Комутатор: що це таке? Схема комутатора, управління і несправності

В різних технічних текстах можна зустріти термін «комутатор». Що це таке? У самому загальному сенсі — це пристрій для переключення електричних ланцюгів (сигналів), яка може бути електронним, електронно-променевим або електромеханічним.

У вузькому сенсі так зазвичай називають комутатор запалювання, яким оснащуються будь-які транспортні засоби з бензиновими двигунами. Цього різновиду комутаторів, в основному автомобільних і присвячена дана стаття.

Передісторія систем запалювання

Як відомо, у кожному циклі роботи бензинового двигуна внутрішнього згоряння існує етап приготування паливно-повітряної горючої суміші та етап її згоряння. Але щоб суміш згоріла, її потрібно щось підпалити.

Першим рішенням, що застосовувалися в самих ранніх автомобільних ДВЗ, було запалювання суміші від калильной трубки, вставленої в циліндр і розігрівається попередньо перед запуском двигуна. При його роботі температура цієї трубки постійно підтримувалася за рахунок згоряє в кожному циклі роботи суміші.

Цікаво, що система іскрового запалювання від магнето застосовувалася паралельно з калильним запалюванням автодвигунів, але спочатку тільки для промислових газових ДВЗ. Цей принцип був швидко перейнятий і автовиробниками, а після винаходу Р. Бошем в 1902 році звичної свічки запалювання іскрова система стала загальноприйнятою.

Принцип іскрового запалювання

В даний час найбільш поширена батарейна система запалювання, що містить джерело струму у вигляді автомобільного акумулятора при пуску і автомобільного генератора при працюючому двигуні, котушку запалювання, що представляє собою трансформатор з високовольтної вторинною обмоткою, до якої приєднана искрообразующая свічка запалювання, а також розподільник (комутатор) запалювання. Робота комутатора полягає в періодичному переривання ланцюга струму первинної обмотки котушки запалювання. При кожному такому переривання струму його магнітне поле, що існує в точках простору, зайнятих проводами вторинної обмотки котушки запалювання, дуже швидко зменшується. При цьому згідно з законом електромагнітної індукції в тих же точках простору виникає дуже велике вихрове електричне поле, напруженість якого створює високу (до 25 кВ) ЕРС у вторинній обмотці котушки запалювання, розірваної електродами свічки. Напруга між ними швидко досягає величини, достатньої для пробою повітряного проміжку, і тоді проскакує електрична іскра, запалювальна паливно-повітряну суміш.

Що комутується в системі запалювання?

Отже, автомобільний комутатор. Що це таке і навіщо він потрібен? Коротко кажучи, це пристрій, завданням якого є розрив ланцюга струму в первинній обмотці котушки запалювання в найбільш вигідний момент.

В чотиритактному ДВС цей момент настає в кінці такту стиснення (2-го такту роботи ДВЗ), незадовго до досягнення поршнем так званої верхньої мертвої точки (ВМТ), в якій відстань від будь-якої точки поршня до осі обертання коленвала ДВС є максимальним. Оскільки колінвал здійснює круговий обертальний рух, то момент переривання струму прив’язують до деякого його положення перед досягненням ним і поршнем положення ВМТ. Кут між цим положенням коленвала і вертикальною площиною називають кутом випередження запалювання. Він варіюється в діапазоні від 1 до 30 градусів.

З огляду на історію, на питання: «Автомобільний комутатор: що це таке?» — слід відповідати, що це спочатку механічний, а пізніше, в міру розвитку техніки, електронний переривник струму в котушці запалювання.

Механічний попередник комутатора запалювання

Власне, комутатором це пристрій стали називати лише в останні роки, після того як воно стало повністю електронним. А перш, починаючи з 1910 року, коли на автомобілях «кадилак» вперше з’явилася автоматична система запалювання, його функцію поряд з іншими завданнями виконував переривач-розподільник (трамблер). Така подвійність найменування виникла через двояку його функції в системі запалювання. З одного боку, струм в первинній обмотці котушки запалювання потрібно переривати – звідси виникає «переривач». З іншого боку, напруга високовольтної обмотки котушки запалювання потрібно по черзі розподіляти по свічках всіх циліндрів, причому з потрібним кутом випередження. Звідси друга половина назви – «розподільник».

Як працювали трамблера?

Переривач-розподільник має приводиться в обертання від колінчастого внутрішній вал, на якому закріплений діелектричний ротор-бігунок з обертовою токоразносной пластиною на його торці. По пластині ковзає підпружинена вугільна щітка, з’єднана з високовольтним центральним контактом в кришці розподільника, який, у свою чергу, з’єднаний з вторинною обмоткою котушки запалювання. Токоразносная пластина періодично наближається до розташованим в кришці трамблера контактам високовольтних проводів, що йдуть до свічок циліндрів. У цей момент у вторинній обмотці котушки виникає висока напруга, що пробиває два повітряних проміжку між токоразностной пластиною і контактом проводу до свічки та між електродами свічки.

На тому ж валу встановлені кулачки, число яких дорівнює числу циліндрів, а виступи кожного кулачка розмикають одночасно з підключенням конкретної свічки контакти переривника струму, включені в ланцюг первинної обмотки котушки запалювання.

Щоб між контактами переривника не виникало іскри при розмиканні, паралельно їм підключений конденсатор великої ємності. При розмиканні контактів переривника ЕРС індукції в первинній обмотці викликає струм заряду конденсатора, але внаслідок його великої ємності напруга на ньому, а отже і між розімкнутими контактами не досягає величини пробою повітря.

А як же з кутом випередження?

Як відомо, при зменшенні частоти обертання коленвала суміш у циліндрах потрібно підпалювати в такті її стиснення пізніше, прямо перед самою ВМТ, тобто кут випередження запалювання слід зменшувати. Навпаки, при збільшенні частоти обертання суміш в такті стиску потрібно підпалювати раніше, тобто кут випередження збільшувати. У трамблерах цю функцію виконував відцентровий регулятор, механічно пов’язаний з кулачками переривника струму. Він повертав їх на валу розподільника таким чином, щоб вони раніше чи пізніше в такті стиснення суміші розмикали контакти переривника.

Змінювати кут випередження необхідно і при незмінній частоті, коли змінюється навантаження на двигун. Цю роботу виконувала спеціальне пристрій – вакуумний регулятор запалювання.

Поява перших комутаторів

До кінця 70-х років минулого століття стало зрозуміло, що самим слабким вузлом трамблера є контакти переривника, через які відбувався повний струм первинної обмотки. Вони постійно підгоряли і виходили з ладу. Тому першим рішенням стала спеціальна електронна схема комутатора для переривання струму в котушці. В її вхідні слаботочную ланцюг включалися дроти від висновків традиційного контактного переривника трамблера. Однак тепер його контакти переривали не повний струм котушки запалювання, а невеликий струм у вхідному ланцюзі комутатора.

Власне ж електронний комутатор був конструктивно виконаний в окремому блоці і підключався (за бажанням водія) до класичного трамблеру. Така система запалювання отримала назву контактної електронної. Вона була досить популярною у 80-ті роки минулого століття. І в наш час ще можна зустріти оснащені нею автомобілі.

Схема комутатора контактної електронної системи збиралася на транзисторах.

Наступний крок – відмова від контактного переривника

Контактний переривник струму навіть у слаботочном варіанті, застосовуваному в контактної електронної системи запалювання, залишався досить ненадійним вузлом. Тому автомобілебудівники робили чималі зусилля для його виключення. Ці зусилля увінчалися успіхом після створення безконтактного датчика-розподільника на основі датчика Холла.

Тепер замість декількох кулачків на валу розподільника стали встановлювати порожнистий циліндричний екран з прорізами і шторками між ними, причому число шторок і прорізів дорівнює числу циліндрів двигуна. Шторки і прорізи екрану рухаються в магнітному полі, створюваному постійним магнітом, повз мініатюрного датчика Холла. Поки повз нього рухається шторка екрану, вихідна напруга датчика Холла відсутня. Коли ж шторка змінюється прорізом, з датчика Холу електронною схемою знімається фронт імпульсу напруги, що свідчить про необхідність перервати струм в первинній обмотці котушки запалювання. Цей імпульс напруги передається по проводах в блок комутатора струму в котушці запалювання, де він попередньо підсилюється і далі використовується для управління основним силовим комутуючим каскадом.

Іншим варіантом безконтактного датчика-розподільника є вузол з оптичним датчиком, у якого замість датчика Холла використовується фототранзистор, а замість постійного магніту – світлодіод. Оптичний датчик має такий же обертовий екран з прорізами і шторками.

Поява комутатора як такого

Отже, в безконтактної системи запалювання замість одного контактного трамблера з’явилися два окремих сайту: безконтактний (але тільки по низькій напрузі) датчик-розподільник і електронний комутатор. Функцію ж розподілу високовольтної напруги по свічках запалювання в датчику-розподільнику раніше виконує механічний ротор-бігунок з токоразносной пластиною.

А як же з регулюванням кута запалювання? Ці завдання, як і раніше виконують відцентровий і вакуумний регулятори у складі датчика-розподільника. Перший з них тепер повертає на валу не кулачки, а зрушує шторки екрана, змінюючи тим самим кут запалювання. Вакуумний регулятор має можливість зрушувати датчик Холла з його опорною пластиною, також регулюючи даний кут.

Враховуючи вищевикладене, на питання: «Сучасний автомобільний комутатор: що це таке?» – потрібно давати відповідь, що це конструктивно відокремлений електронний блок безконтактної системи запалювання.

Відмова від розподілу високої напруги

Найдовше в комутаторі зберігався механічний розподільник високовольтного напруги по свічках циліндрів. Найцікавіше, що цей вузол був досить надійний і не викликав великих нарікань. Однак час не стоїть на місці, і на початку нашого століття схема підключення комутатора зазнала чергові великі зміни.

У сучасних автомобілях взагалі відсутній розподіл високовольтного напруги від однієї котушки з різних свічок. Навпаки, в них «розмножилися» самі котушки і стали приналежністю свічки кожного циліндра. Тепер замість контактної комутації свічок по високій напрузі виконується безконтактна комутація їх котушок по низькій напрузі. Звичайно, це ускладнює схему комутатора, але і можливості сучасної схемотехніки набагато ширше.

У сучасних автомобілях з інжекторними двигунами управління комутатором здійснює або автономний блок управління двигуном, або бортовий комп’ютер автомобіля. Ці пристрої управління аналізують не тільки швидкість обертання коленвала, але безліч інших параметрів, що характеризують паливо і охолоджуючу рідину, температуру різних вузлів і навколишнього середовища. На підставі їх аналізу в режимі реального часу змінюються і налаштування кута випередження запалювання.

Несправності комутатора

Найбільш часто зустрічається несправністю механічного трамблера є підгорання його контактів: як рухомих, так і високовольтних контактів свічок. Щоб цього не сталося (принаймні, не занадто швидко), потрібно регулярно оглядати їх, і якщо на них утворився нагар, то його слід зняти надфілем або дрібною шкуркою.

Якщо вийшов з ладу конденсатор, увімкнений паралельно контактам переривника, або резистор в ланцюзі центрального високовольтного електрода, то їх можна замінити.

Несправності електронного комутатора, викликані виходом з ладу підсилювача імпульсів датчика Холу або комутатора струму котушки, зазвичай не підлягають усуненню, так як такий комутатор є нерозбірним. У цьому випадку, як правило, несправний блок просто замінюється новим.

Як перевірити комутатор?

Якщо оберти двигуна на холостому ходу «плавають», або він глохне на ходу, або взагалі не запускається, то слід перевірити наявність іскри на підключених до розподільника запалювання з датчиком Холла свічках. Для цього потрібно викрутити їх, одягти наконечники бронепроводов, покласти свічки на «масу» і «крутонути» коленвал стартером. Якщо іскри немає або вона слабка, потрібно переходити до комутатора.

Але як перевірити комутатор? Слід включити запалювання і оцінити, як відхиляється стрілка вольтметра. Якщо комутатор справний, то вона повинна відхилятися в два етапи. Спочатку стрілка займає деяке проміжне становище, в якому залишається 2-3 секунди, а потім переходить в кінцеве (штатний) положення. Якщо стрілка відразу займає кінцеве положення, то можна пробувати замінювати комутатор.

Підключення комутатора

Як підключити комутатор до безконтактної системи запалювання? Слід пам’ятати, що його клемна колодка підключається двома проводами до клем «Б» і «До» котушки запалювання, трипровідним джгутом з роз’ємом — до датчика Холу на датчику-розподільнику і одним проводом — до «масі». З виводом «+» акумулятора схема комутатора підключається на клемі «Б» котушки.

 

Related posts

 
 

Leave a Reply

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

http://poradumo.com.ua/86647-komytator-sho-ce-take-shema-komytatora-ypravlinnia-i-nespravnosti/