Конструкции датчиков импульсов и принципы формирования управляющих сигналов

Для подачи сигнала на образование искры в нужный момент времени необходим какой-либо датчик положения коленчатого вала. Контактный прерыватель является частным случаем такого датчика, однако датчик может быть и бесконтактным.

Бесконтактный датчик имеет следующие преимущества перед контактным:

Ø уменьшается износ, люфты и биения;

Ø повышается точность;

Ø опережением можно управлять с помощью электронных устройств, имеющих более высокую точность и широкие возможности по сравнению с механическими регуляторами;

Ø снижение энергии искры с ростом частоты вращения вала двигателя может быть предотвращено электронным регулированием угла замкнутого состояния.

Датчик, запускающий разряд свечи, часто называют генератором импульсов или генератором сигналов.

Генераторы импульсов бывают трех типов: оптические, генераторы Холла, индукционные. На рис. 1 показано прохождение импульсного сигнала от генератора до свечи.

Оптический генератор импульсов. Сегментированный диск, закрепленный на валу распределителя, перекрывает инфракрасный луч, направленный на фототранзистор (рис. 2). В течение промежутка времени, пока фототранзистор освещен, через первичную обмотку катушки идет ток.

		Рис. 2.Оптический генератор импульсов: 1. Диск с прорезями (обтюратор). 2. Инфракрасный источник. 3. Фототранзистор. 4. Импульсный сигнал. 5. Вал распределителя зажигания

Когда диск перекрывает луч, датчик посылает в блок управления импульс, который прерывает ток в катушке и таким образом генерирует искру. Источником инфракрасного излучения служит полупроводниковый диод из арсенида галлия.

Существует несколько разновидностей такого рода устройств: запуск искры может происходить при открытии или наоборот закрытии светового источника, в качестве источника света может использоваться обычный светодиод.

На рис. 3 показана конструктивная схема системы зажигания с оптическим генератором импульсов, который может быть установлен в серийном распределителе зажигания.

Обычно такие генераторы задают постоянный угол включенного состояния катушки, но качество зажигания от этого не страдает, поскольку на него не оказывает влияние динамика подвижного контакта и этот угол остается всегда постоянным независимо от скорости.

	Рис. 3. Система зажигания с оптическим генератором: 1. Выключатель зажигания. 2. Балластный резистор. 3. Катушка зажигания. 4. Провод высокого напряжения. 5. Электронный блок. 6. Оптический генератор

Генератор Холла. Устройство содержит пластинку кремния, через две грани которой пропускается небольшой (около 30 мА) ток А (рис. 4).

		Рис. 4. К пояснению эффекта Холла: 1. Электрический ток. 2. Магнитный поток. 3. Кремниевая пластинка. 4. Напряжение Холла

Если пластинку поместить в магнитное поле, то на двух других гранях пластинки появится напряжение V около 2 мВ, увеличиваясь с ростом температуры. В этом и состоит эффект Холла. Пластинка обычно составляет одно целое с интегральной схемой, осуществляющей усиление и формирование сигнала.

Изменение магнитного поля вызовет изменение напряжения Холла, которое можно использовать для управления разрядом свечи. На рис. 5 показано устройство генератора импульсов, основанное на эффекте Холла. Магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом, прерывается лопастями обтюратора, вращающегося на валу распределителя зажигания.

При открытом зазоре между постоянным магнитом и датчиком Холла пластинка выдает напряжение. Если зазор перекрывается лопастью обтюратора, магнитное поле замыкается через лопасть и не попадает на пластинку Холла. Напряжение при этом падает (рис. 6).

Сигнал с граней пластинки попадает в усилитель и формирователь импульсов, после чего он может управлять включением и выключением катушкиОснованный на эффекте Холла генератор фирмы Bosch имеет соотношение лопасть/окно 70:30, т.е. постоянный угол замкнутого состояния. Однако на катушке этот угол может изменяться путем электронного регулирования ширины импульсов.

При высоком уровне напряжения Холла первичная обмотка катушки отключена и свеча дает разряд, т.е. разряд свечи происходит в момент, когда лопасть обтюратора выходит из зазора.

Генератор Холла имеет высокую надежность и в отличие от оптического генератора не столь чувствителен к загрязнению.

Индукционный датчик. Если катушка находится в переменном магнитном поле, то в катушке индуцируется напряжение. Напряжение индукции зависит от скорости изменения магнитного поля, числа витков катушки, знака изменения магнитного поля (нарастание или убывание). Этот принцип также можно использовать для управления моментом зажигания.

На рис. 7 схематично показан датчик индукционного типа. Датчик включает в себя постоянный электромагнит с обмоткой и зубчатый диск. При вращении диска магнитное поле замыкается либо через зуб, либо через впадину. Магнитный поток, проходящий через обмотку, индуцирует в ней ЭДС переменного знака. Сигналы датчика проходят через формирователь импульсов и далее поступают на управление первичной обмоткой катушки зажигания.

		Рис. 7. Индукционный генератор импульсов с постоянным магнитом: 1. Постоянный магнит. 2. Индукционная обмотка. 3. Переменный воздушный зазор. 4.Зубчатое колесо

При увеличении частоты вращения выходное напряжение датчика будет меняться по двум параметрам:

1) возрастет частота импульсов;

2) напряжение вырастет с долей вольта до сотни вольт.

Система может работать во всем указанном диапазоне параметров. Конструкция распределителя зажигания представлена на рис. 8.

Рис. 8. Внешний вид (сверху со снятой крышкой) на распределитель зажигания Lucas с индукционным генератором: 1. Катушка. 2. Статор. 3. Датчик 4. Зубчатое колесо

Bosch и завод АТЭ (г. Старый Оскол) реализуют тот же принцип в иной конструкции (рис. 9).

Плоская круглая неподвижная пластина снабжена четырьмя полюсными наконечниками (в случае четырехцилиндрового двигателя), магнитное поле которых поддерживается мощным постоянным магнитом. На валу распределителя зажигания закреплен стальной диск с четырьмя выступами, которые проходят на расстоянии 0,5 мм от полюсов. Под вращающимся диском соосно с валом установлена катушка датчика. При вращении диска его выступы проходят рядом с полюсами и резко меняют магнитный поток через обмотку, в результате чего в ней генерируются импульсы. Преимуществом такой конструкции является симметричное расположение катушки и магнитного поля.

В некоторых конструкциях датчик может быть установлен в зоне маховика, при этом выступы, замыкающие магнитное поле, закреплены на маховике болтами.