Тиристорное зажигание. Тиристорное устройство зажигания. Печатные платы для сборки

На собственном опыте убедился, что нет пределов совершенства для российских мотосамодельщиков. Изогнуть и переварить раму, вынести вперед вилку, впихнуть сзади автомобильное, а спереди велосипедное колесо-бурная, в общем-то, фантазия не знает границ! Однако когда речь заходит о переделках электрооборудования, матерый байкер чаще всего озадаченно почесывает в затылке или идет на поклон к гаражному «спецу».

При общем уважении к двухтактной технике, в глубинке почему-то особым почетом пользуется «ИЖ-Планета». Конечно, машина надежная, простая и понятная. Захотел избавиться от аккумулятора-точи планшайбу-переходник, ставь 90-ваттный «восходовский» генератор да собирай типовую схему того же «Восхода». Лепота! Иное дело «Юпитер». Вроде все тот же ИЖ, ан нет-цилиндров-то два. И тут мало помогают многочисленные публикации на тему бесконтактного зажигания на ИЖ-Ю. Это ведь надо самому паять схему, мотать трансформаторы, тратиться на недешевые датчики Холла, коммутаторы, катушки.

Ездишь и трясешься: а ну как вся эта самопальная электроника откажет-чем ее на обочине паять? А с другой стороны, «Юпитер» помощнее «Планеты» будет. Вот и возникают на просторах России альтернативные варианты «зажигалок» вроде установленного на ИЖ-Ю 1962 года двухискрового магнето от трактора Т-100: тот еще «изыск», но для села сгодится. Меня эта проблема тоже зацепила. В течение двух сезонов я занимался поиском оптимального варианта. В результате возникло предлагаемое вниманию читателей схемное решение. За основу взял следующие исходные:

1) В двухтактном 2-цилиндровом моторе искру можно подавать в оба цилиндра одновременно. Рабочий ход будет только в одном. Как пример-у двигателя РМЗ-640 «Буран».

2) Подключить параллельно два БКС к одному генератору нельзя: не позволит внутреннее устройство блоков, то есть искра, конечно, будет, но, во-первых, весьма слабая, а во-вторых, для пуска «киком» потребуется достаточно энергичный рывок. После рассмотрения развернутой схемы (рис.1) это становится очевидно: блок БКС рассчитан на работу с 1-цилиндровым двигателем. В ИЖ-Ю разряды чередуются через 180°.

Поэтому энергии перегруженного двумя блоками генератора недостаточно для пополнения заряда разрядных конденсаторов С2, так как суммарная емкость увеличилась в два раза-до 4,0 мкФ. В процессе искрообразования открывшийся тиристор блока А1 шунтирует выход генератора-в этот момент заряда конденсатора С2 блока А2 не происходит. Доводы оппонентов: «а я собрал на двух коммутаторах-и работает», наверное, следует отнести к разбросу электрических параметров элементов схемы.

3) Нельзя непосредственно соединить выводы от индукционных датчиков-будут гасить сигнал друг друга.

4) Система зажигания должна быть собрана из заводских (промышленных) элементов.

5) Ну и, конечно, деталей (элементов) должно быть как можно меньше-это из соображения лимита места на мотоцикле. Свой первый вариант электронного зажигания я собирал по описанию из «М-К» № 8"1998 г. - «Забудьте про аккумулятор». Поездил с двумя коммутаторами сезон, но, поразмыслив, решил-могу сделать и получше-собрал подобную схему на самодельной печатной плате с меньшими габаритами. Конденсаторы были взяты меньшей емкости (1,0 мкФ.).

Запуск стал получше, но оставались сомнения в надежности конструкции. Случай свел с людьми, увлеченными мотодельтапланами. Вот на «Поиске-06» я и познакомился с системой зажигания «Бурана». Вопрос «один или два» был решен в пользу одноканальной системы, как более надежной. Разберем схему, представленную на рис.2 Коммутатор (А1) - тиристорный 251.3734, 261.3734, 252.3734, 262.3734 (у меня мопедовский 251.3734, но можно любой, вплоть до КЭТ-1А; нежелательно использовать БКС-1МК-211: схемно «задушен» по максимальным оборотам).

Катушки (TV1, TV2)-две «восходовские»: 2102.3705 или Б-300Б. Пригодность «ижевских» не проверял-думаю, что их хватит не надолго. Генератор (G)-43.3701 или 80.3701 - ставится через планшайбу, от типа зависит мощность (и напряжение) осветительных цепей, в верхнюю крышку оппозитно врезал два штатных индукционных датчика от «Минска»; такая модернизация описана неоднократно, поэтому останавливаться на ней не буду. Сигналы от датчиков поступают на единственный тоже самодельный узел.

Смеситель (А2 на рис.2): диоды VD1, VD2 разделяют обмотки датчиков Д1, Д2, но смешивают из них сигналы. Смешанный сигнал поступает на вход Д коммутатора, который формирует разрядные импульсы через обе включенные последовательно катушки зажигания TV1 и TV2. Следует обращать внимание на соблюдение полярности подключения катушек и датчиков. Это важно! В остальном схема аналогична схемам легких мотоциклов.

Диоды в смеситель подойдут любые (желательно с низким прямым сопротивлением) с Upa6 = 50 В, 1раб = 500 мА (у меня КД212), выход их из строя маловероятен. Разместил их на плате из фольгированного стеклотекстолита (см. чертеж на рис.3) и проводами соединил со стандартным автоштекером. Снаружи обмотал ПВХ лентой. Коммутатор закрепил на кронштейне под бензобаком рядом с катушками. Соединительные провода от коммутатора к ним минимальной длины и максимально возможного сечения (у меня около 2,5 мм2)-меньше потери энергии разряда.

Теперь по сигналу датчиков искра проскакивает одновременно в обоих цилиндрах. Обратил внимание, что, по сравнению с двухканальным коммутатором по различным авторским схемам, искра длиннее и с характерным щелкающим звуком, уменьшились пусковые обороты (заводится «с полтыка»), за счет большей энергии стали стабильнее и холостые обороты.

Не оправдались страхи сомневающихся о возможных обратных вспышках в карбюратор. Были поначалу опасения, что за время между двумя запускающими импульсами не успеет зарядиться конденсатор С2-однако все в норме: пропусков зажигания на максимальных оборотах не отмечено. Конечно, запасной коммутатор с собой вожу, но это для самоуспокоения.

Износ свечей F1, F2 за период эксплуатации (2 сезона) незначительный, да я их и не чистил ни разу. Так как разряд в свечах теперь происходит одновременно, можно менять местами свечные колпаки-двигатель продолжает работать. В общем, я своей схемой доволен, поэтому всем рекомендую-повторите, не пожалеете.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема двухканальной системы электронного зажигания 2-цилиндровых мотоциклетных двигателей

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема одноканальной системы электронного зажигания для мотоцикла «ИЖ-ЮПИТЕР»

Рис. 3. Схема монтажа диодов смесителя

П. АЛЕКСЕЕВ

Тиристорная система зажигания в двигателе автомобиля завоевала столь большую популярность, что сегодня практически нет автолюбителей, не проявляющих к ней интереса.

Принципиальная схема проверенного варианта блока тиристорной системы зажигания изображена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема блока тиристорного зажигания

Штрих-пунктирными линиями выделены составные части блока: источник высокого напряжения, накопитель энергии, формирователь пусковых импульсов, коммутатор зажигания «Электронное - обычное».

Источник высокого напряжения, представляющий собой двухтактный транзисторный преобразователь (однотактный может не обеспечить требуемую скорость заряда накопителя энергии), предназначен для преобразования низкого напряжения (12-14 В) аккумуляторной батареи или генератора автомобиля в относительно высокое постоянное напряжение 380-400 В. Выбор такого напряжения не случаен. Дело в том, что энергия в искре запальной свечи двигателя при тиристорной системе зажигания определяется выражением А=C*U 2 /2 . из которого следует, что чем больше емкость (С) накопителя энергии и выше напряжение (U), тем больше энергия в искре. Повышение напряжения ограничивается пределом электропрочности изоляции первичной обмотки катушки зажигания (400-450 В), а увеличение емкости-временем заряда накопительного конденсатора, которое должно быть меньше длительности межискрового промежутка. Исходя из этого в тиристорной системе зажигания выходное напряжение преобразователя обычно составляет 300-400 В, а емкость накопительного конденсатора равна 1-2 мкФ.

Трансформатор преобразователя напряжения является наиболее трудоемким элементом системы зажигания. В любительских условиях не всегда есть возможность применить трансформаторную сталь, рекомендуемую автором той или иной статьи. Чаще всего используют магнитопроводы с неизвестными характеристиками от разобранных старых трансформаторов, дросселей. Как показал опыт, трансформатор преобразователя напряжения можно выполнить без предварительных расчетов в зависимости от качества трансформаторной стали, но с несколько завышенной мощностью, что только улучшит работу преобразователя.

Данные трансформатора могут быть такими: сечение магнитопровода 3,5-4,5 см2; обмотки I и IV-по 9 витков провода ПЭВ-2 0,47-0,53; обмотки II й III - по 32 витка провода ПЭВ-2 1,0-1,1; обмотка V - 830-880 витков провода ПЭЛШО или ПЭВ-2 0,31-0,35.

Между рядами высоковольтной обмотки, а также между обмотками необходимо прокладывать лакоткань или конденсаторную бумагу. Сборку пластин магнитопровода производят плотно и без зазоров (наличие стыковочных зазоров резко снижает качество трансформатора).

После сборки всего преобразователя с выпрямителем на диодах Д3-Д6 в виде одного узла следует произвести его проверку по следующим параметрам: сила потребляемого тока холостого хода, величина постоянного напряжения на выходе преобразователя, форма кривой напряжения на выходной обмотке V, частота тока преобразователя.

Проверку производят по схеме, приведенной на рис. 2.

Рис. 2. Схема проверки преобразователя напряжения

При правильном включении обмоток I, II, III и IV преобразователь напряжения должен сразу же заработать (слышен слабый звук, создаваемый магнитопроводом трансформатора). Потребляемая преобразователем напряжения сила тока, измеренная амперметром ИП1, должна быть в пределах 0,6-0,8 А (зависит от сечения и марки стали магнитопровода трансформатора).

Выключив питание, резистор R1 (см. рис. 2) удаляют, вход «Y» осциллографа переключают к точкам 3 и 4 (см. рис. 1) выпрямительного моста, а к точкам 1 и 2 подключают конденсатор емкостью 0,25-1,0 мкФ на номинальное напряжение 600 В и параллельно ему вольтметр постоянного тока со шкалой 0-600 В. Подав вновь питание на преобразователь, измеряют постоянное напряжение на выходе выпрямителя. На холостом ходу оно может достигать 480 -550 В (зависит от числа витков обмотки V). Подбирая резистор R5 (начиная с бблыпего номинала), добиваются снижения этого напряжении до 370-420 В. Одновременно на экране осциллографа наблюдают за формой кривой выходного напряжения преобразователя. На холостом ходу она должна соответствовать рис. 3, а (выбросы фронтов могут достигать 25-30% от амплитуды вторичного напряжения), а при подключенном резисторе R5 - кривой, показанной на рис. 3, б (выбросы фронтов снижаются до 10 - 15%). Далее с помощью осциллографа измеряют частоту работы преобразователя - она может быть в пределах 300-800 Гц (более высокая частота, которая может быть при недостаточно тщательной сборке магнитопровода трансформатора, нежелательна, так как ведет к повышенному нагреву трансформатора).

Рис. 3. Эпюры выходного напряжения преобразователя

На этом проверку работы преобразователя напряжения заканчивают.

Диоды Д1 и Д2 ограничивают на уровне 0,6-0,8 В напряжения, закрывающие транзисторы, и тем самым предохраняют эмиттерные переходы от пробоя, а также способствуют уменьшению амплитуды выбросов фронтов вторичного напряжения.

В преобразователе напряжения хорошо работают транзисторы типа П210А, П209, П217 и другие аналогичные им с коэффициентом передачи тока не менее 12-15. Обязательным условием является подбор пары транзисторов с одинаковым коэффициентом передачи тока.

В выпрямителе (Д3-Д6) можно использовать любые кремниевые диоды с Uобр>500-600 В и Iпр>1 А.

Накопитель энергии представляет собой конденсатор емкостью 1-2 мкФ, заряжающийся от выпрямителя преобразователя до напряжения 400-300 В и разряжающийся в момент искрообразования через открывающийся тиристор Д7 и первичную обмотку катушки зажигания. В рассматриваемой системе зажигания роль накопителя энергии выполняет конденсатор С2. Можно использовать любые бумажные конденсаторы (МБГП, МБГО и др.) с номинальным напряжением 500-600 В. Желательно отобрать конденсатор, емкость которого несколько больше номинальной, что положительно скажется на энергии в искре (особенно при напряжении выпрямителя меньше 380 В).

В тиристорной системе зажигания, собранной по схеме, изображенной на рис. 1, кроме основного накопителя энергии (конденсатор С2) предусмотрен «пусковой» конденсатор С3, подключаемый параллельно конденсатору С2 с помощью контактов реле Р1 (напряжение срабатывания реле 6-8 В), которое срабатывает от напряжения, поступающего на зажим «ВК» во время пуска двигателя стартером. Это сделано с целью повышения энергии в искре за счет увеличения емкости накопителя при снижении напряжения аккумуляторной батареи до 7- 9 В.

Напряжение включения тиристора, используемого в системе зажигания, должно быть менее 500 В, а сила тока утечки при рабочем напряжении 400 В не должна превышать 1 мА. К сожалению, напряжение включения тиристоров даже одной партии может значительно отличаться, поэтому весьма желательно произвести проверку тиристора на напряжение включения и ток утечки.

Формирователь пусковых импульсов в тиристорной системе зажигания выполняет самую ответственную функцию: формирует импульсы определенной формы, длительности и амплитуды и подает их на управляющий электрод тиристора точно в момент размыкания контактов прерывателя. Можно считать, что качественные показатели блока тиристорного зажигания определяются тем, насколько совершенен формирователь пусковых импульсов. Он, кроме того, должен обладать высокой помехоустойчивостью ко всякого рода всплескам и перепадам напряжения бортовой сети автомобиля и быть неприхотливым к качеству работы прерывателя и, в первую очередь, дребезгу его контактов. Наилучшие показатели с этой точки зрения обеспечивает трансформаторный формирователь пусковых импульсов. Он состоит из импульсного трансформатора Тр2, диодов Д8 и Д9, конденсатора С4 и резисторов R7, R8. Когда контакты прерывателя замкнуты, ток, текущий через резисторы R7, R8 и первичную обмотку трансформатора, создает запас энергии в обмотках трансформатора, обеспечивающий появление импульса положительной полярности во вторичной обмотке в момент размыкания контактов прерывателя. Это г импульс поступает непосредственно на управляющий электрод тиристора Д7, открывает его и тем самым обеспечивает разряд конденсатора С2 через катушку зажигания.

Для исключения ложных пусковых импульсов, возникающих в момент дребезга контактов прерывателя, первичную обмотку трансформатора шунтируют параллельно соединенные диод Д9 и конденсатор С4. Емкость этого конденсатора, зависящую от данных импульсного трансформатора, подбирают опытным путем. Диод Д8 ограничивает на уровне 0,6-0,8 В отрицательный импульс на обмотке II трансформатора, возникающий при замыкании контактов прерывателя, предохраняя управляющий переход тиристора от пробоя.

Надежное открывание тиристора обеспечивается импульсом с амплитудой порядка 5-7 В и длительностью 100-200 мкс.

Для импульсного трансформатора можно использовать любой Ш-образный магнитопровод сечением 0,7- 1,5 см2. Сначала желательно испытать опытный вариант трансформатора: на каркас наматывают внавал 80- 120 витков провода ПЭВ-0,35-0,5 (обмотка I), а поверх них 35-40 витков такого же провода (обмотка II). После сборки магнитопровода, не стягивая его, к трансформатору (рис. 4)

Рис. 4. Схема проверки и настройки формирователя импульсов

Временно подключают все элементы формирователя пусковых импульсов (Д8, Д9, С4, R7 и R8), управляющий электрод и катод тиристора (анод тиристора остается свободным). В качестве прерывателя в цепь первичной обмотки трансформатора включают контакты Р1/1 электромагнитного реле Р1 (типа РЭС-6 или РЭС-22), обмотку которого через гасящий резистор (Rгac) или понижающий трансформатор подключают к электросети. На контактную группу реле надевают резиновое кольцо для уменьшения дребезга контактов. Такое устройство обеспечивает работу формирователя пусковых импульсов с частотой 100 Гц, соответствующей частоте вращения коленчатого вала четырехцилиндрового двигателя, равной 3000 об/мин. Неминуемый дребезг контактов реле позволяет настроить формирователь пусковых импульсов на работу в более жестких условиях по сравнению с реальным прерывателем (именно по этой причине не следует использовать поляризованное реле, не дающее дребезга контактов). Включив питание, наблюдают на экране осциллографа кривую напряжения на входе тиристора, которая должна иметь вид, приведенный на рис. 5, а, выясняют исходные параметры пускового импульса. Уменьшая или увеличивая число витков вторичной обмотки трансформатора, можно соответственно уменьшить или увеличить амплитуду импульса, а подбором числа витков первичной обмотки и емкости конденсатора С4 - изменять длительность импульса и его «чистоту» с точки зрения защиты от дребезга контактов прерывателя. Как правило, после двух-трех проб удается подобрать данные деталей так, чтобы импульс имел требуемые длительность и амплитуду, а дребезг контактов прерывателя не сказывался на устойчивости работы и форме кривой напряжения пусковых импульсов. По данным, полученным в результате испытаний, изготавливают рабочий вариант импульсного трансформатора.

Рис. 5. Эпюры напряжения пускового импульса (а) и импульса разряда накопительного конденсатора (б)

Коммутатор зажигания «электронное - обычное», собранный на тумблерах или галетном переключателе, обеспечивает быстрый переход с одного вида зажигания на другой (во избежание вывода из строя блока тиристорного зажигания переключение производят только при отключенном источнике питания). Конденсатор С5, подключаемый в режиме обычного зажигания параллельно контактам прерывателя («Пр»), замещает конденсатор, находящийся на корпусе распределителя зажигания(он обязательно должен быть снят или отключен, так как нарушает нормальную работу тиристорной системы зажигания). Выводы проводников, обозначенные ВК, ВКБ, Общ и Пр, подключают к соответствующим зажимам катушки зажигания и прерывателя, а контакты ВКБ и ВК обведенные штрих-пунктирными линиями, служат для подсоединения проводом, ранее соединившихся с одноименными зажимами катушки зажигания.

Полностью собранный блок тиристорного зажигания следует подключить к прерывателю и катушке зажигания со свечой (включенной между высоковольтным выводом и минусом источника питания), а затем, подав на него напряжение, проверить по следующим параметрам: сила потребляемого тока, выходное напряжение выпрямителя, амплитуда и длительность пускового импульса, разрядный импульс накопительного конденсатора.

Сила потребляемого тока нагруженного преобразователя, измеренная амперметром, включенным в цепь питания блока, должна составлять 1,3-1,5 А. Выходное напряжение выпрямителя (на конденсаторе С2), измеренное по схеме, приведенной на рис. 6, должно быть равно напряжению холостого хода или меньше его на 5-7% (иногда до 10%).

Рис. 6. Схема измерения напряжения на накопителе энергии при работающем блоке тиристорного зажигания

Амплитуда и длительность пускового импульса, измеренные осциллографом, должны равняться соответственно 5-7 В и 150-250 мкс. В промежутке между импульсами возникают (в момент замыкания контактов) небольшие помехи с малой амплитудой (не более 0,1-0,2 от амплитуды пускового импульса). Если же просматриваются небольшие «зазубрины» (обычно с частотой работы преобразователя), то следует подобрать емкость конденсатора С1.

Разрядный импульс накопительного конденсатора С2, просматриваемый на экране осциллографа, имеет вид, изображенный на рис. 5, б. Заряд конденсатора должен заканчиваться не позже 2/3 промежутка между импульсами (обычно он заканчивается на 1/3-1/2 промежутка).

Проверенный блок тиристорного зажигания следует оставить в рабочем состоянии на 30-40 мин для контроля за тепловым режимом. За это время трансформатор преобразователя должен нагреваться до температуры, не превышающей 70-80°С (терпит рука), а теплоотводы транзисторов - до 35-45° С.

Конструктивное оформление блока произвольное. Транзисторы преобразователя напряжения крепят на пластинчатых теплоотводах или профилированном дюралюминии толщиной 4-5 мм общей площадью 60-80 см2.

Возможная конструкция блока тиристорной системы зажигания, смонтированного в металлическом корпусе размерами 130X130X60 мм, показана на рис. 7.

Рис. 7. Конструкция блока тиристорной системы зажигания

Размещать блок на автомобиле (под капотом) следует так, чтобы его выходные провода ВКБ, ВК, и «Общ» можно было подключить к соответствующим зажимам катушки зажигания (провод, соединяющий зажим «Общ» катушки зажигания с прерывателем, удаляют). К контактам «ВКБ» и «ВК» колодки блока зажигания подключают провода, ранее стоявшие на одноименных зажимах катушки зажигания.

Достоинством этого устройства является автоматическое отключение многоискрового режима после пуска двигателя. Благодаря этому исключается возможность остановки двигателя при многоискровом зажигании, если в контактах прерывателя размер зазора больше оптимального. При больших углах разомкнутого состояния контактов прерывателя искра может проскочить в следующий по ходу распределителя цилиндр, что вызовет остановку двигателя. Схема может работать при напряжении питания от 5 до 20 В. При частоте вращения вала двигателя 1000 об/мин устройство электронного зажигания потребляет ток около 0,3 А. С увеличением оборотов двигателя потребляемый ток растет и при 6000 об/мин достигает величины примерно 1 А.

Напряжение около 4000 В, до которого заряжается накопительный конденсатор С8, формируется с помощью преобразователя напряжения, выполненного по схеме с внешним возбуждением. Задающий генератор, выполненный по схеме мультивибратора на элементах D2.1 и D2.2, работает на частоте 5...6 кГц, когда на входах 2 и 13 присутствует логическая "1". Разделительные инвертирующие каскады на элементах D2.3 и D2.4 обеспечивают передачу противофазных прямоугольных импульсов мультивибратора на входы ключей V6, V7 и V8, V9, подключенных к обмоткам I я II трансформатора Т1. В обмотке III индуцируется напряжение прямоугольной формы с амплитудой около 400 В. Это напряжение выпрямляется с помощью моста V12 и заряжает накопительный конденсатор С8.

Многоискровый режим зажигания при запуске двигателя обеспечивается с помощью мультивибратора на элементах D1.3 и D1.4. Частота мультивибратора около 200 Гц устанавливается подбором конденсаторов С1 и С2. Мультивибратор переходит в автоколебательный режим, когда с реле включения стартера поступает 12 В на катод диода V2 и закрывает его. С выхода 3 элемента D1.3 прямоугольные импульсы мультивибратора поступают на вход 4 триггера Шмитта, выполненного на элементах D1.1 и D1.2. Когда контакты прерывателя замкнуты, на входе 5 элемента D1.1. присутствует логический "0", а на его инверсном выходе - "логическая 1" независимо от уровня напряжения на входе 4. Тогда мультивибратор D2.1, D2.2 работает, и накопительный конденсатор заряжается до напряжения 400 В. Если контакты прерывателя разомкнуты, то на выходе 6 элемента D1.1 "логическая 1" появляется с частотой мультивибратора D1.3, D1A. Отрицательным перепадом напряжения продифференцированный импульс с этого выхода открывает транзистор V3, обеспечивающий запуск тиристора V10. Конденсатор С8 разряжается через тиристор и первичную обмотку катушки зажигания, создавая искру в свече. Этот же отрицательный перепад напряжения поступает на входы 2 к 13 мультивибратора D2 1, D2.2 и затормаживает его, благодаря чему ключи V6...V9 закрыты, и энергия от аккумулятора не потребляется. После разряда конденсатора С8 тиристор V10 закрывается. Благодаря колебательному процессу в первичной обмотке катушки зажигания конденсатор С8 заряжается до уровня 0,4...0,5 первоначального напряжения. Процесс многократного искрообразования происходит до тех пор, пока контактные пластины прерывателя разомкнуты. После запуска двигателя и отключения стартера диод V2 открывается, мультивибратор D1.3, D1.4 затормаживается и устройство переходит в одноискровый режим зажигания. Конденсатор С, шунтирующий прерыватель, обеспечивает защиту от "дребезга" контактов. С помощью выключателя S1 включается преобразователь напряжения для питания электробритвы. Этот тумблер может быть использован в качестве противоугонного средства.

Трансформатор Т1 намотан на ферритовом сердечнике Ш16x8 типа М2000НМ и состоит из четырех половинок Ш8 X 8. Обмотки I и II содержат по 22 витка провода ПЭВ-2 0,26. В устройстве применены резисторы МЛТ-0,25, электролитические конденсаторы К50-6, С8-МБГО, 1,0 X 600 В. Транзисторы V6, V8 типа КТ503, КТ630, МП37, V7, V9 - КТ817, КТ819, КТ805 А, КТ808 А с коэффициентом передачи тока не менее 10. Транзисторы V3 - КТ502Г, МП25Б, МП26Б, V4 - КТ815 А...Г, КТ404 А...Г. Диоды VI, V2 - любые маломощные. Транзисторы V7, V9 установлены на отдельных радиаторах с суммарной площадью рассеивания не менее 50 см2.

При установке устройства зажигания откорректировать угол опережения зажигания целесообразно с помощью стробоскопа. Правильно собранное устройство в налаживании не нуждается.

Современный автомобиль трудно представить без зажигания. Основные преимущества, которые дает система электронного зажигания общеизвестны, они следующие:
более полное сгорание топлива и связанное с этим повышение мощности и экономичности;
снижение токсичности отработавших газов;
облегчение холодного пуска;
увеличение ресурса свечей зажигания;
снижение энергопотребления;
возможность микропроцессорного управления зажиганием.
Но всё это в основном относится к системе CDI
На данный момент, в автомобильной промышленности практически отсутствуют системы зажигания, основанные на накоплении энергии в конденсаторе: CDI (Capacitor Discharge Ignition) - она же тиристорная (конденсаторная) (кроме 2-х тактных импортных двигателей). А системы зажигания основанные на накоплении энергии в индуктивности: ICI (ignition coil inductor) пережили момент перехода с контактов на коммутаторы, где контакты прерывателя были банально заменены транзисторным ключом и датчиком Холла не претерпев принципиальных изменений (пример зажигания в ВАЗ 2101…07 и в интегральные системы зажигания ВАЗ 2108…2115 и далее). Основная причина доминирующего распространения систем зажигания ICI - это возможность интегрального исполнения, что влечёт удешевление производства, упрощение сборки и монтажа, за которое расплачивается конечный пользователь.
При этой, так сказать, системы ICI все недостатки, основным из которых является относительно низкая скорость перемагничивания сердечника и как следствие резкий рост тока первичной обмотки с ростом оборотов двигателя, и потеря энергии. Что приводит к тому, что с ростом оборотов, ухудшается воспламенение смеси, как следствие сбивается фаза начального момента роста давления вспышки, ухудшается экономичность.

Частичное, но далеко не лучшее решение этой проблемы, является применение сдвоенных и счетверённых катушек зажигания (т.н.) этим самым производитель распределил нагрузку по частоте перемагничивания с одной катушки зажигания на две или четыре, тем самым, снижая частоту перемагничивания сердечника для одной катушки зажигания.
Хочу заметить, что на машинах с схемой зажигания (ВАЗ 2101…2107), где искра формируется за счет прерывания тока в достаточно высокоомной катушке механическим прерывателем, что замена на электронный коммутатор от или ему подобный в автомобилях с высокоомной катушкой не дает ничего, кроме снижения токовой нагрузки на контакт.
Дело в том, что RL-параметры катушки должны удовлетворять противоречивым требованиям. Во-первых, активное сопротивление R должно ограничивать ток на уровне, достаточном для накопления необходимого количества энергии при пуске, когда напряжение аккумулятора может упасть в 1,5 раза. С другой стороны, слишком большой ток приводит к преждевременному выходу из строя контактной группы, поэтому ограничен вариатором или длительностью импульса накачки в. Во-вторых, для увеличения количества запасенной энергии необходимо увеличивать индуктивность катушки. При этом с ростом оборотов сердечник не успевает перемагнититься (о чём писалось выше). Как следствие вторичное напряжение в катушке не успевает достигнуть номинального значения, и энергия искры, пропорциональная квадрату тока, резко снижается на высоких (более ~3000) оборотах двигателя.
Наиболее полно преимущества электронной системы зажигания проявляются в конденсаторной системе зажигания с накоплением энергии в ёмкости, а не в сердечнике. Один из вариантов конденсаторной системы зажигания и описан в данной статье. Подобные устройства отвечают большинству требований, предъявляемых к системе зажигания. Однако их массовому распространению препятствует наличие в схеме высоковольтного импульсного трансформатора, изготовление которого представляет известную сложность (об этом ниже).
В данной схеме высоковольтный конденсатор заряжается от DC/DC преобразователя, на транзисторах П210, при поступлении сигнала управления тиристор подключает заряженный конденсатор к первичной обмотке катушки зажигания, при этом DC-DC работающий в режиме блокинг-генератора останавливается. Катушка зажигания используется только как трансформатор (ударный LC контур).
Обычно напряжение на первичной обмотке нормируется на уровне 450…500В. Наличие высокочастотного генератора и стабилизация напряжения делает величину запасаемой энергии практически независимой от напряжения аккумулятора и частоты вращения вала. Такая структура получается гораздо более экономичной, чем при накоплении энергии в индуктивности, так как ток через катушку зажигания течет только в момент искрообразования. Применение 2-х тактного автогенераторного преобразователя позволило поднять КПД до 0,85. Нижеприведенная схема имеет свои преимущества и недостатки. К достоинствам надо отнести:
нормирование вторичного напряжения, независимо от частоты вращения коленчатого вала в рабочем диапазоне оборотов.
простота конструкции и как следствие – высокая надежность;
высокий КПД.
К недостаткам:
сильный нагрев и, как следствие, - нежелательно размещать в месте моторного отсека. Самое, на мой взгляд, удачное место расположения – бампер автомобиля.
По сравнению с системой зажигания ICI с накоплением энергии в катушке зажигания, конденсаторная (CDI) имеет следующие преимущества:
высокая скорость нарастания высоковольтного напряжения;
и достаточное (0,8мс) время горения дугового разряда и, как следствие, - роста давления вспышки топливной смеси в цилиндре, из-за этого повышается стойкость двигателя к детонации;
энергия вторичной цепи выше, т.к. нормирована по времени горения дуги от момента зажигания (МЗ) до верхней мёртвой точки (ВМТ) и не ограничена сердечником катушки. Как следствие – лучшая воспламеняемость топлива;
более полное сгорание топлива;
лучшую самоочистку свечей зажигания, камер сгорания;
отсутствие калильного зажигания.
меньший эрозионный износ контактов свечей зажигания, распределителя. Как следствие - больший срок службы;
уверенный запуск в любую погоду, даже на подсевшей АКБ. Блок начинает уверенно работать от 7 В;
мягкая работа двигателя, по причине только одного фронта горения.

Намоточные данные:

Технология сборки:
Обмотка накладывается виток к витку по свеже-пропитанной эпоксидной смолой прокладке.
После окончания слоя или обмотки в одном слое - обмотка покрывается эпоксидной смолой до заполнения межвитковых пустот.
Обмотка закрывается прокладкой по свежей эпоксидной смоле с выдавливанием избытка. (из-за отсутствия вакуумной пропитки)
Так же следует обратить внимание на заделку выводов:
на одевается фторопластовая трубка и фиксируется капроновой ниткой. На повышающей обмотке выводы гибкие, выполненные проводом: МГТФ-0,2…0,35.
После пропитки и изоляции первого ряда (обмотки 1-2-3, 4-5-6) по всему кольцу наматывается повышающая обмотка (7-8) послойно, виток к витку. , оголение слоёв, «барашки» - не допускаются.
От качества изготовления трансформатора практически зависти надёжность и долговечность работы блока.
Расположение обмоток показано на рисунке 3.

Детали
Практика показала, что попытка заменить транзисторы П210 на современные кремниевые приводит к значительному усложнению электрической схемы (см. 2 нижние схемы на КТ819 и TL494), необходимостью тщательной настройки, которую после одного - двух лет эксплуатации в тяжелых режимах (нагрев, вибрация) приходится выполнять повторно.
Личная практика с 1968 года показала, что применение транзисторов П210 позволяет забыть об электронном блоке на 5...10 лет, а применение высококачественных компонентов (особенно накопительного конденсатора (МБГЧ) с долго нестареющим диэлектриком) и аккуратное изготовление трансформатора – и на более долгий срок.

1969-2006 Все права на это схемное решение принадлежат В.В.Алексееву. При перепечатке ссылка обязательна.
Задать вопрос можно по адресу, указанному в правом нижнем углу.

Литература

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема конденсаторной (ти-ристорнои) системы зажигания

Принципиальная электрическая схема конденсатор-нон (тиристорной) системы зажигания с непрерывным накоплением энергии (рис. 33) в принципе мало чем отличается от схемы, впервые опубликованной в одном из американских журналов, а также в отечественных изданиях. Основное ее отличие состоит в более тщательном подборе элементов, что значительно повышает эксплуатационную надежность и уменьшает габариты устройства.
В частности, в схеме применены менее мощные транзисторы (П216), изменены номиналы резисторов в их базовых цепях, уменьшены габариты трансформатора, в выпрямителе использованы диоды с обратным напряжением 600 В, применен один мощный тиристор (вместо двух) на большее рабочее напряжение, введены переключатели Bl, B2.
Все это позволило разработать более компактную конструкцию, которая находилась в опытной эксплуатации на автомобиле в течение ряда лет. Схема сохраняет работоспособность при колебаниях питающего напряжения в пределах 9-15 В.
Ее можно использовать на любом автомобиле с напряжением питания электрооборудования +12 В. По сравнению со стандартной системой зажигания она не требует никаких дополнительных приборов, кроме электронного блока.
Схема может работать с катушками зажигания типа Б1, Б7, Б7А, Б13, Б21, Б21А, Б117 (автомобиль "Жигули": ВАЗ-2101, 2102, 2103, 21011). Рабочий диапазон температур от -40 до +65° С. Система зажигания состоит из электронного блока ЭБ, катушки зажигания КЗ с вариатором (или без него), контактов прерывателя Пр.
Основой системы является электронный блок, преобразующий сигналы прерывателя в импульсы высокого напряжения с амплитудой 400 В, которые затем поступают на обычную катушку зажигания, повышающую выходное напряжение до 25-30 кВ.
Электронный блок состоит из преобразователя напряжения на транзисторах 77, Т2 и трансформаторе Тр1; высоковольтного выпрямителя на диодах Д1-Д4;
накопительного конденсатора С2; бесконтактного ти-ристорного коммутатора Д6; схемы управления тири-стором Д6, выполненной на конденсаторе СЗ, диодах Д7-Д9 и резисторах R5, R7-R9; двух переключателей Bl и B2, предназначенных для быстрого перехода в случае необходимости с электронного зажигания (положение 1) на обычное батарейное (положение 2) и наоборот.
Преобразователь напряжения выполнен по схеме симметричного мультивибратора с индуктивной связью на мощных германиевых транзисторах 77, Т2 с нагрузкой в цепи эмиттера, в качестве которой используется первичная обмотка трансформатора Тр1. Несмотря на то что транзисторы 77, Т2 работают в ключевом режиме (режиме насыщения), на них выделяется значительная мощность в моменты переключения из проводящего состояния в непроводящее и наоборот.
Коллекторные цепи транзисторов Т1, Т2 можно соединить с корпусом прибора. Это позволяет крепить транзисторы непосредственно без изоляционной прокладки на корпусе электронного блока, используя последний в качестве радиатора.
Транзисторы 77, Т2 рассчитаны на кратковременные (около 1 мс) четырехкратные перегрузки по току, возникающие в каждом цикле искрообразования при срыве генерации преобразователя в моменты включения тиристора Д6. Резисторы Rl, R2 служат для подачи начального смещения, а резисторы R3, R4 ограничивают ток базы соответствующего транзистора.
трансформатор Тр1 рассчитан так, что коллекторный ток транзисторов 77, Т2 вызывает насыщение его сердечника. Это явление улучшает КПД преобразователя, а также способствует повышению устойчивости его работы в различных условиях эксплуатации авто мобпля. Частота генерации преобразователя - 800 Гц
Выпрямитель преобразователя выполнен по мостовой схеме на силовых диодах Д237В, получает питание от вторичной обмотки Тр1 и рассчитан на максимальное выходное напряжение 500 В. Он работает на нагрузку, состоящую из накопительного конденсатора С2 с малыми токами утечки и резистора R6, предназначенного для разряда конденсатора С2 при выключении питания электронного блока.
Энергия, накопленная в конденсаторе С2, передается в первичную обмотку катушки зажигания при включении тиристора Д6, выполняющего функцию электронного коммутатора. Момент включения тиристора Д6 определяется моментом размыкания контактов прерывателя.
При замкнутых контактах прерывателя тиристор Д6 надежно закрыт отрицательным смещением - 0,7В, образующимся при протекании тока в прямом направлении через диод Д7. Резистор R5 ограничивает величину тока через диод Д7 и "привязывает" управляющий электрод тиристора к нулевому потенциалу. Накопительный конденсатор С2 заряжен в этот момент от выпрямителя до высокого потенциала UВ (см. табл. 4), который зависит от напряжения питающей сети автомобиля.

Когда контакты прерывателя замкнуты, через них протекает ток, определяемый прямым сопротивлением диода Д5 и величиной резисторов R9, RIO. В нашем случае ток равен примерно 150 мА, а конденсатор СЗ через диод Д7 и резистор R7 заряжен практически до напряжения +12 В источника питания *.
Как только контакты прерывателя разомкнутся, напряжение, до которого заряжен конденсатор СЗ, прикладывается (в положительной полярности) через диод Д8 и резисторы R9. RIO к управляющему электроду тн-ристора Д6". Тиристор открывается, и конденсатор С2 разряжается на первичную обмотку катушки зажигания, что сопровождается возникновением высоковольтного импульса U2макс во вторичной обмотке.
Цепь R8Д9 пропускает отрицательный импульс от первичной обмотки катушки зажигания, который полностью перезаряжает конденсатор СЗ в противоположной полярности, как только открывается тиристор Д6. Этим мгновенно снимается положительное смещение с управляющего электрода тиристора Д6 и исключается возможность многократного переключения последнего, когда контакты прерывателя еще разомкнуты.
Таким образом, благодаря цепочке Р8Д9 положительное напряжение на управляющий электрод тиристора Д6 подается в виде короткого импульса длительностью около 2-3 мкс, что обеспечивает образование лишь одной искры в момент размыкания контактов. Диод Д5 и конденсатор С/ образуют развязывающий фильтр низкой частоты, предотвращающий проникновение помех в цепь питания.

*Постоянная времени заряда конденсатора СЗ выбрана рав-ной 120 мс, чтобы избежать возникновения дополнительного запускающего импульса из-за "дребезга" контактов прерывателя после их замыкания.

В табл. 5 приведена экспериментальная зависимость тока, потребляемого электронным блоком, от числа оборотов коленчатого вала для четырехцилиндрового двигателя при напряжении источника питания 12 В.
Из таблицы можно сделать вывод о принципиальном отличии этой системы (в смысле потребления тока от источника питания) от батарейной и транзисторной систем зажигания.
В самом деле, в батарейной системе зажигания (если вал двигателя неподвижен, а контакты прерывателя замкнуты) ток через первичную обмотку катушки зажигания достигает максимального значения и равен примерно 4 А (потребляемая мощность около 50 Вт). В этих же условиях для транзисторной системы зажигания ток первичной обмотки равен примерно 7 А (потребляемая мощность около 80 Вт).
При увеличении оборотов двигателя ток разрыва уменьшается и среднее значение тока, потребляемого от источника, снижается до 1,5-2 А и 3-4 А соответственно для батарейной и транзисторной систем.
В конденсаторной же системе при неработающем двигателе и любом положении контактов прерывателя потребляемый ток от источника питания равен примерно 0,5 А (потребляемая мощность около 6 Вт). Этот ток увеличивается прямо пропорционально скорости вращения вала, достигая при 6000 об/мин примерно 2 А (потребляемая мощность около 25 Вт).
Помимо очевидной экономичности, конденсаторная система имеет некоторые дополнительные преимущества.
Одно из них состоит в следующем. Если в автомобиле с батарейным (или транзисторным) зажиганием забыли выключить замок зажигания, а контакты прерывателя при этом случайно окажутся замкнутыми, то может выйти из строя катушка зажигания, так как через нее длительное время будет протекать значительный ток. В конденсаторной системе такая ситуация не вызывает никаких вредных последствий, не считая некоторой разрядки аккумуляторной батареи током 0,5-0,6 А.
Другое преимущество заключается в том, что конденсаторная система обеспечивает уверенный запуск двигателя рукояткой при сильно разряженной аккумуляторной батарее, поскольку она потребляет ничтожный ток при неподвижном вале двигателя. Запустить двигатель в таких же условиях при батарейной (или транзисторной) системе зажигания не представляется возможным.

Рис. 2. Схема подключения катушки зажигания без вариатора к конденсаторной системе зажигания (для автомобилей "Жигули" всех моделей)
На рис. 34 приведена правая часть принципиальной схемы электронного блока конденсаторной системы, предназначенной специально для автомобиля "Жигули" всех моделей, которая отличается коммутацией катушки зажигания при переводе системы в режим обычного батарейного зажигания (положение 2). Это обусловлено тем, что система зажигания автомобиля "Жигули" не имеет вариатора в первичной цепи катушки зажигания.
Конденсатор С4 на схемах рис. 33, 34 прн установке переключателей В1 и В2 в положение 2 оказывается включенным параллельно контактам прерывателя и выполняет роль искрогасительного конденсатора. Стандартный же конденсатор при установке электронного блока должен быть отключен.

Рис. 3. Монтажная плата и схема соединений электронного блока конденсаторной системы зажигания
Конструктивно электронный блок выполнен в виде прибора, имеющего габариты 100Х100Х50 мм. Корпус прибора изготовлен из листового материала (сплав АМЦАМ) толщиной 2-3 мм.
Внутри корпуса размещается трансформатор Тр1, конденсаторы С2, С4 и печатная плата, показанная на рис. 35 в натуральную величину. Транзисторы T1, T2 укрепляются винтами МЗ на боковой стенке снаружи корпуса. Там же крепятся переключатели В1 и В2. Резисторы R1-R4 монтируются непосредственно между выводами транзисторов и трансформатора Тр1. Для подключения внешних цепей из корпуса прибора через изоляционную втулку выводится пучок проводов, длина которых зависит от места установки прибора под капотом автомобиля. Прибор крепится жестко (без амортизаторов); должен обеспечиваться хороший тепловой контакт с элементами конструкции автомобиля.
При необходимости транзпсторы П216 можно заменить на П216А, П217А, П217В.
Все резисторы - типа МЛТ или МТ; конденсаторы С2 и С4 - типа МБГО соответственно на рабочее напряжение 500 и 400 В; конденсатор С1 - типа К50-6, а конденсатор СЗ - типа МБМ на рабочее напряжение 160 В. Переключатели В1. В2 - типа ТП2-1 или МТ-2.
Трансформатор Тр1 - тороидального типа, выполнен на сердечнике ОЛ 20/32-10 мм, сечение железа- 0,6 см^2. Обмотки трансформатора имеют следующие данные: w1=1700 витков провода ПЭВ-2 0,18; w2, w3 - по 15 витков ПЭВ-2 0,31, мотать одновременно в два провода; w4, w5 - по 50 витков провода ПЭВ-2 0,78. Намотка трансформатора ведется в одну сторону, последовательность намотки соответствует нумерации обмоток. Обмотки изолируют друг от друга слоем кабельной бумаги. После намотки трансформатор полезно про питать лаком для уменьшения гигроскопичности и увеличения электрической прочности.
Несколько практических рекомендаций. Используя конденсаторную систему зажигания, следует увеличить зазоры свечей зажигания примерно до 1 мм независимо от модели автомобиля. Кроме того, при проведении профилактических работ не надо обильно пропитывать маслом фильц кулачка прерывателя во избежание замасливания его контактов. Выполнение этого условия является гарантией надежной работы системы зажигания.
Установку (или проверку) угла опережения зажигания производят в положении 2 переключателей В1, В2 электронного блока с помощью лампы накаливания, включенной параллельно контактам прерывателя, по обычной методике. После окончания работы переключатели вновь переводят в положение 1 ("электронное зажигание"), а октан-корректором устанавливают опережение зажигания на 1° позже, чем рекомендовано заводом-изготовителем для батарейного зажигания. Объясняется это тем, что выработка искры при электронном зажигании происходит чуть раньше (в самом начале размыкания контактов прерывателя), чем при батарейном. Окончательную корректировку опережения зажигания производят на ходу автомобиля.
Наладка блока сводится к проверке генерации преобразователя напряжения (при работе преобразователя слышен негромкий писк с частотой 700-800 Гц) и контролю потребления тока от источника питания (см. табл. 5) в зависимости от числа оборотов двигателя.
При использовании заведомо исправных деталей и правильной распайке концов трансформатора Тр1 электронный блок начинает работать сразу при установке его на автомобиль и соединении с приборами электрооборудования в соответствии с принципиальными схемами рис. 33, 34.
Следует заметить, что такая система"электронного зажигания установлена на автомобиле "Жигули" ВАЗ-2101, который эксплуатируется круглогодично. Об эффективности ее работы можно судить хотя бы по следующим данным. При пробеге свыше 100 тыс. км не было отмечено ни одного отказа системы зажигания, а контакты прерывателя выглядят как новые. За все время работы системы потребовалось лишь один раз (через 50 тыс. км) проверить правильность установки зажигания и зазор между контактами прерывателя. Незначительное изменение зазора было вызвано износом текстолитовой подушечки прерывателя.

Предупреждение. Тахометр автомобиля "Жигули" ВАЗ-2103 при использовании конденсаторной (или транзисторной) системы зажигания работать не будет, так как амплитуда импульсов, поступающих на него с контактов прерывателя, в этом случае равна 12 В.