Принцип действия бесконтактной системы зажигания

Принцип действия бесконтактной системы зажигания

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

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.

Датчик Холла и экран трамблера

— 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

Кратко о принципе работы

В основу принципа действия датчика зажигания положен эффект Холла, получивший свое название в честь американского физика, открывшего это явление в 1879 году. Подав постоянное напряжение на края прямоугольной пластины (А и В на рис. 1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разность потенциалов на двух других краях (С и D).

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения U_холла довольно мала, в пределах от 10 мкВ до 100 мВ, она зависит как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.

До середины прошлого века открытие не находило серьезного технического применения, пока не было налажено производство полупроводниковых элементов на основе кремния, сверхчистого германия, арсенида индия и т.д., обладающих необходимыми свойствами. Это открыло возможности для производства малогабаритных датчиков, позволяющих измерять как напряженность поля, так и силу тока, идущего по проводнику.

Обнаружение поломки модуля

Неисправность в функционировании датчика Холла вызывает крайне неприятные последствия: машина перестаёт заводиться или глохнет. Двигатель перестаёт работать.

Заподозрить проблемы с датчиком возможно по следующим косвенным признакам:

расход топлива неоправданно большой, причём увеличение расхода наблюдается внезапно, скачкообразно;

при работе двигателя слишком повышается температура, причём это повышение наблюдается стабильно (данный симптом очень неприятен и требует как можно более оперативного обращения в СТО или самостоятельной диагностики датчика Холла);

на некоторых моделях авто переключатель режимов коробки передач может фиксироваться без возможности изменения положения вплоть до того момента, как двигатель будет остановлен и запущен заново;

мотор автомобиля не заводится с первого раза или же не начинает работать вообще;

при холостых оборотах наблюдаются рывки, перебои в функционировании;

при высоких оборотах мотора авто идёт «рывками», дёргается;

во время штатной работы мотор неожиданно глохнет;

Если в процессе езды наблюдаются какие-либо из перечисленных выше признаков, следует сразу же проверить, исправен ли датчик Холла. При этом не стоит забывать, что в системе зажигания могут быть и другие неполадки, поэтому одной только проверкой состояния датчика позиции распределительного вала ограничиваться в любом случае нельзя.

Отличительные особенности при неисправности ДХ

Нарушения в работе датчика имеют различные проявления. Определение их по внешним признакам без вскрытия не всегда возможно. Ниже приведены несколько наиболее распространённых признаков при нарушении в работе датчика Холла:

• двигатель не запускается или заводится плохо;
• нестабильная работа на холостом ходу;
• при движении на высоких оборотах появляется «дергание» автомобиля;
• заведенный двигатель без видимых причин глохнет.

При появлении одного или нескольких приведенных симптомов, следует провести проверку датчика Холла на наличие дефектов.

Датчик Холла Ауди Фольксваген

Где расположен и как функционирует датчик Холла в системе зажигания

Датчик интегрирован в систему рядом с валом прерывателя-распределителя (трамблер). На трамблере установлена зубчатая магнитопроводящая пластина с прорезями, количество прорезей равно количеству цилиндров в силовой установке. Внутри самого датчика находится постоянный магнит.

По мере вращения вала его зубцы последовательно проходят через специальную прорезь, предусмотренную в конструкции датчика Холла. Результатом становится продуцирование импульсного напряжения. Импульс, проходя через коммутатор, перемещается в катушку зажигания. В катушке он преобразуется в высокое напряжение, после чего попадает на свечу зажигания.

Конструктивно современный датчик состоит из магнита, магнитопроводов, лопасти ротора и микросхемы с высокочувствительным элементом, заключенных в легкий и прочный пластиковый корпус. На выходе устройство имеет три клеммы:

• массу;
• плюс (напряжение составляет порядка 6 Вольт);
• преобразователь импульсного сигнала, подаваемого на коммутатор.

Существует несколько методик установки БСЗ на автомобили:

• упрощенный способ, основанный на замене контактной группы оптическим датчиком с силовым электронным ключом для управления катушкой;
• технология для иномарок, выпущенных до середины 80-х гг. прошлого века, предусматривающая доработку штатного трамблера;
• усовершенствованный способ, базирующийся на полноценной замене компонентов системы зажигания (подходит для машин, собранных российскими заводами).

Бюджетный метод

Базовым способом улучшения работы системы зажигания является модуль Сонар-ИК, который устанавливается в стандартный распределитель. Установленный внутри изделия оптический датчик реагирует на вращение кулачков.

Импульсы управляют электронным ключом, который прерывает подачу тока на свечи от катушки, обеспечивая формирование искровых разрядов на свечах в соответствии с порядком работы цилиндров.

Датчик прерыватель для иномарок

Для автомобилей иностранного производства старого образца лучше использовать продукцию компаний UltraSpark, Pertronix или AccuSpark. В набор входит датчик положения вала индукционного типа и кольцо с прорезями, а также инструкция по подключению и настройке. Модель подбирают в зависимости от версии распределителя, установленного на машине. Катушка зажигания и доработка корпуса трамблера не требуются.

Полноценная система

Перечисленные выше способы не позволяют получить все преимущества БСЗ. Владельцам машин отечественного производства рекомендуется установить полноценный набор, состоящий из распределителя с интегрированным датчиком Холла, внешнего коммутатора, катушки и комплекта проводов для коммутации. Подобное оборудование выпускает завод СОАТЭ (г. Старый Оскол). Монтаж требует от владельца навыков ремонта автомобилей.

Бесконтактная система зажигания без распределителя

Принцип работы системы без механических элементов основан на обработке данных о положении коленчатого и распределительного валов электронным блоком управления. В конструкции применяются индивидуальные катушки или общий модуль, соединенный со свечами высоковольтными проводами. Система позволяет улучшить процесс воспламенения топлива и автоматически корректирует опережение. Оборудование устанавливается на силовой агрегат в заводских условиях. Самостоятельно доработать двигатель под БСЗ без распределителя невозможно.

Как проверить датчик Холла

Существует несколько методов проверки. Вкратце они выполняются так:

Проверка исправности датчика холла (схема)

• Создание имитации наличия датчика Холла. Такой метод проверки самый быстрый и подойдет если питание на узлах системы зажигания есть, но искры нет. Для этой цели с трамблера снимают трехштекерную колодку. Далее необходимо включить зажигание автомобиля, и соединить (замкнуть кусочком провода) выходы 3 и 2 (минусовой пин и контакт сигнала). Если в процессе на центральном проводе катушки зажигания появится искра — значит, датчик вышел из строя. Заметьте что, дабы выявить искрообразование, нужно держать высоковольтный провод у массы.
• Проверка датчика Холла мультиметром, самый распространенный метод. При такой проверке используют мультиметр (тестер). Для этого лишь достаточно измерить напряжение на выходе датчика. Если он исправен, то напряжение должно находиться в пределах 0,4. 11 В.
• Замена неисправного устройства на заведомо рабочее. Его можно взять у знакомых, имеющих машину с таким же датчиком. Если после замены беспокоящие вас проблемы исчезнут, придется покупать и менять датчик Холла на новый.

Проверка датчика Холла

Датчик Холла, проверка при помощи мультиметра.

Еще один распространенный метод заключается в проверке наличия сопротивления на датчике. Для этого необходимо сделать несложный прибор, состоящий из резистора сопротивлением 1 кОм, светодиода и гибких проводов. К ножке светодиода припаивается сопротивление, а к нему два провода такой длины, которая удобна для работы (не короткие).

Потом снимают крышку распределителя, отсоединяют трамблер и штекерную коробку. Далее проверяют исправность электрической цепи. Для этого электронный мультиметр (вольтметр) подключается к 1 и 3 клемме, после чего включается зажигание автомобиля. При нормальных условиях, полученное на экране измерительного прибора значение, должно находится в пределах 10. 12 В.

Далее аналогично подсоединяем на те же клеммы сконструированное устройство. Если вы угадали с полярностью — светодиод загорается. В противном случае необходимо поменять местами провода. Дальнейшая процедура заключается в следующем:

• провод, подсоединенный к первой клемме, не трогаем;
• конец с третьей клеммы перекидываем на свободную вторую;
• проворачиваем распределительный вал (вручную или с помощью стартера).

Если в процессе поворота вала светодиод моргает, значит, все в порядке, и датчик Холла не нуждается в замене.

Стоит отметить, что процесс проверки датчика Холла на ВАЗ 2109, Ауди 80, Фольксваген Пассат Б3 и других машинах проводится по одинаковой схеме. Разница состоит лишь в расположении отдельных частей под капотом автомобиля.

Как проверить датчик Холла в трамблере?

Распространённый способ проверки – имитирование наличия датчика. Это самый эффективный способ. Он подходит при наличии электричества на узлах системы зажигания и при полном отсутствии искры.

Для проверки с трамблера демонтируем колодку для подключения штекеров. Потом активируем зажигание машины и при помощи небольших кусочков проволоки замыкаем выходы 2 и 3. Если есть искра на среднем проводе катушки зажигания, значит, датчик приказал долго жить. Для выявления образования искры высоковольтную проводку располагаем рядом с массой.

Прозвонить мультиметром

Надо замерить напряжение, которое сформировалось на выходе контроллера. При исправности прибора напряжение будет в пределах 20 вольт.

Прежде всего придется вынуть чехольчик с колодки, подведенной к трамблеру. Далее действуем так:

• демонтируем основной экранированный провод с распределителя;
• подсоединяем его к массе (для предотвращения риска случайного появления разряда);
• активируем зажигание;
• снимаем распределительную колодку;
• мультиметр ставим в положение ПТ 20 В;
• минусовой щуп присоединяем к массе;
• плюсовой нам потребуется для замера напряжения.

На трамблерной колодке 3 разноцветных провода. На красном напряжение должно быть в районе 12 В. Такое же значение — норма и для зеленого провода. А вот на белом оно должно равняться нулю. Если прибор в звуковом режиме, при касании щупом белого провода появится звон. Это свидетельство нормального соединения провода с массой.

Так мы убедились в наличии всех импульсов на ДХ. Теперь берем приготовленные заранее небольшие гвоздики и вставляем их: один — в зеленый (средний) провод, другой — в белый (масса). Колодку монтируем в трамблер. Гвоздики выполняют роль проводников. Дело в том, что с другой стороны колодки контактная база отсутствует, а оголять проводку нельзя. Плюсовой щуп подносим к среднему проводу, минус — к массе. Прибор должен показывать 11.2 В (примерное значение). Проворачиваем коленвал. Если в нижней точке показания будут соответствовать 0,02 В, а в верхней 11,8 В — это норма. Значительные отклонения от этих показаний говорят о проблеме.

Другие способы

Если симптомы неисправности датчика Холла не убедили вас, что проблема именно в нем, можно попробовать измерить сопротивление на датчике. Здесь самому придется выступить в роли конструктора и сделать прибор, составляющие детали которого:

• резистор в 1 кОм;
• светодиод;
• проводка.

К одной ножке светодиода паяем сопротивление, к нему — 2 проводка. Длину проводков выбираем самостоятельно – так, чтобы было удобнее работать. Демонтируем крышку распределителя, отключаем штекерный узел и трамблер. Затем диагностируем электроцепь. Для этого вольтметр подсоединяем к 1 и 3 клеммам, активируем зажигание авто. Если узел работает правильно, на экране появится значение — 10-12 вольт.

Затем сделанный для измерения прибор подсоединяем к тем же клеммам. Светодиод обязательно загорится при верном выборе полярности. Если этого не происходит, провода надо поменять местами. Дальше действуем так:

• подключенный к первой клемме провод оставляем в покое;
• третью клемму перебрасываем на вторую;
• прокручиваем распредвал (вручную или при помощи стартера).

Принцип прост: если при прокручивании вала светодиод мигает – значит, все работает и сенсор в порядке. Проверка датчиков на разных моделях машин производится по одной схеме.

Также можно попросить знакомых одолжить устройство, которое является заведомо рабочим. Обратитесь к автолюбителям, на машинах которых стоят идентичные сенсоры. Если проблемы пропали, это означает, что ДХ на вашем автомобиле неисправен.

1 – датчик-распределитель зажигания;
2 – вольтметр, имеющий предел шкалы не менее 15 В и внутреннее сопротивление не менее 100 кОм;
3 – вид на штепсельный разъем датчика-распределителя зажигания.

Система зажигания — бесконтактная. Состоит из датчика-распределителя, коммутатора, катушки зажигания, свечей, выключателя зажигания и проводов высокого и низкого напряжения. На часть автомобилей ранее устанавливали микропроцессорную систему управления двигателем (на основе контроллера «Электроника МС 2713-02» или «МС 4004»), часть автомобилей для экспорта оснащали системой снижения токсичности согласно нормам США 1983 г.

Датчик-распределитель зажигания типа 40.3706 или 40.3706-01, четырехискровой, неэкранированный, с датчиком управляющих импульсов (Холла) и встроенными вакуумным и центробежным регуляторами опережения зажигания. На двигателе -21081 устанавливался датчик-распределитель 40.3706-10 с иными характеристиками центробежного и вакуумного регуляторов опережения зажигания, его крышка маркируется отличительной меткой красного цвета.
Датчик-распределитель выполняет две основные функции: во-первых, задает момент искрообразования в зависимости от начальной его установки, числа оборотов коленчатого вала и нагрузки на двигатель, а во-вторых, распределяет импульсы высокого напряжения («искру») по цилиндрам в соответствии с порядком их работы. Для этого служит ротор (бегунок), надетый на валик датчика распределителя. Для того чтобы не ошибиться при сборке, бегунок и крышка устанавливаются на датчик-распределитель только в одном положении, так же как и его муфта — в прорезь на торце распределительного вала. В бегунке имеется помехоподавительный резистор сопротивлением 1 кОм.

Проверить работоспособность датчика Холла можно, собрав схему, показанную ниже на рисунке. Медленно вращая валик датчика-распределителя зажигания, следим за показаниями вольтметра. Напряжение должно резко меняться от минимального (не более 0,4 В) до максимального (не более, чем на 3 В меньше напряжения питания). Если стальной экран с прорезями задевает за датчик (определяется по легкому заеданию или царапающему звуку при вращении валика, а также после частичной разборки датчика-распределителя), проверьте осевой люфт валика (не более 0,35 мм — регулируется подбором шайб) и посадку экрана на валике. При необходимости замените датчик-распределитель в сборе. Неисправный датчик Холла ремонту не подлежит и должен заменяться новым (за исключением обрыва проводов между самим датчиком и колодкой на корпусе датчика-распределителя).

Грубо оценить исправность вакуумного регулятора можно непосредственно на автомобиле. На работающем двигателе отсоединяем от штуцера карбюратора вакуумный шланг, ведущий к регулятору. Если теперь создать в шланге разрежение (можно ртом), обороты двигателя должны возрасти, а при снятии разрежения — вновь должны снизиться. Разрежение должно сохраняться по крайней мере несколько секунд, если пережать шланг. Визуально в работоспособности вакуумного регулятора можно убедиться, частично разобрав датчик-распределитель (см. Снятие и разборка датчика-распределителя зажигания) и подавая разрежение к впускному штуцеру регулятора. При этом экран датчика-распределителя должен поворачиваться на угол 7±1°, а при снятии разрежения — без заедания возвращаться обратно.

Точную проверку и настройку вакуумного и центробежного регуляторов опережения зажигания производят на специальных стендах. В домашних условиях это делать не рекомендуется. При выходе из строя вакуумного регулятора его следует заменить, если неисправен центробежный — заменить датчик-распределитель.

Коммутатор типа 3620.3734, или 76.3734, или RT1903, или PZE4022 размыкает цепь питания первичной обмотки катушки зажигания, преобразуя управляющие импульсы датчика в импульсы тока в катушке зажигания. Коммутатор проверяется осциллографом по специальной методике. В случае неисправности он неремонтопригоден, при подозрении на неисправность рекомендуется заменять. Запрещается отсоединять разъем коммутатора при включенном зажигании — это может вызвать его повреждение (равно как и других компонентов системы зажигания).

Катушка зажигания — типа 3122.3705 — сухая, с замкнутым магнитопроводом, или типа 8352.12, 027.3705, 27.3705, 27.3707-01, АТЕ1721 — маслонаполненная, с разомкнутым магнитопроводом. Данные для проверки: сопротивление первичной обмотки при 25 °С — 0,43±0,04 Ом (3122.3705) или 0,42±0,05 Ом (8352.12), вторичной обмотки — 4,08±0,4 кОм (3122.3705) или 5±1 кОм (8352.12). Сопротивление изоляции на массу — не менее 50 МОм.

Свечи зажигания — типа А17ДВР, или А17ДВРМ, или А17ДВРМ1, или их импортные аналоги (с помехоподавительными резисторами сопротивлением 4–10 кОм).
Высоковольтные провода — с распределенным сопротивлением 2550±270 Ом/м.

Запрещается прикасаться к высоковольтным проводам на работающем двигателе: это может привести к электротравме.

Как исключение допускается кратковременная проверка системы зажигания «на искру», при этом контакт проверяемого высоковольтного провода должен быть надежно закреплен на расстоянии 5–10 мм от «массы» автомобиля. Запрещается удерживать провод руками или инструментом (даже с изолированными ручками).

Выключатель зажигания типа 2108-3704005 или KZ813 с противоугонным запорным устройством, блокировкой против повторного включения стартера без предварительного выключения зажигания. При повороте ключа в положение «зажигание» подается напряжение на управляющий вход дополнительного реле типа 113.3747-10, которое, в свою очередь, подает напряжение на катушку зажигания и коммутатор. Таким образом, разгружаются контакты выключателя зажигания.