Современный автомобиль трудно представить без зажигания. Основные
преимущества, которые дает система электронного зажигания общеизвестны, они
следующие:
более полное сгорание топлива и связанное с этим повышение мощности и экономичности;
снижение токсичности отработавших газов;
облегчение холодного пуска;
увеличение ресурса свечей зажигания;
снижение энергопотребления;
возможность микропроцессорного управления зажиганием.
Но всё это в основном относится к системе CDI
На данный момент, в автомобильной промышленности практически отсутствуют системы
зажигания, основанные на накоплении энергии в конденсаторе: CDI (Capacitor Discharge Ignition) - она же тиристорная (конденсаторная) (кроме 2-х тактных импортных двигателей). А системы
зажигания основанные на накоплении энергии в индуктивности: ICI (ignition coil inductor) пережили момент перехода с контактов на коммутаторы,
где контакты прерывателя были банально заменены транзисторным ключом и датчиком
Холла не претерпев принципиальных изменений (пример зажигания в ВАЗ
2101…07 и в интегральные системы зажигания ВАЗ 2108…2115 и далее).
Основная причина доминирующего распространения систем зажигания ICI - это возможность
интегрального исполнения, что влечёт удешевление производства, упрощение сборки
и монтажа, за которое расплачивается конечный пользователь.
При этой, так сказать, системы ICI все недостатки, основным из которых является относительно
низкая скорость перемагничивания сердечника и как следствие резкий рост тока
первичной обмотки с ростом оборотов двигателя, и потеря энергии. Что
приводит к тому, что с ростом оборотов, ухудшается воспламенение смеси, как
следствие сбивается фаза начального момента роста давления вспышки, ухудшается
экономичность.
Частичное, но далеко не лучшее решение этой проблемы, является применение сдвоенных и
счетверённых катушек зажигания (т.н.) этим самым производитель распределил нагрузку по частоте перемагничивания с одной катушки
зажигания на две или четыре, тем самым, снижая частоту перемагничивания сердечника для одной катушки зажигания.
Хочу заметить, что на машинах с схемой зажигания (ВАЗ 2101…2107), где
искра формируется за счет прерывания тока в достаточно высокоомной катушке механическим прерывателем, что замена на электронный коммутатор от или
ему подобный в автомобилях с высокоомной катушкой не дает ничего, кроме снижения токовой нагрузки на контакт.
Дело в том, что RL-параметры катушки должны удовлетворять противоречивым требованиям.
Во-первых, активное сопротивление R должно ограничивать ток на уровне, достаточном для накопления необходимого количества энергии при пуске, когда
напряжение аккумулятора может упасть в 1,5 раза. С другой стороны, слишком большой ток приводит к преждевременному выходу из строя контактной группы,
поэтому ограничен вариатором или длительностью импульса накачки в. Во-вторых, для увеличения количества запасенной энергии
необходимо увеличивать индуктивность катушки. При этом с ростом оборотов сердечник не успевает перемагнититься (о чём писалось выше). Как следствие
вторичное напряжение в катушке не успевает достигнуть номинального значения, и энергия искры, пропорциональная квадрату тока, резко снижается на высоких (более
~3000) оборотах двигателя.
Наиболее полно преимущества электронной системы зажигания проявляются в конденсаторной
системе зажигания с накоплением энергии в ёмкости, а не в сердечнике. Один из
вариантов конденсаторной системы зажигания и описан в данной статье. Подобные
устройства отвечают большинству требований, предъявляемых к системе зажигания.
Однако их массовому распространению препятствует наличие в схеме высоковольтного
импульсного трансформатора, изготовление которого представляет известную
сложность (об этом ниже).
В данной схеме высоковольтный конденсатор заряжается от DC/DC преобразователя, на транзисторах П210, при
поступлении сигнала управления тиристор подключает заряженный конденсатор к
первичной обмотке катушки зажигания, при этом DC-DC работающий в режиме блокинг-генератора останавливается. Катушка зажигания
используется только как трансформатор (ударный LC контур).
Обычно напряжение на первичной обмотке нормируется на уровне 450…500В. Наличие
высокочастотного генератора и стабилизация напряжения делает величину запасаемой
энергии практически независимой от напряжения аккумулятора и частоты вращения
вала. Такая структура получается гораздо более экономичной, чем при накоплении
энергии в индуктивности, так как ток через катушку зажигания течет только в
момент искрообразования. Применение 2-х тактного автогенераторного
преобразователя позволило поднять КПД до 0,85. Нижеприведенная схема имеет свои
преимущества и недостатки. К достоинствам
надо отнести:
нормирование вторичного напряжения, независимо от частоты вращения коленчатого вала в рабочем диапазоне оборотов.
простота конструкции и как следствие – высокая надежность;
высокий КПД.
К недостаткам:
сильный нагрев и, как следствие, - нежелательно размещать в месте моторного
отсека. Самое, на мой взгляд, удачное место расположения – бампер автомобиля.
По сравнению с системой зажигания ICI с накоплением энергии в катушке зажигания,
конденсаторная (CDI) имеет следующие преимущества:
высокая скорость нарастания высоковольтного напряжения;
и достаточное (0,8мс) время горения дугового разряда и, как следствие, - роста давления вспышки топливной смеси в цилиндре, из-за этого повышается
стойкость двигателя к детонации;
энергия вторичной цепи выше, т.к. нормирована по времени горения дуги от момента
зажигания (МЗ) до верхней мёртвой точки (ВМТ) и не ограничена сердечником
катушки. Как следствие – лучшая воспламеняемость топлива;
более полное сгорание топлива;
лучшую самоочистку свечей зажигания, камер сгорания;
отсутствие калильного зажигания.
меньший эрозионный износ контактов свечей зажигания, распределителя. Как следствие -
больший срок службы;
уверенный запуск в любую погоду, даже на подсевшей АКБ. Блок начинает уверенно работать от 7 В;
мягкая работа двигателя, по причине только одного фронта горения.
Для трансформатора применяется кольцо магнитной проницаемостью ч=2000, сечением >=1,5см 2 (например, неплохие результаты показал: «сердечник М2000НМ1-36 45х28х12»).
Намоточные данные:
Технология сборки:
Обмотка накладывается виток к витку по свеже-пропитанной эпоксидной смолой прокладке.
После окончания слоя или обмотки в одном слое - обмотка покрывается эпоксидной смолой до заполнения
межвитковых пустот.
Обмотка закрывается прокладкой по свежей эпоксидной смоле с выдавливанием избытка. (из-за отсутствия
вакуумной пропитки)
Так же следует обратить внимание на заделку выводов:
на одевается фторопластовая трубка и фиксируется капроновой
ниткой. На повышающей обмотке выводы гибкие, выполненные проводом: МГТФ-0,2…0,35.
После пропитки и изоляции первого ряда (обмотки 1-2-3, 4-5-6) по всему кольцу наматывается
повышающая обмотка (7-8) послойно, виток к витку. , оголение слоёв, «барашки» - не допускаются.
От качества изготовления трансформатора практически зависти надёжность и долговечность
работы блока.
Расположение обмоток показано на рисунке 3.
Для лучшего теплоотвода блок рекомендуется собирать в дюралевом оребреном корпусе, приблизительный размер – 120 x 100 x 60 мм, толщина материала – 4...5 мм.
На стенку корпуса через изоляционную теплопроводную прокладку ставятся транзисторы П210.
Монтаж выполняется навесным монтажом с учетом правил монтажа высоковольтных, импульсных устройств.
Плату управления допустимо выполнять на печатной либо на макетной плате.
Готовое устройство налаживания не требует, необходимо лишь уточнить включение обмоток 1, 3 в базовой цепи транзисторов, и если генератор не запускается – поменять местами.
Конденсатор, установленный на трамблёре при использовании CDI отключают.
Детали
Практика показала, что попытка заменить транзисторы П210 на современные кремниевые
приводит к значительному усложнению электрической схемы (см. 2 нижние схемы на КТ819 и TL494), необходимостью
тщательной настройки, которую после одного - двух лет эксплуатации в тяжелых
режимах (нагрев, вибрация) приходится выполнять повторно.
Личная практика с 1968 года показала, что применение транзисторов П210 позволяет забыть
об электронном блоке на 5...10 лет, а применение высококачественных компонентов
(особенно накопительного конденсатора (МБГЧ) с долго нестареющим диэлектриком) и
аккуратное изготовление трансформатора – и на более долгий срок.
1969-2006 Все
права на это схемное решение принадлежат В.В.Алексееву. При перепечатке ссылка
обязательна.
Задать вопрос можно по адресу, указанному в правом нижнем углу.
Литература
П. АЛЕКСЕЕВ
Тиристорная система зажигания в двигателе автомобиля завоевала столь большую популярность, что сегодня практически нет автолюбителей, не проявляющих к ней интереса.
Принципиальная схема проверенного варианта блока тиристорной системы зажигания изображена на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема блока тиристорного зажигания
Штрих-пунктирными линиями выделены составные части блока: источник высокого напряжения, накопитель энергии, формирователь пусковых импульсов, коммутатор зажигания «Электронное - обычное».
Источник высокого напряжения, представляющий собой двухтактный транзисторный преобразователь (однотактный может не обеспечить требуемую скорость заряда накопителя энергии), предназначен для преобразования низкого напряжения (12-14 В) аккумуляторной батареи или генератора автомобиля в относительно высокое постоянное напряжение 380-400 В. Выбор такого напряжения не случаен. Дело в том, что энергия в искре запальной свечи двигателя при тиристорной системе зажигания определяется выражением А=C*U 2 /2 . 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 й 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.
Рис. 2. Схема проверки преобразователя напряжения
При правильном включении обмоток I, II, III и IV преобразователь напряжения должен сразу же заработать (слышен слабый звук, создаваемый магнитопроводом 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 и 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 бблыпего номинала), добиваются снижения этого напряжении 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).
Рис. 3. Эпюры выходного напряжения преобразователя
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.
В выпрямителе (Д3-Д6) можно использовать любые кремниевые диоды с Uобр>500-600 В и Iпр>1 А.
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 «пусковой» конденсатор С3, 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- 9 В.
Напряжение включения тиристора, используемого в системе зажигания, должно быть 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. Это г 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)
Рис. 4. Схема проверки и настройки формирователя импульсов
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 Р1/1 электромагнитного реле Р1 (типа РЭС-6 или РЭС-22), обмотку которого через гасящий резистор (Rгac) 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 устойчивости работы и форме кривой напряжения пусковых импульсов. По данным, полученным в результате испытаний, изготавливают рабочий вариант импульсного трансформатора.
Рис. 5. Эпюры напряжения пускового импульса (а) и импульса разряда накопительного конденсатора (б)
Коммутатор зажигания «электронное - обычное», собранный на тумблерах или галетном переключателе, обеспечивает быстрый переход с одного вида зажигания на другой (во избежание вывода из строя блока тиристорного 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 проводом, ранее соединившихся 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%).
Рис. 6. Схема измерения напряжения на накопителе энергии при работающем блоке тиристорного зажигания
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.
Рис. 7. Конструкция блока тиристорной системы зажигания
Размещать блок на автомобиле (под капотом) следует так, чтобы его выходные провода ВКБ, 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.
Достоинством этого устройства является автоматическое отключение многоискрового режима после пуска двигателя. Благодаря этому исключается возможность остановки двигателя при многоискровом зажигании, если в контактах прерывателя размер зазора больше оптимального. При больших углах разомкнутого состояния контактов прерывателя искра может проскочить в следующий по ходу распределителя цилиндр, что вызовет остановку двигателя. Схема может работать при напряжении питания от 5 до 20 В. При частоте вращения вала двигателя 1000 об/мин устройство электронного зажигания потребляет ток около 0,3 А. С увеличением оборотов двигателя потребляемый ток растет и при 6000 об/мин достигает величины примерно 1 А.
Напряжение около 4000 В, до которого заряжается накопительный конденсатор С8, формируется с помощью преобразователя напряжения, выполненного по схеме с внешним возбуждением. Задающий генератор, выполненный по схеме мультивибратора на элементах D2.1 и D2.2, работает на частоте 5...6 кГц, когда на входах 2 и 13 присутствует логическая "1". Разделительные инвертирующие каскады на элементах D2.3 и D2.4 обеспечивают передачу противофазных прямоугольных импульсов мультивибратора на входы ключей V6, V7 и V8, V9, подключенных к обмоткам I я II трансформатора Т1. В обмотке III индуцируется напряжение прямоугольной формы с амплитудой около 400 В. Это напряжение выпрямляется с помощью моста V12 и заряжает накопительный конденсатор С8.
Многоискровый режим зажигания при запуске двигателя обеспечивается с помощью мультивибратора на элементах D1.3 и D1.4. Частота мультивибратора около 200 Гц устанавливается подбором конденсаторов С1 и С2. Мультивибратор переходит в автоколебательный режим, когда с реле включения стартера поступает 12 В на катод диода V2 и закрывает его. С выхода 3 элемента D1.3 прямоугольные импульсы мультивибратора поступают на вход 4 триггера Шмитта, выполненного на элементах D1.1 и D1.2. Когда контакты прерывателя замкнуты, на входе 5 элемента D1.1. присутствует логический "0", а на его инверсном выходе - "логическая 1" независимо от уровня напряжения на входе 4. Тогда мультивибратор D2.1, D2.2 работает, и накопительный конденсатор заряжается до напряжения 400 В. Если контакты прерывателя разомкнуты, то на выходе 6 элемента D1.1 "логическая 1" появляется с частотой мультивибратора D1.3, D1A. Отрицательным перепадом напряжения продифференцированный импульс с этого выхода открывает транзистор V3, обеспечивающий запуск тиристора V10. Конденсатор С8 разряжается через тиристор и первичную обмотку катушки зажигания, создавая искру в свече. Этот же отрицательный перепад напряжения поступает на входы 2 к 13 мультивибратора D2 1, D2.2 и затормаживает его, благодаря чему ключи V6...V9 закрыты, и энергия от аккумулятора не потребляется. После разряда конденсатора С8 тиристор V10 закрывается. Благодаря колебательному процессу в первичной обмотке катушки зажигания конденсатор С8 заряжается до уровня 0,4...0,5 первоначального напряжения. Процесс многократного искрообразования происходит до тех пор, пока контактные пластины прерывателя разомкнуты. После запуска двигателя и отключения стартера диод V2 открывается, мультивибратор D1.3, D1.4 затормаживается и устройство переходит в одноискровый режим зажигания. Конденсатор С, шунтирующий прерыватель, обеспечивает защиту от "дребезга" контактов. С помощью выключателя S1 включается преобразователь напряжения для питания электробритвы. Этот тумблер может быть использован в качестве противоугонного средства.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом сердечнике Ш16x8 типа М2000НМ и состоит из четырех половинок Ш8 X 8. Обмотки I и II содержат по 22 витка провода ПЭВ-2 0,26. В устройстве применены резисторы МЛТ-0,25, электролитические конденсаторы К50-6, С8-МБГО, 1,0 X 600 В. Транзисторы V6, V8 типа КТ503, КТ630, МП37, V7, V9 - КТ817, КТ819, КТ805 А, КТ808 А с коэффициентом передачи тока не менее 10. Транзисторы V3 - КТ502Г, МП25Б, МП26Б, V4 - КТ815 А...Г, КТ404 А...Г. Диоды VI, V2 - любые маломощные. Транзисторы V7, V9 установлены на отдельных радиаторах с суммарной площадью рассеивания не менее 50 см2.
При установке устройства зажигания откорректировать угол опережения зажигания целесообразно с помощью стробоскопа. Правильно собранное устройство в налаживании не нуждается.
Приветствую уважаемых коллег-радиолюбителей. Многие имели дело с очень простыми, и потому очень не надёжными системами зажигания в мотоциклах, мопедах, лодочных моторах и подобных изделиях прошлого века. Был и у меня мопед. Искра у него пропадала так часто и по стольким разным причинам, что это очень надоедало. Вы, вероятно, и сами видели постоянно встречающихся на дорогах мотолюбителей без искры, которые пытаются завестись с разбега, с горки, с толкача... В общем пришлось придумывать свою систему зажигания. Требования были такие:
- должна быть максимально проста, но не в ущерб функциональности;
- минимум переделок в месте установки;
- питание безаккумуляторное;
- улучшение надёжности и мощности искры.
Всё это, или почти всё, было реализовано и прошло многолетнюю проверку. Остался доволен и хочу предложить собрать такую схему вам, у кого остались двигатели из прошлого века. Но и современные двигатели можно снабдить этой системой, если собственная пришла в негодность, а покупать новую дорого. Не подведёт!
С новой системой электронного зажигания искра увеличилась на порядок, ранее в солнечный день её и не увидишь, после зазор свечи был увеличен с 0.5 до ~1 мм и искра бело-голубая (на испытательном стенде в лабораторных условиях искрой поджигалась даже тонкая киповская бумага). Всякие мелкие загрязнения свечи стали не существенными, так как система тиристорная. Заводиться стал мопед не то что с пол - с четверть оборота. Многие старые свечи снова можно было вытащив из «мусорного ведра» ставить в работу.
Был убран вечно «плюющийся» и загаживавший радиатор декомпрессор, ведь заглушить мотор теперь можно простым выключателем или кнопкой. Был отключён вечно требующий ухода прерыватель - раз настроив, ухода не требует никакого.
Схема модуля зажигания
Монтажная схема модуля
Печатные платы для сборки
Для малого потребления тока была выбрана КМОПовская микросхема КР561ЛЕ5 и стабилизатор на светодиодах. КР561ЛЕ5 работает начиная с 3 В и с очень малым (15 uA) током, что является важным для данной схемы.
Компаратор на элементах: DD1.1, DD1.2, R1, R2 служит для более чёткого реагирования на уровень нарастающего напряжения после индукционного датчика и для устранения реакции на помехи. Формирователь импульса запуска на элементах: DD1.3, DD1.4, R3, C1 нужен для формирования нужной длительности импульса, для хорошей работы импульсного трансформатора, чёткого отпирания тиристора и для всё той же экономии тока питания схемы.
Импульсный трансформатор Т1 служит также для развязки от высоковольтной части схемы. Ключ выполнен на транзисторной сборке К1014КТ1А - он формирует хороший импульс, с крутыми фронтами и достаточным током в первичной обмотке импульсного трансформатора, что обеспечивает, в свою очередь, надёжное отпирание тиристора. Импульсный трансформатор изготовлен на ферритовом кольце 2000НМ / К 10*6*5 с обмотками по 60-80 витков провода ПЕВ или ПЕЛ 0.1 - 0.12 мм.
Стабилизатор напряжения на светодиодах был выбран по причине очень малого начального тока стабилизации, что ещё вносит свой вклад в экономию тока потребления схемы, но, при этом, чётко стабилизирует напряжение на микросхеме на уровне 9 В (1.5 В один светодиод) и ещё служит дополнительно световым индикатором наличия напряжения с магнеты, в схеме.
Стабилитроны VD13, VD14 служат для ограничения напряжения и включаются в работу только при очень больших оборотах двигателя, когда экономия питания не очень важна. Желательно намотать такие катушки в магнете, чтобы эти стабилитроны включались только на самой верхушке, только на самом максимально возможном напряжении (в последней модификации стабилитроны не устанавливались, т.к. напряжение итак никогда не превышало 200 В). Две ёмкости: С4 и С5 для увеличения мощности искры, в принципе схема может и на одной работать.
Важно! Диод VD10 (КД411АМ) подбирался по импульсным характеристикам, другие очень грелись, не выполняли в полной мере свою функцию защиты от обратного выброса. К тому же через него идёт обратная полуволна колебания в катушке зажигания, что увеличивает длительность искры почти в два раза.
Ещё эта схема показала нетребовательность к катушкам зажигания - ставились любые какие были под рукой и все работали безупречно (на разные напряжения, под разные системы зажигания - прерывательные, на транзисторном ключе).
Резистор R6 предназначен для ограничения тока тиристора и для его чёткого запирания. Его подбирают в зависимости от используемого тиристора так, чтобы ток через него не мог превысить максимальный для тиристора и, самое главное, чтобы тиристор успевал запираться после разряда ёмкостей С4, С5.
Мостики VD11, VD12 выбираются по максимальному напряжению с катушек магнеты.
Катушек, заряжающих ёмкости для высоковольтного разряда, две (это решение также гораздо экономичнее и эффективнее чем преобразователь напряжений). Такое решение пришло потому, что катушки имеют разное индуктивное сопротивление и их индуктивные сопротивления зависят от частоты вращения магнитов, т.е. и от частоты вращения вала. Эти катушки должны содержать разное количество витков, тогда на малых оборотах будет работать в основном катушка с большим количеством витков, а на больших с малым, так как увеличение наводимого напряжения с увеличением оборотов будет падать на увеличивающемся индуктивном сопротивлении катушки с большим количеством витков, а на катушке с малым количеством витков напряжение растёт быстрее, чем её индуктивное сопротивление. Таким образом всё друг друга компенсирует и напряжение заряда ёмкостей в определённой степени стабилизируется.
Обмотка для зажигания в мопеде «Верховина-6» перематывается так:
- вначале замеряется напряжение на экране осциллоскопа с этой обмотки. Осциллоскоп нужен для более точного определения максимального амплитудного напряжение на обмотке, так как обмотку близко от максимума напряжения закорачивает прерыватель и тестер покажет некое заниженное действующее значение напряжение. Но ёмкости будут заряжаться до максимального амплитудного значения напряжения, да ещё и полным (без прерывателя) периодом.
- после, сматывая обмотку, надо посчитать количество её витков.
- разделив максимальное амплитудное напряжение обмотки на число её витков получаем сколько вольт даёт один виток (вольт/виток).
- разделив необходимые для нашей схемы напряжения на полученный (вольт/виток) получим количество витков, которые необходимо будет намотать для каждого из нужных напряжений.
- наматываем и выводим на клемник. Обмотка освещения остаётся прежней.
Используемые в схеме детали
Микросхема КР561ЛЕ5 (элементы 2 ИЛИ НЕ); интегральный ключ на МОП-транзисторе К1014КТ1А; тиристор ТС112-10-4; выпрямительные мосты КЦ405 (А,Б,В,Г), КЦ407А; диоды импульсные КД 522, КД411АМ (очень хороший диод, другие греются или работают гораздо хуже); светодиоды АЛ307 или другие; конденсаторы С4,С5 - К73-17/250-400В, остальные любого типа; резисторы МЛТ. Файлы проекта сложены сюда . Схема и описание - ПНП .
Обсудить статью СХЕМА БЛОКА ЭЛЕКТРОННОГО ЗАЖИГАНИЯ
В тиристорных системах зажигания энергия для искрового разряда накапливается в конденсаторе, поэтому их часто называют конденсаторными. В момент искрообразования конденсатор разряжается через тиристор и первичную обмотку катушки зажигания, и во вторичной обмотке индуктируется высокое напряжение.
Энергия Wc, накапливаемая в конденсаторе С1, зависит от его емкости и напряжения в квадрате (U2), подводимого к конденсатору:Wc = OU2/2.
Поэтому конденсатор заряжают до напряжения 300 + 400 В от бортовой сети 12 + 14 В, или другого источника повышенного напряжения через преобразователь напряжения П и выпрямитель В (смотри рисунок).
Время полного заряда накопительного конденсатора значительно меньше времени накопления энергии в индуктивности и может быть доведено до 2 мс. Оно зависит от мощности и выходного сопротивления преобразователя и емкости накопительного конденсатора. Время заряда конденсатора рассчитывается так, чтобы к моменту подачи следующей искры он был полностью заряжен. Это обеспечивает энергию искры постоянной во всем диапазоне частот искрообразования. Тиристоры менее чувствительны к повышенному напряжению, чем транзисторы. Тиристорные системы зажигания могут работать с катушкой контактной системы батарейного зажигания, максимальная величина ЭДС самоиндукции которой примерно соответствует зарядному напряжению накопительного конденсатора. Конденсатор прерывателя не влияет на работу тиристорной системы. Это позволяет в случае отказа ее быстро перейти на батарейную систему.
Высокое напряжение тиристорной системы зажигания нарастает примерно в десять раз быстрее, чем в батарейной и контактно - транзисторной системах. Поэтому оно обеспечивает пробой искрового промежутка в свечах с загрязненными, покрытыми нагаром изоляторами. Но продолжительность разряда в искровом промежутке значительно меньше (около 300 мке), чем в системах с накоплением энергии в индуктивности (около 1 мс), так как частота колебаний контура накопительный конденсатор - первичная обмотка в тиристорной системе значительно выше.
Тиристорные системы зажигания по принципу действия делят на две группы: с импульсным непрерывным (многоимпульсным) и одноимпульсным накоплением энергии в емкости.
В импульсных системах конденсатор заряжается одним импульсом прямоугольной формы до конечного напряжения, а затем наступает пауза до момента его разряда В схемах с непрерывным накоплением энергии конденсатор заряжается многочисленными прерывистыми импульсами напряжения.
Системы с импульсным накоплением позволяют простыми средствами стабилизировать напряжение заряда накопительного конденсатора, т. е. сделать его независящим от изменений напряжения питания и других дестабилизирующих факторов. Однако при малой пусковой частоте вращения вала двигателя в этих системах, вследствие увеличения времени паузы, накопительный конденсатор к моменту искрообразования успевает несколько разрядиться, и напряжение искрообразования уменьшается. Это налагает жесткие требования на значения токов утечки в элементах вторичной цепи - тиристоре, накопительном конденсаторе, выпрямительном диоде и является недостатком систем с импульсным накоплением.
Системы с непрерывным накоплением энергии свободны от указанного недостатка. Эти системы практически нечувствительны к утечкам в элементах вторичной цепи и обеспечивают независимость напряжения искрообразования от частоты вращения вала двигателя.
Принципиальная схема тиристорной системы зажигания с непрерывным накоплением энергии приведена на рисунке №2
Она включает в себя преобразователь П постоянного напряжения 12 ¦ 15 В в переменное 300 + 400 В с частотой около 500 Гц. выпрямитель переменного напряжения В, тиристор VD5, накопительный конденсатор С1, блок управления и катушку зажигания КЗ.
В качестве преобразователя напряжения может быть использован приведенный на схеме двухтактный преобразователь с самовозбуждением к трансформаторной связью, собранный по схеме с общим коллектором на транзисторах VTI, VT2, резисторах R1, R2, R3, R4 и трансформатоpeTI.
При включении зажигания напряжение бортовой сети подводится к средней точке обмотки трансформатора и коллекторам транзисторов. Возникает ток в двух параллельных цепях, который течет от средней точки трансформатора через его верхнюю половину, резисторы Rl, R3, транзистор VT1 и через нижнюю половину трансформатора, резисторы R2, R4, транзистор VT2. Вследствие разброса параметров транзисторов и резисторов тЪк в одной половине трансформатора (допустим, верхней) пойдет несколько больший, чем во второй (нижней). Это вызывает ускоренное отпирание одного транзистора (VT1) и запирание второго (VT2). В таком состоянии транзисторы находятся, пока магнитный поток в сердечнике трансформатора не достигнет насыщения. Происходящее при этом резкое замедление нарастания тока вызывает в обмотках трансформатора ЭДС противоположной полярности, которая переключает транзисторы: запирает VT1 и отпирает VT2. Транзисторы переключаются с частотой около 500 Гц, меняя направление тока в обмотке трансформатора, и на выходе трансформатора появляется переменное напряжение порядка 350 ¦ 400 В. Двухполупериодный выпрямитель на диодах VD2 + VD4 преобразует переменное напряжение в постоянное, которым заряжается конденсатор С1. В момент искрообразования по сигналу контактного или бесконтактного датчика с блока управления подается положительный импульс на управляющий электрод тиристора VD5. Тиристор открывается и конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки зажигания, а во вторичной обмотке индуктируется высокое напряжение.
Рассмотрим подробнее основные этапы работы системы: заряд накопительного конденсатора после переключения ключа VD5 в положение 1 (этап 1, рис 2) и процессы, происходящие после размыкания контактов прерывателя и переключения коммутатора VD5 в положение 2 (этап 2, рис. 3).
Этап 1.
Согласно схеме замещения (рис. 2) цепь, состоящая из накопительного конденсатора С1, резистора Rвн, сопротивление которого равно внутреннему сопротивлению преобразователя, и резистора Rут, сопротивление которого равно результирующему сопротивлению утечки во вторичной цепи, с помощью коммутатора VD5 подключается к источнику постоянного напряжения Ub, которым является преобразователь.
Напряжение на конденсаторе возрастает по экспоненциальному закону:
Где 
постоянная времени цепи заряда конденсатора.
Как правило, Rут > Rвн (в противном случае, как будет показано ниже, система вообще не работоспособна), и напряжение на накопительном конденсаторе через время t« ЗТ = 3Rbm С1 практически достигает установившегося значения Ub.
Энергия, запасенная в электрическом поле конденсатора, при этом равна: We1=C1*U2в/2
Необходимым условием нормальной работы системы является полный заряд конденсатора С1 до напряжения Ub, за время между двумя искрами при максимальной частоте вращения вала двигателя.Учитывая, что конденсатор в схеме рис. 1 начинает заряжаться лишь после замыкания контактов прерывателя, и считая скважность работы прерывателя равной 2, это условие для четырехтактного двигателя будет иметь вид:
где z - число цилиндров двигателя; Nmax - максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин. Для двухтактного двигателя числитель правой части должен быть равен 10. Так, если емкость накопительного конденсатора CI = 1 мкФ, двигатель четырехтактный четырехцилиндровый, имеющий максимальную частоту вращения коленчатого вала птах = 6000 об/мин, то Т< 0,83 мс, и внутреннее сопротивление преобразователя не должно превышать:
Рассмотрим подробнее влияние сопротивления утечки Ryr на работу системы. Сопротивление утечки в основном определяется током утечки тиристора, используемого в качестве коммутатора. Максимальное значение юка утечки имеют тиристоры типа КУ202М (Н): до 10 мА при напряжении 400 В. Сопротивление утечки в этом случае равно:
Таким образом, условие Ryr > Rвн выполняется даже и в этом крайнем случае, и, следовательно, влиянием сопротивления утечки в системах с непрерывным накоплением энергии можно пренебречь. Тем более, что в действительности ток утечки у подавляющего большинства тиристоров этого типа не превышает0,2 + 0,3 мА.
На практике выполнение условия: о полном заряде конденсатора С1 до напряжения Ub, за время между двумя искрами при максимальной частоте вращения вала двигателя, не встречает затруднений. Задавшись определенной энергией Wcl и выбрав значение выходного напряжения преобразователя Ub, из выражения: С1 = 2 Wct/U в - определяют емкость накопительного конденсатора. Внутреннее сопротивление преобразователя Rbh определяется его мощностью. Чем больше мощность преобразователя, тем меньше его внутреннее сопротивление.
Применяя достаточно мощный преобразователь, можно добиться того, чтобы энергия Wcl, а значит, и вторичное напряжение, были постоянными вплоть до самой высокой частоты вращения коленчатого вала двигателя. Что же касается малой частоты вращения, то очевидно, что если накопительный конденсатор успел зарядиться до напряжения Ub при максимальной частоте вращения, он тем более успеет зарядиться до этого напряжения при малой частоте вращения коленчатого вала.
Этап 2. Подключение заряженного накопительного конденсатора С1 к первичной обмотке катушки зажигания.
На рис. 3дана упрощенная схема замещения для второго этапа рабочего процесса.
При ее составлении и анализе приняты следующие допущения: гальваническая связь между обмотками катушки зажигания устранена, искровой контакт распределителя заменен скользящим, распределенные емкости вторичной цепи заменены одной сосредоточенной емкостью С1, активные сопротивления обмоток катушки зажигания равны нулю, коэффициент связи между обмотками равен единице, шунтирование вторичной цепи отсутствует.
Согласно схеме замещения после размыкания контактов прерывателя и переключения коммутатора VD5 в положение 2 в первичной цепи образуется колебательный контур, состоящий из индуктивности L1 первичной обмотки W1 катушки зажигания и суммы емкостей накопительного конденсатора CI и вторичной цепи C2- (W2/W1), приведенной к первичной. Поскольку до коммутации конденсатор С1 был заряжен, после нее в первичном контуре возникают собственные затухающие колебания, частота которых (без учета процессов во вторичной цепи) равна:
Вследствие того, что в момент коммутации параллельно накопительному конденсатору подключается емкость С2 (W2AV1), напряжение на накопительном конденсаторе уменьшается, и максимум первичного напряжения, определенный из условий сохранения заряда, будет равен:
Очевидно, что если Ulmax является максимумом первичного напряжения, то максимум вторичного напряжения определится выражением:
Из этого выражения следует, что, выбрав соответствующим образом емкость накопительного конденсатора С1 так, чтобы CI > С2 {W2/W1), можно добиться малой зависимости вторичного напряжения U2max от значения емкости С2, что принципиально невозможно в классической системе зажигания
Кроме того, в конденсаторной системе зажигания максимум вторичного напряжения мало зависит от значения сопротивления, шунтирующего вторичную цепь. Практика подтверждает, что конденсаторная система зажигания сохраняет работоспособность при низких значениях шунтирующего сопротивления, вплоть до 100 К. Это существенно снижает требования к уходу за свечами зажигания (их чистке, регулировке зазора и т. п.). Срок использования свечей может быть значительно увеличен, поскольку свечи, которые уже нельзя задействовать в классической системе зажигания, могут удовлетворительно работать в конденсаторной системе.
Это связано с тем, что в качестве коммутатора в конденсаторной системе зажигания обычно применяют тиристоры, время переключения которых, определяющее длительность фронта первичного напряжения, всего несколько микросекунд. Конечно, длительность фронта вторичного напряжения зависит, кроме того, от параметров катушки зажигания. Однако даже при применении катушек от классической системы зажигания, фронт импульса вторичного напряжения в конденсаторной системе получается значительно круче, чем в классической.
Очевидно, что потери энергии при конкретных значениях шунтирующего сопротивления и вторичного напряжения пропорциональны времени действия этого напряжения. Поэтому при крутом фронте за время, пока напряжение достигнет максимума, потери будут меньше, чем при пологом фронте. Этим и объясняется малая зависимость U2max в конденсаторной системе зажигания от сопротивления, шунтирующего вторичную цепь.
Схема с непрерывным накоплением энергии в конденсаторе отличается простотой, технологичностью и надежностью конструкции. Недостаток ее - зависимость энергии накопительного конденсатора от напряжения источника питания. Зимой, когда напряжение батареи при пуске снижается до 7 + 8 В, конденсатор заряжается до напряжения около 190 В, накопленная энергия в нем снижается в 4 раза, и пуск затрудняется.
Конденсаторные системы с импульсным накоплением энергии в емкости позволяют иметь хорошую искру при уменьшении напряжения в бортовой сети до 6,5 В. Но эти системы сравнительно сложнее и дороже. К полупроводниковым приборам, применяемым в них, повышены требования в отношении токов утечки, которые должны быть не более 0,1 мА.
Всистемах с импульсным накоплением энергии, накопительный конденсатор заряжается одним мощным импульсом сразу же после окончания искрового разряда в свече зажигания. На рис. 4 приведена принципиальная схема конденсаторной системы зажигания с импульсным
накоплением энергии, а на рис. 5 временные диаграммы ее работы.
Схема включает в себя транзистор VT1, который работает в ключевом режиме, повышающий трансформатор Т1, накопительный конденсатор С1, два диода VDi, VD2, тиристор VD3 и катушку зажигания (КЗ).
При замкнутом выключателе зажигания S и в момент размыкания контактов прерывателя (ti), транзистор VTI переходит в состояние насыщения. Ток управления течет от батареи через резисторы Яд, RI и R2, базу и эмиттер транзистора на корпус автомобиля и"-" батареи. Транзистор проводит линейно - нарастающий ток первичной обмотки трансформатора Т1. В магнитном поле Tf накапливается энергия. По мере увеличения тока 16 в обмотке (01 увеличивается падение напряжения на резисторе R3. Это напряжение поступает на вход схемы управления и, когда ток достигает заданного значения 1р, ключи VT1 и VD3 по сигналу err схемы управления закрываются. Ток в обмотке 0)1 прекращается (Ь, рис. 5). Энергия,накопленная в магнитном поле трансформатора Т1, равная L1 1 р/2, где L1 индуктивность обмотки (01 трансформагора Т1, создает в его обмотках импульсы напряжения. Положительный импутьс с конца обмотки (02 (начала обмоток на рис. 4. обозначены точками) проходит через диод VD1 и заряжает накопительный конденсатор С1 до высокого напряжения 350 В (ts рис. 5). Диод VD 1 предотвращает разряд конденсатора С1 через обмотку 0)2 после окончания действия импульса.
Таким образом, напряжение заряда накопительного конденсатора не зависит от напряжения питания, и при постоянных значениях т|, LI и CI определяется лишь током разрыва 1р.
Указанное свойство системы позволяет относительно простыми средствами получить стабилизированное вторичное напряжение. Для этого необходимо иметь схему управления со стабильным порогом срабатывания. Практическая реализация такой схемы не встречает затруднений.
В момент U контакты прерывателя замыкаются, что не оказывает влияния на работу системы.
В момент ts контакты прерывателя снова размыкаются, а ключи VT1 и VD3 открываются.
Ключ VT1 подключает обмотку С01 трансформатора Т1 к источнику питания и через нее снова начинает протекать линейно - нарастающий ток. Ключ S2.2 подключает заряженный до напряжения 350 В накопительный конденсатор к первичной обмотке WI катушки зажигания. Во
вторичной обмотке W2 катушки зажигания индуцируется высокое напряжение, которое через распределитель поступает к свечам зажигания. Затем описанные процессы повторяются. В момент t6 ток в обмотке (01 трансформатора достигает заданного значения 1р, в момент t7 накопительный конденсатор снова заряжается. В момент U контакты прерывателя размыкаются и в свече зажигания происходит искровой разряд.
Между моментами окончания заряда накопительного конденсатора (b, t?, рис. 5) и моментами, когда конденсатор подключается к катушке зажигания (t5, ts) проходит интервал времени XI В течение этого времени накопительный конденсатор разряжается через обратные сопротивления диода VD 1, тиристора и свое собственное сопротивление изоляции, и напряжение на нем к моменту искрообразования уменьшается на AU. На рис. 5 пунктирной линией показан идеальный случай, когда утечек нет.
Чем ниже частота искрообразования и, следовательно, больше период Ти интервал XI, тем больше разрядится накопительный конденсатор и тем ниже будет напряжение искрообразования. При значительном токе утечки может случиться, что вторичное напряжение при малых пусковых частотах вращения вала двигателя упадет настолько, что окажется недостаточным для пробоя искрового промежутка свечи зажигания.
Определим допустимый ток утечки во вторичной цепи системы с импульсным накоплением энергии, при котором система остается работоспособной при самых малых пусковых частотах вращения вала двигателя, для которых XI = Т.
Количество электричества, первоначально запасенное в накопительном конденсаторе С1, составляет: Ql-Cl-UI.
где С1- емкость накопительного конденсатора; U1 - первоначальное напряжение его заряда.
Суммарный ток утечки во вторичной цепи обозначим 1ут.
Тогда количество электричества, потерянное накопительным конденсатором за время XI * Т, будет равно: AQ - 1ут- T = I)nr/F, где F - частота искрообразования.
Количество электричества, оставшееся в накопительном конденсаторе к моменту искро-образования, определим выражением; Q2=Q1 -AQ=C1 - 111 -Iyr/F, а напряжение U1 на накопительном конденсаторе, соответствующее этому количеству электричества, определится как: U2=Q2/C1 = U1 -Iyr/(F C1), и, следовательно, уменьшение напряжения к моменту искрообразования будет равно: ди = 1ут/ (F С1).
Окончательное выражение для определения допустимого суммарного тока утечки 1ут, мА, для четырехтактного четырехцилиндрового двигателя будет иметь вид:
1ут5п-С1 -U1 -у/3, где п - частота вращения вала двигателя, об/мин; у = 100 AU/U1 - допустимое уменьшение напряжения искрообразования при частоте п, %; Ш - первоначальное напряжение заряда накопительного конденсатора, В; С1 - емкость накопительного конденсатора, мкФ.
Вкачестве примера, определим допустимое значение тока утечки для следующего практического случая, минимальная пусковая частота вращения вала двигателя п = 150 об/мин; емкость накопительного конденсатора CI = 1 мкФ; первоначальное напряжение на накопительном конденсаторе U1 = 350 В, а допустимое его уменьшение V = 15% (4U =52 В):
\ут£ 150 -10 350 - 1S/3 = 0,26мА.
Как было указано выше, ток утечки тиристора типа КУ202М (Н) согласно его техническим условиям может достигать 10 мА, и несмотря на это такой тиристор работоспособен в системе с непрерывным накоплением энергии. Для системы же с импульсным накоплением такой тиристор непригоден. Даже если ток утечки тиристора будет равен 1 мА, то напряжение искрообразования при пусковой частоте вращения вала двигателя п = 150 об/мин уменьшится на 57%, т. е. к первичной обмотке катушки зажигания будет подводиться не 350 В, а всего 150 В, и система будет неработоспособна.
В связи с этим тиристоры для систем с импульсным накоплением энергии необходимо специально отбирать по току утечки. На практике, правда, это не встречает затруднений, так как у подавляющего большинства тиристоров - ток утечки составляет 0,2 + 0,3 мА.
Как и в системе с непрерывным накоплением энергии, в данном случае необходимым условием нормальной работы системы является также полный заряд накопительного конденсатора к моменту новообразования при максимальной частоте вращения вала двигателя.
Из рис5 видно, что время заряда накопительного конденсатора складывается из двух фаз - времени Т2 нарастания тока в обмотке (01 трансформатора Т1 и времени Тз непосредственного заряда конденсатора после разрыва тока. Ввиду того, что нарастание тока в обмотке (01 начинается одновременно с размыканием контактов прерывателя, условие нормальной работы системы с импульсным накоплением для четырехтактного двигателя будет иметь вид: Т2 + ТЗ < 120/Z Птах, где г - число цилиндров; птах - максимальная частота вращения вала двигателя.
Сравнение этого условия с аналогичным для СЗ с непрерывным накоплением показывает, что оно менее жесткое, и на практике его выполнение не встречает затруднений.
Процессы, происходящие в момент размыкания контактов прерывателя и переключения ключа в положение 2, в системе с импульсным накоплением энергии не отличаются от аналогичных процессор в системе с непрерывным накоплением.
Системы с импульсным накоплением энергии имеют наибольшую скорость нарастания высокого напряжения. Но длительность индуктивной составляющей искрового разряда в свечах уменьшена от единиц миллисекунд (в системах с накоплением энергии в индуктивности) до десятков или сотен микросекунд. Это ухудшает воспламенение и сгорание рабочей смеси на средних нагрузках и, следовательно, приводит к повышению расхода топлива и токсичности отработавших газов. Для устранения указанных недостатков надо корректировать автоматы опережения зажигания и увеличивать зазор в свечах до 1,2 + 1,5 мм, что приводит к дальнейшему возрастанию вторичного напряжения и напряженной работе изолирующих частей высоковольтной системы.