje magnet a je aktivně přitahován magnetem).

Indukční senzor má cívku s drátovým vinutím a magnet. Rotor, který se skládá z desek určité velikosti, slouží jako protilehlá část.

1 – indukční senzor; 2 – rotorové desky

Pokaždé, když rotorová deska projde kolem pulzního senzoru, magnetické pole se změní, což způsobí indukci pulzního napětí ve vinutí cívky.

Indukční senzor produkuje signál blízký sinusovému, takže musí být převeden do tvaru vhodnějšího pro řízení proudu v primárním vinutí (tj. signál senzoru je uměle převeden do tvaru blízkého obdélníkovému, strmost čela a poklesu je zvýšena, vrchol impulsu je oříznut atd.).

Magnetoelektrický Hallův senzor dostal své jméno po E. Hallovi, americkém fyzikovi, který v roce 1879 objevil důležitý galvanomagnetický jev.

Podstata tohoto jevu byla následující: Pokud je polovodič, kterým protéká proud, ovlivněn magnetickým polem, vzniká v něm příčný potenciálový rozdíl (Hallovo elektromotorické síla). Výsledná příčná elektromotorická síla může mít napětí pouze o 3 V menší než napájecí napětí.

a — magnetické pole neexistuje, napájecí proud — AB protéká polovodičem; b — pod vlivem magnetického pole — H se objevuje Hallovo elektromotorické pole — EF; c — Hallův senzor

Hallův senzor má štěrbinovou konstrukci. Na jedné straně štěrbiny je polovodič, kterým protéká proud při zapnutém zapalování, a na druhé straně je permanentní magnet. Do štěrbiny senzoru vstupuje ocelová válcová clona se štěrbinami. Při otáčení clony, když jsou její štěrbiny ve štěrbině senzoru, působí magnetický tok na polovodič s protékajícím proudem a řídicí impulsy Hallova senzoru jsou přiváděny do spínače, ve kterém jsou přeměněny na proudové impulsy v primárním vinutí zapalovací cívky.

Senzor se skládá z permanentního magnetu (2), polovodičové destičky (3) a mikroobvodu. Mezi destičkou (3) a magnetem (2) je mezera (4). V mezeře senzoru je ocelová clona (1) se štěrbinami. Když štěrbina v cloně projde mezerou, působí na polovodičovou destičku magnetické pole a je z ní odstraněn rozdíl potenciálů. Pokud je těleso clony v mezeře, magnetické siločáry se skrz clonu uzavřou a na destičku nepůsobí. V tomto případě rozdíl potenciálů na desce nevzniká.

1 — zapalovací svíčky; 2 — snímač rozdělovače, 3 — spínač, 4 — zapalovací cívka

Tyto systémy jsou bezkontaktní zapalovací systémy s neregulovanou dobou akumulace energie. Bezkontaktní zapalovací systém s neregulovanou dobou akumulace energie se zásadně liší od kontaktně-tranzistorového systému pouze tím, že kontaktní jistič je nahrazen bezkontaktním senzorem. Obrázek níže znázorňuje elektrický obvod systému:

Pracovní princip: Signál z vinutí L magnetoelektrického senzoru přes diodu VD2, kterou prochází pouze kladná půlvlna napětí, a rezistory R2, R3 jde na bázi tranzistoru VT1. Tranzistor se otevře, zkratuje přechod báze-emitor tranzistoru /T2, který se uzavře. Tranzistor VT3 se také uzavře, proud v primárním vinutí zapalovací cívky se přeruší a na výstupu sekundárního vinutí se objeví vysoké napětí. V záporné půlvlně napětí se tranzistor VT1 uzavře, VT2 a VT3 jsou otevřené a proud začne protékat primárním vinutím budicí cívky. Je zřejmé, že počet párů pólů senzoru musí odpovídat počtu válců motoru.

Obvod R3-C1 provádí funkce fázového posunu, které kompenzují fázové zpoždění toku proudu v bázi tranzistoru VT1 v důsledku významné indukčnosti vinutí senzoru L, čímž se snižuje chyba v okamžiku vzniku jiskry.

Zenerova dioda VD3 a rezistor R4 chrání spínací obvod před zvýšeným napětím v nouzových režimech, protože pokud napětí v palubním obvodu překročí 18 V, obvodem začne procházet proud, tranzistor VT1 se otevře a výstupní tranzistor VT3 se zavře. Kondenzátory C4, C5, C6, C4 slouží jako obvody pro ochranu před nebezpečnými napěťovými impulzy; dioda VDXNUMX chrání obvod před změnou polarity palubní sítě. Tvar a velikost výstupního napětí magnetoelektrického senzoru se mění s frekvencí otáčení, což ovlivňuje okamžik vzniku jiskry.

1 — zapalovací svíčky; 2 — snímač rozdělovače; 3 — spínač; 4 — generátor; 5 — baterie; 6 — montážní blok; 7 — zapalovací relé; 8 — zapalovací cívka; 9 — Hallův snímač

Tyto systémy jsou zapalovací systémy s regulací doby akumulace energie. Tento zapalovací systém nahradil TSZi, aby opravil 2 nedostatky:

1. Tvar a velikost výstupního napětí magnetoelektrického senzoru se mění s rychlostí otáčení, což ovlivňuje okamžik vzniku jiskry.
2. Snížení sekundárního napětí se zvyšujícími se otáčkami klikového hřídele. Proto je systém s regulací doby akumulace energie perspektivnější.

Obrázek znázorňuje elektrický obvod zapalovacího systému s Hallovým senzorem:

Stabilizace hodnoty sekundárního napětí se v obvodu dosahuje dvěma způsoby: za prvé regulací doby, po kterou je tranzistor VT1 v otevřeném stavu, tj. doby, po kterou je primární obvod zapalovacího vinutí zapnut do sítě, a za druhé omezením hodnoty proudu v primárním obvodu na přibližně 8 A. Ten navíc zabraňuje přehřátí cívky.

Pracovní princip: Z Hallova senzoru přichází na vstup spínače obdélníkový signál, jehož hodnota je přibližně o 3 V menší než napájecí napětí a doba trvání odpovídá průchodu výstupků stínidla za citlivý prvek senzoru. Nižší úroveň signálu 0,4 V odpovídá průchodu štěrbinou. V okamžiku přechodu z vysoké na nízkou úroveň dochází k jiskření.

V komutátorovém mikroobvodu je signál v jednotce pro tvorbu periody akumulace energie nejprve invertován a poté integrován. Na výstupu integrátoru se vytvoří špičkové napětí, jehož hodnota je tím větší, čím nižší je frekvence otáčení motoru. Toto napětí je přivedeno na vstup komparátoru, na jehož druhý vstup je přivedeno referenční napětí. Komparátor převádí hodnotu napětí na čas. Signál na vstupu komparátoru vzniká, když hodnota pilovitého napětí dosáhne referenčního napětí a překročí ho. Při vysoké frekvenci otáčení je hodnota pilovitého napětí malá, a proto je i doba trvání signálu na výstupu komparátoru malá. Se zmizením výstupního signálu komparátoru se tranzistor VT1 otevře přes řídicí obvod a primární zapalovací obvod se připojí k síti. Doba akumulace energie v cívce proto odpovídá době nepřítomnosti signálu na výstupu komparátoru. Zkrácení doby trvání výstupního signálu komparátoru umožňuje zvýšit relativní hodnotu doby akumulace energie a tím stabilizovat její absolutní hodnotu.

Omezovač výstupního proudu je spouštěn signálem z rezistorů zapojených sériově s primárním zapalovacím obvodem. Pokud tento signál dosáhne úrovně odpovídající proudu 8 A, jednotka přepne výstupní tranzistor do aktivního stavu a tuto hodnotu proudu zafixuje.

Bezjiskrová odpojovačka vypne zapalovací cívku, pokud je napájení zapnuto, ale hřídel motoru stojí. V tomto případě, pokud je výstupní napětí senzoru nízké při zastavení motoru, cívka se okamžitě vypne, jinak k vypnutí dojde po 2–5 sekundách.

Obvod je nasycen ochrannými prvky proti přepětí a zapnutí při obrácené polaritě napájení. Úhel předstihu zapalování se nastavuje tradičními metodami, tj. odstředivými a podtlakovými regulátory.

Shrňme si vše, co jsme si přečetli. Navzdory rozdílu v senzorech jsou si systémy podobné konstrukcí a liší se vnitřní strukturou některých komponent. Podívejme se na systém a postupně si popišme jeho fungování:

Řidič tedy otočí klíčem v zapalování, čímž se obvod uzavře. Proud začne protékat z baterie přes sepnutý spínač zapalování.

Můžeme říci, že napájení obvodu probíhá podle schématu Baterie->Startér->Generátor. Když je klíč v poloze „startér“, kontakty 50 a 30 jsou sepnuté. Elektrický proud vstupuje do startovacího relé. Vzniká tam magnetické pole, které vede k tomu, že se startovací ohyb dostane do záběru s ozubeným kolem setrvačníku. Startovací elektromotor se zapne a začne otáčet setrvačníkem. Ten se následně začne roztáčet a když dosáhne rychlosti větší než povolená rychlost otáčení hřídele startovacího kola, pohon startéru jej odpojí. Otáčení klikového hřídele se následně přenáší na otáčení hřídele generátoru, což následně vede ke generování elektrického proudu na něm, který napájí palubní síť automobilu a dobíjí baterii.

1 — zapalovací svíčky; 2 — snímač rozdělovače; 3 — rozdělovač; 4 — snímač pulzů; 5 — spínač; 6 — zapalovací cívka; 7 — montážní blok; 8 — zapalovací relé; 9 — spínač zapalování; А — ke svorkovnici generátoru.

Elektrický proud je přiváděn do primárního vinutí zapalovací cívky (6). Spínač, který přijímá signál ze senzoru (4), přeruší nebo naopak zapne primární vinutí. Když je tok proudu primárním vinutím přerušen, vznikne v sekundárním vinutí proud vysokého napětí, který je přiváděn vysokonapěťovým vodičem do rozdělovače. Rozdělovač, jehož hřídel je poháněna ozubeným kolem pohonu olejového čerpadla nebo klikovým hřídelem (v závislosti na konkrétní konstrukci motoru), rozděluje jiskru k zapalovacím svíčkám, čímž v pravý čas zapálí směs v požadovaném válci motoru.

Поделиться ссылкой:

• Klikněte pro sdílení v X (Otevře se v novém okně) X
• Kliknutím otevřete na Facebooku (Otevře se v novém okně) Facebook