Блоки электронного зажигания для автомобилей. Системы зажигания бензиновых двигателей: принцип работы. Выходные каскады с индивидуальным статическим распределением

Все автолюбители знают, что для розжига топлива применяется искра на свече зажигания, которая воспламеняет топливо в цилиндре, а напряжение на свече достигает уровня 20Кв. На старых автомобилях применяются классические, системы зажигания, которые имеют серьёзные недостатки. Именно о модернизации и доработке этих схем мы и поговорим.

Емкость в этой конструкции заряжается от стабильного по амплитуде обратного выброса блокинг-генератора. Амплитуда этого выброса почти не зависит от напряжения аккумуляторной батареи и числа оборотов коленчатого вала и поэтому энергии искры всегда достаточно для воспламенения топлива.

Схема зажигания выдает потенциал на накопительном конденсаторе в диапазоне 270 - 330 Вольт при падении напряжения на аккумуляторе до 7 вольт. Предельная частота срабатывания около 300 импульсов в секунду. Потребляемый ток около двух ампер.

Схема зажигания состоит из ждущего блокинг-генератора на биполярном транзисторе, трансформатора, цепи формирования импульсов C3R5, накопительной емкости С1, генератора импульсов на тиристоре.

В начальный момент времени, когда контактные S1 замкнуты, транзистор заперт, а емкость С3 разряжена. При размыкании контакта конденсатор будет заряжаться по цепи R5, R3.

Импульс тока заряда запускает блокинг-генератор. Передний фронт импульса с вторичной обмотки трансформатора запускает тиристор КУ202, но, так как емкость С1 предварительно не была заряжена, на выходе устройства искра отсутствует. С течением времени, под действием коллекторного тока транзистора осуществляется насыщение сердечника трансформатора и поэтому блокинг-генератор вновь окажется в ждущем режиме.

При этом на коллекторном переходе формируется выброс напряжения, который трансформируется в в третьей обмотке и через диод зарядит емкость С1.

При повторном размыкании прерывателя в устройстве происходит тот же алгоритм с той лишь разницей, что открывшийся передним фронтом импульса тиристор подсоединит уже заряженную емкость к первичной обмотке катушки. Ток разряда конденсатора С1 индуцирует во вторичной обмотке высоковольтный импульс.

Диод V5 защищает базовый переход транзистора. Стабилитрон предохраняет V6 от пробоя, если блок включен без бобины либо без свечи. Конструкция нечувствительна к дребезжанию контактных пластин прерывателя S1.

Трансформатор изготавливается своими руками на магнитопроводе ШЛ16Х25. Первичная обмотка содержит 60 витков провода ПЭВ-2 1,2, вторичная 60 витков ПЭВ-2 0,31, третья 360 витков ПЭВ-2 0,31.

Мощность искры в этой конструкции зависит от температуры биполярного транзистора VT2, которая на горячем двигателе снижается, а на холодном наоборот, тем самым, существенно облегчая запуск. В момент размыкания и замыкании контактов прерывателя импульс следует через конденсатор С1, кратковременно отпирая оба транзистора. При запирании VT2 появляется искра.

Емкость С2 сглаживает импульсный пик. Сопротивления R6 и R5 ограничивают максимум напряжения на коллекторном переходе VT2. При разомкнутых контактах оба транзистора закрыты, при длительно замкнутых контактах ток идущий через емкость С1 постепенно снижается. Транзисторы плавно закрываются, защищая катушку зажигания от перегрева. Номинал резистора R6 подбирается для конкретной катушки(на схеме он показан для катушки Б115), для Б116 R6 = 11 кОм.

Как видите на рисунке выше печатная плата устанавливается поверх радиатора. Биполярный транзистор VT2 через термопасту и диэлектрическую прокладку установлен на радиатор.

Контактно транзисторная схема зажигания

Эта конструкция позволяет формировать искру с большой длительностью, поэтому процесс сгорания топлива в автомобиле становится оптимальным.

Схема зажигания состоит из триггера Шмитта на транзисторах V1 и V2, развязывающих усилителей V3, V4 и электронного транзисторного ключа V5, коммутирующего ток в первичной обмотке катушки зажигания.

Триггер Шмитта формирует коммутирующие импульсы с крутым фронтом и спадом при замыкании или размыкании контактов прерывателя. Поэтому в первичной обмотке катушки зажигания увеличивается скорость прерывания тока и возрастает амплитуда высоковольтного напряжения на выходе вторичной обмотки.

В результате улучшаются условия формирования искры в свече, что способствует процессу улучшения запуска автомобильного двигателя и более полному сгоранию горючей смеси.

Транзисторы VI, V2, V3 - КТ312В, V4 - КТ608, V5 - КТ809А. Емкость С2 - с рабочим напряжением не ниже 400 В. Катушка типа Б 115, применяемая в легковых автомобилях.

Печатную плату изготовил в соответствии с рисунком по .

В этой системе энергия, расходуемая на искрообразование, копится в магнитном поле катушки зажигания. Система может быть смонтирована на любом карбюраторном двигателе с бортовой сетью автомобиля +12 В. Устройство состоит из транзисторного коммутатора, построеного на мощном германиевом транзисторе, стабилитроне, резисторах R1 и R2, отдельных добавочных сопротивлениях R3 и R4, двухобмоточной катушки зажигания и контактов прерывателя.

Мощный германивый транзистор Т1 работает в ключевом режиме с нагрузкой в коллекторной цепи, в роли которой служит первичная обмотка катушки зажигания. При включенном замке зажигания и разомкнутых контактах прерывателя транзистор заперт, так как ток в базовой цепи стремится нулю.

Во время замыкания контактов прерывателя в базовой цепи германиевого транзистора начинает течь ток величиной 0,5- 0,7 А, задаваемый сопротивлением R1, R2. Когда транзистор полностью отпирается, внутреннее сопротивление его резко снижается, и по первичной цепи катушки течет ток, нарастающий по экспоненте. Процесс нарастания тока практически не отличается от аналогичного процесса классической системы зажигания.

При очередном размыкании контактов прерывателя движение базового тока притормаживается, и транзистор закрывается, что приводит к резкому падению номинала тока через первичную обмотку. Во вторичной обмотке катушки зажигания генерируется высокое напряжение U 2макс которое через распределитель поступает на свечу зажигания. Затем процесс повторяется.

параллельно с появлением высокого напряжения на вторичной обмотке в первичной обмотке катушки индуцируется ЭДС самоиндукции, которая ограничивается стабилитроном.

Сопротивление R1 исключает обрыв базовой цепи транзистора при разомкнутых контактах прерывателя. Сопротивление R4 в эмиттерной цепь является токовым элементом обратной связи, снижая время переключения и улучшающим ТКС транзистора Т1. Сопротивление R3 (совместно с R4) ограничивает ток протекающий через первичную цепь катушки зажигания.

Д.Соснин

На легковых автомобилях, оборудованных бензиновым двигателем внутреннего сгорания, применяются различные системы электроискрового зажигания: контактные, контактно-транзисторные, бесконтактно-транзисторные, электронно-цифровые, микропроцессорные.

1. Транзисторные системы зажигания

Транзисторные системы зажигания принято подразделять на две группы:

Контактно-транзисторные (КТСЗ) и бесконтактно-транзисторные (БТСЗ). В контактно-транзисторной системе зажигания контактная пара прерывателя в первичной цепи катушки зажигания отсутствует и заменена транзисторным ключом КТ. Но сам транзисторный ключ управляется по базе контактной парой механического прерывателя К прежней конструкции. Это позволило уменьшить ток разрыва в контактной паре и за счет усиления в транзисторе увеличить ток разрыва в индуктивном накопителе (в первичной обмотке катушки зажигания). При этом коэффициент запаса по вторичному (выходному) напряжению увеличился. Эксплуатационная надежность системы зажигания стала несколько выше. Наряду с контактно-транзисторными системами зажигания были разработаны также и контактно-тиристорные системы с емкостным накопителем, которые не нашли широкого практического применения.

Бесконтактно-транзисторная система зажигания (БТСЗ) - это первая система с чисто электронным устройством управления первичным током катушки зажигания и с бесконтактным электроимпульсным датчиком момента зажигания, который, как и контактная пара в классическом прерывателе-распределителе, расположен на подвижной площадке приводного валика механического высоковольтного распределителя. Положение подвижной площадки относительно оси приводного валика (угол разворота) может регулироваться аппаратами опережения зажигания (центробежным и вакуумным). Подвижная площадка и установленный на ней активатор бесконтактного датчика представляют собой электромеханическое устройство управления моментом зажигания. Такое устройство управления в совокупности с высоковольтным распределителем образуют так называемый датчик-распределитель .

Электронное устройство управления первичным током в БТСЗ конструктивно выполнено в виде отдельного блока, который называется коммутатором. По выходу коммутатор соединен с катушкой зажигания, а по входу - управляется электроимпульсным входным датчиком на распределителе.

Таким образом, бесконтактно-транзисторная система зажигания (рис. 1) -

Это совокупность электронного коммутатора К, датчика-распределителя РР, катушки зажигания КЗ и традиционной выходной исполнительной периферии: высоковольтных проводов ВВП и свечей зажигания.

Бесконтактно-транзисторные системы зажигания (БТСЗ) стали устанавливаться на легковых автомобилях в конце 60-х годов и с тех пор постоянно совершенствовались.

В качестве бесконтактных входных датчиков с механическим приводом от распредвала ДВС были испытаны магнитоэлектрические, индукционные, электромагнитные генераторные, параметрические, оптоэлектронные и прочие преобразователи механического вращения в электрический сигнал (рис. 2).

Бесконтактный датчик выполняет в системе зажигания следующие функции: задает установочный угол* опережения зажигания; управляет моментом зажигания при изменении частоты вращения и нагрузки двигателя; определяет тактность работы ДВС. По совокупности перечисленных функций бесконтактный датчик выдает на вход коммутатора оптимальную величину

* Установочным называется угол опережения зажигания на предельно низких (холостых) оборотах двигателя, когда центробежный и вакуумный регуляторы еще не работают. текущего значения угла опережения зажигания для различных режимов работы двигателя.

Вначале, как более простой и достаточно надежный, широкое практическое применение получил магнитоэлектрический датчик. Но с разработкой активатора на эффекте Холла последний стал основным элементом для всех последующих бесконтактных датчиков электронных систем зажигания.

Не менее значительной модернизации подвергались электронные коммутаторы БТСЗ. От тиристорных коммутаторов быстро отказались, так как система зажигания с емкостным накопителем выдает на свечи очень короткий импульс высокого напряжения (не более 250...300 мкс), что не приемлемо для большинства современных бензиновых автомобильных двигателей.

Первые простейшие транзисторные коммутаторы работали без ограничения амплитуды первичного тока, т.е. в режиме постоянной скважности импульсов зарядного тока для индуктивного накопителя (отечественный коммутатор 13.3734).

В системах зажигания с такими коммутаторами амплитуда высоковольтного импульса на вторичной обмотке катушки зажигания, как и в контактной системе, зависит от частоты вращения двигателя, а также от напряжения в бортсети автомобиля.

На смену коммутаторам с постоянной скважностью (КПС) пришли коммутаторы с нормируемой скважностью (КНС), в которых ток заряда индуктивного накопителя поддерживается в заданных пределах ограничения путем управляемого насыщения выходного транзистора. Это защищает выходной транзистор коммутатора от перегрузки по току, а также стабилизирует амплитуду тока заряда при изменении напряжения в бортсети. Выходное напряжение U2 при этом также стабилизируется.
Но ограничение тока мощного транзистора насыщением приводит к значительному выделению тепловой энергии на коллекторно-эмиттерном переходе и, как следствие, к низкой функциональной надежности системы зажигания в целом.

Исключить этот недостаток в коммутаторах с нормируемой скважностью можно введением в схему электронного регулятора времени накопления энергии (времени протекания тока заряда через индуктивный накопитель). Так появились коммутаторы с программным регулятором времени накопления (коммутатор 36.3734), а вслед за ними и более совершенные коммутаторы с адаптивным регулированием (коммутатор 3620.3734). Последние, помимо основной функции регулирования времени, обеспечивают более высокую точность поддержания параметров тока заряда при воздействии на систему зажигания различных дестабилизирующих факторов (неустойчивая работа двигателя, окружающая среда, старение и уход номиналов радиоэлементов и пр.).

Электронные коммутаторы БТСЗ исключительно разнообразны не только по схемотехническому, но и по технологическому исполнению. Электронные схемы коммутаторов,первоначально аналоговые и на дискретных радиоэлементах, были вытеснены интегральными микросхемами с цифровым принципом действия. Стали появляться коммутаторы на так называемых заказных (специально разработанных для АСЗ) больших интегральных и монокристальных схемах.

Известно более 60-ти разновидностей бесконтактных систем зажигания с электронными коммутаторами, серийно выпускаемых за рубежом. Из отечественных транзисторных коммутаторов наиболее распространены одноканальные 36.3734 и 3620.3734, а также двухканальный 6420.3734 .

В качестве примера схемной реализации бесконтактно-транзисторной системы зажигания рассмотрим один из вариантов ее принципиальной электрической схемы (рис. 3).

Выходной каскад ВК, помимо традиционной катушки зажигания и транзисторного ключа VT3, содержит ряд дополнительных элементов. VD1 - диод для защиты транзисторного ключа VT3 от обратного прохождения тока (от инверсного включения) во время емкостной фазы разряда, когда имеет место обратная полу волна напряжения в первичной обмотке катушки зажигания (инверсное включение VT3 образуется и при случайном обратном включении аккумуляторной батареи). VD2 - стабилизирующий диод для ограничения величины падения напряжения на участке эмиттер-коллектор закрытого (разомкнутого) транзистора VT3 (защита от перенапряжения). Конденсатор С1 с первичной обмоткой катушки зажигания образует последовательный колебательный контур ударного возбуждения, что увеличивает скорость нарастания выходного напряжения системы зажигания. Резистор R3 ограничивает ток разряда конденсатора С1 через открытый (замкнутый) ключ VT3. Для того чтобы ключ VT3 работал стабильно, т.е. при включении и выключении обеспечивал крутые фронты и постоянство амплитуды импульса первичного тока в катушке зажигания, управляющий (базовый) импульс тока транзистора VT3 должен быть с крутыми фронтами и достаточно большим по амплитуде для глубокого насыщения транзистора. На формирование управляющего импульса тока работает предварительный усилитель-ограничитель на транзисторе VT1 и стабилизирующий транзистор обратной связи VT2.

Перечисленные элементы составляют электрическую схему коммутатора ТСЗ.

Датчик-распределитель содержит механическое устройство управления моментом зажигания, в кото рое входят магнитная система М датчика Холла с индукцией поля В, активатор ЭХ датчика Холла, усилительограничитель УО, триггер Шмитта ТШ, разделительный транзистор VT и стабилизатор напряжения СТ.

В датчик-распределитель входят также центробежный (ЦБР) и вакуумный (ВР) регуляторы, магнитный атенюатор А датчика Холла и собственно сам ротационный высоковольтный распределитель РР. Следует отметить, что электронный коммутатор в БТСЗ является лишь формирователем формы импульса тока в первичной обмотке катушки зажигания, а значит и скорости нарастания вторичного напряжения но к формированию момента зажигания коммутатор прямого отношения не имеет. Момент зажигания в БСЗ, как и в контактных системах, формируется электромеханическим устройством управления - бесконтактным датчиком на распределителе. Это обстоятельство является принципиальным недостатком всех бесконтактно-электронных систем зажигания. Второй недостаток - наличие в системе ротационного высоковольтного распределителя. Дальнейшее совершенствование автомобильных систем зажигания шло по пути устранения этих недостатков.

2. Электронные и микропроцессорные системы зажигания

Рассмотренные выше системы зажигания (КТСЗ, БТСЗ) в настоящее время имеют ограниченное применение, а на импортных легковых автомобилях высокого потребительского класса, начиная с середины 90-х годов, вообще не используются. Им на смену пришли системы зажигания четвертого поколения - это системы с электронно-вычислительными устройствами управления и без высоковольтного распределителя энергии по свечам в выходном каскаде. Такие системы принято подразделять на электронно-вычислительные или просто на электронные (ЭСЗ) и микропроцессорные (МСЗ).

Электронные и микропроцессорные системы зажигания имеют три принципиальных отличия от предшествующих систем:

1. Их устройства управления (УУ) являются электронно-вычислительными блоками дискретного принципа действия, выполнены с применением микроэлектронной технологии (на универсальных или на больших интегральных микросхемах) и предназначены для автоматического управления моментом зажигания. Эти устройства называются контроллерами.

2. Применение микроэлектронной технологии, помимо получения преимуществ по надежности, позволяет значительно расширить функции электронного управления. Стало возможным внедрение в автомобильную систему зажигания бортовой самодиагностики и принципов схемотехнического резервирования.

3. Выходные каскады этих систем в подавляющем большинстве случаев многоканальные и, как следствие, не содержат высоковольтного распределителя зажигания.

Электронные и микропроцессорные системы зажигания отличаются друг от друга способами формирования основного сигнала зажигания, т.е. того сигнала, который от ЭБУ подается на спусковое устройство накопителя.

В ЭСЗ основной сигнал зажигания формируется с применением время-импульсного способа преобразования информации от входных датчиков. Это когда контролируемый процесс задается временем его протекания, с последующим преобразованием времени в длительность электрического импульса. Таким образом, в ЭСЗ контроллер содержит электронный хронометр и управляется аналоговыми сигналами. Компонентный состав современной ЭСЗ показан на рис. 4.

В МСЗ, структурная схема которой показана на рис. 5, для формирования сигнала зажигания применяется число-импульсное преобразование, при котором параметр процесса задается не временем протекания, а непосредственно числом электрических импульсов.

Функции электронного вычислителя здесь выполняет число-импульсный микропроцессор, который работает от электрических импульсов, стабилизированных по амплитуде и длительности (от цифровых сигналов). Поэтому между микропроцессором и входными датчиками в ЭБУ МСЗ устанавливаются число-импульсные преобразователи аналоговых сигналов в цифровые (ЧИПы).

В отличие от электронной, микропроцессорная система зажигания работает по заранее заданной для данного двигателя внутреннего сгорания программе управления. Поэтому в вычислителе микропроцессорной системы зажигания имеется электронная память (постоянная и оперативная).

Программа управления для конкретной конструкции двигателя определяется экспериментально, в процессе его разработки. На испытательном стенде имитируются все возможные режимы двигателя при всех возможных условиях его работы. Для каждой экспериментальной точки подбирается и регистрируется оптимальный угол опережения зажигания. Получается набор многочисленных значений угла для момента зажигания, каждое из которых отвечает строго определенной совокупности сигналов от входных датчиков. Графическое изображение такого множества представляет собой трехмерную характеристику зажигания, которая в виде матрицы показана на рис. 6.

Координаты трехмерной характеристики "зашиваются" в постоянную память микропроцессора и в дальнейшем служат опорной информацией для определения угла опережения зажигания в реальных условиях эксплуатации двигателя на автомобиле. Изменение опорного (взятого из памяти) угла 8 опережения зажигания осуществляется автоматически. Увеличение угла 8 происходит: при повышении оборотов, при уменьшении нагрузки и при понижении температуры ДВС. Уменьшение угла 8 имеет место при увеличении нагрузки, при падении оборотов и при повышении температуры ДВС.

Если в МСЗ помимо основных датчиков используются дополнительные (например, датчик детонации в цилиндрах ДВС), то в микропроцессоре осуществляется коррекция опорного значения угла опережения зажигания по сигналам этих датчиков. При этом корректировка производится по каждому цилиндру в отдельности.

Электронные блоки управления для ЭСЗ и МСЗ, помимо функциональных и схемотехнических, имеют и принципиальные конструктивные различия.

В ЭСЗ блок управления является самостоятельным конструктивным узлом и называется контроллером (рис. 7).

На входы контроллера подаются сигналы от входных датчиков системы зажигания, а по выходу - контроллер работает на электронный коммутатор выходного каскада (см. рис. 4). Все электронные схемы контроллера низкоуровневые (потенциальные), что позволяет включать их в состав других бортовых электронных блоков управления (например, в ЭБУ системы впрыска топлива).

В МСЗ все функции управления интегрированы в центральный бортовой компьютер автомобиля и персональный блок управления для системы зажигания может отсутствовать. Функции входных датчиков МСЗ выполняют универсальные датчики комплексной системы автоматического управления двигателем. Основной сигнал зажигания подается на электронный коммутатор выходного каскада МСЗ непосредственно от центрального бортового компьютера.

Несмотря на значительные различия электронных и микропроцессорных систем зажигания, по устройствам управления выходные каскады этих систем имеют идентичное схемотехническое и конструктивное исполнение, при котором каждая свеча зажигания на многоцилиндровом ДВС получает энергию для искрообразования по отдельному каналу. Такое распределение называется статическим или многоканальным.

Что это дает автомобильной системе зажигания?

Надо вспомнить, что кроме обычных недостатков механического переключателя (низкая надежность и малая наработка на отказ вращающихся и трущихся частей) классический распределитель зажигания имеет и тот, что в нем реализуется коммутация высоковольтной энергии через электрическую искру. Это, помимо дополнительных потерь энергии, приводит к неравномерному выгоранию контактов в изоляционной крышке распределителя и, как следствие, к явлению разброса искр по цилиндрам и к низкой функциональной надежности системы зажигания. Разброс искр между выводами даже исправного механического распределителя может достигать 2...3 угловых градусов по повороту коленвала ДВС.

Ясно, что в электронных и особенно в микропроцессорных системах зажигания, высоконадежных и высокоточных в функциональном отношении, формирование момента зажигания в которых реализуется с точностью 0,3...0,5° для каждого цилиндра в отдельности, применение высоковольтного механического распределителя совершенно недопустимо. Здесь приемлемы электронные способы переключения каналов на низкопотенциальном уровне непосредственно в электронном блоке управления с дальнейшим статическим разделением каналов по высокому напряжению на многовыводных или индивидуальных катушках зажигания. Это неизбежно приводит к многоканальности выходного каскада системы зажигания.

3. Выходные каскады с многовыводными катушками зажигания

Реализация многоканального распределения энергии может быть осуществлена в системах зажигания несколькими способами. Наиболее простой из них - применение двухвыводного высоковольтного выходного трансформатора или двухвыводной катушки зажигания в выходном каскаде. Такой способ разделения каналов приемлем для реализации в системе зажигания с любым типом накопителя.

Откуда пришла такая идея? Известно, что в системе зажигания, на выходе которой установлен высоковольтный распределитель, во время разряда накопителя имеют место две искры: одна основная (рабочая) в свече зажигания и другая вспомогательная - между бегунком распределителя и контактом одного из его свечных выводов. Вторичная обмотка выходного трансформатора (катушки зажигания) высоковольтным выводом соединена с центральным бегунком распределителя, а другой вывод обмотки является нулевым, так как во время разряда накопителя соединяется с "массой" автомобиля (см. рис. 3, ). Энергия вспомогательной искры в распределителе тратится бесполезно, и эту искру стремятся всячески подавить. Отсюда ясно, что вспомогательную искру из-под крышки распределителя можно перенести во вторую свечу зажигания, соединив ее с первой через массу головки блока цилиндров последовательно. Для этого достаточно исключить распределитель из выходного каскада, отсоединить от массы автомобиля заземляемый вывод катушки зажигания и подключить к нему вторую электроискровую свечу (рис. 8).

При одновременном искрообразовании в двух свечах зажигания одна искра является высоковольтной (12...20 кВ) и воспламеняет топливовоздушную смесь в конце такта сжатия (рабочая искра). При этом другая искра низковольтная (5...7 кВ), холостая. Явление перераспределения высокого напряжения от общей вторичной обмотки между искровыми промежутками в двух свечах зажигания есть следствие глубоких различий условий, при которых происходит искрообразование. В конце такта сжатия незадолго до появления рабочей искры температура топливовоздушного заряда еще недостаточно высокая (200...300°С), а давление, наоборот - значительное (10...12 атм). В таких условиях пробивное напряжение между электродами свечи - максимально. В конце такта выпуска, когда имеет место искрообразование в среде отработавших газов, пробивное напряжение минимально, так как температура выхлопных газов высокая (800...1000°С), а давление низкое (2...3 атм). Таким образом, при статическом распределении высокого напряжения с помощью двухвыводной катушки зажигания (на двух последовательно соединенных свечах - одновременно) почти вся энергия высоковольтного электроискрового разряда приходится на рабочую искру.

Впервые двухвыводная катушка была применена в контактной батарейной системе зажигания для двухцилиндрового 4-х тактного двигателя. Примером может служить система зажигания для двигателя польского автомобиля ФИАТ-126Р (рис. 9). Аналогичная по принципу действия система зажигания установлена на отечественном автомобиле ОКА (с электронным управлением).

Если в ДВС четыре цилиндра, потребуется две двухвыводных катушки зажигания и два раздельных энергетических канала коммутации в выходном каскаде (см. рис. 5). На рис. 10 приведена диаграмма последовательности искрообразования в цилиндрах 4-х цилиндрового четырехтактного двигателя, оснащенного системой зажигания с двумя двухвы-водными катушками зажигания. Для шестицилиндрового двигателя потребуется три двухвыводных катушки зажигания и три энергетических канала.

В настоящее время разработан ряд автомобильных систем зажигания, в которых две двухвыводных катушки зажигания собираются на общем Ш-образном магнитопроводе и тем самым образуется одна 4-выводная катушка зажигания (например для автомобиля ВАЗ-2110). Такая катушка имеет две первичных и две вторичных обмотки и управляется от двухканального коммутатора. Четырехвыводная катушка зажигания может иметь и одну вторичную двухвыводную обмотку при двух первичных. Вторичная обмотка такой катушки дооборудована четырьмя высоковольтными диодами - по два на каждый высоковольтный вывод .

Недостатком любой системы зажигания с двухвыводными катушками является то, что в одной свече искра развивается от центрального электрода к массовому (боковому), а во второй свече - в обратном направлении (см. рис. 8). Так как центральный электрод заострен и всегда значительно горячее бокового, то истечение носителей заряда с его острия при искрообразовании требует затраты меньшего количества энергии, чем при истечении с бокового электрода (на центральном электроде начинает проявляться термоэлектронная эмиссия). Это приводит к тому, что пробивное напряжение на свече, работающей в прямом направлении, становится несколько ниже (на 1,5.2 кВ), чем на свече с обратным включением полярности. Для современных электронных и микропроцессорных систем зажигания с большим коэффициентом запаса по вторичному напряжению и с управляемым временем накопления энергии это не имеет принципиального значения.

4. Выходные каскады с индивидуальным статическим распределением

В современных электронных и микропроцессорных системах зажигания широко используются выходные каскады с индивидуальными катушками зажигания для каждой свечи в отдельности. Примером может служить система зажигания фирмы BOSCH, интегрированная в электронную систему автоматического управления (ЭСАУ) двигателем, которая известна под названием Motronic.

На рис. 11 показана функциональная схема ЭСАУ Motronic М-3,2,

Которая устанавливается на четырехцилиндровых двигателях автомобилей AUDI-A4 (выпуск после 1995 года).

В контроллере J220 имеется микропроцессор с блоком памяти, в котором хранится трехмерная характеристика зажигания (см. рис. 6). По этой характеристике, а также по сигналам датчика ДО G-28 (датчик частоты вращения двигателя) и датчика ДН G-69 (датчик нагрузки двигателя) устанавливается начальный угол Q(кю) = F(n) опережения зажигания. Далее по сигналам датчиков ДХ G-40, ДТ G-62 и ДД G-66 в цифровом микропроцессоре производится вычисление текущего (необходимого для данного режима работы ДВС) значения угла опережения зажигания, который с помощью электронной схемы переключения каналов подается в виде основного импульса S зажигания в соответствующий канал электронного коммутатора К-122. К этому времени в этом канале индуктивный накопитель N находится в заряженном (от бортсети +12 В) состоянии и по сигналу S разряжается на соответствующую свечу зажигания. Через 180° поворота коленвала описанные процессы будут иметь место в следующем (по порядку работы двигателя) канале коммутатора.

Основные преимущества системы зажигания, интегрированной в ЭСАУ Motronic, состоят в следующем:

- индивидуальное статическое распределение высокого напряжения по свечам зажигания;
- катушки зажигания с заземленной вторичной обмоткой;
- все входные датчики (датчик Холла, датчик частоты вращения ДВС, датчик температуры ДВС, датчики дроссельной заслонки, датчик детонации) - это формирователи электрических сигналов из неэлектрических воздействий бесконтактного принципа действия. Аналоговые сигналы от этих датчиков преобразуются в контроллере в цифровые сигналы;
- селективная коррекция угла опережения зажигания по детонации (в каждом цилиндре в отдельности);
- отключение цилиндров ДВС при перебоях в искрообразовании (защита дорогостоящих компонентов - кислородного датчика и каталитического газонейтрализатора экологической системы автомобиля от повреждений);
- наличие в контроллере функций самодиагностики и резервирования.

5. Выходной каскад с управляемым трансформатором зажигания

Известны попытки применить в многоканальном выходном каскаде автомобильной системы зажигания высоковольтный трансформатор с насыщающимися сердечниками.
Если магнитопровод трансформатора ввести в режим насыщения, то его коэффициент трансформации резко падает и энергия из первичной обмотки во вторичную не трансформируется.

Электрическая схема выходного каскада с трансформатором насыщения показана на рис. 12.

Выходной трансформатор имеет два магнитопровода - М1 и М2, охваченных общей первичной обмоткой Каждый магнитопровод оснащен отдельной обмоткой управления Wв и Wв") и отдельной двухвыводной вторичной обмоткой (W2" и W2""). Когда по управляющей обмотке Wв" протекает ток, достаточный для насыщения сердечника М1, а обмотка Wв" обесточена, то высокое напряжение будет наводиться только во вторичной обмотке W2". Если обесточить управляющую обмотку Wв" и пропустить ток насыщения по обмотке Wв", то насытится сердечник М2 и высокое напряжение будет трансформировано только в обмотку W2"".

Система зажигания с трансформатором насыщения обладает высокой надежностью, малыми габаритами и весом, но ее промышленный выпуск пока не реализован из-за значительных технических трудностей изготовления (для трансформатора насыщения требуются тороидальные сердечники из высококачественного пермалоя. Намотка многовитковых обмоток на такие сердечники крайне затруднена).

6. Высоковольтные провода

В системах зажиганиях с высоковольтным механическим распределителем длина высоковольтных проводов всегда значительна (20...60 см). И так как по проводам в момент электроискрового разряда в свечах протекает высокочастотный ток высокого напряжения, то длинные провода излучают радиопомехи. Источниками радиопомех являются также свечи зажигания.

Есть три способа подавления радиопомех от АСЗ: экранизация высоковольтных проводов, свечей, катушки зажигания и высоковольтного распределителя; введение в центральный токовод высоковольтного провода распределенной индуктивности и распределенного сопротивления; установка помехоподавительного резистора непосредственно в изолятор свечи зажигания.

Экранизация требует увеличения запаса по вторичному напряжению и делает выходной каскад АСЗ громоздким. Высоковольтный провод с распределенными параметрами имеет недостаточно высокую конструктивную надежность, сложную технологию изготовления и высокую стоимость.

В современных системах зажигания применяют свечи с помехоподавительным резистором 4...10 кОм, а длину высоковольтных проводов стремятся свести к минимуму. Последнее становится возможным благодаря применению индивидуальных катушек зажигания, установленных непосредственно на свечах (см. рис. 11).

Высоковольтные провода подразделяют на низкоомные (до 0,5 Ом/м - в устаревших конструкциях проводов) и высокоомные (1...10 кОм/м). Провода маркируются двумя способами: цветом и текстовой надписью вдоль провода.

Отечественные провода светло-коричневой или пестрой расцветки - низкоомные. Провода красного или розового цвета ПВВП-8 обладают распределенным сопротивлением 2000+200 Ом/м; синего цвета ПВППВ-40 - 2550±250 Ом/м. На высоковольтных проводах импортного производства электрические параметры чаще обозначаются текстом вдоль провода. Содержание текста можно расшифровать по фирменному каталогу.

Любой из трех указанных способов подавления радиопомех приводит к некоторому падению высоковольтного выходного напряжения системы зажигания, что иногда сказывается при пуске холодного двигателя в слякотную зимнюю погоду, когда провода покрываются тонким инеем. Чтобы устранить этот недостаток, в современных микропроцессорных системах зажигания стали применять грязевлагозащиту высоковольтных проводов и свечей зажигания (укрытие проводов в изоляционную трубку или под пластмассовую крышку вместе со свечами).

* В заключение следует отметить, что автомобили с центральным бортовым компьютером (ЦБК) - пока редкость. Но перспектива очевидна. В недалеком будущем ЦБК станет единым электронным блоком управления, общим для всех функциональных систем на борту автомобиля, таких как: впрыск топлива, электроискровое зажигание, антиблокировка тормозов, управление дифференциалами ведущих колес, антипробуксовка колес и т.д. и т.п. Но даже при полной интеграции функций управления в центральный бортовой компьютер принципы построения электронных схем для электроискровых систем зажигания надолго останутся такими же, как и в современных микропроцессорных системах.

Литература

1. Д.Соснин. Современные автомобильные системы зажигания. Ремонт&Сервис, №10, 1999 г., с. 45-47
2. Д.Соснин, А.Фещенко. Автомобильные катушки зажигания. Ремонт&Сервис, №9, 1999 г., с. 46-53
3. В.Е.Ютт. Электрооборудование автомобилей. М. Транспорт. 1995 г. Продолжение следует

Автомобиль – система невероятно сложная, включает в себя множество компонент и устройств, которые постоянно взаимодействуют между собой. Без системы зажигания Ваш автомобиль с места не сдвинется. Стоит уделить особое внимание этому аспекту, а, в частности, обсудить вопросы, связанные с электронным зажиганием.

Что такое электронное зажигание?

Электронная система зажигания – это такая система зажигания, которая использует электронные устройства для создания и передачи тока высокого напряжения на цилиндры двигателя. Также эту систему иногда называют микропроцессорной системой зажигания.

Нужно упомянуть о том, что и бесконтактная, и контактно-транзисторная системы в своей конструкции используют электронные механизмы, но названия данных систем уже давно устоялись. Электронное зажигание лишено любых механических контактов, поэтому можно сказать, что электронное зажигание является бесконтактным. Современные модели автомобилей оснащены электронной системой зажигания, которая является компонентой системы управления движком. С помощью этой системы контролируется объединенная система впрыска и зажигания, а иногда и другие системы (впускная, выпускная, охладительная).

Все системы электронного зажигания можно разбить на две категории: системы с прямым зажиганием и с распределителем. Распределительная система электронного зажигания во время работы использует распределитель на механике, который отвечает за передачу сильного тока на свечу. Системы прямого зажигания передают ток прямо на катушки зажигания.

Конструкцию системы электрозажигания формируют достаточно традиционные компоненты – источник питания, катушка зажигания, свечи, выключатель, высоковольтные провода. Также в систему входят воспламенитель (устройство-исполнитель), и входные датчики. Эти самые датчики фиксируют показатели работы двигателя в текущий момент и преобразуют эти показатели в электрические импульсы. В своей работе электронное зажигание использует показания датчиков, которые присутствуют в системе управления двигателем. К этим устройствам относятся датчики:

- частоты вращения коленвала двигателя;

Массового расхода воздуха;

Положения распредвала;

Детонации;

Температуры охлаждающей жидкости, воздуха;

Кислородный датчик и другие.

С помощью блока управления двигателя происходит обработка сигналов сходных датчиков и формирование управляющего воздействия на воспламенитель. Сам воспламенитель – это электронная плата, которая обеспечивает выключение и включение зажигания. В основе воспламенителя лежит транзистор. Если транзистор открыт, то ток идет на первичную обмотку катушки зажигания, а если он закрыт, то ток идет на вторичную обмотку. Катушка в системе зажигания может быть одна общая, индивидуальные или же сдвоенные. При использовании индивидуальных катушек зажигания отпадает необходимость использовать провода высокого напряжения, так как такая катушка будет крепиться прямо на свечу. В распределительных системах зажигания применяются общие катушки зажигания.

Для систем прямого зажигания характерно использование сдвоенных катушек. Если двигатель имеет 4 цилиндра, то одна из катушек приходится на первый и четвертый цилиндры, а другая – на второй и третий. С помощью катушек происходит генерация тока высокого напряжения, причем для тока есть два вывода, посему искра проходит сразу в оба цилиндра. В одном из них воспламеняется топливно-воздушная смесь, а в другом искра идет вхолостую.

Электронная система зажигания работает по следующему принципу. На электронный блок управления приходят сигналы датчиков. Основываясь на этих показаниях, вычисляются наиболее оптимальные параметры для работы всей системы. Далее управленческий импульс идет к воспламенителю, который и отвечает за подачу напряжения на зажигательную катушку. После этого по первичной обмотке катушки начинает «бежать» ток.

Когда подача напряжения прерывается, тогда ток высокого напряжения протекает по вторичной обмотке катушки зажигания. Этот самый ток передается свече зажигания или прямо с катушки, или через высоковольтные провода. После того, как на свечу поступает ток, образуется искра, благодаря которой детонирует топливно-воздушная смесь. Когда меняется скорость вращения , то датчик частоты его вращения вместе с датчиком положения распредвала передают сигнал на ЭБУ, который производит сигнал для изменения угла опережения зажигания. Когда двигатель находится под воздействием возросшей нагрузки, то угол опережения зажигания регулируется датчиком массового расхода воздуха. Остальные датчики предоставляют дополнительную информацию.

Если Вы решите заменить заводское зажигание на электронное, то больше не будете сталкиваться с большинством проблем с зажиганием, а также получите ряд преимуществ, например, динамичность Вашей машины увеличится, а в мороз двигатель будет запускать легче.

Если сравнивать заводское зажигание с электронным, то последняя система использует транзистор выхода для замыкания и размыкания цепь. Подобное решение приводит к тому, что напряжение на свечах автомобиля возрастает, а от искры получается больше энергии. Также такое конструкторское решение не позволяет напряжению на электродах свечей падать даже при низких температурах, посему двигатель легче запускается даже при неблагополучных условиях. Хотя у катушек и заводского, и электронного зажигания набор проводов одинаковый, но обязательно нужно проверять правильно ли они подключены, так как в системе электрозажигания катушка может развернуться на кронштейне на все 180 градусов.

Установка электронного зажигания

Имеет смысл сказать несколько слов о том, что же входит в комплект элементов системы электронного зажигания. Всю систему формируют следующие 5 элементов:

1) Бесконтактный трамблер. Выполняет роль распределяющего датчика зажигания. На машинах с разными видами двигателей будут установлены разные трамблеры.

2) Коммутатор. Коммутатор отвечает за прерывание электрического тока, идущего по катушке зажигания. Это реакция на сигналы, которые исходят из распределительного датчика. Каждый коммутатор «умеет» отключать электрический ток, причем даже тогда, когда включено зажигание, или же работает двигатель.

3) Катушка зажигания. Этот элемент необходим для преобразования низковольтного тока в высоковольтный. Подобная процедура крайне важна по причине необходимости пробивать воздушную прослойку, образовывающуюся между контактами электродов свечей.

4) Комплект проводов

5) Свечи для передачи искры в цилиндры.

Для того, чтобы установить электронное зажигание, Вам понадобятся:

1) Набор гаечных ключей;

2) Крестовидная отвертка;

3) Саморезы;

4) Электронная дрель и сверло, диаметр которого аналогичен саморезу.

Начинать установку электрического зажигания можно только по окончанию полноценной регулировки трамблера.

Последовательность действий следующая:

1) С трамблера нужно снять крышку, к которой идут высоковольтные электрические провода;

3) В стартерной системе происходят короткие включения, за счет чего нужно выставить линию резистора так, чтобы она образовывала с двигателем прямой угол. После выставления направления резистора запрещено проворачивать коленвал вплоть до окончания работ;

4) Справа на корпусе трамблера имеются 5 меток, которые нужны для того, чтобы регулировка зажигания была сделана правильно. Дабы правильно установить новый трамблер, необходимо отметить на моторе то место, которое расположено напротив средней отметки старого трамблера;

6) После демонтажа старого трамблера можно будет ставить новый. Это делается посредством помещения детали в мотор на основе той метки, которая была поставлена ранее;

7) После установки и регулировки нового трамблера, его нужно будет зафиксировать гайкой;

8) После закрепления трамблера можно будет вернуть на место крышку, а после этого можно подключать к крышке электропровода.

9) После манипуляций с трамблером, необходимо заменить катушку, так как катушки контактного и электронного зажигания различны между собой;

10) После переустановки катушки нужно подвести к зажиганию провода. Важно не забыть о трехштырьковом высоковольтном проводе, соединяющем катушку с трамблером;

11) После окончания работ с катушкой можно переходить к установке коммутатора. Наиболее простое решение – это размещение коммутатора в свободной области между омывателем и левой фарой. Для того, чтобы закрепить элемент, необходимо будет сделать под размер его «ушей» отверстия, а сам коммутатор крепиться с помощью саморезов. После монтажа нужно будет «бросить» провод от коммутатора к системе зажигания;

12) После окончания всех работ нужно проверить правильность подключения проводов. Ориентиром для этого будут сервисная книжка Вашей машины, а также схема, имеющая в комплекте элементов электронного зажигания.

Неисправности электронного зажигания

Во время использования автомобиля любой его компонент может выйти из строя, в том числе это касается системы зажигания. Были выделены дефекты, которые характерны для любой системы зажигания:

- выход из стоя свечей системы зажигания;

Поломка катушки;

Проблема с высоковольтными и низковольтными проводами (наличие обрыва, окисленные контакты, недостаточно плотное соединение и т.д.).

В системе электрозажигания также могут возникнуть неполадки, связанные с неисправностями ЭБУ и входными датчиками.

Система зажигания ломается по следующим причинам:

1) Были нарушены правила эксплуатации автомобиля (в машину заливался некачественный бензин, авто вовремя не обслуживалось, а если диагностика и проводилась, то она могла быть выполнена неквалифицированным мастером);

2) В машину ставились некачественные конструктивные элементы (катушки, свечи системы зажигания, провода высокого напряжения и т.д.);

3) Поломка произошла под воздействием фактором извне (атмосферное воздействие, механическое повреждение).

Наиболее распространенный дефект электронной системы зажигания – это выход из строя свечей. К счастью, сегодня эти элементы могут приобрести все автомобилисты, посему устранение этой поломки не займет много времени.

Указать на неисправности системы электронного зажигания поможет даже внешняя диагностика. Легче всего заметить, как реагирует зажигание на неисправности, которые есть в топливной системе и системе впрыска горючего. Посему диагностировать систему зажигания нужно в комплексе с данными системами.

Внешние признаки поломки зажигания:

1) Увеличенный расход горючего;

2) Сниженная мощность движка;

3) На холостом ходу двигатель работает неустойчиво;

4) Запускать двигатель стало труднее.

В случае системы электронного зажигания плохая работа двигателя, его затрудненный запуск сигнал к тому, что произошел пробой или обрыв проводов высокого напряжения, вышли из строя свечи, сломан ЭБУ, датчик частоты вращения коленвала или датчика холла. Если же Ваш автомобиль стал «съедать» больше горючего, а двигатель стал выдавать меньшую мощность, то это может свидетельствовать о том, что вышки из строя свечи, входные датчики или ЭБУ.

Перед тем, как ехать к специалисту, постарайтесь самостоятельно произвести диагностику системы зажигания, так как велика вероятность самостоятельного обнаружения дефекта. В этом случае Вы просто замените свечи или катушку, и снова будете «на коне». Успехов.

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

Многолетняя эксплуатация на отечественных и зарубежных автомобилях электронных блоков зажигания, собранных по статье Ю. Сверчкова усовершенствованиями, предложенными Г. Карасевым , показала, что эти усовершенствования вместе с положительными качествами (увеличение длительности искры, например) приводят к появлению сбоев в искрообразовании на частоте вращения коленчатого вала 3000 мин-1 и более. Более того, оказалось, что полностью устранить эти сбои исключительно трудно, даже если точно следовать рекомендациям, данным в .

На стадии налаживания блока было установлено, что появление на зажиме "К" катушки зажигания полуволны напряжения после закрывания диода VD5 (обозначения элементов здесь и далее соответствуют схеме на рис. 1 в ) крайне нестабильно. Характеристики этой полуволны сильно зависят не только от номиналов конденсатора С2 и резистора R4, но и от напряжения питания, и в еще большей степени от ширины искрового промежутка.

После установки на автомобиль блока, отрегулированного и работающего на стенде без сбоев в интервале частоты формирователя импульсов 10...200 Гц с двумя периодами разрядки конденсатора C3 при напряжении питания 14 В, искровом промежутке 7 мм, сбои в искрообразовании проявлялись на высоких оборотах коленчатого вала. Не помогало ни различное сочетание значений емкости конденсатора С2 (от 0,01 до 0,047 мкФ) и сопротивления резистора R4 (от 300 до 1500 Ом), ни даже подборка тринистора VS1 по току управления.

Сбои полностью исчезали при номинале резистора R4 свыше 1,5 кОм и конденсатора С2 0,01 мкФ, т. е. при однопериодном искрообразовании в соответствии со схемой блока Ю. Сверчкова. Несколько лет блок безотказно работал с удаленной цепью удлинения искры C2R3R4VD6.

Анализ осциллограмм напряжения на зажиме "К" катушки зажигания, полученных на установленном в автомобиль блоке зажигания с цепью удлинения искры, при различной частоте искрообразования, приводит к выводу, что причина появления сбоев в искрообразовании кроется в нестабильности скорости нарастания полуволны напряжения на конденсаторе C3, следующей за закрыванием диода VD5.

Поэтому приходится признать, что метод увеличения длительности искрового разряда тринисторно-конденсаторным блоком путем подачи на управляющий электрод тринистора повторного открывающего импульса, формируемого остаточным напряжением на накопительном конденсаторе, для практического использования в автомобиле непригоден.

Реализовать на практике идею увеличения длительности искрового разряда в конденсаторном блоке зажигания удалось благодаря использованию вместо тринистора мощного составного транзистора КТ898А, специально разработанного для автомобильных систем зажигания. Схема модернизированного блока показана здесь на рис.1 (далее обозначения элементов соответствуют этой схеме).

Цепь управления разрядкой накопительного конденсатора С2 существенно упрощена по сравнению с . Постоянную времени зарядки управляющего конденсатора C3 определяют номиналы элементов C3 и R3 и сопротивление диода VD7, а разрядки - C3 и R4, VD6 и сопротивление эмиттерного перехода транзистора VT2.

Ток базы транзистора VT2 зависит от напряжения на конденсаторе C3, сопротивления диода VD6, резистора R4 и напряжения питания, что позволяет наладить блок в стендовых условиях.

Для налаживания подключают блок к регулируемому источнику питания напряжением до 15 В и с током нагрузки 3...5 А и к катушке зажигания, устанавливают искровой промежуток 7 мм между ее центральным выводом и зажимом "Б". К контакту 6 разъема X1.1 подключают выход формирователя прямоугольных импульсов скважностью 3 и нагрузочной способностью не менее 0,5 А.

Очень удобно для налаживания воспользоваться октан-корректором со вспомогательными устройствами (надо только замкнуть переменный резистор R6 по рис. 1 в . В налаживаемом блоке вместо постоянного резистора R3 подключают переменный номиналом 2,2 кОм, установив его движок в положение максимального сопротивления. Включают источник питания на напряжение 14 В и подают на вход управляющие импульсы частотой от 10 до 200 Гц, контролируя осциллографом форму напряжения на зажиме "К" катушки зажигания - она должна соответствовать показанной на рис. 2.

Если на осциллограмме виден только один период колебания напряжения, вращением движка переменного резистора добиваются появления второго периода с обязательной видимой четкой границей окончания искрообразования. Затем уменьшают напряжение питания до 12 В и повторяют предыдущую операцию. После этого проводят контрольную проверку работы на частоте 10...200 Гц при напряжении питания 12...14 В. Измеряют сопротивление введенной части переменного резистора и впаивают постоянный резистор ближайшего номинала Обычно сопротивление R3 находится в пределах от 200 до 680 Ом. В отдельных случаях может потребоваться подобрать конденсатор C3 в пределах 1 ...3,3 мкФ.

Уменьшение постоянной времени зарядки конденсатора C3 из-за резистора R3 не ухудшает защищенности блока от импульсов "дребезга" контактов прерывателя, так как процесс "дребезга" короче времени, в течение которого ток базы транзистора VT2 достигнет значения, достаточного для его открывания. При использовании блока совместно с октан-корректором помехи, связанные с "дребезгом", подавляются еще более надежно.

Емкость накопительного конденсатора С2 блока зажигания увеличена до 2 мкФ с целью увеличения времени его разрядки. В этом случае длительность первого периода разрядки равна 0,4 мс. Для того чтобы конденсатор успевал заряжаться до возникновения очередного цикла искрообразования, преобразователь в блоке необходимо форсировать, увеличив толщину набора пластин трансформатора Т1 до 8 мм, а при налаживании блока по методике Ю. Сверчкова подборкой резистора R1 добиться напряжения 150... 160 В на конденсаторе С2 (конденсатор при этом необходимо зашунтировать резистором сопротивлением 1,5 кОм мощностью не менее 5 Вт). В таком варианте исполнения преобразователь в блоке продолжает надежно работать в течение уже более 6 лет.

Диод VD5 по схеме рис. 1 в из блока исключен; его функцию выполняет встроенный защитный диод транзистора VT2 блока. Конденсатор С2 - МБГО, C3 - К53-1 или К53-4, К53-14, К53-18; применять алюминиевые конденсаторы из-за большого тока утечки и невысокой надежности нельзя. Транзистор КТ898А можно заменять только на КТ897А, КТ898А1 или на зарубежные BU931Z, BU931ZR BU931ZPF1, BU941ZPF1. Разъем Х1 состоит из вставки ОНП-ЗГ-52-В-АЭ и розетки ОНП-ЗГ-52-Р-АЭ.

Описываемый блок можно применять в автомобилях семейств ВАЗ-2108 и ВАЗ-2109, для чего потребуется подключить к блоку левее разъема Х1.1 по схеме рис. 1 согласующий узел, собранный по схеме на рис. 3 (крестом отмечено место разрыва цепи). Если же предполагается совместно с блоком зажигания использовать октан-корректор , из согласующего узла следует исключить резисторы R1, R4 и конденсаторы С1, С2, замкнуть резистор R2 и диод VD1 и соединить выход октан-корректора (резистор R7) с базой транзистора VT1 узла. Стабилитрон Д816А надо заменить на Д815В, плюсовой провод питания корректора подключить к контакту 5 разъема Х1.1. Конденсаторы в узле С1 - КМ-5 (КМ-6, К10-7, К10-17), С2 - К73-9(К73-11).

При использовании блока на автомобилях других типов, имеющих контактный прерыватель, для питания октан-корректора следует установить параметрический стабилизатор напряжения, рис. 4.

Вывод конденсатора прерывателя Спр отключают и припаивают его к контакту 7 розетки Х1.2. Теперь для перехода на обычное зажигание достаточно вставить в розетку Х1.2 вилку-заглушку Х1.3, у которой соединены вместе контакты 1,6,7 (на схеме рис. 1 она не показана). Чтобы не выводить провод от конденсатора прерывателя Спр к розетке Х1.2 в вилке Х1.3, можно предусмотреть конденсатор С4 К73-11 емкостью 0,22 мкФ на напряжение 400 В, подключив его между контактами 1, 6, 7 и контактом 2. В этом случае конденсатор Спр просто демонтируют.

После проведения указанной модернизации блок обеспечивает бесперебойное искрообразование с двумя периодами общей длительностью искры не менее 0,8 мс при частоте вращения коленчатого вала двигателя от 30 до 6000 мин-1 и изменении напряжения бортовой сети автомобиля от 12 до 14 В. Двигатель стал работать "мягче", улучшилась динамика автомобиля.

При снижении напряжения питания до 6 В блок сохраняет бесперебойное искрообразование с одним периодом в указанных пределах частоты вращения коленчатого вала, причем двупериодное искрообразование сохраняется до частоты вращения 1500 мин-1 при уменьшении бортового напряжения до 8 В, что существенно облегчает запуск двигателя.

Применение в блоке коммутирующего транзистора вместо тринистора позволяет также повысить энергию искры за счет практически полной разрядки накопительного конденсатора через первичную обмотку катушки зажигания, как в конденсаторных блоках зажигания с импульсным накоплением энергии. Этот вариант работы стал возможным благодаря тому, что блок Ю. Сверчкова не боится замыкания накопительного конденсатора С2. Реализация указанного качества достигнута включением диода VD8 параллельно первичной обмотке катушки зажигания (на схеме блока он показан штриховыми линиями).

Процесс разрядки накопительного конденсатора для блока зажигания с непрерывным накоплением энергии в конденсаторе несколько необычен. При замыкании контактов прерывателя заряжается управляющий конденсатор C3, и в момент их размыкания он оказывается подключенным плюсовой обкладкой через диод VD6 к базе транзистора VT2, а минусом через резистор R4 - к эмиттеру. Транзистор VT2 открывается и остается открытым до тех пор, пока ток его базы - ток разрядки конденсатора C3 - остается для этого достаточным.

Накопительный конденсатор С2 подключен через транзистор VT2 к первичной обмотке катушки зажигания и разряжается в течение первой четверти периода так же, как в блоке . Когда напряжение на зажиме "К" катушки перейдет через нулевое значение, диод VD8 открывается. Ток в цепи в этот момент достигает максимума. Открытый диод VD8 шунтирует конденсатор С2, соединенный через открытый транзистор VT2 с обмоткой I катушки, и, следовательно, перезарядки конденсатора не происходит, он разряжается полностью на обмотку I катушки зажигания и вся его энергия переходит в ее магнитное поле.

Открытый диод VD8 поддерживает ток в контуре, образованном им и обмоткой I, и возникший в течение первой четверти периода искровой разряд. После того как вся запасенная энергия катушки будет израсходована, искровой разряд прекращается. Следует отметить, что в этом случае, в отличие от случая колебательного процесса разрядки конденсатора С2, длительность разрядки не зависит от состояния транзистора VT2 и определяется только емкостью конденсатора С2 и характеристиками катушки зажигания.

Таким образом, транзистор VT2 может закрыться до или после окончания искрового разряда, что снижает требования к точности регулировки блока. Достаточно наладить его на стенде для случая колебательного процесса, а затем просто припаять диод VD8. Это свойство блока делает его универсальным. Например, если требуется повышенный ресурс свечей зажигания, блок используют в колебательном режиме, длительность искрового разряда 0,8 мс, уверенный запуск двигателя в любых условиях. А когда требуется высокая энергия искры (повышенные требования к уровню токсичности выхлопных газов), блок используют с токовым процессом разрядки, установив диод VD8. Искровой разряд во время испытаний блока с диодом имеет вид шнура сине-малинового цвета, как у транзисторных систем.

Для модернизации уже изготовленных блоков никаких существенных переделок не требуется. Транзистор КТ898А и диод КД226В свободно размещаются на существующей плате вместо тринистора VS1 и цепи удлинения искры C2R3R4VD6. Теплоотвод транзистору совершенно не нужен, поскольку длительность протекающего через него импульса тока несоизмеримо меньше, чем в транзисторных системах.

После модернизации значительно увеличивается импульсный ток, потребляемый блоком зажигания при работе двигателя (при остановленном двигателе ток остался прежним - 0,3...0,4 А). Поэтому целесообразно между контактом 4 разъема Х1 и общим проводом подключить оксидный блокирующий конденсатор емкостью 22 000 мкФ на напряжение не менее 25 В.

Разумеется, описанной модернизацией блока не исчерпываются возможности дальнейшего наращивания длительности и энергии искрового разряда. Так, например, был опробован способ подключения первичной обмотки катушки зажигания к источнику питания в момент окончания цикла искрообразования. И хотя такой блок получается более сложным и, соответственно, менее надежным, в целом по этим показателям он превосходит многие другие, описанные в журнале.

Фрагмент схемы усовершенствованного варианта изображен на схеме рис. 5 (преобразователь по-прежнему остается неизменным).

После размыкания контактов прерывателя процессы, протекающие в блоке в первую четверть периода разрядки накопительного конденсатора С2, аналогичны описанным выше (фаза 1 на рис. 6), однако, кроме этого, происходит зарядка конденсатора С4 через резисторы R4, R5, эмиттерный переход транзистора VT3. Зарядный ток этого конденсатора открывает транзистор VT3 и удерживает его в этом состоянии в течение времени, определяемом параметрами элементов зарядной цепи.

После того как напряжение на зажиме "К" катушки зажигания перейдет через нулевое значение в конце первой четверти периода и превысит прямое напряжение диода VD9, он откроется и зажим "К" через диод VD9 и транзистор VT3 будет подключен к общему проводу. Через первичную обмотку катушки зажигания потечет ток от источника питания, суммируясь с током разрядки конденсатора С2 и поддерживая возникший искровой разряд (фаза 2).

Далее ток базы транзистора VT3 становится столь малым, что транзистор закрывается, отключая первичную обмотку катушки зажигания. Возникающий при этом всплеск напряжения на зажиме "К" - около 200 В (фаза 3 на рис.) - оказывается достаточным для повторного пробоя искрового промежутка, так как к этому моменту искровой разряд фактически еще не был закончен и повторный пробой происходит в подготовленной среде. Далее разряд протекает, как в транзисторной системе (фаза 4 на рис. 6).

После замыкания контактов прерывателя конденсатор С4 быстро разряжается через резистор R5 и диод VD10, подготавливаясь к очередному циклу искрообразования.

Суммарная длительность искрового разряда в усовершенствованном блоке равна 2 мс и остается практически постоянной в интервале частоты формирователя импульсов от 10 до 200 Гц при напряжении питания 14 В.

Налаживание этого блока сложности не представляет. Сначала налаживают его с отключенным транзистором VT3 так же, как описано выше. Затем подключают транзистор VT3, вместо постоянного резистора R5 подключают переменный сопротивлением 2,2 кОм и устанавливают его движок в положение наибольшего сопротивления.

Включают источник питания и устанавливают напряжение 14 В. Вращением движка переменного резистора добиваются, чтобы форма напряжения на зажиме "К" катушки зажигания соответствовала показанной на рис. 6 в интервале частоты формирователя импульсов от 10 до 200 Гц, после чего вместо переменного резистора впаивают постоянный соответствующего сопротивления (обычно - от 430 до 1000 Ом).

Испытания были проведены с катушкой зажигания Б115 для контактной системы автомобиля ГАЗ-24 при замкнутом добавочном резисторе. Замыкания этого резистора можно не опасаться - катушка не перегреется, так как время искрового разряда, формируемого блоком в каждом цикле, меньше времени нахождения катушки подтоком при замкнутых контактах прерывателя в обычной системе зажигания. В случае применения других катушек зажигания оптимальную емкость конденсаторов C3 и С4 может потребоваться уточнить экспериментально.

Эффективность работы узла на транзисторе VT3 оценивают, отключив после налаживания конденсатор С4. Устанавливают частоту искрообразования 200 Гц и касаются выводом конденсатора С4 в месте его отключения - звук искрового разряда должен изменяться, а шнур искры - становиться немного толще, с образованием вокруг него светлого облачка ионизированного газа, как у искрового разряда, формируемого транзисторными системами. Опасности повреждения транзистора VT3 при этом нет.

Транзистор VT3 необходимо установить на корпус блока, смазав прилегающую к нему поверхность пастой КПТ-8 или смазкой Литол-24. Если вместо КТ898А1 (или BU931ZPF1) использован другой транзистор, под него придется подложить изолирующую слюдяную прокладку.

Чертеж печатной платы блока по схеме рис. 1 представлен на рис. 7.

Плата разработана таким образом, чтобы максимально облегчить сборку любого описанного в статье варианта блока зажигания. Резистор R1 для удобства налаживания составлен из двух - R1.1 и R1.2. Вместо диодов Д220 можно использовать КД521А, КД521В, КД522Б; вместо Д237В подойдут КД209А-КД209В, КД221В, КД221Г, КД226В-КД226Д, КД275Г, а вместо КД226В (VD8) - КД226Г, КД226Д, КД275Г. Для октан-корректора надо предусмотреть отдельную плату.

Трансформатор Т1 собран на магнитопроводе Ш16х8. Пластины собраны встык, в зазор вложена полоска стеклотекстолита толщиной 0,2 мм. Обмотка I содержит 50 витков провода ПЭВ-2 0,55 (можно толще - до 0,8), обмотка II - 70 витков провода ПЭВ-2 диаметром от 0,25 до 0,35 мм, обмотка III - 420-450 витков провода ПЭВ-2 диаметром от 0,14 до 0,25 мм.

Фото одного из вариантов блока зажигания (без кожуха) показано на рис. 8.

Литература

1. Сверчков Ю. Стабилизированный многоискровой блок зажигания. - Радио, 1982, № 5, с. 27-30.
2. Карасев Г. Стабилизированный блок электронного зажигания. - Радио, 1988, № 9, с. 17, 18.
3. На вопросы читателей отвечают авторы статей и консультанты. - Радио, 1993, № 6, с. 44,45 (Г.Карасев. Стабилизированный блок электронного зажигания. - Радио, 1988, № 9, с. 17,18; 1989, № 5, с. 91; 1990, № 1.С.77).
4. Сидорчук В. Электронный октан-корректор. - Радио, 1991, № 11, с. 25. 26.
5. Адигамов Э Доработанный электронный октан-корректор. - Радио, 1994, № 10, с. 30,31.

Читайте и пишите полезные