О конструировании и настройке тиристорной системы зажигания

Тиристорная система зажигания в двигателе автомобиля завоевала столь большую популярность, что сегодня практически нет автолюбителей, не проявляющих к ней интереса.

В этой статье сделана попытка коротко рассмотреть некоторые вопросы, связанные с выбором схемы и подбором деталей, и поделиться опытом конструирования и настройки любительского блока тиристорной системы зажигания с помощью контрольно-измерительных приборов.

Принципиальная схема проверенного варианта блока тиристорной системы зажигания изображена на рис. 1. Штрих-пунктирными линиями выделены составные части блока: источник высокого напряжения, накопитель энергии, формирователь пусковых импульсов, коммутатор зажигания Электронное — обычное.

из которого следует, что чем больше емкость (С) накопителя энергии и выше напряжение (U), тем больше энергия в искре. Повышение напряжения ограничивается пределом электропрочности изоляции первичной обмотки катушки зажигания (400—450 В), а увеличение емкости—временем заряда накопительного конденсатора, которое должно быть меньше длительности межискрового промежутка. Исходя из этого в тиристорной системе зажигания выходное напряжение преобразователя обычно составляет 300—400 В, а емкость накопительного конденсатора равна 1—2 мкФ.

Трансформатор преобразователя напряжения является наиболее трудоемким элементом системы зажигания. В любительских условиях не всегда есть возможность применить трансформаторную сталь, рекомендуемую автором той или иной статьи. Чаще всего используют магнитопроводы с неизвестными характеристиками от разобранных старых трансформаторов, дросселей. Как показал опыт, трансформатор преобразователя напряжения можно выполнить без предварительных расчетов в зависимости от качества трансформаторной стали, но с несколько завышенной мощностью, что только улучшит работу преобразователя.

Данные трансформатора могут быть такими: сечение магнитопровода 3,5—4,5 см2; обмотки I и IV — по 9 витков провода ПЭВ-2 0,47—0,53; обмотки II и III — по

32 витка провода ПЭВ-2 1,0—1,1; обмотка V— 830—880 витков провода ПЭЛШО или ПЭВ-2 0,31—0,35.

Между рядами высоковольтной обмотки, а также между обмотками необходимо прокладывать лакоткань или конденсаторную бумагу.

Сборку пластин магнитопровода производят плотно и без зазоров (наличие стыковочных зазоров резко снижает качество трансформатора).

После сборки всего преобразователя с выпрямителем на диодах Д3—Д6 в виде одного узла следует произвести его проверку по следующим параметрам: сила потребляемого тока холостого хода, величина постоянного напряжения на выходе преобразователя, форма кривой напряжения на выходной обмотке V, частота тока преобразователя.

Проверку производят по схеме, приведенной на рис. 2. При правильном включении обмоток I, II, III и IV преобразователь, напряжения должен сразу же заработать (слышен слабый звук, создаваемый магнитопро-водом трансформатора). Потребляемая преобразователем напряжения сила тока, измеренная амперметром ИП1, должна быть в пределах 0,6—0,8 А (зависит от сечения и марки стали магнитопровода трансформатора).

Выключив питание, резистор R1 (см. рис. 2) удаляют, вход Y осциллографа переключают к точкам 3 и 4 (см. рис. 1) выпрямительного моста, а к точкам 1 я 2 подключают конденсатор емкостью 0,25—1,0 мкФ на номинальное напряжение 600 В и параллельно ему вольтметр постоянного тока со шкалой 0—600 В. Подав вновь питание на преобразователь, измеряют постоянное напряжение на выходе выпрямителя. На холостом ходу оно может достигать 480—550 В (зависит от числа витков обмотки V). Подбирая резистор R5 (начиная с большего номинала), добиваются снижения этого напряжения до 370—420 В. Одновременно на экране осциллографа наблюдают за формой кривой выходного напряжения преобразователя. На холостом ходу она должна соответствовать рис. 3, а (выбросы фронтов могут достигать 25—30% от амплитуды вторичного напряжения), а при подключенном резисторе R5 — кривой, показанной на рис. 3, б (выбросы фронтов снижаются до 10 — 15%). Далее с помощью осциллографа измеряют частоту работы преобразователя — она может быть в пределах 300—800 Гц (более высокая частота, которая может быть при недостаточно тщательной сборке магнитопровода трансформатора, нежелательна, так как ведет к повышенному нагреву трансформатора).

На этом проверку работы преобразователя напряжения заканчивают.

Диоды Д1 и Д2 ограничивают на уровне 0,6—0,8 В напряжения, закрывающие транзисторы, и тем самым предохраняют эмиттерные переходы от пробоя, а также способствуют уменьшению амплитуды выбросов фронтов вторичного напряжения.

В преобразователе напряжения хорошо работают транзисторы типа П210А, П209, П217 и другие аналогичные им с коэффициентом передачи тока не менее 12—15. Обязательным условием является подбор пары транзисторов с одинаковым коэффициентом передачи тока.

Накопитель энергии представляет собой конденсатор емкостью 1—2 мкФ, заряжающийся от выпрямителя преобразователя до напряжения 400—300 В и разряжающийся в момент искрообразования через открывающийся тиристор Д7 и первичную обмотку катушки зажигания. В рассматриваемой системе зажигания роль накопителя энергии выполняет конденсатор С2. Можно использовать любые бумажные конденсаторы (МБГП, МБГО и др.) с номинальным напряжением 500—600 В. Желательно отобрать конденсатор, емкость которого несколько больше номинальной, что положительно скажется на энергии в искре (особенно при напряжении выпрямителя меньше 380 В).

В тиристорной системе зажигания, собранной по схеме, изображенной на рис. 1, кроме основного накопителя энергии (конденсатор С2) предусмотрен пусдовой конденсатор СЗ, подключаемый параллельно конденсатору С2 с помощью контактов реле Р1 (напряжение срабатывания реле 6—8 В), которое срабатывает от напряжения, поступающего на зажим ВК во время пуска двигателя стартером. Это сделано с целью повышения энергии в искре за счет увеличения емкости накопителя при снижении напряжения аккумуляторной батареи до 7—

Напряжение включения тиристора, используемого в системе зажигания, должно быть не менее 500 В, а сила тока утечки при рабочем напряжении 400 В не должна превышать 1 мА. К сожалению, напряжение включения тиристоров даже одной партии может значительно отличаться, поэтому весьма желательно произвести проверку тиристора на напряжение включения и ток утечки.

Формирователь пусковых импульсов в тиристорной системе зажигания выполняет самую ответственную функцию: формирует импульсы определенной формы, длительности и амплитуды и подает их на управляющий электрод тиристора точно в момент размыкания контактов прерывателя. Можно считать, что качественные показатели блока тиристорного зажигания определяются тем, насколько совершенен формирователь пусковых импульсов. Он, кроме того, должен обладать высокой помехоустойчивостью ко всякого рода всплескам и перепадам напряжения бортовой сети автомобиля и быть неприхотливым к качеству работы прерывателя и, в первую очередь, дребезгу его контактов. Наилучшие показатели с этой точки зрения обеспечивает трансформаторный формирователь пусковых импульсов. Он состоит из импульсного трансформатора Тр2, диодов Д8 и Д9, конденсатора С4 и резисторов R7, R8. Когда контакты прерывателя замкнуты, ток, текущий через резисторы R7, R8 и первичную обмотку трансформатора, создает запас энергии в обмотках трансформатора, обеспечивающий появление импульса положительной полярности во вторичной обмотке в момент размыкания контактов прерывателя. Этот импульс поступает непосредственно на управляющий электрод тиристора Д7, открывает его и тем самым обеспечивает разряд конденсатора С2 через катушку зажигания.

Для исключения ложных пусковых импульсов, возникающих в момент дребезга контактов прерывателя, первичную обмотку трансформатора шунтируют параллельно соединенные диод Д9 и конденсатор С4. Емкость этого конденсатора, зависящую от данных импульсного трансформатора, подбирают опытным путем. Диод Д8 ограничивает на уровне 0,6—0,8 В отрицательный импульс на обмотке II трансформатора, возникающий при замыкании контактов прерывателя, предохраняя управляющий переход тиристора от пробоя.

Надежное открывание тиристора обеспечивается импульсом с амплитудой порядка 5—7 В и длительностью 100—200 мкс.

Для импульсного трансформатора можно использовать любой Ш-образный магнитопровод сечением 0,7— 1,5 см2. Сначала желательно испытать опытный вариант трансформатора: на каркас наматывают внавал 80— 120 витков провода ПЭВ-0,35—0,5 (обмотка I), а поверх них 35—40 витков такого же провода (обмотка II). После сборки магнитопровода, не стягивая его, к трансформатору (рис. 4) временно подключают все элементы формирователя пусковых импульсов (Д8, Д9, С4, R7 и R8), управляющий электрод и катод тиристора (анод тиристора остается свободным). В качестве прерывателя в цепь первичной обмотки трансформатора включают контакты P1/1 электромагнитного реле Р1 (типа РЭС-6 или РЭС-22), обмотку которого через гасящий резистор (Rгас) или понижающий трансформатор подключают к электросети. На контактную группу реле надевают резиновое кольцо для уменьшения дребезга контактов. Такое устройство обеспечивает работу формирователя пусковых импульсов с частотой 100 Гц, соответствующей частоте вращения коленчатого вала четырехцилиндрового двигателя, равной 3000 об/мин. Неминуемый дребезг контактов реле позволяет настроить формирователь пусковых импульсов на работу в более жестких условиях по сравнению с реальным прерывателем (именно по этой причине не следует использовать поляризованное реле, не дающее дребезга контактов). Включив питание, наблюдают на экране осциллографа кривую напряжения на входе тиристора, которая должна иметь вид, приведенный на рис. 5, а, выясняют исходные параметры пускового импульса.

Уменьшая или увеличивая число витков вторичной обмотки трансформатора, можно соответственно уменьшить или увеличить амплитуду импульса, а подбором числа витков первичной обмотки и емкости конденсатора С4 — изменять длительность импульса и его чистоту с точки зрения защиты от дребезга контактов прерывателя. Как правило, после двух-трех проб удается подобрать данные деталей так, чтобы импульс имел требуемые длительность и амплитуду, а дребезг контактов прерывателя не сказывался на устой чивости работы и форме кривой напряжения пусковых импульсов.

По данным, полученным в результате испы таний, изготавливают рабочий вариант импульсного трансформатора.

Коммутатор зажигания электронное — обычное, собранный на тумблерах или галетиом переключателе, обеспечивает быстрый переход с одного вида зажигания на другой (во избежание вывода из строя блока тири-сторного зажигания переключение производят только при отключенном источнике питания). Конденсатор С5, подключаемый в режиме обычного зажигания параллельно контактам прерывателя (Пр), замещает конденсатор, находящийся на корпусе распределителя зажигания (он обязательно должен быть снят или отключен, так как нарушает нормальную работу тиристорной системы зажигания). Выводы проводников, обозначенные ВК, ВКБ, Общ и Пр, подключают к соответствующим зажимам катушки зажигания и прерывателя, а контакты ВКБ и ВК, обведенные штрих пунктирными линиями, служат для подсоединения проводов, ранее соединявшихся с одноименными зажимами катушки зажигания.

Полностью собранный блок тиристорного зажигания следует подключить к прерывателю и катушке зажигания со свечой (включенной между высоковольтным выводом и минусом источника питания), а затем, подав на него напряжение, проверить по следующим параметрам: сила потребляемого тока, выходное напряжение выпрямителя, амплитуда и длительность пускового импульса, разрядный импульс накопительного конденсатора.

Сила потребляемого тока нагруженного преобразователя, измеренная амперметром, включенным в цепь

питания блока, должна составлять 1,3—1,5 А. Выходное напряжение выпрямителя (на конденсаторе С2), измеренное по схеме, приведенной на рис. 6, должно быть равно напряжению холостого хода или меньше его на 5—7% (иногда до 10%).

Амплитуда и длительность пускового импульса, измеренные осциллографом, должны равняться соответственно 5—7 В и 150—250 мкс. В промежутке между импульсами возникают (в момент замыкания контактов) небольшие помехи с малой амплитудой (не более 0,1—0,2 от амплитуды пускового импульса). Если же просматриваются небольшие зазубрины (обычно с частотой работы преобразователя), то следует подобрать емкость конденсатора С1.

Разрядный импульс накопительного конденсатора С2, просматриваемый на экране осциллографа, имеет вид, изображенный на рис. 5, б. Заряд конденсатора должен заканчиваться не позже 2/3 промежутка между импульсами (обычно он заканчивается на 1/3—1/2 промежутка).

Проверенный блок тиристорного зажигания следует оставить в рабочем состоянии на 30—40 мин для контроля за тепловым режимом. За это время трансформатор преобразователя должен нагреваться до температуры, не превышающей 70—80° С (терпит рука), а теплоотводы транзисторов — до 35—45° С.

Конструктивное оформление блока произвольное. Транзисторы преобразователя напряжения крепят на пластинчатых теплоотводах или профилированном дюралюминии толщиной 4—5 мм общей площадью 60—80 см².

Возможная конструкция блока тиристорной. системы зажигания, смонтированного в металлическом корпусе размерами 130X130X60 мм, показана на рис. 7. Размещать блок на автомобиле (под капотом) следует так, чтобы его выходные провода ВК.Б, ВК и Общ можно было подключить к соответствующим зажимам катушки зажигания (провод, соединяющий зажим Общ катушки зажигания с прерывателем, удаляют). К контактам ВКБ и ВК колодки блока зажигания подключают провода, ранее стоявшие на одноименных зажимах катушки зажигания.