САЙТ КРЫЛОВА ПАВЛА
Главная
Схемы Ветрогенераторы Собаки Стройка Книги О сельском хозяйстве и прочем


СХЕМЫ---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 1-50---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 51-100---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 101-150

Электронный блок зажигания для ВАЗ-2108 и 2109

С. ВЫЧУГЖАНИН, г. С.-Петербург

Многим владельцам вазовских "восьмерок" и "девяток" известно старое правило — не отправляться в дальние поездки без запасного электронного блока зажигания. И хотя в последние годы его надежность стала заметно выше, все равно он может доставить неприятности из-за своей непригодности к ремонту. Так или иначе, самодельные блоки зажигания себя еще далеко не изжили.

Блок зажигания современного автомобиля представляет собой устройство со сложным алгоритмом работы, выполненное из довольно дорогостоящих элементов. При изучении различных вариантов блока выяснилось, что основой большинства из них служат специализированная микросхема L497B, статья с подробностями её работы находится здесь (L497D1 — для поверхностного монтажа) и высоковольтный составной транзистор BU941ZP фирмы THOMSON. Иногда применяют отечественные аналоги этой микросхемы — КР1055ХА1, КС1055ХА1 (или ХА2, ХА4).

Электронный блок зажигания для ВАЗ-2108 и 2109



В отказавшем блоке, как правило, оказываются неисправными один или оба основных компонента. При попытке ремонта обнаруживается, что их стоимость в розничной торговле может превышать стоимость нового блока, а некоторые модели вообще не подлежат восстановлению, так как изготовлены поверхностным монтажом с заливкой компаундом. Кроме того, указанные элементы можно приобрести только в крупных городах.

Эти обстоятельства привели меня к необходимости разработки варианта блока зажигания меньшей стоимости и повышенной ремонтопригодности по сравнению с прототипом. В нем использованы недефицитные электронные элементы только отечественного производства, а корпус с теплоотводом — от неисправного блока.

Попутно были исследованы характеристики некоторых распространенных блоков. При этом установлено, что в разных системах зажигания для отсчета момента начала накопления энергии используют один из двух способов.

В первом анализируется скважность сигнала с датчика Холла,
а во втором — период.

У каждого способа есть достоинства и недостатки, так как эти блоки по-разному реагируют на изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Блок, использующий первый способ, быстрее реагирует на изменение часто ты, но более критичен к скважности входного сигнала. При другом способе выходной сигнал не зависит от скважности, но на изменение частоты блок реагирует медленнее. На очень низкой частоте вращения коленчатого вала, т. е. при пуске холодного двигателя, оба этих параметра нестабильны, что приводит к колебаниям времени накопления энергии в катушке зажигания. В этих условиях возможно даже выпадение отдельных искровых разрядов из общей серии.

Для борьбы с этим применяют два основных метода. Например, при возникновении нестабильности длительность импульсов намагничивания преднамеренно увеличивают, а с выходом на стационарный режим плавно возвращают к норме. Другой метод — это создание избыточной длительности. Так, на средних значениях частоты вращения коленчатого вала вполне достаточно длительности импульса намагничивания 5 мс, а у большинства блоков она равна 7,5... 10 мс (почти двукратный запас). Остальное время тратится на разогревание выходного транзистора и катушки зажигания (плоский участок ограничения тока на графике намагничивания [1]). В энергетическом балансе автомобиля эта величина мала, но для блока представляет значительную дополнительную нагрузку, снижая его надежность.



В разработанном устройстве были учтены указанные обстоятельства. Его принцип действия подробно описан в статье [2]. В отличие от промышленно выпускаемых систем время намагничивания уменьшено до 4...5 мс. Очевидно, что вероятность пропуска искровых разрядов при пуске двигателя при этом повышается в еще большей степени, из-за чего разработанный блок дополнен устройством компенсации выпадений искры.

Его действие основано на непрерывном контроле длительности импульсов намагничивания. Те, что имеют длительность 3 мс, "растягиваются" за счет небольшого отставания момента зажигания. На пуске двигателя это отразится положительно, поскольку незначительное запаздывание отдельных искр лучше, чем их отсутствие. К тому же такое возможно только на частоте искрообразования менее 10 Гц (когда стартер с трудом вращает вал холодного двигателя), и отставание по углу поворота коленчатого вала будет ничтожным и никак не влияющим на качество запуска.



В то же время КПД и надежность работы системы зажигания повышаются из-за почти полного отсутствия плоского участка на кривой намагничивания. Для более уверенного запуска холодного двигателя дополнительно предусмотрено формирование обратной зависимости длительности намагничивающего импульса от напряжения в бортовой сети автомобиля.

На рис. 1 представлены сравнительные характеристики рассматриваемого блока зажигания

Электронный блок зажигания для ВАЗ-2108 и 2109

(график 1) и двух промышленно выпускаемых (графики 2 и 3). По горизонтальной оси отложен период Твх импульсов (в мс), поступающих с датчика Холла. Соответствующие частота вращения коленчатого вала (оборотов в мин) — N=30000/Твx и частота искрообразования (в Гц) — F=1000/Tвх. График 3 соответствует наиболее современным блокам на дорогих электронных элементах, о которых сказано выше.

Горизонтальная линия (график 4) иллюстрирует работу "идеального" блока зажигания. К ней можно только приблизиться, так как импульсы формируются на основании прогноза, всегда обладающего погрешностью. Хорошо видно, что при низких значениях частоты, когда он затруднен, выходные импульсы имеют запас по длительности.

Прямая 5 соответствует импульсам датчика Холла. Их непосредственное использование недопустимо ввиду неизбежного перегревания блока зажигания на низких оборотах коленчатого вала. Часто именно такие импульсы и поступают некоторое время на катушку зажигания при неисправности блока прежде, чем он окончательно выйдет из строя. Характеристика блока должна находиться как можно ближе к горизонтальной линии.

Представленные графики сняты в стационарном режиме, в динамике возможны отклонения.

Принципиальная схема блока показана на рис. 2.

Электронный блок зажигания для ВАЗ-2108 и 2109

По аналогии со схемой на рис. 2 в [2] элементы R7, R3, VD1, R2, R5 образуют делитель напряжения, где точка соединения резисторов R2, R5 служит источником образцового напряжения, а диода VD1 и резистора R2 — порогового. В отличие от [2] отсчет напряжения здесь ведется относительно плюсового провода питания, а не общего провода (процессы инвертированы).

Сигнал с датчика Холла (ДХ) скважностью Q=1,5, пройдя через резисторы R10 и R4, перезаряжает интегрирующий конденсатор С2, вторым выводом подключенный к источнику порогового напряжения. Транзистор VT1, резистор R1 и конденсатор С3 образуют электронный переключатель, обеспечивающий "привязку" треугольного напряжения перезарядки к пороговому уровню.

Поскольку частотный диапазон искрообразования невелик (менее двух декад), оказалось возможным отказаться от генераторов тока, использовав резистор R4, а чтобы при этом ток зарядки и разрядки конденсатора С2 соответствовал скважности Q=1,5, пороговый уровень выбран примерно равным 2/3 от напряжения питания. В этом случае разрядка конденсатора будет происходить вдвое большим током, чем зарядка.

Через резистор R6 на вывод 7 компаратора подается входной сигнал, что обеспечивает выполнение на выходе формирователя логической операции И. Положительная ОС через резистор R8 создает небольшой "гистерезис" для более устойчивой работы устройства.

Для компенсации выпадений искровых разрядов предназначены логический узел на элементах DD1.1—DD1.4 и дифференцирующая цепь R11С5. Эта цепь принудительно формирует выходной импульс длительностью 3 мс, даже если на выходе компаратора DA1 в силу указанных выше обстоятельств он будет отсутствовать. Конденсатор С6 совместно с резистором R13 и диодом VD2 препятствует проникновению на выходную ступень постоянной составляющей, которая возникает при остановке двигателя, и защищает блок от перегревания в этом режиме.

Транзистор VT3 с резисторами R18—R20 образуют активный ограничитель базового тока выходного транзистора VT4, а следовательно, и максимального тока, протекающего через катушку зажигания КЗ. Выбором соотношения сопротивления резисторов R18, R19 устанавливают предельный коллекторный ток транзистора VT4 на уровне 7...9 А (плоский участок импульсов). Нужно заметить, что эта функция носит вспомогательный характер, так как в работе блока плоский участок практически отсутствует.

Диод VD3 защищает эмиттерный переход выходного транзистора от импульсов обратного напряжения, возникающих при колебательных процессах в катушке зажигания. Диод VD4 препятствует выходу из строя блока и датчика Холла при случайном изменении полярности напряжения питания. Диод VD1 вносит небольшую нелинейность по напряжению питания в работу делителя напряжения, обеспечивая увеличение длительности импульса намагничивания при снижении напряжения в бортовой сети.

Графики, изображенные на рис. 3, поясняют работу блока зажигания.

Электронный блок зажигания для ВАЗ-2108 и 2109

При этом на графике г показано временное положение импульсов компенсации выпадения относительно импульсов на выходе формирователя. График д иллюстрирует линейное увеличение тока намагничивания катушки зажигания.

Заштрихованные области графиков а и в показывают в качестве примера случай отклонения скважности входного импульса во втором периоде искрообразования и возникающее при этом укорочение импульса формирователя — график в. Искра от такого импульса будет слабой или ее не будет вовсе. Но так как выходной сигнал есть логическая сумма импульсов формирователя и компенсатора выпадений, то время намагничивания (график д) будет близким к оптимальному, хотя искра и возникнет с некоторым опозданием.

Все детали блока зажигания смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертеж платы показан на рис. 4.

Электронный блок зажигания для ВАЗ-2108 и 2109

Размеры платы соответствуют корпусу блока зажигания, выпускаемого фирмой "АСТРОН". Мощный транзистор VT4 припаян со стороны проводников для того, чтобы было удобнее разместить его теплоотвод. Между транзистором и теплоотводом необходимо поместить изолирующую прокладку, смазанную пастой КТП.

Большинство постоянных резисторов в устройстве — МЛТ или им подобные; подстроечный R3 — любой малогабаритный, но лучше использовать многооборотный из серии СП-5. Резистор R20 — С5-16МВ; его можно заменить отрезком тонкого провода из нихрома. Оксидный конденсатор С7 может быть К50-24 или К50-35, а конденсатор С6 — оксидно-полупроводниковый, например, К53-14или К53-19. Конденсатор С2 составлен из двух соединенных параллельно пленочных конденсаторов К73-17 или им подобных емкостью 0,22 мкФ.

Транзистор КТ361Б (VT1) должен иметь статический коэффициент передачи тока более 100; вместо него подойдет КТ3107 с любым буквенным индексом. Вместо транзистора КТ973А (VT2) допустимо использовать КТ814А или КТ814Б, но тогда сопротивление резистора R13 должно быть меньше раза в три, а емкость конденсатора С6 во столько же раз больше. Транзистор КТ898А (VT4) допустимо заменить на КТ8231А1 или импортный BU941ZP.

Наладить блок удобнее всего с помощью осциллографа и генератора прямоугольных импульсов высокого уровня скважностью, равной 3. К его выходу в качестве имитатора датчика Холла необходимо подключить ступень с открытым коллектором на любом маломощном n-p-n транзисторе. Инвертированные импульсы будут иметь скважность, равную 1,5. Требуется установить длительность формируемых блоком импульсов равной примерно 5 мс.

Для этого к блоку надо подать питание 12...14 В, а вместо катушки зажигания включить резистор сопротивлением от 10 до 100 Ом. Движок резистора R3 устанавливают в левое по схеме положение. Работа формирователя при этом прекращается, и выходные импульсы будет генерировать только устройство компенсации выпадений. Частоту генератора устанавливают равной 30 Гц. Наблюдают импульсы низкого уровня длительностью около 3 мс на коллекторе транзистора VT4, что свидетельствует о правильной работе устройства компенсации выпадений.

Увеличивая сопротивление резистора R3, устанавливают длительность импульсов на коллекторе транзистора VT4 около 5 мс — этим налаживание в общем и заканчивается. При изготовлении нескольких экземпляров блоков установленное сопротивление резистора R3 получалось равным примерно 1,3 кОм, поэтому можно попробовать сразу впаять постоянный резистор этого номинала.

Если приборы отсутствуют, наладить блок можно косвенным методом непосредственно на автомобиле, измеряя потребляемый устройством ток. Для этого резистор R3 также устанавливают в положение минимального сопротивления, к резистору R20 подключают милливольтметр постоянного тока, включают блок и запускают прогретый двигатель на холостых оборотах (около 800 мин-1). При длительности импульсов намагничивания около 3 мс (работает только компенсатор выпадений) потребляемый ток должен быть равен примерно 0,27 А, а милливольтметр должен показывать около 40 мВ.

Затем, перемещая движок резистора R3 вправо по схеме, добиваются увеличения тока до 0,5 А (напряжение — 75 мВ), что будет соответствовать импульсам длительностью 5 мс.


ЛИТЕРАТУРА
1. ВАЗ-2108...2109. Руководство по ремонту. — М.: АВТО-КНИГА, 1997, с. 132.
2. Вычугжанин С. "Прогнозирующий" формирователь импульсов. — Радио, 2001, № 12,с.42-44.
altay-krylov@yandex.ru