Рассмотрим принцип действия бесконтактной системы зажигания на примере системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099. Определим, откуда берется искра для поджига топливной смеси в камере сгорания и почему она проскакивает своевременно для каждого цилиндра.
Бесконтактная система зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099 включает в себя катушку зажигания, свечи зажигания, высоковольтные провода (бронепровода), трамблер с распределителем зажигания, датчиками-регуляторами опережения зажигания (центробежным и вакуумным) и датчиком Холла, также коммутатор и провода низкого напряжения.
Схема бесконтактной системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099
схема бесконтактной системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099
Откуда поступает ток в систему зажигания?
Электрический ток в систему зажигания поступает с вывода «30» генератора, через монтажный блок предохранителей и реле, замок зажигания, реле зажигания и далее на вывод «Б» катушки зажигания. Система запитывается после поворота ключа в замке зажигания.
Принцип действия бесконтактной системы зажигания
— При работе двигателя вращается вал распределителя зажигания (трамблера). В работу вступает датчик Холла. Стальной круглый экран с четырьмя прорезями на валу трамблера, вращаясь, проходит через зазор этого датчика. Когда проходит прорезь экрана, напряжение отдаваемое датчиком ниже бортового на 3 В или равно ему, когда зубец экрана, напряжение падает практически до нуля. Прохождение каждого из четырех зубцов соответствует такту сжатия и моменту зажигания в одном из цилиндров двигателя.
— Далее в работу вступает коммутатор. Свои прерывистые импульсы датчик Холла подает на вывод «6» коммутатора, а тот в свою очередь подает импульс на первичную обмотку катушки зажигания (вывод «К»).
— Теперь работает катушка зажигания. В момент прерывания электрического тока (зубец экрана проходит через зазор датчика Холла) магнитное поле в катушке зажигания резко сжимается и, пересекая витки обмотки, производит ЭДС порядка 22-25 кВ (ток высокого напряжения).
— Работа распределителя зажигания. Ток высокого напряжения по центральному бронепроводу поступает на центральный вывод крышки трамблера и далее на «бегунок»-распределитель зажигания, который вращаясь, раздает ток высокого напряжения по четырем клеммам крышки.
— Работа свечей зажигания. По высоковольтным проводам ток высокого напряжения поступает к свечам зажигания. Между их электродами проскакивает искра, воспламеняющая топливную смесь в цилиндрах двигателя.
Чтобы добиться от двигателя максимальной мощности необходимо воспламенять смесь искрой несколько раньше прихода поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Для этого регулируют угол опережения зажигания вращением трамблера в ту или иную сторону. При холостых оборотах двигателя 750-800 об/мин угол опережения зажигания, например для двигателя 21083 работающего на 92-м бензине должен составлять 4±1º (подробнее см. «Установка угла опережения зажигания на ВАЗ 2108, 2109, 21099»).
Примечания и дополнения
— При работе двигателя на высоких оборотах необходим еще более ранний угол опережения зажигания. Здесь помогает центробежный регулятор опережения зажигания, который за счет расхождения своих грузиков от центробежной силы при повышении оборотов вращения оси трамблера смещает пластину с экраном. Она раньше проходит через зазор в датчике Холла, импульс поступает на коммутатор с некоторым опережением и соответственно зажигание становится раньше (подробнее см. «Центробежный регулятор опережения зажигания»).
работа центробежного регулятора опережения зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099
— При движении с нагрузкой (например, в гору) помогает вакуумный регулятор опережения зажигания. Он работает по такому же принципу, как и центробежный регулятор. Смещает пластину с экраном для опережения угла, но за счет разрежения возникающего за дроссельной заслонкой после нажатия на педаль «газа» (подробнее см. «Вакуумный регулятор опережения зажигания»).
вакуумный регулятор опережения зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099
Еще статьи по системе зажигания
Содержание
Как настроить зажигание? Что такое УОЗ? Куда вращались бегунки в отечественных машинах? Что значит выражение «выставить по искре»? — много интересных вопросов, на которые владельцы современных авто могут и не дать правильных ответов.
Что такое угол опережения зажигания — он же УОЗ? Это некая атрибутика древних автомобилей или же нечто незыблемое, сродни всемирному тяготению? Большинству современных автовладельцев это неведомо. Всеми системами автомобиля управляют многочисленные контроллеры, а потому своевременное искрообразование в цилиндрах двигателей целиком на их совести. Между тем по стране бегает огромное количество древних машинок, незнакомых с процессорами и прочими чипами. Поэтому вопросы типа «Как отрегулировать УОЗ?» звучат по сей день.
На технические вопросы отвечать всегда приятно. Но сначала придется вспомнить некоторые «зажигательные» термины.
Терминология
Прерыватель-распределитель зажигания — электромеханическое устройство, обеспечивающее своевременную подачу импульсов высокого напряжения на свечи зажигания. Часто его называют трамблером.
Опережение зажигания — воспламенение рабочей смеси в цилиндре раньше, чем закончится такт сжатия.
Угол опережения зажигания (УОЗ) — угол поворота коленчатого вала двигателя от положения, соответствующего появлению искры на свече до прихода поршня в верхнюю мертвую точку.
Контактная система зажигания — система, в которой коммутация катушки зажигания обеспечивается механическим прерывателем.
Бесконтактная система зажигания — система, в которой коммутация катушки зажигания обеспечивается электронным модулем, управляемым электронным датчиком положения коленчатого вала — например, датчиком Холла (ВАЗ-2108) или магнитоэлектрическим (ГАЗ-2410).
Прерыватель системы зажигания — механический выключатель в трамблере, непосредственно соединенный с первичной цепью катушки зажигания.
Бегунок — элемент трамблера, поочередно передающий высокое напряжение от катушки зажигания на высоковольтные провода, соединенные со свечами зажигания двигателя.
Угол замкнутого состояния контактов (УЗСК) — величина, показывающая, как долго контакты механического прерывателя должны оставаться замкнутыми. Для классических Жигулей УЗСК составляет примерно 55 градусов. Правильно выбранный УЗСК дает катушке зажигания возможность набирать нужную энергию и полностью отдавать ее на свечи зажигания.
Когда и зачем нужно настраивать зажигание?
Сначала немножко теории. Если бы рабочая смесь в цилиндрах сгорала мгновенно, то проблем с опережением не было бы в принципе. Поджигай ее в верхней мертвой точке — и все окей. Но смесь сгорает не мгновенно: ей требуются миллисекунды. При этом реальная частота вращения коленчатого вала, конечно же, непостоянна. Поэтому нельзя тупо поджигать смесь в одно и то же время при разных режимах работы мотора: она будет сгорать либо слишком рано, либо чересчур поздно. Итог всегда будет неутешительный — двигатель плохо тянет, греется, неустойчиво работает, детонирует и т.п.
В частности, если начать «искрить» слишком рано (большой УОЗ), то давление газов станет резко возрастать до прихода поршня в верхнюю мертвую точку, препятствуя его движению. Из-за этого уменьшится мощность и ухудшится экономичность мотора, он утратит приемистость и будет дергаться на малых оборотах. При позднем искрообразовании (малый УОЗ) смесь будет долго гореть при расширяющемся объеме, а потому давление газов будет значительно ниже расчетного. Мощность и экономичность понизятся, а мотор сильно перегреется, поскольку догорание смеси будет идти на протяжении всего такта расширения.
Способ лечения один — поджигать рабочую смесь согласно частоте вращения и нагрузке на двигатель. Кроме того, корректировка УОЗ может потребоваться при переходе на бензин с другим октановым числом. Кстати, на очень древних автомобилях (в начале прошлого века) момент зажигания регулировал водитель: была предусмотрена специальная рукоятка. Но вскоре она исчезла, поскольку мотор обзавелся трамблером с центробежным механизмом внутри.
Центробежный регулятор содержал, как правило, пару грузиков, уравновешенных пружинами. При увеличении частоты вращения грузики расходились в стороны и поворачивали опорную пластину, на которой находился прерыватель. Чем выше частота вращения, тем сильнее расходятся грузики и тем выше становится УОЗ.
Дальнейшая погоня за экономичностью добавила в помощники к центробежному регулятору его вакуумного коллегу. Дело в том, что с увеличением нагрузки увеличивается и наполнение цилиндров горючей смесью, поскольку водитель сильнее давит на акселератор. При этом процентное содержание остаточных газов в рабочей смеси снижается, что способствует увеличению скорости сгорания. Следовательно, УОЗ надо снижать.
Напротив, при снижении нагрузки на мотор уменьшается наполнение цилиндров, растет содержание остаточных газов, а потому рабочая смесь будет гореть медленнее. УОЗ в этом случае нужно увеличивать. Эту задачу и решает вакуумный регулятор, отслеживающий разрежение во впускном трубопроводе двигателя. Чем выше нагрузка, тем ниже разрежение, и наоборот. В большинстве классических моторов центробежный и вакуумный регуляторы работают совместно.
Если октановое число топлива не соответствует тому, которым руководствовался конструктор при проектировании мотора, то даже при оптимальной работе упомянутых регуляторов нормальной работы мотора ждать не стоит. Самое неприятное явление, которое может при этом возникнуть, — детонация. Грубо говоря, это взрывообразное сгорание смеси, чреватое капремонтом. Для предотвращения детонации в классических моторах былой эпохи нужно было открыть капот и вручную повернуть корпус трамблера в нужную сторону. Залил низкооктановый бензин — изволь сделать зажигание более поздним…
Само собой, что в современных двигателях оптимальный УОЗ выставляет управляющий контроллер. Он следит за оборотами, нагрузкой, октановым числом, температурой и т.п.
Как регулировать УОЗ?
На слух? По искре? По лампочке? По стробоскопу? Сейчас разберемся.
Сразу скажем, что про стробоскоп говорить не будем. Во-первых, у рядового водителя под рукой его попросту нет. А, во-вторых, с ним лучше не связываться. Дело в том, что стробоскоп показывает момент зажигания только при работающем моторе, но при этом за счет центробежного регулятора УОЗ смещается в сторону опережения даже на минимальных оборотах холостого хода. Поэтому точной регулировки ждать, вообще говоря, не стоит.
Правильные рекомендации по регулировке всегда содержатся в профильной литературе по конкретной модели автомобиля — их и следует придерживаться. Возьмем для примера автомобиль АЗЛК-2141 с двигателем УЗАМ и контактной системой зажигания. Обратите внимание, что бегунок у уфимских моторов вращается ПРОТИВ часовой стрелки.
Последовательность операций для москвичевского мотора должна быть следующая.
- Ослабляем крепление трамблера.
- Определяем начало хода сжатия в первом цилиндре. Для этого выворачиваем свечу этого цилиндра, затыкаем отверстие подходящей пробкой (хоть из смятой бумаги) и проворачиваем пусковой рукояткой коленвал до выскакивания пробки наружу.
- Продолжаем проворачивать коленвал до совмещения первой риски на его шкиве с острием штифта установки зажигания, запрессованным в нижнюю крышку картера.
- Убеждаемся, что бегунок смотрит своей токоведущей пластиной на контакт крышки трамблера, соответствующий проводу первого цилиндра.
- Подсоединяем любую маломощную лампочку (например, в отвертке-пробнике) одним концом к массе, а другим — к клемме низкого напряжения катушки, соединенным с прерывателем.
- Включаем зажигание и поворачиваем корпус трамблера против часовой стрелки до замыкания контактов прерывателя. Лампа, закороченная прерывателем, должна погаснуть.
- Взявшись за бегунок, прикладываем небольшое усилие по часовой стрелке для устранения зазоров механизме привода, после чего медленно поворачиваем трамблер по часовой стрелке до загорания лампочки.
- Затягиваем крепление трамблера. Не забываем вернуть свечу на место!
На автомобилях типа ВАЗ-2108, перешедших на электронное зажигание, но при этом сохранивших как центробежный, так и вакуумный регуляторы, процедура полностью аналогичная — с точностью до иного расположения штатных меток. Бегунок при этом вращается против часовой стрелки. Однако подключать лампочку-пробник при этом нужно между коммутатором и катушкой зажигания, а ни в коем случае не к датчику Холла.
А что означает выражение «выставить по искре»? Грубо говоря, то же самое, что и по лампочке. В этом случае вместо лампочки используют вывернутую заранее свечу зажигания, резьбовую часть которой нужно постараться соединить с массой двигателя. Вместо загорания лампочки ловим момент проскакивания искры — вот и всё.
А как же регулировка на слух? Ее проводят так: при движении на прогретом моторе со скоростью примерно 50 км/ч на 4-й передаче следует резко нажать на правую педаль. Если УОЗ выставлен верно, то при этом должна прослушиваться кратковременная исчезающая детонация. Если детонация слишком сильная, следует повернуть трамблер по направлению вращения бегунка. Если детонации нет вообще — против вращения бегунка. Вы же еще помните, что в отечественном автопроме бегунки вращались и туда, и обратно?
Тем, кому интересна зажигательная тема былых времен, рекомендуем посмотреть вот сюда. Про свечи можно почитать вот тут, а также вот тут.
Всего на сайте: 54
Пользователей: 0
Роботов: 0
Гостей: 54
Опережение реализовано на микроконтроллере PIC16F84, снятие информации о числе оборотов — датчиком Холла. В качестве коммутатора предложена транзисторная схема, но может быть использована и любая другая. Система реализуема как для 12-ти вольтовой бортовой сети, так и для 6-ти вольтовой (разница в номиналах некоторых элементов). К проекту прилагаются прошивка микроконтроллера, исходные тексты программы, утилита для расчета момента зажигания.
Благодарю Manowar’а за советы по схеме и Pilot666 за консультации по вазовскому коммутатору. (Саруман)
* Здесь находится копия этой статьи: http://www.twowheel.nm.ru
* Здесь находится архив c последней версией зажигания: http://www.twowheel.nm.ru/ignition.zip
Лучше всего использовать Honeywell 2AV50A (2AV54), он специально предназначен для БСЗ (в отличие от некоторых других) и гарантировано работает в диапазоне температур -40. +150С (отечественные "аналоги", устанавливаемые на ВАЗы лишь до +125С, что для мотоцикла может быть критично). Датчик работает в широком диапазоне напряжений питания 4,5. 16В.
Шторка должна быть выполнена из нецветного металла. Шторка датчика насаживается на распределительный вал и имеет два сектора по 30 градусов разнесенные на 180 градусов. От точности исполнения шторки и расположения датчика будет зависеть характеристика работы зажигания по цилиндрам, поэтому к этим элементам нужно отнестись с особой ответственностью.
СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОПРЕЖЕНИЕМ
Эта часть схемы призвана заменить собой контактный прерыватель ПМ. В скобках на схеме указаны значения для 6-ти вольтовой сети.
Могут возникнуть проблемы с защитным диодом VD2 1.5КЕ (далее число обозначает напряжение срабатывания), т.к. достать его вне Москвы почти невозможно. Но ставить его не обязательно, схема и без него работать будет. Диод VD3 КД247 можно заменить КД243, 1N4001 или любым выпрямительным на 1А. Чтобы правильно включить диод необходимо его прозвонить: положение, в котором он будет прозваниваться, соответствует минусу на том выводе куда указывает "стрелка" на схеме (катод). Вместо стабилизатора КР142ЕН5А можно использовать 78M05. Ставить радиатор нет необходимости. Нумерация выводов триодов дана с их лицевой стороны: у КР142 там, где маркировка; у VT1 там, где срез на корпусе. Мощность резисторов может быть 0,125Вт и меньше.
Датчик Холла можно подключить к выходу стабилизатора напряжения КР142ЕН5А, тогда R4 и VD2 не понадобятся. Но стабилизатор должен выдавать не менее 4,5В, иначе датчик работать не будет.
Главным врагом блока опережения будет вибрация и температура, потому размещать блок нужно в стороне от двигателя и при сборке платы зафиксировать элементы (например, залить термоклеем), в особенности массивные (КР142, кварц, МК). Влияние вибрации минимизируется, если схему собрать на элементах поверхностного монтажа (SMD).
СХЕМА ТРАНЗИСТОРНОГО ЗАЖИГАНИЯ
Представляет собой чистый плагиат, и взята мной с сайта тамбовских байкеров: http://twolfs.narod.ru. В скобках указаны значения для 6-ти вольтовой сети. Эта часть схемы может работать и со стандартным контактным прерывателем.
Возможные замены VT3 КТ818: КТ835, КТ837; цоколевка выводов прежняя.
Мощность резисторов составляет: R9 и R11 — 0.5Вт, R10 и R12 — 2Вт, R8 — 5Вт. Прозванивать стабилитрон VD4 нужно также как диод (см. выше). Нумерация выводов транзисторов дана со стороны маркировки. Транзисторы необходимо установить на радиатор (особенно VT2). Размер радиатора может быть небольшим (штыревой 30×50мм лишь незначительно греется). Т.к. теплоотвод транзисторов соединен с коллектором (вывод 2), то сажать их на один радиатор без изоляции нельзя! Необходимы слюдяные прокладки и диэлектрические шайбы для изоляции винтов. Радиатор прикрепить к плате винтами, нельзя чтобы он висел только на транзисторах (оторвет)! Силовые дорожки (все к транзистору VT2) на плате сделать по возможности более широкими и покрыть слоем припоя, дабы не было пережиганий.
ПОДКЛЮЧЕНИЕ ДРУГИХ СХЕМ КОММУТАЦИИ
Для управления коммутацией катушки предусмотрено два вывода: прямой RB2 (высокий уровень при включении катушки, переход на низкий для образования искры); инвертированный RB3 (низкий уровень при включении катушки, переход на высокий для образования искры). Это позволяет подключать и другие схемы коммутации, кроме имеющейся, в частности, вазовский коммутатор. Для подключения последнего, его вход нужно напрямую подключить к выводу RB2, элементы R5 и VT1 не понадобятся.
ЛИКБЕЗ ПО ПИКАМ
Программа написана для МК фирмы Microchip PIC16F84 (F — многократно перепрограммируемый), можно с индексом А, который может быть заменен PIC16C84 (С — однократно программируемый). Можно использовать и другие МК этой фирмы 16F(C)83, 16F628 и некоторые другие, но решать это и программировать их должны профессионалы!
Нужно помнить, что МК даже одной марки отличаются по своим характеристикам, что можно определить только по их полной маркировке. По максимальной рабочей частоте PICи бывают на 4, 10 и 20МГц, нам подойдет любой из них (меньше можно, больше — никаких гарантий). По температурному диапазону бывают коммерческие (0. +70С), индустриальные (-40. +85С) и автомобильные (-40. +125С). Последние найти врядли удастся, поэтому останавливаемся на индустриальных. Таким образом, полная маркировка требуемого МК: PIC16F84-04I/P, здесь PIC16F84 — марка МК, 04 — максимальная рабочая частота, I — индустриальный диапазон, P — корпус PDIP для монтажа в отверстия (SO — SOIC для поверхностного монтажа).
РЕГУЛИРОВКА ЗАЖИГАНИЯ
Даже электронное зажигание надо регулировать (вот так вот ;). Светодиод включается при входе шторки в датчик Холла и гаснет при выходе. Момент выхода шторки из датчика (и соответственно отключения светодиода) должен совпадать с ВМТ, именно в этот момент будет происходить искрообразование на пусковых оборотах.
ВНИМАНИЕ. При регулировке зажигания снимите колпачки со вечей, во избежании случайного завода двигателя.
НЕСКОЛЬКО ОБЩИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ
* Датчик Холла можно расположить на корпусе штатного прерывателя, предусмотрев его регулировку по высоте. Регулировку по положению вокруг оси рапредвала обеспечит сам корпус.
* Для пайки элементов устройства работающих при высоких температурах (датчик Холла), использовать высокотемпературный припой ПОС-30 или ПОС-40, но не мягкий ПОС-61. * Минимизировать длину выводов и массу элементов, болтающиеся элементы быстрее срежет вибрация.
* Внимательно отнестись к выбору кварца, в продаже могут быть кварцы на температуру 0. +70С, желательно -40. +70С, еще лучше военные в прозрачных корпусах.
* Неиспользованные выводы МК (кроме RB3) желательно соединить с землей.
* Силовые провода (на питание и катушку зажигания) вести сечением не менее 2кв.мм, особенно это касается 6-ти вольтового питания.
Программу выкладываю вмесе с исходниками, проект компилируется под Microchip MPLAB 5.20.
Вербальное описание алгоритма программы в первом приближении выглядит следующим образом:
При включении питания сразу подается напряжение на катушку (высокий уровень на RB2, низкий на RB3), она запасает энергию. При повороте кика шторка входит в датчик, и программа начинает отсчет таймера, по которому затем определяется момент искрообразования. В момент выхода шторки из датчика происходит размыкание катушки (низкий уровень на RB2, высокий на RB3) и проскакивает искра, это самый поздний момент зажигания. За 5-9мс до ВМТ катушка вновь включается и начинает запасать энергию. Далее, если двигатель успешно запустился, по сигналу датчика обновляется информация о заданном моменте опережения, сам момент искрообразования отсчитывается от момента входа шторки в датчик. Квант таймера составляет 50мкс, соответственно погрешность момента инициации искры определяется этим квантом. Момент искрообразования вычисляется по таблице из 240 значений, из которых
200 лежат в рабочем диапазоне двигателя (800. 6000об/мин).
Характеристика зажигания следующая: выше 420об/мин распредвала опережение составляет 200мкс, затем время возрастает до 900мкс при 750об/мин, и далее остается неизменным.
РАБОТА С ПРОГРАММОЙ РАСЧЕТА МОМЕНТА ЗАЖИГАНИЯ
Таблица, используемая для расчета момента опережения зажигания, содержит 240 значений (нумерация от 0 до 239), что затрудняет ее изменение "под себя". Прилагаю небольшую утилитку, могущую помочь в этой задаче.
Поля "Размер шторки датчика Холла" и "Величина таймера квантования" менять настоятельно не рекомендую, т.к. они требуют понимания работы программы и соответствующего ее изменения.
"Расчет по времени опережения" дает общую характеристику опережения в форме готовой для помещения в исходный текст программы. Для исключения ошибки в расчетах, величину времени опережения выбирайте кратной таймеру квантования.
С помощью расчета по индексу в таблице и частоте распредвала можно уточнить и подправить характеристику там, где это необходимо. Рекомендую, для частот заведомо недостижимых для оппозита, выставить в таблице значение 0 (самый поздний момент зажигания, в ВМТ), т.к. эти частоты могут возникнуть только в случае ошибки. 239-ый элемент таблицы, также должен быть равен нулю.