Электронное зажигание для автомобиля. Схема блока электронного зажигания Принципиальная схема электронного зажигания

Схема электронного зажигания для автомобиля

Все знают что в каждом автомобиле используется для розжига топлива искра на свече зажигания.Которая и воспламеняет топливную смесь в цилиндре,напряжение на свече около 20Кв.

Но существуют некоторые режимы работы двигателя, когда нужна значительная энергия искры, до 100 мДж.

Например пусковой режим, работу на бедных смесях при частичном открытии дросселя, работу на холостом ходу. На наших стареньких, видавших виды автомобилях применяются классические, батарейные системы зажигания, которые имеют серьёзные недостатки.

На холостых оборотах двигателя между контактами прерывателя такой системы возникает дуговой разряд, поглощающий заметную часть энергии искры. На высоких оборотах двигателя уменьшается вторичное напряжение катушки зажигания из-за дребезга контактов прерывателя, который возникает при их замыкании, уменьшается время замкнутого состояния контактов из-за чего в первичной обмотке катушки зажигания запасаемая энергия может оказаться недостаточной для формирования мощной искры зажигания необходимой для поджигания топливной смеси. В результате снижается мощность двигателя, увеличивается концентрация углекислого газа в выхлопе, не полностью сгорает горючее, получается бензин машина кушает, а едет плохо. В батарейной системе зажигания, особенно с учетом качества деталей для старых авто, быстро изнашиваются контакты прерывателя, что снижает надежность запуска и работы двигателя. Большим достоинством батарейной системы с многоискровым механическим распределителем (в народе трамблер) является ее простота, обеспечиваемая двойной функцией механизма распределителя: прерывание цепи постоянного тока для генерирования высокого напряжения и синхронное распределение высокого напряжения по цилиндрам двигателя.

Повысить развиваемое такой системой зажигания вторичное напряжение можно применением полупроводниковых приборов, работающих в качестве управляемых ключей, служащих для прерывания тока в первичной обмотке катушки зажигания. Наиболее широкое использование в качестве управляемых ключей нашли мощные транзисторы, способные коммутировать токи амплитудой до 10 А в индуктивной нагрузке без какого-либо искрения и механического повреждения, характерных для контактов прерывателя, также возможно применение силовых тиристоров, но широкой промышленной реализации в системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности они не имели.

Один из способов улучшения батарейной системами зажигания переделка ее в контактно-транзисторную систему зажигания (КТСЗ). На рисунке ниже приведена принципиальная схема конденсаторно-транзисторного устройства зажигания. Это устройство позволяет формировать искру зажигания с большой длительностью, благодаря этому процесс сгорания становится близким к оптимальному в большом диапазоне изменения оборотов двигателя и его нагрузки.

Схема электронного зажигания

Устройство зажигания состоит из триггера Шмитта на транзисторах V1 и V2, развязывающих усилителей V3, V4 и электронного ключа V5, с помощью которого коммутируется ток в первичной обмотке катушки зажигания.

Печатная плата:

Триггер Шмитта позволяет формировать коммутирующие импульсы с крутым фронтом и спадом при замыкании и размыкании контактов прерывателя. Благодаря этому в первичной обмотке катушки зажигания увеличивается скорость прерывания тока, что увеличивает скорость изменения и амплитуду высоковольтного напряжения на выходе вторичной обмотки катушки.

В результате существенно улучшаются условия для возникновения искры в свече зажигания. Высокие энергетические характеристики искры в описанной системе зажигания способствуют улучшению запуска автомобильного двигателя и более полному сгоранию горючей смеси.

В устройстве электронного зажигания применены транзисторы VI, V2, V3 - КТ312В, V4 - КТ608, V5 - КТ809А (также пробовался транзистор C4106, на фото именно он). Конденсатор С2 - с рабочим напряжением не ниже 400 В. Катушка зажигания стандартная - Б 115, используемая в легковых автомобилях.

Обсуждение на

Автолюбители изготавливают электронные блоки зажигания, как правило, по классической схеме, состоящей из источника высокого напряжения, накопительного конденсатора и тиристорного ключа. Однако такие устройства имеют ряд существенных недостатков. Первый из них - низкий КПД. Поскольку заряд накопительной емкости можно уподобить заряду конденсатора через резистор, КПД зарядной цепи не превышает 50%. Значит, примерно половина потребляемой преобразователем мощности будет выделяться в виде тепла на транзисторах. Поэтому для них нужны дополнительные теплоотводы.

Второй недостаток состоит в том, что во время разряда конденсатора тиристор закорачивает выход преобразователя и вырабатываемые им колебания срываются.

После разряда накопительной емкости тиристор закрывается, и конденсатор вновь начинает заряжаться плавно нарастающим, от нуля до максимального значения, напряжением с Преобразователя. При больших оборотах двигателя это напряжение может не достичь номинального значения и конденсатор зарядится не полностью. Это приводит к тому, что с увеличением числа оборотов уменьшается энергия искры.

Следующий недостаток объясняется отсутствием стабильности энергии искрообразования при изменении напряжения питания. При запуске двигателя с помощью стартера напряжение аккумуляторной батареи может значительно (до 9-8 В) снижаться. В этом случае блок зажигания выдает слабую искру либо не работает совсем.

Предлагаем описание электронного зажигания, в котором нет указанных недостатков. Работа устройства основана на принципе заряда накопительного конденсатора от стабильного по амплитуде обратного выброса ждущего блокинг-генератора. Величина этого выброса мало зависит от напряжения бортовой сети автомобиля и числа оборотов коленчатого вала двигателя, и, следовательно, энергия искры практически всегда постоянна.

Устройство обеспечивает уровень потенциала на накопительном конденсаторе в пределах 300 ± 30 В при изменении напряжения на аккумуляторной батарее от 7 до 15 В, сохраняя работоспособность в интервале температур -15 - +90°. Предельная частота срабатывания составляет 300 имп/с. Потребляемый ток при f = 200 имп/с не превышает 2 А.

Принципиальная схема электронного зажигания (рис. 1) состоит из ждущего блокинг-генератора на транзисторе V6, трансформатора Т1, цепи формирования запускающих импульсов C3R5, накопительного конденсатора С1, генератора импульсов зажигания на тиристоре V2.

В исходном состоянии, когда контактные пластины прерывателя S1 замкнуты, транзистор V6 закрыт, а конденсатор С3 разряжен. При размыкании контакта он будет заряжаться по цепи R5, RЗ, переход «база - эмиттер» V6. Импульс зарядного тока запускает блокинг-генератор. Передний фронт импульса с обмотки II трансформатора (нижний по схеме вывод) запускает тиристор V2, но, поскольку конденсатор С1 предварительно не был заряжен, на выходе устройства искры не будет.

После того как под действием коллекторного тока V6 произойдет насыщение сердечника трансформатора, блокинг-генератор вновь вернется в ждущий режим. Образующийся при этом выброс напряжения на коллекторе V6, трансформируясь в обмотке III, через диод V3 зарядит конденсатор С1.

При повторном размыкании прерывателя в устройстве произойдут те же процессы с той лишь разницей, что открывшийся передним фронтом импульса тиристор V2 подключит теперь уже заряженный конденсатор к первичной обмотке катушки зажигания. Ток разряда С1 индуцирует во вторичной обмотке бобины высоковольтный импульс.

Устройство нечувствительно к дребезжанию контактных пластин прерывателя. При первом же их размыкании транзистор V6 откроется и останется в этом состоянии до начала насыщения трансформатора независимо от дальнейшего положения прерывателя.

Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЛ16Х25 с зазором около 50 мк. Обмотка I содержит 60 витков провода ПЭВ-2 1,2, II-60 витков ПЭВ-2 0,31, III - 360 витков ПЭВ-2 0,31. Сердечник трансформатора можно набрать и из Ш-образного железа. Однако из-за неровной обрезки пластин зазор, даже без прокладки, может оказаться большим. В этом случае необходима шлифовка неровностей в местах стыка магнитопровода.

Транзистор КТ805А можно заменить на КТ805Б, но из-за более высокого значения напряжения насыщения на нем будет рассеиваться и несколько большая мощность, что может привести к самозапуску блокинг-генератора при высоких температурах. Поэтому транзистор КТ805Б желательно установить на дополнительном теплоотводе площадью 20 - 30 см 2 .

Вместо диодов Д226Б можно применить КД105Б - КД105Г, КД202К - КД202Н (V1, V3), Д223 (V4).

С1 составлен из двух параллельно соединенных конденсаторов МБГО-1 по 0,5 мкФ на напряжение 500 В. С2 и С3 - МБМ.

Тиристор КУ202Н допустимо заменить на КУ202М или КУ201И, КУ201Л. Поскольку у КУ201 прямое напряжение не превышает 300 В, поэтому напряжение на накопительном конденсаторе снижают до 210 - 230 В путем увеличения его емкости до 2 мкФ. Причем заметного влияния на энергию искры это не оказывает.

Для налаживания устройства нужны авометр и имитатор прерывателя - любое электромагнитное реле, питаемое от звукового – генератора. Реле можно подключить через понижающий трансформатор к осветительной сети. Частота запускающих импульсов будет тогда равна 100 имп/с. С последовательно соединенным диодом частота запуска составит 50 имп/с.

Если детали исправны и выводы трансформатора подсоединены правильно, устройство начинает сразу же работать. Проверяют, чтобы напряжение на конденсаторе С1 составляло 300±30 В при изменении величины питания в указанных выше пределах. Измерять напряжение следует пиковым вольтметром, воспользовавшись схемой, представленной на рисунке 2.

Прибор подключают в точке соединения элементов C1, V2, VЗ и, изменяя величину зазора в сердечнике трансформатора, добиваются необходимого значения напряжения. Если оно заниженное, толщину прокладки увеличивают. При уменьшении зазора напряжение должно падать.

Когда окружающая температура низкая, энергия искры может упасть. В этом случае нужно уменьшить номинал резистора RЗ, поскольку при малом питающем напряжении тиристор V2 может не открыться.

Монтаж устройства выполнен печатным методом на плате размером 95X35 мм, изготовленной из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита (рис. 3). Конструктивное выполнение блока электронного зажигания самое различное - в зависимости от имеющегося материала и места установки устройства.

В. БАКОМЧЕВ, г. Бугульма

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.

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

А. СИНЕЛЬНИКОВ

В настоящее время широкое распространение получили тиристорные блоки электронного зажигания со стабилизированным вторичным напряжением. Такие блоки выпускаются промышленностью и продаются в автомагазинах («Искра-1», «Искра-2», «Искра-3», ПАЗ-2, ПАЗ-3 и др.). Схемы этих блоков в основном идентичны , отличие заключается лишь в конструкции и типах применяемых элементов.

Опыт эксплуатации большого количества таких блоков показал, что в ряде случаев на некоторых автомобилях необходимая устойчивость работы не обеспечивалась, иногда без каких-либо видимых причин наблюдались пропуски зажигания (сбои), вызывающие характерное «дергание» автомобиля во время движения. Иногда пропуски зажигания были во время пуска двигателя стартером, в то же время от рукоятки двигатель пускался, как говорится, с пол-оборота.

Строго говоря, напряжение в бортовой электросети автомобиля нельзя считать напряжением постоянного тока, так как реально всегда имеются импульсные помехи, причем их амплитуда у различных автомобилей неодинакова и колеблется от 5 до 50 В! Помехи эти создаются в результате работы генератора, стартера, регулятора напряжения, звуковых сигналов, прерывателя указателей поворота, двигателя стеклоочистителя, включения и отключения различных потребителей (особенно при отключениях электромагнитных реле) и т. п.

Автором были сняты осциллограммы напряжения в бортовой электросети у нескольких автомобилей «Запорожец» во время работы стартера. У большинства исследуемых автомобилей амплитуда помехи не превышала 3-5 В, и блоки «Искра» работали нормально.

Однако у двух автомобилей амплитуда помехи составила 18-25 В, и двигатель вообще не удавалось пустить стартером. Во время работы стартера наблюдалось хаотичное искрообразование, даже при отключенном прерывателе.

Анализ показал, что причиной отказа блоков является наличие в них транзисторного триггера, который переключается под воздействием импульсных помех и снижает помехоустойчивость устройства. Кроме того, эмиттеры транзисторов триггера не имеют соединения с массой и «подвешены» к плюсовой шине питания , вследствие чего ввести в схему какой-либо эффективный фильтр нижних частот затруднительно.

Описываемый блок электронного зажигания свободен от указанных недостатков. Вместо транзисторного триггера применен тиристор, который устойчиво работает в условиях воздействия импульсных помех с амплитудой до 50 В.

Кроме того, при разработке схемы блока были учтены характерные отказы элементов, имевшие место в блоках «Искра-1» и «Искра-2» в процессе их длительной эксплуатации, в связи с чем произведены замены ряда элементов более надежными.

Блок предназначен для работы с четырехцилиндровыми четырехтактными двигателями и имеет следующие технические характеристики:

Напряжение питания, В......... от 6,5 до 15
Сила потребляемого тока, А....... не более 2,0
Частота вращения коленчатого вала, об/мин:
при напряжении питания 6,5 В.... не более 600
при напряжении питания 15 В.... не более 6000
Длительность искрового разряда в свече, мс.... 0,4-0,6
Температура окружающего воздуха, °С.... от -40 до+65

Принципиальная схема блока с цепями подключения на автомобиле приведена на рис. 1 и содержит следующие функциональные узлы: преобразователь напряжения, состоящий из силового транзисторного ключа на транзисторах Т4, Т5, Т6, трансформатора Tp1, выпрямительного диода Д9, накопительного конденсатора С3, схемы стабилизации на транзисторе Т3 и тиристора Д5; каскад антидребезга на транзисторах Т1, Т2, коммутирующий тиристор Д10; разрядные диоды Д12, Д13.

Рис 1. Принципиальная схема блока

Работает устройство следующим образом. Допустим, что контакты прерывателя В1 разомкнуты. Тогда после включения питания (t1 на рис. 2) выключателем зажигания В2 открывается транзистор Т1, его базовый ток протекает через резисторы R4, R5, диоды Д3, Д2, Д1 и резистор R2.

Рис. 2. Временные диаграммы работы системы зажигания при напряжении питания 15 В и частоте искрообразования 100 Гц

Одновременно конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R1. Переход коллектор - эмиттер открытого транзистора Т1 шунтирует базу транзистора Т2, вследствие чего последний закрывается. Тиристор Д5 в это время тоже закрыт (выключен), так как напряжение его переключения заведомо больше напряжения питания. Транзистор Т3 устройства стабилизации закрыт, и положительное напряжение на управляющем электроде тиристора Д5 отсутствует.

Силовой транзисторный ключ открывается током базы транзистора Т4, протекающим через резисторы R8, R9, R10, R14 и диоды Д6, Д7. Ток коллектора этого транзистора, протекая через переход база - эмиттер транзистора Т5, открывает его, а затем - транзистор Т6. Через обмотку трансформатора Tp1 и резистор R22 начинает протекать линейно-нарастающий ток. Падение напряжения на резисторе R22 увеличивается, и когда оно достигнет определенной величины, зависящей от соотношения сопротивлений резисторов R15, R16, R20, терморезисторов R17, R18 и напряжения отпирания транзистора Т3, последний открывается и подключает управляющий электрод тиристора Д5 через резистор R12 к плюсовой шине питания. Тиристор Д5 переключается (t2 на рис. 2) и шунтирует ток базы транзистора Т4. Силовой транзисторный ключ размыкается, транзисторы Т4, Т5, Т6 закрываются, и ток в первичной обмотке I трансформатора Tp1 прекращается.

Энергия, накопленная в магнитном поле трансформатора, создает в его обмотках импульсы напряжения. Положительный импульс с конца обмотки II (начала обмоток на схеме рис. 1 обозначены точками) проходит через диод Д9 и заряжает накопительный конденсатор С3 до напряжения примерно 350 В (t3 на рис. 2).

После замыкания контактов прерывателя (t4 на рис. 2) транзисторы T1 и Т2 остаются открытыми, пока не разрядится конденсатор С1. Ток разряда конденсатора С1 протекает при этом через диод Д4, резисторы R3, R2 и переход база - эмиттер транзистора T1. В момент t5 транзистор T1 закрывается, а транзистор Т2 - открывается. Переход коллектор - эмиттер открытого транзистора Т2 шунтирует тиристор Д5 и последний выключается (t5 на рис. 2).

Однако если бы каскада антидребезга не было и контакты прерывателя были подключены непосредственно к аноду тиристора Д5, последний выключился бы в момент замыкания контактов, и первый же импульс дребезга открывал силовой транзисторный ключ. Искра в свече появилась бы не в момент t6, как надо, а в момент t4, и нормальная работа системы нарушилась бы.

В момент размыкания контактов прерывателя (t6 на рис. 2) транзистор T1 открывается, а транзистор Т2 закрывается. Силовой транзисторный ключ открывается, и обмотка I трансформатора Tp1 подключается к источнику питания. Во вторичной обмотке II возникают импульсы напряжения. Положительный импульс с начала обмотки II через конденсатор С4 и диод Д11 поступает на управляющий электрод коммутирующего тиристора Д10, вследствие чего последний переключается и подключает первичную обмотку I катушки зажигания К3 к заряженному до напряжения 350 В накопительному конденсатору С3. Напряжение на вторичной обмотке II катушки зажигания в течение нескольких микросекунд достигает напряжения пробоя искрового промежутка свечи зажигания (8-10 кВ), и между электродами свечи зажигается искровой разряд (t1 на рис. 3).

Рис 3. Временные диаграммы работы системы зажигания во время искрообразования, при напряжении питания Е=12 В

Индуктивность первичной обмотки катушки зажигания и накопительный конденсатор С3, соединенные между собой через переключившийся тиристор, образуют колебательный контур, в котором возникают затухающие электрические колебания.

Как видно из рис. 3, ток в контуре отстает от напряжения на первичной обмотке катушки зажигания на 90°. Через четверть периода (примерно через 60 мкс) напряжение на первичной обмотке катушки зажигания становится равным нулю (t2 на рис. 3) и затем меняет свой знак, тиристор выключается и колебательный контур «разрушается». Однако благодаря наличию диодов Д12, Д13 ток в первичной обмотке катушки зажигания продолжает протекать в первоначальном направлении, и разряд во вторичной цепи продолжается до тех пор, пока почти вся энергия, запасенная в магнитном поле катушки зажигания, не будет израсходована (t3 на рис. 3).

В результате возникает разряд более высокой энергии и температуры, чем в обычных конденсаторных системах зажигания, длительность разряда увеличивается почти в 3 раза. Это обстоятельство положительно влияет на работу двигателя, уменьшая токсичность отработавших газов и облегчая пуск горячего двигателя.

Одновременно с возникновением искры в свече зажигания в момент размыкания контактов прерывателя (t6 на рис. 2) через обмотку трансформатора Tp1 снова начинает протекать линейно нарастающий ток, и когда он достигнет заданного значения (t7 на рис. 2), силовой транзисторный ключ размыкается, а накопительный конденсатор С3 снова заряжается до напряжения 350 В, т. е. повторяются процессы, имевшие место в первоначальный момент после включения питания. Если пренебречь потерями и считать, что вся энергия

Запасенная в магнитном поле трансформатора Tp1, в момент размыкания контактов прерывателя преобразуется в энергию электрического поля накопительного конденсатора

То значение напряжения заряда накопительного конденсатора Uc можно определить по формуле:

Как видно из этой формулы, напряжение заряда накопительного конденсатора от напряжения питания не зависит и при постоянных значениях L и С определяется только силой тока iр.

Примененное в блоке устройство стабилизации на транзисторе Т3, резисторах R15, R16, R18 и терморезисторах R17, R18 обеспечивает высокое постоянство тока ip при изменениях напряжения питания и температуры.

С повышением (понижением) температуры напряжение отпирания транзистора Т3 уменьшается (увеличивается), что компенсируется уменьшением (увеличением) сопротивлений терморезисторов R17, R18. В результате сила тока ip остается практически постоянной. При изменениях же напряжения питания напряжение отпирания транзистора Т3 вообще не меняется.

Резистор R3 ограничивает импульс тока через диоды Д1, Д2, Д3, Д4 в момент замыкания контактов прерывателя. До замыкания контактов диоды Д1, Д2, Д3 открыты и через них протекает прямой ток. Закрыться мгновенно они не могут и в первый момент после замыкания представляют собой проводник. Поэтому по цепи С1Д4R3Д1Д2Д3 в момент замыкания контактов будет протекать ток, сила которого ограничена лишь сопротивлением резистора R3 (прямой для диода Д4 и обратный для диодов Д1, Д2, Д3).

Диоды Д6, Д7 создают четкую коммутацию тока между силовым транзисторным ключом и тиристором Д5: падение напряжения в переключившемся тиристоре может составить 2 В, поэтому без диодов Д6, Д7 транзистор Т4 оставался бы открытым, несмотря на переключение тиристора.

Резистор R14 ограничивает ток базы транзистора Т4.

Диод Д8 обеспечивает активное запирание транзистора Т6.

Как видно из схемы, в описываемом блоке, так же как в блоке «Искра-3», применены последовательно включенные разрядные диоды Д12, Д13. В блоках «Искра-1» и ПАЗ, где был лишь один диод, наиболее частые отказы происходили именно по причине пробоя этого диода. Анализ показал, что при больших частотах вращения коленчатого вала двигателя (при больших частотах искрообразования), каждый новый цикл искрообразования начинается раньше, чем прекращается ток через разрядный диод, который протекает и после окончания искрообразования (см. рис. 3). Он обусловлен оставшейся неизрасходованной во время искрообразования энергией катушки зажигания.

Следовательно, к открытому диоду, внутреннее сопротивление которого в это время мало, в момент переключения тиристора прикладывается обратное напряжение 350 В. Диод не может мгновенно закрыться, и в течение нескольких микросекунд через него протекает ток, сила которого ограничена лишь сопротивлением резистора R23 (2 Ом) и внутренними сопротивлениями открытого диода и переключившегося тиристора. Измерения показали, что амплитуда импульса тока при этом может достигать 80 А! Величина ее зависит от индивидуальных свойств разрядного диода, и в первую очередь от его быстродействия, или от времени установления обратного сопротивления.

Последовательное включение двух, диодов ускоряет процесс затухания тока в контуре, образованном первичной обмоткой катушки зажигания и разрядными диодами, и указанное выше явление не наступает даже при максимальной частоте искрообразования.

Резисторы R27, R28 выравнивают обратные напряжения на диодах Д12, Д13.

Резистор R23 устраняет выброс напряжения в момент выключения тиристора Д10.

Конденсаторы С5, С6 уменьшают амплитуды импульсных помех, поступающих по цепи питания.

Конструкция и детали. Конструкция блока электронного зажигания может быть самой разнообразной, однако она должна обеспечивать хорошую брызгозащищенность изделия. Мощные транзисторы Т5, Т6 и тиристор Д10 устанавливаются непосредственно на корпусе блока, который служит для них радиатором охлаждения. В связи с этим корпус должен быть изготовлен из алюминиевого сплава. Диоды Д8, Д12 и Д13 также необходимо расположить на корпусе блока, электрически изолировав их от корпуса тонкими лавсановыми, фторопластовыми или слюдяными прокладками. Остальные элементы размещаются на печатной плате или плате из текстолита (гетинакса) с контактными лепестками. При размещении деталей следует иметь в виду, что резисторы R4, R5, R8, R9, R10, R22, R26 и трансформатор Tp1 при работе блока греются и их не следует располагать рядом с транзисторами и терморезисторами R17, R18. Кроме того, необходимо, чтобы эмиттер транзистора Т3 и резисторы R17, R18, R20 соединялись одним индивидуальным проводом, а он, в свою очередь, должен быть подключен непосредственно к резистору R22. То же самое касается резистора R16 и конденсаторов С5, С6. Первый должен быть соединен с резистором R22, а конденсаторы - с клеммой «+» и массой, как это показано на принципиальной схеме рис. 1.

Все резисторы, кроме R22 и R23,- МЛТ. Резистор R22 изготавливается в виде спирали из манганинового провода диаметром 1,0 мм. Резистор R23 наматывается на корпусе резистора МЛТ - 0,5 с сопротивлением не менее 20 Ом манганиновым проводом марки ПЭШОМ диаметром 0,25 мм.

Трансформатор Tp1 имеет сердечник Ш16x24 из стали Э330 или Э44 с немагнитным зазором 0,25 мм.

Данные обмоток приведены в табл. 1.

Трансформатор должен быть хорошо стянут. Немагнитный зазор устанавливается с помощью прессшпана или бумаги соответствующей толщины.

Конденсаторы С1, С2, С4, С6 -МБМ, рабочее напряжение 160 В. Накопительный конденсатор С3 - МБГЧ на напряжение 500 В. Конденсатор С5 - электролитический К50-3, на 50 В.

Коммутирующий тиристор Д10 (КУ202Н) перед установкой в блок должен быть проверен по току утечки. Пригодны лишь те экземпляры, у которых сила тока утечки при напряжении 400 В не превышает 150 мкА.

В табл. 2 приведена возможная замена транзисторов, тиристоров и диодов.

В случае замены тиристора Д5 на КУ101Г резистор R14 из схемы исключается (замыкается), вместо резисторов R8, R9, R10 ставится один резистор МЛТ-2 - 200 Ом, а номинал резистора R7 - МЛТ-0,125-2,7 кОм.

Налаживание и установка на автомобиле. Если блок собран правильно из заведомо исправных деталей, то налаживание его заключается лишь в регулировке напряжения на накопительном конденсаторе, которое должно находиться в пределах 350-360 В. Регулировка ведется подбором резистора R22: уменьшение его сопротивления вызывает увеличение напряжения на конденсаторе.

Проверку и регулировку блока осуществляют с подключенной катушкой зажигания. Вместо контактов прерывателя можно использовать контакты какого-либо поляризованного реле, например РП4, обмотку которого подсоединяют к звуковому генератору или к сети переменного тока 127 или 220 В, 50 Гц. В последнем случае- через понижающий трансформатор или гасящий резистор. Напряжение на накопительном конденсаторе нельзя измерить обычным вольтметром - надо пользоваться измерительным осциллографом (С1-19, С1-49 и др.) или же специальным импульсным вольтметром. Подробней об этом можно прочитать в .

На автомобиле блок устанавливается в подкапотном пространстве и подключается по схеме рис. 1. При этом конденсатор С на клемме прерывателя может остаться, так как на работу блока он не влияет. Корпус блока необходимо соединить отдельным проводом сечением не менее 0,75 мм2 с корпусом распределителя. Сечение провода от клеммы «+» также должно быть не менее 0,75 мм2.

ЛИТЕРАТУРА
1. Синельников А. X. Электроника в автомобиле. М.: Энергия, 1976, с. 127.
2. Синельников А. X. Чем различаются блоки. За рулем, 1977, № 10, с. 17.
3. Синельников А. X., Немцев В. Ф. Электронное зажигание.-За рулем, 1973, № 1, с. 14-18.
4. Синельников А. X., Немцев В. Ф. Еще раз об электронном зажигании.- За рулем, 1974, № 4, с. 10-12.
[email protected]

Представленная ниже, схема зажигания автомобиля предназначена для опытных радиолюбителей.

Тем, кто ранее собирал простые схемы блоков зажигания и желающим собрать устройство, из которого, максимально «выжато» все или может почти всё!

За истекшие годы стабилизированный блок зажигания повторили очень многие авто- и радиолюбители, и несмотря на выявленные недостатки можно считать что он проверку временем выдержал. Существенно также, что в литературе пока не появились публикации сходных по простоте конструкций с аналогичными параметрами.
Эти обстоятельства и побудили автора сделать ещё одну попытку основательно улучшить показатели блока, сохранив его простоту.

Основное отличие усовершенствованного блока зажигания от — заметное улучшение его энергетических характеристик. Если у исходного блока максимальная длительность искры не превышала 1,2 мс, причем она могла быть получена лишь на самых низких значениях частоты искрообразования, то у нового длительность искры постоянна во всей рабочей полосе 5…200 Гц и равна 1,2… 1,4 мс. Это значит, что на средних и максимальных оборотах двигателя — а это наиболее часто используемые режимы, длительность искры практически соответствует установившимся и настоящее время требованиям.

Ощутимо изменилась и мощность, подводимая к катушке зажигания. На частоте 20 Гц при катушке Б-115 она достигает 50…52 мДж, а на 200 Гц — около 16 мДж. Расширены также пределы питающего напряжения, в которых блок работоспособен. Уверенное искрообразование при пуске двигателя обеспечивается при бортовом напряжении 3,5 В, но работоспособность блока сохраняется и при 2,5 В. На максимальной частоте искрообразование не нарушается, если питающее напряжение достигает 6 В, а длительность искры — не ниже 0,5 мс.

Указанные результаты получены главным образом за счет изменения режима работы преобразователя, особенно условий его возбуждения. Эти показатели, которые, по мнению автора, находятся на практическом пределе возможностей при использовании всего одного транзистора, обеспечены также применением ферритового магнитопровода в трансформаторе преобразователя.

Как видно из принципиальной схемы блока, показанной на рисунке выше, основные ее изменения относятся к преобразователю, т.е. генератору зарядных импульсов, питающих накопитель-конденсатор С2. Упрощена цепь запуска преобразователя, выполненного, как и прежде, по схеме однотактного стабилизированного блокинг-генератора. Функции пускового и разрядного диодов(соответственно VD3 и VD9 по прежней схеме) выполняет теперь один стабилитрон VD1. Такое решение обеспечивает более надежный запуск генератора после каждого цикла искрообразования путем значительного увеличения начального смещения на эмиттерном переходе транзистора VT1. Это не снизило тем не менее общей надежности блока, поскольку режим транзистора ни по одному из параметров не превысил допустимых значений.

Изменена и цепь зарядки конденсатора задержки С1. Теперь он после зарядки накопительного конденсатора заряжается через резистор R1 и стабилитроны VD1 и VD3. Таким образом, в стабилизации участвуют два стабилитрона, суммарным напряжением которых при их открывании и определяется уровень напряжения на накопительном конденсаторе С2. Некоторое увеличение напряжения на этом конденсаторе скомпенсировано соответствующим увеличением числа витков базовой обмотки и трансформатора. Средний уровень напряжения на накопительном конденсаторе уменьшен до 345…365 В, что повышает общую надежность блока и обеспечивает вместе с тем требуемую мощность искры.

В разрядной цепи конденсатора С1 использован стабистор VD2, позволяющий получить такую же степень перекомпенсации при уменьшении бортового напряжения, как три-четыре обычных последовательных диода. При разрядке этого конденсатора стабилитрон VD1 открыт в прямом направлении, (подобно диоду VD9 исходного блока). Конденсатор С3 обеспечивает увеличение длительности и мощности импульса, открывающего тринистор VS1. Это особенно необходимо при большой частоте искрообразования, когда средний уровень напряжения на конденсаторе С2 существенно снижается.

В блоках электронного зажигания с многократной разрядкой накопительного конденсатора на катушку зажигания длительность искры и в определенной степени ее мощность определяет качество тринистора, поскольку все периоды колебаний, кроме первого, создаются и поддерживаются только энергией накопителя. Чем меньше затраты энергии на каждое включение тринистора, тем большее число запусков будет возможно и тем большее количество энергий (и за большее время) будет передано катушке зажигания. Крайне желательно поэтому подобрать тринистор с минимальным открывающим током.
Хорошим можно считать тринистор, если блок обеспечивает начало искрообразования (с частотой 1…2 Гц) при питании блока напряжением 3 В. Удовлетворительному качеству соответствует работа при напряжении 4…5 В. С хорошим тринистором длительность искры равна 1,3…1,5 мс, при плохом — уменьшается до 1… 1,2 мс.

При этом, как это ни покажется странным, мощность искры в обоих случаях будет примерно одинаковой по причине ограниченной мощности преобразователя. В случае большей длительности конденсатор-накопитель разряжается практически полностью, начальный (он же средний) уровень напряжения на конденсаторе, задаваемый преобразователем, несколько ниже, чем в случае с меньшей длительностью. При меньшей же длительности начальный уровень более высок, но высок и остаточный уровень напряжения на конденсаторе из-за его неполной разрядки.

Таким образом, разность между начальным и конечным уровнями напряжения на накопителе в обоих случаях практически одинакова, а от нее и зависит количество вводимой в катушку зажигания энергии . И все-таки при большей длительности искры достгается лучшее дожигание горючей смеси в цилиндрах двигателя, т.е. повышается его КПД.

При нормальной работе блока формированию каждой искры соответствуют 4,5 периода колебаний в катушке зажигания. Это означает, что искра представляет собой девять знакопеременных разрядов в свече зажигания, непрерывно следующих один за другим.

Нельзя поэтому согласиться с, мнением (изложенным в) о том, что вклад третьего и тем более четвертого периодов колебаний не удается обнаружить ни при каких условиях. На самом деле каждый период вносит свой совершенно конкретный и ощутимый вклад в общую энергию искры, что подтверждают и другие публикации, например . Однако, если источник бортового напряжения включен последовательно с элементами контура (т.е. последовательно с катушкой зажигания и накопителем), сильное затухание, вносимое именно источником, а не другими элементами, действительно, не позволяет обнаружить упомянутый выше вклад. Такое включение как раз и использовано в .

В описываемом блоке источник бортового напряжения в колебательном процессе участия не принимает и упомянутых потерь, естественно, не вносит.

Один из наиболее ответственных узлов блока — трансформатор Т1. Его магнитопровод Ш15х12 изготовлен из оксифера НМ2000. Обмотка I содержит 52 витка провода ПЭВ-2 0,8; II — 90 витков провода ПЭВ-2 0,25; III — 450 витков провода ПЭВ-2 0.25.

Зазор между Ш-образными частями магнитопровода должен быть выдержан с максимально возможной точностью. Для этого при сборке между его крайними стержнями помещают, без клея по гетинаксовой (или текстолитовой) прокладке толщиной 1,2+-0,05 мм, после чего детали магнитопровода стягивают прочными нитками.
Снаружи трансформатор необходимо покрыть несколькими слоями эпоксидной смолы, нитроклея или нитроэмали.
Катушку можно выполнить на прямоугольной шпуле без щек. Первой наматывают обмотку III, в которой каждый слой отделяют от следующего тонкой изоляционной прокладкой, а завершают трехслойной прокладкой. Далее наматывают обмотку II. Обмотку I отделяют от предыдущей двумя слоями изоляции. Крайние витки каждого слоя при намотке на шпуле следует фиксировать любым нитроклеем.

Гибкие выводы катушки лучше всего оформить по окончании всей намотки. Выводить концы обмотки I и II следует в сторону диаметрально противоположную концам обмотки III, но все выводы должны быть на одном из торцов катушки. В таком же порядке располагают и гибкие выводы, которые закрепляют нитками и клеем на прокладке из электрокартона (прессшпана). Перед заливкой выводы маркируют.

Кроме КУ202Н, в блоке можно применить тринистор КУ221 с буквенными индексами А-Г. При выборе тринистора следует принять во внимание, что, как показывает опыт, КУ202Н по сравнению с КУ221 имеют в большинстве случаев меньший ток открывания, но более критичны к параметрам импульса запуска (длительности и частоте). Поэтому для случая использования тринистора из серии КУ221 номиналы элементов цепи удлинения искры необходимо скорректировать — конденсатор С3 должен иметь емкость 0,25 мкФ, а резистор R4 — сопротивление 620 Ом.

Транзистор КТ837 может быть с любыми буквенными индексами, кроме Ж, И, К, Т, У, Ф. Желательно, чтобы статический коэффициент передачи тока не был менее 40. Применение транзистора другого типа нежелательно.

Теплоотвод транзистора должен иметь полезную площадь не менее 250 кв.см. В роли теплоотвода удобно использовать металлический кожух блока или его основание, которые следует дополнить охлаждающими ребрами. Кожух должен обеспечивать и брызгозащищенность блока.

Стабилитрон VD3 также необходимо устанавливать на теплоотвод. В блоке он представляет собой две полосы размерами 60x25x2 мм, согнутые П-образно и вложенные одна в другую. Стабилитрон Д817Б можно заменить последовательной цепью из двух стабилитронов Д816В; при бортовом напряжении 14 В и частоте искрообразования 20 Гц эта пара должна обеспечивать на накопители напряжение 350…360В. Каждый из них устанавливают на небольшой теплоотвод. Стабилитроны подбирают только после выбора и установки тринистора.

Стабилитрон VD1 подборки не требует, но он обязательно должен быть в металлическом корпусе. Для увеличения общей надежности блока целесообразно этот стабилитрон снабдить небольшим теплоотводом в виде обжимки из полоски тонкого дюралюминия.

Стабистор КС119А (VD2) можно заменить тремя диодами Д223А (или другими кремниевыми диодами с импульсным прямым током не менее 0,5 А), включенными последовательно.

Большинство деталей блока смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертеж платы показан на рис.2. Плата разработана с учетом возможности монтажа деталей при различных вариантах замены.

Для блока, предназначенного работать в местностях с суровым зимним климатом, оксидный конденсатор С1 желательно использовать танталовый с рабочим напряжением не ниже 10 В. Его устанавливают вместо большой перемычки на плате, при этом точки подключения алюминиевого оксидного конденсатора (он-то и показан на плате), пригодного для работы в подавляющем большинстве климатических зон, следует замкнуть перемычкой соответствующей длины. Конденсатор С2-МБГО, МБГЧ или К73-17 на напряжение 400…600 В.

В случае выбора для блока тринистора из серии КУ221 нижнюю по рис.2 часть платы необходимо скорректировать так, как это показано на рис.3. При монтаже тринистора необходимо один из винтов его крепления изолировать от печатной дорожки общего провода.

Проверку работоспособности и тем более регулировку следует проводить именно с такой катушкой зажигания, с которой блок будет работать в дальнейшем. Следует иметь в виду, что включение блока без катушки зажигания, нагруженной запальной свечой, совершенно недопустимо. Для проверки вполне достаточно измерять пиковым вольтметром напряжение на накопительном конденсаторе С2. Таким вольтметром может служить авометр, имеющий предел постоянного напряжения 500 В. Авометр подключают к конденсатору С2 через диод Д226Б (или подобный), а зажимы авометра шунтируют конденсатором емкостью 0,1…0,5мкф, на напряжение 400…600 В.

При номинальном напряжении питания (14 В) и частоте искрообразования 20 Гц напряжение на накопителе должно находиться в пределах 345…365 В. Если напряжение меньше, то прежде всего подбирают тринистор с учетом сказанного выше. Если после подборки будет обеспечено искрообразоеание при понижении напряжения питания до 3 В, но на конденсаторе С2 при номинальном напряжении питания будет повышенное напряжение, следует подобрать стабилитрон VD3 с несколько пониженным напряжением стабилизации.

Далее проверяют блок на высшей частоте искрообраэования (200 Гц), поддерживая номинальное бортовое напряжение. Напряжение на конденсаторе С2 должно находиться в пределах 185…200 В, а потребляемый блоком ток после непрерывной работы в течение 15…20 мин не должен превышать 2,2 А. Если транзистор за это время нагреется выше 60°С при комнатной окружающей температуре, тёплоотводящую поверхность следует несколько увеличить. Конденсатор С3 и резистор R4 подборки, как правило, не требуют. Однако для отдельных экземпляров тринисторов (как того, так и другого типа) может потребоваться корректировка номиналов, если на частоте 200 Гц будет обнаружена неустойчивость в искрообраэовании. Она проявляется обычно в виде кратковременного сбоя в показаниях вольтметра, подключенного к накопителю, и хорошо заметна на слух.

В этом случае следует увеличить емкость конденсатора С3 на 0,1…0,2 мкФ, а если это не поможет, вернуться к прежнему значению и увеличить сопротивление резистора R4 на 100…200 Ом. Одна из этих мер, а иногда и обе вместе, обычно устраняют неустойчивость запуска. Заметим, что увеличение сопротивления уменьшает, а увеличение емкости увеличивает длительность искры.

Если есть возможность воспользоваться осциллографом, то полезно убедиться в нормальном течении колебательного процесса в катушке зажигания и фактической его длительности. До полного затухания должны быть хорошо, различимы 9-11 полуволн, суммарная длительность которых должна быть равна 1,3…1,5 мс на любой частоте искрообразования. Вход X осциллографа следует подключать к общей точке обмоток катушки зажигания.

Типичный вид осциллограммы показан на рис.4. Всплески посредине минусовых полуволн соответствуют единичным импульсам блокинг-генератора при изменении направления тока в катушке зажигания.

Целесообразно проверить также зависимость напряжения на накопительном конденсаторе от бортового напряжения.

Ее вид не должен заметно отличаться от показанного на рис.5.

Изготовленный блок рекомендуется устанавливать в моторном отсеке в передней, более прохладной его части. Искрогасящий конденсатор прерывателя следует отключить и соединить его вывод с соответствующим контактом розетки разъема Х1. Переход на классическое зажигание выполняют, как и в прежней конструкции, установкой вставки-замыкателя Х1.3.

В заключение отметим, что попытки получить столь же «длинную» искру с трансформатором на стальном магнитопроводе, даже из стали самого высокого качества, не приведут к успеху. Наибольшая длительность, которая может быть достигнута, — 0,8…0,85 мс. Тем не менее блок почти без изменений (сопротивление резистора R1 следует уменьшить до 6…8 Ом) работоспособен и с трансформатором на стальном магнитопроводе с указанными намоточными характеристиками, и эксплуатационный качества блока выше, чем у его прототипа .

Литература:
1. Г. Карасев. Стабилизированный блок электронного зажигания. — Радио, 1988, № 9, с. 17; 1989, №5, с.91
2. П.Гацанюк. Усовершенствованная электронная система зажигания. В сб.: «В помощь радиолюбителю», вып: 101, с. 52, — М.: ДОСААФ.
3. А. Синельников. Электроника в автомобиле. — М.:, Радио и связь, 1985, с.46.
4. Ю. Архипов. Полуавтоматический блок зажигания. — Радио, 1990, № 1, с. 31-34; №2, с. 39-42.