Камутатар: што гэта такое? Схема камутатара, кіраванне і няспраўнасці

У розных тэхнічных тэкстах можна сустрэць тэрмін «камутатар». Што гэта такое? У самым агульным сэнсе - гэта прылада для пераключэння электрычных ланцугоў (сігналаў), якое можа быць электронным, электронна-прамянёвай або электрамеханічным.

У вузкім сэнсе так звычайна называюць камутатар запальвання, якім абсталёўваюцца любыя транспартныя сродкі з бензінавымі рухавікамі. Гэтай разнавіднасці камутатараў, у асноўным аўтамабільных, і прысвечана дадзеная артыкул.

Перадгісторыя сістэм запальвання

Як вядома, у кожным цыкле працы бензінавага рухавіка ўнутранага згарання існуе этап падрыхтоўкі паліўна-паветранай гаручай сумесі і этап яе згарання. Але каб сумесь згарэла, яе трэба чымсьці падпаліць.

Першым рашэннем, прымяняюцца ў самых ранніх аўтамабільных ДВС, было запальванне сумесі ад напальнае трубкі, устаўленай у цыліндр і разаграваць папярэдне перад запускам рухавіка. Пры яго працы тэмпература гэтай трубкі пастаянна падтрымлівалася за кошт згарае ў кожным цыкле працы сумесі.

Цікава, што сістэма іскравыя запальвання ад магнета ўжывалася паралельна з напальнае запальваннем автодвигателей, але спачатку толькі для прамысловых газавых ДВС. Гэты прынцып быў хутка пераняты і аўтавытворцамі, а пасля вынаходства Р. Бошем ў 1902 годзе звыклай свечкі запальвання іскравыя сістэма стала агульнапрынятай.

Прынцып іскравыя запальвання

У цяперашні час найбольш распаўсюджаная батарэйнага сістэма запальвання, якая змяшчае крыніца току ў выглядзе аўтамабільнага акумулятара пры пуску і аўтамабільнага генератара пры які працуе рухавіку, катушку запальвання, якая прадстаўляе сабой трансфарматар з высакавольтнай другаснай абмоткай, да якой далучаная искрообразующая свечка запальвання, а таксама размеркавальнік (камутатар) запальвання . Праца камутатара заключаецца ў перыядычным перапыненні ланцуга току першаснай абмоткі шпулькі запальвання. Пры кожным такім перапыненні току яго магнітнае поле, якое існуе ў кропках прасторы, занятых правадамі другаснай абмоткі шпулькі запальвання, вельмі хутка памяншаецца. Пры гэтым у адпаведнасці з законам электрамагнітнай індукцыі ў тых жа кропках прасторы ўзнікае вельмі вялікае віхравое электрычнае поле, напружанасць якога стварае высокую (да 25 кв) ЭРС у другаснай абмотцы шпулькі запальвання, разарванай электродамі свечкі. Напружанне паміж імі хутка дасягае велічыні, дастатковай для прабоя паветранага прамежку, і тады праскоквае электрычная іскра, падпальвалі паліўна-паветраную сумесь.

Што камутуюцца ў сістэме запальвання?

Такім чынам, аўтамабільны камутатар. Што гэта такое і навошта ён патрэбны? Коратка кажучы, гэта прылада, задачай якога з'яўляецца разрыў ланцуга току ў першаснай абмотцы шпулькі запальвання ў найбольш выгадны для гэтага момант.

У чатырохтактным ДВС гэты момант надыходзіць у канцы такту сціску (2-га такту працы ДВС), незадоўга да дасягнення поршнем так званай верхняй мёртвай кропкі (ВМТ), у якой адлегласць ад любой кропкі поршня да восі кручэння коленвала ДВС з'яўляецца максімальным. Паколькі коленвал здзяйсняе кругавы вярчальны рух, то момант перапынення току прывязваюць да некаторага яго становішчу перад дасягненнем ім і поршнем становішча ВМТ. Кут паміж гэтым становішчам коленвала і вертыкальнай плоскасцю называюць вуглом апярэджання запальвання. Ён вар'іруецца ў дыяпазоне ад 1 да 30 градусаў.

Улічваючы гісторыю, на пытанне: «Аўтамабільны камутатар: што гэта такое?» - варта адказваць, што гэта спачатку механічны, а пазней, па меры развіцця тэхнікі, электронны прерыватель току ў шпульцы запальвання.

Механічны папярэднік камутатара запальвання

Уласна, камутатарам гэта прылада сталі называць толькі ў апошнія гады, пасля таго як яно стала цалкам электронным. А перш, пачынаючы з 1910 года, калі на аўтамабілях «кадылак» ўпершыню з'явілася аўтаматычная сістэма запальвання, яго функцыю нароўні з іншымі задачамі выконваў прерыватель-размеркавальнік (трамблер). Такая дваістасць найменні паўстала з-за дваякай функцыі яго ў сістэме запальвання. З аднаго боку, ток у першаснай абмотцы шпулькі запальвання трэба перарываць - адсюль узнікае «прерыватель». З іншага боку, напружанне высакавольтнай абмоткі шпулькі запальвання трэба па чарзе размяркоўваць па свечак ўсіх цыліндраў, прычым з патрэбным вуглом апярэджання. Адсюль другая палова назвы - «размеркавальнік».

Як працавалі трамблер?

Прерыватель-размеркавальнік мае прыводны ў кручэнне ад коленвала ўнутраны вал, на якім замацаваны дыэлектрычны ротар-лятунок з якая верціцца токоразносной пласцінай на яго тарцы. Па пласціне слізгае подпружиненная вугальная шчотка, злучаная да высакавольтнага цэнтральным кантактам у вечку размеркавальніка, які, у сваю чаргу, злучаны з другаснай абмоткай шпулькі запальвання. Токоразносная пласціна перыядычна набліжаецца да размешчаных у вечку трамблера кантактам высакавольтных правадоў, якія ідуць да свечак цыліндраў. У гэты момант у другаснай абмотцы шпулькі ўзнікае высокае напружанне, якое прабівае два паветраных прамежку: паміж токоразностной пласцінай і кантактам драты да дадзенай свечцы і паміж электродамі свечкі.

На тым жа вале ўстаноўлены кулачкі, колькасць якіх роўна ліку цыліндраў, а выступы кожнага кулачка размыкают адначасова з падключэннем канкрэтнай свечкі кантакты прерывателя току, уключаныя ў ланцуг першаснай абмоткі шпулькі запальвання.

Каб паміж кантактамі прерывателя не ўзнікала іскры пры расплюшчванні, паралельна ім падлучаны кандэнсатар вялікай ёмістасці. Пры расплюшчванні кантактаў прерывателя ЭРС індукцыі ў першаснай абмотцы выклікае ток зарада кандэнсатара, але з прычыны яго вялікай ёмістасці напружанне на ім, а такім чынам і паміж растуленымі кантактамі, не дасягае велічыні прабоя паветра.

А як жа з вуглом апярэджання?

Як вядома, пры памяншэнні частоты кручэння коленвала сумесь у цыліндрах трэба падпальваць у такце яе сціску папазней, прама перад самай ВМТ, г.зн. кут апярэджання запальвання варта змяншаць. Наадварот, пры павелічэнні частоты кручэння сумесь у такце сціску трэба падпальваць крыху раней, г.зн. кут апярэджання павялічваць. У трамблер гэтую функцыю выконваў цэнтрабежны рэгулятар, механічна звязаны з кулачкамі прерывателя току. Ён круціў іх на вале размеркавальніка такім чынам, каб яны крыху раней ці пазней у такце сціску сумесі размыкать кантакты прерывателя.

Змяняць кут апярэджання неабходна і пры нязменнай частаце, калі змяняецца нагрузка на рухавік. Гэтую працу выконвала адмысловую прыладу - вакуумны рэгулятар запальвання.

З'яўленне першых камутатараў

Да канца 70-х гадоў мінулага стагоддзя стала ясна, што самым слабым вузлом трамблера з'яўляюцца кантакты прерывателя, праз якія працякаў поўны ток першаснай абмоткі. Яны ўвесь час подгорают і выходзілі з ладу. Таму першым рашэннем стала спецыяльная электронная схема камутатара для перапынення току ў шпульцы. У яе ўваходныя слаботочных ланцуг ўключаліся драты ад высноў традыцыйнага кантактнага прерывателя трамблера. Аднак цяпер яго кантакты перарывалі не поўны ток шпулькі запальвання, а невялікі ток ва ўваходны ланцуга камутатара.

Уласна ж электронны камутатар быў канструктыўна выкананы ў асобным блоку і падключаўся (па жаданні кіроўцы) да класічнага трамблер. Такая сістэма запальвання атрымала назву кантактнай электроннай. Яна была вельмі папулярнай у 80-я гады мінулага стагоддзя. І ў наш час яшчэ можна сустрэць абсталяваныя ёю аўтамабілі.

Схема камутатара кантактнай электроннай сістэмы збіралася на транзістарах.

Наступны крок - адмова ад кантактнага прерывателя

Кантактны прерыватель току нават у слаботочных варыянце, ўжывальным ў кантактнай электроннай сістэме запальвання, заставаўся вельмі ненадзейным вузлом. Таму аўтамабілебудаўнікі прадпрымалі немалыя намаганні для яго выключэння. Гэтыя намаганні ўвянчаліся поспехам пасля стварэння бескантактавага датчыка-размеркавальніка на аснове датчыка Хола.

Цяпер замест некалькіх кулачкоў на вале размеркавальніка сталі ўсталёўваць цыліндрычны полы экран з прарэзамі і шторак паміж імі, прычым лік шторок і прарэзаў роўна ліку цыліндраў рухавіка. Шторкі і прарэзы экрана рухаюцца ў магнітным полі, ствараным пастаянным магнітам, міма мініятурнага датчыка Хола. Пакуль міма яго рухаецца шторка экрана, выходную напружанне датчыка Хола адсутнічае. Калі ж шторка змяняецца прарэзам, з датчыка Хола электроннай схемай здымаецца фронт імпульсу напружання, які сведчыць аб неабходнасці перапыніць ток у першаснай абмотцы шпулькі запальвання. Гэты імпульс напружання перадаецца па правадах у блок камутатара току ў шпульцы запальвання, дзе ён папярэдне узмацняецца і далей выкарыстоўваецца для кіравання асноўным сілавым камутуюцца каскадам.

Іншым варыянтам бескантактавага датчыка-размеркавальніка з'яўляецца вузел з аптычным датчыкам, у якога замест датчыка Хола выкарыстоўваецца фототранзистор, а замест пастаяннага магніта - святлодыёд. Аптычны датчык мае такі ж верціцца экран з прарэзамі і шторак.

З'яўленне камутатара як такога

Такім чынам, у бескантактавы сістэме запальвання замест аднаго кантактнага трамблера з'явіліся два асобных вузла: бескантактавы (але толькі па нізкім напружанню) датчык-размеркавальнік і электронны камутатар. Функцыю жа размеркавання высакавольтнага напружання па свечак запальвання ў датчыку-размеркавальніку па-ранейшаму выконвае механічны ротар-лятунок з токоразносной пласцінай.

А як жа з рэгуляваннем вугла запальвання? Гэтыя задачы па-ранейшаму выконваюць цэнтрабежны і вакуумны рэгулятары ў складзе датчыка-размеркавальніка. Першы з іх цяпер паварочвае на вале ня кулачкі, а зрушвае шторкі экрана, змяняючы тым самым кут запальвання. Вакуумны ж рэгулятар мае магчымасць зрушваць датчык Хола з яго апорнай пласцінай, таксама рэгулюючы дадзены кут.

Зыходзячы з вышэй сказанага, на пытанне: «Сучасны аўтамабільны камутатар: што гэта такое?» - варта даваць адказ, што гэта канструктыўна адасоблены электронны блок бескантактавы сістэмы запальвання.

Адмова ад размеркавання высокага напружання

Даўжэй усяго ў камутатары захоўваўся механічны размеркавальнік высакавольтнага напружання па свечак цыліндраў. Самае цікавае, што гэты вузел быў досыць надзейны і не выклікаў вялікіх нараканняў. Аднак час не стаіць на месцы, і ў пачатку нашага стагоддзя схема падлучэння камутатара зведала чарговыя буйныя змены.

У сучасных аўтамабілях наогул адсутнічае размеркаванне высакавольтнага напружання ад адной шпулькі па розных свечак. Наадварот, у іх «размножыліся» самі шпулькі і сталі прыналежнасцю свечкі кожнага цыліндру. Цяпер замест кантактнай камутацыі свечак па высокім напрузе выконваецца бескантактныя камутацыя іх шпулек па нізкім напрузе. Вядома, гэта ўскладняе схему камутатара, але і магчымасці сучаснай схематэхнікі значна шырэй.

У сучасных аўтамабілях з інжэктарных рухавікамі кіраванне камутатарам ажыццяўляе альбо аўтаномны блок кіравання рухавіком, альбо бартавы кампутар аўтамабіля. Гэтыя прылады кіравання аналізуюць не толькі хуткасць кручэння коленвала, але мноства іншых параметраў, якія характарызуюць паліва і астуджальную вадкасць, тэмпературу розных вузлоў і навакольнага асяроддзя. На падставе іх аналізу ў рэжыме рэальнага часу мяняюцца і налады кута апярэджання запальвання.

няспраўнасці камутатара

Найбольш часта сустракаемай няспраўнасцю механічнага трамблера з'яўляецца падгарання яго кантактаў: як рухомых, так і высакавольтных кантактаў свечак. Каб гэтага не здарылася (прынамсі, не занадта хутка), трэба рэгулярна аглядаць iх, і калі на іх утварыўся нагар, то яго варта зняць надфілем або дробнай скуркай.

Калі выйшаў з ладу кандэнсатар, уключаны паралельна кантактам прерывателя, або рэзістар у ланцугі цэнтральнага высакавольтнага электрода, то іх можна замяніць.

Няспраўнасці камутатара электроннага, выкліканыя выхадам са строю ўзмацняльніка імпульсаў датчыка Хола або камутатара току шпулькі, звычайна не падлягаюць ліквідацыі, так як такой камутатар з'яўляецца неразборным. У гэтым выпадку, як правіла, няспраўны блок проста замяняецца новым.

Як праверыць камутатар?

Калі абароты рухавіка на халастым ходу «плаваюць», ці ён глухне на хаду, ці ўвогуле не запускаецца, то варта праверыць наяўнасць іскры на падлучаных да размеркавальніка запальвання з датчыкам Хола свечках. Для гэтага трэба выкруціць іх, надзець наканечнікі бронепроводов, пакласці свечкі на «масу» і «крутануть» коленвал стартэра. Калі іскры няма або яна слабая, трэба пераходзіць да камутатара.

Але як праверыць камутатар? Варта ўключыць запальванне і ацаніць, як асобай стрэлка вальтметра. Калі камутатар спраўны, то яна павінна адхіляцца ў два этапы. Спачатку стрэлка займае некаторы прамежкавае становішча, у якім застаецца 2-3 секунды, а затым пераходзіць у канчатковае (штатны) становішча. Калі стрэлка адразу займае канчатковае становішча, то можна спрабаваць замяняць камутатар.

падключэнне камутатара

Як падключыць камутатар да бескантактавы сістэме запальвання? Варта памятаць, што яго клеммная калодка падключаецца двума правадамі да клем «Б» і «К» шпулькі запальвання, трехпроводной джгутом з раздымам - да датчыка Хола на датчыку-размеркавальніку і адным провадам - да «масе». З высновай «+» акумулятара схема камутатара злучаецца на клемы «Б» шпулькі.