Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 11.7. Характеристики вакуумного (а), центробежного (б) автоматов изменения

углов опережения зажигания и их совместного действия (в):

/—режим пуска; //—режим холостого хода на минимальной частоте вращения; III— зона

основной работы; /, 2, J, режимы нагрузки соответственно 1/4, 1/2, 3/4 и полная; 5— ус-

тановочный угол опережения зажигания

щенная смесь горит быстрее, то по мере открытия дроссельной

заслонки угол опережения зажигания нужно уменьшать. В корпу-

се вакуумного регулятора 20 (см. рис. 11.6) находится диафрагма,

соединенная тягой 21 с подвижной пластиной J, на которой зак-

реплен неподвижный контакт прерывателя. С внешней стороны

на диафрагму действует разрежение, подводимое через гибкий

шланг от полости за дроссельной заслонкой, изнутри (со стороны

полости корпуса 13)

—

атмосферное давление. При большом раз-

режении (во время пуска и холостого хода двигателя) диафрагма

прогибается и через тягу 21 поворачивает подвижной диск на-

встречу вращению кулачка, увеличивая угол опережения зажига-

ния на 8...10° (рис. 11.7, б). По мере открытия дросселя пружина

вакуумного автомата перемещает диск вместе с контактом, умень-

шая этот угол.

На рис. 11.7, в изображена характеристика совместного дей-

ствия центробежного и вакуумного автоматов.

Октан-корректор позволяет регулировать угол опережения за-

жигания при изменении состава бензина. Вращая гайки 17 (см.

рис. 11.6), водитель посредством пластины 18 поворачивает кор-

пус 13. Это изменяет взаимное расположение неподвижного кон-

такта и кулачка. На современных прерывателях-распределителях

такого устройства нет.

Распределитель имеет токоразносную пластину 2 (ротор, бегу-

нок), которая надевается в одном положении на верхний выступ

кулачка 8. В крышке

расположены контакты и гнезда под высоко-

вольтные провода, в центральное гнездо вставлен провод от катуш-

ки зажигания. Подвижный контакт выполнен в виде угольного

электрода. На ротор часто устанавливают помехоподавляющий ре-

зистор. Для смазывания вала 9 предусмотрена пресс-масленка 19.

160

Привод прерывателей-распределителей. Обычно прерыватели-

распределители приводятся в действие через пару косозубых шес-

терен от распределительного вала ГРМ. При установке прерывате-

ля-распределителя в гнездо блок-картера нужно учитывать пово-

рот вала 9 за счет смещения его, вызванного углом наклона зубьев

шестерен привода.

Высоковольтные провода должны подводить энергию от катуш-

ки к распределителю и от него к свечам без потерь; обладать высо-

кими изолирующими свойствами, механической прочностью,

стойкостью к кислотам, маслам и бензину; не создавать помех ра-

боте электронных приборов (радио, телевидение, электронное уп-

равление автомобилем и т. п.).

По виду проводящего элемента применяют провода трех видов:

медный многожильный, углеволокно, ферромагнитный силикон с

проволочным сопротивлением. Провода первых двух видов рабо-

тают с дополнительными сопротивлениями, подавляющими по-

мехи. Эти сопротивления установлены или в наконечнике свечи,

или в самой свече (в маркировке такой свечи есть буква R). Мар-

кировка этих проводов ПВВ, ПВРВ, ППОВ, ПВЗС. Провода «с

распределенными параметрами» типа ПВВП, ПВППВ имеют то-

копроводящую систему из неметаллического материала или слоя

ферропласта с намотанной на него токопроводящей проволокой.

Они обладают помехоподавляющими свойствами.

Преимущества классической системы зажигания: простота

конструкции, невысокая стоимость, возможность регулирования

угла опережения зажигания в широких пределах без изменения

напряжения во вторичной цепи.

Недостатки: снижение напряжения во вторичной цепи на вы-

соких и низких частотах вращения (особенно для многоцилиндро-

вых высокофорсированных двигателей), а также при экранировке

системы; недостаточная энергия искры из-за низкого уровня запа-

сенной энергии первичной цепи; нагрев катушки на низких час-

тотах вращения (особенно при замкнутых контактах прерывателя

в остановленном двигателе); нарушение зазора в контактах в тече-

ние эксплуатации (увеличение числа регулировок); малый срок

службы контактов; изменение синхронности подачи искры по ци-

линдрам при износе кулачка; нечувствительность механизмов ре-

гулирования угла опережения зажигания (центробежного и ваку-

умного автоматов).

11.4. ВОЗМОЖНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И ТЕХНИЧЕСКОЕ

ОБСЛУЖИВАНИЕ КЛАССИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ

Возможные неисправности приборов. Любое загрязнение (пы-

лью, маслом и т. п.) приборов и соединяющих их проводов приво-

дит к утечкам тока и нарушению работы системы зажигания. Не-

161

исправности свечей указаны на с. 156. В высоковольтных проводах

могут быть трещины. Возможны их загрязнение и замасливание. В

катушках зажигания могут перегореть обмотки, дополнительный

резистор, нарушиться герметичность.

В прерывателях-распределителях могут подгорать контакты

прерывателя, измениться зазор между ними, что приводит к

уменьшению угла замкнутого состояния контактов и увеличению

сопротивления в первичной цепи. Возможны обрыв первичной

цепи, пробой и обрыв конденсатора. Износ и биение вала, под-

шипника подвижного диска, нарушение целостности диафрагмы

и трубки, соединяющей распределитель с карбюратором (впуск-

ным коллектором), приводят к изменению угла опережения зажи-

гания. В распределителе возможны появление трещин в крышке,

подгорание контактов в крышке и роторе, перегорание добавоч-

ного резистора, окисление гнезда и наконечников высоковольт-

ных проводов, износ или выпадение уголька центрального кон-

такта.

Принципы нахождения неисправностей. Из-за неисправностей в

системе зажигания двигатель не может работать, т. е. он не пуска-

ется. Для нахождения неисправностей чаще всего используют ме-

тод последовательного поиска. Сначала проверяют «на искру» ис-

правность первичной цепи и катушки зажигания. Для этого выни-

мают центральный провод из крышки распределителя и устанав-

ливают наконечник провода на расстоянии 5...7 мм от

«массы»

—

любой металлической детали двигателя. При включен-

ном зажигании, сняв крышку распределителя и вручную размыкая

и замыкая контакты прерывателя, оценивают качество искры (или

ее отсутствие). При этом кулачок не должен находиться в положе-

нии, когда контакты разомкнуты.

Если на центральном проводе есть искра, то первичная цепь и

катушка работают. После этого проверяют «на искру» свечи. Если

нет искры на всех свечах, то неисправен ротор. Если нет искры на

одной или двух свечах, возможно нарушение целостности крышки

распределителя или неисправны свечи.

Если на центральном проводе нет искры, то последовательно

проверяют первичную цепь: клеммы катушки зажигания, контак-

ты прерывателя, замок зажигания, аккумуляторную батарею. Для

этого можно использовать контрольную лампу и работать при на-

пряжении 12 В.

Снижение мощности двигателя может быть из-за работы его с

перебоями (двигатель «троит»), или неправильной установки, или

нарушения угла опережения зажигания, что может быть вызвано

ошибкой при его установке либо нарушениями в работе автоматов

прерывателя-распределителя. Если двигатель «троит», то возмож-

ны неисправности свечей, трещины в крышке. Если приборы сис-

темы исправны, то необходимо проверить и установить все зазо-

ры, а также угол опережения зажигания.

162

Техническое обслуживание. При ЕТО проверяют работоспособ-

ность замка зажигания, надежность электрических контактов,

крепление приборов. При ТО-1 дополнительно очищают все при-

боры, провода от пыли и грязи, проверяют наличие трещин в

крышке распределителя, высоковольтных проводах и изоляторах

свечей. При ТО-2 с помощью переносных приборов (тестеров)

диагностируют приборы системы зажигания (прерыватель-рас-

пределитель, катушку зажигания, свечи), проверяют угол опере-

жения зажигания при движении автомобиля. Проверяют и регули-

руют зазор между контактами прерывателя. Смазывают подшип-

ник пластины распределителя. При каждом четвертом ТО-2 сни-

мают эти приборы с двигателя и проверяют их на специальных

стендах.

Установка угла опережения зажигания на двигателе. Для каждого

режима двигателя существует конкретный оптимальный угол опе-

режения зажигания (см. рис. 6.1). При раннем зажигании (угол ве-

лик) воспламенение смеси происходит до прихода поршня в в.м.т.

Давление газов действует навстречу движению поршня, и для пре-

одоления этого давления нужно затратить определенную энергию.

В результате выходная (эффективная) мощность двигателя умень-

шается. При позднем зажигании (угол меньше оптимального) вос-

пламенение смеси происходит после в.м.т., когда объем камеры

сгорания увеличивается. Из характеристического уравнения со-

стояния газа (уравнение Клапейрона—Менделеева) pV-mRT

можно выразить давление: p = mRT/V. Из уравнения видно, что

при увеличении объема давление уменьшается, т. е. оно не дости-

гает требуемого значения. При этом эффективная мощность также

падает. При установке угла опережения зажигания на автомобиле

нужно выполнить следующие операции: 1) подготовить двигатель;

2) подготовить распределитель; 3) соединить привод распредели-

теля с двигателем; 4) проверить правильность установки угла опе-

режения зажигания.

Первая операция. Коленчатый вал устанавливают в положение,

соответствующее установочному углу опережения зажигания, во

время такта сжатия первого цилиндра. Для этого определяют такт

сжатия: на место вывернутой свечи первого цилиндра помещают

бумажную пробку и вращают коленчатый вал. При такте сжатия

пробка будет выброшена из гнезда. Затем вал поворачивают до со-

впадения меток на блок-картере и шкиве привода вентилятора

(или меток на маховике). Установочный угол указан в руководстве

по эксплуатации автомобиля.

Вторая операция. Вставляют в гнездо блок-картера прерыва-

тель-распределитель. Устанавливают контакты прерывателя на

момент размыкания. Для этого один контакт контрольной лампы

соединяют с клеммой первичной цепи, а другой ее контакт

—

массой. Поворачивают корпус прерывателя-распределителя до

момента загорания лампы, что соответствует моменту размыкания

163

контактов прерывателя. При этом ротор распределителя должен

быть направлен в сторону высоковольтного гнезда первого цилин-

дра на крышке распределителя.

Третья операция. Затягивают болт фиксации корпуса, устанав-

ливают ротор и крышку распределителя, вставляют высоковольт-

ные провода в гнезда крышки распределителя и соединяют со све-

чами.

Четвертая операция. Поворачивают коленчатый вал на два обо-

рота до момента загорания контрольной лампы. При этом должны

совпасть метки на блок-картере и шкиве привода вентилятора

(маховике). При несовпадении меток ослабляют крепления кор-

пуса и слегка поворачивают его, после чего фиксируют корпус и

опять повторяют вторую—четвертую операции. Последующую

проверку проводят с помощью стробоскопа с безынерционной

(неоновой) лампой. Зажим («крокодил») стробоскопа прикрепля-

ют к высоковольтному проводу первого цилиндра и при работаю-

щем двигателе освещают шкив (маховик). За счет стробоскопичес-

кого эффекта метки на блоке и шкиве (маховике) будут казаться

неподвижными. Они точно покажут угол опережения зажигания.

Проверку проводят при 1000 и 2000 мин

-1

. Значения углов для

этих режимов даны в инструкции по эксплуатации.

Окончательную проверку проводят во время движения автомо-

биля на высшей передаче. При прогретом двигателе на скорости

движения 60...70 км/ч для легковых и 40...50 км/ч для грузовых ав-

томобилей резко нажимают на педаль управления дроссельной

заслонкой. Если при этом возникает детонация в цилиндрах дви-

гателя, а потом через 1...2 с пропадает, то зажигание установлено

правильно.

11.5. КОНТАКТНО-ТРАНЗИСТОРНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

Основные тенденции развития автомобильного двигателестрое-

ния: повышение степени сжатия, частоты вращения до

5000...8000 мин

-1

и топливной экономичности (обусловлено рабо-

той двигателя на обедненных смесях) и снижение токсичности (при

работе с нейтрализаторами требуется гомогенная смесь с а~ 1).

В связи с этим к системе зажигания повышены требования.

Необходимо увеличить напряжение, во вторичной цепи зазор ис-

крового промежутка (до 0,8... 1,2 мм), что требует большего \]

энергию искры (15...50 мДж и более). Кроме того, надо обеспечить

устойчивое искрообразование в условиях загрязнения, нагарооб-

разования свечей, колебаний температуры, напряжения бортовой

сети и т. д.

В классической контактной системе невозможно выполнить

эти требования из-за наличия в ней прерывателя, который огра-

ничивает ток разрыва и изнашивается.

164

Рис. 11.8. Принципиальные схемы контактно-транзисторной (а) и бесконтактной (6)

систем зажигания:

У —

катушка зажигания; 2

—

распределитель; 3— искровые свечи

В современных системах зажигания недостатки классической

системы (см. параграф 11.2) либо уменьшены, либо устранены.

Контактно-транзисторные системы зажигания

—

это электрон-

ные системы первого поколения. В этих системах работой транзисто-

ра управляет контактный прерыватель. Ток разрыва, проходящий

по первичной цепи, зависит от параметров транзистора и может

достигать

А. В работе системы можно выделить два этапа: 1) от-

пирание транзистора; 2) запирание транзистора и отсечка тока.

Этап 1. При замыкании контактов прерывателя QS (рис. 11.8, а)

ток управления (0,3...0,8 А) подается на базу Б транзистора VT.

Транзистор отпирается. Ток идет через переход коллектор—эмит-

тер и первичную обмотку катушки зажигания. В этот период в ка-

тушке накапливается электромагнитная энергия.

Ток в первичной обмотке нарастает в соответствии с формулой

где £/

—

падение напряжения на участке коллектор—эмиттер (для германиевых

транзисторов 0,5...0,7 В, для кремниевых

— 1... 1,5

В).

Из этой формулы видно (сравните с формулой на с. 152), что

ток нарастает по экспоненте, так же как и в классической системе,

но гораздо круче. Ограничивая время включения транзистора,

можно получить конкретное значение /

(до 8...10 А).

Этап 2. При снятии потенциала на базе Б (при размыкании

контактов) транзистор запирается, ток в переходе коллектор-

эмиттер почти мгновенно исчезает, и начинается процесс обмена

энергией между магнитными и электрическими полями катушки

зажигания. Потери энергии при этом составляют 2...6 % энергии

магнитного поля. Поэтому транзистор можно считать идеальным

коммутирующим ключом в отличие от контактного прерывателя.

Вместе с сопутствующими элементами (усилительным звеном, ди-

165

одами, варистором) транзистор скомпонован в отдельный нераз-

борный блок

—

коммутатор.

Контактно-транзисторные системы зажигания были примене-

ны в двигателях ГАЗ-5ЭА и ЗИЛ-431410 с катушкой зажигания

Б114, прерывателем-распределителем Р133 (ГАЗ) или Р137 (ЗИЛ)

и транзисторным коммутатором ТК-102.

Однако применение контактно-транзисторной системы не

решило всех проблем. В схеме остались контакты прерывателя

и механический способ распределения энергии по цилиндрам

двигателя, что приводит к обгоранию контактов ротора и

крышки распределителя, смещению угла опережения зажига-

ния. Несовершенство механических автоматов угла опережения

зажигания не обеспечивает оптимальных его значений на всех

режимах работы. Возникают погрешности момента искрообра-

зования из-за механической связи коленчатого вала с распреде-

лителем. При высокой частоте вращения ток разрыва снижается

в 2 раза, что приводит к снижению напряжения во вторичной

цепи.

11.6. БЕСКОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

Бесконтактные системы зажигания

—

это электронные системы

второго поколения. В них отсутствуют недостатки классической и

контактно-транзисторной систем. Прерыватель заменен бескон-

тактным датчиком

(чаще магнитоэлектрическим, см. рис. 11.8, б),

который вырабатывает импульсы в строго определенные моменты

времени. Через блок управления, представляющий собой блок

транзисторов КГ (на рисунке показан только один), импульсы по-

ступают в катушку зажигания 7. Распределитель 2 передает им-

пульсы высокого напряжения на свечи 3. Это системы зажигания

повышенной энергии искры (до 50 мДж) и высокого вторичного

напряжения (до 30 кВ).

Током базы Б транзистора управляет датчик

углового поло-

жения коленчатого вала. В системе применяют магнитоэлектри-

ческие датчики и датчики Холла. Магнитоэлектрический датчик

(рис. 11.8,6) представляет собой катушку с сердечником. При

прохождении мимо сердечника полюса магнита (диск с зубцами) в

катушке возникает ЭДС, которая подается на базу Б транзистора.

Такая система «Искра» применялась на автомобилях ЗИЛ-131 и

ГАЗ с датчиком-распределителем типа 19.3706.

Датчик Холла (рис. 11.9, а) представляет собой полупроводни-

ковую пленку (ПП), вдоль которой в одной плоскости проходит

ток. При прохождении магнитного поля поперек плоскости плен-

ки на ее краях возникает ЭДС, которая через усилитель подается

на базу Б транзистора. Магнитное поле создается постоянным

магнитом, от которого датчик экранирован вращающимся диском

166

Потенциал

питания

11 10

Рис. 11.9. Датчик-распределитель 40.3706:

—

схема эффекта Холла; б—датчик-распределитель; в

—

схема интегрального усилителя; /

—

муфта; 2—вал; 3— маслоотражательное кольцо; -/—сальник; 5—корпус; 6— втулка; 7—

подшипник; £—неподвижная пластина; 9—прокладка; 10— крышка; //

—

ротор; /2—винт;

—

датчик Холла; 14— экран; 15— втулка экрана; 16

—

центробежный регулятор; 17— ште-

керный разъем; 18— вакуумный регулятор

с прорезями. Эффект Холла возникает при прохождении прорези

диска мимо датчика.

Основной прибор бесконтактной системы

—

датчик-распреде-

литель. Большинство двигателей оснащено им наряду с датчиком

Холла. Марки этих приборов от 40.3706 до 55.3706. На рисунке

11.9,6 показан датчик-распределитель 40.3706 автомобилей ВАЗ.

По конструкции центробежный

и вакуумный 18регуляторы со-

ответствуют применявшимся ранее прерывателям-распределите-

лям.

Датчик Холла 13 состоит из постоянного магнита, полупровод-

никовой пластины и интегральной микросхемы. Между полупро-

водниковой пластиной и магнитом вращается стальной экран 14 с

четырьмя прорезями, что соответствует числу цилиндров. Когда

прорезь экрана проходит между магнитом и пластиной, в ней воз-

никает эффект Холла. ЭДС е

(рис. 11.9, в) усиливается, ее сигнал

формируется микросхемой в самом датчике, а затем сигнал Вых

поступает в коммутатор. Напряжение питания t/

= 8...14B пода-

ется от коммутатора через одну из трех клемм колодки штекерно-

го разъема 17. С другой клеммы разъемы выводится сигнал Вых, а

третья клемма соединена с «массой». Экран

закреплен на втул-

ке центробежного регулятора 16, благодаря чему может слегка по-

ворачиваться и изменять угол опережения зажигания в зависимос-

ти от частоты вращения.

Коммутатор служит для увеличения силы тока в первичной

цепи (тока разрыва) и формирования нужного импульса высокого

напряжения независимо от режима работы двигателя.

Коммутатор 56.3734 (в автомобилях ВАЗ-2121, АЗЛК, ЗАЗ и

др.) выполнен на основе большой гибридной интегральной схемы

с использованием толстопленочной технологии. Все элементы

коммутатора смонтированы на медном основании корпуса из по-

лимерного материала, а крышка приклеена к корпусу, т. е. комму-

татор неразъемный. Все сигналы на вход и на выход поступают

через семиштырьковый разъем. Коммутатор 56.3734 взаимозаме-

няем с коммутаторами 36.3734 и 36.3734-20.

Мощный выходной транзистор коммутатора позволяет получить

ток с амплитудой до

А при индуктивной нагрузке (при катушке

зажигания). На базу транзистора подается управляющий ток

/у = /р&н/ 2?ст,

где /

—ток коллектора к моменту прерывания (ток разрыва); ^

—

коэффициент

насыщения: к

- 2...4; /^

—

статический коэффициент усиления тока транзистора.

11.7. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

В современных двигателях широко применяют системы с циф-

ровым способом управления работой системы зажигания (с при-

168

Рис. 11.10. Структурная схема

цифровой системы зажигания:

7, 2,3,4

—

датчики углового положения и

частоты вращения коленчатого вала, на-

грузки и температуры; 5— интерфейс;

6— узел обработки данных; 7— ПЗУ; 8—

коммутатор; ЭБУ

—

электронный блок

управления; КЗ

—

двухвыводные катушки

зажигания

менением 16- и 32-разрядных процессоров). Их называют микро-

процессорными системами управления (МПСУ). Система осна-

щена механическими регуляторами и электронным управлением.

Компоновка микропроцессорной системы зажигания. Для управ-

ления двигателем микропроцессор (МП) должен получить различ-

ные сигналы от следующих датчиков (рис. 11.10): значение угла

поворота коленчатого вала

—

от датчика-формирователя импуль-

сов; в.м.т. первого цилиндра

—

от датчика начала отсчета; значе-

ние нагрузки

—

от датчиков расхода воздуха, положения дроссель-

ной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, а также от

датчика детонации. При работе с нейтрализатором в системе дол-

жен быть еще Л-датчик, определяющий количество свободного

кислорода в отработавших газах. Наряду с МПСУ он обеспечивает

работу двигателя при а = 1.

Все сигналы микропроцессор (очень часто обозначают как

электронный блок управления

—

ЭБУ, контроллер и т. д.) получа-

ет от датчиков через интерфейс.

Интерфейс

—

ряд устройств, которые служат для согласования

входных сигналов с работой МП и выходных сигналов с работой

исполнительных механизмов. Получив и обработав сигналы дат-

чиков, МП уточняет по программе, заложенной в постоянном за-

поминающем устройстве (ПЗУ), величины управляющих сигналов

и отдает команду в коммутатор.

Коммутатор выполняет следующие основные функции:

формирует импульс тока. Амплитуда и длительность его долж-

ны обеспечить необходимые напряжение во вторичной цепи и

энергию искры;

обеспечивает момент искрообразования в соответствии с ха-

рактером управляющего импульса, поступающего на вход комму-

татора;

стабилизирует параметры выходного импульса при колебаниях

бортовой сети и воздействии других внешних факторов.

Дополнительные функции коммутатора: предотвращает про-

хождение тока через первичную обмотку при включенном зажига-

нии и неработающем двигателе; защищает от импульсов перена-

169