БЛОК ЭЛЕКТРОННОГО ЗАЖИГАНИЯ
В. БЕСПАЛОВ г. Кемерово
Для экономии бензина и уменьшения вредных продуктов сгорания в последнее время наметилась тенденция обеднять горючую смесь в двигателях автомобилей. Для надежного воспламенения обедненной смеси требуется мощный и длительный искровой разряд. Установлено, что такой разряд, кроме этого, допускает больший разброс угла опережения зажигания, уменьшает детонацию, улучшает пуск и повышает устойчивость работы двигателя на любых режимах. Формирование запальных искровых разрядов в последние годы все чаще доверяют электронным системам зажигания, преимущества которых широко известны.
Описываемый ниже блок объединяет в себе свойства транзисторной и тринисторной систем зажигания. От первой он отличается тем, что в нем использован закрытый (при замкнутых контактах прерывателя) транзисторный ключ, коммутирующий цепь первичной обмотки катушки зажигания, а от второй — тем, что накопительный конденсатор заряжается от ЭДС самоиндукции этой же обмотки, когда транзисторный ключ прерывает ток через нее [I].
От известных систем зажигания с импульсным накоплением энергии на конденсаторе [2] и от комбинированных систем [3, 4] она отличается отсутствием специального многообмоточного накопительного трансформатора. Система обеспечивает искровой разряд более высокой длительности и энергии. По этим параметрам она превосходит известные системы зажигания. Так, по длительности разряда устройство в 8...10 раз превосходит тринисторно-конденсаторные системы с непрерывным и импульсным накоплением энергии. При неработающем двигателе она потребляет незначительный ток, имеет высокую скорость нарастания высоковольтного импульса и при всех значениях частоты вращения коленчатого вала двигателя формирует на один запускающий импульс мощный двойной искровой разряд. Система защищена от дребезга контактов прерывателя и от помех бортовой сети автомобиля.
Недостатком системы зажигания является обязательность использования в ней катушки зажигания с малой индуктивностью первичной обмотки и высоким коэффициентом трансформации (около 300). Удовлетворительно работает система с катушкой Б114 (коэффициент трансформации 227). Но для полной реализации возможностей системы катушку надо несколько переделать, чтобы довести коэффициент трансформации до 280. После переделки можно использовать и широко распространенные катушки Б115, Б117. О самой переделке рассказано в конце статьи.
Основные технические характеристики
Напряжение питания, В ................................... 6...17
Потребляемый ток. А,
при неработающем двигателе и
замкнутых контактах прерывателя ................ 0,15
разомкнутых кот актах прерывателя ............ 0.015
частоте искрообразования 100Гц 3,3
максимальной частоте
искрообразования (200 Гц) .................................. 4,5
Энергия искры, мД/к, при напряжении
питания 14 В, частоте искрообразования
100 Гц и длине искрового промежутка 7 мм ....170
Длительность искрового разряда
при тех же условиях, мс . ..................................... . 4,8
Скорость нарастания высоковольтного
импульса, В/мкс, при длине искрового промежутка
7 мм .......... 350
15 мм ......... 500
Принципиальная схема блока зажигания показана в тексте. Устройство состоит из узла запуска, собранного на транзисторе VTI, формирователя запускающих импульсов на транзисторах VT2 и VT3, усилителя тока на транзисторе VT4, транзисторного ключа VT5, тринисторного ключа VS1 и накопительного конденсатора С5.
Временные диаграммы (мгновенное значение)
поясняют работу системы зажигания при частоте искрообразования 50 Гц, угле замкнутого состояния контактов прерывателя 55°, напряжении питания 14 В и длине искрового промежутка 7 мм. Диаграммы А, Б, В, Е, И сняты относительно общего провода, Г (показана в увеличенном масштабе времени) и Ж — относительно катода тринистора VS1; Д снята в разрыве цепи эмиттера транзистора VT5; И — диаграмма напряжения на вторичной обмотке, снята с делителя напряжения, составленного из резисторов 10 МОм и 1к0м; для снятия диаграммы К — тока вторичной обмотки катушки зажигания — последовательно с искровым промежутком, со стороны общего провода, включали резистор сопротивлением 10 Ом, с которого сигнал подавали на осциллограф.
Предположим, что в исходном состоянии контакты прерывателя замкнуты, тогда конденсатор С1 узла запуска разряжен и транзистор VT1 закрыт. Транзистор VT2 открывается током, протекающим через резисторы R5—R7, a VT3 будет закрыт, так как напряжение на его базе будет близко к нулю. Формирующий конденсатор С2 через резисторы R1O, R9, R7 и эмиттерный переход транзистора VT2 заряжен до напряжения около 5,3 В. Так как транзистор VT3 закрыт, то транзисторы VT4, VT5 будут также закрыты. Ток через первичную обмотку катушки зажигания Т2 от бортовой сети автомобиля не протекает и накопительный конденсатор С5 разряжен.
При первом размыкании контактов прерывателя через цепь R1VD1 заряжается конденсатор С1 и открывается транзистор VT1. Напряжение конденсатора С2 оказывается приложенным через открытый транзистор VT1 в закрывающей полярности к эмиттерному переходу транзистора VT2 и поэтому он закрывается, а сам конденсатор начинает перезаряжаться от источника питания через резисторы R5 и R6. Пока разряжается конденсатор С2, транзисторы VT3—VT5 открыты. Время разрядки конденсатора С2 можно регулировать резистором R5. Через первичную обмотку катушки зажигания начинает протекать ток, и в ней накапливается электромагнитная энергия. Параметры этой обмотки должны быть такими, чтобы процесс накопления энергии закончился через 2...2,5 мс. Примерно такое же время необходимо, чтобы напряжение на конденсаторе С2 успело уменьшиться до напряжения, при котором открывается транзистор VT2. Из-за большого статического коэффициента передачи тока транзисторов VT2—VT4 транзисторный ключ VT5 в момент открывания транзистора VT2 резко закрывается, что приводит к прерыванию тока в первичной обмотке катушки зажигания. Во вторичной обмотке катушки зажигания через 2...2,5 мс возникает высоковольтный импульс, вызывающий искру в запальной свече. После уменьшения его напряжения до 1,2 кВ искровой разряд поддерживается некоторое время, которое зависит от параметров катушки зажигания и искрового промежутка.
В момент закрывания ключа VT5 возникает большая ЭДС самоиндукции в первичной обмотке. Импульсом этой ЭДС через диоды VD6 и VD4 накопительный конденсатор С5 заряжается до напряжения примерно 105 В даже при замкнутой вторичной обмотке катушки зажигания.
После замыкания контактов прерывателя из-за разрядки конденсатора С1 через базовую цепь транзистора VT1 обеспечивается временная задержка (около 0,5 мс) закрывания этого транзистора, что защищает систему от дребезга контактов прерывателя. Как только транзистор VT1 закроется, вновь заряжается формирующий конденсатор С2.
При втором и последующих размыкания контактов прерывателя снова открываются транзисторы VT1, VT3 — VT5. Перепад напряжения, который формируют транзисторы VT2, VT3, открывает транзистор VT4. Во вторичной обмотке трансформатора Т1 возникает импульс, который открывает тринистор VS1. Ранее заряженный накопительный конденсатор Со разряжается через транзистор VT5, источник питания, первичную обмотку катушки зажигания и тринистор VS1. Во время разрядки накопительного конденсатора диод VD6 закрывается. Пропускание разрядного тока конденсатора по первичной обмотке катушки зажигания вызывает пробой искрового промежутка в свече зажигания, но теперь уже в момент размыкания контактов прерывателя.
После того, как разрядный ток накопительного конденсатора значительно уменьшится, тринистор VS1 закроется, через первичную обмотку катушки зажигания, открывшийся диод VD6, транзисторы VT4 и VT5 от бортовой сети потечет ток. Этот ток некоторое время поддерживает возникший искровой разряд. Одновременно с ним происходит накопление энергии в первичной обмотке катушки зажигания.
Когда через 2...2,5 мс будет прерван ток в первичной обмотке катушки зажигания, накопленная в ней энергия преобразуется в положительный импульс для повторного пробоя искрового промежутка и разряд поддерживается еще некоторое время. Одновременно после закрывания транзисторного ключа вновь заряжается накопительный конденсатор. Таким образом, длительность всего искрового разряда достигает 4,8 мс.
С повышением частоты искрообразования из-за уменьшения времени, отводимого на зарядку формирующего конденсатора С2, время, в течение которого открыт транзисторный ключ VT5, уменьшается (при частоте более 120 Гц — до 1,7...2 мс), что приводит к уменьшению длительности и энергии искрового разряда.
Защиту блока зажигания от помех со стороны бортовой сети автомобиля обеспечивают цепи VD7C6, СЗС4 и резистор R7. Кроме этого, во время формирования запускающих импульсов цепь обратной связи через резистор R4 удерживает транзистор VT1 открытым, что увеличивает помехозащищенность и четкость работы системы в момент размыкания контактов прерывателя.
Чертеж печатной платы, которая изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм, показан на вкладке. Диод VD6 для улучшения его охлаждения установлен на дюралюминиевом уголке и изолирован слюдяной прокладкой. Соединительные проводники между эмиттером транзистора VT5, диодом VD6 и зажимом 2 блока должны иметь минимальную длину и сечение не менее 0,75 мм2.
Разделительный трансформатор Т1 наматывают на кольцевом магнитопроводе типоразмера К12Х6Х4 из феррита с магнитной проницаемостью 1000...2000. Можно применить магнитопровод другого типоразмера, например, К12Х5Х5.5 или из двух колец К10Х Х6Х4,5. Обмотки содержат по 70 витков провода ПЭЛШО 0,15. Наматывают их одновременно двумя проводами.
Конденсаторы С1, СЗ, С4 — К10-7В или КЛС; С2 — К73П-3; С5 — МБГО; С6 — К50-3, его можно заменить малогабаритным К52-2 емкостью 15 мкф на номинальное напряжение 70 В. Диод КД202Р можно заменить на КД202М, КД202К; Д245А — на Д231А, Д232, Д246А; тринистор КУ202Н — на КУ202Л, КУ202И; стабилитрон КС168А — на КС168В, КС162А, КС156А; КС630А — на 2С930А. Транзисторы КТ315И можно заменить на КТ315В, КТ315Г, КТ503 с любым буквенным индексом; КТ608Б — на КТ608А, КТ815Б — КТ815Г; КТ805АМ — на КТ805БМ; 1Т813В — на 1Т813Б, 1Т806В, ГТ806В.
Общий вид блока (со снятой крышкой) и размещение деталей в нем .
Для переделки катушки зажигания Б114 ее разбирают. Перед разборкой, чтобы было легче развальцевать металлический стакан, снимают напильником фаску по его краю. После этого, осторожно, чтобы не повредить пластмассовую крышку, развальцовывают край металлического стакана, вынимают катушку и резиновое уплотнительное кольцо. С первичной обмотки, расположенной поверх вторичной, сматывают верхний слой (35 витков). Оставшиеся витки необходимо надежно укрепить петлей из тесьмы. Поверх обмотки следует уложить 2—3 слоя бумаги и обмотать сверху нитками.
Для обеспечения оптимальной индуктивности рассеяния сечение стержневого магнитопровода катушки зажигания надо уменьшить в 2,5 раза (оставить 10 пластин). Эти пластины обертывают несколькими слоями бумаги и плотно вставляют в катушку.
Затем катушку зажигания собирают, при необходимости в стакан добавляют трансформаторного масла и снова завальцовывают. Перед завальцовкой крышку катушки следует прижать, например, струбциной.
У катушек зажигания Б117, Б115 надо также оставить 10 пластин, а первичную обмотку следует удалить и намотать другую проводом ПЭВ-2 диаметром 1,2 мм. Число витков — 100; их укладывают в три слоя. Обмотку следует надежно закрепить; расстояние по поверхности изоляции между ее крайними витками и магнитопроводом не должно быть менее 15 мм.
Перед налаживанием блока особое внимание следует уделить проверке цепи управления тринистором и подключению источника питания. Полярность подключения первичной обмотки катушки зажигания Б114 особой роли не играет. Однако, если катушку зажимом «К» подключить к плюсовому выводу источника питания, то запас по пробивному напряжению будет выше на 10...15 % и произойдет изменение полярности высоковольтных импульсов. У катушек Б117, Б115 общую точку соединения обмоток рекомендуется подключать к плюсовому проводу питания. С такими катушками общая длительность искрового разряда уменьшается до 3,4...3,7 мс, а скорость нарастания высоковольтного импульса увеличивается до 600 В/мкс.
Для налаживания блока зажигания требуется регулируемый источник питания с напряжением до 15 В на ток нагрузки не менее 2 А. Выходные зажимы источника питания следует зашунтировать батареей конденсаторов с общей емкостью не менее 15000 мкф. Налаживают устройство при напряжении питания 14 В. Испытательный искровой промежуток в цепи вторичной обмотки катушки зажигания должен быть равен 7...8 мм. Вместо прерывателя подключают микропереключатель. Параллельно накопительному конденсатору С5 включают вольтметр постоянного тока на напряжение не мене 120 Вис током полного отклонения стрелки не более 100 мкА.
После включения питания микропереключателем подают одиночные запускающие импульсы. В искровом промежутке должна проскакивать мощная искра. При этом напряжение на накопительном конденсаторе С5 должно быть в пределах 100...105 В, его устанавливают подстроечным резистором R5. Если напряжение превышает 110 В и его не удается уменьшить, то следует проверить подключение обмоток трансформатора Т1. По окончании налаживания печатную плату и внутреннюю поверхность корпуса блока рекомендуется покрыть лаком.
Блок зажигания устанавливают на автомобиле в двигательном отсеке. Конденсатор, установленный на корпусе прерывателя, следует отключить. Проводники, соединяющие блок с бортовой сетью автомобиля, должны иметь сечение не менее 1,5 мм2 и минимальную длину.
Для более полной передачи энергии на свечи зажигания при большой частоте вращения коленчатого вала двигателя (свыше 3000 мин-1) рекомендуется доработать пластину ротора (бегунка) распределителя зажигания [5].
ЛИТЕРАТУРА
1. Беспалов В. Е. Авторское свидетельство СССР № 977846. Бюллетень «Открытия, изобретения...», 1982, № 44, с. 155.
2. Синельников А. X. Электронные приборы для автомобилей.— М.: Энергоиздат, 1981; с. 16—34, 41—46.
3. Everdinq H. Elektronisches Zundsystem reduziert schadliche Abgase.— Elektronik, 1976, № 1, s. 61—64.
4. Штырлов А., Вавинов В. Комбинированная электронная система зажигания.— Радио, 1983, № 7, с. 30—32.
5. Синельников А. X. Электроника в автомобиле.— М.: Радио и связь, 1985; с. 32.
РАДИО № 1, 1987 г.
