Для чего нужен коммутатор в автомобиле

По конструкции первые коммутаторы представляли собой пару проводов и блок питания. Теперь коммутатор – сложный узел в системе зажигания. Устройство продолжало эволюционировать – сейчас коэффициент выжигания топлива очень высок. Современные коммутаторы могут работать на низкооктановом бензине и повышают отдачу мотора на пониженных оборотах.

Что такое коммутатор в машине?

Этим термином называют устройство, отвечающее за появление искры. Искра возникает в блоке зажигания, а коммутатор в автомобиле — блок, координирующий этот процесс. Система зажигания делится на две составляющие — контрольный блок и блок, где происходит искровой разряд. Управляющая система контролирует момент появления искры, а исполняющий блок занимается ее образованием.

Прежде на автомобилях была система розжига горючего с батарейным зажиганием. В ее основе лежал принцип самоиндукции. Такая система работала долго — до появления принципиально иной элементной базы. У неё несложная транзисторная схема. Регулирование производится при помощи тока, проходящего по бобине. Основной принцип остался неизменным – коммутаторы по-прежнему работают на электромагнитной индукции.

Для чего нужен коммутатор зажигания?

Транзистор снижает нагрузку на прерыватель. Сила тока при этом многократно увеличивается. Система работает надежнее — без перебоев на повышенных оборотах, а значит, и на больших скоростях. Увеличилась степень сжатия силового агрегата. Характеристики зажигания улучшились благодаря устройствам, работающим как на транзисторной, так и на тиристорной схемах.

Поэтому батарейное зажигание оказалось полностью вытеснено, хотя до некоторого времени было доминантом. Кроме того, инновации позволили отказаться от контактных прерывателей.

Принцип работы коммутатора системы зажигания

Назначение коммутатора в системе зажигания — управление напряжением, которое проходит по сигналам, поступающим с ЭБУ. При вращении коленвала распределительный датчик создает импульсы, которые поступают на переключатель. Он формирует импульсы в катушке зажигания (первичная электрообмотка). Потом он появляется во вторичной электрообмотке. Напряжение поступает на основной распределительный контакт, потом по проводке идет на свечи, образующие искру.

Когда коленвал увеличивает обороты, контроль над регулировкой угла опережения зажигания берет на себя центростремительный регулятор. При изменении нагрузки на силовой агрегат эту функцию выполняет вакуумный регулятор. Использование транзисторов позволяет уменьшить нагрузку на прерыватель – сила тока при этом, наоборот, увеличивается. Это даёт усовершенствованным системам ряд преимуществ:

• степень сжатия увеличивается;
• вся система зажигания работает дольше;
• система может нормально работать при больших нагрузках на мотор.

Каким может быть коммутатор в автомобиле?

Современные коммутаторы эффективны и надежны благодаря микропроцессорам. Сейчас в магазинах продают разные модели. Все коммутаторы можно поделить на:

1. Транзисторные. Имеют контакты, которые могут обгореть или просто износиться. Это значит, что срок службы у них небольшой.
2. Тиристорные. Похожи на транзисторные, но имеют одно отличие — высокое напряжение возникает в конденсаторе. Когда система активируется, конденсатор подключается к катушечной обмотке. При следующем разряжении возникает искра.
3. Гибридные. Здесь есть кулачковый трамблер. Электронная часть включает в себя коммутатор и катушку. Это гибрид электроники и механики. За счет электронных элементов этот узел надёжнее и экономичнее. Датчики здесь заменены кулачками, подсоединяются они просто. Конструкция удобна – ведь когда свитч выходит из строя, можно переключиться на старую катушку. Потом запускается кулачковое зажигание.
4. Бесконтактные — самые эффективные устройства. Их параметры намного выше показателей коммутаторов другого типа. С началом применения электроники производители начали отказываться от контактов – сигналы стали передаваться от датчика Холла.

Датчики сыграли роль в улучшении процесса образования искры — перебои прекратились, погрешность воспламенения горючего в правом цилиндре уменьшилась. Проблема зависимости угла опережения от частоты оборотов двигателя осталась, но и она была решена при помощи микроконтроллерной системы. Устройства, в которые она интегрирована, получают сигнал с датчика на вход Х1. Здесь его обработкой занимается микроконтроллер, определяющий момент активации и деактивации катушки.

Как определить неисправность коммутатора в машине?

Выявить поломки у устройств нового типа несколько сложнее, чем у одноконтактных. Лучше отвезти машину в СТО. Признаки поломок таковы:

• мотор перестал запускаться, искры нет;
• двигатель постоянно глохнет;
• силовой агрегат работает неустойчиво.

Для проверки используют вольтметр — при включенном зажигании его стрелка должна располагаться посередине шкалы. Когда питание перестает поступать, она отклоняется в правую сторону. Если все происходит так, прибор находится в рабочем состоянии.

Если вольтметра нет, проверяют узел при помощи сигнальной лампочки. Один из проводов подсоединяется к массе, второй — к первой коммутаторной клемме. Если устройство рабочее, лампочка загорится.

Появление коммутатора – следствие эволюции системы зажигания. По мере её развития и возникли многоканальные устройства, которые сильно облегчают жизнь нынешним автовладельцам.

Коммутаторы – это промышленные устройства, которые могут располагаться отдельно либо быть составной частью какой-нибудь электронной системы.

Принцип работы коммутатора заключается в выборе нужной электрической цепи и подключения ее к входной цепи.

Современные коммутаторы бывают одно-, двух- или многоканальными и имеют также аварийный режим работы. Многоканальность обеспечивает большую надежность и стабильность работы той системы, куда подключен коммутатор. Фото одного из устройств данного вида представлено ниже.

В авто и мототехнике коммутатор представляет собой своеобразный микрокомпьютер, что вырабатывает и подает токовый импульс на катушку зажигания (на свечу, которая поджигает топливо в моторе).

В компьютерных сетях также существуют коммутирующие устройства, например, ethernet. Принцип работы коммутатора ethernet заключается в том, что, когда приходит пакет для определенного адреса, он находит его порт и пересылает пакет именно одному этому пользователю. В то время как другие устройства передают информацию на все порты.

Для чего предназначен коммутатор

Эти приборы широко используются в различных отраслях, а также устанавливаются на транспортные средства в качестве перераспределителей, выключателей или переключателей.

Принцип действия коммутатора такой же, что и у электронных, электромеханических, а также электронно-лучевых приборов.

Назначение коммутатора состоит в том, чтобы управлять токами катушки зажигания, опираясь на сигналы синхронизационного датчика.

В транспортном средстве цепь, где находится коммутатор, выполняет функцию тестировщика узлов систем зажигания, автоматическим путем во время переключения топливной системы с бензина на газ регулирует угол опережения зажигания и многое другое.

Немного истории

В системе зажигания первых автомобилей применялась опция батарейного зажигания, функционировавшая по принципу самоиндукции. Эта схема работы прижилась в авто на очень длительный срок, пока не были созданы новые элементы. Они дали возможность усовершенствовать устройство и при этом сохранить сам принцип работы коммутатора.

Следующим шагом в развитии данного прибора явилось создание его электронного аналога с использованием ключей на основе транзисторов для автоуправления током, что протекает в катушке зажигания. Функционирование по принципу ЭМИ осталось, а с помощью ключей уменьшалась нагрузка, прилагаемая к контактным группам прерывателя, и увеличивался ток, что протекал через обмотку катушки.

Введение такого технического новшества дало следующие результаты:

• устойчивость функционирования блока зажигания была значительно повышена;
• удалось обеспечить бесперебойную его работу при увеличенных оборотах двигателя на высоких скоростях передвижения;
• была повышена степень сжатия.

Далее в составе коммутаторов стали применять:

• тиристорные схемы;
• транзисторные элементы;
• датчики без контакта;
• гибридные схемы.

Применение данных деталей в узлах коммутаторов заметно повысило качество работы авто и сделало возможным отказ от использования батарейного зажигания.

То, что в системы управления автомобилем был введен электронный коммутатор, позволило с течением времени произвести замену контактного прерывателя напряжения на бесконтактный датчик. Первым таким устройством был коммутатор ВАЗ, зажигание которого основано на применении датчика Холла.

Следующим шагом стало создание многоканальных устройств, а затем и установка отдельной системы, состоящей из коммутатора и катушки, выполненных на каждой свече. Это дало свои преимущества:

• стала вырабатываться более мощная искра;
• удалось уменьшить, а затем и ликвидировать потери в трамблере;
• получилось добиться стабильного хода на холостых оборотах;
• заметно снился расход горючего;
• при низких температурах улучшился запуск двигателя.

Функционирование устройства

Принцип работы коммутатора состоит в том, чтобы максимально быстро коммутировать цепь с датчиками вращения и управлять токами в катушке зажигания.

Дело в том, что сигналы, поступающие от датчиков вращения, являются слабыми, либо аналоговыми и неудобными в использовании. Поэтому для применения в системе управления их нужно не только сформировать, а еще и усилить, а затем передать первичной обмотке катушки, что позволяет осуществлять высокоскоростную коммутацию.

Многоканальные устройства способны производить управление и коммутацию сразу нескольких катушек зажигания.

Место расположения

Конструктивно коммутатор может совмещаться с электронным блоком управления двигателя, при этом управляющие сигналы с него поступают сразу на катушку зажигания.

Если конструкция такова, что устройство расположено отдельно, то оно может устанавливаться:

• на распределителе зажигания, как у ВАЗа;
• в непосредственной близости от катушки зажигания;
• отдельно на поверхности из металла для осуществления теплоотвода, например, на крыле или перегородке под капотом, как у "Форда";
• возле электронного блока управления и другое.

Например, коммутатор "Ауди" располагается под ветровым стеклом в отсеке двигателя в кожухе из водонепроницаемого материала. Там же есть разъемы для диагностических устройств.

Типы коммутаторов

Из всего разнообразия данного вида приборов для авто и мототехники предназначены следующие:

• устройство, которое имеет высоковольтный встроенный генератор – DC CDI;
• коммутатор, что работает только в присутствии дополнительного источника высокого напряжения – AC CDI;
• катушка-коммутатор.

Коммутаторы DC-типа являются самыми применяемыми из-за легкого подключения, они имеют на корпусе лишь четыре контакта: датчик Холла, минус, плюс, катушка зажигания.

Данные приборы имеют широкий модельный ряд:

• без ограничителя максимального числа оборотов или с ним;
• с возможностью изменять фазы опережения зажигания;
• для различных нужд – наличие дополнительных контактных групп.

Коммутаторы АС-типа отличаются от первых тем, что им не нужно постоянное наличие напряжения, и подключаются они несколько сложнее. Также они имеют очень маленькие размеры и, следовательно, более простую конструкцию. В силу этого они не обладают ограничителем максимального числа оборотов, что снижает безопасность использования техники.

Коммутаторы-катушки представляют собой самый интересный, слабоизученный и малораспространенный вид. Они соединяют в себе катушку зажигания и коммутирующий элемент, а также не оснащены датчиком Холла.

Принцип их действия заключается в прерывании тока, который протекает через высоковольтный трансформатор с низковольтной намоткой-катушкой. Само прерывание осуществляется контактным выключателем, что приводится в действие с помощью вала распределителя зажигания.

Система с механическим прерывателем имеет следующие недостатки:

1. Из-за слишком высокого тока, протекающего в первичной обмотке катушки, в прерывателе часто вырабатывается искра, которая приводит к порче контактов: они оплавляются и обгорают.
2. В холодное и сырое время года контакты подвергаются электрохимической эрозии.
3. Высокий ток в контактах прерывателя приводит к тому, что продолжительность разряда искры зажигания является кратковременной, это приводит к некачественному поджиганию топлива и нестабильной работе двигателя на низких оборотах. Следовательно, требуются затраты на обогащенную смесь.

Устранение этих недостатков стало возможным с появлением высоковольтных транзисторов высокой мощности и созданием бесконтактных систем электронного зажигания.

Некоторые водители пытаются улучшить технические характеристики транспортного средства путем замены контактной системы зажигания бесконтактной от новой модели. Это затратно и трудоемко, ведь требуется поменять систему зажигания полностью и приобрести электронный коммутатор. Кроме того, не всегда удается найти подходящий к старому новый вариант коммутации зажигания.

Несмотря на это, даже если между катушкой зажигания и контактным прерывателем подключить простой коммутатор на мощном транзисторе, можно заметно повысить качество системы контактного зажигания автомобиля:

• перестанут оплавляться контакты прерывателя из-за уменьшения тока;
• продолжительность заряда искры увеличится примерно вдвое, что вызовет лучшее поджигание горючего;
• систему всегда можно вернуть к первоначальному варианту простой перекоммутацией провода в случае поломки коммутатора на транзисторе.

Виды коммутаторов

Различают следующие виды:

• стандартный (стоковый);
• спорт;
• с возможностью изменения фаз опережения зажигания.

Стандартный, еще называемый стоковым, коммутатор монтируется заводом-изготовителем, поэтому он рассчитан на параметры той техники, куда производится установка. Это, в свою очередь, дает гарантии того, что двигатель будет работать надежно, экономично и долго. Часто такие коммутаторы снабжены ограничителями числа оборотов, которые не только могут спасти жизнь водителю, но и сохранить долговечность агрегатов и узлов техники.

Спорт-коммутатор предназначен для того, чтобы повысить верхнюю границу оборотов двигателя. Устанавливается он вместо стандартного по желанию водителя. Но производить такую замену должны только специалисты, так как вместе с этим устройством необходимо заменить еще некоторые детали. Если этого не сделать или сделать неумело, узлы техники будут работать неправильно вплоть до скорого выхода из строя мотора.

Кроме этого, даже профессиональная замена стандартного коммутатора на спорт добавляет существенный риск аварии, если транспортным средством управляет неопытный водитель. Поэтому производить такие действия нужно крайне осторожно, осознавая предстоящий риск, особенно устанавливая такой коммутатор на скутер. Собственно, осторожность нужна всегда.

Принцип работы коммутатора с изменением фазы опережения зажигания заключается в том, что он компенсирует недостающую мощность в тех зонах оборотов, где это необходимо, и выравнивает кривую графика крутящего момента. Этим обеспечивается выигрыш в разгоне по сравнению со стандартными коммутаторами и равномерная динамика работы двигателя на различных оборотах.

Какие бывают неисправности

Признаками того, что в системе зажигания происходит сбой либо присутствует неисправность, являются такие состояния:

• отсутствует искра на свечах, двигатель не запускается;
• двигатель запускается, но через короткое время глохнет;
• работа двигателя автомашины происходит со сбоями, неравномерно и приходит в нормальный режим при замене на запасной исправный коммутатор.

Обычно сбои в работе электрической части встречаются следующих видов:

• короткое замыкание в результате перегрузки одной или обеих первичных обмоток катушки зажигания;
• сбой в работе высоковольтной системы.

Как проверить работу

Для того чтобы проверить работоспособность устройства, существует несколько популярных способов. В частности, для этого необходимо:

• самый простой метод на начальном этапе – заменить прибор на заведомо работающий и сравнить результат;
• проверить, подается ли напряжение питания на выводы прибора. Сделать это нужно двумя способами: вольтметром и нагрузкой;
• с помощью осциллограммы проверить правильность формы входного сигнала, что подается на коммутатор;
• тем же методом проверить форму выходного сигнала;
• если приборная панель в автомобиле оснащена вольтметром, то проверку можно провести визуально, следя за его шкалой. Для этого включается зажигание, в этот момент номинальное значение на индикаторе должно равняться примерно 12В, и коммутатор некоторое время добирает на себя напряжение. После того как зажигание будет включено, стрелка на короткое время замирает, а затем движется еще около миллиметра вправо и останавливается. Нарушение этой последовательности свидетельствует о сбое в работе коммутатора;
• также для проверки работы зажигания можно использовать контрольную – обычную автомобильную – лампочку. Один ее контакт подсоединяется к нагрузке, а второй – на выход катушки, что соединен с коммутаторной клеммой. При исправном коммутаторе при включении зажигания лампочка будет мигать и со временем засветится более ярко;
• также для контроля зажигания, если сбой не связан с коммутатором, нужно проверить провода, контакты и разъемы, а также осмотреть датчик Холла.

Важно не забывать, что коммутаторы, применяемые с генераторными датчиками, нельзя использовать в тех системах, что содержат датчик Холла. То же и наоборот.

Как ремонтируют коммутатор

Данное устройство играет важную роль в системе зажигания автомобиля. Принцип работы коммутатора таков, что при выходе его из строя завести двигатель машины не получится.

Однако ремонт в большинстве случаев невозможен, и прибор подлежит замене, поэтому не лишним будет иметь водителю при себе запасное исправное устройство.

Коммутатор на скутер

Как правило, в китайских и в большинстве японских скутеров используется система зажигания на основе конденсаторов. Функция конденсатора состоит в том, что после запуска мотора в нем копится энергия, и при достижении необходимого напряжения ток поступает через тиристор в катушку, где преобразовывается в силу, превыщающую входную в 60–200 раз, что и приводит к запуску двигателя скутера.

Типичным представителем устройства для скутера, содержащим в себе накапливающий напряжение конденсатор, является коммутатор "Хонда" Dio AF 34. Преимущество таких приборов в том, что искра вырабатывается всегда одной и той же мощности, что приводит к стабильности процесс запуска двигателя.

Но из-за того, что многие скутеры систему зажигания содержат конструктивно в общей схеме электроснабжения, то в случае ее короткого замыкания или перегрузки коммутатор выходит из строя первым. Поэтому есть смысл при приобретении скутера обратить внимание на те модели, где подключение коммутатора и блок зажигания смонтированы самостоятельной электрической цепью. Риск поломки в этом случае заметно снизится.

Характерной особенностью автомобиля можно считать его быстрое моральное старение, но долгую жизнь. Самое современное сегодня авто, как минимум через два года будет уже уступать другим, более новым, с улучшенными характеристиками, машинам. Но и сейчас на дорогах встречаются автомобили прошлого века. Поэтому не просто интересно, но порой и необходимо, знать хотя бы в общих чертах, что собой представляют подобные транспортные средства, их устройство, особенности, в том числе и такую вещь, как простой коммутатор зажигания, значительно изменивший возможности машины.

Что собой представляет и каков принцип работы коммутатора зажигания

Ещё на самых первых автомобилях для поджигания горючей смеси использовались системы батарейного зажигания, функциональная схема которой приведена на рисунке

Указанный рисунок позволяет понять, что ее работа основана на принципе самоиндукции. При разрыве цепи протекания тока в обмотке бобины 3, во вторичной наводится высоковольтная ЭДС, вызывающая появление искры на контактах свечи 2. Разрыв цепи вызывается размыканием контактов прерывателя 6.

Не касаясь достоинств или недостатков, следует отметить, что такая схема работала на автомобиле долгое время. И только появление новой элементной базы, дало толчок дальнейшему развитию подобного устройства, сохранив первоначальный принцип его работы.

Электронный коммутатор зажигания – следующий шаг в развитии

Самый простой и напрашивающийся вариант – использование транзисторных ключей для управления токами, протекающими через катушку зажигания. Так появился электронный коммутатор напряжения. Схема подобного простого устройства приведена ниже:

Коммутатор не влияет на первоначальный принцип работы, основанный на электромагнитной индукции. Роль электронных ключей, в качестве которых использованы транзисторы VT1 и VT2, заключается в том, чтобы уменьшить нагрузку на контакты прерывателя S1 и увеличить ток, протекающий через обмотку катушки L1. Следствием такого технического решения стало:

• повышение надежности работы всей системы зажигания;
• обеспечение возможности ее работы на больших оборотах двигателя и при высокой скорости движения;
• повышение степени сжатия.

Каким может быть коммутатор системы зажигания

Приведенная выше схема коммутатора – лишь один из вариантов, как может быть реализовано устройство зажигания. Это выполняется с использованием:

1. транзисторов;
2. тиристоров:
3. гибридных элементов;
4. бесконтактных датчиков.

Транзисторная схема коммутатора рассмотрена выше, тиристорная схема использует накопление энергии в конденсаторе, а не в электромагнитном поле катушки зажигания. В ходе работы тиристорной системы, при поступлении управляющих сигналов, схема подключает заряженный конденсатор к обмоткам катушки, через которую он и разряжается, вызывая появление искры. Не касаясь достоинств и недостатков, которыми обладает та или иная схема, достаточно сказать, что любое подобное устройство обеспечивает значительное улучшение всех параметров системы зажигания, а коммутатор со временем вытеснил обычное батарейное зажигание.

Однако необходимо отметить и ещё один этап развития системы, и коммутатора в частности. Использование электронных компонентов и введение в конструкцию автомобиля коммутатора, позволило со временем отказаться от контактного прерывателя напряжения и заменить его бесконтактным датчиком. Такая система, в отечественных автомобилях, впервые была применена в машинах ВАЗ, в частности ВАЗ 2108. Подобный принцип работы, когда коммутатор получает сигналы от специального узла, на ВАЗ 2108 реализован с использованием датчика Холла.

При рассмотрении вариантов, каким может быть устройство коммутатора, нельзя обойти вниманием развитие самой системы зажигания. Основной принцип, который реализуется при ее построении – повышение надежности и эффективности работы всей системы. Достигается это применением микропроцессорных систем, использующих показания многочисленных датчиков. Для работы с такими системами требуется, как минимум, двухканальный коммутатор, а в последнее время и отдельная катушка, и коммутатор на каждую свечу.
Такой подход – двухканальный коммутатор (в дальнейшем и многоканальный) позволяет обеспечить:

• более мощную искру;
• исключение потерь в трамблере;
• стабильный холостой ход;
• улучшенный пуск при пониженной температуре;
• снижение расхода топлива.

Стоит отметить, что двухканальный коммутатор позволяет избавиться от бегунка.

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.
" alt="">