Микропроцессорная (электронная) система зажигания: назначение, принципы построения и работы

Существующие разновидности коммутаторов

Различают два основных типа устройств: AC CDI и DC CDI. Первые коммутаторы небольшие и простые, в их схеме используется высоковольтный генератор. Вторые более распространены, снабжены четырьмя контактными группами с минусом и плюсом, а также отдельными выходами на катушку и датчик Холла. Но последние функционируют только при наличии высокого напряжения, подведённого с внешнего источника.

Коммутаторы также принято классифицировать, согласно функциональным особенностям:

• традиционные или стоковые устройства, строго соответствующие параметрам автомобиля — как правило, ставятся ещё с завода;
• спортивные — имеют возможность увеличения верхнего предела количества оборотов ДВС, однако такая разновидность является уделом опытных специалистов и имеет риски аварий;
• с возможностью регулировки фаз УОЗ — отличный вариант, когда требуется выровнять крутящий момент силовой установки, улучшить разгонные характеристики и стабилизировать работу мотора на разных оборотах.

Безусловно, коммутаторы принято делить и по основным разновидностям.

Электронные

Данный тип коммутатора ещё называют микропроцессорным с транзитными ключами. Он используется для управления напряжением преобразователя и снижает нагрузки на соединения, тем самым повышая мощность тока.

• возможность лучшего наполнения цилиндров ДВС;
• эффективная отдача мотора на всех оборотах.

Гибридные

В этих системах дополнительно используется механическая часть — кулачковый трамблёр. Электронику представляет сам коммутатор и катушка. Узел очень надёжен, экономичен и удобен. К примеру тем, что при выходе из строя свитча, можно переключаться на старый преобразователь с бегунком.

Бесконтактные

Группа с транзисторами, широко применяемая с начала восьмидесятых годов. Она вытеснила допотопные классические контактные системы. Считалась в своё время наиболее эффективной, так как показатели её работы были намного выше, чем у остальных коммутаторов.

Двухканальные

Та же бесконтактная система, но значительно модернизированная. К примеру, обычная БСЗ имеет те же недостатки КСЗ — потерю энергии искры, нестабильность холостых оборотов, ограничение на регулировку УОЗ, высокую чувствительность к загрязнениям и влажности. Двухканальная система или ДБСЗ избавляет систему зажигания от этих минусов, обеспечивая ещё более высокую энергию искры за счёт использования дополнительных катушек. Также здесь не применяются проблемные подвижные элементы — бегунок и уголёк, а крышка выполняет лишь функции защитного элемента. Поэтому она и не подвержена выгоранию.

Интересно, что двухканальное зажигание применялось и раньше. Это было реализовано на экспортных Ваз-21083. Однако коммутаторы данного типа, называемые еще двухконтурными, не получили широкого распространения из-за низкого качества тогдашней электроники.

Ещё один нюанс, касающийся коммутаторов. У них могут быть разные выходы. Те, у которых стоит по умолчанию цифра «1», крайне опасны для катушек зажигания в тот момент, когда испытывают неисправности. Но плюс таких устройств в том, что с ними можно интегрировать стандартные преобразователи для контактного зажигания.

Контактная система

Контактное зажигание — это система, которая является самой технически древней, так как появилась она еще очень давно, а недостатков у нее масса. Основной заключается в наличии механического прерывателя и механического распределителя цепи, которые со временем приходил в такую негодность, что могло привести к серьезным сбоям в работе двигателя. Прерыватель служит для того, чтобы размыкать цепь низкого напряжения. Когда она разомкнута, то во вторично обмотке катушки возникает высокое напряжение, которое необходимо для поджога.

К распределителю же подводится высокое напряжение, а внутри вращается бегунок, который замыкает и размыкает контакты, тем самым распределяя по цилиндрам ток. Как видим, здесь все основано на чистой механике, все крутится, все вращается. Эти элементы требуют постоянного ухода и смазки, однако, даже при достойном уходе через время начинаются сбои.

Признаки неисправности коммутатора как проверить коммутатор своими силами.

Назначение и особенности конструкции коммутатора.

Коммутатор – это один из элементов электрического оборудования автомобиля. Его задача – обеспечение нормальной работы бесконтактной системы зажигания. Крепления узла производится в подкапотном пространстве.

Устройство отличается надежностью, способностью выдерживать серьезные вибрации и ударные нагрузки

Это очень важно, ведь в корпусе коммутатора находятся чувствительная к воздействиям электроника

В основе коммутатора ВАЗ – стандартная микросхема L 497, которая производит управление транзистором «N-P-N» типа.

>Особенность схемы – возможность программирования со стороны пользователя и установка необходимого коэффициента задержки. От корректности этого показателя напрямую зависит запуск холодного двигателя.

Благодаря четкой настройке, можно ускорить частоту вращения коленчатого вала (исключив при этом провалы в работе) и гарантировать качественную тягу силового узла.

К основным параметрам устройства коммутатора можно отнести:

Диапазон напряжений – от 6 до 16 Вольт;
рабочий уровень напряжения – 13,5 Вольт;
обеспечение бесперебойной искры при вращении коленвала в диапазоне от 20 до 7000 оборотов;
ток коммутации – от 7,5 до 8,5 А.

Признаки неисправности коммутатора.

Одним из главных симптомов неисправности коммутатора — потеря искры. Двигатель плохо заводится и время от времени глохнет, появляются перебои в работе.

Но не стоит торопиться с заменой — важно убедиться в причине, ведь потеря искры может произойти по целому ряду причин – выходу из строя датчика Холла, разрыве ремня ГРМ, неисправности катушки зажигания, плохому контакту в крышке распределителя, проблемами в проводке и так далее

По этому в первую очередь необходима комплексная диагностика. Самым быстрым и эффективным способом в данном случае может послужить автомобильный диагностический сканер. В большинстве своём данного рода приборы достаточно просты в эксплуатации и имеют демократичную цену

Из представленных на нашем рынке можем посоветовать обратить внимание на мультимарочный сканер Scan Tool Pro Black Edition

К преимуществам этой модели можно отнести диагностику не только двигателя, но и остальных узлов. Совместим с 99% новых и старых автомобилей, начиная с 1993 года, достаточно прост в использовании и имеет широкий функционал.

Если диагностика остальных узлов не дала результатов, то можно переходить к нашему «герою». Но как проверить коммутатор, ведь устройство имеет весьма сложную конструкцию?

Как проверить коммутатор, своими силами.

Большинство автолюбителей не морочат голову с диагностикой и просто ставят новый узел. Такой способ имеет свои плюсы.

Во-первых, не нужно тратить время на проверку – достаточно установить новую деталь.

Во-вторых, можно сразу определить, в ней причина или нет. На самом деле бояться работы не стоит, ведь проверка коммутатора занимает несколько минут.

Итак, для выполнения работ в домашних условиях хватит контрольной лампы (номинальное напряжение должно быть 12 Вольт) и стандартного набора ключей.

С их помощью можно убедиться в наличии или отсутствии импульсов, а в дальнейшем принять решение об исправности самого устройства.

Алгоритм действий по проверке коммутатора:

Для начала выполнения работ желательно отключить АКБ, что бы случайно не замкнуть проводки, которые вы будите откручивать.

С помощью ключа на «восемь» выкручивайте гайку и снимите проводок с катушку зажигания с маркировкой «К». Этот провод легко распознать – он имеет коричневатый цвет и направляется к зажиму под маркировкой один на коммутаторе;

Подключайте этот провод через контрольную лампочку к зажиму «К» на катушке зажигания, а далее подсоединяйте аккумулятор;

Включайте стартер двигателя и наблюдайте за действиями лампы. Если она мигает, то коммутатор исправен. Если же лампочка не подает никаких признаков жизни, то единственный выход – это замена устройства.

При наличии сомнений в исправности детали, проверка должна производиться на специальном стенде (такой всегда есть на СТО).

В этом случае можно не только определить факт работоспособности изделия, но и измерить продолжительность импульсов.

При появлении первых подозрений не стоит сразу же менять коммутатор или тратить деньги на мастера. Вы вполне способны справиться с работой своими руками.

Тем более, теперь вы знаете, как проверить коммутатор на ВАЗ 2109 и других моделях отечественной марки. Остается выделить время и подготовить минимальный набор инструментов. Удачной дороги и конечно же без поломок.

Функции отдельных систем управления микропроцессорной системы зажигания состоят в следующем:

Входное устройство. Сигналы, стекающиеся на входное устройство от датчиков, преобразуются в форму, понятную компьютеру, т.е. в серию импульсов ДА — НЕТ, которые представляют собой цифры в двоичной системе:

Аналоговые сигналы, например напряжение аккумулятора, пре­образуются в двоичный код с помощью АЦП.

Часы. Компьютер оперирует данными как функциями времени. Для определения времени и временных интервалов в компьютере установлен точный кварцевый генератор импульсов.

Шины. Отдельные блоки компьютера связаны между собой пло­скими кабелями, известными под названием шины. По шинам пе­редаются данные (шина данных), адреса памяти (адресная шина), а также сигналы управления (управляющая шина).

Центральный микропроцессор. Микропроцессор выполняет в компьютере все вычисления. Все, что он умеет делать, это склады­вать, вычитать, делить и умножать, поэтому все программы, которые выполняет процессор должны состоять из этих операций. Кроме того, процессор умеет выполнять логические операции.

Постоянная память. Эта память может только выдавать хра­нящуюся в ней информацию, но она никак не может быть измене­на. Эта информация сохраняется в памяти даже при отсутствии питания. В нее невозможно записать никакую новую информацию. В постоянной памяти хранятся данные, такие как карта значений управляемых параметров двигателя в табличной форме, коды, управляющие программы и пр. Все эти данные заносятся (зашива­ются) в постоянную память изготовителем. В состав постоянной памяти входят также перепрограммируемые и стираемые блоки, которые могут быть использованы изготовителем или его предста­вителем для обновления и изменения записанной информации.

Оперативная память. Текущие данные — сигналы датчиков, команды управления и промежуточные результаты вычислений хранятся в оперативной памяти компьютера, пока не будут замене­ны новой информацией. Оперативная память при выключении питания теряет всю хранящуюся в ней информацию.

Работа бортового компьютера. Информация о характеристи­ках двигателя хранится в памяти компьютера в форме таблиц, на­зываемых рабочими. Эти таблицы получаются из трехмерных карт опережения зажигания и таких же карт для периода замкнутого со­стояния. Рабочие таблицы могут быть составлены компьютером для различных сочетаний параметров, однако, прежде всего таки­ми параметрами являются частота вращения коленчатого вала, нагрузка, температура и напряжение аккумулятора. Каждая из таб­лиц дает свое значение угла опережения, и для определения ис­тинно требуемого угла все результаты сопоставляются.

При включении питания микропроцессор посылает закодирован­ный двоичный адрес, который указывает, к какой части памяти он обращается. Затем посылается управляющий сигнал, указывающий направление и последовательность движения информации в про­цессор или из процессора. Работа самого процессора представляет собой серию двоичных импульсов, с помощью которых информация считывается из памяти, декодируется и выполняется. Программы выполнения операций — арифметических, логических и транспортных также записаны в памяти.

Чем бесконтактное лучше контактного зажигания

По себе знаю, водителю что-то новое дается ой как не просто, многим гораздо легче возиться со старыми трамблерами, менять эту чертову «контактную группу», иногда даже в дороге. Могу понять, сегодня, не каждый сможет выкинуть на собственное авто порядка 2-3 тысяч рублей (Вазовский комплект), особенно если машина хорошо функционирует. Хотя с другой стороны не такие уж это и большие деньги на любимую «ласточку», причем вложение это – одноразовое! Поверьте, бояться не чего! Не зря ведь, на каждой втором автомобиле, установлена именно бесконтактная система зажигания.

Для того чтобы окончательно убедить старых «водил» консервативных взглядов в преимуществе бесконтактной системы над контактной, нужно просто сравнить их между собой. Таким образом мы и узнаемкакое зажигание лучше, проведем две параллели на фоне достоинств БСЗ.

Преимущества БСЗ

1. Простой монтаж и настройка
   – в старых же системах, процедура корректировки нужного зазора у контактов, давалась далеко не каждому водителю.
2. Надежность в работе
   – тут в противовес добавить что-то сложно ведь контактную систему, «лихорадит» довольно часто.
3. Отличные пусковые качества
   – благодаря тому, что ток, который подается на первичную обмотку катушки зажигания, исходит от полупроводникового коммутатора, что в свою очередь позволяет значительно повысить энергию искры, напряжение на вторичной обмотке той же катушки, может достигать 10 кВ. Все это в сумме, ну очень помогает в наши холодные зимы.
4. Более высокая мощность
   – заменивший контактную группу электромагнитный импульсный создатель (использует в своей работе эффект Холла), демонстрирует отличную эффективность. В паре с электронным коммутатором, назначение которого в своевременном запирании или отпирании транзистора на выходе, механизм работает четко и стабильно при любых оборотах силового агрегата.
5. Экономия
   – на 100 км, до одного литра топлива!
6. Низкое энергопотребление
   – нагрузка на аккумулятор существенно снижается даже при включенном зажигании, ведь элетроблок, требует питание только после начала вращения вала.

Обратите внимание: БСЗ для инжекторных и карбюраторных моторов может отличаться. Если и этого мало, так же отмечу редкую потребность в обслуживании бесконтактного зажигания. Производитель, требует смазывать вал трамблера каждые 10000 километром и это в принципе единственное замечание от автозавода

Чем отличаются ясно, скажу и о слабом месте в бесконтактной системе – это коммутаторы, которые чаще других деталей выходят из строя

Производитель, требует смазывать вал трамблера каждые 10000 километром и это в принципе единственное замечание от автозавода. Чем отличаются ясно, скажу и о слабом месте в бесконтактной системе – это коммутаторы, которые чаще других деталей выходят из строя

Если и этого мало, так же отмечу редкую потребность в обслуживании бесконтактного зажигания. Производитель, требует смазывать вал трамблера каждые 10000 километром и это в принципе единственное замечание от автозавода. Чем отличаются ясно, скажу и о слабом месте в бесконтактной системе – это коммутаторы, которые чаще других деталей выходят из строя.

Система зажигания состоит из следующих основных элементов:

• источник тока ИТ, функцию которого выполняет аккумуляторная батарея или генератор
• выключатель ВК цепи электроснабжения (выключатель зажигания)
• датчик Д углового положения коленчатого вала
• регуляторы момента зажигания РМЗ, которые задают определенный момент подачи высокого напряжения на свечу в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, разрежения Δрк во впускном трубопроводе и октанового числа бензина
• источник высокого напряжения ИВН, содержащий промежуточный накопитель энергии НЭ и преобразователь низкого напряжения в высокое
• силовое реле СР, в качестве которого могут служить механические контакты прерывателя или электронный ключ (транзистор или тири­стор)
• распределитель Р импульсов высокого напряжения по свечам
• помехоподавительные устройства ПП (экранирующие элементы системы зажигания или помехоподавительные резисторы)
• свечи зажигания СВ, на которые подается высокое вторичное напряжение

В батарейной системе зажигания источником энергии является аккумуляторная батарея или генератор (в зависимости от режима работы двигателя). Система зажигания от магнето принципиально отличается от батарейной тем, что источник электроэнергии в ней — магнитоэлектрический генератор, конструктивно объединенный с индукционной катушкой. Система зажигания от магнето в настоящее время на автомобилях практически не применяется, однако находит применение на пусковых бензиновых двигателях тракторных дизелей.

Система зажигания обеспечивает генерацию импульсов высокого напряжения в нужный момент времени на тактах сжатия в цилиндрах двигателя и их распределение по цилиндрам в соответствии с порядком их работы. Момент зажигания характеризуется углом опережения зажигания УОЗ, который представляет собой угол поворота коленчатого вата от положения в момент подачи искры до положения, когда поршень проходит через верхнюю мертвую точку ВМТ.

Электрическая искра вызывает появление в ограниченном объеме топливовоздушной смеси первых активных центров, от которых на­чинается развитие химической реакции оксидирования топлива, со­провождающейся выделением теплоты. Процесс сгорания рабочей смеси разделяют на три фазы:

• начальная, в которой формируется пламя, инициированное ис­кровым разрядом в свече
• основная, в которой пламя распространяется на большую часть камеры сгорания
• конечная, в которой пламя догорает у стенок цилиндра

Для бесперебойного искрообразования на свечу зажигания необходимо подать напряжение до 30 кВ.

Высокий уровень напряжения обеспечивает промежуточный источник энергии. По способу накопления энергии в промежуточном источнике различают системы с накоплением энергии в магнитном поле (в индуктивности) или в электрическом поле конденсатора (в емкости). В обоих случаях для получения импульса высокого напряжения используется катушка зажигания, представляющая собой трансформатор (или автотрансформатор), содержащий две обмотки: первичную L1 с малым числом витков и электросопротивле­нием в доли и единицы ома и вторичную обмотку L2 с большим числом витков и сопротивлением в единицы и десятки килоом.

Автотрансформаторная связь обмоток упрощает конструкцию и технологию изготовления катушки, а также несколько увеличивает вторичное напряжение. Коэффициент трансформации катушек зажигания находится в пределах 50—225.

В системах зажигания с накоплением энергии в катушках зажигания (в индуктивности) первичная обмотка L1 катушки подключается к источнику электроснабжения последовательно через механический или электронный прерыватель S2. В системах зажигания с накоплением энергии в электрическом поле конденсатора (в емкости) первичная обмотка катушки периодически подключается к конденсатору управляемым электронным переключателем S2. Конденсатор предварительно за­ряжается от источника электроснабжения на автомобиле через статический преобразователь напряжения.

Что такое коммутатор ВАЗ

Коммутатор ВАЗ (электронный коммутатор зажигания) — электронный блок бесконтактной системы зажигания (БСЗ) автомобилей ВАЗ на основе датчика Холла; устройство для управления током первичной обмотки катушки зажигания, обеспечивающее формирование на вторичной обмотке импульсов высокого напряжения и бесперебойного искрообразования.

В поздних модификациях автомобилей ВАЗ-2105 и 2107, большинстве модификаций семейства Samara (2108, 2109, 21099), «Ока» (ВАЗ-1111) и некоторых ранних модификациях ВАЗ-2110, 2111 и 2112 с карбюраторными силовыми агрегатами использовалась БСЗ. В данной системе обычный трамблер с контактным прерывателем был заменен двумя устройствами — распределителем зажигания с датчиком импульсов (в качестве которого выступает датчик Холла) и работающим с ним в паре электронным коммутатором. Именно из-за отсутствия прерывателя контактного типа эта система получила название бесконтактной.

Электронный коммутатор (в зависимости от модели) выполняет несколько функций:

• Управление током в первичной обмотке катушки (коммутация) в соответствии с сигналом, формируемым импульсным датчиком;
• Установка оптимального режима работы системы зажигания (установка оптимального времени накопления энергии искры, изменение угла опережения зажигания и другие);
• Защита низковольтного контура системы зажигания от чрезмерных нагрузок, коротких замыканий и других нештатных (аварийных) ситуаций;
• Управление работой системы зажигания при запуске и остановке двигателя (главным образом — принудительное прекращение процесса искрообразования при остановленном двигателе).

Коммутатор является одним из основных компонентов БСЗ, обеспечивая ее нормальную работу. Указанные функции могут достигаться различными техническими средствами, поэтому сегодня существует большое разнообразие электронных коммутаторов для автомобилей ВАЗ — рассмотрим их подробнее.

Как определить неисправность коммутатора зажигания

Введение в конструкцию автомобиля коммутатора зажигания, особенно на отечественных авто семейства ВАЗ, позволило повысить их надежность. И хотя первым серийным автомобилем с электронной системой зажигания был ВАЗ 2108, подобные устройства стали ставиться на многих других машинах, в первую очередь на классику. Однако использование такого достаточно сложного изделия привело к тому, что найти возникающую неисправность, а также проверить и отремонтировать коммутатор стало возможным по большей части только в условиях специализированных центров. Внешними признаками, свидетельствующими, что появилась неисправность, могут быть:

1. двигатель не заводится, искры на свечах нет;
2. мотор заводится, но глохнет через несколько минут;
3. мотор работает неустойчиво, если коммутатор заменить на заведомо исправный, дефект устраняется.

Самый простой способ выявить неисправность и проверить коммутатор, как уже отмечено, – установить заведомо исправный. Из-за достаточно низкого качества коммутаторов, поступающих на комплектацию автомобилей семейства ВАЗ, в том числе и ВАЗ 2108, водителям приходится возить с собой дополнительные коммутаторы для замены отказавшего. Однако существует и косвенный принцип оценки, позволяющий проверить работоспособность изделия и выявить его неисправность.

Для этого можно воспользоваться показаниями вольтметра в комбинации прибора. Надо включить зажигание, при этом стрелка установится посередине шкалы, а немного погодя качнется вправо (из-за отключения питания катушки при неработающем двигателе). Такое поведение стрелки свидетельствует, что неисправность в коммутаторе отсутствует. В том случае, когда вольтметра нет, чтобы проверить зажигание, потребуется контрольная лампа. Один ее конец присоединяется на массу, другой – к выходу катушки, соединенному с клеммой 1 коммутатора. Если включить зажигание, то при исправном коммутаторе через некоторое время лампа станет гореть ярче.

Однако, в некоторых случаях, неисправность зажигания не связана с отказом коммутатора. Надо проверить состояние проводов, в первую очередь контакт с массой и состояние разъемов. Также необходимо проверить датчик Холла.

Появление в конструкции автомобиля, в том числе и отечественного ВАЗ 2108, коммутатора напряжения, явилось закономерным результатом развития системы зажигания. Дальнейшим ее улучшением стало использование сначала двухканальных, а затем многоканальных коммутаторов для повышения эффективности работы.

Принцип работы электронного зажигания

Диагностика системы зажигания CDI очень простая, как и принцип её работы. Состоит она из нескольких основных деталей:

• Выпрямительный диод.
• Заряжаемый конденсатор.
• Катушка зажигания.
• Коммутирующий тиристор.

Схема системы может варьироваться. Принцип работы строится на зарядке через выпрямительный диод конденсатора и его последующем разряде на повышающий трансформатор посредством тиристора. На выходе трансформатора образуется напряжение в несколько килоВольт, что приводит к тому, что между электродами свечи зажигания пробивает воздушное пространство.

Весь механизм, установленный на двигателе, заставить функционировать на практике несколько сложнее. Двухкатушечная конструкция зажигания CDI — классическая схема, которая впервые была использована на мопедах «Бабетта». Одна из катушек — низковольтная — отвечает за управление тиристором, вторая, высоковольтная, является заряжающей. При помощи одного провода обе катушки подключаются на массу. Ко входу 1 подводится выход заряжающей катушки, ко входу 2 — выход датчика тиристора. Свечи зажигания подключаются к выходу 3.

Искра современными системами подаётся при достижении порядка 80 вольт на входе 1, в то время как оптимальным напряжением считается 250 вольт.

Выводы

Много преимуществ дает такой простой узел в бесконтактной системе зажигания, как коммутатор. Это и повышение мощности, пусть даже незначительное, и уменьшение расхода топлива, и значительное улучшение двигателя с точки зрения надежности. А главное – отпадает необходимость в постоянном контроле и своевременной настройке системы. Современному водителю не хочется заниматься ремонтом автомобиля, ему нужно средство передвижения. Причем надежное, которое не подведет в самый ответственный момент. Независимо от того, какой коммутатор используется в БСЗ, эффективность у него намного выше, нежели у контактного прерывателя.