Автолюбителям электронная система зажигания

Отличительными особенностями предлагаемого варианта системы зажигания (рис. 1) являются повышенная надежность работы, что достигнуто уменьшением импульса тока коммутации через коммутирующий транзистор, зависимость энергии искрообразования от температуры окружающей среды и возможность плавной регулировки напряжения накопительного конденсатора при настройке.

Кроме того, зарядка накопительного конденсатора С3 происходит не один раз за период работы контактов прерывателя S1, а два раза, как при замыкании, так и при размыкании их. В результате для зарядки накопительного конденсатора до такого же напряжения требуется меньший ток через коммутирующий транзистор, или при том же токе через него можно получить напряжение на конденсаторе в 1,4 раза больше. Энергия искрообразования также возрастет, так как она зависит от квадрата напряжения на накопительном конденсаторе. При значительном увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя система автоматически-переходит из режима двухразовой (за период) подзарядки накопительного конденсатора на одноразовую, так как времени на двухразовое открывание коммутирующего ключа становится недостаточно. Напряжение на накопительном конденсаторе несколько снижается, однако это не -влияет на работу уже разогретого двигателя. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя система автоматически переходит на режим двухразовой подзарядки накопительного конденсатора СЗ. Такой же режим обеспечивает переменную энергию искрообразования, что очень важно при пуске холодного двигателя.

В описываемой системе зажигания для управления коммутирующим ключом, состоящим из транзисторов V5 и V6, использован несимметричный инвертор с резистивной нагрузкой R1. и коммутирующим конденсатором С2. Активным элементом правого (по схеме) плеча инвертоpa является тринистор V7, подключенный управляющей цепью к датчику тока R8, а катодом — к датчику импульсного напряжения R9.

Активным элементом левого плеча инвертора служат контакты прерывателя S1, с которым через дифференцирующую цепь, состоящую из конденсатора С1, диода V4 и резистора R4, соединен управляющий электрод разрядного тринистора. Подбором сопротивления резистора R10 устанавливают момент открывания тринистора V7 и, соответственно,, напряжение на конденсаторе СЗ. Резисторы R5 и R6 стабилизируют режим работы коммутирующего транзисторного ключа V5V6. Резистор R3 стабилизирует режим тринистора V8, а резистор R7 ограничивает ток коллектора транзистора V5.

Для шунтирования выброса напряжения, возникающего на катушке зажигания после окончания колебательного процесса и закрывания диода V10, а также с целью предотвращения возможного повторного срабатывания тринистора V8 параллельно катушке зажигания подключена защитная цепочка R11C4.

Работает система следующим образом. При включении питания, независимо от состояния контактов прерывателя S1, через правую (по схеме) часть резистора Rl и стабилитроны V2 и V3 пройдет базовый ток транзистора V5. При этом транзисторы V5 и У6 откроются и перейдут в режим насыщения.

Рис. 1. Принципиальная схема системы зажигания

За счет индуктивного сопротивления первичной обмотки накопительного трансформатора- ТА ток коллектора транзистора V6 плавно нарастает, и напряжение на датчике тока R8 в какой-то: момент времени достигнет такой величины, при которой откроется тринистор V7, После его открывания базовый ток транзистора V5 станет, равным нулю из-за отсечки тока стабилитронами V2 и V3, включенными в прямом направлении. Транзисторы резко закроются, ток в первичной обмотке трансформатора уменьшится до нуля, а ЭДС самоиндукции будет трансформироваться и передаваться через диод V9 и первичную обмотку катушки зажигания на конденсатор С3, заряжая его до некоторого напряжения U, Если в момент подачи напряжения питания контакты прерывателя были замкнуты, то до последующего их размьгкания все конденсаторы, кроме СЗ, будут разряжены, тринистор V7 открыт, а транзисторы закрыты.

После размыкания контактов в момент t1 (рис. 2) импульсом, сформированным дифференцирующей цепочкой C1R4V4, откроется тринистор V8, и накопительный конденсатор СЗ разрядится через первичную обмотку катушки зажигания, вызывая искру в свече. Благодаря диоду V10 в катушке возникнут ударные затухающие колебания в течение одного периода.: По окончании колебательного процесса тринистор V8 закроется, а на накопительном конденсаторе СЗ возникнет начальное напряжение U0.

Положительный импульс, снимаемый с датчика R9 при перезарядке конденсатора СЗ, закрывает тринистор V7, так как полярность его противоположна полярности питающего напряжения, и в цепи катода тринистора возникнет закрывающий его ток. В момент t2 коммутирующий транзисторный ключ V5V6 вновь открывается, и конденсатор СЗ заряжается до напряжения U1, На эпюре напряжений это произойдет в момент времени t3 Коммутирующий конденсатор С2 в это время перезарядится через нагрузку левого плеча инвертора и резистор R2 до напряжения источника питания (падение напряжения на стабилитронах и эмиттерном переходе транзистора V5 не учитывается). До повторного замыкания контактов прерывателя конденсаторы С1 и С2 будут заряжены до напряжения источника питания, конденсатор С8 — до напряженияU1 транзисторы V5, V6 и тринистор V8 закрыты, а тринистор V7 открыт.

Рис. 2. Кривые распределения сигналов

В момент t4 после замыкания контактов прерывателя левая (по схеме) обкладка конденсатора С2 окажется замкнутой через диод V1 на корпус, напряжение на аноде тринистора V7 кратковременно станет отрицательным, отчего он закроется, а коммутирующий транзисторный ключ, открываясь, в момент времени t5 увеличит через Δt = t ₆ – t ₅ суммарное напряжение подзарядки накопительного конденсатора до напряжения U2. Конденсатор С1 разрядится через резистор R4. Постоянная времени цепи разрядки этого конденсатора устраняет срабатывание тринистора V8 от дребезга контактов прерывателя.

Теперь, после очередного размыкания контактов прерывателя и разрядки накопительного конденсатора СЗ на катушку зажигания, энергия искрообразования будет больше, так как конденсатор был заряжен до большего напряжения. В дальнейшем цикл работы будет повторяться.

Электрические параметры системы зажигания приведены в табл. 1. Эпюры напряжений построены относительно корпуса.

Сила тока спрямления тринистора V7 изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. В холодный период времени, когда рабочая смесь в цилиндре воспламеняется плохо, энергия искрообразования увеличивается, так как для открывания тринистора V7 требуется большее падение напряжения на датчике R8, что возможно только при большем, токе в цепи первичной обмотки накопительного трансформатора, когда конденсатор С3 будет заряжаться до большего напряжения. При повышении температуры происходит обратный процесс.

Конструкция описанной системы зажигания показана на рис. 3. Внешние размеры блока, без учета выступающих шпилек, 175 X 120 Х85 мм, масса 1,9 кг.

Несущим, элементом (шасси) устройства служит алюминиевая пластина толщиной 4 мм (рис. 4), на которой размещены и смонтированы детали. Одновременно шасси служит охлаждающим радиатором для транзистора V6 (на рис. 3 он не виден), диода V9 и тринисторов, установленных на нем через слюдяные прокладки. Резисторы R1 и R10—проволочные типа ПЭВР-10, укреплены на шасси шпильками длиной 55 мм с резьбой М4 через текстолитовые прокладки. Резисторы R8 и R9 изготовлены из нихромовой проволоки диаметром 1 мм в виде витой пружины и припаяны к изолирующим лепесткам рядом с клеммником (использована часть клеммника КМ-1-10). Клеммник можно заменить разъемом. Корпус транзистора V6 изолирован от шасси слюдяной прокладкой толщиной 0,05 мм, а крепежная скоба — шайбой из стеклотекстолита.

Остальные детали, кроме трансформатора Т1, конденсаторов СЗ, С4 и резистора R11, смонтированы на печатной плате (рис. 5). Транзистор V5, утопленный в отверстии в плате, приклеен клеем БФ-2. Плату крепят на шасси вертикально двумя уголками из дюралюминия или стали. Резисторы R7 и R6 проволочные. Первый из них намотан на резисторе ВС-0,25, сопротивлением 100 кОм, в один слой изолированной манганиновой проволокой диаметром 0,4 мм, второй— на резисторе МЛТ-0,25 такого же номинала в один слой такой же проволокой, но диаметром 0,15 мм.

Рис. 3. Конструкция системы зажигания

Конденсатор С1 типа МБМ на номинальное напряжение 160 В, С2 — К76П-1 на номинальное напряжение 63 В, С4 — КБГИ на номинальное напряжение 600 В. Накопительный конденсатор СЗ можно составить из нескольких конденсаторов, соединяя их последовательно или параллельно. Емкость его должна быть 2 мкФ, а номинальное напряжение не менее 500 В. В описываемой конструкции использованы два конденсатора МБГЧ-1--500-1,0, соединенные параллельно.

Диод V9 может быть серий КД203, КД209 или КД210 с любым буквенным индексом, a V10 — Д248Б, КД206В, КД202Р, КД203А — КД203Г, КД210. Тринистор КУ201А можно заменить на прибор этой же серии с любым другим буквенным индексом или на КУ202Н.

В качестве накопительного трансформатора Т1 использован выходной трансформатор кадров (ТВК, магнитопровод Ш16 X 32) телевизоров Темп-6, Темп-7 или Рубин-102А с измененными данными обмоток:

Рис. 4. Разметка шасси

обмотка I, содержащая 65 витков провода ПЭВ-2 1,04, намотана поверх обмотки II, содержащей 750 витков провода ПЭВ-2.0,19. Сердечник и ярмо магнитопровода собраны встык с зазором около 0,15 мм. Вторичная обмотка должна быть хорошо изолирована от первичной. Трансформатор после сборки необходимо пропитать изоляционным лаком.

После проверки монтажа хомутик резистора R1 надо установить так, чтобы сопротивление его левой (по схеме) части было 65—70 Ом, а хомутик резистора R10 приблизить к выводу, подключенному к коллектору транзистора V6. Источник питания должен быть достаточно мощным, чтобы выдерживать импульсную нагрузку в 5—10 А. Зазор в свече устанавливают 0,9—1 мм или используют вместо свечи проводник, соединив один его конец с высоковольтным выводом катушки зажигания и приблизив другой к корпусу устройства на 2—5 мм. В качестве прерывателя можно использовать контакты электромагнитного реле, включенного в цепь мультивибратора, или собрать бесконтактный имитатор-прерыватель по схеме, приведенной на рис. 6.

Рис. 5. Плата устройства: а — печатный монтаж; б — расположение элементов

Рис. 6. Схема бесконтактного прерывателя для проверки блока зажигания

Особое внимание надо обратить на фазировку обмоток накопительного трансформатора Т1 и надежность соединения первичной обмотки катушки зажигания с клеммником. Несоблюдение этих условий может привести к выходу из строя транзистора V6 (пробою участка коллектор — эмиттер).

Если все детали исправны и нет ошибок в монтаже, система начнет работать сразу после включения питания. Медленным перемещением хомутика резистора R10 нужно добиться на аноде тринистора V8 напряжения U2 = 380 В. Измерение лучше производить осциллографом. Если же его нет, можно измерить среднее значение напряжения на резисторе R8 вольтметром постоянного тока, показания которого при напряжении питания + 12 В и частоте прерывателя 50 Гц должно быть 0,24 В, что соответствует U2 = 380 В.

Налаженный блок зажигания закрывают двумя кожухами (см. рис. 3), которые закрепляют на четырех несущих шпильках с одной стороны винтами М4, а с другой гайками Мб. При помощи этих же шпилек блок укрепляют на автомобиле. Место блока выбирают таким, чтобы он не нагревался от двигателя. Для защиты от механических повреждений резисторов R8 и R9, рассеивающих значительную мощность при максимальной частоте вращения коленчатого вала, используется уголок стали толщиной 1 мм, который привертывают к верхнему кожуху двумя винтами.

Описанная система электронного зажигания изготовлена и испытана в работе в течение пяти лет на автомобиле Москвич-412. Она показала надежную и бесперебойную работу.