ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

А. СИНЕЛЬНИКОВ, В. НЕМЦЕВ, Радио №6/1966, ст.58

В настоящее время на автомоби­лях применяется батарейная система зажигания, состоящая из катушки зажигания, прерывателя и конденсатора. Такая система при­меняется уже более 50 лет, хотя сов­ременные двигатели коренным обра­зом отличаются от двигателей, при­менявшихся в начале нашего века. Сейчас батарейная система зажига­ния является тормозом на пути даль­нейшего совершенствования двига­телей. Искра, вырабатываемая такой системой, недостаточно мощна и це­ликом зависит от состояния контак­тов прерывателя. Контакты же пре­рывателя сильно нагружены током катушки зажигания (примерно 4 а при индуктивной нагрузке), состоя­ние их быстро ухудшается, и они вы­ходят из строя. Кроме того, при боль­ших оборотах двигателя могут наб­людаться перерывы в искрообразо­вании, являющиеся результатом «дре­безга» контактов прерывателя.

Основные преимущества описыва­емой электронной системы зажигания перед обычной батарейной системой состоят в том, что она обеспечивает более мощную искру, контакты пре­рывателя нагружены током всего около 170 ма при чисто активной на­грузке и срок службы их определяет­ся лишь механическим износом. Со­стояние контактов и скорость их размыкания в данном случае суще­ственной роли не играют, так как время нарастания напряжения в ка­тушке зажигания определяется вре­менем переключения управляемых диодов. Мощность, потребляемая от аккумуляторной батареи, значитель­но меньше мощности, потребляемой обычной системой зажигания.

Описываемая электронная система зажигания может быть установлена на любом автомобиле без замены каких-либо деталей. Работа двигате­ля с электронной системой зажигания делается более равномерной, облег­чается запуск двигателя в холодное время года. В результате более пол­ного сгорания топлива несколько повышаются экономичность и мощ­ность двигателя.

В применяемой в настоящее время батарейной системе зажигания энер­гия, необходимая для искрообразо­вания, накапливается в магнитном поле катушки зажигания. Для полу­чения достаточной величины энергии нужно увеличивать ток через первич­ную обмотку катушки зажигания, то есть уменьшить ее активное со­противление. Это вызывает усилен­ный износ контактов прерывателя. Одновременно с увеличением тока через них, возрастает и индуктивная реакция нагрузки, так как постоян­ная времени пер­вичной обмотки катушки зажига­ния увеличивает­ся.

Принципиальная схема электронной системы зажига­ния изображена на рис. 1.

Энергия, необходимая для искрообразования, накапливается в сое­диненных параллельно конденсато­рах С₂ и С₃. Трансформатор Tp₁ транзисторы Т1 и Т₂, диоды Д₁— Д₅, конденсатор С1 и резисторы R1— R₄ образуют собранный по схеме с общим коллектором двухтактный пре­образователь постоянного напряже­ния в два самостоятельных напряже­ния: 400 в и 12 в.

Схема с общим коллектором выб­рана из чисто конструктивных сооб­ражений, так как в этом случае транзисторы Т₁ и Т₂ могут быть уста­новлены на один общий радиатор

Резисторы R1 и R₂ служат для подачи начального отрицательного смещения на базы транзисторов, необходимого для надежного запуска преобразователя. Резисторы R₃ и Т?₄ ограничивают ток базы транзисто­ров.

Высокое напряжение (400 в) за­ряжает накопительные конденсаторы С₂ и Сз, энергия которых использует­ся для искрообразования. Низкое напряжение (12 в) служит для созда­ния отрицательного смещения на управляющем электроде управляе­мого переключающего диода Д₇ с целью предотвращения переключе­ния диода случайными помехами.

Управляемые переключающие дио­ды Д₆ и Д₇ (в дальнейшем будут упоминаться в тексте сокращенно, как УПД) служат для бесконтакт­ного подключения накопительных конденсаторов С₂—С₃ к первичной обмотке катушки зажигания.

Необходимость последовательного включения двух УПД вызвана тем, что напряжение переключения одно­го УПД типа Д235Г значительно меньше рабочего напряжения, рав­ного 400 в. Резисторы R₅ и R₆ вырав­нивают напряжения на последова­тельно соединенных УПД. Резистор R₈ стабилизирует напряжение пере­ключения УПД Д₆.

Диод Д₁₁ и конденсатор С₅ обра­зуют фильтр низкой частоты, пре­пятствующий попаданию в систему пульсаций напряжения питания.

Диоды Д₈, Д9, Д₁₀, конденсатор С₄ и резисторы R9, R11, R₁₂ образуют устройство формирования управля­ющих импульсов, поступающих на управляющий электрод УПД Д₇ в момент размыкания контактов пре­рывателя.

Электронная система зажигания работает так: предположим, что в момент поворота ключа зажигания контакты прерывателя разомкнуты. При подаче напряжения питания пре­образователь запускается и на управ­ляющий электрод УПД Д₇ через резистор R₇ поступает отрицательное запирающее напряжение, величина которого ограничивается диодом Д₈ на уровне 0,6—0,7 в. Накопительные конденсаторы С₂—С₃, заряжаются до напряжения 400 в. Диоды Д₆ и Д₇ закрыты, так как их суммарное на­пряжение переключения больше 400 в.

При замыкании контактов преры­вателя конденсатор С4 заряжается через резистор R₉ и диоды Д₈ и Д₁₁ почти до полного напряжения акку­муляторной батареи. Резистор R₉ создает некоторую задержку заряда конденсатора С₄, что необходимо для устранения влияния «дребезга» контактов прерывателя в момент их замыкания. При размыкании контактов прерывателя конденсатор C₄ разряжа­ется через диод Д₉, резисторы R₁₁ и R₁₂ и управляющий электрод УПД Д₇, который, переключаясь, вызывает переключение УПД Д₆. Первичная обмотка катушки зажи­гания подключается к заряженным до напряжения 400 в накопительным конденсаторам С₂ и С₃ и напряжение на ней в течение 1 — 2 мксек возра­стает от 0 до 400 в (момент t₁, рис. 2). Низкое сопротивление переключив­шихся УПД шунтирует преобразо­ватель напряжения и его генерация срывается.

Резистор R₁₀ и диод Д₁₀ пропу­скают отрицательный импульс тока от катушки зажигания, который перезаряжает конденсатор С₄, как только УПД переключатся. Тем са­мым снимается положительное сме­щение с управляющего электрода УПД Д₇ и исключается возможность многократного переключения УПД после размыкания контактов пре­рывателя. Благодаря обратной свя­зи, осуществляемой через цепочку R₁₀—Д₁₀, отпирающее напряжение на управляющий электрод УПД Д₇ подается в виде короткого запускаю­щего импульса длительностью около 100 мксек (рис. 2). Это обеспечивает образование лишь одной искры после размыкания контактов прерывателя. Нарастание напряжения на вторич­ной обмотке катушки зажигания не­сколько запаздывает, то есть посто­янная времени ее обычно больше постоянной времени первичной об­мотки. Искра возникает через 10— 15 мксек после размыкания контактов прерывателя (момент t₂ на рис. 2).

Индуктивность первичной обмотки катушки, накопительные конден­саторы С₂—С₃ и открытые УПД Д₆ и Д₇ образуют колебательный кон­тур, в котором возникают затухаю­щие колебания. Ток в колебательном контуре, как показано на рис. 2, отстает от напряжения на первич­ной обмотке катушки зажигания на 90°. В момент времени t₃, когда ток в контуре равен нулю, УПД выклю­чаются, но преобразователь напря­жения все еще запуститься не мо­жет, так как напряжение на нако­пительных конденсаторах С₂— С₃ к этому моменту меняет свой знак и достигает максимального отрица­тельного значения; ток контура про­текает через диоды Д₁,- Д4 в прямом направлении, открытые диоды шунтируют трансформатор преобразователя, что не дает возмож­ности ему запуститься.

В момент времени t₄ ток в контуре спадает до нуля, и преобразователь запускается. Начинается заряд на­копительных конденсаторов С₂— С₃. В катушке зажигания затухают соб­ственные колебания.

За время между двумя искрами при максимальных оборотах дви­гателя преобразователь должен ус­петь запуститься и зарядить нако­пительные конденсаторы С₂— С₃ до напряжения 400 в.

Конструкция блока электронного зажигания может быть самой различ­ной. Необходимо лишь, чтобы тран­зисторы T1 и T₂ имели радиатор площадью не менее 100 см². Кроме того, желательно, чтобы эти тран­зисторы имели по возможности оди­наковую крутизну переходных ха­рактеристик Sa/b

Управляемые переключающие дио­ды Д₆ и Д₇ и диод Д₁₁ должны быть изолированы от корпуса с помощью слюдяных прокладок толщиной 0,054-0,1 мм. Управляемые пере­ключающие диоды (УПД) могут быть различного типа. Необходимо лишь, чтобы напряжение переключения каждого диода находилось в пределах от 200 до 300 в или было больше 400 в. В последнем случае устанавливается только один УПД на место Д7. Его анод соединяется непосредственно с накопительными конденсаторами. Ре­зисторы R₅ и R₈ в этом случае не ставятся, а R₆ должен иметь сопро­тивление 200 ком. Хорошие резуль­таты дает применение кремниевого управляемого вентиля ВКУ-10 с напряжением переключения больше 400 в (см. «Радио», № 1, 1965 г). Управляемые переключающие ди­оды Д235Г по техническим условиям имеют напряжение переключения «не менее 80 в». Практически же напря­жение переключения у большинства диодов типа Д235 лежит в пределах от 200 до 300 в п они хорошо работают при последовательном соединении в описываемой схеме.

Трансформатор Тр₁ намотан на стандартном ленточном тороидальном сердечнике ОЛ 25/40—12,5 из стали ХВП, толщина ленты 0,08 мм. Может быть применен и другой сердечник, имеющий такое же сечение и прибли­зительно ту же среднюю длину маг­нитной силовой линии. Намоточные данные трансформатора приведены в таблице:

Резисторы  R1, R2, R5, R6, R7,R8, R9, R10 применены типа МЛТ, R₃, R₄, R₁₁ и R₁₂ типа ВС. Конденса­торы С₁ и С₅ электролитические типа ЭТО-1 ; С₂, Сз и C₄ типа МБМ. Общий вид устройства показан па рис. 3 и 4. Основные детали раз­мещены на печатной плате. Правиль­но собранная система электронного зажигания работает сразу и налажи­вания не требует. При монтаже сле­дует обратить внимание на соедине­ние обмоток трансформатора Тр₁.

Ток, потребляемый описываемой электронной системой зажигания от аккумуляторной батареи, зависит от числа оборотов и количества цилин­дров двигателя. Для четырехцилиндрового двигателя этот ток ме­няется от 0,5 а при остановленном двигателе при замкнутых контактах прерывателя до 1,5 а при 6000 об/мин.

Данная электронная система за­жигания (рис. 1) пригодна для автомобилей, у которых положительный полюс аккумуляторной батареи сое­динен с массой. Схема электронного зажигания для автомобиля, где с массой соединен отрицательный по­люс аккумуляторной батареи, изоб­ражена на рис. 5. Работает эта систе­ма аналогично вышеописанной, с той лишь разницей, что постоянное от­рицательное сме­щение на управ­ляющий электрод УПД Д₇ стало воз­можным подавать непосредственно от аккумулятора, в результате чего об­мотка V транс­форматора Тр₁ диод Д₅ и конден­сатор С1 не нужны. Остальные элемен­ты схемы остаются без изменения.