|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 1-50---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 51-100---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 101-150
Конденсаторная система зажигания.
А. Курченко, А. Синельников
Предлагаемая система зажигания отличается от описанной в сборнике «В помощь радиолюбителю», вып. 73 (М.: ДОСААФ, 1981) тем, что в ней накопительный конденсатор заряжается непрерывно, в связи с чем утечки в элементах вторичной цепи на работу системы не влияют.
Система помехоустойчива; нормально работает при наличии в бортовой сети импульсных помех с амплитудой до 80 В.
Режим многократного искрообразования не предусмотрен. Переключение с электронной системы на обычную батарейную производится с помощью штепсельных разъемов.
Система обеспечивает получение стабилизированного вторичного напряжения 360±10 В при изменении напряжения питания от 6,5 до 15 В, а также при изменении температуры от —40 до +70 °С.
Ток, потребляемый системой, изменяется линейно от 0,4 А при остановленном двигателе до 1,8 А при частоте вращения вала четырехтактного четырехцилиндрового двигателя, равной 6000 об/мин.
Длительность искрового разряда 0,3 мкс, а его энергия не менее 5,9 мДж.
Электрическая принципиальная схема рассматриваемого устройства зажигания приведена на рис. 1.
Система зажигания состоит из прерывателя Пр, электронного блока ЭБ, устройства переключения с электронного зажигания на батарейное, состоящего из штепсельных разъемов ХР1, XS1, ХР2, катушки зажигания КЗ, выключателя зажигания ВЗ, аккумулятора GB, выключателя стартера ВСт.
Электронный блок ЭБ, в свою очередь, состоит из следующих основных узлов:
однотактного преобразователя напряжения на транзисторе VT2 и трансформаторе Т1;
устройства стабилизации, состоящего из стабилитрона VD9 и усилителя постоянного тока на транзисторах VT1 VT3, VT4, VT5;
накопительного конденсатора С3
устройства коммутации, состоящего из тиристора VS1, трансформатора управления Т2, резисторов R5, R6, конденсатора С2 и диода VD8;
разрядного диода VD7.
Работает устройство следующим образом. Допустим, что контакты прерывателя Пр в момент включения питания разомкнуты. После включения питания начинает работать преобразователь напряжения. Напряжение на накопительном конденсаторе С3 в это время отсутствует, поэтому стабилитрон VD9 и транзистор VT3 закрыты. Транзисторы VT4, VT5 при этом открыты. Первый из них током в его базу через резистор R11, а второй — током коллектора транзистора VT4 в его базу через резистор R14. Открытый транзистор VT5 шунтирует переход база — эмиттер транзистора VT1, вследствие чего последний закрыт и на работу преобразователя не влияет. Транзистор VT2 преобразователя первоначально открывается током в его базу через резистор R1. При этом полное напряжение питания прикладывается к обмотке 1 трансформатора Т1. В остальных обмотках трансформатора индуцируются напряжения. Отрицательное напряжение с начала обмотки II (начала обмоток на схеме рис. 1 обозначены точками) через диод VD5 и резистор R2 поступает на базу транзистора VT2 и переводит транзистор VT2 в состояние насыщения. Через обмотку I трансформатора T1 начинает протекать линейно нарастающий ток (t1 на рис. 2).
которое будем называть током разрыва, транзистор VT2 начинает запираться. Напряжение на нем увеличивается, а на обмотке I уменьшается. Вследствие этого напряжение на обмотке II тоже уменьшается, что ускоряет процесс запирания транзистора VT2, который запирается в течение нескольких микросекунд. Напряжение в обмотках трансформатора T1 изменяет свой знак. Положительное напряжение с начала обмотки II через резистор R4 прикладывается к базе транзистора VT2 и надежно запирает его. Ток через транзистор VT2 и обмотку I трансформатора T1 прекращается (t2 на рис. 2). На этом заканчивается прямой ход работы преобразователя. К диоду VD6 во время прямого хода с обмотки III прикладывается обратное напряжение, поэтому диод закрыт и вторичная цепь (элементы, расположенные на схеме рис. 1 правее диода VD6) на работу преобразователя влияния не оказывает.
Рис. 2. Временные диаграммы работы однотактного стабилизированного преобразователя напряжения: UIII, Uc3 — напряжение соответственно на обмотке III и конденсаторе С3, i1, — ток через обмотку I трансформатора T1
После разрыва тока в обмотке I трансформатора T1 начинается обратный ход работы преобразователя.
Энергия, накопленная в магнитном поле трансформатора, создает в его обмотках импульсы напряжения противоположной полярности. Положительный импульс с начала обмотки III открывает диод VD6 и заряжает накопительный конденсатор до напряжения, зависящего от энергии, накопленной в магнитном поле трансформатора во время прямого хода, и емкости накопительного конденсатора (t3 на рис. 2).
Если принять, что вся энергия, накопленная в магнитном поле трансформатора T1 за время прямого хода, переходит в энергию электрического поля конденсатора, то напряжение, до которого зарядится накопительный конденсатор, будет равно:
где iр — сила тока разрыва; L1 — индуктивность обмотки I.
Длительность импульса обратного хода также зависит от энергии, накопленной в трансформаторе, и емкости накопительного конденсатора С3 и, кроме того, как видно из рис. 2, она уменьшается по мере увеличения амплитуды импульса. Действительно, энергия каждого импульса постоянна — L1(ip)квадрат/2, следовательно, и площадь импульса постоянна, высота же импульса все время увеличивается и, следовательно, его длительность должна уменьшаться.
После окончания действия импульса обратного хода (t4 на рис. 2) положительное напряжение в обмотках трансформатора T1 исчезает, транзистор VT2 снова открывается и вышеописанные процессы повторяются.
Напряжение на накопительном конденсаторе ступенчато возрастает. Когда оно достигает заданного значения 350...360 В (t5 на рис. 2), которое определяется сопротивлением резисторов R7, R8, R9 и напряжением стабилизации стабилитрона VD9, последний открывается. Открываются транзисторы VT3, VT1, а транзисторы VT4, VT5 закрываются. Положительная обратная связь, осуществляемая через резистор R12, ускоряет процесс переключения транзисторов VT1, VT3, VT4, VT5 релейного усилителя и, кроме того, повышает его устойчивость. Конденсатор С4 также повышает устойчивость усилителя.
Переход коллектор-эмиттер открытого транзистора VT1 через диод VD1 шунтирует переход эмиттер-база транзистора VT2, вследствие чего последний закрывается, и преобразователь прекращает работу. Накопительный конденсатор медленно разряжается через резисторы R7, R8, R9, стабилитрон VD9 и сопротивления утечек тиристора VS1, диодов VD6, VD7 и собственное сопротивление изоляции. Через некоторое время напряжение на накопительном конденсаторе уменьшается настолько, что стабилитрон VD9 закрывается. Транзисторы VT3 и VT1 релейного усилителя закрываются, а транзисторы VT4, VT5 открываются. Преобразователь снова начинает работать (t6 на рис. 2). Первый же импульс обратного хода подзаряжает накопительный конденсатор, напряжение на нем увеличивается и снова открываются стабилитрон VD9 и транзисторы VT3 и VT1. Преобразователь опять прекращает свою работу и т. д.
Таким образом, средний уровень напряжения на накопительном конденсаторе поддерживается постоянным. При уменьшении напряжения питания уменьшается сила тока разрыва — ip, а следовательно, и энергия, накапливаемая в магнитном поле трансформатора за время прямого хода. Однако при этом частота работы преобразователя повышается и накопительный конденсатор начинает чаще подзаряжаться. В результате средний уровень напряжения на нем остается постоянным. Так, например, испытания показали, что при увеличении напряжения питания с 6,5 до 15 В, т.е. на 230 %, напряжение на накопительном конденсаторе увеличивается всего на 2 %, с 360 до 367 В.
То же самое происходит при увеличении тока утечки во вторичной цепи. Накопительный конденсатор начинает быстрее разряжаться, но и чаще подзаряжается. В результате средний уровень напряжения на нем остается постоянным.
Амплитуда пульсаций, или величина ступеньки напряжения на накопительном конденсаторе, в установившемся режиме зависит от энергии, запасаемой в магнитном поле трансформатора за время прямого хода. Чем эта энергия меньше, тем меньше величина ступеньки. На практике величина ступеньки не должна превышать 10...15 В. В противном случае напряжение искрообразования получается практически нестабилизированным. Действительно, поскольку работа преобразователя не стабилизирована с работой прерывателя, контакты последнего, могут размыкаться в любое время. Из рис. 2 видно, что напряжение, подводимое к катушке зажигания, будет больше, если прерыватель разомкнётся в , момент t5, а не t7. Если амплитуда ступеньки, например, будет равна 70 В, то напряжение искрообразования нельзя считать стабилизированным.
Вторым, и в то же время очень важным требованием, предъявляемым к преобразователю, если он предназначен для работы в системе зажигания, является его быстродействие. Он должен успеть зарядить накопительный конденсатор за время между двумя искрами, при максимальной частоте искрообразования 200 Гц, т. е. за 5 мс.
Быстродействие преобразователя в основном определяется силой тока разрыва ip. .Чем она больше, тем больше каждая порция энергии и тем быстрее заряжается накопительный конденсатор. При этом, правда, увеличивается и время нарастания тока. Однако последнее увеличивается пропорционально первой степени тока, а энергия — пропорционально квадрату тока. Поэтому общее время зарядки накопительного конденсатора при увеличении тока разрыва уменьшается. От индуктивности же первичной обмотки I трансформатора быстродействие преобразователя практически не зависит. Чем больше индуктивность, тем больше каждая порция энергии, но настолько же медленнее нарастает ток. Время прямого хода увеличивается. При увеличении индуктивности обмотки I, например путем увеличения сечения сердечника трансформатора, частота работы преобразователя снижается, конденсатор полностью заряжается, например, за 3—4 импульса обратного хода, однако общее время зарядки получается такое же, как и при меньшей индуктивности, когда конденсатор заряжается за 10—15 импульсов. Вместе с тем величина ступеньки в установившемся режиме в первом случае больше и, кроме того, трансформатор имеет большие габариты и массу.
Поэтому конструкция трансформатора преобразователя может быть самой различной. Необходимо только, чтобы потери в меди (в обмотке I) были примерно равны потерям в стали (в сердечнике), что можно определить по степени нагрева обмотки и сердечника (они должны нагреваться примерно одинаково). Кроме того, частота работы преобразователя в неустановившемся режиме (t1 — t5 на рис. 2) не должна превышать 10... 15 кГц, так как с увеличением частоты возрастают потери в транзисторе VT2 и сердечнике трансформатора.
При уменьшении напряжения питания уменьшается сила тока разрыва и, следовательно, увеличивается общее время зарядки накопительного конденсатора. Однако при этом и частота искрообразования мала, например при пуске двигателя стартером, и накопительный конденсатор все равно успевает полностью зарядиться.
Остановимся на назначении некоторых элементов преобразователя.
Диод VD1 защищает транзистор VT1 от напряжения положительной полярности, появляющегося в обмотке II (на базе транзистора VT2) во время обратного хода.
Диод VD4 компенсирует падение напряжения на диоде VD1, что необходимо для надежного запирания транзистора VT2 при отпирании транзистора VT1.
Благодаря диоду VD5, включенному параллельно с резистором R4, отрицательная полуволна напряжения с обмотки II проходит к базе транзистора VT2 через этот диод почти полностью, а положительная полуволна ограничивается на допустимом для транзистора VT2 уровне диодами VD2, VD3.
Цепочка R3C1 ограничивает амплитуду выброса напряжения на коллекторе транзистора VT2 (в обмотке I) в момент его запирания. Этот импульс возникает вследствие того, что время переключения транзистора КТ837 очень мало, значительно меньше, чем постоянная времени трансформатора T1, поэтому во время действия переднего фронта импульса обратного хода (в течение нескольких микросекунд) обмотка III с диодом VD6 и конденсатором С3 как бы еще не подключена, и амплитуда импульса ограничивается лишь паразитной емкостью обмотки I. Без цепочки R3C1 амплитуда импульса может достигать 70...80 В.
При замыкании контактов прерывателя через резисторы R5, R6 и диод VD8 начинает протекать ток. Напряжение на обмотке I трансформатора Т2 ограничено диодом VD8, в связи с чем амплитуда отрицательного импульса на управляющем электроде тиристора VS1 в момент замыкания контактов прерывателя не превышает 0,35 В. Ограничение напряжения на обмотке I, кроме того, обеспечивает увеличение времени нарастания тока.
Резисторы R5, R6 ограничивают ток через обмотку I и вместе с конденсатором С2 образуют фильтр НЧ, обеспечивающий необходимую помехоустойчивость системы зажигания.
К моменту размыкания контактов прерывателя ток в обмотке I достигает установившегося значения. В сердечнике трансформатора Т2 накапливается электромагнитная энергия. Поэтому в момент размыкания контактов в обмотках трансформатора возникают импульсы напряжения. Положительный импульс с конца обмотки II поступает к управляющему электроду тиристора VS1, вследствие чего последний переключается (t1 на рис. 3).
Рис. 3. Временные диаграммы работы системы зажигания с непрерывным накоплением энергии в момент преобразования: Uc3 — напряжение на накопительном конденсаторе С3, Iкз — ток через первичную обмотку катушки зажигания, Ucв — напряжение на свече зажигания
в обмотке, что позволяет устранить влияние дребезга контактов прерывателя.
Первичная обмотка катушки зажигания подключается к заряженному до напряжения 350 В накопительному конденсатору С3 и напряжение на ней в течение нескольких микросекунд возрастает до 350 В (Uкз). Скорость нарастания вторичного напряжения зависит от параметров катушки зажигания. При применении серийных катушек от обычной батарейной системы зажигания (например, Б117) искра возникает через 3...5 мкс после размыкания контактов прерывателя (t2 на рис. 3).
Индуктивность первичной обмотки катушки зажигания и накопительный конденсатор С3, соединенные между собой через переключившийся тиристор, образуют колебательный контур, в котором возникают затухающие колебания. Ток в контуре —Iкз, протекающий в это время через тиристор и первичную обмотку катушки зажигания, как видно из рис. 3, отстает от напряжения на 90°. Через четверть периода, в момент t3, ток в контуре достигает максимума, а напряжение на конденсаторе становится равным нулю, а затем меняет свой знак и делается отрицательным. Как только напряжение на накопительном конденсаторе становится отрицательным, открывается диод VD6 и через него и обмотку III трансформатора T1 начинает протекать ток Ivd6, нагружая преобразователь и не давая ему возможности начать работать. Через полпериода, в момент t4, ток в контуре становится равным нулю, и тиристор выключается. Однако благодаря диоду VD7 колебательный контур не разрушается. Напряжение на накопительном конденсаторе в это время (t4 на рис. 3) отрицательно, диод VD7 открывается и ток контура протекает теперь через него.
Еще через полпериода в момент t5 ток в контуре снова уменьшается до нуля, диод VD7 закрывается и колебательный контур разрушается. Первичная обмотка I катушки зажигания отключается от накопительного конденсатора, и искровой разряд в свече прекращается. Однако диод VD6 еще в течение примерно 150 мкс остается открыт, пока энергия, накопленная в магнитном поле трансформатора T1 (из-за протекания через обмотку III тока Ivd6), не будет израсходована на подзаряд накопительного конденсатора (t5 —t6 на рис. 3). Как видно из рис. 3, в момент t5, когда диод VD7 закрывается и колебательный контур разрушается, на накопительном конденсаторе имеется положительное напряжение U2, составляющее примерно 30 % первоначального напряжения U1. Значение напряжения U2 определяется энергией, выделяемой в искровом разряде свечи зажигания, которая может быть подсчитана по формуле
Энергия, выделяемая в искровом разряде, при прочих равных условиях зависит от размеров искрового промежутка свечи зажигания. С увеличением размеров искрового промежутка напряжение U2 уменьшается и, следовательно, энергия, выделяемая в искровом разряде, увеличивается.
Из рис. 3 видно, что длительность искрового разряда в описываемой системе (при работе с катушкой Б117) равна примерно 0,3 мс. Причем искровой разряд состоит из двух частей — положительной и отрицательной, соответствующих положительной и отрицательной полуволнам тока в первичной обмотке катушки зажигания.
Сравнительно малая длительность искрового разряда не является недостатком описываемой системы. Как показали исследования, в исправном и правильно рассчитанном двигателе после достижения нормального теплового режима воспламенение рабочей смеси происходит в течение 10... 15 мкс, и искровой разряд длительностью свыше 1 мс, имеющий место в батарейной или транзисторных системах зажигания, бесполезен и вызывает лишь эрозию электродов свечей, сокращая их срок службы. Искра длительностью 1,0 мс и более может оказаться полезной лишь при пуске двигателя на переобогащенной смеси, как горячего, так и холодного.
Здесь следует отметить, что в описываемой системе зажигания с однотактным преобразователем длительность искрового разряда нельзя увеличить путем подключения диодов параллельно первичной обмотке катушки зажигания, как это сделано в системе с импульсным накоплением энергии, описанной в ВРЛ № 73.
При подключении диодов система прекращает работать. Потребляемый ток увеличивается до 3 А, и искрообразование прекращается. Это происходит потому, что напряжение на накопительном конденсаторе во время искрообразования теперь не становится отрицательным. Преобразователь продолжает все время работать и коммутирующий тиристор не выключается. Преобразователь превращается в генератор тока, питающий тиристор.
Напряжение на накопительном конденсаторе при этом равно падению напряжения в переключившемся тиристоре.
Для того чтобы система, могла работать с диодом, ее необходимо снабдить дополнительным устройством, например заторможенным мультивибратором, запирающим транзистор VT2 преобразователя на время искрового разряда.
Конструкция и детали. Конструкция электронного блока может быть самой произвольной. Однако корпус блока должен быть изготовлен из алюминиевого сплава, что обеспечит хороший теплоотвод для нагревающихся элементов. Кроме того, он должен быть брызгозащищенным, так как попадание воды во время эксплуатации не исключено.
На радиаторах охлаждения должны быть установлены транзистор VT2, диоды VD4 и VD7, тиристор VS1. Остальные элементы располагаются на печатной плате. Разъем ХР1 устанавливается на корпусе блока. Из разъема ХР1 выходит жгут проводов различной длины и расцветки для подключения к соответствующим точкам схемы на автомобиле. Разъем ХР2 со стороны монтажа закрывается цилиндрической заглушкой, а со стороны штырей крышкой с цепочкой (чтобы крышка не терялась), и закрепляется на жгуте проводов разъема XS1.
Разъемы ХР1, ХР2 применены 2РМ 18Б 7Ш1В1, разъем XS1 — 2РМ. 18КПН 7Г1В1.
Типы полупроводниковых приборов, номиналы и мощности резисторов, а также номиналы конденсаторов указаны на схеме рис. 1. Постоянные резисторы применены типа МЛТ. Переменный резистор R8—СП5-1а, СП5-2. От качества этого резистора, от его временной стабильности зависит временная стабильность вторичного напряжения блока.
Конденсаторы C1, С4 могут быть любого типа: слюдяные, пленочные, керамические, металлобумажные и т. д., но обязательно неэлектролитические, на напряжение не менее 50 В, с любым допускаемым отклонением емкости от номинала и любым температурным коэффициентом емкости. Конденсатор С1, например, может быть МБМ-160-0,05±20 %, а конденсатор С4 — БМ-2-200В—0,01 ±20 %.
Конденсатор С3 — МБГЧ, МБГО, МБГП на напряжение менее 500 В. Можно также применить два конденсатора МБМ по 0,5 мкФ на 500 В, включив их параллельно.
Электролитические конденсаторы С2 и С5 К50-20, К53, К52 на напряжение не менее 25 В и емкостью, не менее указанной на схеме.
Трансформатор Т1 имеет сердечник Ш16x16 (сечение 256 мм2) из стали Э330, Э340, Э44, который собирается встык с немагнитным зазором 0,15...0,25 мм (прессшпановая прокладка).
Обомотка I имеет 16 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,9...1,12 мм, обмотка II—11 витков, а III — 290 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,35...0,47 мм.
Для трансформатора T1 может быть применен и сердечник с другим сечением. Например, от блока с импульсным накоплением энергии (ВРЛ № 73). В этом случае витки обмоток изменяются обратно пропорционально корню квадратному из отношения сечений сердечников. Трансформатор T1 должен быть хорошо стянут специальной обоймой. В противном случае при работе системы он будет создавать сильный шум.
Трансформатор T2 выполнен на тороидальном сердечнике ОЛ12X20X6,5 из стали Э330, Э340. Обмотка I имеет 150 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,33 мм, а обмотка II — 75 витков того же провода, но диаметром 0,15 мм.
При замене транзисторов и диодов следует руководствоваться режимами их работы, которые приведены в табл. 1 (диоды) и табл. 2 (транзисторы).
В качестве примера в этих таблицах указаны некоторые варианты возможной замены. При замене транзистора VT2 КТ837В на КТ837А(Б) работа блока ухудшается.
Вследствие малого коэффициента усиления по току заменяющих транзисторов уменьшается сила тока разрыва ip (см. рис. 2) и, как следствие, увеличивается время зарядки накопительного конденсатора. Быстродействие системы снижается и, кроме того, увеличивается ее минимальное рабочее напряжение.
При замене транзистора VT4 следует выбирать транзистор с максимальным напряжением коллектор — эмиттер, так как на его коллекторе в некоторые моменты времени (t6 —t7 на рис. 2) бывает полное напряжение бортовой электросети с импульсными помехами, в несколько раз превышающими номинальное бортовое напряжение.
Вместо стабилитрона КС191Ж (VD9) может быть применен любой другой стабилитрон с минимальным током стабилизации не более 0,5 мА. Например, КС175Ж, КС210Ж, 2С191Ц, 2С210Ц и т.д. В случае, если напряжение стабилизации заменяющего стабилитрона будет значительно отличаться от напряжения стабилизации стабилитрона КС191Ж (7,7...9,6 В), то может потребоваться некоторое изменение сопротивлений резисторов R7, R9.
При налаживании блока катушка зажигания с искровым промежутком и прерыватель должны быть подключены по схеме рис. 1. Штатный конденсатор С от клеммы прерывателя должен быть отсоединен. Вместо прерывателя может быть также использовано какое-либо поляризованное реле (например, РП-4), обмотку которого подключают к звуковому генератору или к сети переменного тока 50 Гц, 220 В (в последнем случае — через гасящее сопротивление или понижающий трансформатор).
В качестве источника питания используют стартерный аккумулятор или какой-либо стабилизированный источник питания постоянного тока с напряжением от 6,5 до 15 В и током не менее 5 А, например ВС-26, Б5-21 и т. д.
Перед включением питания движок переменного резистора R8 устанавливают в верхнее по схеме положение, чтобы напряжение на накопительном конденсаторе С4 было сначала минимальным. Параллельно обкладкам конденсатора С4 подключают вольтметр постоянного тока на напряжение 500 В с потребляемым током не более 100 мкА (с входным сопротивлением не менее 5МОм).
Первоначальную проверку блока производят при напряжении питания 12...14 В и разомкнутых контактах прерывателя. Если блок собран правильно и все детали исправны, он начинает работать сразу и налаживание его состоит лишь в установке с помощью переменного резистора R8 нужного напряжения на накопительном конденсаторе. После включения питания должен быть слышен характерный «писк» чистого тона, являющийся следствием работы преобразователя.
Вращая ось переменного резистора R8, выставляют напряжение на накопительном конденсаторе 350...360 В. При этом ток, потребляемый блоком, не должен превышать 0,5 А. Затем проверяют работу преобразователя при крайних значениях напряжения питания 6,5 й 15 В. При изменении напряжения питания в этих пределах напряжение на накопительном конденсаторе должно практически оставаться постоянным. Изменяться должен лишь тон «писка» и потребляемый ток, который при 6,5 В должен быть не более 1,5 А, а при 15 В — не более 0,5 А.
Затем вольтметр постоянного тока отсоединяют и проверяют работу системы зажигания при различных частотах вращения вала распределителя (при различных частотах искрообразования). Во время работы прерывателя в искровом промежутке разрядника должно наблюдаться устойчивое искрообразование. Напряжение, подводимое к первичной обмотке катушки зажигания, при этом можно измерить с помощью импульсного вольтметра или осциллографа. Устанавливают напряжение источника питания 14 В и увеличивают частоту работы прерывателя (или устройства, его заменяющего) до 200 Гц (6000 об/мин), при этом напряжение, подводимое к первичной обмотке катушки зажигания, не должно уменьшаться. Если же оно уменьшается, это значит, что преобразователь не успевает полностью заряжать накопительный конденсатор, т. е. быстродействие преобразователя недостаточно. В этом случае следует увеличить немагнитный зазор в сердечнике трансформатора или же уменьшить пропорционально количество витков всех обмоток с тем, чтобы уменьшить индуктивность обмотки I. Кроме того, это может происходить, если коэффициент усиления по току транзистора VT2 мал. Тогда необходимо заменить транзистор или же уменьшить сопротивление резистора R2 до 10 Ом.
Установка на автомобиле. На автомобиле электронный блок устанавливается в подкапотном пространстве, там, где температура не превышает +60°С и где исключено прямое попадание воды.
Провода жгута XS1 подключаются к соответствующим точкам схемы электрооборудования автомобиля в соответствии со схемой рис. 1, на которой показано подключение к катушке Б117 без дополнительного резистора (автомобили «Жигули»). Провод от вывода 2 в этом случае остается свободным.
Если катушка будет с дополнительным резистором, то вывод 2 подключается к клемме катушки ВК, а вывод 7 к клемме ВК-Б.
При установке блока на моделях ВАЗ-2103, 2106, 21021, имеющих электронный тахометр, коричневый провод тахометра подключается к клемме 1 катушки через резистор МЛТ сопротивлением 1...3 кОм и мощностью 1 Вт. При соединении напрямую тахометр работает неустойчиво.
Штатный конденсатор от клеммы прерывателя должен быть обязательно отсоединен и подключен к проводу вывода 6 (разъема XS1). После монтажа блока на автомобиле и проверки его работоспособности следует проверить устройство переключения с электронного зажигания на обычное. Для этого при выключенном зажигании отсоединяют разъем XS1 от разъема ХР1 и соединяют его с разъемом ХР2. Система зажигания должна продолжать исправно работать.
Приставка к электронному блоку конденсаторной системы зажигания с непрерывным накоплением энергии для получения многократного искрообразования
Приставка обеспечивает получение многократного искрообразования в режиме пуска двигателя стартером. Первая искра возникает, как и обычно, после размыкания контактов прерывателя, затем следует серия искр до тех пор, пока контакты не замкнутся. Отличительной чертой приставки является то, что она не содержит собственнога автогенератора и частота многократного искрообразования определяется быстродействием самой системы зажигания. Каждая последующая искра возникает лишь после того, как накопительный конденсатор полностью заряжается. Если же накопительный конденсатор полностью не зарядится, режим многократного искрообразования прекращается и система работает в однократном режиме.
Электрическая принципиальная схема приставки c цепями подключения на автомобиле приведена на рис. 4. Собственно приставка состоит из симметричного триггера на транзисторах VT7, VT8, электронного ключа-имитатора контактов прерывателя на транзисторах VT9, VT10 и импульсного инвертора на транзисторе VT6. К электронному блоку приставка подключается, как показано на рис. 4. На этом рисунке элементы системы зажигания и элементы электронного блока обозначены так же, как на рис. 1: ЭБ — электронный блок, ВЗ —выключатель зажигания, ВСт — выключатель стартера, Пр — прерыватель, GB — аккумулятор. Остальные элементы и цепи системы зажигания на рис. 4 не показаны, так как они работают так же, как и без приставки.
Рис. 4. Принципиальная схема приставки
На рис. 5 приведены временные диаграммы, характеризующие работу устройства с приставкой. Система работает следующим образом. Допустим, что в момент включения выключателя стартера, подающего питание на приставку, контакты прерывателя Пр замкнуты (t1 на рис. 5). После включения питания триггер на транзисторах VT7, VT8 может установиться в любое состояние. Допустим, что VT7 закрыт, a VT8 открыт. Такое состояние триггера будем называть первым устойчивым.
Рис. 5. Временные диаграммы работы системы зажигания с непрерывным накоплением энергии в режиме многократного искрообразования (с приставкой):
Следовательно, транзистор VT9 будет закрыт, а транзистор VT10 открыт током в его базу через резистор R27. Через резисторы R5, R6 электронного блока и обмотку I трансформатора T2 протекает ток коллектора транзистора VT10, и в сердечнике трансформатора накапливается электромагнитная энергия. Причем, если триггер установится во второе устойчивое состояние и транзистор VT10 будет закрыт, ток обмотки I будет протекать через диод VD16 и замкнутые контакты прерывателя.
Первое размыкание (t2 на рис. 5) контактов прерывателя, если транзистор VT10 открыт, не изменит состояния элементов в устройстве. При замыкании контактов прерывателя конденсатор С12 заряжается через переход эмиттер —- база транзистора VT6, резистор R17 и диод VD11. Транзистор VT6 на короткое время открывается и положительный импульс с его коллектора через резистор R19, конденсатор С6 и диод VD13 поступает на базу транзистора VT7. Триггер переключается во второе устойчивое состояние (t3 на рис. 5), транзистор VT7 открывается, а транзистор VT8 закрывается. Транзистор VT9 открывается током в его базу через резисторы R24, R26, а транзистор VT10 закрывается. Ток обмотки I трансформатора T2 теперь протекает через диод VD16 и замкнутые контакты прерывателя.
В момент размыкания контактов прерывателя, как и обычно, в системе происходит искрообразование (t4 на рис. 5), кроме того, положительный импульс, образующийся при этом в обмотке I трансформатора Т2, проходит через конденсатор С10, диод VD14 и резистор R22 к базе транзистора VT8, и триггер снова переключается в первое устойчивое состояние. Транзистор VT8 открывается и, следовательно, открывается транзистор VT10, что равносильно замыканию контактов прерывателя. Через обмотку I трансформатора Т2 начинает протекать коллекторный ток транзистора VT10.
После прекращения искрообразования в свече зажигания (t5 на рис. 5) преобразователь начинает работать и в момент t6 заряжает накопительный конденсатор до заданного напряжения 350...360 В. Как только напряжение на накопительном конденсаторе достигает заданного значения (t6 на рис. 5), стабилитрон VD9 (см. рис. 1) устройства стабилизации электронного блока открывается, транзисторы VT3, VT4, VT5 релейного усилителя переключаются, причем транзистор VT4 закрывается, и напряжение на его коллекторе скачком становится положительным. Положительный импульс с коллектора транзистора VT4 через конденсатор С8 и диод VD13 поступает на базу транзистора VT7. Триггер переключается во второе устойчивое состояние — транзистор VT7 отпирается, а транзисторы VT8 и VT10 запираются. Запирание транзистора VT10 равносильно размыканию контактов прерывателя. В системе возникает вторая искра. Одновременно положительный импульс с коллектора транзистора VT10 через конденсатор С10, диод VD14 и резистор R22 поступает на базу транзистора VT8, вследствие чего триггер снова переключается в первое устойчивое состояние (t7 на рис. 5). Транзистор VT7 закрывается, а транзистор VT8 открывается. В результате напряжение на коллекторах транзисторов VT7, VT8, VT10 имеет вид коротких импульсов длительностью несколько микросекунд. На рис. 5 длительность этих импульсов (для большей наглядности) условно увеличена.
После окончания искрообразования накопительный конденсатор снова заряжается и, когда он зарядится до заданного напряжения (t8 на рис. 5), запирается транзистор VT4 электронного блока и положительный импульс с его коллектора переводит триггер опять во второе устойчивое состояние. В системе возникает третья искра. Затем вышеописанные процессы повторяются до момента замыкания контактов прерывателя (t9 на рис. 5).
В момент замыкания контактов прерывателя на базу транзистора VT7 с коллектора транзистора VT6 поступает положительный импульс, и триггер переключается во второе устойчивое состояние. Транзистор VT7 открывается, а транзисторы VT8 и VT10 закрываются. Однако искра в системе не возникает, так как транзистор VT10 в это время зашунтирован замкнутыми контактами прерывателя, и ток через обмотку I трансформатора Т2 не прекращается.
Положительный импульс, возникающий на коллекторе транзистора VT4 и поступающий к базе транзистора VT7 в момент окончания зарядки накопительного конденсатора (t10 на рис. 5), при этом также не изменит состояния элементов в устройстве, так как триггер уже находится во втором устойчивом состоянии.
Таким образом, в режиме многократного искрообразования, когда контакты прерывателя разомкнуты, сигналом для каждой последующей искры служит положительный импульс, возникающий на коллекторе транзистора VT4 в момент окончания зарядки накопительного конденсатора. В случае же, если накопительный конденсатор по каким-либо причинам, например из-за малого напряжения питания при большой частоте вращения коленчатого вала, не успеет полностью зарядиться до момента замыкания контактов прерывателя и указанный импульс не возникнет, то в момент замыкания контактов, благодаря импульсу от инвертора на транзисторе VT6, триггер переключится во второе устойчивое состояние — транзистор VT7 отопрется, а транзисторы VT8 и VT10 запрутся, и система сможет работать в режиме однократного искрообразования. Без импульсного инвертора на транзисторе VT6 система зажигания в этом случае вообще бы прекращала работать. Транзистор VT10 был бы вce время открыт до тех пор, пока накопительный конденсатор не начал бы снова полностью заряжаться.
Диоды VD10, VD12, VD15 предназначены для разрядки конденсаторов С12, С6, С8, С10 после окончания действия рабочих импульсов.
Резисторы R17, R19, R22, R26 ограничивают токи базы соответствующих транзисторов на допустимом уровне.
Резистор R25 и конденсатор С11 образуют фильтр НЧ, защищающий приставку от импульсных помех бортовой электросети автомобиля, интенсивность которых усиливается во время работы стартера.
Конструкция и детали. Приставка не имеет элементов, нагревающихся при работе, поэтому все элементы располагаются на печатной или монтажной плате из текстолита с контактными лепестками, которая помещается в какой-либо металлический кожух или коробку, защищающую плату от попадания воды, пыли и т. п.
Приставка может быть собрана также в одном корпусе с электронным блоком.
Типы полупроводниковых приборов, а также номиналы резисторов и конденсаторов указаны на схеме рис. 4. Все резисторы МЛТ. Конденсаторы любого типа на напряжение не менее 25 В. Электролитический конденсатор С11 должен иметь емкость не менее 20 мкФ и допускать работу при температурах от —30 до +60 °С.
Все указания, приведенные выше относительно элементов электронного блока и их возможной замены, остаются в силе и в данном случае.
Налаживание и установка на автомобиле. Если приставка собрана правильно и ее детали исправны, то она начинает работать сразу и никакого налаживания не требует. Проверку работоспособности следует производить совместно с исправным электронным блоком, собранным по схеме рис. 1. Это требование связано с тем, что электронный блок для работы с приставкой требует некоторой доработки. Необходимо вывести из блока два провода — от коллектора траизистоpa VT4 и от контакта 1 разъема ХР1, которые подключаются к одноименным выводам приставки. Подключение приставки производится в соответствии со схемой рис. 4. Провод от прерывателя разрывается и его концы подключаются к выводам приставки 4 и Пр.
Проверку работоспособности производят при напряжении питания 12... 15 В и частоте искрообразования не более 20 Гц (не более 600 об/мин).
Сначала проверяют работоспособность системы в режиме однократного искрообразования, т. е. при разомкнутом выключателе ВСт, затем его включают. Ток, потребляемый системой, должен сразу возрасти и должен измениться звук искрообразования. Удобно контролировать работу системы с помощью осциллографа, подключив его через делитель напряжения параллельно первичной обмотке катушки зажигания.
При работе в режиме однократного искрообразования на экране осциллографа должны наблюдаться импульсы с амплитудой около 350 В, частота следования которых равна частоте размыкания контактов прерывателя. При включении выключателя ВСт количество импульсов должно увеличиться: примерно половина периода должна быть заполнена импульсами.
Проверку работы приставки можно производить также непосредственно на автомобиле, используя электронный тахометр, измеряющий частоту искрообразования, или же «на искру». В последнем случае отсоединяют центральный высоковольтный провод распределителя и приближают его на расстояние 10...15 мм к массе двигателя. Вывод блока 1 — ВСт сначала не подключают. Затем, вращая вал двигателя стартером и наблюдая за искрообразованием между центральным проводом и массой, «на ходу» подключают вывод 1 — ВСт. Звук искрообразования и цвет искры должны измениться.
Литература
Глезер Г. Н., Опарин И. М. Автомобильные" электронные системы зажигания.— М.: Машиностроение, 1977.
Синельников А. X. Блок электронного зажигания повышенной надежности — В помощь радиолюбителю. Вып. 73, с. 38—50.
|
