|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 1-50---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 51-100---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 101-150---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 151-200
Конденсаторная система зажигания.
Э. Литке
Предлагаемой контактной конденсаторной системе зажигания присущи следующие положительные свойства:
1. Стабильность вторичного напряжения по двум уровням в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя и в соответствии с пробивным напряжением свечей. Напряжение на первичной обмотке стандартной катушки зажигания (типа Б115) первого уровня (около 430 В) сохраняется при пуске, низкой и средней частоте вращения четырехтактного четырехцилиндрового двигателя до 3900—4000 об/мин и уменьшается в 2 раза до второго уровня (310 В) при максимальной частоте вращения, когда пробивное напряжение свечей снижается более чем в два раза.
2. Полное сохранение параметров искрообразования при изменении питающего напряжения бортовой сети автомобиля от +5 до + 18 В.
3. Повышение длительности индуктивной фазы искры до 1200 мкс при пуске, низкой и средней частотах вращения коленчатого вала двигателя и до 1000 мкс при максимальной частоте вращения и энергии в искре соответственно 0,14 и 0,08 Дж.
4. Зависимость энергии искрообразования или величины вторичного напряжения от температуры окружающей среды (температурный коэффициент вторичного напряжения отрицателен и составляет примерно 0,6 В/град С).
5. Повышение надежности работы системы из-за уменьшения, в 2 раза тока разрыва коммутирующего транзисторного ключа при двукратной зарядке накопительного конденсатора, т. е. зарядки конденсатора сразу после размыкания контактов прерывателя и вновь после замыкания контактов (надежность искрообразования заметно возрастает по сравнению с известными одноимпульсными системами, когда частота прерывания составляет 0,2—0,4 Гц, например при ручном пуске двигателя, при этом накопительный конденсатор будет получать дополнительный заряд в момент замыкания контактов, т. е. в паузах между искрами).
6. Высокая помехоустойчивость системы и некритичность к пульсациям питающего напряжения.
7. Сведение к минимуму трудоемкой обмоточной работы, так как в импульсном трансформаторе имеются всего лишь две обмотки.
8. Простота настройки и подключения системы к электрооборудованию автомобиля.
9. Незначительная сила потребляемого от аккумулятора тока, которая при пуске и на холостых оборотах двигателя составляет 0,35 А (при увеличении силы тока от 0,35 до 2,2 А при максимальной частоте вращения питание системы, как известно, происходит от генератора автомобиля).
При изготовлении электронных систем у автолюбителей возникают определенные трудности с приобретением радиодеталей. Поэтому были разработаны шесть вариантов построения схемы, приведенные на рис. 1—6, с представлением печатного монтажа по каждому из них.
Все модели различаются между собой способом управления транзисторным ключом и связями с цепью прерывателя.
Технические характеристики (модель М4)
Напряжение питания, В.......+ 12±30%
Минимально допустимое напряжение при пуске двигателя стартером, В...... +4,3
Кратковременное максимально допустимое напряжение, В.... +18
Напряжение зарядки накопительного конденсатора 1-го и 2-го уровня соответственно при t = 20°C, В.... 435; 320
Напряжение зарядки накопительного конденсатора при минимально допустимом напряжении питания +4,3 В, В...... 385
Коэффициент стабилизации вторичного напряжения при напряжении питания 12 В± 30%.... 30
Граничная частота двукратного заряда емкости при Uпит=13 В и скважности Q=2,2 Гц... 130—150
Максимальная частота прерывания fnp, Гц 220—240
Предельная рабочая частота, Гц .... 360
Минимальная и максимальная энергия, подведенная к первичной обмотке катушки зажигания (Б115), Дж.... 0,08, 0,14
Длительность индуктивной фазы искры, мкс.... 950 - 1050
Сила потребляемого тока в режиме пуска двигателя, А .... 0,35
Максимальная сила потребляемого тока при Uпит = 13 В и fпр=130 Гц, А.....2,0—2,2
Температурный коэффициент вторичного напряжения, В/°С.... —0,6
Диапазон изменения температуры окружающей среды, °С.... —45+65
Габариты (без выступающих шпилек), мм 145 X 101 X 64
Неизменяемая часть схемы, представленной на рис. 1,
Рис. 1. Принципиальная схема устройства
выполнена с таким расчетом, чтобы каждая изменяемая часть (рис. 2—6), обведенная пунктирной линией, могла легко с ней стыковаться простым наложением чертежей.
Рис. 2. Принципиальная схема модели M1
Рис. 3. Принципиальная схема модели М2
Рис. 4. Принципиальная схема модели М3
Рис. 5. Принципиальная схема модели М5
Рис. 6. Принципиальная схема модели М6
Основная схема содержит стандартную катушку зажигания ВК, прерыватель S1, относящиеся к электрооборудованию автомобиля, транзисторный ключ V6, V7, накопительный конденсатор С5, выпрямитель V8, V9, импульсный трансформатор Т1, разрядный тринистор V12 и цепи его управления С2, V3, R4, R13, измерительные резисторы R11, R12, нагрузочный резистор прерывателя R1 и, наконец, элементы С6, R14, R15, V11 для создания длительного колебательного процесса в первичной обмотке катушки зажигания.
Изменяемые части схемы собраны на одной микросхеме серии К155 и одном транзисторе для предварительного усиления составного транзисторного ключа. Работоспособность двигателя и параметры искрообразования при использовании любой из приведенных моделей равноценны.
Рассмотрим порядок работы системы зажигания, например для модели 4.
В исходном состоянии в момент подачи напряжения питания и замкнутом положении контактов прерывателя S1 на выходе 6 микросхемы D1, выполняющей функцию 2-2И-2ИЛИ-НЕ и соединенной по схеме RS-триггера, появляется логическая 1, так как на входе 5, подключенном к дифференцирующей цепочке R2C1 V1 возникает кратковременно логический 0. Срабатывает триггер D1, который удерживается в этом состоянии до тех пор, пока напряжение на измерительном резисторе R11 не достигнет уровня логической 1 вследствие открывания транзисторного ключа и экспоненциального возрастания тока в первичной обмотке импульсного трансформатора. При достижении этого уровня триггер мгновенно изменяет свое состояние на противоположное. В результате ток через транзисторный ключ V5—V7 резко прерывается, и в обмотках импульсного трансформатора возникает ЭДС самоиндукции, приложенная через диоды V8, V9 к накопительному конденсатору С5. Конденсатор получает первую порцию энергии и заряжается до напряжения U1.
После размыкания контактов прерывателя на входе 9, 10 микросхемы возникает положительный импульс, обусловленный разрядным током через открывшийся тринистор V12 и измерительный резистор R12. Этот импульс вызывает изменение состояния триггера и логических уровней на выходах микросхемы. Одновременно с появлением искры вновь открывается транзисторный ключ, и после окончания колебаний в катушке зажигания и полной разрядки С5 происходит опять зарядка накопительного конденсатора до напряжения U1. При последующем замыкании контактов триггер изменяет свое состояние уже по входу 5, связанному с коммутирующим конденсатором С1, и накопительный конденсатор получает дополнительную порцию энергии. Теперь, к моменту очередного размыкания контактов, конденсатор С5 окажется заряженным до напряжения U2 равного корень квадратный из 2хU1, и энергия искры будет больше первоначальной. В дальнейшем процесс работы системы повторяется.
Работа остальных схем принципиально мало отличается от рассмотренной. В моделях M1, М5 и М6 RS-триггер собран на элементах И-НЕ. В первой модели связь с транзисторным ключом осуществляется так же, как и в М4,— через разделительный диод V4. Такая связь обеспечивает хорошую развязку ключа с триггером и позволяет увеличить ток базы транзистора V5. В модели М3 предварительный транзистор V5 используется в режиме фазоинвертора, и для получения необходимой обратной связи его база соединена с противоположным плечом триггера. В этой модели транзистор V5 можно выбрать с меньшим допустимым напряжением коллектор — база, но в то же время он должен обладать малым напряжением насыщения и должен коммутировать ток около 50—60 мА. В моделях M1, М4, М5 и М6 коллектор транзистора V5 можно подключать либо к базе выходного транзистора V7 (как показано пунктиром), либо через ограничительный резистор R7 к источнику питания + 12 В. В последнем случае требования к максимально допустимому напряжению Uкэ и к напряжению насыщения Uкэ нac транзистора V5 уменьшаются. На печатных платах (рис. 7—12) соответствующих моделей предусмотрена перемычка, которая устанавливается только при отсутствии резистора R7. В модели 5 для переключения триггера используется разделительный диод V4, а в М6 — транзистор V4 заменяет недостающую часть инвертора, так как микросхема КМ155ЛА4 состоит только из трех элементов 3И-НЕ.
Рис. 7,а. Печатная плата модели М1
Рис. 7,б. Расположение элементов на плате M1
Рис. 8,а. Печатная плата модели М2
Рис. 8,6. Расположение элементов на плате М2
Рис. 9,а. Печатная плата модели М3
Рис. 9,б. Расположение элементов на плате М3
Рис. 10,а. Печатная плата модели М4
Рис. 10,б. Расположение элементов на плате М4
Рис. 11, а. Печатная плата модели М5
Рис. 11, б. Расположение элементов на плате М5
Рис. 12, а. Печатная плата модели М6
Рис. 12, б. Расположение элементов на плате М6
С увеличением частоты вращения сокращается время на двукратную зарядку, и на частоте прерывания 120— 140 Гц (напряжение питания 13,2 В) напряжение на конденсаторе С5 понизится и приблизится к уровню U1, который будет стабильно поддерживаться до максимальной частоты вращения (220—240 Гц) прерывателя.
Следует учесть, что при этом снизится также и пробивное напряжение свечей. Таким образом, коэффициент запаса по вторичному напряжению, равный отношению амплитуды вторичного напряжения к пробивному напряжению свечи, будет почти постоянным. Более того, снижение вторичного напряжения и энергии искры облегчает режим работы свечей на больших оборотах двигателя и увеличивает их срок службы. Максимальная частота, при которой еще возможно искрообразование, 400 Гц. С уменьшением частоты вращения ниже граничной напряжение на конденсаторе С5 вновь становится равным U2.
Элементы R3 и V2 предназначены для стабилизации напряжения питания микросхемы. Стабилитрон V1 защищает вход микросхемы от перенапряжения. Благодаря элементам С6, R14, R15, V11, как уже было сказано выше, удлиняется затухающий колебательный процесс в катушке зажигания, при этом длительность индуктивной фазы искры в зазоре свечи увеличивается до 900— 1200 мкс (вместо 300—400 мкс при одном колебательном процессе). После окончания первого периода колебаний диод V10 запирается, и положительный выброс напряжения с обмотки катушки зажигания поступает через конденсатор С6, резистивный делитель R14R15 и диод V11 на управляющий электрод разрядного тринистора V12. Последний вновь открывается, и оставшийся после первого периода колебаний заряд на конденсаторе С5 создает в контуре еще одно колебание напряжения в течение второго периода, но уже с меньшей амплитудой, затем следует еще одно колебание и так до тех пор, пока не израсходуется весь заряд накопительного конденсатора.
Число колебаний можно регулировать резистором R15. Практически в описываемой системе используется максимально возможное число колебаний (3—4) и резистор R15 выбран так, чтобы конденсатор С5 полностью разряжался. Этим исключается дополнительная регулировка системы.
Напряжение на конденсаторе С5 устанавливается резисторами R11 и R6 соответственно грубо и плавно. Измерительные резисторы R11 и R12 намотаны на резисторах ВС-0,25 манганиновой проволокой диаметром 0,4—0,5 мм. Конденсаторы С3 и С4 предотвращают переключение триггера от воздействия помехи. Конденсатор С5 —МБГЧ или МБГО, С6 — КБГИ, С2 —- МБМ, C1, С3 и С4 — КМ1.
Импульсный трансформатор Т1 выполнен на сердечнике Ш16X32 из трансформаторной стали. Его первичная обмотка содержит 63 витка провода диаметром 1 мм марки ПЭВ-2 и намотана поверх вторичной, содержащей 750 витков провода марки ПЭТВ диаметром 0,19 мм. Изоляция между обмотками должна выдерживать напряжение 600 В. Сборка трансформатора производится встык с зазором 0,15 мм. После сборки его необходимо пропитать изоляционным лаком, в противном случае может проникнуть влага. Назначение остальных элементов пояснения не требует.
Эпюры напряжений конденсаторной системы зажигания, измеренные на модели М4, приведены на рис. 13.
Рис. 13. Эпюры напряжений, измеренные для модели М4
Все напряжения измерены относительно минусовой общей шины питания.
Наладка системы зажигания производится в следующем порядке:
1. Тщательно проверяется качество деталей и монтажа.
2. Устанавливается требуемое напряжение на накопительном конденсаторе С5.
3. Проверяется частотная характеристика (определяется граничная частота двукратного заряда).
4. Проверяется сила максимально потребляемого тока и минимально допустимое напряжение питания.
После выполнения условий по п. 1 необходимо подключить на выход автомобильную катушку зажигания любого типа, например Б115, и установить зазор 5— 7 мм между высоковольтным выводом и корпусом. Подать напряжение +12 В от источника постоянного тока, имеющего предел плавного регулирования напряжения + (4—20) В и защиту по перегрузке до 6—7 А. Налаживать систему можно непосредственно от аккумулятора, но при этом следует подавать питание через плавкий предохранитель.
При замыкании на корпус вывода контакта S1 и последующем размыкании его в зазоре высоковольтного вывода должна проскакивать искра. Для выполнения п. 2 в качестве прерывателя желательно использовать геркон или реле, обмотки которых можно подключить к генератору прямоугольных импульсов, а для п. 3 — собрать бесконтактный ключ. Напряжение на конденсаторе С5 измеряется осциллографом относительно корпуса и при напряжении питания +13 В и скважности импульсов прерывателя
Q= Tпр/tр =2,2
(где Тпр — период, tp — время разомкнутого состояния) должно составлять 430 В на частоте 10—100 Гц. Менее точно можно измерить напряжение на С5 стрелочным прибором с входным сопротивлением 20 кОм/В. Показания прибора на частоте 10 Гц должны быть 330 В.
Для увеличения напряжения на конденсаторе С5 следует либо уменьшить сопротивление резистора R6, либо R11. Значительное уменьшение сопротивления резистора R11 говорит о низком качестве изготовленного трансформатора.
Перед выполнением пп. 3 и 4 рекомендуется проверить соответствие формы напряжений в контрольных точках схемы и эпюр напряжений на рис. 13. В правильно работающем блоке граничная частота двукратного заряда равна 120—140 Гц. На этих же частотах сила максимально потребляемого тока не должна превышать 2,2 А. Для проверки минимально допустимого уровня напряжения питания системы необходимо установить частоту прерывания около 10 Гц, затем плавно снижать напряжение до +5 В и одновременно контролировать наличие искры. Уменьшать напряжение ниже указанного уровня не рекомендуется, так как может сгореть плавкий предохранитель. Вторичное напряжение при этом должно уменьшиться на 8—10 процентов.
Работу системы зажигания следует проверять на частоте прерывания 0,2—0,5 Гц для случая, когда требуется ручной пуск двигателя. Энергия искрообразования должна быть такой же; если она будет значительно меньше, то необходимо заменить тринистор V12, так как ток утечки у него слишком велик.
На этом наладку системы можно считать законченной.
Конструкция блока зажигания и размещение деталей выполнены с учетом влияния теплового режима элементов. Несущим основанием является дюралюминиевая плата размером 145X101X3,5 мм, на которой установлены транзистор V7 (через слюдяную прокладку с наружной стороны), импульсный трансформатор Т1, накопительный конденсатор С5, нагрузочный резистор R1, печатная плата и два измерительных резистора R11 и R12, причем последние располагаются на краю платы с таким расчетом, чтобы надеваемый кожух не закрывал их и они находились в условиях естественного охлаждения.
Блок зажигания закрепляется под капотом двигателя возле катушки зажигания (с любой стороны и в любом положении). После подключения рекомендуется установить рабочий зазор свечей равным 0,9—1 мм, так как при его значительном увеличении, например до 1,5 мм, становится недостаточной электрическая прочность изоляции высоковольтных проводов и распределителя. Угол опережения зажигания при применении данной системы увеличивается не более чем на 0,5 градуса, поэтому регулировать его практически ненужно.
Длительная эксплуатация описываемой системы на легковых автомобилях показала высокую надежность ее работы, бесперебойность искрообразования при колебаниях температуры окружающей среды от —45 до +65° С, при этом значительно улучшились пусковые характеристики двигателя, увеличилась мощность в среднем на 10 процентов.
Возможная замена элементов: V1 — КС133А; V8, V9 — Д229Е, КД203В, КД203Г, КД209, КД210; V3 — КД105; V10 — КД206В, КД202Р, КД203, КД209, КД210; V5 - КТ603, КТ608; V11 — Д220Б; V7 — ГТ701А, КТ818ГМ; D1 — серий К130, К133, К136, К106.
В помощь радиолюбителю №78
|
