02.04.21

[Домашняя]

В связи с существенными недостатками классической контактной системы зажигания бензиновых двигателей внутреннего сгорания разработано множество различных схем электронного зажигания, исключающих целый ряд этих недостатков. Большинство схем содержат много деталей и сложны в изготовлении. В статье описаны схемы электронного зажигания (коммутаторы), содержащие минимальное количество деталей, простые в изготовлении и наладке. Схемы испытаны автором в процессе длительной эксплуатации и показали свою эффективность в работе двигателя и при его запуске даже в холодное время года, благодаря новообразованию в свечах зажигания при напряжении от 6 В и выше. Если в классической системе зажигания напряжение от бортовой сети подается через контактный прерыватель непосредственно на первичную обмотку катушки зажигания, то в электронной системе зажигания напряжение на эту катушку подается через выходной транзистор, управляемый током прерывателя и предварительным усилителем. Активное сопротивление первичной обмотки катушки зажигания около 2 Ом, в результате чего через замкнутые контакты прерывателя протекает ток порядка 6 А, что и является причиной их «подгорания». При размыкании контактов также происходит искрение, в результате чего ток в катушке зажигания не исчезает мгновенно, так как какое-то время протекает через электрическую дугу между контактами прерывателя до ее исчезновения. Приведенные ниже схемы электронного зажигания при напряжении питания 13,5 В потребляют ток не более 5 А, о напряжение на контакты прерывателя подается через резистор сопротивлением порядка 390 Ом, что уменьшает ток через них до 30 мА, который не вызывает искрения, а при размыкании контактов выходной транзистор закрывается практически мгновенно, размыкая цепь катушки зажигания. Благодаря крутому фронту отключения катушки и отсутствию потерь на электрическую дугу в прерывателе устойчивая искра в свечи зажигания появляется при напряжении уже 5...6,5 В, т.е. понижение напряжения в бортовой сети при включении автомобильного стартера до 8...9 В не повлияет на запуск двигателя. Эти выводы подтверждены практикой и испытаниями разных схем электронного зажигания на специальном стенде, что будет описано ниже.

Коммутатор №1

Первоначально было изготовлено и испытано в эксплуатации на автомобиле ЛУАЗ транзисторное электронное зажигание (коммутатор), разработанное С. Степановым. Принципиальная схема показана на рис.1. Печатная плата (рис.2) была разработана с учетом установки ее в собранном виде в корпусе от электрической розетки.

Выходной транзистор закреплен снаружи на ребристом радиаторе и подключен к плате монтажными проводниками. Конструкция в сборе, показанная на рис.3, содержит переключатель для перевода зажигания в штатный режим на случай отказа электроники.

Устройство показало хорошие результаты и явное преимущество перед штатной системой зажигания при запуске двигателя, но по причине отсутствия развязки цепи прерывателя по постоянному току при заглушённом двигателе и не выключенном зажигании, схема может потреблять ток до 4 А, в зависимости от разброса параметров транзисторов VT1-VT4. Устранить этот недостаток можно путем подбора резисторов в цепях этих транзисторов, что создает определенные трудности при наладке, но не исключает ее использование при отсутствии другой элементной базы. В связи с указанными недостатками появилась необходимость разработать более технологичную, эффективную и надежную схему коммутатора с применением более современных транзисторов и с меньшим количеством деталей.

Коммутатор №2

Проанализировав ряд транзисторных схем (схемы с трансформаторами и тиристорами не рассматривались принципиально), автор пришел к схеме коммутатора на двух составных транзисторах с развязкой цепи прерывателя конденсатором С1. Принципиальная схема устройства показана на рис.4.

После подбора параметров и испытаний схемы на макетной плате и положительных результатах была разработана и изготовлена печатная плата (рис.5), которая в собранном виде установлена в корпус от промышленного электронного зажигания (рис.6).

На испытательном стенде устройство давало устойчивую искру при напряжении питания 6,5 В и токе потребления 1,5 А. При напряжении питания 13,5 В ток потребления не превышал 4 А во всем диапазоне частоты управляющих импульсов, имитирующих работу прерывателя. При остановке двигателя и замкнутых контактах прерывателя, конденсатор С1 разряжается, и ток потребления схемой уменьшается до величины, определяемой номиналом R1. Для подключения устройства к электрической схеме автомобиля в моторном отсеке установлено октальная ламповая панелька, подключенная к деталям штатной системы зажигания многожильным монтажным проводом сечением 1 мм2. Выводы устройства подключены к октальному штыревому разъему от ПТК старого телевизора. На рис.4 в скобках показаны номера выводов ламповой панельки. К выводу 8 панельки подключен потенциальный вывод штатного конденсатора, отсоединенного от прерывателя автомобиля. Для перевода системы зажигания в штатный режим изготовлена перемычка из октального цоколя радиолампы, в котором соединены между собой штырьки 4,5 и 8. При отказе электронного зажигания вместо него в панельку вставляется эта перемычка или резервное устройство электронного зажигания. Для испытаний и настройки различных схем электронного зажигания был изготовлен простой стенд с применением двух готовых регулируемых источников питания, катушки зажигания, искрового разрядника, клемника и реле, выполняющего функции автомо­бильного прерывателя. Для возможности получения сравнительных характеристик электронных устройств со схемой штатной системы зажигания на стенде установлен конденсатор емкостью 0,25 мкФ. Принципиальная схема стенда показана на рис.10, конструкция стенда в рабочем состоянии - на рис. 11.

В качестве источника питания схемы электронного зажигания БП1 использовано зарядное устройство типа «Дельта», позволяющее измерять и изменять напряжение в пределах 0...15 В и ток в пределах 0...10 А. В качестве источника питания реле - прерывателя БП2 использован самодельный блок питания с регулировкой напряжения в пределах 0...24 В и максимальным током 3 А. В качестве реле - прерывателя К1 использовано реле с мощными контактами типa KR12,5 ELESTA, позволяющее стенду работать и в режиме штатной системы зажигания. Если такая функция не требуется, то можно использовать маломощное реле на напряжение 12 В с парой перекидных контактов и током коммутации не менее 300 мА, например, типов РЭС-6, РЭС-9 и т.п. Изменением напряжения БП2 регулируется частота срабатывания К1, имитирующего работу прерывателя, зависящую от оборотов двигателя автомобиля. Для подключения электронных устройств к стенду желательно к его клеммнику подключить октальную ламповую панельку с распайкой выводов, указанных в скобках на рис.10 и соответствующих рис.4. Это позволяет оперативно подключать и отключать устройства для подбора и замены деталей при настройке или ремонте. Производители промышленных коммутаторов гарантируют их работу при минимальном напряжении 8 В. Для надежного запуска двигателя автомобиля с большим пробегом, не полностью заряженным аккумулятором и в холодное время года желательно, чтобы электронное зажигание работало от напряжения не менее 6 В, что позволяют обеспечить предлагаемые схемы. На рис. 11 показано в работе устройство, собранное по схеме рис.7, устойчиво работающее от напряжения 5 В. В правой части рис.11 виден многоискровой разряд при расстоянии между контактами разрядника 12 мм и напряжении питания устройства 12 В. Дело в том, что при повышенном давлении газовой смеси, как это происходит в цилиндрах двигателя, длина разрядного участка должна уменьшаться пропорционально росту давления. При давлении, создаваемом в цилиндрах, равном 10 атм., искра в свечах зажигания может достигать длины 1,2 мм. В связи с этим специалисты рекомендуют при применении электронного зажигания увеличить зазор между электродами свечей на 20%, что обеспечивает более полное сгорание топлива, снижает его расход и выброс в атмосферу углекислого газа [1]. Наладка устройств и детали. В большинстве случаев устройства со схемами рис.4 и рис.7 нормально работают без подбора транзисторов и других деталей. В отдельных случаях требовалось незначительно увеличить номинал резистора R2 для обеспечения работы схемы при напряжении питания 5...6 В. Существенное изменение емкости конденсатора С2 может ухудшить интенсивность искрообразования. Выходной составной транзистор может быть составлен из двух транзисторов типа КТ872А или двух - типа КТ8114А. Оконечный транзистор BU508DF1 можно заменить транзисторами BU2508AX, С5297, К2716, С4769. Предоконечный транзистор КТ8110Б можно заменить транзисторами КТ872А, 2SC2335, D1545 и другими с аналогичными параметрами. При отсутствии внутри выходного транзистора встречно-параллельного диода необходимо зашунтировать его диодом КД209Б, КД209В или другим с аналогичными параметрами (анод диода соединить с эмиттером, а катод - с коллектором транзистора). В схеме рис.4 транзистор VT1 можно заменить транзисторами типов КТ501Е, КТ502Б, КТ502Г, а вместо транзистора VT2 применить транзисторы типов КТ837Н, КТ837Ф. Выходные транзисторы крепятся на радиаторе площадью не менее 100 см2. При использовании для установки коммутатора пластмассового корпуса, охладитель с транзисторами монтируют снаружи. В любом случае охладитель должен быть изолирован от транзисторов. Конденсатор С1 желательно применить малогаба­ритный керамический емкостью 2,2...4,7 мкФ на напряжение не менее 25 В, но можно использовать и электролитический емкостью до 20 мкФ 25 В с обязатель­ным соблюдением полярности, указанной на схемах. Увеличение его емкости на работу устройства не влияет, а только увеличивает время уменьшения потребляемого устройством тока при остановке двигателя. Конденсатор С2 рекомендуется применить типа К73-11 или К73-17. В заключение следует отметить, что приведенные схемы не являются пределом совершенства, и они могут быть доработаны. Например, между источником питания и коллектором выходного транзистора включить цепочку C2VD1, примененную в схеме рис.1 для улучшения искрообразования, применить биполярные транзисторы с более высокими параметрами, IGВТ- транзисторы и т.п.

Электрик №9 2010г стр. 48