Работа любого бензинового двигателя внутреннего сгорания была бы невозможна без специальной системы зажигания. Именно она отвечает за воспламенение смеси в цилиндрах в строго определенный момент. Различают несколько возможных вариантов:
- контактная;
- бесконтактная;
- электронная.
Одинаковы элементы разных систем зажигания автомобиля
Незаменимым и наиболее востребованным является наличие аккумуляторной батареи. Даже в отсутствие или при поломке генератора при помощи неё можно ещё некоторое время продолжать движение. Генератор также есть неотъемлемой частью, без которой нормальное функционирование любой из систем невозможно. Свечи зажигания, бронепровода, высоковольтная и управляющие элементы дополняют любую из упомянутых систем. Основное различие меду ними заключается в типе, управляющего моментом зажигания и отвечающего за искрообразование устройства.
Контактный прерыватель-распределитель зажигания
Это устройство инициирует возникновение искры высокого, до 30000 В, вольтажа на контактах свечей зажигания. Для этого он соединяется с высоковольтной катушкой, благодаря которой происходит образование высокого напряжения. Сигнал на катушку передается при помощи проводов от специальной контактной группы. При её размыкании кулачковым механизмом происходит образование искры. Момент её возникновения должен строго соответствовать требуемому положению поршней в цилиндрах. Это достигается благодаря четко рассчитанному механизму, передающему вращательное движение на прерыватель-распределитель. Одним из недостатков устройства является влияние механического износа на время возникновения искры и на её качество. Это влияет на качество работы двигателя, а значит может требовать частых вмешательств в регулировку его работы.
Бесконтактное зажигание
Этот тип устройств не зависит на прямую от размыкания контактов. Основную роль в моменте искрообразования здесь играет транзисторный коммутатор и особый датчик. Отсутствие зависимости от чистоты и качества поверхности контактной группы может гарантировать более качественное искрообразование. Однако этот тип зажигания тоже использует прерыватель-распределитель, который отвечает за передачу тока на нужную свечу в нужный момент.
Электронное зажигание
В этой системе воспламенения смеси полностью отсутствуют механические движущиеся части. Благодаря наличию специальных датчиков и особого блока управления, образование искры и момент её раздачи на цилиндры выполняются гораздо более точно и надежно, чем у вышеупомянутых систем. Это дает возможность улучшить работу двигателя, увеличить его мощность и снизить расход топлива. Кроме того, радует и высокая надежность устройств такого типа.
Основные этапы работы системы зажигания
Различают несколько основных этапов работы любых систем зажигания:
- накопление необходимого заряда;
- высоковольтное преобразование;
- распределение;
- искрообразование на свечах зажигания;
- возгорание смеси.
Видео про принцип работы системы зажигания:
Все автолюбители знают, что для розжига топлива применяется искра на свече зажигания, которая воспламеняет топливо в цилиндре, а напряжение на свече достигает уровня 20Кв. На старых автомобилях применяются классические, системы зажигания, которые имеют серьёзные недостатки. Именно о модернизации и доработке этих схем мы и поговорим.
Емкость в этой конструкции заряжается от стабильного по амплитуде обратного выброса блокинг-генератора. Амплитуда этого выброса почти не зависит от напряжения аккумуляторной батареи и числа оборотов коленчатого вала и поэтому энергии искры всегда достаточно для воспламенения топлива.
Схема зажигания выдает потенциал на накопительном конденсаторе в диапазоне 270 - 330 Вольт при падении напряжения на аккумуляторе до 7 вольт. Предельная частота срабатывания около 300 импульсов в секунду. Потребляемый ток около двух ампер.
Схема зажигания состоит из ждущего блокинг-генератора на биполярном транзисторе, трансформатора, цепи формирования импульсов C3R5, накопительной емкости С1, генератора импульсов на тиристоре.
В начальный момент времени, когда контактные S1 замкнуты, транзистор заперт, а емкость С3 разряжена. При размыкании контакта конденсатор будет заряжаться по цепи R5, R3.
Импульс тока заряда запускает блокинг-генератор. Передний фронт импульса с вторичной обмотки трансформатора запускает тиристор КУ202, но, так как емкость С1 предварительно не была заряжена, на выходе устройства искра отсутствует. С течением времени, под действием коллекторного тока транзистора осуществляется насыщение сердечника трансформатора и поэтому блокинг-генератор вновь окажется в ждущем режиме.
При этом на коллекторном переходе формируется выброс напряжения, который трансформируется в в третьей обмотке и через диод зарядит емкость С1.
При повторном размыкании прерывателя в устройстве происходит тот же алгоритм с той лишь разницей, что открывшийся передним фронтом импульса тиристор подсоединит уже заряженную емкость к первичной обмотке катушки. Ток разряда конденсатора С1 индуцирует во вторичной обмотке высоковольтный импульс.
Диод V5 защищает базовый переход транзистора. Стабилитрон предохраняет V6 от пробоя, если блок включен без бобины либо без свечи. Конструкция нечувствительна к дребезжанию контактных пластин прерывателя S1.
Трансформатор изготавливается своими руками на магнитопроводе ШЛ16Х25. Первичная обмотка содержит 60 витков провода ПЭВ-2 1,2, вторичная 60 витков ПЭВ-2 0,31, третья 360 витков ПЭВ-2 0,31.
Мощность искры в этой конструкции зависит от температуры биполярного транзистора VT2, которая на горячем двигателе снижается, а на холодном наоборот, тем самым, существенно облегчая запуск. В момент размыкания и замыкании контактов прерывателя импульс следует через конденсатор С1, кратковременно отпирая оба транзистора. При запирании VT2 появляется искра.
Емкость С2 сглаживает импульсный пик. Сопротивления R6 и R5 ограничивают максимум напряжения на коллекторном переходе VT2. При разомкнутых контактах оба транзистора закрыты, при длительно замкнутых контактах ток идущий через емкость С1 постепенно снижается. Транзисторы плавно закрываются, защищая катушку зажигания от перегрева. Номинал резистора R6 подбирается для конкретной катушки(на схеме он показан для катушки Б115), для Б116 R6 = 11 кОм.
Как видите на рисунке выше печатная плата устанавливается поверх радиатора. Биполярный транзистор VT2 через термопасту и диэлектрическую прокладку установлен на радиатор.
Контактно транзисторная схема зажигания |
Эта конструкция позволяет формировать искру с большой длительностью, поэтому процесс сгорания топлива в автомобиле становится оптимальным.
Схема зажигания состоит из триггера Шмитта на транзисторах V1 и V2, развязывающих усилителей V3, V4 и электронного транзисторного ключа V5, коммутирующего ток в первичной обмотке катушки зажигания.
Триггер Шмитта формирует коммутирующие импульсы с крутым фронтом и спадом при замыкании или размыкании контактов прерывателя. Поэтому в первичной обмотке катушки зажигания увеличивается скорость прерывания тока и возрастает амплитуда высоковольтного напряжения на выходе вторичной обмотки.
В результате улучшаются условия формирования искры в свече, что способствует процессу улучшения запуска автомобильного двигателя и более полному сгоранию горючей смеси.
Транзисторы VI, V2, V3 - КТ312В, V4 - КТ608, V5 - КТ809А. Емкость С2 - с рабочим напряжением не ниже 400 В. Катушка типа Б 115, применяемая в легковых автомобилях.
Печатную плату изготовил в соответствии с рисунком по .
В этой системе энергия, расходуемая на искрообразование, копится в магнитном поле катушки зажигания. Система может быть смонтирована на любом карбюраторном двигателе с бортовой сетью автомобиля +12 В. Устройство состоит из транзисторного коммутатора, построеного на мощном германиевом транзисторе, стабилитроне, резисторах R1 и R2, отдельных добавочных сопротивлениях R3 и R4, двухобмоточной катушки зажигания и контактов прерывателя.
Мощный германивый транзистор Т1 работает в ключевом режиме с нагрузкой в коллекторной цепи, в роли которой служит первичная обмотка катушки зажигания. При включенном замке зажигания и разомкнутых контактах прерывателя транзистор заперт, так как ток в базовой цепи стремится нулю.
Во время замыкания контактов прерывателя в базовой цепи германиевого транзистора начинает течь ток величиной 0,5- 0,7 А, задаваемый сопротивлением R1, R2. Когда транзистор полностью отпирается, внутреннее сопротивление его резко снижается, и по первичной цепи катушки течет ток, нарастающий по экспоненте. Процесс нарастания тока практически не отличается от аналогичного процесса классической системы зажигания.
При очередном размыкании контактов прерывателя движение базового тока притормаживается, и транзистор закрывается, что приводит к резкому падению номинала тока через первичную обмотку. Во вторичной обмотке катушки зажигания генерируется высокое напряжение U 2макс которое через распределитель поступает на свечу зажигания. Затем процесс повторяется.
параллельно с появлением высокого напряжения на вторичной обмотке в первичной обмотке катушки индуцируется ЭДС самоиндукции, которая ограничивается стабилитроном.
Сопротивление R1 исключает обрыв базовой цепи транзистора при разомкнутых контактах прерывателя. Сопротивление R4 в эмиттерной цепь является токовым элементом обратной связи, снижая время переключения и улучшающим ТКС транзистора Т1. Сопротивление R3 (совместно с R4) ограничивает ток протекающий через первичную цепь катушки зажигания.
Автомобиль – система невероятно сложная, включает в себя множество компонент и устройств, которые постоянно взаимодействуют между собой. Без системы зажигания Ваш автомобиль с места не сдвинется. Стоит уделить особое внимание этому аспекту, а, в частности, обсудить вопросы, связанные с электронным зажиганием.
Что такое электронное зажигание?
Электронная система зажигания – это такая система зажигания, которая использует электронные устройства для создания и передачи тока высокого напряжения на цилиндры двигателя. Также эту систему иногда называют микропроцессорной системой зажигания.
Нужно упомянуть о том, что и бесконтактная, и контактно-транзисторная системы в своей конструкции используют электронные механизмы, но названия данных систем уже давно устоялись. Электронное зажигание лишено любых механических контактов, поэтому можно сказать, что электронное зажигание является бесконтактным. Современные модели автомобилей оснащены электронной системой зажигания, которая является компонентой системы управления движком. С помощью этой системы контролируется объединенная система впрыска и зажигания, а иногда и другие системы (впускная, выпускная, охладительная).
Все системы электронного зажигания можно разбить на две категории: системы с прямым зажиганием и с распределителем. Распределительная система электронного зажигания во время работы использует распределитель на механике, который отвечает за передачу сильного тока на свечу. Системы прямого зажигания передают ток прямо на катушки зажигания.
Конструкцию системы электрозажигания формируют достаточно традиционные компоненты – источник питания, катушка зажигания, свечи, выключатель, высоковольтные провода. Также в систему входят воспламенитель (устройство-исполнитель), и входные датчики. Эти самые датчики фиксируют показатели работы двигателя в текущий момент и преобразуют эти показатели в электрические импульсы. В своей работе электронное зажигание использует показания датчиков, которые присутствуют в системе управления двигателем. К этим устройствам относятся датчики:
- частоты вращения коленвала двигателя;
Массового расхода воздуха;
Положения распредвала;
Детонации;
Температуры охлаждающей жидкости, воздуха;
Кислородный датчик и другие.
С помощью блока управления двигателя происходит обработка сигналов сходных датчиков и формирование управляющего воздействия на воспламенитель. Сам воспламенитель – это электронная плата, которая обеспечивает выключение и включение зажигания. В основе воспламенителя лежит транзистор.
Если транзистор открыт, то ток идет на первичную обмотку катушки зажигания, а если он закрыт, то ток идет на вторичную обмотку. Катушка в системе зажигания может быть одна общая, индивидуальные или же сдвоенные. При использовании индивидуальных катушек зажигания отпадает необходимость использовать провода высокого напряжения, так как такая катушка будет крепиться прямо на свечу. В распределительных системах зажигания применяются общие катушки зажигания.
Для систем прямого зажигания характерно использование сдвоенных катушек. Если двигатель имеет 4 цилиндра, то одна из катушек приходится на первый и четвертый цилиндры, а другая – на второй и третий. С помощью катушек происходит генерация тока высокого напряжения, причем для тока есть два вывода, посему искра проходит сразу в оба цилиндра. В одном из них воспламеняется топливно-воздушная смесь, а в другом искра идет вхолостую.
Электронная система зажигания работает по следующему принципу. На электронный блок управления приходят сигналы датчиков. Основываясь на этих показаниях, вычисляются наиболее оптимальные параметры для работы всей системы. Далее управленческий импульс идет к воспламенителю, который и отвечает за подачу напряжения на зажигательную катушку. После этого по первичной обмотке катушки начинает «бежать» ток.
Когда подача напряжения прерывается, тогда ток высокого напряжения протекает по вторичной обмотке катушки зажигания. Этот самый ток передается свече зажигания или прямо с катушки, или через высоковольтные провода. После того, как на свечу поступает ток, образуется искра, благодаря которой детонирует топливно-воздушная смесь.
Когда меняется скорость вращения , то датчик частоты его вращения вместе с датчиком положения распредвала передают сигнал на ЭБУ, который производит сигнал для изменения угла опережения зажигания. Когда двигатель находится под воздействием возросшей нагрузки, то угол опережения зажигания регулируется датчиком массового расхода воздуха. Остальные датчики предоставляют дополнительную информацию.
Если Вы решите заменить заводское зажигание на электронное, то больше не будете сталкиваться с большинством проблем с зажиганием, а также получите ряд преимуществ, например, динамичность Вашей машины увеличится, а в мороз двигатель будет запускать легче.
Если сравнивать заводское зажигание с электронным, то последняя система использует транзистор выхода для замыкания и размыкания цепь. Подобное решение приводит к тому, что напряжение на свечах автомобиля возрастает, а от искры получается больше энергии. Также такое конструкторское решение не позволяет напряжению на электродах свечей падать даже при низких температурах, посему двигатель легче запускается даже при неблагополучных условиях. Хотя у катушек и заводского, и электронного зажигания набор проводов одинаковый, но обязательно нужно проверять правильно ли они подключены, так как в системе электрозажигания катушка может развернуться на кронштейне на все 180 градусов.
Установка электронного зажигания
Имеет смысл сказать несколько слов о том, что же входит в комплект элементов системы электронного зажигания. Всю систему формируют следующие 5 элементов:
1) Бесконтактный трамблер. Выполняет роль распределяющего датчика зажигания. На машинах с разными видами двигателей будут установлены разные трамблеры.
2) Коммутатор.
Коммутатор отвечает за прерывание электрического тока, идущего по катушке зажигания. Это реакция на сигналы, которые исходят из распределительного датчика. Каждый коммутатор «умеет» отключать электрический ток, причем даже тогда, когда включено зажигание, или же работает двигатель.
3) Катушка зажигания. Этот элемент необходим для преобразования низковольтного тока в высоковольтный. Подобная процедура крайне важна по причине необходимости пробивать воздушную прослойку, образовывающуюся между контактами электродов свечей.
4) Комплект проводов
5) Свечи для передачи искры в цилиндры.
Для того, чтобы установить электронное зажигание, Вам понадобятся:
1) Набор гаечных ключей;
2) Крестовидная отвертка;
3) Саморезы;
4) Электронная дрель и сверло, диаметр которого аналогичен саморезу.
Начинать установку электрического зажигания можно только по окончанию полноценной регулировки трамблера.
Последовательность действий следующая:
1) С трамблера нужно снять крышку, к которой идут высоковольтные электрические провода;
3)
В стартерной системе происходят короткие включения, за счет чего нужно выставить линию резистора так, чтобы она образовывала с двигателем прямой угол. После выставления направления резистора запрещено проворачивать коленвал вплоть до окончания работ;
4) Справа на корпусе трамблера имеются 5 меток, которые нужны для того, чтобы регулировка зажигания была сделана правильно. Дабы правильно установить новый трамблер, необходимо отметить на моторе то место, которое расположено напротив средней отметки старого трамблера;
6) После демонтажа старого трамблера можно будет ставить новый. Это делается посредством помещения детали в мотор на основе той метки, которая была поставлена ранее;
7) После установки и регулировки нового трамблера, его нужно будет зафиксировать гайкой;
8) После закрепления трамблера можно будет вернуть на место крышку, а после этого можно подключать к крышке электропровода.
9) После манипуляций с трамблером, необходимо заменить катушку, так как катушки контактного и электронного зажигания различны между собой;
10) После переустановки катушки нужно подвести к зажиганию провода. Важно не забыть о трехштырьковом высоковольтном проводе, соединяющем катушку с трамблером;
11)
После окончания работ с катушкой можно переходить к установке коммутатора. Наиболее простое решение – это размещение коммутатора в свободной области между омывателем и левой фарой. Для того, чтобы закрепить элемент, необходимо будет сделать под размер его «ушей» отверстия, а сам коммутатор крепиться с помощью саморезов. После монтажа нужно будет «бросить» провод от коммутатора к системе зажигания;
12) После окончания всех работ нужно проверить правильность подключения проводов. Ориентиром для этого будут сервисная книжка Вашей машины, а также схема, имеющая в комплекте элементов электронного зажигания.
Неисправности электронного зажигания
Во время использования автомобиля любой его компонент может выйти из строя, в том числе это касается системы зажигания. Были выделены дефекты, которые характерны для любой системы зажигания:
- выход из стоя свечей системы зажигания;
Поломка катушки;
Проблема с высоковольтными и низковольтными проводами (наличие обрыва, окисленные контакты, недостаточно плотное соединение и т.д.).
В системе электрозажигания также могут возникнуть неполадки, связанные с неисправностями ЭБУ и входными датчиками.
Система зажигания ломается по следующим причинам:
1) Были нарушены правила эксплуатации автомобиля (в машину заливался некачественный бензин, авто вовремя не обслуживалось, а если диагностика и проводилась, то она могла быть выполнена неквалифицированным мастером);
2) В машину ставились некачественные конструктивные элементы (катушки, свечи системы зажигания, провода высокого напряжения и т.д.);
3) Поломка произошла под воздействием фактором извне (атмосферное воздействие, механическое повреждение).
Наиболее распространенный дефект электронной системы зажигания – это выход из строя свечей. К счастью, сегодня эти элементы могут приобрести все автомобилисты, посему устранение этой поломки не займет много времени.
Указать на неисправности системы электронного зажигания поможет даже внешняя диагностика. Легче всего заметить, как реагирует зажигание на неисправности, которые есть в топливной системе и системе впрыска горючего. Посему диагностировать систему зажигания нужно в комплексе с данными системами.
Внешние признаки поломки зажигания:
1) Увеличенный расход горючего;
2) Сниженная мощность движка;
3) На холостом ходу двигатель работает неустойчиво;
4) Запускать двигатель стало труднее.
В случае системы электронного зажигания плохая работа двигателя, его затрудненный запуск сигнал к тому, что произошел пробой или обрыв проводов высокого напряжения, вышли из строя свечи, сломан ЭБУ, датчик частоты вращения коленвала или датчика холла. Если же Ваш автомобиль стал «съедать» больше горючего, а двигатель стал выдавать меньшую мощность, то это может свидетельствовать о том, что вышки из строя свечи, входные датчики или ЭБУ.
Перед тем, как ехать к специалисту, постарайтесь самостоятельно произвести диагностику системы зажигания, так как велика вероятность самостоятельного обнаружения дефекта. В этом случае Вы просто замените свечи или катушку, и снова будете «на коне». Успехов.
Схема электронного зажигания для автомобиля
Все знают что в каждом автомобиле используется для розжига топлива искра на свече зажигания.Которая и воспламеняет топливную смесь в цилиндре,напряжение на свече около 20Кв.
Но существуют некоторые режимы работы двигателя, когда нужна значительная энергия искры, до 100 мДж.
Например пусковой режим, работу на бедных смесях при частичном открытии дросселя, работу на холостом ходу. На наших стареньких, видавших виды автомобилях применяются классические, батарейные системы зажигания, которые имеют серьёзные недостатки.
На холостых оборотах двигателя между контактами прерывателя такой системы возникает дуговой разряд, поглощающий заметную часть энергии искры. На высоких оборотах двигателя уменьшается вторичное напряжение катушки зажигания из-за дребезга контактов прерывателя, который возникает при их замыкании, уменьшается время замкнутого состояния контактов из-за чего в первичной обмотке катушки зажигания запасаемая энергия может оказаться недостаточной для формирования мощной искры зажигания необходимой для поджигания топливной смеси. В результате снижается мощность двигателя, увеличивается концентрация углекислого газа в выхлопе, не полностью сгорает горючее, получается бензин машина кушает, а едет плохо. В батарейной системе зажигания, особенно с учетом качества деталей для старых авто, быстро изнашиваются контакты прерывателя, что снижает надежность запуска и работы двигателя. Большим достоинством батарейной системы с многоискровым механическим распределителем (в народе трамблер) является ее простота, обеспечиваемая двойной функцией механизма распределителя: прерывание цепи постоянного тока для генерирования высокого напряжения и синхронное распределение высокого напряжения по цилиндрам двигателя.
Повысить развиваемое такой системой зажигания вторичное напряжение можно применением полупроводниковых приборов, работающих в качестве управляемых ключей, служащих для прерывания тока в первичной обмотке катушки зажигания. Наиболее широкое использование в качестве управляемых ключей нашли мощные транзисторы, способные коммутировать токи амплитудой до 10 А в индуктивной нагрузке без какого-либо искрения и механического повреждения, характерных для контактов прерывателя, также возможно применение силовых тиристоров, но широкой промышленной реализации в системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности они не имели.
Один из способов улучшения батарейной системами зажигания переделка ее в контактно-транзисторную систему зажигания (КТСЗ). На рисунке ниже приведена принципиальная схема конденсаторно-транзисторного устройства зажигания. Это устройство позволяет формировать искру зажигания с большой длительностью, благодаря этому процесс сгорания становится близким к оптимальному в большом диапазоне изменения оборотов двигателя и его нагрузки.
Схема электронного зажигания
Устройство зажигания состоит из триггера Шмитта на транзисторах V1 и V2, развязывающих усилителей V3, V4 и электронного ключа V5, с помощью которого коммутируется ток в первичной обмотке катушки зажигания.
Печатная плата:
Триггер Шмитта позволяет формировать коммутирующие импульсы с крутым фронтом и спадом при замыкании и размыкании контактов прерывателя. Благодаря этому в первичной обмотке катушки зажигания увеличивается скорость прерывания тока, что увеличивает скорость изменения и амплитуду высоковольтного напряжения на выходе вторичной обмотки катушки.
В результате существенно улучшаются условия для возникновения искры в свече зажигания. Высокие энергетические характеристики искры в описанной системе зажигания способствуют улучшению запуска автомобильного двигателя и более полному сгоранию горючей смеси.
В устройстве электронного зажигания применены транзисторы VI, V2, V3 - КТ312В, V4 - КТ608, V5 - КТ809А (также пробовался транзистор C4106, на фото именно он). Конденсатор С2 - с рабочим напряжением не ниже 400 В. Катушка зажигания стандартная - Б 115, используемая в легковых автомобилях.
Обсуждение на
А. СИНЕЛЬНИКОВ
В настоящее время широкое распространение получили тиристорные блоки электронного зажигания со стабилизированным вторичным напряжением. Такие блоки выпускаются промышленностью и продаются в автомагазинах («Искра-1», «Искра-2», «Искра-3», ПАЗ-2, ПАЗ-3 и др.). Схемы этих блоков в основном идентичны , отличие заключается лишь в конструкции и типах применяемых элементов.
Опыт эксплуатации большого количества таких блоков показал, что в ряде случаев на некоторых автомобилях необходимая устойчивость работы не обеспечивалась, иногда без каких-либо видимых причин наблюдались пропуски зажигания (сбои), вызывающие характерное «дергание» автомобиля во время движения. Иногда пропуски зажигания были во время пуска двигателя стартером, в то же время от рукоятки двигатель пускался, как говорится, с пол-оборота.
Строго говоря, напряжение в бортовой электросети автомобиля нельзя считать напряжением постоянного тока, так как реально всегда имеются импульсные помехи, причем их амплитуда у различных автомобилей неодинакова и колеблется от 5 до 50 В! Помехи эти создаются в результате работы генератора, стартера, регулятора напряжения, звуковых сигналов, прерывателя указателей поворота, двигателя стеклоочистителя, включения и отключения различных потребителей (особенно при отключениях электромагнитных реле) и т. п.
Автором были сняты осциллограммы напряжения в бортовой электросети у нескольких автомобилей «Запорожец» во время работы стартера. У большинства исследуемых автомобилей амплитуда помехи не превышала 3-5 В, и блоки «Искра» работали нормально.
Однако у двух автомобилей амплитуда помехи составила 18-25 В, и двигатель вообще не удавалось пустить стартером. Во время работы стартера наблюдалось хаотичное искрообразование, даже при отключенном прерывателе.
Анализ показал, что причиной отказа блоков является наличие в них транзисторного триггера, который переключается под воздействием импульсных помех и снижает помехоустойчивость устройства. Кроме того, эмиттеры транзисторов триггера не имеют соединения с массой и «подвешены» к плюсовой шине питания , вследствие чего ввести в схему какой-либо эффективный фильтр нижних частот затруднительно.
Описываемый блок электронного зажигания свободен от указанных недостатков. Вместо транзисторного триггера применен тиристор, который устойчиво работает в условиях воздействия импульсных помех с амплитудой до 50 В.
Кроме того, при разработке схемы блока были учтены характерные отказы элементов, имевшие место в блоках «Искра-1» и «Искра-2» в процессе их длительной эксплуатации, в связи с чем произведены замены ряда элементов более надежными.
Блок предназначен для работы с четырехцилиндровыми четырехтактными двигателями и имеет следующие технические характеристики:
Напряжение питания, В......... от 6,5 до 15
Сила потребляемого тока, А....... не более 2,0
Частота вращения коленчатого вала, об/мин:
при напряжении питания 6,5 В.... не более 600
при напряжении питания 15 В.... не более 6000
Длительность искрового разряда в свече, мс.... 0,4-0,6
Температура окружающего воздуха, °С.... от -40 до+65
Принципиальная схема блока с цепями подключения на автомобиле приведена на рис. 1 и содержит следующие функциональные узлы: преобразователь напряжения, состоящий из силового транзисторного ключа на транзисторах Т4, Т5, Т6, трансформатора Tp1, выпрямительного диода Д9, накопительного конденсатора С3, схемы стабилизации на транзисторе Т3 и тиристора Д5; каскад антидребезга на транзисторах Т1, Т2, коммутирующий тиристор Д10; разрядные диоды Д12, Д13.
Рис 1. Принципиальная схема блока
Работает устройство следующим образом. Допустим, что контакты прерывателя В1 разомкнуты. Тогда после включения питания (t1 на рис. 2) выключателем зажигания В2 открывается транзистор Т1, его базовый ток протекает через резисторы R4, R5, диоды Д3, Д2, Д1 и резистор R2.
Рис. 2. Временные диаграммы работы системы зажигания при напряжении питания 15 В и частоте искрообразования 100 Гц
Одновременно конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R1. Переход коллектор - эмиттер открытого транзистора Т1 шунтирует базу транзистора Т2, вследствие чего последний закрывается. Тиристор Д5 в это время тоже закрыт (выключен), так как напряжение его переключения заведомо больше напряжения питания. Транзистор Т3 устройства стабилизации закрыт, и положительное напряжение на управляющем электроде тиристора Д5 отсутствует.
Силовой транзисторный ключ открывается током базы транзистора Т4, протекающим через резисторы R8, R9, R10, R14 и диоды Д6, Д7. Ток коллектора этого транзистора, протекая через переход база - эмиттер транзистора Т5, открывает его, а затем - транзистор Т6. Через обмотку трансформатора Tp1 и резистор R22 начинает протекать линейно-нарастающий ток. Падение напряжения на резисторе R22 увеличивается, и когда оно достигнет определенной величины, зависящей от соотношения сопротивлений резисторов R15, R16, R20, терморезисторов R17, R18 и напряжения отпирания транзистора Т3, последний открывается и подключает управляющий электрод тиристора Д5 через резистор R12 к плюсовой шине питания. Тиристор Д5 переключается (t2 на рис. 2) и шунтирует ток базы транзистора Т4. Силовой транзисторный ключ размыкается, транзисторы Т4, Т5, Т6 закрываются, и ток в первичной обмотке I трансформатора Tp1 прекращается.
Энергия, накопленная в магнитном поле трансформатора, создает в его обмотках импульсы напряжения. Положительный импульс с конца обмотки II (начала обмоток на схеме рис. 1 обозначены точками) проходит через диод Д9 и заряжает накопительный конденсатор С3 до напряжения примерно 350 В (t3 на рис. 2).
После замыкания контактов прерывателя (t4 на рис. 2) транзисторы T1 и Т2 остаются открытыми, пока не разрядится конденсатор С1. Ток разряда конденсатора С1 протекает при этом через диод Д4, резисторы R3, R2 и переход база - эмиттер транзистора T1. В момент t5 транзистор T1 закрывается, а транзистор Т2 - открывается. Переход коллектор - эмиттер открытого транзистора Т2 шунтирует тиристор Д5 и последний выключается (t5 на рис. 2).
Однако если бы каскада антидребезга не было и контакты прерывателя были подключены непосредственно к аноду тиристора Д5, последний выключился бы в момент замыкания контактов, и первый же импульс дребезга открывал силовой транзисторный ключ. Искра в свече появилась бы не в момент t6, как надо, а в момент t4, и нормальная работа системы нарушилась бы.
В момент размыкания контактов прерывателя (t6 на рис. 2) транзистор T1 открывается, а транзистор Т2 закрывается. Силовой транзисторный ключ открывается, и обмотка I трансформатора Tp1 подключается к источнику питания. Во вторичной обмотке II возникают импульсы напряжения. Положительный импульс с начала обмотки II через конденсатор С4 и диод Д11 поступает на управляющий электрод коммутирующего тиристора Д10, вследствие чего последний переключается и подключает первичную обмотку I катушки зажигания К3 к заряженному до напряжения 350 В накопительному конденсатору С3. Напряжение на вторичной обмотке II катушки зажигания в течение нескольких микросекунд достигает напряжения пробоя искрового промежутка свечи зажигания (8-10 кВ), и между электродами свечи зажигается искровой разряд (t1 на рис. 3).
Рис 3. Временные диаграммы работы системы зажигания во время искрообразования, при напряжении питания Е=12 В
Индуктивность первичной обмотки катушки зажигания и накопительный конденсатор С3, соединенные между собой через переключившийся тиристор, образуют колебательный контур, в котором возникают затухающие электрические колебания.
Как видно из рис. 3, ток в контуре отстает от напряжения на первичной обмотке катушки зажигания на 90°. Через четверть периода (примерно через 60 мкс) напряжение на первичной обмотке катушки зажигания становится равным нулю (t2 на рис. 3) и затем меняет свой знак, тиристор выключается и колебательный контур «разрушается». Однако благодаря наличию диодов Д12, Д13 ток в первичной обмотке катушки зажигания продолжает протекать в первоначальном направлении, и разряд во вторичной цепи продолжается до тех пор, пока почти вся энергия, запасенная в магнитном поле катушки зажигания, не будет израсходована (t3 на рис. 3).
В результате возникает разряд более высокой энергии и температуры, чем в обычных конденсаторных системах зажигания, длительность разряда увеличивается почти в 3 раза. Это обстоятельство положительно влияет на работу двигателя, уменьшая токсичность отработавших газов и облегчая пуск горячего двигателя.
Одновременно с возникновением искры в свече зажигания в момент размыкания контактов прерывателя (t6 на рис. 2) через обмотку трансформатора Tp1 снова начинает протекать линейно нарастающий ток, и когда он достигнет заданного значения (t7 на рис. 2), силовой транзисторный ключ размыкается, а накопительный конденсатор С3 снова заряжается до напряжения 350 В, т. е. повторяются процессы, имевшие место в первоначальный момент после включения питания. Если пренебречь потерями и считать, что вся энергия
Запасенная в магнитном поле трансформатора Tp1, в момент размыкания контактов прерывателя преобразуется в энергию электрического поля накопительного конденсатора
То значение напряжения заряда накопительного конденсатора Uc можно определить по формуле:
Как видно из этой формулы, напряжение заряда накопительного конденсатора от напряжения питания не зависит и при постоянных значениях L и С определяется только силой тока iр.
Примененное в блоке устройство стабилизации на транзисторе Т3, резисторах R15, R16, R18 и терморезисторах R17, R18 обеспечивает высокое постоянство тока ip при изменениях напряжения питания и температуры.
С повышением (понижением) температуры напряжение отпирания транзистора Т3 уменьшается (увеличивается), что компенсируется уменьшением (увеличением) сопротивлений терморезисторов R17, R18. В результате сила тока ip остается практически постоянной. При изменениях же напряжения питания напряжение отпирания транзистора Т3 вообще не меняется.
Резистор R3 ограничивает импульс тока через диоды Д1, Д2, Д3, Д4 в момент замыкания контактов прерывателя. До замыкания контактов диоды Д1, Д2, Д3 открыты и через них протекает прямой ток. Закрыться мгновенно они не могут и в первый момент после замыкания представляют собой проводник. Поэтому по цепи С1Д4R3Д1Д2Д3 в момент замыкания контактов будет протекать ток, сила которого ограничена лишь сопротивлением резистора R3 (прямой для диода Д4 и обратный для диодов Д1, Д2, Д3).
Диоды Д6, Д7 создают четкую коммутацию тока между силовым транзисторным ключом и тиристором Д5: падение напряжения в переключившемся тиристоре может составить 2 В, поэтому без диодов Д6, Д7 транзистор Т4 оставался бы открытым, несмотря на переключение тиристора.
Резистор R14 ограничивает ток базы транзистора Т4.
Диод Д8 обеспечивает активное запирание транзистора Т6.
Как видно из схемы, в описываемом блоке, так же как в блоке «Искра-3», применены последовательно включенные разрядные диоды Д12, Д13. В блоках «Искра-1» и ПАЗ, где был лишь один диод, наиболее частые отказы происходили именно по причине пробоя этого диода. Анализ показал, что при больших частотах вращения коленчатого вала двигателя (при больших частотах искрообразования), каждый новый цикл искрообразования начинается раньше, чем прекращается ток через разрядный диод, который протекает и после окончания искрообразования (см. рис. 3). Он обусловлен оставшейся неизрасходованной во время искрообразования энергией катушки зажигания.
Следовательно, к открытому диоду, внутреннее сопротивление которого в это время мало, в момент переключения тиристора прикладывается обратное напряжение 350 В. Диод не может мгновенно закрыться, и в течение нескольких микросекунд через него протекает ток, сила которого ограничена лишь сопротивлением резистора R23 (2 Ом) и внутренними сопротивлениями открытого диода и переключившегося тиристора. Измерения показали, что амплитуда импульса тока при этом может достигать 80 А! Величина ее зависит от индивидуальных свойств разрядного диода, и в первую очередь от его быстродействия, или от времени установления обратного сопротивления.
Последовательное включение двух, диодов ускоряет процесс затухания тока в контуре, образованном первичной обмоткой катушки зажигания и разрядными диодами, и указанное выше явление не наступает даже при максимальной частоте искрообразования.
Резисторы R27, R28 выравнивают обратные напряжения на диодах Д12, Д13.
Резистор R23 устраняет выброс напряжения в момент выключения тиристора Д10.
Конденсаторы С5, С6 уменьшают амплитуды импульсных помех, поступающих по цепи питания.
Конструкция и детали. Конструкция блока электронного зажигания может быть самой разнообразной, однако она должна обеспечивать хорошую брызгозащищенность изделия. Мощные транзисторы Т5, Т6 и тиристор Д10 устанавливаются непосредственно на корпусе блока, который служит для них радиатором охлаждения. В связи с этим корпус должен быть изготовлен из алюминиевого сплава. Диоды Д8, Д12 и Д13 также необходимо расположить на корпусе блока, электрически изолировав их от корпуса тонкими лавсановыми, фторопластовыми или слюдяными прокладками. Остальные элементы размещаются на печатной плате или плате из текстолита (гетинакса) с контактными лепестками. При размещении деталей следует иметь в виду, что резисторы R4, R5, R8, R9, R10, R22, R26 и трансформатор Tp1 при работе блока греются и их не следует располагать рядом с транзисторами и терморезисторами R17, R18. Кроме того, необходимо, чтобы эмиттер транзистора Т3 и резисторы R17, R18, R20 соединялись одним индивидуальным проводом, а он, в свою очередь, должен быть подключен непосредственно к резистору R22. То же самое касается резистора R16 и конденсаторов С5, С6. Первый должен быть соединен с резистором R22, а конденсаторы - с клеммой «+» и массой, как это показано на принципиальной схеме рис. 1.
Все резисторы, кроме R22 и R23,- МЛТ. Резистор R22 изготавливается в виде спирали из манганинового провода диаметром 1,0 мм. Резистор R23 наматывается на корпусе резистора МЛТ - 0,5 с сопротивлением не менее 20 Ом манганиновым проводом марки ПЭШОМ диаметром 0,25 мм.
Трансформатор Tp1 имеет сердечник Ш16x24 из стали Э330 или Э44 с немагнитным зазором 0,25 мм.
Данные обмоток приведены в табл. 1.
Трансформатор должен быть хорошо стянут. Немагнитный зазор устанавливается с помощью прессшпана или бумаги соответствующей толщины.
Конденсаторы С1, С2, С4, С6 -МБМ, рабочее напряжение 160 В. Накопительный конденсатор С3 - МБГЧ на напряжение 500 В. Конденсатор С5 - электролитический К50-3, на 50 В.
Коммутирующий тиристор Д10 (КУ202Н) перед установкой в блок должен быть проверен по току утечки. Пригодны лишь те экземпляры, у которых сила тока утечки при напряжении 400 В не превышает 150 мкА.
В табл. 2 приведена возможная замена транзисторов, тиристоров и диодов.
В случае замены тиристора Д5 на КУ101Г резистор R14 из схемы исключается (замыкается), вместо резисторов R8, R9, R10 ставится один резистор МЛТ-2 - 200 Ом, а номинал резистора R7 - МЛТ-0,125-2,7 кОм.
Налаживание и установка на автомобиле. Если блок собран правильно из заведомо исправных деталей, то налаживание его заключается лишь в регулировке напряжения на накопительном конденсаторе, которое должно находиться в пределах 350-360 В. Регулировка ведется подбором резистора R22: уменьшение его сопротивления вызывает увеличение напряжения на конденсаторе.
Проверку и регулировку блока осуществляют с подключенной катушкой зажигания. Вместо контактов прерывателя можно использовать контакты какого-либо поляризованного реле, например РП4, обмотку которого подсоединяют к звуковому генератору или к сети переменного тока 127 или 220 В, 50 Гц. В последнем случае- через понижающий трансформатор или гасящий резистор. Напряжение на накопительном конденсаторе нельзя измерить обычным вольтметром - надо пользоваться измерительным осциллографом (С1-19, С1-49 и др.) или же специальным импульсным вольтметром. Подробней об этом можно прочитать в .
На автомобиле блок устанавливается в подкапотном пространстве и подключается по схеме рис. 1. При этом конденсатор С на клемме прерывателя может остаться, так как на работу блока он не влияет. Корпус блока необходимо соединить отдельным проводом сечением не менее 0,75 мм2 с корпусом распределителя. Сечение провода от клеммы «+» также должно быть не менее 0,75 мм2.
ЛИТЕРАТУРА
1. Синельников А. X. Электроника в автомобиле. М.: Энергия, 1976, с. 127.
2. Синельников А. X. Чем различаются блоки. За рулем, 1977, № 10, с. 17.
3. Синельников А. X., Немцев В. Ф. Электронное зажигание.-За рулем, 1973, № 1, с. 14-18.
4. Синельников А. X., Немцев В. Ф. Еще раз об электронном зажигании.- За рулем, 1974, № 4, с. 10-12.
[email protected]
Загрузка...