Как известно, двигатели автомобилей ВАЗ
Как известно, двигатели автомобилей ВАЗ 2105 и 2107 оборудовав ны новой системой питания «Каскад», которая по данным [10] позволяет на-5% повысить экономичность автомобиля при езде по городу.
Основным элементом этой системы является специальное устройство, называемое экономайзером принудительного холостого хода (ЭПХХ), которым снабжен карбюратор. Кроме того, в систему входят электронный блок управления, электропневмоклапан и микровыключатель, устанавливаемый на карбюраторе.
Принцип действия системы состоит в том, что в режиме принудительного холостого хода, т. е. при торможении двигателем или при движении под уклон с включенной передачей и отпущенной педалью акселератора, подача топливной смеси в двигатель отключается. Это и создает экономию и, кроме того, резко снижает токсичность отработавших газов.
Система «Каскад» может быть установлена на любую модель автомобиля «Жигули» путем соответствующей замены карбюратора и установки дополнительных элементов — электронного блока и электропневмоклапана. Однако такой подход не всегда целесообразен в связи с дефицитностью указанных элементов, а также их значительной стоимостью.
Вместе с тем на моделях ВАЗ 2103, 2106, 2121 система, подобная системе «Каскад», может быть установлена без замены карбюратора и без установки пневмоклапана. Дело в том, что карбюратор у этих моделей имеет специальный клапан в системе холостого хода, предназначенный для отключения подачи топливной смеси после выключения зажигания, с целью предо- i твращения калильного зажигания. Этот клапан и может быть использован-: для отключения подачи топливной смеси на принудительном холостом ходу [8, 9].
Предлагаемая система ЭПХХ обладает рядом преимуществ по сравнению с описанными ранее. Принцип работы системы рассмотрим по структурной схеме, показанной на рис. 26, на которой: ВЗ — выключатель зажигания; MB — микровыключатель; ЭБ — электронный блок, состоящий из тахометрического реле ТХР и устройства временной задержки УВЗ; ЭК — электромагнитный клапан карбюратора; СД — светодиод.
Контакты MB разомкнуты только тогда, когда педаль акселератора полностью отпущена.
Рис. 26. Структурная схема системы ЭПХХ
Рис. 27. Частотная характеристика тахеометрического реле системы ЭПХХ
Рис. 28. Временные диаграммы работы устройства временной задержки системы ЭПХХ
Тахометрическое реле имеет частотную характеристику, показанную на рис. 27. После включения питания выключателем ВЗ на выходе ТХР сразу же появляется полное напряжение питания 12 В и остается после запуска двигателя до тех пор, пока частота вращения коленчатого вала jV не достигнет 1600 об/мин. При достижении этой частоты напряжение на выходе ТХР исчезает и при дальнейшем увеличении частоты больше не появляется. При уменьшении частоты вращения вала двигателя напряжение на выходе ТХР появляется при частоте 1200 об/мин, т. е. на 400 об/мин меньшей. Гистерезис характеристики ТХР предотвращает автоколебания частоты вращения вала двигателя на режимах работы вблизи частоты переключения.
Напряжение с выхода ТХР поступает на электромагнитный клапан карбюратора.ЭК. Кроме того, напряжение на ЭК поступает также с выхода УВЗ, временные диаграммы работы которого показаны на рис. 28.
При подаче напряжения UВХ на вход УВЗ (от микровыключателя MB) такое же напряжение UВЫХ сразу появляется на его выходе (Tf, рис. 28). При снятии же напряжения со входа УВЗ (t2, на рис. 28) напряжение на его выходе исчезает не сразу, а лишь через некоторое время ДТ в момент Т3. Временная задержка AT предотвращает нежелательную остановку двигателя после резкого отпускания педали акселератора при выключенной трансмиссии, если до этого частота вращения вала двигателя была больше 1600 об/мин.
Когда педаль акселератора нажата, контакты MB замкнуты и на ЭК от УВЗ поступает напряжение питания. Кроме того, напряжение на ЭК может поступать и от ТХР при малой частоте вращения вала двигателя N. При N> > 1600 об/мин напряжение на ЭК поступает только от УВЗ. Однако, если частота вращения вала двигателя N>1600 об/мин, а дроссельная заслонка закрыта (режим принудительного холостого хода), то напряжение на ЭК вообще не поступает и подача топливной смеси перекрыта.
Принципиальная электрическая схема электронного блока системы ЭПХХ с цепями подключения на автомобиле приведена на рис. 29.
Тахометрическое реле состоит из заторможенного мультивибратора на транзисторах V2, V3, электронного ключа на транзисторе V5, компаратора на микросхеме D1, триггера Шмитта на транзисторах V13, V14 и электронных ключей на транзисторах V15 — V17.
Временные диаграммы работы ТХР приведены на рис. 30. Оно работает следующим образом. После включения питания мультивибратор устанавливается в исходное устойчивое состояние, при котором транзистор V2 открыт через резистор R3 и диод VI, а транзистор V3 закрыт. Конденсатор С2 заряжен почти до полного напряжения питания через резистор R6, диод VI и переход база — эмиттер транзистора V2. Транзистор V5 закрыт, и конденсатор С4 заряжен через резисторы R9, R10 до напряжения стабилизации стабилитрона V10 (tu рис. 4). Положительное напряжение с конденсатора С4 через диод V6 поступает на неинвертирующий вход 10 микросхемы D1, на инвертирующий вход 9 которой подается опорное напряжение UОп с дели-Теля Rll, R12.
При неработающем двигателе UOn меньше чем напряжение на конденсаторе С4, поэтому на выходе 5 микросхемы имеется положительное постоянное напряжение, которое через диод VII и резистор R17 поступает на вход Триггера Шмитта и устанавливает его во второе устойчивое состояние: транзистор V13 открыт, а транзистор V14 закрывается. При этом закрывается и Транзистор V16, а транзисторы V17, V15 открыты. Напряжение питания поступает к электромагнитному клапану и светодиоду.
Рис. 29. Схема электронного блока системы ЭПХХ с цепями подключения на автомобиле
Вывод XI электронного блока с помощью пружинного зажима «кроко1дил» подключен к изоляции центрального высоковольтного провода распределителя. Импульсы высокого напряжения, возникающие в момент искрообразования {U, рис. 30), проходят через емкость между высоковольтным прово-дом и зажимом «крокодил», ослабляются делителем напряжения на резисторах Rl, R2 и через конденсатор С1 поступают на вход заторможенного мультивибратора.
Отрицательная полуволна импульса зажигания закрывает транзистор V2, переводя мультивибратор во второе, временно устойчивое состояние. При этом заряженный конденсатор С2 через открывшийся транзистор V3 и резистор R4 подключается к диоду VI в запирающей полярности и тем самым удерживает мультивибратор во временно устойчивом состоянии после окончания действия импульса зажигания. Конденсатор С2 начинает перезаряжаться через резистор R3 и транзистор V3.
Рис. 30. Временные диаграммы работы тахометрического реле при низких (а), средних (б) и больших (в) частотах вращения коленчатого вала
Через некоторое время, которое определяется постоянной времени цепи R3C2, напряжение на левой по схеме обкладке конденсатора С2 становится положительным, диод VI и транзистор V2 открываются, а транзистор V3 закрывается. Мультивибратор возвращается в исходное устойчивое состояние (Тз на рис. 30).
Таким образом, во время работы двигателя на выходе мультивибратора (на коллекторе транзистора V3) появляется последовательность прямоугольных положительных импульсов, длительность которых обратно пропорциональна частоте искрообразования, а промежутки между импульсами имеют фиксированную длительность (примерно 0,5 мс), определяемую постоянной времени цепи R3C2.
Положительные импульсы с выхода мультивибратора через диод V4 и конденсатор СЗ поступают на базу транзистора V5 и открывают его на время заряда конденсатора СЗ через резистор R6 (примерно на 0,05 мс). В результате конденсатор С4 в течение нескольких микросекунд разряжается через открывшийся транзистор V5 (t3, t4, рис. 30).
После закрывания транзистора V5 конденсатор С4 снова заряжается через резисторы R9, R10, причем напряжение, до которого он зарядится (t4, рис. 30), зависит от длительности положительного импульса на коллекторе транзистора V3 или, что то же самое, от частоты вращения вала двигателя. Чем частота выше, тем импульс короче и тем до меньшего напряжения зарядится конденсатор С4.
При низких частотах вращения коленчатого вала двигателя конденсатор С4 успевает зарядиться до напряжения, превышающего опорное (рис. 30,а, б), в результате чего на выходе 5 микросхемы D1 появляется последовательность положительных импульсов. Постоянная составляющая напряжения этих импульсов выделяется на конденсаторе С6 и через резистор R17 поступает на вход триггера Шмитта, удерживая его во втором устойчивом состоянии. Транзисторы VI5, VI7 остаются открытыми, и напряжение питания продолжает поступать к электромагнитному клапану и светодиоду.
При увеличении частоты вращения вала двигателя длительность положительных импульсов на коллекторе транзистора уменьшается (рис. 30,6), следовательно, уменьшается и время заряда конденсатора С4, теперь он успевает зарядиться до меньшего напряжения. Длительность импульсов на выходе 5 ми- | кросхемы D1 уменьшается. Уменьшается и положительное напряжение, поступающее от выпрямителя V11C6 на вход триггера Шмитта. Однако триггер до определенного уровня входного напряжения остается во втором устойчивом состоянии, и электромагнитный клапан и светодиод не обесточиваются.
При дальнейшем увеличении частоты наступает момент, когда напряжение на конденсаторе С4 не успевает достичь значения опорного напряжения (рис. 30,в), и положительное напряжение на входе триггера Шмитта исчезает. Триггер переключается в основное устойчивое состояние: транзистор V13 закрывается, а транзистор V14 открывается через резистор R21. Транзистор V16 открывается коллекторным током транзистора V14, а транзисторы V17 и VI5 закрываются. Электромагнитный клапан и светодиод обесточиваются.
Точность работы ТХР обеспечивается тем, что заряд конденсатора С4 и питание делителя Rll, R12 опорного напряжения производятся от одного и того же и при том стабилизованного источника питания — стабилитрона V10, а также соответствующим выбором типа конденсатора С4.
Цепь, состоящая из транзистора V15, диода V12 и резисторов R13, R14 служит для получения заданной величины петли гистерезиса частотной характеристики ТХР. Когда электромагнитный клапан и светодиод обесточены, транзистор V15 и диод V12 закрыты, и эта цепь не оказывает влияния на работу ТХР. Когда же при уменьшении частоты транзистор VI5 открывается, резистор R13 через диод V12 и транзистор V15 подключается параллельно резистору R12, вследствие чего опорное напряжение на входе 9 микросхемы D! уменьшается, и переключение схемы (снятие питания с электромагнитного клапана и светодиода) происходит теперь уже при большей частоте (см. рис. 27).
С помощью переменного резистора R9 выставляют частоту я включения электромагнитного клапана и светодиода при уменьшении частоты вращения вала двигателя, а с помощью переменного резистора R13 — величину петли гистерезиса An. Диоды V8, V9 ограничивают напряжение между входами микросхемы D1 на допустимом уровне.
Устройство временной задержки УВЗ состоит из цепи временной задержки С5, R18, R20, триггера Шмитта на транзисторах V20, V21 и электронного ключа на транзисторах V22, V23, причем триггер Шмитта и электронный ключ такие же, как и в ТХР. Устройство временной задержки работает следующим образом. Допустим, что контакты микровыключателя MB разомкнуты. Тогда после включения питания триггер Шмитта устанавливается в основное устойчивое состояние, когда транзистор V20 закрыт, а транзистор V21 открыт. Следовательно, открыт также транзистор V22, а транзистор V23 заперт. На- . пряжение к электромагнитному клапану и светодиоду от УВЗ не поступает.
