Материал: Экзамен по Электрооборудованию

6. Исследование транзисторных и микропроцессорных систем зажигания

2.2 Контактно-транзисторныесистемы отличаются, тем, что через контакты прерывателя протекает в них лишь ток управления тран­зистором, ток базы, составляющий всœего 0,5 - 0,8 А, а ток первич­ной цепи, достигающий примерно величины 7А, коммутируется си­ловым участком (эмиттером - коллектором) транзистора. Благо­даря этому_: износ контактов прерывателя резко уменьшается, а ста­бильность искрообразования возрастает до 30 тыс. искр в минуту. Принципиальная схема контактно-транзисторной системы зажига­ния для восьмицилиндровых двигателœей и общий вид отдельных ее приборов показаны на рис, 3. Основу, ее составляет транзисторный коммутатор ТК-102. Дополнительный резистор СЭ-107 катушки зажигания Б-114 выполнен в отдельном блоке, состоящем из двух секций. Одна из них включена в сеть постоянно, а вторая при пуске закорачивается через контакты КЗ, вмонтированные в тяговое релœе стартера. Вторичная обмотка катушки зажигания, одним концом выведена на массу. Распределитель и прерыватель обычной-конст­рукции (см. рис. 2), но последний работает без искрогасительного конденсатора, нужнобность в котором при малом токе отпадает.

Транзисторный коммутатор выполнит функции усилителя. Его мощный германиевый транзистор Т включен последовательно в первичную цепь катушки зажигания. База этого транзистора через пер­вичную обмотку W1 импульсного трансформатора Т соединœена с прерывателœем, а через вторичную обмотку W₂ последнего, шунтированную резистором R₂ с эмиттером. Малая электрическая нагрузка на контакты способствует увеличению срока их службы. Для защиты транзистора Т от электрического пробоя служит кремниевый стабилитрон T, включаемой параллельно первичной обмотке, ка­тушки зажигания. Напряжение пробоя стабилитрона выбирают ни­же опасного для транзистора, оно составляет примерно 100 В. Ког­да э. д. с. тока самоиндукции, возникающего в первичной обмотке катушки зажигания при размыкании цепи, превышает напряжение пробоя стабилитрона, то через него и диод Д ток самоиндукции замыкается. Диод включают встречно стабилитрону и он не про­пускает ток через стабилитрон в прямом направлении от батареи. Электролитический конденсатор С₂ большой емкости (50 мкФ) слу­жит для предохранения системы от повреждения в случае кратковременного повышения напряжения источника питания (генера­тора).

В случае если выключатель зажигания ВЗ включен и контакты прерывателя замкнуты, то ток управления от батареи проходит через первичную обмотку катушки зажигания и обмотки импульсного транс­форматора ИТ на массу. Напряжение во вторичной обмотке W₂ трансформатора при этом падает, и потенциал базы, становится ниже потенциала эмиттера, вследствие чего транзистор Т, переходя в состояние насыщения, открывается и замыкает цепь на массу. Это приводит к нарастанию тока, проходящего через первичную обмот­ку катушки, зажигания до максимума (примерно 7 А).

При размыкании прерывателя ток управления в первичной об­мотке IF, импульсного трансформатора ИТ исчезает, что приводит к наведению э. д. с. во вторичной обмотке W₂ трансформатора, ко­торая подключается так, что э. д. с. ее создает повышенное напря­жение на базе, а когда величина этого напряжения превысит, напряжение эмиттера, транзистор закрывается и, переходя в состоя­ние отсидки, резко прерывает ток в первичной обмотке катушки зажигания. Далее индуктирование во вторичной обмотке тока высо­кого напряжения протекает, как в обычной системе после размыкания контактов прерывателя. Потери и мощность, выделяемая при закрывании транзистора, а следовательно, и нагревание его, уменьшаются с помощью конденсатора C1 и резистора R1.

В сравнении с обычной батарейной - транзисторная система за­жигания повышает эффективность воспламенения обедненных горю­чих смесей и несколько улучшает экономичность двигателя при ра­боте на частичных нагрузках. Сравнительные испытания контактно-транзисторной системы зажигания АТЭ-2 на двигателœе ЗИЛ-130, проведенные И. Я._Райковым в Московском автомеханическом институте, показали, что зона устойчивой работы двигателя смеща­ется в область бедных горючих смесей, а оптимальный зазор между электродами свечей возрастает до 1,2 мм. В случае если при этом изме­нять регулировку карбюратора на приготовление более бедной горючей смеси, то экономичность двигателя на частичных нагрузках повышается в среднем на 3% и одновременно несколько снижается токсичность отработавших газов. (Такими системами оснащают двигатели ЗИЛ/ЗМЗ и др.).

Тиристорная система зажигания характеризуется накоплением энергии, крайне важной для искрообразования в электрическом кон­денсаторе (в емкости) и отличается малой, продолжительностью разряда, большой силой тока искрового разряда, а стабильность искрообра­зования сохраняется при этом до 36,тыс. разрядов в минуту благо­даря возможности быстрого подзаряда конденсатора. Такие системы нечувствительны к нагарообразованию и более успешно работают, к примеру, в роторно-поршневых и других двигателях со склонно­стью к нагарообразованию на свечах. Для отечественных методик, летных двигателœей тиристорную систему применяют с питанием ее от источника переменного тока (маховичного генератора).

При этом электронным системам с контактным управлением свой­ственны и некоторые недостатки обычных батарейных систем, так как в них сохранен механический прерыватель с присущими ему износом, вибрацией контактов и другими нежелательными свойст­вами.

Электронные системы с бесконтактным управлением отличаются от рассмотренных как по принципу действия, так и по конструкции; они свободны от упомянутых недостатков, но сложнее и дороже контактных. В отечественной практике бесконтактную транзисторную систему применяют для двигателœей автомобилей ЗИЛ-131, «Урал-375Д» и др. Οʜᴎ оснащены системой «Искра», в состав ко­торой входят следующие устройства:

Транзисторный коммутатор ТК-200, включающий в себя четыре транзистора, в том числе один, мощный высоковольтный. Датчик- распределитель зажигания Р351, включающий в себя высоковольт­ный распределитель и магнитоэлектрический бесконтактный датчик импульсов момента зажигания, являющийся однофазным генерато­ром переменного тока с постоянным магнитом, число пар полюсов которого равно числу цилиндров. Катушка зажигания Б-118, а так­ же включатель зажигания, добавочный резистор (сопротивление) и выключатель, сблокированный с включателœем стартера.

Бесконтактные системы зажигания полностью устраняют недо­статки, связанные с механическим прерывателœем и центробежно-вакуумными регуляторами опережения зажигания, но распредели­тель в них имеет механический привод с его цепочкой люфтов, на­рушающей в какой-то мере своевременность подачи искры в отдель­ные цилиндры. Этот недостаток позволяют преодолевать так, назы­ваемые цифровые системы зажигания.

Электронная цифровая система не имеет распределителя с ме­ханическим приводом и обеспечивает автоматическое регулирова­ние момента зажигания с помощью электронного цифрового блока в зависимости от многих факторов, а не только от скорости вращения вала и нагрузки. Цифровая система создает, к примеру, благо­приятные условия для регулирования момента зажигания и по при­знаку детонации, которую стремятся предотвращать в современных двигателях. На рис. 4 представлена блок-схема цифровой системы фирмы «Хартинг». На вал двигателя установлен зубчатый диск с равномерно расположенными по его окружности выступами, элек­тромагнитный датчик 2, реагируя на прохождение около не­го выступов 1, вырабатывает импульсы, пропорциональные частоте вращения вала; второй датчик 3 расположен так, что он реагирует только на уста­новочный выступ, который раз­мещен на диске в зоне за 90° до в.м.т. и вырабатывает один установочный импульс за каж­дый оборот вала. Электронная часть системы состоит из глав­ного 4 и дополнительного 5 счетчиков, задатчика времен­ных интервалов 6, усилителя мощности 7, блока управления моментом включения 8, датчи­ков температуры 9, давления 10 и положения дроссельной заслонки карбюратора 11, электронного распределителя 13, а также 1 имеет катушку 12 и свечи зажигания 14.

Счетчик 4 суммирует им­пульсы, предопределяемые час­тотой вращения вала, двигате­ля и только после коррекции этой суммы по числу импульсов от датчиков других устройств выдает сигнал (импульс) на зажигание, а через высоковольтный электронный распределитель искра на­правляется в соответствующий цилиндр. Следовательно, в системе нет механических промежуточных звеньев и нет, в связи с этим накладок от них на своевременность воспламенения смеси в цилиндрах, вы­зываемых несовершенством системы зажигания. Параметры систе­мы остаются неизменными в течение всœего срока эксплуатации без обслуживания и дополнительных регулировок, что нужно отнести к большим ее достоинствам. Из известных систем зажигания цифро­вая - наиболее сложная и дорогая, но и самая перспективная, особенно в случае сочетания ее возможностей с современными сис­темами питания двигателœей с обратной связью.

7. Исследование датчика частоты вращения двигателя внутреннего сгорания

Разработанный преобразователь (рисунок 3.16) частоты вращения содержит датчик 1 частоты вращения вала, формирователь 2 импульсов, фильтр 3 нижних частот, измерительный прибор 4, диск 5 с прорезями и выступами, установленный на валу, катушка индуктивности 6 с магнитным сердечником, жестко закрепленная вблизи прорезей и выступов диска. Формирователь 2 импульсов изготовлен в виде последовательно соединенных триггера 7 с одним входом, выполненного на двух 8 и 9 биполярных транзисторах с коллекторно-базовыми связями, и эмиттерного повторителя 10. Устройство имеет дифференцирующую цепь 11, входом подключенную к катушке индуктивности 6, последовательно соединенные вторую дифференцирующую цепь 12 и выпрямитель 13, при этом выпрямитель 13 соединен с фильтром 3 нижних частот, база 14 первого биполярного транзистора 8 триггера 7 подключена к дифференцирующей цепи 11, а выход эмиттерного повторителя 10 – ко входу второй дифференцирующей цепи 12. Первая дифференцирующая цепь 11 содержит резисторы 15,16, конденсатор 17. Триггер 7 имеет резисторы 18, 19, 20, 21. Вторая дифференцирующая цепь 12 содержит резисторы 22, 23, конденсатор 24. При вращении вала с металлическим диском 5 с прорезями и выступами на выходах катушки 6 индуктивности формируются разнополярные импульсы, которые дифференцируются с помощью первой дифференцирующей цепи 11. На рисунке 3.17, а представлена осциллограмма остроконечных импульсов, пригодных для запуска триггера 7. В исходном положении триггера считается, что первый транзистор 8 закрыт, а второй 0 открыт. При поступлении на базу 14 транзистора 8 положительного остроконечного импульсаА в момент времени 1 t (см. рисунок 3.17, а) транзистор 8 открывается, а транзистор 9 закрывается (рисунок 3.17, б, в). При последующем поступлении в момент времени 2 t отрицательного остроконечного импульса Б (см. рисунок 3.17, а) на базу 14 транзистора 8 этот транзистор закрывается, а транзистор 9 открывается. В результате этого на выходе триггера 7 формируется прямоугольный импульсД (см. рисунок 3.15, в).

При поступлении от первой дифференцирующей цепи 11 остроконечных импульсов В и Г (см. рисунок 3.15, а) на базу 14 транзистора 8 происходит формирование прямоугольного импульса Е (см. рисунок 3.15, в). Далее импульсы образуются с помощью триггера 7 аналогично описанному выше. При изменении частоты вращения вала формируются прямоугольные импульсы, которые отличаются своей длительностью, но имеют одинаковую высоту, а следовательно, и различную площадь, но нет возможности их интегрирования. Для получения одинаковой площади они дифференцируются второй дифференцирующей цепью, при этом формируется разнополярная последовательность экспоненциальных импульсов. С помощью операции выпрямления они преобразуются в последовательность экспоненциальных импульсов положительной полярности, после чего сглаживаются фильтром 3 и измеряются прибором 4.

8. Исследование аналого-цифрового преобразователя микропроцессорных систем

Основные преимущества цифровых приборов перед аналоговыми

Цифровой сигнал, по своим электрическим свойствам (также как и в примере с тональным сигналом), имеет большую пропускную способность передачи информации, нежели аналоговый сигнал. Также, цифровой сигнал, можно передавать на большее расстояние, чем аналоговый, причем без снижения качества передаваемого сигнала. Например, непрерывный звуковой сигнал, передающийся в виде последовательности 1 и 0, может быть восстановлен без ошибок при условии, что шума при передаче было не достаточно, чтобы предотвратить идентификацию 1 и 0. Час музыки может быть сохранен на компакт-диске с использованием около 6 млрд. двоичных разрядов. Это особенно актуально в последнее время, с учетом огромного роста передаваемой информации (увеличение количества теле-, радиоканалов, увеличение количества телефонных абонентов, увеличение числа пользователей интернета и скорости интернет линий).

Хранение информации в цифровых системах проще, чем в аналоговых. Помехоустойчивость цифровых систем позволяет хранить и извлекать данные без повреждения. В аналоговой системе старение и износ может ухудшить записанную информацию. В цифровой же, до тех пор, пока общие помехи не превышают определенного уровня, информация может быть восстановлена совершенно точно.

Цифровыми системами с компьютерным управлением можно управлять с помощью программного обеспечения, добавляя новые функции без замены аппаратных средств. Часто это может быть сделано без участия завода-изготовителя путем простого обновления программного продукта. Подобная функция позволяет быстро адаптироваться к изменяющимся требованиям. Кроме того, возможно применение сложных алгоритмов, которые в аналоговых системах невозможны или же осуществимы, но только с очень высокими расходами.

При передаче цифрового телевизионного сигнала, телезритель уже не увидит такого дефекта как «изображение снежит», как было в аналоговом сигнале при плохом приеме. В цифровой передаче телеканалов, качество картинки может быть только хорошим, или изображения совсем не будет если прием плохой (то есть, или да, или нет).

Что касается цифровой передачи телефонных разговоров, то здесь, с хорошим качеством может передаваться как шепот, так и крик, как нижние тона, так и высокие, и тут уже неважно на каком расстоянии находятся телефонные абоненты.

Цифровая техника всегда превосходила аналоговую по точности. Например, сравним аналоговый и цифровой диктофоны. При необходимости записать голосовую информацию, цифровой прибор справится с задачей лучше аналогового. Это будет заметно в качестве записи. Дело в том, что аналоговый диктофон не так точно воспроизводит информацию, в запись будут намешаны шумы, а цифровой будет отсеивать ненужные шумы, соответственно звучание будет правдоподобнее.

Цифровая техника миниатюрнее. Приборы построены на микросхемах, способных проводить операции сложения и вычитания над числами, отсюда и малые размеры. Данные современных приборов могут в отличие от аналоговых быстро обрабатываться компьютерами. Конечно, данные аналоговых тоже могут быть помещены в компьютер, но ему предварительно потребуется их переводить на «свой» цифровой язык.

Цифровая техника экономичнее и дольше служит. Микросхемы потребляют меньше энергии и могут долгое время исправно работать, в то время как механическая техника будет быстро выходить из строя.

Также цифровые приборы могут похвастаться:

·   Малая погрешность. Точность аналоговых приборов ограничивается погрешностями измерительных преобразователей, самого измерительного механизма, погрешностями шкалы и т.д.

·   Высокое быстродействие (число измерений в единицу времени); При измерении изменяющихся во времени величин быстродействие играет важную роль. Если для показывающих приоров не требуется высокого быстродействия, так как возможности работающего с ними оператора ограничены, то напротив, требование быстродействия становится важным при обработке информации с помощью ЭВМ, к которым часто подключаются цифровые приборы.

·   Отсутствие субъективной ошибки отсчетов результата измерения - субъективных погрешностей, связанных с особенностями зрения человека, из-за параллакса, из-за разрешающей способности глаза.