Транзисторні комутатори та їx робота у безконтактних системах

запалювання.

Прикладом безконтактної системи запалювання з магнітоелектричним генераторним датчиком може бути система, що встановлюється на автомобшях ГАЗ-2401, -3102, -3129, -6602 та шших. Вона складаеться з датчика- розподшьника 20.3706 чи 24.3706, транзисторного комутатора 13.373401, котушки запа­лювання Б116, додаткового резистора 14.3729, зблокованого з реле пуску

стартера, свічок, замка запалювання R5 VD5

Рис. 3.26. Схема системы запалювання з безконтактним магнітоелектричним датчиком i транзисторным комутатором 13.3734.01

При включеному замку запалювання 8 i непрацюючому двигуні, тобто коли ротор датчика не обертається, або при негативному півперіоді сигналу датчика база УТ1 має нульовий потенціал i він закритий. База УТ2 через УБЗ, резистори ЯЗ та К7 отримує позитивний потенціал, i він відкривається. Струм, що протікас через УТ2, створюе на К10 перепад напруги з плюсом біля бази УТЗ, i віи також відкривається. Через відкритий транзистор УТЗ у первинній обмотці котушки запалювання протікатиме струм.

У наступний момент при повороті ротора датчика на деякий кут до ба­зи УТ1 через К2, УВ1 та К4 надійде позитивний імпульс. Тоді транзистор УТ1 відкриеться, шунтуючи входи УТ2 та УТЗ, які закриються.

У момент закриття транзистора УТЗ струм через первинну обмотку V/1 переривається i у вторинній обмотці V/2 виникає імпульс високої напруги, який надходить через розподільник до відповідної свічки запалювання.

Стабілітрон УВ4 та резистори КЗ i К5 призначені для обмеження на­пруги живлення, конденсатори С2, СЗ, С5 i С6 - для згладжування iмпульсів напруги, що виникають у системі. Конденсатор С4 i резистор К8 створюють позитивний зворотний зв'язок, що сприяє прискоренню перехідного процесу (відкриттю УТ1 i закриттю УТ2 i УТЗ). Діод УВЗ захищає транзистори у paзi випадкової зміни полярності джерела живлення.

Резистор К2 обмежує струм магнітоелектричного датчика. На рис. 3.27 наведена система запалювання німецької фірми «ВозсЬ» з безконтактним генераторним датчиком. Транзистори УТ1 i УТ2 створю­ють моностабільний мультивібратор, транзистор УТЗ підсилює сигнал, а транзистор УТ4 перемикає первинне коло. При стійкому стані мультивібратора база-емітер транзистора УТ1 з'єднано, i він закритий, а тран­зистори УТ2, УТЗ та УТ4 проводять струм, оскільки є протікання струму керування по колу: «+» акумулятора - замок запалювання 8 – резистор К5 - діод УБЗ - база-емітер УТ2 - база-емітер УТЗ - маса автомобіля.

При відкритому транзисторі УТЗ є i струм керування УТ4 по колу: «+» акумулятора - замок запалювання 8 - емітер-база - УТ4 - резистор R7 - колектор-емітер УТЗ - маса. Якщо транзистор УТ4 відкрито, то струм протікае i через первинну обмотку котушки запалювання: «+» акумулятора - замок запалювання - емітер-колектор УТ4 - додатковий резистор

1 - магнітоелектричний датчик; 2 - транзисторний комутатор; 3 - котушка запалювання; 4 - розподілъник; 5 - свічки запалювання

Із подачею на базу транзистора УТ1 позитивного потенціалу, що виробляє генераторний датчик, моностабільний мультивібратор перемикається. Транзистор УТ1 відкривається, а транзистори УТ2, УТЗ та УТ4 закриваються, струм у первинній обмотці котушки запалювання припиняється, а у вторинній виникає ЕРС високої напруги. Цей стан зберігається доти, доки напруга конденсатора СЗ, що заряджається через резистор К5, досягає значения, потрібного для відкриття транзистора УТ2. При цьому мультивібратор повертається у вихідне положения. Резистор К6 призначений для прискорення процесу перемикання. Діод УВ1 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 потужнютю та названням. 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 i 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 захищае вихідний транзистор комутатора від перевантажень по струму, а також стабілізує амплітуду струму заряду при зміні напруги в бортовій мережі. Вихідна напруга 1 і 2 тах при цьому також стабілізується.

Так, на передньоприводних автомобілях встановлено безконтактну систему запалювання, яка містить транзисторний комутатор 36.3734 та датчик-розподшьник 40.3706. Комутатор містить:

-вхідний інвертор, виконаний на транзисторi УТ1;

-вузол захисту від проходження струму в котушці запалювання у ви-

падку замкнених контактів вимикача запалювання i непрацюючого двигуна; виконаний на підсилювачі ПАЇ JI;

-обмежувач струму, виконаний на підсилювачі В А 1.4 та резисторах

К36 i К37;

-вихідний підсилювач, виконаний на транзисторах УТЗ i УТ4;

стабілізатор напруги живлення, виконаний на резисторі КЗО i стабілітроні УВ4 на підсилювачі BAI.2.

Увімкнення в коло зворотного зв'язку підсилювача конденсатора СЗ забезпечує лінійний характер за­рядного пронесу. До другого входу інтегратора iз подільника напруги К28-К7-К9 надходить опорний сиг­нал, знак якого протилежний знаку сигналу б. Поки з інвертора до вхо­ду інтегратора надходить сигнал б, конденсатор заряджається. Макси- мальний piвeнь напруги заряду залежить від параметрів кола К4-К5- К8-СЗ. Резистор К5 є наладнаним під час регулювання максимального рівня напруги заряду. Процес розряджання визначає коло К28-К7- К9-СЗ, параметри якого добирають так, щоб воно закінчилося раніше, ніж надійде новий керувальний сиг­нал б для заряджання. Сигнал з інтегратора (див. точку в на рис. 3.28) через резистор К19 надходить до входу компаратора, виконаного на підсилювачі ВА1.3, де він порівнюється з опорним сиг­налом 1/оп2, що його задають резистори HI8 та К20. У момент, коли сиг­нал з інтегратора перевищить сигнал 1/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 iз компаратора надходить до входу схеми порівняння, яка складається з транзистора УТ2 i резисторів К23, К24, К25 та К26. До цього са­мого входу через резистор К24 надходить сигнал б з інвертора. Цi сигнали формують початок i кінець сигналу є на виході логічної схеми. Тривалість сигналу є визначає час відкритого стану вихідного транзистора УТ4. Поки сигнал б або г надходить до бази транзистора УТ2, він відкритий, а потенціал у точці є (див. рис. 3.28) дорівнює нулю, оскільки вона через колекторемітep відкритого транзистора УТ2 з'єднана з корпусом. Якщо клерувальні сигнали зникають, то транзистор УТ2 закривається i на базі транзистора УТЗ через резистор КЗО та К28 з'являється керувальний сигнал є. Сигнал є відкриває вихідний каскад УТЗ-УТ4, внаслідок чого наростає струм 1к у первинному колі котушки запалювання (див. діаграму 1к на рис. 3.29). Якгщо струм у первинному колі досягає граничного значення, наприклад, за малих частот обертання або ж при замиканні на масу, то починає працювати схема обмеження струму. Функцію обмежувача стру­му виконують компаратор БА1.4 i резистори К36 та 1137, увімкнені паралельно, iз сумарним опором 0, 05 Ом. Зростаючий первинний струм, проходячи по резисторах К36 i К37, створює на них спад напруги, piвень якої компаратор БА1.4 порівнює з опорною напругою £ У пУ яку визначають подільник напруги К18-К13-К15 i резистор KJI7. Опорна на­пруга 1/оп2) відповідає заданому струму обмежувача. Щоб опорну напругу задати точніше, паралельно резистору KI5 увімкнено налагоджувальний резистор К16. Коли напруга, яка надходить з резисторів К36 i КЗ7 через резистор К12 до компаратора, зрівнюється iз сигналом 1/опЗ, спрацьовує компаратор OAI.4 i 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 значения 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 УТ1 відкритий не повністю, а лише на 95-96% (цього досягають співвідношенням К4 та К10), то в точці б імпульс незначний, i конденсатор С4 вузла захисту починає заряджатися цим струмом. Через 2-5с 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 частота обертання двигуна напруга на виході інтегратора не перевищувала 0, 15 В за час, коли не має сигналу в точщ б, що не впливає на роботу логічної схеми. З появою наростаючого фронту нового імпульсу б конденсатор починає розряджатися по колу резистори KIO-H11 - діод У02. Параметри кола розряджання добирають так, щоб конденсатор С4 розряджався дуже швидко.

Час накопичення енерги у котушці запалювання регулюється так. Як

видно з діаграми в рис. 3.29, зi збільшенням частота обертання двигуна

напруга на виході інтегратора БА1.2 як функція кута по­вороту колінчастого вала наростає повільно. Це можна пояснити там, що

зi збільшенням частота обертання зростає частота обертання шторок і зменшується тривалість заряджання конденсатора СЗ. З цієї причини у момент переходу конденсатора СЗ iз режиму заряджання в режим розря­джання напруга на ньому зменшуеться зi збільшенням частоти обертання. Отже, як бачимо з діаграми в, зi збільшенням частоти обертання розрядна вітка раніше (за кутом повороту) зменшується до опорної напруги 1/оп2, раніше зникає сигнал, г, з'являється сигнал д, відкривається вихідний каскад i починає протікати струм 1к у первинному колі котушки запалювання.

Регулювання часу накопичення розпочинається від частоти обертання пО, яка відповідає мінімальній частоті обертання колінчастого вала, до частота побм з подальшим збільшенням частоти обертання напруга за­ряду конденсатора не перевишуе напруги 1/оп2. При цьому компаратор на підсилювачі BAI.3 блокується i сигнал є на виході схеми порівняння збігається за фазою з сигналом датчика а та інвертованим сигналом б. Kpiм нормування часу накопичення енергії як функції частота обер­тання колінчастого вала, регулюється i функція напруги живлення за рахунок увімкнення до входів компаратора BAI.3 резисторів зміщення К21 та К22. Опорний piвень компаратора також є функцією напруги живлен­ня. Чим вищий рівень напруги живлення, тим нижчий опорний рівень компаратора BAI.3.

Схема комутатора 36.3734 містить також i додаткові елементи: діод УВ7 захищає вихідний транзистор від переполюсування джерела жив­лення, стабілітрон УВ5 захищає від імпульсів, які виникають у первинній обмотці котушки запалювання. Коли iмпyльc перенапруги перевищує припустимий рівень, то на подільнику К31-К35 формується напруга, за якої пробивається стабілітрон УВ5. Вихідний транзистор УТ4 при цьому відкривається на час дii 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 i 8-У В 3 компараторі ВА 1.3 та ВА1.4; діод УВ6 захисту від переполюсування джерела живлення та конденсатори CI, С7 та С10 у колі живлення для захисту схеми та датчика від шкідливих імпульсів, які виникають у бортовій мережі. Схему комутатора 36.3734 реалізовано на дискретних елементах iз застосуванням спеціально розробленої мікросхеми К140 1УД1, яка складається з чотирьох підсилювачів. Як вихщний використано спеціально розроблений транзистор КТ848А. Комутатор має шісеть робочих виводів: три виводи призначені для приеднання до датчика i по одному - до корпуса автомобіля, котушки запалювання i 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 i т.д.) це досягаеться за рахунок адаптивного регулювання часу проходження струму.

Конструктивні особливості деяких елементів безконтактної системи запалення, способи виявлення, усунення основних несправностей вимагають дотримання наступних рекомендацій: Не допускається на працюючому двигуні відєднувати дроти високої напруги i перевіряти працездатність елементів системи запалення «на iскpy», оскільки це може призвести до травм (зважаючи на високу енергію), а також до прогару високовольтної ізоляції i виходу з ладу приладів системи запалення. Щоб уникнути пошкодження комутатора забороняеться при працюючому двигуні відєднувати дроти від клем акумуляторної батареї. При усуненні несправностей, а також при виконанні профтактичних poбіт з датчиком- розподтьником необхідно обов'язково вимикати запалення. У безконтактній системі запалення не дозволяється прокладати в одному джгуті дроти низької i високої напруги. Розглянемо детально деякі характерні для безконтактної системи запалення причини, що затрудняють запуск двигуна.

Немає імпульсів струму на котушку запалення порушена працездатність комутатора. Комутатор призначений для перетворення імпульсів датчика в імпульси струму в первинній обмотці котушки запалення, тобто він розмикає i замикає коло низької напруги за рахунок закривання i відкривання вихідного транзистора.

Якщо двигун не запускається при справній системі подачі палива в карбюратор, то вірогідною причиною цьому може служити несправність комутатора. Зазвичай точна перевірка техн1чного стану комутатора (основні параметри імпульсів) проводиться на стенді за допомогою осцилоографа i генератора прямокутних імпульсів. Проте оцінити працездатність комутатора, тобто переконатися, видає він імпульси струму на котушку запалення чи ні, можна простим способом за допомогою лампи типа А12, 3Вт. Для цього необхщно, наприклад у системі запалення автомобтя відєднати від котушки запалення коричневий дріт з червоними смужками, що йде від клеми 1 комутатора, i підключити наконечник дроту до контрольної лампи. Інший провод лампи підключити до клеми Б котушки запалення. Потім включити запалення i провернути колінчастий вал двигуна стартером. Якщо при обертанні колінчастого валу двигуна стартером контрольна лампа блимає, то комутатор видає імпульси струму на котушку запалення, тобто коло низької напруги справне. У тих випадках, коли контрольна лампа не блимае, комутатор не видає імпульси струму на котушку запалення. Отже, він несправний i потребує заміни. Слід нагадати що iз-зa несправності комутатора двигун може не розвивати повної потужності або мати перебої в poботі на всix частотах обертання колінчастого валу.

Обрив в дротах живлення комутатора. Відсутність імпульсів струму на первинній обмотці котушки запалення може бути унаслідок обриву в дротах що сполучають комутатор з вимикачем запалення або з котушкою запалення, або iз-зa ненадійного їх з'єднання.

В цьому випадку потрібно ретельно перевірити стан дротів, надійність їх з'єднання. Виявлені пошкоджені дроти замінити, з'єднання, що ослабіли, закртити.

Пошкоджений вимикач запалення. Нерідко причиною відсутності імпульсів струму на котушку запалення може служити несправність вимикача запалення. При включенні запалення не замикаються контакти 15/1 i 30/1. Щоб усунути цю несправжсть, необхщно перевірити справність вимикача запалення, способом, що розглянули раніше. Несправну контактну частину вимикача запалення замінити запасною.

Немає імпульсів напруги на комутатор від датчика, несправний безконтактний датчик. Безконтактний датчик встановлений замість контактів переривника, забезпечує подачу управляючих імпульсів на комутатор i розташований в датчику-розподтьнику запалення.

Працездатність безконтактного датчика можна переврит і таким чином. Між штепсельним роз'ємом датчика-розподільника запалення і роз'ємом пучка дротів необхідно підключити перехідний роз'єм з вольтметром. Включивши запалення i повільно провертаючи спеціальним ключем колінчастий вал вольтметром заміряти напругу на виході датчика. При справному безконтактн- ому датчику напруга на його виході повинна різко мінятися від мінімального (не бтьше 0, 4 В) до максимального — не бтьше ніж на 3 В меншої напруги живлення. Напруга живлення звичайна 8—14 В.

Якщо перевіркою буде виявлено, що величина імпульав напруги, що видаються датчиком, не

відповідає вище вказаним межам, то несправний датчик необхідно замшити.

Обрив в дротах між датчиком i комутатором. У практиці експлуатації легкових автомобілів найчастіше імпульси напруги від безконтактного датчика можуть не поступати на комутатор із-за обриву в дротах між датчиком-розподільником запалення i комутатором. Необхідно зовнішнім оглядом перевірити стан дротів і надійність їх з'єднання. Виявлені пошкоджені дроти замінити, а слабкі з'єднання дротів з приладами надійно закріпити.