Urządzenie układu zapłonowego (VAZ-2109)

Układ zapłonowy ma za zadanie spowodować zapłon mieszanki roboczej w cylindrach silnika za pomocą wyładowania iskrowego, które musi powstać w ściśle określonym momencie. Większość samochodów z rodziny VAZ-2108 i VAZ-2109 posiada elektroniczny bezstykowy układ zapłonowy. W skład zestawu wchodzą świece zapłonowe, rozdzielacz iskry, przełącznik oraz przewody wysokiego i niskiego napięcia.

Niektóre samochody VAZ-21083 i VAZ-21093 są wyposażone w mikroprocesorowy (cyfrowy) układ zapłonowy. Podstawą tego systemu jest kontroler, który jest specjalistycznym mikrokomputerem. Na podstawie sygnałów z czujników sterownik precyzyjnie określa moment zapłonu w cylindrach silnika zgodnie z zadanym programem i wydaje polecenia przełącznikowi. Dzięki temu możliwe jest zmniejszenie zużycia paliwa, ograniczenie toksyczności spalin i osiągnięcie optymalnej mocy silnika. W skład mikroprocesorowego układu zapłonowego wchodzą następujące oryginalne jednostki: sterownik, przełącznik dwukanałowy, dwie cewki zapłonowe oraz czujniki rozpoczęcia zliczania, impulsów kątowych i temperatury. Przełącznik, świece zapłonowe i przewody wysokiego napięcia są takie same jak w bezstykowym układzie zapłonowym.

Wyłącznik zapłonu

Wyłącznik zapłonu przeznaczony jest do włączania i wyłączania obwodów zapłonu i rozruchu, urządzeń sterujących, świateł i innych odbiorników energii elektrycznej w pojeździe. Wyłączniki zapłonu występują w dwóch typach: KZ813, produkowany na Węgrzech, lub 2108-3704005-40, produkowany w kraju. Są one wymienne, ale różnią się konstrukcją. Zestaw przełącznika zapłonu zawiera dodatkowy przekaźnik zapłonu, którego nie zastosowano w pierwszej partii samochodów VAZ-2108. Schemat podłączenia wyłącznika zapłonu z dodatkowym przekaźnikiem pokazano na rysunek 106.





Wyłącznik zapłonu składa się z dwóch głównych części: części stykowej i części blokującej. Część blokująca posiada zabezpieczenie antykradzieżowe oraz blokadę uniemożliwiającą ponowne uruchomienie rozrusznika. Zasada działania urządzenia antykradzieżowego polega na tym, że po wyjęciu kluczyka ze stacyjki w pozycji III ("Parking"), trzpień blokujący zamka wysuwa się, wchodzi w rowek wału kierownicy i blokuje wał. Zamek jest tak skonstruowany, że klucz można wyjąć tylko w pozycji III.

Blokada ponownej aktywacji rozrusznika zapobiega ponownemu przekręceniu kluczyka z pozycji I (Zapłon) do pozycji II (Rozrusznik). Rozrusznik można ponownie aktywować dopiero po przekręceniu kluczyka do pozycji O (Wyłączony). Dzięki temu urządzeniu rozrusznik jest zabezpieczony przed przypadkowym uruchomieniem podczas pracy silnika, co mogłoby doprowadzić do uszkodzenia napędu rozrusznika.

Część stykowa wyłącznika zapłonu jest nierozłączna. Napięcie z akumulatora i generatora podawane jest na styki "30" i "30/1". W tabeli. 6 pokazuje, które styki przełącznika są zamknięte w różnych pozycjach klucza.

Świece zapłonowe

Świece zapłonowe służą do zapłonu mieszanki roboczej w cylindrach za pomocą wyładowania iskrowego między elektrodami. Pojazdy, o których mowa, wyposażone są w świece zapłonowe typu FE65P (wyprodukowano w SFRJ) lub świec zapłonowych typu A-17DV-10 produkcji krajowej. Litera A w oznaczeniu świecy zapłonowej oznacza długość gwintu części wkręcanej M14X 1,25. Cyfry 17 oznaczają liczbę żarową świecy zapłonowej. Druga litera D w oznaczeniu wskazuje, że długość gwintowanej części korpusu świecy zapłonowej wynosi 19 mm. Ostatnia litera B oznacza, że stożek termiczny (osłona) izolatora wystaje poza koniec obudowy.

Świece zapłonowe A-17DV-10 różnią się od świec zapłonowych A-17DV (stosowanych w samochodach marki Ziguli) kształtem izolatora, zwiększoną grubością elektrody bocznej oraz wprowadzeniem powłoki antykorozyjnej na korpus. Wszystko to zwiększa niezawodność świecy zapłonowej przy wyższych napięciach i wydłuża jej trwałość.

Od 1988 roku w omawianych pojazdach mogą być stosowane świece zapłonowe FE65PR lub FE65CPR, które posiadają wewnątrz rezystor przeciwzakłóceniowy o rezystancji 4...10 kOhm. W przypadku tych świec zapłonowych przewody wysokiego napięcia są instalowane na silniku bez końcówek przeciwzakłóceniowych.

Cewka zapłonowa

Cewka zapłonowa przetwarza przerywany prąd niskiego napięcia (12 V) na prąd wysokiego napięcia (20...25kV), konieczne jest przebicie szczeliny powietrznej pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej. Typ cewki zapłonowej: 27.3705. Jest to transformator z otwartym obwodem magnetycznym, który składa się z wewnętrznego rdzenia i zewnętrznego pierścieniowego obwodu magnetycznego. Uzwojenie wtórne, które ma dużą liczbę zwojów, nawinięte jest wokół rdzenia. Jeden jego koniec należy podłączyć do centralnego zacisku cewki zapłonowej, a drugi do zacisku niskiego napięcia "B". Uzwojenie pierwotne (z mniejszą liczbą obrotów) nawinięty na uzwojenie wtórne. Jego zaciski są podłączone do zacisków niskonapięciowych. Aby zwiększyć niezawodność izolacji i poprawić chłodzenie, cewkę zapłonową wypełnia się olejem transformatorowym.

W pojazdach z cyfrowym układem zapłonowym montowane są dwie cewki zapłonowe typu 29.3705, wciśnięte w plastik, każda z dwoma zaciskami wysokiego napięcia. Jedna cewka zapłonowa generuje impulsy wysokiego napięcia do świec zapłonowych cylindrów 1 i 4, a druga do świec zapłonowych cylindrów 2 i 3.

Czujnik rozdzielacza zapłonu

Czujnik rozdzielacza zapłonu generuje impulsy sterujące niskiego napięcia i rozdziela impulsy wysokiego napięcia do świec zapłonowych. Typ czujnika rozdzielacza: 40.3706. Jest to silnik czteroiskrowy z regulatorem czasu zapłonu opartym na podciśnieniu i odśrodkowym układzie zapłonowym.

Korpus 13 (rysunek 107) odlany jest ze stopu aluminium. Wałek 15 obraca się w dwóch porowatych tulejach metalowo-ceramicznych nasączonych olejem. Tuleja 17 jest wciskana w obudowę, a tuleja 25 znajduje się w uchwycie 7. Głównymi częściami czujnika rozdzielacza zapłonu są: czujnik, odśrodkowy regulator kąta wyprzedzenia zapłonu, podciśnieniowy regulator kąta wyprzedzenia zapłonu i rozdzielacz zapłonu.



Czujnik 22 — bezkontaktowa mikroelektronika, oparta na wykorzystaniu efektu Halla. Efekt ten polega na powstawaniu poprzecznego pola elektrycznego w płytce półprzewodnikowej, przez którą przepływa prąd, pod wpływem działania na nią pola magnetycznego. Czujnik składa się z magnesu trwałego, płytki półprzewodnikowej i układu scalonego. Pomiędzy płytą a magnesem jest przerwa.

W szczelinie czujnika znajduje się stalowy ekran 9 z czterema szczelinami. Gdy szczelina ekranu przechodzi przez szczelinę, na płytkę półprzewodnikową działa pole magnetyczne, a różnica potencjałów znika. Jeżeli korpus sita znajduje się w szczelinie, linie sił magnetycznych są zamknięte w sicie i nie działają na płytę. W tym przypadku na płytce nie powstaje żadna różnica potencjałów.

Zintegrowany układ scalony wbudowany w czujnik zamienia różnicę potencjałów powstałą na płytce na ujemne impulsy napięcia o określonej wartości na wyjściu czujnika (rysunek 108, II). Gdy ekran znajduje się w szczelinie czujnika, na jego wyjściu występuje napięcie U_max około 3 V mniej niż napięcie zasilania. Jeżeli szczelina ekranu przechodzi przez szczelinę czujnika, wówczas napięcie U_max na wyjściu czujnika bliskim zeru (nie więcej niż 0,4 V). Stosunek okresu T do czasu trwania T_i impuls (cykl pracy) równa się 3. Napięcie zasilania czujnika wynosi 8...14 V.

Regulator zapłonu odśrodkowego składa się z płyty czołowej 12 zamocowanej na wale 15, płyty napędzanej 10 i dwóch ciężarków 11. Ciężarki obracają się na osiach przytwierdzonych nitami do płyty czołowej. Ekran 9 jest przynitowany do tulei płyty napędzanej. W ten sposób płyta napędzana 10 tworzy jedną całość z ekranem 9 i może obracać się w niewielkich granicach na wale 15.

Regulator czasu zapłonu próżniowego 18 jest przymocowany do korpusu czujnika-dystrybutora. Między korpusem a pokrywą regulatora zaciśnięta jest membrana 20. Z jednej strony do membrany przymocowany jest pręt 21, a z drugiej strony znajduje się sprężyna. Pręt połączony jest obrotowo z płytą 8, na której zamontowany jest czujnik bezstykowy. Pod wpływem podciśnienia membrana wygina się i poprzez pręt 21 obraca płytkę 8 w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu wału 15.

Dystrybutor składa się z wirnika 5, zamontowanego na końcu wałka 15, oraz elektrod 4, umieszczonych w plastikowej osłonie 1. Styki środkowy i zewnętrzny są przynitowane do plastikowego wirnika 5 i wypełnione żywicą epoksydową, a także rezystora o rezystancji 1 kOhm, przeznaczonego do tłumienia zakłóceń radiowych. Sprężynowa elektroda węglowa 3 opiera się o środkowy styk wirnika, przekazując impulsy wysokiego napięcia z cewki zapłonowej do wirnika. Gdy wirnik obraca się, impulsy te przekazywane są z elektrod zewnętrznych do elektrod bocznych 4 i dalej do świec zapłonowych.

Przełącznik

Przełącznik zamienia impulsy sterujące czujnika na impulsy prądu w uzwojeniu pierwotnym cewki zapłonowej. W pojazdach z bezstykowym układem zapłonowym stosuje się jednokanałowy przełącznik elektroniczny 36.3734, lub 3620.3734, lub 56.3734, lub HIM-52 (wyprodukowano na Węgrzech). Wszystkie są zamienne. Cyfrowy układ zapłonowy wykorzystuje dwukanałowy przełącznik typu 42.3734.

Podczas przejścia impulsu dodatniego (napięcie U_maks, patrz rysunek 108, II) z czujnika bezstykowego następuje stopniowe (w ciągu 4,8 ms) wzrost prądu w uzwojeniu pierwotnym cewki zapłonowej do wartości maksymalnej V (patrz 108, ja), równe 8...9 A. W chwili, gdy napięcie na wyjściu czujnika spadnie, tranzystor wyjściowy przełącznika zamyka się, a prąd płynący przez uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej zostaje gwałtownie przerwany. W wyniku tego w uzwojeniu wtórnym indukuje się impuls wysokiego napięcia.

Przewody wysokiego napięcia

Przewody wysokiego napięcia przesyłają impulsy wysokiego napięcia z cewki zapłonowej do rozdzielacza, a stamtąd do świec zapłonowych. Aby zredukować zakłócenia radiowe, przewody mają rozłożoną na całej swojej długości rezystancję, która w przypadku przewodów typu PVVP-8 wynosi 2000 Ohm/m (kolor czerwony) i 2500 Ohm/m dla przewodów PVSh1V-40 (kolor niebieski). Po stronie świec zapłonowych przewody wyposażone są w końcówki z rezystorami przeciwzakłóceniowymi 5,6 kOhm. Jeżeli stosowane są świece zapłonowe FE65PR lub FE65CPR, na przewodach nie są montowane końcówki przeciwzakłóceniowe.

Kontroler

Sterownik typu "Elektronika MS2713-02" przeznaczony jest do sterowania momentem powstawania iskry w cyfrowym układzie zapłonowym, a także do sterowania elektromagnetycznym zaworem odcinającym gaźnika. Jest to elektroniczny system mikroprocesorowy, będący w zasadzie miniaturowym wyspecjalizowanym komputerem. W jego pamięci znajdują się wartości kąta wyprzedzenia zapłonu, które muszą odpowiadać zadanym obrotom wału korbowego, podciśnieniu w kolektorze dolotowym oraz temperaturze płynu chłodzącego.

Sterownik, na podstawie sygnałów z czujników, wybiera z pamięci wymagany kąt wyprzedzenia zapłonu i w ściśle określonym momencie wysyła sygnały zapłonu do przełącznika. Dodatkowo, w zależności od położenia przepustnicy gaźnika i prędkości obrotowej wału korbowego, sterownik włącza lub wyłącza elektromagnetyczny zawór odcinający gaźnik.

Sterownik posiada wbudowany czujnik ciśnienia podłączony wężykiem do rury dolotowej silnika. Wszystkie wyjścia sterownika wykonane są w formie "otwartego kolektora" struktury tranzystora npn o obciążalności nie większej niż 10 mA.

Czujniki synchronizacji

Czujniki synchronizacji stosowane w cyfrowym układzie zapłonowym typu 14.3847 montowane są na obudowie sprzęgła. Czujniki mają za zadanie synchronizację pracy regulatora z górnym martwym punktem tłoków 1 i 4 cylindra (czujnik odniesienia lub NIE) i kątowe położenie wału korbowego (czujnik pulsu kątowego lub AP). Czujnik YI umieszczony jest nad zębatym wieńcem koła zamachowego, natomiast czujnik NO umieszczony jest nad specjalnym znacznikiem wciśniętym w koło zamachowe.

Oba czujniki są identyczne, zbudowane są w formie cewki z rdzeniem magnetycznym. Zasada działania czujników opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej. Gdy obiekt ferromagnetyczny przechodzi pod rdzeniem czujnika (na przykład ząb koła zamachowego), w cewce czujnika indukuje się siła elektromotoryczna. Jego wartość zależy od szczeliny między rdzeniem czujnika a zębem koronowym oraz od prędkości obrotowej wału korbowego.
Czujnik HO generuje jeden impuls na każdy obrót wału korbowego w chwili, gdy sworzeń znacznika przechodzi przez jego pole magnetyczne. Moment ten odpowiada położeniu GMP tłoków cylindrów 1 i 4. Czujnik UI wytwarza impulsy, gdy zęby koła zamachowego przechodzą przez jego pole magnetyczne. Ponieważ liczba zębów na koronie wynosi 128, okres impulsu czujnika UI wynosi 360/128=2,8° wzdłuż wału korbowego.

Impulsy generowane przez czujniki NO i UI pokazano na rysunek 109. Amplituda impulsów napięcia wynosi od 0,2 do 100 V w zakresie częstotliwości obrotów wału korbowego od 25 do 6000 obr/min. Szczelina między rdzeniem czujnika a górną krawędzią zęba koła zamachowego lub końcem sworznia znacznika powinna wynosić 0,3...1,2 mm.

Czujnik temperatury płynu chłodzącego

Czujnik temperatury płynu chłodzącego silnik stosowany w cyfrowym układzie zapłonowym, typ 19.3828, półprzewodnikowy, o charakterystyce liniowej. Montowany jest na rurze wylotowej płaszcza chłodzącego silnika. Wewnątrz obudowy czujnika znajduje się specjalny mikroukład. Do zacisków czujnika doprowadzany jest prąd stały o natężeniu 1,5 mA. W zależności od temperatury zmienia się spadek napięcia na zaciskach czujnika (mikroukłady). Ten spadek napięcia, gdy czujnik jest zasilany prądem stałym o natężeniu 1,5 mA, jest liczbowo równy (w miliwoltach) temperatura płynu chłodzącego w K, pomnożona przez dziesięć.

Napięcie wyjściowe czujnika w sterowniku zamieniane jest na dwa rodzaje sygnałów. Temperatura poniżej 50°C odpowiada sygnałowi niskiego poziomu, a temperatura powyżej 50°C odpowiada sygnałowi wysokiego poziomu. Sygnały te służą do wyboru kąta wyprzedzenia zapłonu dla dwóch stanów silnika: zimnego lub gorącego.