Принцип работы коммутатора. Где находится коммутатор. Что такое коммутатор в автомобиле

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.