Электронная система зажигания горючей смеси в цилиндрах дви­гателей внутреннего сгорания уже завоевала прочное признание у ав­томобилистов. Сейчас известно немало разновидностей устройств этого типа, но практически все они могут быть при­числены к одному из двух видов — тиристорному, характерному тем, что энергия искры накапливается в кон­денсаторе, или транзисторному, с накоп­лением энергии в катушке с большой индуктивностью. И те, и другие Позво­ляют существенно увеличить долговеч­ность контактов прерывателя и по многим параметрам превосходят клас­сическую батарейную систему, причем это превосходство становится особенно заметным после эксплуатации автомо­биля в течение двух-трех лет.

Сравнивая между собой устройства обоих видов, можно отметить следую­щие их характерные преимущества и недостатки. Транзисторные конструктивно проще, дешевле, и главное, способны формировать запальные искры большой длительности (до нескольких миллисекунд). Это облегчает пуск дви­гателя, благоприятно сказывается на , его работе как при неполной нагрузке, так и на обедненной рабочей смеси и способствует снижению содер­жания токсичных продуктов в отрабо­тавших газах.

Однако из-за сравнительно неболь­шой скорости нарастания высоковольт­ного напряжения на запальной свече эффективность работы транзисторных систем существенно падает при воз­никновении путей утечки тока высоко­вольтной цепи (из-за нагара на изоля­торе свечей, загрязнения их и других узлов, работающих под вторичным на­пряжением катушки зажигания). Ток утечки, являясь дополнительной нагруз­кой, не позволяет достичь расчетного значения напряжения на свечах, что может привести к пропускам в искрообразовании.

Тиристорные системы  несколько сложнее, но они практически не чув­ствительны к воздействию указанных вредных факторов, так как обеспечи­вают намного более крутой фронт им­пульса высокого напряжения, на элект­родах свечи, и поэтому ток утечки не успевает существенно повлиять на ка­чество искры. В то же время ее длительность в этих системах не превышает 0,2…0,6 мс, чего по результатам ря­да исследований и практическому опыту авторов бывает не всегда достаточно для стабильной работы двигателя (и особенно его запуска) в различных ре­жимах и условиях. Установлено также, что увеличение длительности искры до 1,5...2,0 мс существенно уменьшает со­держание токсичных продуктов в отработавших газах и повышает экономич­ность работы двигателя. Вместе с тем при увеличении длительности искры, как известно, усиливается эрозия электро­дов свечей и несколько сокращается срок их службы, однако решающим фактором здесь следует все же при­знать повышение надежности работы и экономичности двигателя.

К настоящему времени как тран­зисторные, так и тиристорные си­стемы, взятые в отдельности, прак­тически уже исчерпали возможности существенного улучшения параметров выходного импульса. Одним из перспек­тивных путей дальнейшего совершенст­вования устройств электронного зажи­гания сейчас, очевидно, следует счи­тать синтез положительных качеств си­стем обоих видов в единой конструкции. Попыткой решения такой задачи как раз и является описываемое ниже уст­ройство.

В своей основе — это тиристорная система с импульсной зарядкой накопи­тельного конденсатора, поэтому началу формирования искры в ней свойственна высокая крутизна импульса высокого напряжения. Однако после разрядки накопительного конденсатора горение искры не прекращается, а поддержи­вается еще сравнительно долго энер­гией, подводимой к свече практически непосредственно от источника питания (Здесь использованы принцип, разработан­ный X. Эвердингом (патент ФРГ № 1.9.65,152, 1969 г.), и конструкция, описанная им в жур­нале «Электроник» (11. Ewrding, Elektronisches Zundsystem reduziert schadliche Abgasc. -"Elektronik". 1476. № I. s. 61—64). Отсутствие каких-либо промежуточных накопителей для формирования завер­шающей фазы искры позволяет достичь большой ее длительности при почти тех же габаритах и энергопотреблении.

Система обеспечивает стабилизацию амплитуды импульса выходного на­пряжения в широких пределах изменения напряжения питания, имеет две ступени защиты от ложных срабатыва­ний при дребезге контактов прерыва­теля, защиту от импульсных помех в цепи питания и возможность переклю­чения на батарейный вариант зажига­ния. Большинство элементов устройства размещены на печатной плате с разъе­мом, который позволяет быстро заме­нять ее запасной при возникновении неисправности.

Система обеспечивает следующие па­раметры импульсного напряжения на катушке зажигания Б-115УХЛ:

Амплитуда начальной фазы (при изме­нении напряжения питания в пределах 9...18 В), В ........ 360±5%

Пределы регулирования длительности искры, мс . . . . . . . . . . 1,2...1.8

Максимальная частота искрообразования, Гц ...........   300

Ток, потребляемый от источника пита­ния (при напряжении 14 В и частоте искрообразования 100 Гц), А . . .   1.7

Система (см. схему на рис. 1) состоит из ждущего мультивибратора на тран­зисторах   V6 и V8, управляемых им электронных ключей на тринисторе V11 и транзисторах V12 и V16, тран­сформатора Т1 с немагнитным зазо­ром в магнитопроводе, накопительного конденсатора С7 и выпрямителя на дио­дах V13 и V17.

Рассмотрение процессов работы уст­ройства целесообразно начать с момен­та, когда контакты прерывателя замкну­лись после одного цикла замыкание—размыкание. При первом их размыка­нии искра не возникает, а происходит только зарядка накопительного конден­сатора (С7), что характерно для всех тиристорных устройств с импульсным накоплением энергии. Механизм заряд­ки конденсатора С7 будет ясен из даль­нейшего рассмотрения.

В указанном положении контактов транзистор V6 мультивибратора будет открыт базовым током, протекающим через резисторы R5—R8, стабилитрон V3 и диод V5. Времязадающий конденсатор C3 мультивибратора заряжен от источника питания через открытый эмиттерный переход транзистора V6 и резистор R8 до стабильного напряжения (примерно 5 В), определяемого стаби­литроном V3 и диодом V5. транзистор V8 закрыт. Это исходное, устойчивое состояние мультивибратора.

Цепь запуска R1C1R2R3R4V1V2 под­готавливается к работе: конденсатор С1 заряжается до половины напряже­ния питания с большой (около 0,6 мс) постоянной времени, определяемой но­миналами элементов R2, R3, R4, С1, в силу чего он за время дребезга контактов прерывателя (не более 1 мс) не успевает получить заряда, достаточ­ного для запуска мультивибратора.

При размыкании контактов прерыва­теля заряженный конденсатор С1 подключается

через резисторы R1 и R2 к диоду VI и он открывается. Это вы­зывает кратковременное повышение на­пряжения на аноде диода V2 до зна­чения, равного сумме напряжения пи­тания и напряжения на открытом дио­де VI. Поэтому диод V2 открывается, что приводит к глубокому уменьшению напряжения на базе транзистора V6 и его закрытию. Транзистор V8 при этом открывается, через открытый ди­од V7 замыкается цепь положитель­ной обратной связи ждущего мульти­вибратора и он переключается в не­устойчивое состояние.

Конденсатор С5, заряженный до на­пряжения источника питания, оказыва­ется подключенным к резистору R12 через открытый транзистор V8 и диод V10. Вследствие этого на резисторе R12 формируется разрядный импульс напряжения, вызывающий открытие тринистора V11. Ток через открывшие­ся транзистор V8 и диод V9 создает на резисторе R11 падение напряжения, открывающее транзистор V12. Вслед за ним открывается и транзистор V16.

Накопительный конденсатор С7 через открывшийся тринистор V11 разряжа­ется на первичную обмотку катушки за­жигания, в результате чего на ее вто­ричной обмотке формируется импульс высокого напряжения с крутым фрон­том. Этот импульс через распредели­тель поступает   к свече, и меж­ду ее электродами возникает искро­вой разряд.

Одновременно с этим через открыв­шийся транзистор ключа V16 и обмот­ку II трансформатора «Т1 от положительного полюса источника питания начинает протекать ток. Диоды V13 и V15 в это время закрыты.

Через несколько десятков микросе­кунд напряжение на конденсаторе С7 уменьшается до уровня (около 24 В). при котором открывается диод V15. С этого момента первичная обмотка катушки зажигания подключается через диод V15. обмотку III трансформатора Т1 и открытый ключ (V16) непосред­ственно к источнику питания. Возни­кающий в этой цепи ток приобретает линейно увеличивающийся характер, что обеспечивается конструкцией трансформатора Т1. Вследствие изменения во времени тока в первичной обмотке катушки зажигания в ее вторичной об­мотке наводится ЭДС, которая оказы­вается достаточной для поддержания зажженной ранее искры в свече.

В трансформаторе Т1 происходит на­копление магнитной энергии. Продол­жительность этой основной по длитель­ности фазы искры определяется време­нем, в течение которого открыт ключ на транзисторе V16 и происходит увеличение тока в первичной обмотке ка­тушки зажигания.

После переключения ждущего муль­тивибратора в неустойчивое состояние начинается перезарядка времязадающего  конденсатора СЗ и напряжение на нем к некоторому моменту умень­шается до уровня открывания тран­зистора V6, Мультивибратор скачком возвращается в исходное состояние, транзистор V8 закрывается, следом за ним закрываются транзисторы V12 и V16 и ток в обмотках II и III тран­сформатора Т1  резко прекращается. В результате этого в обмотке I воз­никает ЭДС самоиндукции, которая че­рез диоды V13 и V17 заряжает накопительный конденсатор  С7 до напряжения около 360 В. В таком состоянии он будет находиться до мо­мента очередного размыкания контак­тов прерывателя. Далее процесс пов­торяется в той же последователь­ности.

Временные диаграммы напряжения и тока в некоторых точках устройства, иллюстрирующие его работу, изображе­ны на рисунке. Осциллограм­мы Б и В сняты относительно плюсо­вого провода питания устройства, И — относительно вывода <ВК» катушки за­жигания, А, Г, Д, Е — относительно общего провода; осциллограмма тока Ж снята в разрыве цепи коллектора транзистора V16. Вторая осциллограм­ма И отличается от первой только более крупным масштабом по оси вре­мени. Момент размыкания контактов прерывателя обозначен t1 a t2 — момент возвращения ждущего мультивибрато­ра в исходное состояние. Режим измерения: напряжение питания Uпит.= 14 В, потребляемый ток — 0,8 А, частота искрообразования fио.=50 Гц, длительность искры tи= 1,5 мс.

Напряжение на накопительном кон­денсаторе С7 стабилизируется следую­щим образом. При увеличении напря­жения питания время протекания тока через транзистор V16 уменьшается вследствие .ускорения процесса переза­рядки конденсатора СЗ. Поэтому, не­смотря на некоторое ускорение нара­стания тока в обмотках II и III транс­форматора, к моменту выключения его значение остается близким к номи­нальному. ЭДС, наводимая в обмотке I и заряжающая конденсатор С7, так­же поддерживается на прежнем уровне. Линейность увеличения тока способст­вует улучшению стабилизации.

График зависимости напряжения на конденсаторе С7 от напряжения пита­ния показан на вкладке. На обмотке IV трансформатора Т1 образуется на­пряжение, частично компенсирующее напряжение насыщения транзистора V12. Это позволяет достичь более полно­го открывания ключевого транзистора V16 и повысить КПД ключа.

Диод V2 с помощью делителя R3R4 закрыт, и запускающий импульс должен по напряжению обязательно превысить половину напряжения питания. Это вместе с относительно большим значе­нием постоянной времени цепи запуска повышает помехозащищенность систе­мы. Кроме того, сигнал с эмиттера транзистора V16, поступающий через резистор R14, способствует удержа­нию мультивибратора от ложного пе­реключения до окончания процесса фор­мирования искры. Стабилитрон V4 слу­жит для ограничения импульсных по­мех, которые могут возникнуть в бор­товой сети автомобиля при работе стартера, различных реле, электродви­гателей и вызвать сбои в работе ждущего мультивибратора.

При необходимости более надежной зашиты от помех систему можно до­полнить LC-фильтром, включив дрос­сель (например, Д3-0,3-0,16) в разрыв плюсового провода питания в точке L, а оксидный конденсатор (500,0х25 В) — между левым по схеме выводом дрос­селя и общим проводом. Параллель­но этому конденсатору желательно под­ключить еще один, емкостью около 0,03 мкФ (КМ, КЛС).

Систему очень легко дополнить огра­ничителем частоты вращения коленча­того вала двигателя. Его функции бу­дет выполнять цепь запуска, если уве­личить сопротивление резисторов R3 и R4 до значений, при которых по­стоянная времени цепи C1R2R3R4 будет равна примерно трети периода расчетной частоты искрообразования.

Общий вид устройства без кожуха показан на вкладке. Оно смонтировано на стальной скобе, согнутой из полосы шириной 86 и толщиной 2 мм. К одной из полок скобы снаружи прикреплен дюралюминиевый радиатор размерами 86х50х6 мм с транзистором V16. К внутренней стороне другой полки скобы привинчены трансформатор Т1 и разъем XI (типа РП-10) для под­ключения системы. B средней части скобы укреплены накопительный кон­денсатор С7, стабилитрон V14, рези­стор R15 и гнездовая часть разъема РППМ1-23, в которую включена ответ­ная часть с закрепленной на ней мон­тажной печатной платой.

Печатная плата изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщи­ной 2 мм. Чертеж платы представлен на рис. При сборке системы в це­лом, и особенно при монтаже печатной платы, следует учесть, что это устрой­ство будет работать в тяжелых условиях (значительная вибрация, повышенные температура, влажность и запылен­ность). Поэтому необходимо обеспечить надежное жесткое крепление всех де­талей и узлов, хорошее отведение теп­ла и т. д.

Трансформатор Т1 собран на магнитопроводе ШЛ16х25 с немагнитным за­зором 0,35 мм. Арматуру трансформа­тора следует доработать с тем, чтобы элементы магнитопровода можно было стягивать винтами. Обмотки наматыва­ют в порядке их нумерации с обяза­тельной межслоевой и межобмоточной изоляцией. Обмотка I содержит.850 витков провода ПЭВ-2 0,2; II и III — по 40 витков провода ПЭВ-2 1,2 и 0,9 соответственно; IV-2-3 витка прово­да ПЭВ-2 0,5.

Резистор R7 – СП3-1б, конденса­тор С6 — слюдяной, СГМ, а С7 — металлобумажный, МБГЧ, оба на номи­нальное напряжение 750...1000 В. Не­который запас по напряжению этих конденсаторов необходим для уменьше­ния тока утечки в паузах между им­пульсами зарядки. По этой же причине тринистор V11 желательно подобрать

Рис. 2

Рис. 3

на такое же напряжение включения и ток утечки не более 0.1 мА. Этому ус­ловию, как правило, удовлетворяют тринисторы КУ202М и КУ202Н.

Вместо КТ352Б можно использовать также транзисторы серий КТ501, КТ350. КТ351. КТ208, КТ209, КТ375, КТ313, КТ345; вместо КТ815Б — любые из се­рий КТ801, КТ630, КТ817. Диоды Д310 можно заменить любыми импульсными или универсальными с допустимым мак­симальным выпрямленным током 50... 100 мА. Вместо КД202Р (V13 и V17) можно применить диоды КД105Г.

При необходимости замены транзи­стора ГТ806А следует учесть, что от та­ких его параметров, как время выключе­ния и напряжение насыщения, в решаю­щей степени зависят выходное импульс­ное напряжение системы и энергия иск­ры. Кроме того, транзистор должен иметь значение максимального допусти­мого постоянного тока коллектора (в не­прерывном режиме), близкое к амплиту­де импульса тока, равной в описывае­мом устройстве примерно 20 А. По ука­занным причинам наиболее предпочти­тельны в ключе германиевые транзи­сторы указанной серии (ГТ806). Очень хорошие результаты были получены с транзисторами серии 1Т813. В случае применения кремниевых транзисторов, например, серий КТ818, КТ835, КТ837, желательно включать их по два парал­лельно.

При монтаже блока электронного за­жигания на автомобиле следует стре­миться к минимальной длине соеди­нительных проводников; сечение их не должно быть менее 1,5 мм². Для при­соединения устройства удобно исполь­зовать кольцевую монтажную планку из толстого стеклотекстолита, укрепляе­мую на зажимах катушки зажигания и имеющую три дополнительных винто­вых зажима. Блок соединяют с планкой шестипроводным жгутом с штыревой частью Х1.1 разъема XI (РП-11). Ря­дом с блоком размещают еще одну гнездовую часть разъема (X1,3), слу­жащую для переключения зажигания на батарейный вариант. Для этого до­статочно переставить штыревую часть Х1,1 из гнезда X1,2 в гнездо Х1,3. Ис­пользование переключателей для этой цели нежелательно. Схема подключения блока к системе электрооборудования автомобиля показана на рис. 2.

Безошибочно собранное из исправных деталей устройство, как правило, в на­лаживании не нуждается. При исполь­зовании вместо ГТ806А других транзис­торов для улучшения параметров вы­ходного импульса можно попробовать подобрать число витков обмотки IV трансформатора Т1 в пределах от 1 до 6. В первое время эксплуатации устройства необходимо контролировать температуру катушки зажигания и, если она перегревается, уменьшить длительность искры резистором R7.

Описанная система может работать и с любым бесконтактным датчиком, необ­ходимо лишь обеспечить требуемые па­раметры запускающего импульса на ба­зе транзистора V6. При этом эле­менты Cl, R1, VI могут быть исклю­чены. При отсутствии мощных высоко­частотных р-n-р транзисторов ключ можно собрать по упрощенной схеме, показанной на рис. 3, однако при этом потребуется изоляция корпусов мощных транзисторов от радиатора и несколько снизятся выходные параметры устрой­ства.

Если система будет работать на автомобилях серии ВАЗ, у которых ка­тушка зажигания не имеет ограничи­тельного резистора Rдоб (рис. 2), то схема подключения блока сущест­венно упрощается. Число контактов в разъемах Х1.1—Х1.3 и на монтажной планке, а также число проводников в соединительном жгуте уменьшаются до четырех.

А. ШТЫРЛОВ, В. ВАВИНОВ

Звездный городок Московской обл.

РАДИО №7, 1983 г.

КОМБИНИРОВАННАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ