Зажигание конденсаторное: 403 — Доступ запрещён – «» , CDI (Capacitor Discharge Ignition) «TAVSAR Company»

Универсальное конденсаторно-тиристорное CDI электронное зажигание, оптимизированное по импульсной и пиковой мощности искрового разряда — Зажигание — Двигатели внутреннего сгорания — Каталог статей

Смирнов Владимир Фёдорович

Россия, Тверская обл., г. Кимры

E-mail: [email protected]

Web-sait: smirnov.ucoz.com

При пуске холодного двигателя перед искрообразованием свечи успевают покрыться слоем жидкого диэлектрика — маслянно-бензиновой плёнкой, загрязнённой водой, сажей, молекулами остаточных и атмосферных газов. Чем ниже температура двигателя и выше степень сжатия топливной смеси — толще плёнка.  Выступы электродов свечи, имеющие малые радиусы кривизны, под слоем жидкого диэлектрика перестают влиять на снижение пробивного напряжения. Когда свечи «залило», пробоя не происходит вовсе. Это указывает на превалирующее влияние жидкого диэлектрика.

В момент искрообразования в искровом зазоре свечи катушкой зажигания (КЗ), возбуждается электрическое поле, которое неоднородно. Если его напряжённость вблизи выступов электродов с малым радиусом кривизны превышает пороговый уровень, то с этих выступов возникает

самостоятельный электрический разряд, начинающийся тёмным разрядом, переходящим в коронный, ток которого должен сначала пробить плёнку жидкого диэлектрика. Немалую роль при этом играют токопроводящие загрязнения в жидком диэлектрике, создающие повышенные значения токов проводимости. В большинстве теорий [1, с. 83]:«…пробой жидких диэлектриков рассматривается как тепловой процесс, в результате которого в слое жидкого диэлектрика образуются газовые или паровые каналы… При критических значениях напряжённости электрического поля в газовых и паровых каналах начинает развиваться процесс ударной ионизации газа, завершающийся пробоем.». После этого между электродами свечи возникает искровой, затем тлеющий, а если тока достаточно, то и дуговой разряд.

На графике представлена [1, рис. 3.20 ] зависимость времени пробоя жидкого диэлектрика от высокого напряжения. Как видим, при времени воздействия электрического поля более 1 мс напряжение пробоя резко уменьшается. Данное явление, обусловленное ростом числа ионных лавин, послужило стимулом к созданию систем конденсаторного многоискрового AEM зажигания.

По мере прогрева двигателя плёнка из жидкого диэлектрика начинает истончаться и деградировать до полного исчезновения — стандартная модель становится неприменимой. Двигатель переходит в нормальный рабочий режим, при этом [2. c. 121]: «Мощный тепловой толчок, вызывающий ускорение процессов, приводящих к образованию очага сгорания, можно осуществить электрическим разрядом между электродами свечи зажигания при напряжении 8–15 кВ. При высоких температурах в канале или шнуре разряда (Т ≥10000) образуется очаг небольшого объёма. Это означает, что в данном объёме процессы прогрева, распада, ионизации молекул топлива и кислорода и воспламенения происходят столь быстро (через состояное плазмы), что укладываются в период разряда, длительность которого не превышает 10–20 мк

с.».Таким образом, в нормальном рабочем режиме достаточна длительность разряда всего 10…20 микросекунд. Очевидно, что энергия разряда должна быть достаточной для создания первоначального очага сгорания, интенсивно инициирующего последующую цепную реакцию процесса воспламенения во всём объёме сжатой топливной смеси.

Схожие данные приводят А. Курченко и А. Синельников [3, с. 60 ]: «Сравнительно малая длительность искрового разряда не является недостатком описываемой системы. Как показали исследования, в исправном и правильно рассчитанном двигателе после достижения нормального теплового режима воспламенение рабочей смеси происходит в течение 10…15 мкс, и искровой разряд длительностью свыше 1 мс, имеющий место в батарейной или транзисторной системах зажигания, бесполезен и вызывает лишь эрозию электродов свечей, сокращая их срок службы. Искра длительностью 1,0 мс и более может оказаться полезной лишь при пуске двигателя на переобогащённой смеси, как горячего, так и холодного.».

Альтернативный путь. В стандартной модели на участке от 1 мс до10 мкс сокращение времени пробоя жидкого диэлектрика можно объяснить тем, что мощность коронного разряда находится в квадратичной зависимости от приложенного напряжения. К началу 90-х у меня возникла новая концепция (от лат. conceptio — понимание, система) конденсаторно-тиристорного зажигания, основанная на следующих постулатах:

  1. Длительный искровой разряд в 1…5 мс полезен только при пуске холодного двигателя, когда на электродах свечей образуется плёнка жидкого диэлектрика. После прогрева двигателя и исчезновения плёнки для воспламенения достаточно первых 10…20 мкс, а оставшийся излишек разряда будет безрезультатно пытаться поджечь уже сгоревшую смесь, да совершать вредоносное действие — разогревать электроды свечей, что на высоких оборотах при высокой мощности разряда может стать причиной калильного зажигания — ограничения числа оборотов.

  2. При 6000 об/мин = 100 об/сек двухтактного двигателя один оборот происходит за 10 мс. Легко посчитать, что искровой разряд в 1 мс будет происходить на протяжении 36°. Это превосходит угол опережения зажигания, например в 29°, занимая ещё 7° фазы быстрого сгорания. Воспламеняющая способность столь длительного искрового разряда оказывается низкой — его энергия распределена во времени, момент воспламенения точно не определён. Зажигание получается вероятностным. Исключить вероятностный фактор можно единственным способом — сконцентрировав энергию искры в разряде длительностью 10… 20 мкс.

  3. В конденсаторно-тиристорном электронном зажигании искрообразование происходит только в первом периоде косинусоиды затухающих колебаний ударного LC-контура (КЗ + разрядный конденсатор) — искровой разряд получается коротким, и конденсатор не успевает полностью разрядиться — возникает недобор мощности от преобразователя напряжения. Данный недостаток легко обратить в преимущество, увеличив напряжение заряда конденсатора. При этом мощность разряда возрастёт в квадратичной зависимости от напряжения, при прежней длительности.

  4. Ёмкость конденсатора следует увеличить, тогда частота затухающих колебаний LC-контура понизится, а длительность разряда — увеличится.

  5. При одинаковой потребляемой мощности альтернативная система зажигания с конденсатором повышенной ёмкости, заряженным до более высокого напряжения и с малой длительностью разряда за счёт использования низкоомной КЗ, а так же и в силу того, что искрообразование происходит лишь в течение первого периода затухающих колебаний, будет способна сконцентрировать искровой разряд.

  6. Неотъемлемой частью новой системы зажигания должно стать устройство зимнего пуска двигателя — когда масло загустело, и стартёр может вызвать проседание напряжения до 6 В.

Основное достоинство конденсаторно-тиристорного CDI зажигания определяется первым законом коммутации, утверждающим, что напряжение на конденсаторе не может измениться скачком. Теоретически конденсатор является источником ЭДС, имеющим нулевое внутреннее сопротивление, и способен создать в момент коммутации ток вплоть до бесконечности при нулевом сопротивлении нагрузки.

Пиковая мощность — наибольшее мгновенное значение мощности разряда. В конденсаторно-тиристорном зажигании наибольшее значение пиковой мощности приходится на самые важные — первые 10…20 мкс начала искрообразования, причём данное достоинство естественным образом следует из его принципа действия. По мере разряда конденсатора мгновенная мощность уменьшается. Пиковая мощность разряда — наиважнейшая для высокооборотных и обычных двигателей характеристика зажигания в нормальном рабочем режиме.

Импульсная мощность (мощность в импульсе) — среднее значение мощности за время длительности импульса. Данная характеристика важна в режиме запуска холодного двигателя для пробоя жидкого диэлектрика.

В момент искрообразования открывается тиристор VS и закорачивает выход преобразователя, останавливая его работу. Заряженный конденсатор С5 подключается к первичной обмотке КЗ, образуя с её индуктивностью LC-контур ударного возбуждения, в котором на частоте резонанса зарядом конденсатора С5 возбуждаются затухающие косинусоидальные колебания. В повышающей обмотке КЗ эти колебания, частотой 2…10 кГц (зависит от КЗ), трансформируются в 100…400 раз большее напряжение, и трамблёром направляются свече того цилиндра, где должно произойти воспламенение сжатой топливно-воздушной смеси.

В свече возникает искровой разряд. Энергия электрического поля конденсатора С5 тратится на воспламенение топливной смеси и преобразуется в энергию магнитного поля КЗ. В момент, когда конденсатор C5 полностью разрядится и напряжение на нём уменьшится до нуля ток в цепи достигнет наибольшего значения. Ввиду полного разряда конденсатора ток в цепи начинает уменьшаться, но не прекращается, так как согласно второму закону коммутации, ЭДС самоиндукции КЗ меняет знак и поддерживает прежнее значение тока. Источником энергии становится энергия магнитного поля КЗ, а конденсатор становится нагрузкой.

Ток, проходя через разряженный конденсатор, начинает его заряжать. Поскольку направление тока осталось прежним, тиристор остаётся открытым, но полярность напряжения на конденсаторе меняется. По мере заряда конденсатора напряжение на нём возрастает, а ток в цепи убывает. Энергия магнитного поля КЗ уменьшается — она расходуется на поддержание искрового разряда и на заряд конденсатора.

Когда ток в цепи станет меньше тока удержания, тиристор выключится. К этому моменту почти вся энергия магнитного поля, за минусом израсходованной на поддержание искрового разряда, запасается в электрическом поле конденсатора, напряжение на нём достигает максимума, но в противоположной полярности.

Снова начинается разряд конденсатора, но направление разрядного тока меняется на противоположное. Теперь цепь LC-контура замыкает динамическое сопротивление открытых диодов VD4…VD7 моста — преобразователь всё ещё не работает. Когда конденсатор разрядится, динамическое сопротивление диодов моста увеличится, цепь LC-контура окончательно разорвётся — искрообразование закончится. Преобразователь запустится на рабочей частоте (18…32 кГц) и полностью зарядит ёмкость С5, после чего потребление тока уменьшится — преобразователь перейдёт в режим холостого хода до следующего искрообразования.

Таким образом, в настоящем зажигании искрообразование происходит на протяжении первого периода колебаний LC-контура, а тиристор открыт только в первую 1/2 данного периода.

О выборе тиристора. В преобразователе, когда тиристор открыт, возникает паразитная ВЧ-генерация. Воздействуя через ёмкость анод-управляющий электрод, она затем мешает тиристору закрыться когда ток в цепи станет меньше удерживающего. Необходим тиристор с наибольшим значением скорости изменения напряжения на аноде в закрытом состоянии. Для Т132-50-9-4 данный показатель — 200 В/мкс (у КУ202Н — всего 5 В/мкс). Чем больше последняя цифра — группа в обозначении — тем лучше. Например, группа 7 — 1000 В/мкс.

В настоящей (альтернативной) системе CDI зажигания низкоомная КЗ имеет меньшую индуктивность первичной обмотки, а значит и меньшее характеристическое (волновое) сопротивление. Вследствие этого основные параметры энергии импульса преобразуются: повышается ток разряда, но сокращается длительность. Чтобы увеличить длительность, ёмкость С5 увеличена до 2 мкФ. Таким образом, заряженный до повышенного напряжения конденсатор С5, ёмкость которого увеличена, разряжается через малое характеристическое сопротивление низкоомной КЗ. В результате формируется искровой разряд повышенной энергии, имеющий оптимальную длительность и высокую импульсную и пиковую мощность. Очевидно, что при этом сохраняются и все другие важные достоинства конденсаторно-тиристорного CDI зажигания: рекордно высокая скорость нарастания высокого напряжения на свече, малая задержка искрообразования (для прогретого двигателя — единицы микросекунд) и крайне малая зависимость пиковой мощности искрового разряда от наличия токов утечки, вызванных проводимостью нагара на свечах, наличием грязи и паразитной ёмкостью высоковольтных проводов и КЗ.

Устройство зимнего пуска двигателя — диод VD1 и конденсатор С1. При пуске холодного двигателя зимой стартёр может вызвать проседание напряжения аккумулятора до 6 В, напряжение на ёмкости С1 становится выше входного, диод VD1 закрывается, и начинается автономное питание устройства зарядом ёмкости С1. Величина ёмкости С1 должна быть десятки тысяч микрофарад, однако практика показала, что вполне достаточно 4700 мкФ.

Транзисторный преобразователь напряжения модернизированная схема Ройера работает на частоте около 32 кГц и гарантированно успевает зарядить при 6000 об/мин конденсатор C5 ёмкостью 2 мкФ до напряжения около 600 В, потребляя при этом ток не более 2,5 А. На низких оборотах напряжение ещё выше, а ток потребления около 0,7 А. Транзисторам необходимы радиаторы — алюминиевые пластины 80х80х3 мм, которые склеены торцами через изолятор цианоакриловым клеем и размещены в корпусе с отверстиями так, что для охлаждения воздухом открыты все поверхности. Схемотехника преобразователя с одной базовой обмоткой [4, рис. 17.5 ], коммутируемой диодами, выгодно отличается тем, что открытый коммутирующий диод работает как стабистор, предотвращая зенеровский пробой обратносмещённого перехода база-эмиттер закрытого транзистора, что повышает КПД. В схеме реализован нелинейный базовый резистор на лампе накаливания EL. В холодном состоянии сопротивление её нити до десяти раз меньше, чем в горячем. При начальном пуске величина базового тока выше, чем в рабочем режиме, и запуск характеризуется быстрым нарастанием неустойчивости, заканчивающейся автогенерацией прямоугольных колебаний. Лампа накаливания светится в 1/2 накала и является индикатором: работает преобразователь или нет. Зажигание устойчиво работает и на более 7000 об/мин, однако напряжение на конденсаторе начинает cнижаться.

Повышенное напряжение обусловило выбор тиристора классом не менее 9 (900 В). Запуск тиристора осуществляется разрядом ёмкости С2 через негатрон — фототранзистор оптрона U1, работающий в лавинном режиме [5, с. 189-192]. Параметры зарядной цепи R4, VD8 выбраны так, чтобы ограничение заряда ёмкости С2 наступало выше 8000 об/мин. VD8 — стабилизатор напряжения 51 В, а R4 — источник тока. Данная схемотехника позволяет импульсно запускать любые тиристоры, обладает исключительно малой задержкой запуска, хорошей температурной стабильностью, высокой чувствительностью к запуску, оптическим разделением цепей входа и выхода, причём — сверхэкономно.

Универсальность настоящего конденсаторно-тиристорного CDI электронного зажигания — возможность работы как от прерывателя, так и от автомобильного датчика Холла. При размыкании контактов прерывателя времязадающая цепь R3, С4, R6 формирует токовый импульс для светодиода оптрона U1, заряжающий ёмкость С4. При замыкании контактов ёмкость С4 разряжается через сопротивление резистора R6 — формируется защитный временной интервал от «дребезга». У автомобильного датчика Холла токовый импульс имеет отрицательную полярность, поэтому цепь: диод VD9 + светодиод необходимо подключить так, как изображено на схеме перемычками зелёного цвета.

Необязательное тестирование осциллографом. Необходимо изготовить делитель напряжения 1/100 из 2 Вт резистора — 1 МОм и резистора 0,25 Вт — 10 кОм. Вход делителя подключают параллельно тиристору VS, а выход — к открытому входу осциллографа в режиме непрерывной развёртки. Вместо прерывателя подключают простейший самодельный тест-генератор прямоугольных импульсов с регулируемой частотой от единиц до 250-300 Гц, имитирующий прерыватель с помощью транзисторного ключа. Тест-генератору необходим металлический корпус-экран без щелей и короткий экранированный провод — выход. Внутри корпуса — должен быть RC-фильтр питания.

К зажиганию подключить КЗ и свечу. Включаем осциллограф. При выключенном тест-генераторе подаём питание 13, 8 В на зажигание. Смотрим на нить лампы EL, если светится — преобразователь работает. Осциллограф должен показывать напряжение более 600 В. Теперь включаем тест-генератор. В свече должны появиться искровые разряды. Вращая ручку регулятора частоты тест-генератора надо убедиться, что до частоты 200 Гц напряжение на тиристоре (конденсаторе С5) перед искрообразованием имеет вершину на уровне более 600 В. При дальнейшем увеличении частоты длительность вершины будет уменьшаться, затем импульсы станут напоминать пилу — напряжение на ёмкости С5 станет уменьшаться.

Теперь вместо свечи надо создать воздушный разрядный промежуток миллиметров в 10 и проверить на пробой во всём диапазоне частот. Постепенно зазор надо увеличивать до тех пор, пока не прекратится пробой. Так можно узнать длину искрового разряда на воздухе. Хорошую КЗ во время таких испытаний не пробъёт, а плохой — туда и дорога. Запомните производителя и в дальнейшем игнорируйте его КЗ. Длина искрового разряда на воздухе раз в 11 превышает его длину в сжатой топливной смеси, причём чем выше степень сжатия — тем в большее. Таким образом можно оценить максимум зазора в свече, который можно установить.

Ток через тиристор во время искрообразования. Осциллографом измеряем период Т колебаний LC-контура ударного возбуждения. Характеристическое сопротивление LC-контура определяется выражением: ρ = Т/2πС. Величину тока находим с помощью закона Ома: I = U/ρ = U2πC/T, где U = 600 В, С — ёмкость конденсатора С5 = 2мкФ, а 2π = 6,28.

При Т = 100 мкс — ток около 75 А. На частоте искрообразования 200 Гц время открытого состояния тиристора как минимум в 25 раз меньше закрытого, что даёт средний ток всего 3 А. Тиристор Т132-50-9-4 имеет допустимый средний ток в открытом состоянии 50 А, что обеспечивает многократную параметрическую избыточность и надёжность.

Настоящее конденсаторно-тиристорное CDI зажигания — разработка 90-х. Неоднократно оно демонстрировало чудеса — после установки на дымящий автомобиль, не только исчезал дым, но и показатель СО оказывался ниже нормы. Устройство обладает высокой надёжностью, так как каждый из его компонентов используется в комфортной для него области безопасной работы.

Из-за высокого уровня импульсных помех в мировом автопроме сложилось негативное отношение к конденсаторно-тиристорным CDI системам электронного зажигания. Их используют исключительно на гоночных автомобилях или на некоторых лодочных моторах.

Обязательно соблюдайте правила техники электробезопасности, так как в устройстве имеются крайне опасные напряжения!

Литература

  1. Электротехнический справочник. В 3-х т. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнические материалы/ Под общ. Ред. Профессоров МЭИ В. Г. Герасимова, П. Г. Грудинского, Л. А. Жукова и др. — 6-е изд., испр. и доп. — М.; Энергия, 1980. — 520 с., ил.

  2. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для втузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания»/ Д. Н. Вырубов, Н. А. Иващенко, В. И. Ивин и др.; Под ред А. С. Орлина, М. Г. Круглова. — 4-е изд., перераб. И доп. — М.: Машиностроение, 1983. — 372 с., ил.

  3. Конденсаторная система зажигания. В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 90./Сост. Н. Ф. Назаров. — М.: ДОСААФ, 1985.

  4. Горошков Б. И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. — М.: Радио и связь, 1984. — 400 с., ил. — (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1076).

  5. Дьяконов В.П. Лавинные транзисторы и их применение в импульсных устройствах. Под ред. С. Я. Шаца. М., «Сов. Радио», 1973.

Лучшее чтиво по зажиганиям: http://www.academia-moscow.ru/off-line/_books/fragment_18454.pdf

способ модернизации конденсаторного зажигания с непрерывным накоплением энергии — патент РФ 2364745

Изобретение относится к электрооборудованию конденсаторных систем многоискрового зажигания с непрерывным накоплением энергии и может быть использовано при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания. Способ модернизации конденсаторных систем зажигания с непрерывным накоплением энергии заключается в том, что сигналом генерации искрового разряда открывают ведущий силовой электронный ключ, соединяющий с первичной обмоткой катушки зажигания образующий с ней колебательный контур и заряженный от преобразователя постоянного напряжения накопительный конденсатор. Электрический разряд накопительного конденсатора создает в этом контуре ряд колебаний переменного тока. Колебания переменного тока протекают по первичной обмотке катушки зажигания и трансформируются ее вторичной обмоткой в высоковольтные разнополярные импульсы многоискрового разряда. Напряжением преобразователя постоянного напряжения заряжают аккумулирующий конденсатор. Аккумулирующий конденсатор при пуске двигателя внутреннего сгорания заряжает накопительный конденсатор с исходной полярностью. Дoзapядом нaкопительнoгo конденсатора в каждом цикле генерации искровых разрядов компенсируют потери его напряжения от токов утечек силовой цепи и от отбора мощности на генерацию искрового разряда. Дозаряд накопительного конденсатора обеспечивается включением ведомого силового электронного ключа в моменты времени, соответствующие заряду накопительного конденсатора в исходной полярности и совпадающие с переходом переменного тока первичной обмотки катушки зажигания через нулевое значение. Блокированием открытия ведущего силового электронного ключа регулируют длительность искрового разряда в функции оборотов двигателя внутреннего сгорания при помощи схемы ограничения длительности искрового разряда. Технический результат заключается в исключении появления экстремальных нагрузок в процессе генерации регулируемых по мощности и длительности искровых разрядов, использовании для энергообеспечения процесса генерации искровых разрядов двухтактных двухконтурных преобразователей постоянного напряжения с внешним возбуждением и самовозбуждением, способных обеспечить питание нескольких каналов искрообразования. 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2364745

Предлагаемое изобретение относится к электрооборудованию конденсаторных систем многоискрового зажигания с непрерывным накоплением энергии и может быть использовано при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Искрообразование в этих системах сопровождается значительным изменением потребляемой мощности от холостого хода до максимальной, обусловленной периодическим короткозамкнутым или близким ему состоянием нагрузки, которое является дестабилизирующим фактором экстремального характера (далее «экстремальная нагрузка»), как и сопутствующие этому состоянию физические процессы, вследствие которых прерывается работа двухтактных (двухзвенных) автогенераторных (с самовозбуждением) преобразователей постоянного напряжения (далее ППН), что существенно ограничивает возможности энергообеспечения процесса искрообразования, особенно на больших оборотах ДВС.

Это связано с тем, что экстремально возрастающий с током вторичной обмотки силового трансформатора ее магнитный поток размагничивает магнитный поток первичной обмотки, что автоматически сопровождается исчезновением импульсных напряжений управления (возбуждения) силовых транзисторных ключей, их закрытием и прерыванием процесса генерации до момента полного снятия экстремальной нагрузки. Двухтактные (двухзвенные) преобразователи постоянного напряжения с внешним (независимым) возбуждением не имеют такой возможности самозащиты. Экстремальная нагрузка у них ведет к опасному для силового контура росту намагничивающего тока первичной обмотки силового трансформатора, ограничение которого требует применения принудительного закрытия силовых транзисторных ключей путем снятия их внешнего управления или других более сложных мер защиты. Это делает проблематичным их применение в упомянутых устройствах конденсаторного зажигания несмотря на существенные преимущества перед автогенераторными как по более высокой частоте преобразования и связанного с этим уменьшения габаритов, так и по эффективной стабилизации выходных напряжений во всем диапазоне нагрузок. Исключение составляют системы многотрансформаторных ППН (см. опубликованные сведения по заявке № 2006108967/06 от 21.03.2006 г. этих же авторов, дата публикации 27.09.2007 г.) с внешним (независимым) возбуждением, но они предназначены для обеспечения двух и более экстремальных нагрузок и существенно отличаются от классических систем.

Задачей предлагаемого способа является расширение арсенала технических средств систем конденсаторного зажигания с непрерывным накоплением энергии, позволяющего:

1. Исключить появление экстремальных нагрузок двухтактных (двухзвенных) ППН в процессе искрообразования.

2. Использовать для энергопитания упомянутых конденсаторных систем наряду с двухтактными автогенераторными такие же ППН с внешним возбуждением.

3. Обеспечить генерацию регулируемого по энергетической мощности (по амплитуде разрядного тока) искрового разряда с помощью дозарядов накопительного конденсатора, компенсирующих потери:

а) на утечке тока в его силовой цепи в период между циклами генерации;

б) отбора энергии на трансформирование высоковольтных импульсов искрового разряда, ограничиваемого по длительности в функции оборотов ДВС.

4. Обеспечить энергообеспечение от одного двухтактного ППН с самовозбуждением или с внешним возбуждением нескольких источников регулируемого искрового разряда для многоканального искрообразования (например, для многокатушечных систем).

Аналогами предлагаемого способа являются существующие многоискровые конденсаторные системы ОН-427 (Справочник по устройству и ремонту электронных приборов автомобилей. Электронные системы зажигания. Авторы А.Г.Ходасевич, Т.И.Ходасевич. Москва, Антелком, 2001, стр.8), а также аналогичное и равноценное по технологическим возможностям устройство П.Гацанюка — «Усовершенствованная электронная система зажигания» — опубликованное на стр.52-62 сборника «В помощь радиолюбителю» № 101, Москва, ДОСААФ, 1988 (далее источник Л1), которое принято в качестве наиболее близкого аналога (прототипа) из-за простоты схемных решений и конструкции, весьма важных для надежности подобных систем.

Прототипу также присущи все упомянутые выше недостатки: при открытии тринистора VSI (рис.1 стр.54 Л1) закорачивается на корпус нагрузка ППН, прерывающая генерацию на время ее экстремального состояния, составляющего 1,3 мсек (рис.5 Л1), что в сумме со временем полного восстановления прерванной генерации составляет около 2 мсек (а у других аналогов и более того). На больших оборотах ДВС, когда искровые разряды следуют с соизмеримым по времени периодом, такие потери ведут к значительному снижению напряжения заряда накопительного конденсатора С4 и параметров искрового разряда. Увеличить энергоотдачу ППН в таком режиме повышением частоты преобразования и выходного напряжения не представляется возможным, т.к. частота для этого типа ППН уже является предельной (800 Гц, стр.53 Л1), а отсутствие эффективной системы стабилизации выходного напряжения для подобных ППН вело бы к недопустимым перенапряжениям на малых и средних оборотах ДВС. Применение в таком устройстве ППН с внешним возбуждением решало бы эти проблемы, но, в свою очередь, ставило не менее сложную задачу по защите их от перегрузки при включении тринистора VSI. Предлагаемый способ модернизации конденсаторных систем зажигания, позволяющий решить упомянутые проблемы, входящие в объем поставленной ранее более обширной технической задачи, заключается в нижеследующем.

Двухтактный (двухзвенный) автогенераторный или с внешним возбуждением ППН нагружается на дополнительно введенный аккумулирующий конденсатор, превосходящий на порядок и более по электрической емкости накопительный конденсатор (с оптимальной емкостью 1,0 мкФ), который в процессе пуска ДВС (соответствующего началу всего цикла искрообразования) однократно заряжается через токоограничивающий резистор напряжением аккумулирующего конденсатора. Далее сигналом генерации искрового разряда (импульсом контактного или бесконтактного прерывателя) включается ведущий силовой электронный ключ, создающий электрическую цепь разряда накопительного конденсатора на первичную обмотку катушки зажигания, совместно образующих параллельный колебательный контур, в котором инициируются колебания переменного тока, трансформируемые вторичной обмоткой этой катушки в высоковольтные разнополярные импульсы искрового разряда. При этом в моменты времени, соответствующие перезаряду накопительного конденсатора в исходной полярности (с положительным потенциалом на аноде ведущего силового электронного ключа) электродвижущей силой самоиндукции первичной обмотки катушки зажигания и совпадающие с переходом через нулевое значение переменного тока этой обмотки, включается ведомый силовой электронный ключ (также дополнительно введенный), создающий цепь дозаряда накопительного конденсатора напряжением аккумулирующего. Короткий по времени импульс, включающий ведомый силовой электронный ключ, формируется на трансформаторе тока, включенного в цепь первичной обмотки катушки зажигания и выдающего разнополярные импульсные сигналы с экстремумом в моменты перехода ее тока через нулевое значение. (Таким же, но более коротким по времени сигналом этого трансформатора вначале первого периода колебаний тока каждого цикла генерации искрового разряда производится дозаряд накопительного конденсатора, компенсирующий утечки тока в силовой цепи этого конденсатора в период между циклами генерации, см. далее.) Одновременно таким же сигналом с аналогичного трансформатора тока вновь (но уже не от прерывателя) включается ведущий силовой электронный ключ, создающий цепь разряда накопительного конденсатора на первичную обмотку катушки зажигания с генерацией следующего периода колебаний с восполненной дозарядом энергией и т.д. При этом естественно возникает необходимость ограничения длительности искрового разряда в обратной зависимости от числа оборотов (в функции оборотов) ДВС. Это ограничение осуществляется соответствующей схемой контроля длительности (см. ниже), блокирующей очередной сигнал включения ведущего силового электронного ключа с его трансформатора тока. При этом ведомый силовой электронный ключ включается аналогичным импульсным сигналом своего трансформатора тока и дозаряжает накопительный конденсатор до уровня напряжения аккумулирующего, подготавливая схему к выработке следующего искрового разряда по очередному сигналу его генерации (с контактного или бесконтактного прерывателя).

В описании и реализации предлагаемого способа использован признак «дозаряда накопительного конденсатора», по своей физической сущности напоминающий ранее раскрытый признак «поддержание энергии колебаний переменного тока первичной обмотки катушки зажигания» (см. заявку этих же авторов рег. № 2005127310 от 30.08.2005 г. и патента к ней, дата регистрации 10.12.2007 г., бюллетень 34). Различие этих признаков заключается в следующем: в предлагаемом способе заряд и дозаряды накопительного конденсатора производятся из одного источника, не имеющего нагрузки экстремального характера, а в упомянутой заявке от разных — там заряд накопительного конденсатора осуществляется от источника (ППН), работающего на экстремальную нагрузку, а дозаряд (т.е. поддержание энергии колебаний) от вспомогательного (см. эл./схему фиг.4 этой заявки, соответственно источники 5 и 20). Кроме того, в этой схеме компенсация потерь напряжения накопительного конденсатора из-за токов утечки в период между циклами генерации искровых разрядов осуществляется одновременно с зарядом этого конденсатора от источника с экстремальной нагрузкой. Для реализации электросхемы этой заявки необходимы два двухтактных (двухзвенных) ППН классического типа, один из которых (5 с выпрямителем 4) должен быть только автогенераторным (с самовозбуждением), а другой может быть с внешним (независимым) возбуждением или оба замещены одним многотрансформаторным ППН (см. выше). Также в этой заявке не раскрыто влияние упомянутого признака на заявляемый в предлагаемом способе технический результат по устранению экстремального состояния нагрузки ППН, имеющему важные технологические последствия.

На электрической схеме фиг.1 представлен вариант реализации способа с использованием классического двухтактного двухзвенного симметричного ППН с внешним возбуждением.

На ждущих мультивибраторах 1а, 1б, включенных по кольцевой схеме, и выходного усилителя на транзисторах 2, 3, коллекторной нагрузкой которых является выходной трансформатор 4, образован задающий генератор внешнего возбуждения ППН. Его парафазные сигналы со вторичных обмоток трансформатора 4 подаются на база-эмиттерные переходы силовых транзисторных ключей 5, 6, попеременное открытие которых создает в первичной обмотке выходного силового трансформатора 7 импульсный ток переменного направления, преобразуемого его вторичной обмоткой и выпрямителем 8 в повышенное постоянное напряжение заряда аккумулирующего конденсатора повышенной емкости 9. Схема управления ППН питается с интегрального стабилизатора 10 пониженным напряжением 5 В. На компараторе 11 выполнена стабилизация выходного напряжения ППН. На его вход А подается уставка опорного напряжения, на вход В — масштабный аналог стабилизируемого напряжения с резисторного делителя 12, 13. При достижении им уровня напряжения уставки на входе А на выходе С появляется сигнал низкого уровня, останавливающий работу мультивибраторов 1a, 1б и, наоборот, осуществляя стабилизацию выходного вторичного напряжения ППН широтно-импульсным модулированием колебаний первичного.

Работа эл/схемы по генерации искрового разряда заключается в нижеследующем. При включении пускового реле стартера ДВС параллельно включается реле 14 на короткое время, определяемое постоянной времени зарядной цепи конденсатора 15, и своим замыкающим контактом 16 через токоограничивающий резистор 17 заряжает накопительный конденсатор 18 до уровня напряжения аккумулирующего конденсатора 9. При этом при провороте коленвала ДВС замыкается контакт 19 механического прерывателя, включающий в процесс генерации схему ограничения длительности искрового разряда, состоящую из транзисторов 20, 21, конденсатора 22 и компаратора 23. При этом транзистор 20 запирается, конденсатор 22 заряжается до напряжения на входе В компаратора 23, превышающего уставку на его входе А, устанавливаемую резистором 25, на выходе С появляется сигнал низкого уровня, запирающий транзистор 21, который снимает шунтирование управляющего электрода ведущего силового электронного ключа 26 на его катод. При разрыве контакта 19 прерывателя вырабатывается импульсный сигнал запуска цикла генерации искрового разряда (копия прототипа), который через конденсатор 27 и диод 28 открывает ведущий силовой электронный ключ 26, который создает классическую цепь разряда накопительного конденсатора 18 на первичную обмотку катушки зажигания 29 с формированием первого периода колебаний ее тока (фиг.2 график 2), проходящего и по первичным обмоткам трансформаторов тока 30 и 31, включенных последовательно в эту цепь. Эти трансформаторы выдают на своих вторичных обмотках импульсные сигналы, получаемые дифференцирированием по скорости изменения проходящего по их первичным обмоткам тока и имеющие экстремумы при переходе этого тока через нулевое значение, которое совпадает с окончанием перезаряда ЭДС самоиндукции катушки зажигания 29 (см. диаграммы фиг.2) накопительного конденсатора 18 в полярности, противоположной исходной в моменты времени t 1, t3, t5 и т.д. (соответственно импульсы a2, a4, a6 и в2, в4, в6 и т.д.), и совпадающей с исходной — в моменты времени t2, t4, t6 (соответственно импульсы а3, а5, а7, в3, в5, в7 и т.д.) В начале каждого искрового разряда передним фронтом первого полупериода тока первичной обмотки (время его действия от t0 до t1) на этих трансформаторах выделяются импульсы а1 и в1, но более короткие по времени (т.к. в их формировании не участвует задний фронт отрицательного предшествующего полупериода, которого просто нет). Их значение и использование пояснено ниже.

Трансформатор тока 31 служит для управления ведущего силового электронного ключа 26, а такой же трансформатор 30 — для управления ведомого силового электронного ключа 32 (соответственно диаграммы их сигналов 3 и 4 фиг.2). Резисторы в нагрузке их вторичных обмоток служат для корректировки амплитуды импульсов, а шунтирующие диоды — для закорачивания отрицательных (импульсов а и в с четными номерами), не используемых в процессе генерации искрового разряда, в начале каждого из которых на управляющий электрод ведущего силового электронного ключа (уже открытого по сигналу прерывателя) подается дополнительный импульс а1 с трансформатора тока 31, лишь подтверждающий его открытое состояние. Импульс же в1 имеет более важное значение: на малых оборотах, например 300 об/мин, четырехцилиндрового ДВС период следования искровых разрядов t разр составляет 0,1 сек (без вычета малой длительности самого искрового разряда). При этом при сопротивлении изоляции силовых цепей накопительного конденсатора, например, 250 кОм (что вполне удовлетворительно для устройства зажигания, работающего в условиях повышенной влажности и температуры) постоянная времени разряда этого конденсатора емкостью 1,0 мкФ (см. выше) составит 0,2 5 сек, а его напряжение к началу цикла генерации следующего искрового разряда из-за потерь на утечки составит:

, где

Uкон — конечное напряжение заряда конденсатора;

Uнач — начальное напряжение заряда;

е=2,718 — основание натурального логарифма;

tраз — период следования искровых разрядов, сек;

— постоянная времени разряда, сек.

Тогда

Совершенно очевидно — потери напряжения значительны, приблизительно такие же, как при отборе энергии колебаний на генерацию первого периода искрового разряда у прототипа — около 1/3 (рис.5 Л1), а при сопротивлении изоляции 100 кОм они увеличиваются до 2/3 начального напряжения.

Поэтому наличие импульса в1 (фиг.2) в начале генерации каждого искрового разряда в данной схеме имеет важное значение, позволяющее компенсировать неизбежные потери заряда накопительного конденсатора 18 из-за утечек в период между искровыми разрядами восстановлением (дозарядом) его напряжения, ведущего к возрастанию амплитуды первого периода тока катушки зажигания (но не в полной мере, т.к. из-за более короткого по времени импульса в1 эта амплитуда всегда несколько меньше амплитуды следующего второго периода, см. диаграмму 1 фиг.2). Естественно с повышением сопротивления изоляции и увеличением оборотов ДВС величина и негативное влияние утечек значительно снижаются. Например, при 1200 об/мин и том же сопротивлении изоляции (250 кОм) потери напряжения составляют менее 10%.

Таким образом, при подготовке исходного состояния накопительного конденсатора 18 к циклу генерации очередного искрового разряда он дозаряжается напряжением аккумулирующего конденсатора 9 дважды — по моменту окончания предыдущего искрового разряда (см. ниже) и по моменту начала очередного, а в течение процесса генерации — в каждом полупериоде, соответствующем перезаряду накопительного конденсатора 18 в исходной полярности.

При этом у прототипа постепенный (мягкий) заряд накопительного конденсатора 4 осуществляется по цепи корпус — мостовой выпрямитель — накопительный конденсатор — катушка зажигания — корпус.

В предлагаемом способе дозаряд накопительного конденсатора 18 имеет импульсный и кратковременный характер и осуществление его по такой же цепи вызывало бы генерацию катушкой зажигания внеочередного высоковольтного импульса разрядного тока, не совпадающего с тактами рабочего цикла ДВС. Поэтому дозаряд осуществляется непосредственно с аккумулирующего конденсатора 9 на накопительный 18, что к тому же ускоряет этот процесс и снижает потери энергии.

При этом цепь перезаряда накопительного конденсатора 4 ЭДС самоиндукции катушки зажигания в исходной полярности у прототипа через цепь мостовых выпрямителей VD3÷VD10 (рис.1 Л1) заменена в способе одним силовым диодом 33, встречно-параллельно шунтирующим ведущий силовой электронный ключ 26. При этом (см. выше) в момент времени t1 (диагр.1 фиг.2) заканчивается перезаряд накопительного конденсатора 18 ЭДС самоиндукции катушки зажигания в полярности, противоположной исходной, и начинается генерация второго полупериода тока первичной обмотки катушки зажигания во временном интервале от t1 до t2 (диагр.2 фиг.2), по моменту окончания которого (время t 2) заканчивается перезаряд накопительного конденсатора 18 по цепи корпус — анод силового диода 33 — накопительный конденсатор — трансформаторы тока 30 и 31 — катушка зажигания — корпус, а также выдаются трансформаторами тока совпадающие по времени импульсные сигналы a3 и в3. Последний из них, в3, поступает на базоэмиттерный переход силового транзисторного ключа 32, открывает его, дозаряжая накопительный конденсатор 18 и уравнивая его напряжение, уменьшившиеся приблизительно на 1/3 от своего начального в результате отбора мощности на первый период искрового разряда (аналогично, как у прототипа, рис.5 Л1) с напряжением аккумулирующего конденсатора, подготавливая генерацию следующего регулируемого по мощности периода колебаний тока первичной обмотки катушки зажигания и соответственно тока искрового разряда. В это же время импульсный сигнал в3 поступает на управляющий электрод ведущего электронного ключа 26 (блокирующий транзистор 21 при этом закрыт, см. выше), открывает его. Начинается генерация следующих периодов тока первичной обмотки катушки зажигания и соответствующих им периодов искрового разряда с приведенной выше последовательностью физических процессов до срабатывания схемы ограничения длительности разряда, которая работает следующим образом: при разрыве электрической цепи прерывателем 19 начинается цикл генерации искрового разряда (см. выше) и открывается транзистор 20, замыкающий на корпус цепь разряда конденсатора 22 через переменный резистор 24, которым устанавливается постоянная времени этого разряда. При снижении напряжения на входе В компаратора 23 до уровня уставки на входе А на его выходе С появляется сигнал высокого уровня, открывающий транзистор 21, который замыкает на корпус управляющий электрод ведущего силового электронного ключа 26, блокируя его открытие последним импульсом в искровом разряде, например импульсом а7 (диаграмма 3, фиг.2). При этом его аналог импульс в7 открывает ведомый силовой электронный ключ 32, который дозаряжает накопительный конденсатор 18, подготовив его к генерации следующего искрового разряда по сигналу с прерывателя 19. С изменением оборотов ДВС меняется время и уровень заряда конденсатора 22 и соответственно время его разряда, от которого зависит продолжительность закрытого состояния транзистора 21 и соответственно длительность искрового разряда, которая настраивается переменным резистором 24 (по постоянной времени заряда-разряда) и корректируется таким же резистором 25 по уровню (уставке) напряжения срабатывания схемы ограничения длительности разряда.

На фиг.3 представлены параметры регулируемого искрового разряда устройства зажигания, выполненного по предлагаемому способу. На диаграмме 1 фиг.3 проиллюстрирован характер изменения тока искрового разряда из десяти периодов (на частоте генерации 10÷12 Гц или 300÷360 об/мин ДВС), измеренный на нагрузочном резисторе сопротивлением 14 Ом по методике прототипа (рис.7, стр.60, Л1). Длительность этого разряда, регулируемая схемой его ограничения, ступенчато меняется с изменением оборотов ДВС в соответствии с кривой второго порядка «f» (диагр.2, фиг.3), отдаленно соответствующей кривой разряда конденсатора 22 фиг.1. При этом амплитуды разрядного тока оставшихся периодов остаются неизменными. Например, искровой разряд из шести колебаний разрядного тока наступит при частоте его генерации 62 Гц и будет сохраняться до 82 Гц (диагр.2, фиг.3). В этом диапазоне потребляемый ППН ток нагрузки изменится от 7,5 А до 9,5 А. (линия I диагр.2, фиг.3). На частоте генерации искровых разрядов около 180 Гц останется только 2 периода колебаний (1 и 2 диагр.1, фиг.3), которые будут сохраняться до частоты 240 Гц с изменением тока нагрузки ППН в этом диапазоне частот от 8 А до 10,5 А. Первый период ( № 1, диагр.1 фиг.3) сохраняется без изменения амплитуды от 240 Гц до 600 Гц (и даже до 800 Гц при перестройке схемы ограничения длительности) с значительным ростом потребляемого тока. Возврат к искровому разряду, например, из 6 периодов произойдет на частоте этих разрядов около 82 Гц и будет сохраняться до частоты 62 Гц с изменением тока нагрузки ППН от 9,5 А до 7,5 А и т.д. Во всем диапазоне нагрузок напряжение аккумулирующего и накопительного конденсаторов остается практически неизменным — уменьшение не более 2% в области пиковых нагрузок при трех или четырех колебаниях в искровом разряде, достигающих тока нагрузки 11,5 А (диагр.2, фиг.3), в режиме холостого хода ППН (без искрообразования) не превышающего 0,25 А. Аналогичные параметры прототипа существенно скромнее. Недостатком способа является необходимость поддержания высокого сопротивления изоляции силовых цепей накопительного конденсатора, на которое значительное влияние оказывают утечки ведущего силового электронного ключа. Приведенные на диаграммах фиг.3 параметры не являются предельными и могут быть изменены, в том числе в сторону их усиления, для чего достаточно применить более мощный ППН.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет:

1. Исключить появление экстремальных нагрузок в процессе генерации искровых разрядов, что делает возможным применение для его реализации наряду с двухтактными (двухконтурными) автогенераторными таких же ППН с внешним (независимым) возбуждением.

2. Обеспечить генерацию регулируемого по длительности в функции оборотов ДВС и по энергетической мощности (амплитуде разрядного тока) искрового разряда с помощью дозарядов накопительного конденсатора, компенсирующих потери его напряжения:

а) из-за утечек его силовой цепи в период между циклами генерации искровых разрядов;

б) вследствие отбора энергии на трансформирование импульсов искрового разряда.

3. Надежно обеспечить генерацию искровых разрядов на запредельных, недосягаемых для прототипа и всех аналогов частотах, например для сверхвысокооборотных ДВС.

4. Обеспечить надежное энергообеспечение от одного двухтактного (двухконтурного) ППН (автогенераторного или с внешним возбуждением) нескольких источников регулируемого искрового разряда для многоканального искрообразования.

Вариант такой реализации способа для четырех каналов искрообразования поясняет электросхема фиг.4. Она состоит из четырех каналов, идентичных по построению и функционированию одноканальной схеме фиг.1. Исключение составляет общий для всех каналов силовой трансформатор 7 с четырьмя вторичными нагрузками 9 (1÷4), аналогами аккумулирующего конденсатора 9 фиг.1, гальванически связанных по положительному потенциалу на коллекторе также общего для всех ведомого силового электронного ключа 32, поочередно управляемого каждым из генерирующих искровой разряд каналов импульсами своего трансформатора тока 30 (1÷4). При этом дозаряд накопительных конденсаторов 18 (1÷4) со своих аккумулирующих 9 (1÷4) осуществляется одновременно по всем каналам через развязывающие диоды 36 (1÷4), наиболее интенсивный по каналу, где идет генерация искрового разряда, по остальным только компенсация токов утечек. Ограничение длительности искровых разрядов, аналогичное одноканальной схеме фиг.1, за исключением необходимости инвертирования выходного сигнала транзистора 21, для чего достаточно поменять местами входы А и Б компаратора 23.

Первичная обмотка трансформатора 7 и схема управления ППН не показаны, так как преобразователи могут быть как автогенераторными, так и с внешним возбуждением. Их выбор для конкретной конструкции зависит от:

1. стоимости,

2. сложности конструкции,

3. надежности обеспечения требуемых технологических параметров искрового разряда.

Наиболее просты и дешевы конструкции с двухтактными автогенераторными ППН, но они значительно уступают по габаритам и параметрам искрового разряда преобразователям с внешним возбуждением.

В описании представлен вариант схемы ограничения длительности искрового разряда в функции оборотов ДВС по кривой разряда конденсатора 22 фиг.1. Эта зависимость может быть выполнена также прямолинейной с использованием генераторов, линейно-изменяющихся во времени напряжений или по более сложному варианту с применением цифровых и аналоговых микросхем для реализации заданной оптимальной конфигурации искрообразования, точно соответствующей требуемым параметрам конкретного технологического процесса.

Для реализации способа пригодны радиодетали широкого применения. Исключение составляет ведомый силовой электронный ключ, который при перезаряде накопительного конденсатора в полярности, противоположной исходной, находится под воздействием суммарного напряжения аккумулирующего и накопительного конденсаторов, поэтому должен быть не только мощным, но и высоковольтным.

Перечень графического материала

Фиг.1 — электросхема варианта реализации способа (одноканальное исполнение).

Фиг.2 — диаграммы привязки по времени напряжений накопительного конденсатора, тока первичной обмотки катушки зажигания и импульсных сигналов трансформаторов тока.

Фиг.3 — диаграммы параметров искрового разряда конкретного устройства реализации способа.

Фиг.4 — электросхема варианта реализации способа для четырехканального искрообразования (многокатушечная система).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ модернизации конденсаторных систем зажигания с непрерывным накоплением энергии, заключающийся в том, что сигналом генерации искрового разряда открывают ведущий силовой электронный ключ, соединяющий с первичной обмоткой катушки зажигания образующий с ней колебательный контур и заряженный от преобразователя постоянного напряжения накопительный конденсатор, электрический разряд которого создает в этом контуре ряд колебаний переменного тока, протекающего по первичной обмотке катушки зажигания и трансформируемого ее вторичной обмоткой в высоковольтные разнополярные импульсы многоискрового разряда, отличающийся тем, что напряжением преобразователя постоянного напряжения заряжают аккумулирующий конденсатор, с которого при пуске двигателя внутреннего сгорания заряжают накопительный конденсатор с исходной полярностью, дозарядом которого в каждом цикле генерации искровых разрядов компенсируют потери его напряжения от токов утечек силовой цепи и от отбора мощности на генерацию искрового разряда включением ведомого силового электронного ключа в моменты времени, соответствующие заряду накопительного конденсатора в исходной полярности и совпадающие с переходом переменного тока первичной обмотки катушки зажигания через нулевое значение, регулируют длительность искрового разряда в функции оборотов двигателя внутреннего сгорания блокированием открытия ведущего силового электронного ключа схемой ограничения его длительности, что позволяет исключить появление экстремальных нагрузок в процессе генерации регулируемых по мощности и длительности искровых разрядов, использовать для энергообеспечения процесса генерации искровых разрядов двухтактных двухконтурных преобразователей постоянного напряжения с внешним возбуждением и самовозбуждением, способных обеспечить питание нескольких каналов искрообразования.

Практические схемы конденсаторной контактной системы зажигания



из «Электроника в автомобиле Изд2 »

На рис. 12 приведена принципиальная электрическая схема конденсаторной тиристорной системы зажигания для автомобилей, у которых с корпусом соединен минус аккумуляторной батареи. [c.23]
Схема конденсаторной контактной системы зажигания для автомобилей, у которых с корпусом соединен минус аккумуляторной батареи с номинальным напряжением 12 В. [c.23]
Энергия искрообразования накапливается в конденсаторах С и С4. [c.24]
Трансформатор Три транзисторы Г1 и Гг, диоды Д1—Д4 и резисторы —R образуют двухтактный преобразователь постоянного напряжения, собранный по схеме с общим эмиттером и преобразующий низкое напряжение аккумуляторной батареи (12 В) в высокое (300—400 В). [c.24]
Схема преобразователя построена таким образом, что транзисторы Г1 и Гг могут быть установлены на общий радиатор, электрически соединенный с корпусом автомобиля. Резисторы Яг и Яг служат для подачи отрицательного смещения на базы транзисторов Т1 и Гг, необходимого для запуска преобразователя. Резисторы и Як ограничивают токи баз транзисторов. Тиристоры Дт и Д служат для бесконтактного подключения конденсаторов Сз и к первичной обмотке катушки зажигания в момент размыкания контактов прерывателя. [c.24]
Диоды Дв—Дп, конденсатор С5 и резисторы Яз—Яц образуют схему формирования импульсов, поступающих на управляющий электрод тиристора Да в момент размыкания контактов прерывателя. Диод Д5 и конденсатор С] образуют низкочастотный фильтр, предотвращающий проникновение помех в цепи управления тиристоров. [c.24]
Система зажигания работает следующим образом. Допустим, что в момент включения питания контакты прерывателя разомкнуты. При подаче напряжения питания управляющий электрод тиристора Да через резистор Ят оказывается подключенным к отрицательному, а катод тиристора через диод Д5 — к положительному полюсу аккумулятора. В результате на управляющий электрод тиристора подается отрицательное напряжение, величина которого ограничивается диодом Дя на уровне 0,7—0,8 В. [c.24]
Преобразователь запускается и заряжает конденсаторы Сз и С4 до напряжения примерно 400 В (момент на рис. 13). Тиристоры Д и Да заперты, так как их суммарнбе напряжение переключения больше 400 В. Через резисторы Яь, Яе и диод Дб протекает ток и, так как сопротивления резисторов Яь и Яе одинаковы, к каждому из тиристоров Дт и Да подводятся примерно одинаковые напряжения (200—220 В). Конденсатор Сг заряжается через резистор Яя до напряжения, имеющегося а резисторе Яе. [c.24]
При замыкании контактов прерывателя конденсатор С5 заряжается через диоды Дь, Да и резистор Яэ почти до полного напряжения аккумуляторной батареи. [c.26]
Резистор Я9 создает некоторую задержку заряда конденсатора Съ, что необходимо для устранения влияния дребезга контактов прерывателя в момент их замыкания. [c.26]
В момент времени tl при размыкании контактов прерывателя конденсатор Сь разряжается через диод Дю, промежуток управляющий электрод — катод тиристора Дв и резисторы Яп, Я12. На управляющий электрод тиристора Да подается положительное напряжение. Тиристор Да переключается, и напряжение на конденсаторе Сг оказывается приложенным через резистор к промежутку управляющий электрод — катод тиристора Дт плюсом к управляющему электроду. Тиристор Д также переключается. Первичная обмотка катушки зажигания подключается к заряженным до напряжения 400 В конденсаторам Сз и С4, и напряжение на ней в течение нескольких микросекунд возрастает от О до 400 В. [c.26]
Переключившиеся тиристоры шунтируют преобразователь, и его генерация срывается. Преобразователь прекращает свою работу. [c.26]
Резистор / 1о и диод Дц пропускают отрицательный импульс от катушки зажигания, который перезаряжает конденсатор Сь, как только тиристоры переключатся. Тем самым снимается положительное смещение с управляющего электрода тиристора Да и исключается возможность многократного переключения тиристоров, когда контакты прерывателя разомкнуты. Благодаря цепочке Я о, Дп положительное напряжение на управляющий электрод тиристора Да подается в виде короткого испульса длительностью около 10 мкс, что обеспечивает образование лишь одной искры после размыкания контактов прерывателя. [c.26]
Скорость нарастания вторичного напряжения зависит от параметров катушки зажигания. При применении серийных катушек, например типа Б-1, искра возникает примерно через 5—10 мкс с момента размыкания контактов прерывателя (момент I2 на рис. 13). [c.26]
Индуктивность первичной обмотки катушки зажигания и конденсаторы Сз, i, соединенные между собой через переключившиеся тиристоры Д и Да, образуют колебательный контур, в котором возникают затухающие колебания. Напряжение на конденсаторах Сз и i, как видно на рис. 13, сдвинуто по фазе относительно напряжения на первичной обмотке катушки зажигания примерно на я, а ток в контуре отстает от этого напряжения на я/2. [c.26]
В момент времени tз, когда ток в контуре равен нулю, тиристоры выключаются, но преобразователь напряжения все еще запуститься не может, так как напряжение на конденсаторах Сз и С4 к этому моменту достигает максимального отрицательного значения. Через диоды Д1—Дi протекает ток. Открытые диоды шунтируют преобразователь, не давая возможности ему запуститься. Через полпериода, в момент ti, когда ток в контуре вновь уменьшается до нуля, диоды Д1—Д4 запираются, преобразователь запускается и примерно через 3 мс заряжает конденсаторы Сз и С до напряжения 400 В. В катушке зажигания затухают собственные колебания. [c.26]
Энергия, выделяемая в искре, при прочих равных условиях зависит От размеров искрового промежутка свечи. С увеличением размеров искрового промежутка напряжение /г уменьшается и, как это следует из формулы (6), энергия, выделяемая в искре, увеличивается. [c.27]
Из рис. 13 видно, что длительность искры в описываемой конденсаторной системе (при работе с катушкой зажигания Б-1) равна примерно 0,2 мс, причем искра состоит из двух отдельных искр, соответствующих положительной и отрицательной полуволнам тока в первичной обмотке катушки зажигания. [c.27]
Сравнительно малую длительность искры следует отнести к преимуществам конденсаторной системы зажигания. Как показывают исследования [3], в исправном и правильно рассчитанном двигателе после достижения нормального теплового режима воспламенение рабочей смеси происходит в течение 10—15 мкс, и искра длительностью свыше 1000 мкс, имеющая место в батарейной системе зажигания [1], бесполезна и вызывает лишь эрозию электродов свечей, сокращая их срок службы. Срок службы свечей в конденсаторной системе зажигания поэтому увеличивается в несколько раз. [c.27]
На рис, 14 показана осциллограмма напряжения на контактах прерывателя в описываемой конденсаторной системе зажигания. Сравним ее с осциллограммой напряжения на контактах прерывателя в обычной батарейной системе зажигания (см. рис. 5). Амплитуда напряжения на контактах в конденсаторной системе не превышает напряжения аккумуляторной батареи (12 В), а в батарейной системе превышает 300 В. [c.27]

Вернуться к основной статье

Конденсаторная система — зажигание — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Конденсаторная система — зажигание

Cтраница 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 запуск горячего двигателя.  [31]

По принципу действия приборы Искра-1, Искра-2, ПАЗ-2 и ПАЗ-3 относятся к конденсаторной системе зажигания с импульсным накоплением энергии.  [32]

По принципу действия приборы Электроника, Электроника — М и Электроника — 1М относятся к конденсаторной системе зажигания с непрерывным накоплением энергии.  [34]

Таким образом, принципиальный недостаток батарейной системы зажигания, заключающийся в снижении вторичного напряжения ( а значит, и энергии искрообразования) при малых и больших частотах вращения коленчатого вала двигателя, в конденсаторной системе зажигания полностью устраняется.  [36]

Длительность искрового разряда ( искры) в описанных выше конденсаторных системах зажигания значительно меньше, чем в обычной батарейной или транзисторной системе. Это является преимуществом конденсаторной системы зажигания с точки зрения срока службы свечей, так как устраняется бесполезная эрозия их электродов. Однако при запуске холодного двигателя на переобогащенной смеси длинная искра может оказаться весьма полезной.  [37]

Как показывают исследования [3], в исправном и правильно рассчитанном двигателе после достижения нормального теплового режима воспламенение рабочей смеси происходит в течение 10 — 15 мкс, и искра длительностью свыше 1000 мкс, имеющая место в батарейной системе зажигания [1], бесполезна и вызывает лишь эрозию электродов свечей, сокращая их срок службы. Срок службы свечей в конденсаторной системе зажигания поэтому увеличивается в несколько раз.  [38]

Преобразователь ( рис. 12) при зазоре в свечах 1 1 — 1 2 мм заряжает ( подзаряжает) конденсаторы С3 и Ci ( суммарная емкость 1 мкФ) в течение 2 5 — 3 0 мс. Это означает, что описываемая конденсаторная система зажигания может нормально работать с четырехцилиндровым четырехтактным двигателем до 10000 об / мин коленчатого вала.  [40]

В батарейной же системе зажигания нагрузка контактов индуктивная, а ток через контакты достигает 4 А. Поэтому можно утверждать, что в конденсаторной системе зажигания проблема сохранения контактов от эрозии полностью решена. Срок службы контактов определяется лишь их механическим износом; применение вольфрама для изготовления контактов делается необязательным.  [41]

Недостатком описанных конденсаторных систем зажигания является падение вторичного напряжения и энергии искрообразова-ния при уменьшении напряжения питания. При исправной аккумуляторной батарее и соответствующем масле в картере двигателя описанные выше конденсаторные системы зажигания обеспечивают уверенный запуск двигателя стартером в холодное время года при температуре до минус 15 С.  [43]

Настоящее издание дополнено описанием новых конструкций: бесконтактных систем зажигания для автомобилей Волга и Москвич-412, электронной системы зажигания со стабилизированным вторичным напряжением, реле-регулятора генератора постоянного тока и регулятора напряжения генератора переменно го тока, автомобильного стробоскопа и тахометра. Приведено описание улучшенной схемы электронногб сторожа. Глава Некоторые усовершенствования конденсаторной системы зажигания дополнена новыми схемами и рекомендациями.  [44]

Индуктивность первичной обмотки катушки зажигания и накопительные конденсаторы, соединенные между собой через переключившийся тиристор, образуют колебательный контур, в котором возникают затухающие электрические колебания. Через четверть периода ( примерно через 60 мкс) напряжение на первичной обмотке катушки зажигания делается равным нулю ( tz на рис. 31) и затем меняет свой знак1, тиристор выключается и колебательный контур разрушается. В результате возникает дуга более высокой энергии и температуры, чем в обычных конденсаторных системах зажигания: длительность дугового разряда увеличивается почти в 3 раза. Это обстоятельство положительно влияет на работу двигателя ( особенно при частичных нагрузках), уменьшая токсичность выхлопных газов, и, кроме того, облегчает запуск прогретого двигателя на богатой смеси.  [45]

Страницы:      1    2    3

Конденсаторная система — зажигание — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Конденсаторная система — зажигание

Cтраница 1

Конденсаторная система зажигания с тиристорами обладает рядом специфических особенностей, которые необходимо учитывать при ее изготовлении.  [1]

Конденсаторная система зажигания, схема которой приведена на рис. 12, предназначена для автомобилей, у которых с корпусом соединен отрицательный полюс аккумуляторной батареи.  [2]

Конденсаторные системы зажигания разделяются на системы с импульсным и непрерывным накоплением энергии.  [3]

Конденсаторные системы зажигания, как правило, более экономичны, чем транзисторные и классическая системы.  [4]

Конденсаторная система зажигания работает следующим образом. При вращении вала двигателя вращается кулачок и контакты прерывателя попеременно размыкаются и замыкаются. На выходе преобразователя имеется высокое напряжение 300 — 400 В, до которого заряжается накопительный конденсатор.  [6]

Установка конденсаторной системы зажигания не требует замены или доработки каких-либо стандартных деталей и производится в течение 20 — 30 мин.  [7]

Приборы конденсаторной системы зажигания с непрерывным накоплением энергии, кроме того, позволяют создать дополнительное удобство водителю: при включенном зажигании и неработающем двигателе можно бриться коллекторной электробритвой постоянного тока. Для этого в приборах Электроника — М, Старт, Электроника-ЗМ-К, БЭСЗ-1 предусмотрены специальные розетки 127 В или 110 В постоянного тока. Однако при этом необходимо иметь в виду, что на автомобилях, оборудованных генератором переменного тока, при включенном зажигании и неработающем двигателе через регулятор напряжения и обмотку возбуждения генератора протекает значительный ток — около 3 А. Поэтому при длительном бритье аккумулятор может разрядиться, а регулятор и генератор выйти из строя. Не рекомендуется также бриться при работающем двигателе, так как при этом нагрузка на электронный прибор зажигания может превысить норму.  [8]

Принцип действия конденсаторной системы зажигания позволяет устранить недостатки, присущие батарейной системе, и получить лучшие характеристики.  [10]

При установке приборов конденсаторной системы зажигания следует руководствоваться следующими общими указаниями.  [11]

Ток, потребляемый конденсаторной системой зажигания от аккумуляторной батареи, зависит от числа оборотов и количества цилиндров двигателя.  [12]

Как показала практика эксплуатации конденсаторных систем зажигания на автомобилях различных марок, в некоторых случаях запуск горячего двигателя с этими системами происходит хуже, чем с обычной батарейной системой. Анализ показал, что это имеет место при неправильной регулировке карбюратора, когда в цилиндры прогретого двигателя поступает слишком богатая смесь.  [13]

Кроме того, в конденсаторной системе зажигания устраняется также и третий недостаток, присущий обычной батарейной системе зажигания: большая чувствительность к значению сопротивления Rm, шунтирующего вторичную цепь.  [14]

Например, если в описанной выше конденсаторной системе зажигания ( см. рис. 12) дополнительные отводы обмотки Ш4 сделать от 37-го и 63-го витков, то накопительные конденсаторы Cj и Ci и диоды Д — Дь должны быть рассчитаны на напряжение не менее 600 В. Суммарное напряжение переключения тиристоров Дъ и Дл также должно быть не менее 600 В, чтобы не произошло их самопроизвольного переключения. Отводы обмотки Wi на рис. 26 облегчают настройку схемы.  [15]

Страницы:      1    2    3

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о