Тиристорные системы зажигания. Конденсаторная (тиристорная) система зажигания Тиристор зажигание

Смирнов Владимир Фёдорович

Россия, Тверская обл., г. Кимры

E-mail: [email protected]

При пуске холодного двигателя перед искрообразованием свечи успевают покрыться слоем жидкого диэлектрика - маслянно-бензиновой плёнкой, загрязнённой водой, сажей, молекулами остаточных и атмосферных газов. Чем ниже температура двигателя и выше степень сжатия топливной смеси - толще плёнка. Выступы электродов свечи, имеющие малые радиусы кривизны, под слоем жидкого диэлектрика перестают влиять на снижение пробивного напряжения. Когда свечи «залило», пробоя не происходит вовсе. Это указывает на превалирующее влияние жидкого диэлектрика.

В момент искрообразования в искровом зазоре свечи катушкой зажигания (КЗ), возбуждается электрическое поле, которое неоднородно. Если его напряжённость вблизи выступов электродов с малым радиусом кривизны превышает пороговый уровень, то с этих выступов возникает самостоятельный электрический разряд, начинающийся тёмным разрядом, переходящим в коронный, ток которого должен сначала пробить плёнку жидкого диэлектрика. Немалую роль при этом играют токопроводящие загрязнения в жидком диэлектрике, создающие повышенные значения токов проводимости. В большинстве теорий : «...пробой жидких диэлектриков рассматривается как тепловой процесс, в результате которого в слое жидкого диэлектрика образуются газовые или паровые каналы... При критических значениях напряжённости электрического поля в газовых и паровых каналах начинает развиваться процесс ударной ионизации газа, завершающийся пробоем.». После этого между электродами свечи возникает искровой, затем тлеющий, а если тока достаточно, то и дуговой разряд.

На графике представлена зависимость времени пробоя жидкого диэлектрика от высокого напряжения. Как видим, при времени воздействия электрического поля более 1 мс напряжение пробоя резко уменьшается. Данное явление, обусловленное ростом числа ионных лавин, послужило стимулом к созданию систем конденсаторного многоискрового AEM зажигания.

По мере прогрева двигателя плёнка из жидкого диэлектрика начинает истончаться и деградировать до полного исчезновения - стандартная модель становится неприменимой . Двигатель переходит в нормальный рабочий режим, при этом : « Мощный тепловой толчок, вызывающий ускорение процессов, приводящих к образованию очага сгорания, можно осуществить электрическим разрядом между электродами свечи зажигания при напряжении 8–15 к В. При высоких температурах в канале или шнуре разряда (Т ≥ 10000 ) образуется очаг небольшого объёма. Это означает, что в данном объёме процессы прогрева, распада, ионизации молекул топлива и кислорода и воспламенения происходят столь быстро (через состояное плазмы), что укладываются в период разряда, длительность которого не превышает 10–20 мк с.». Таким образом, в нормальном рабочем режиме достаточна длительность разряда всего 10...20 микросекунд. Очевидно, что энергия разряда должна быть достаточной для создания первоначального очага сгорания, интенсивно инициирующего последующую цепную реакцию процесса воспламенения во всём объёме сжатой топливной смеси.

Схожие данные приводят А. Курченко и А. Синельников : « Сравнительно малая длительность искрового разряда не является недостатком описываемой системы. Как показали исследования, в исправном и правильно рассчитанном двигателе после достижения нормального теплового режима воспламенение рабочей смеси происходит в течение 10...15 мкс, и искровой разряд длительностью свыше 1 мс, имеющий место в батарейной или транзисторной системах зажигания, бесполезен и вызывает лишь эрозию электродов свечей, сокращая их срок службы. Искра длительностью 1,0 мс и более может оказаться полезной лишь при пуске двигателя на переобогащённой смеси, как горячего, так и холодного.».

Альтернативный путь. В стандартной модели на участке от 1 мс до10 мкс сокращение времени пробоя жидкого диэлектрика можно объяснить тем, что мощность коронного разряда находится в квадратичной зависимости от приложенного напряжения. К началу 90-х у меня возникла новая концепция (от лат. conceptio - понимание, система) конденсаторно-тиристорного зажигания, основанная на следующих постулатах:

Длительный искровой разряд в 1...5 мс полезен только при пуске холодного двигателя, когда на электродах свечей образуется плёнка жидкого диэлектрика. После прогрева двигателя и исчезновения плёнки для воспламенения достаточно первых 10...20 мкс, а оставшийся излишек разряда будет безрезультатно пытаться поджечь уже сгоревшую смесь, да совершать вредоносное действие - разогревать электроды свечей, что на высоких оборотах при высокой мощности разряда может стать причиной калильного зажигания - ограничения числа оборотов.

При 6000 об/мин = 100 об/сек двухтактного двигателя один оборот происходит за 10 мс. Легко посчитать, что искровой разряд в 1 мс будет происходить на протяжении 36°. Это превосходит угол опережения зажигания, например в 29°, занимая ещё 7° фазы быстрого сгорания. Воспламеняющая способность столь длительного искрового разряда оказывается низкой - его энергия распределена во времени, момент воспламенения точно не определён. Зажигание получается вероятностным. Исключить вероятностный фактор можно единственным способом - сконцентрировав энергию искры в разряде длительностью 10... 20 мкс.

В конденсаторно-тиристорном электронном зажигании искрообразование происходит только в первом периоде косинусоиды затухающих колебаний ударного LC-контура (КЗ + разрядный конденсатор) - искровой разряд получается коротким, и конденсатор не успевает полностью разрядиться - возникает недобор мощности от преобразователя напряжения. Данный недостаток легко обратить в преимущество, увеличив напряжение заряда конденсатора. При этом мощность разряда возрастёт в квадратичной зависимости от напряжения, при прежней длительности.

Ёмкость конденсатора следует увеличить, тогда частота затухающих колебаний LC-контура понизится, а длительность разряда - увеличится.

При одинаковой потребляемой мощности альтернативная система зажигания с конденсатором повышенной ёмкости, заряженным до более высокого напряжения и с малой длительностью разряда за счёт использования низкоомной КЗ, а так же и в силу того, что искрообразование происходит лишь в течение первого периода затухающих колебаний, будет способна сконцентрировать искровой разряд.

Неотъемлемой частью новой системы зажигания должно стать устройство зимнего пуска двигателя - когда масло загустело, и стартёр может вызвать проседание напряжения до 6 В.

Основное достоинство конденсаторно-тиристорного CDI зажигания определяется первым законом коммутации, утверждающим, что напряжение на конденсаторе не может измениться скачком. Теоретически конденсатор является источником ЭДС, имеющим нулевое внутреннее сопротивление, и способен создать в момент коммутации ток вплоть до бесконечности при нулевом сопротивлении нагрузки.

Пиковая мощность - наибольшее мгновенное значение мощности разряда. В конденсаторно-тиристорном зажигании наибольшее значение пиковой мощности приходится на самые важные - первые 10...20 мкс начала искрообразования, причём данное достоинство естественным образом следует из его принципа действия. По мере разряда конденсатора мгновенная мощность уменьшается. Пиковая мощность разряда - наиважнейшая для высокооборотных и обычных двигателей характеристика зажигания в нормальном рабочем режиме.

Импульсная мощность (мощность в импульсе) - среднее значение мощности за время длительности импульса. Данная характеристика важна в режиме запуска холодного двигателя для пробоя жидкого диэлектрика.

В момент искрообразования открывается тиристор VS и закорачивает выход преобразователя, останавливая его работу. Заряженный конденсатор С5 подключается к первичной обмотке КЗ, образуя с её индуктивностью LC-контур ударного возбуждения, в котором на частоте резонанса зарядом конденсатора С5 возбуждаются затухающие косинусоидальные колебания. В повышающей обмотке КЗ эти колебания, частотой 2...10 кГц (зависит от КЗ), трансформируются в 100...400 раз большее напряжение, и трамблёром направляются свече того цилиндра, где должно произойти воспламенение сжатой топливно-воздушной смеси.

В свече возникает искровой разряд. Энергия электрического поля конденсатора С5 тратится на воспламенение топливной смеси и преобразуется в энергию магнитного поля КЗ. В момент, когда конденсатор C5 полностью разрядится и напряжение на нём уменьшится до нуля ток в цепи достигнет наибольшего значения. Ввиду полного разряда конденсатора ток в цепи начинает уменьшаться, но не прекращается, так как согласно второму закону коммутации, ЭДС самоиндукции КЗ меняет знак и поддерживает прежнее значение тока. Источником энергии становится энергия магнитного поля КЗ, а конденсатор становится нагрузкой.

Ток, проходя через разряженный конденсатор, начинает его заряжать. Поскольку направление тока осталось прежним, тиристор остаётся открытым, но полярность напряжения на конденсаторе меняется. По мере заряда конденсатора напряжение на нём возрастает, а ток в цепи убывает. Энергия магнитного поля КЗ уменьшается - она расходуется на поддержание искрового разряда и на заряд конденсатора.

Когда ток в цепи станет меньше тока удержания, тиристор выключится. К этому моменту почти вся энергия магнитного поля, за минусом израсходованной на поддержание искрового разряда, запасается в электрическом поле конденсатора, напряжение на нём достигает максимума, но в противоположной полярности.

Снова начинается разряд конденсатора, но направление разрядного тока меняется на противоположное. Теперь цепь LC-контура замыкает динамическое сопротивление открытых диодов VD4...VD7 моста - преобразователь всё ещё не работает. Когда конденсатор разрядится, динамическое сопротивление диодов моста увеличится, цепь LC-контура окончательно разорвётся - искрообразование закончится. Преобразователь запустится на рабочей частоте (18...32 кГц) и полностью зарядит ёмкость С5, после чего потребление тока уменьшится - преобразователь перейдёт в режим холостого хода до следующего искрообразования.

Таким образом, в настоящем зажигании искрообразование происходит на протяжении первого периода колебаний LC-контура, а тиристор открыт только в первую 1/2 данного периода.

Устройство зимнего пуска двигателя - диод VD1 и конденсатор С1. При пуске холодного двигателя зимой стартёр может вызвать проседание напряжения аккумулятора до 6 В, напряжение на ёмкости С1 становится выше входного, диод VD1 закрывается, и начинается автономное питание устройства зарядом ёмкости С1. Величина ёмкости С1 должна быть десятки тысяч микрофарад, однако практика показала, что вполне достаточно 4700 мкФ.

Транзисторный преобразователь напряжения - модернизированная схема Ройера работает на частоте около 32 кГц и гарантированно успевает зарядить при 6000 об/мин конденсатор C5 ёмкостью 2 мкФ до напряжения около 600 В, потребляя при этом ток не более 2,5 А. На низких оборотах напряжение ещё выше, а ток потребления около 0,7 А. Транзисторам необходимы радиаторы - алюминиевые пластины 80х80х3 мм, которые склеены торцами через изолятор цианоакриловым клеем и размещены в корпусе с отверстиями так, что для охлаждения воздухом открыты все поверхности. Схемотехника преобразователя с одной базовой обмоткой , коммутируемой диодами, выгодно отличается тем, что открытый коммутирующий диод работает как стабистор, предотвращая зенеровский пробой обратносмещённого перехода база-эмиттер закрытого транзистора, что повышает КПД. В схеме реализован нелинейный базовый резистор на лампе накаливания EL. В холодном состоянии сопротивление её нити до десяти раз меньше, чем в горячем. При начальном пуске величина базового тока выше, чем в рабочем режиме, и запуск характеризуется быстрым нарастанием неустойчивости, заканчивающейся автогенерацией прямоугольных колебаний. Лампа накаливания светится в 1/2 накала и является индикатором: работает преобразователь или нет. Зажигание устойчиво работает и на более 7000 об/мин, однако напряжение на конденсаторе начинает cнижаться.

Повышенное напряжение обусловило выбор тиристора классом не менее 9 (900 В). Запуск тиристора осуществляется разрядом ёмкости С2 через негатрон - фототранзистор оптрона U1, работающий в лавинном режиме . Параметры зарядной цепи R4, VD8 выбраны так, чтобы ограничение заряда ёмкости С2 наступало выше 8000 об/мин. VD8 - стабилизатор напряжения 51 В, а R4 - источник тока. Данная схемотехника позволяет импульсно запускать любые тиристоры, обладает исключительно малой задержкой запуска, хорошей температурной стабильностью, высокой чувствительностью к запуску, оптическим разделением цепей входа и выхода, причём - сверхэкономно.

Универсальность настоящего конденсаторно-тиристорного CDI электронного зажигания - возможность работы как от прерывателя, так и от автомобильного датчика Холла. При размыкании контактов прерывателя времязадающая цепь R3, С4, R6 формирует токовый импульс для светодиода оптрона U1, заряжающий ёмкость С4. При замыкании контактов ёмкость С4 разряжается через сопротивление резистора R6 - формируется защитный временной интервал от «дребезга». У автомобильного датчика Холла токовый импульс имеет отрицательную полярность, поэтому цепь: диод VD9 + светодиод необходимо подключить так, как изображено на схеме перемычками зелёного цвета.

Необязательное тестирование осциллографом. Необходимо изготовить делитель напряжения 1/100 из 2 Вт резистора - 1 МОм и резистора 0,25 Вт - 10 кОм. Вход делителя подключают параллельно тиристору VS, а выход - к открытому входу осциллографа в режиме непрерывной развёртки. Вместо прерывателя подключают простейший самодельный тест-генератор прямоугольных импульсов с регулируемой частотой от единиц до 250-300 Гц, имитирующий прерыватель с помощью транзисторного ключа. Тест-генератору необходим металлический корпус-экран без щелей и короткий экранированный провод - выход. Внутри корпуса - должен быть RC-фильтр питания.

К зажиганию подключить КЗ и свечу. Включаем осциллограф. При выключенном тест-генераторе подаём питание 13, 8 В на зажигание. Смотрим на нить лампы EL, если светится - преобразователь работает. Осциллограф должен показывать напряжение более 600 В. Теперь включаем тест-генератор. В свече должны появиться искровые разряды. Вращая ручку регулятора частоты тест-генератора надо убедиться, что до частоты 200 Гц напряжение на тиристоре (конденсаторе С5) перед искрообразованием имеет вершину на уровне более 600 В. При дальнейшем увеличении частоты длительность вершины будет уменьшаться, затем импульсы станут напоминать пилу - напряжение на ёмкости С5 станет уменьшаться.

Теперь вместо свечи надо создать воздушный разрядный промежуток миллиметров в 10 и проверить на пробой во всём диапазоне частот. Постепенно зазор надо увеличивать до тех пор, пока не прекратится пробой. Так можно узнать длину искрового разряда на воздухе. Хорошую КЗ во время таких испытаний не пробъёт, а плохой - туда и дорога. Запомните производителя и в дальнейшем игнорируйте его КЗ. Длина искрового разряда на воздухе раз в 11 превышает его длину в сжатой топливной смеси, причём чем выше степень сжатия - тем в большее. Таким образом можно оценить максимум зазора в свече, который можно установить.

Ток через тиристор во время искрообразования. Осциллографом измеряем период Т колебаний LC-контура ударного возбуждения. Характеристическое сопротивление LC-контура определяется выражением: ρ = Т/2πС. Величину тока находим с помощью закона Ома: I = U/ρ = U2πC/T, где U = 600 В, С - ёмкость конденсатора С5 = 2мкФ, а 2π = 6,28.

При Т = 100 мкс - ток около 75 А. На частоте искрообразования 200 Гц время открытого состояния тиристора как минимум в 25 раз меньше закрытого, что даёт средний ток всего 3 А. Тиристор Т132-50-9-4 имеет допустимый средний ток в открытом состоянии 50 А, что обеспечивает многократную параметрическую избыточность и надёжность.

Настоящее конденсаторно-тиристорное CDI зажигания - разработка 90-х. Неоднократно оно демонстрировало чудеса - после установки на дымящий автомобиль, не только исчезал дым, но и показатель СО оказывался ниже нормы. Устройство обладает высокой надёжностью, так как каждый из его компонентов используется в комфортной для него области безопасной работы.

Из-за высокого уровня импульсных помех в мировом автопроме сложилось негативное отношение к конденсаторно-тиристорным CDI системам электронного зажигания. Их используют исключительно на гоночных автомобилях или на некоторых лодочных моторах.

Обязательно соблюдайте правила техники электробезопасности, так как в устройстве имеются крайне опасные напряжения!

Литература

Электротехнический справочник. В 3-х т. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнические материалы/ Под общ. Ред. Профессоров МЭИ В. Г. Герасимова, П. Г. Грудинского, Л. А. Жукова и др. - 6-е изд., испр. и доп. - М.; Энергия, 1980. - 520 с., ил.

Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для втузов по специальности "Двигатели внутреннего сгорания"/ Д. Н. Вырубов, Н. А. Иващенко, В. И. Ивин и др.; Под ред А. С. Орлина, М. Г. Круглова. - 4-е изд., перераб. И доп. - М.: Машиностроение, 1983. - 372 с., ил.

А. Кузьминский, В. Ломанович

Обычная батарейная система зажигания обладает серьезными недостатками. Наиболее существенные из них: малая мощность искры, быстрый износ контактов прерывателя, коммутирующих ток порядка 4 А в цепи первичной обмотки катушки зажигания, и большая потребляемая мощность (порядка 50 Вт).

Предлагаемые тиристорные системы зажигания позволяют в несколько раз уменьшить мощность, потребляемую от бортсети автомобиля, и в 20-30 раз снизить ток, протекающий через контакты прерывателя. Мощность искры при этом возрастает не менее чем в 5 раз и почти не зависит от состояния свечей и прерывателя.

Ниже приводится описание двух конструкций блоков электронного зажигания на тиристорах «БТЗ-1» и «БТЗ-2». Они очень хорошо зарекомендовали себя во время длительной эксплуатации на автомобилях марки «Москвич», «Волга» и «Запорожец». Блоки тиристорного зажигания собраны из обычных деталей широкого применения.

Принципиальная схема «БТЗ-1» приведена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема блока тиристорного зажигания БТЗ-1

Кроме питания высоковольтным напряжением свечей зажигания, этот блок позволяет использовать в автомобиле различные маломощные бытовые приборы, рассчитанные на подключение к электросети с напряжением 220 В (электробритва, зубная щетка и пр.).

Так как стартер потребляет большой ток от аккумуляторной батареи, то в холодное время года напряжение батареи при запуске двигателя может снижаться до 6-7 В. Естественно, что в этот момент ухудшаются условия искрообразования и затрудняется пуск двигателя. Для поддержания необходимой мощности искры в схему блока зажигания «БТЗ-2» (рис. 2) введено электромагнитное реле Р1, обмотка которого включается тем же выключателем, что и стартер.

Рис. 2. Принципиальная схема блока тиристорного зажигания БТЗ-2

Контакты Р1/1 и Р1/2 при срабатывании реле включают дополнительную повышающую обмотку (V) трансформатора Tp1. Таким образом удается поддерживать необходимую мощность искры даже при падении напряжения аккумуляторной батареи до 5-6 В. Низкочастотный фильтр Др1 и С1 в цепи питания служит для подавления радиопомех.

Оба блока электронного зажигания выполнены по конденсаторно-контактной схеме с коммутирующим тиристором. Для получения необходимой энергии искрообразования используется накопительный конденсатор С2 (С3), заряжающийся от высоковольтного преобразователя напряжения и разряжающийся через тиристор на первичную обмотку катушки зажигания. На вторичной обмотке катушки зажигания при этом индуцируется высокое напряжение, поступающее на свечи двигателя через распределитель. Преобразователи напряжения в обеих системах зажигания выполнены по схеме симметричного блокинг-генератора. Схема позволяет использовать для установки транзисторов Т1 и Т2 общий неизолированный теплоотвод, соединенный с шасси («общий минус»). При этом, помимо конструктивного упрощения узла преобразователя, значительно улучшается тепловой режим всего устройства и повышается надежность его работы.

Рассмотрим более подробно схему блока зажигания «БТЗ-1», приведенную на рис. 1. Принцип работы двухтактных транзисторных генераторов с трансформаторной обратной связью достаточно хорошо известен. Транзисторы Т1 и Т2 работают в ключевом режиме, коммутируя ток в первичной обмотке трансформатора Tp1. Во вторичной обмотке Tp1 при этом индуцируется высокое напряжение симметричной формы (близкой к прямоугольной). Ко вторичной обмотке Tp1 подключен выпрямительный мост Д1-Д4, с которого снимается постоянное напряжение около 400 В, используемое для зарядки конденсатора С2. Тиристор Д5 вначале закрыт. В момент замыкания контактов прерывателя, закорачивающего зажимы 3 и 7 устройства зажигания, конденсатор С3 заряжается через диоды Д8-Д9 и резистор R7 почти до полного напряжения аккумуляторной батареи. Резистор R7 обеспечивает некоторую задержку времени заряда, устраняя воздействие «дребезга» контактов прерывателя в момент замыкания.

При размыкании контактов прерывателя (зажимы 3-7 БТЗ) конденсатор С3 разряжается через диод Д7, управляющий электрод тиристора Д5 и резисторы R9- R10. При этом на управляющий электрод тиристора Д5 поступает положительный импульс, открывающий тиристор. Накопительный конденсатор С2, заряженный до напряжения около 400 В, разряжается через тиристор Д5 и первичную обмотку катушки зажигания (зажимы 1 и 2 БТЗ). Одновременно открывшийся тиристор Д5 шунтирует выходную цепь преобразователя напряжения, срывая генерацию.

Отрицательный имлульс, поступающий с первичной обмотки катушки зажигания через цепочку R8-Д6 после переключения тиристора Д5, мгновенно перезаряжает конденсатор С3 Вследствие этого длительность управляющего импульса, открывающего тиристор, не превышает 2 мкс. Это обеспечивает образование одной искры и в то же время предохраняет тиристор от многократного переключения. После разряда конденсатора С2 тиристор Д5 закрывается, возобновляется генерация в преобразователе и весь процесс повторяется.

Для облегчения запуска преобразователя напряжения на базы транзисторов Т1 и Т2 задается небольшое отрицательное смещение с делителей напряжения R1, R2 и R3, R4. В целях предотвращения самопроизвольного переключения тиристора Д5 под воздействием помех, возникающих при работе преобразователя напряжения и некоторых элементов электрооборудования автомобиля (генератор, реле-регулятор, указатели поворотов и т. д.), в цепь управления тиристора введен фильтр С1 Д9. Кроме того, дополнительно на управляющий электрод тиристора Д5 задается защитное отрицательное смещение 0,5-0,7 В, снимаемое с цепочки R6 Д8.

Отличие второго преобразователя напряжения (рис. 2) от первого состоит в том, что он имеет две повышающих обмотки (I и V). С помощью контактов электромагнитного реле R1 эти обмотки могут включаться последовательно для увеличения напряжения, поступающего на вход выпрямительного моста Д1-Д4 при затрудненном запуске двигателя. Второй выпрямительный мост, собранный на диодах Д5-Д8, предназначен для питания дополнительных маломощных потребителей тока. Он может обеспечить мощность около 20 Вт, при напряжении 220-230 В. Зажим VI («синхр.») служит для подключения вспомогательных приборов системы контроля и регулирования работы двигателя (тахометрического стабилизатора напряжения и др.).

Детали и конструкция блоков зажигания. При изготовлении устройства зажигания особое внимание следует уделить трансформатору преобразователя напряжения, от которого в основном зависит надежность работы электронного блока. Лучше всего воспользоваться для изготовления этого трансформатора тороидальным сердечником из стали марки Э330-Э340 (ХВП) или из сплава 34НКМП или 79НМ (пермаллой). В первом случае можно применить сердечник ОЛ25/40х12,5 или подобный ему, но с несколько большим сечением. Из пермаллоевых сердечников можно рекомендовать ОЛ25/40Х6,5 (2 шт.).

Можно также использовать для изготовления этого транформатора сердечник из обычной трансформаторной стали марки Э42 или Э43 (пластины Ш16, набор 16 мм). При подборе сердечника нужно учитывать, что сечение его магнитопровода должно быть не менее 2 см2. Каркас для катушки трансформатора делают из электрокартона, выводы обмоток закрепляют на периметре щечки каркаса. Для придания трансформатору повышенной влагостойкости, катушку после намотки пропитывают электроизоляционным лаком или компаундом (например, КП-10).

Намоточные данные трансформатора Тр1, выполненного на Ш-образном и тороидальном сердечниках, приведены в таблице.

Вначале на катушку наматывают повышающую обмотку I. Для межслоевой изоляции можно использовать кабельную бумагу. Тороидальный сердечник перед укладкой повышающей обмотки изолируют двумя-тремя слоями лакоткани или фторопласта. Затем наматывают обмотки II, III и IV. Для улучшения симметрии преобразователя и уменьшения индуктивности рассеяния трансформатора базовые и эмиттерные обмотки наматывают в два провода, располагая витки обмоток III и IV между витками обмотки II.

Трансформатор Tp1 в схеме на рис. 2 выполнен на тороидальном сердечнике типа ОЛ32/50 X 16. Основная повышающая обмотка I у него содержит 1200 витков провода ПЭЛШО 0,25; дополнительная повышающая обмотка V имеет 600 витков того же провода; эмиттерная обмотка II содержит 33 + 33 витка провода ПЭВ-2 1,0; базовые обмотки III и IV имеют по 10 витков провода ПЭЛШО 0,41. Обмотки располагаются в том же порядке, что и у Tp1 в схеме на рис. 1.

Если отсутствуют сердечники указанных марок и типоразмеров, то несложно определить пригодность имеющегося сердечника для указанных трансформаторов. Общая мощность трансформатора, используемого в преобразователе напряжения, определяется его суммарной нагрузкой. Она, в свою очередь, равна мощности, затрачиваемой на искрообразование при максимальных оборотах двигателя и максимальной мощности одного или нескольких потребителей тока, которые могут подключаться к электронному блоку. Если эти потребители тока во время движения автомобиля не используются, учитывается лишь одна из указанных нагрузок (максимальная).

Величина полезной мощности, затрачиваемая на искрообразование, зависит от числа цилиндров двигателя и скорости вращения коленчатого вала.

Для четырехтактного двигателя частота искрообразования равна:

Примерно такая же мощность расходуется при работе электробритвы (15-18 Вт). Так как обычно электронный блок используется для питания одной из указанных нагрузок, то очевидно, что максимальная мощность преобразователя может не превышать 18-20 Вт.

В том случае, когда величина индукции насыщения (Вm), имеющегося в наличии сердечника, неизвестна, прибегают к экспериментальному методу. На сердечник наматывают базовые и эмиттерные обмотки для включения в преобразователь. Их соединяют друг с другом и подключают к транзисторам T1 и Т2, как это показано на схеме на рис. 1. Намотка ведется в два провода; базовые обмотки должны иметь по 10-15 витков провода ПЭЛШО 0,25-0,31, эмиттерные - по 30-50 витков провода ПЭЛ-2 1,0. Подключив источник питания, определяют частоту генерации и ток, потребляемый устройством. Для измерения частоты лучше всего воспользоваться электронным осциллографом или частотомером. В домашних условиях можно приближенно определить частоту генератора, сравнив высоту звука прослушиваемого при работе преобразователя с тоном музыкального инструмента, например, пианино. Обычно частота генерации не превышает 200-600 Гц (в зависимости от сердечника). Форма генерируемых колебаний должна быть по возможности близкой к прямоугольной, ток, потребляемый устройством, не должен превышать 0,5-0,6 А при напряжении источника питания 12 В. Значение Вm определяют по формуле:

Следует указать, что оптимальная частота для преобразователя с трансформатором, выполненном на обычном сердечнике из трансформаторной стали, не должна превышать 200 - 250 Гц. В противном случае, тепловые потери в сердечнике трансформатора резко возрастают, так что нагрев его может превысить допустимую величину. Заметим также, что при использовании сердечников с низкими электромагнитными параметрами увеличение частоты преобразователя приводит к искажению формы генерируемого напряжения и значительному снижению к. п. д. преобразователя. Для сердечников типа ШЛ оптимальная частота преобразователя лежит в пределах 250 - 300 Гц и для сердечников типа ОЛ - 600 - 700 Гц. Необходимо учитывать также, что с увеличением частоты преобразователя возрастают потери в полупроводниковых приборах и увеличивается ток потребления преобразователя.

В целях повышения надежности работы устройства желательно при расчете предусмотреть двухкратный запас по мощности у трансформатора преобразователя.

После выбора сердечника определяют намоточные данные трансформатора. Число витков половины эмиттерной обмотки (приходящихся на один транзистор) находим с помощью следующего выражения:

Затем определяем диаметр провода для всех обмоток трансформатора преобразователя. Для этого вначале находим амплитудное значение тока коллектора транзисторов Т1 и Т2

Таким же образом определяем действующее значение тока в дополнительной повышающей обмотке Tp1 в схеме рис. 2:

Перед установкой транзисторов на теплоотводе нужно убедиться в их исправности. Желательно подобрать транзисторы с равными (или по возможности близкими) величинами обратных токов коллекторных переходов и коэффициентов усиления по току (Вст). Плоскость теплоотвода должна быть тщательно отшлифована, чтобы обеспечить надежное прилегание к поверхности транзисторов, которые закрепляют на теплоотЕоде с помощью четырех винтов с резьбой М3. Заметим, что в схемах на рис. 1 и 2 можно использовать любые мощные транзисторы (например, П213-217, П210 и пр.). Следует только учитывать допустимое напряжение между коллектором и эмиттером транзистора и мощность рассеяния. Суммарная мощность рассеяния, выделяющаяся на транзисторах Т1 и Т2, находится в пределах 15-22 Вт. Поверхность пластинчатого охладителя (радиатора), используемого для установки транзисторов Т1 и Т2, должна иметь площадь не менее 25 - 30 см2. При этом предельная температура для транзисторов преобразователя не будет превышать 60 -70° С.

Все выпрямительные диоды перед установкой в схему блоков зажигания обязательно проверяют. При подключении диодов Д1-Д4 и Д10 к источнику постоянного напряжения 600 В ток утечки не должен превышать 10 мкА. Для проверки диодов Д5-Д8 в схеме на рис. 2 испытательное напряжение может быть снижено до 400 В.

Тиристоры Д5 и Д11 желательно проверить на напряжение и ток переключения. Для этого собирают схемы, приведенные на рис. 3,а и б. Затем постепенно увеличивая напряжение источника питания (например, с помощью автотрансформатора ЛАТР-1 или ЛАТР-2), проверяют указанные параметры тиристоров. Показания вольтметра В1 (рис. 3,а) в момент переключения тиристора Д5, скачком упадут до нуля, а миллиамперметр A1 при этом отметит резкое увеличение тока. Заметим, что тиристоры с напряжением переключения ниже 500 В в устройствах зажигания применять не следует. Точно также не рекомендуется использовать в схемах на рис. 1 и 2 тиристоры с током утечки более 1 мА (рис. 3,б). Такие тиристоры во время работы будут сильно перегреваться и быстро выйдут из строя. При проверке тиристоров нужно учесть, что у некоторых из них (например, у тиристоров типа КУ202Н) напряжение переключения может достигать 700 В, а ток утечки при рабочем напряжении 400-450 В не превышает нескольких десятков мкА.

Рис. 3. Схемы проверки тиристоров: а - проверка напряжения переключения; б - проверка тока утечки

Все постоянные резисторы, используемые в схемах на рис. 1 и 2, типа МЛТ-0,5 и МЛТ-2. В схеме на рис. 1 конденсатор С1 - электролитический, типа К50-6, С2 - типа МБГО на номинальное напряжение 400 В, С3 - металлобумажный, МБМ. В схеме на рис. 2 конденсатор С1 - электролитический типа К50-6, С2 - три параллельно включенных конденсатора типа К50-6 100,0X25 В, С3 - МБГО на номинальное напряжение 600 В, С4 - металлобумажный, МБМ.

Дроссель Др1 (рис. 2) выполнен на сердечнике КД-ТД-4 (ШЛ 16 X 20). Обмотка его содержит 120 витков провода ПЭВ-2 1,0. Электромагнитное реле Р1 (рис. 2) типа РЭС-9 (паспорт № РС4.524.203).

Основанием блока зажигания, выполненного по схеме на рис. 1, служит дюралюминиевая пластина размером 160X70X 6 мм. Транзисторы Т1 и Т2 укреплены на дюралюминиевой пластине размером 70 X 45 X 6 мм. Ее устанавливают на расстоянии 50 мм от края пластины-основания и закрепляют в вертикальном положении с помощью двух винтов с резьбой М4. На верхней торцевой части этой пластины закрепляют тремя винтами с резьбой М3 свободный от деталей край верхней платы колончатого модуля, объединяющего почти все мелкие схемные детали блока зажигания (исключая трансформатор Tp1, накопительный конденсатор С2, транзисторы Т1 и Т2 и тиристор Д5). Все детали, подлежащие монтажу в модуле, располагают в указанном на рис. 4 порядке между верхней и нижней платами модуля, установленными на расстоянии 35 мм друг от друга.

Схема соединительных перемычек на платах модуля приведена на рис. 5,а и б. Отметим, что качество монтажа и надежность всех паек в модуле должны быть безупречными, так как иначе он быстро выйдет из строя при работе на автомобиле. Платы модуля могут быть выполнены способом печатного монтажа из фольгированного стеклотекстолита или гетинакса. Однако практика показала, что значительно более надежными в эксплуатации оказались объемные модули с навесными деталями, установленными на монтажных лепестках или пистонах. Для монтажа лучше всего использовать медный посеребренный провод диаметром 0,5-0,75 мм.

Закрепив объемный модуль на радиаторе транзисторов Т1 и Т2, рядом с ним на пластине-основании устанавливают трансформатор Tp1. С другой стороны модуля располагают накопительный конденсатор С2 и тиристор Д5, который закрепляют на основании с помощью небольшого медного или латунного угольника, выполняющего также роль дополнительного теплоотвода для тиристора. Корпус тиристора изолируют с помощью двух слюдяных шайб толщиной 0,05-0,1 мм и проходной фторопластовой втулки, надетой на крепежный винт.

Блок зажигания, выполненный по схеме рис. 1, помещают в защитный металлический кожух размером 155X80X75 мм. Его можно изготовить из листового дюралюминия толщиной 1,5-2,0 мм или стального листа толщиной 1,0 мм. Для лучшей герметизации рекомендуется проложить резиновую окантовку между основанием и кожухом блока.

Рис. 5. Монтажные платы объемного модуля БТЗ-1: а - верхняя плата (вид сверху); б -нижняя плата (вид снизу)

Правильно собранный блок зажигания, особенно при тщательной проверке всех устанавливаемых в схему деталей, обычно в дополнительной наладке не нуждается. Если устройство зажигания переходит в режим непрерывной генерации и не управляется контактами прерывателя, то либо в нем применен тиристор с низким напряжением переключения, либо пробит диод Д9. Иногда это явление может наблюдаться из-за недостаточной емкости конденсатора С1 и неисправности диода Д6. Если транзисторы Т1 и Т2 заведомо исправны, а генерации все же нет, то для выявления причины неисправности преобразователя напряжения отключают вначале от повышающей обмотки трансформатора Tp1 конденсатор С2, затем тиристор Д5 и выпрямительный мост Д1-Д4 и заменяют неисправные детали. В тех случаях, когда работа преобразователя сопровождается хриплым или шипящим звуком, проверяют исправность диодов Д1-Д4 и транзисторов Tl-Т2. Причиной неисправности накопительного конденсатора С2 может явиться замыкание одного из выводов на корпус или пробой между обкладками конденсатора. В случае неисправности тиристора Д5 прежде всего нужно убедиться в целости слюдяных шайб и проходной втулки, изолирующих корпус тиристора от крепежного угольника. Если изоляция не повреждена и сам тиристор исправен, а генерации все же нет даже при отключении повышающей обмотки Tp1 от всех перечисленных деталей, то причину неисправности следует искать в самом трансформаторе преобразователя напряжения (неправильное включение, обрыв или межвитковые замыкания в обмотках).

Отсутствие искрообразования при размыкании контактов прерывателя указывает на то, что цепь управления тиристором разомкнута (например, при повреждении диода Д9).

При проверке устройства зажигания вне автомобиля следует обязательно соединить корпус катушки зажигания с корпусом электронного блока, так как в противном случае может произойти пробой катушки и повреждение деталей электронного блока.

При монтаже блока зажигания на автомобиле его устанавливают под капотом по возможности дальше от выпускного коллектора двигателя и закрепляют с помощью четырех винтов с резьбой М5 или Мб. Температура в месте установки блока не должна превышать + 70° С, иначе надежность работы устройства зажигания снижается из-за сильного перегрева полупроводниковых приборов.

Для подключения устройства зажигания к бортсети автомобиля лучше всего воспользоваться каким-либо подходящим штепсельным разъемом (например, типа РШАБПБ-14), как это показано на рис. 6. При этом обеспечивается быстрый переход от одного вида зажигания к другому. Для этого достаточно изменить положение вилки в гнезде разъема на 180°, как это показано на рис. 6 («ОЗ» - обычное зажигание, «ТЗ» - тиристорное зажигание). Кроме того, вилка может служить «ключом» противоугонного устройства - если вынуть ее из гнезда, то обе системы зажигания окажутся отключенными. Не зная схемы «ключа», запустить двигатель будет затруднительно, так как помимо указанных на рис. 6, возможно множество других вариантов расположения перемычек в вилке.

Рис. 6. Схема установки БТЗ-1 на автомобиле

В случае использования блока зажигания на автомобилях с 6-вольтовой аккумуляторной батареей необходимо помимо пересчета намоточных данных трансформатора преобразователя напряжения также скорректировать величину сопротивления резисторов R1-R2 и R3-R4 (делители напряжения в цепях баз транзисторов Т1-Т2).

В помощь радиолюбителю №46. 1974 год.
[email protected]

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. 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 см 2 .

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.

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:

1. 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.
2. после, сматывая обмотку, надо посчитать количество её витков.
3. разделив максимальное амплитудное напряжение обмотки на число её витков получаем сколько вольт даёт один виток (вольт/виток).
4. разделив необходимые для нашей схемы напряжения на полученный (вольт/виток) получим количество витков, которые необходимо будет намотать для каждого из нужных напряжений.
5. 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