Контактно-транзисторная система зажигания

Для повышения надежности и долговечности работы при­боров системы зажигания и устранения недостатков, присущих контактной системе зажигания, на многих грузовых автомоби­лях устанавливается контактно-транзисторная система зажи­гания. Полупроводниковые приборы в этих системах исполь­зуются в качестве усилителя, включаемого между первичной обмоткой катушки зажигания и прерывателем с тем, чтобы уменьшить ток в момент размыкания его контактов и одновре­менно увеличить ток в первичной обмотке катушки. То есть, в контактно-транзисторной системе зажигания используется обычный контактный прерыватель-распределитель, но между ним и катушкой зажигания включают полупроводниковый уси­литель, часто называемый транзисторным коммутатором При включенном зажигании и разомкнутых контактах пре­рывателя 10 (рис. 12.6) транзистор 7 закрыт. В момент замыка­ния контактов прерывателя в цепи управления транзистора будет проходить ток 0, 3-0, 8 А (в зависимости от скорости вра­щения кулачка прерывателя).

Путь тока в цепи управления транзистором показан штри­ховыми стрелками:

«плюс» аккумуляторной батареи 14-зажим " КЗ" тягового реле стартера 17-зажим " AM" выключателя 16 зажигания-ротор вык-лючателя-зажим " КЗ" выключателя два добавочных резистора 15, соединенных с клеммами " ВК-Б" и " ВК" - первичная обмотка катушки зажигания 13-безымянный зажим транзисторного ком-

мутатора 1-переход эмиттер (Э)-база (Б) транзистора 7—пер­вичная обмотка импульсного трансформатора 9-замкнутый кон­такт прерывателя 10-«масса»—«минус» батареи 14.

При прохождении тока управления происходит резкое сни­жение сопротивления перехода эммитер-коллектор (Э-К) тран­зистора, и он открывается, включая цепь рабочего тока низко­го напряжения первичной цепи зажигания

Рис.12.6. Схема контактно-транзисторной системы зажигания:

1-транзисторный коммутатор; 2, 5-конденсаторы; 3, 8, 12-резисторы; 4, 6-со-ответственно, диод -стабилитрон Д_ст и диод Д,; 7-транзистор; 9-импулбьс-ный трансформатор; 10-прерыватель; 11-распределитель; 13-катушка за­жигания; 14-аккумулятор; 15-добавочные резисторы; 16-выключатель за­жигания; 17-тяговое реле стартера; М, К, Р-зажимы транзисторного комму­татора

Путь рабочего тока низкого напряжения показан сплошны­ми стрелками: «плюс» батареи 14-зажим тягового реле стар­тера 17—выключатель зажигания 16-резисторы 15-первичная об­мотка катушки зажигания 13-безъшянная клемма транзистор­ного коммутатора 1-переход Э-К транзистора 7-«масса»-«ми-нус» батареи 14.

Сила тока в этой цепи зависит от напряжения источника, ве­личины сопротивления, индуктивности первичной цепи и вре­мени замкнутого состояния контактов прерывателя. При размы­кании контактов ток управления прерывается, что вызывает рез­кое повышение сопротивления транзистора, он закрывается, включая цепь рабочего тока первичной цепи зажигания.

Резкое прерывание тока в первичной обмотке катушки за­жигания сопровождается резким уменьшением магнитного по­тока, который пересекает витки вторичной и первичной обмо­ток, сердечник и кольцевой магнитопровод. При этом во вто­ричной обмотке индуктируется э.д.с. от 17 до 30 кВ, а в первич­ной обмотке катушки зажигания э.д.с самоиндукции не превы­шает 100 В.

Ток высокого напряжения из вторичной обмотки катушки зажигания 13 поступает на распределитель 11, затем на свечу зажигания, «массу» и возвращается во вторичную обмотку.

Э.д.с. самоиндукции первичной обмотки катушки зажига­ния вызывает заряд конденсатора 5, который защищает тран­зистор от действия э.д.с., а электролитический конденсатор 2 защищает транзистор от импульсных перенапряжений.

Диод Д, препятствует протеканию тока через диод-стаби­литрон Д_ст в прямом направлении, минуя первичную обмотку катушки зажигания. Кремниевый диод-стабилитрон Д_ст пред­назначен также для защиты транзистора от пробоя э.д.с. само­индукции.

12.4.Бесконтактная система зажигания «Искра»

Принцип действия бесконтактной системы зажигания. При­менение контактно-транзисторных систем зажигания на карбюраторных двигателях военной автомобильной техники позво­лило увеличить вторичное напряжение до полуторного запаса, увеличить ресурс контактов прерывателя и в целом повысить надежность системы зажигания. Однако в них не исключен наи­более ненадежный элемент системы-механический прерыватель, который подвергается разрегулировке, износу и требует ухода.

Дальнейшим развитием электронных систем зажигания явля­ются системы зажигания с бесконтактным управлением, которые обладают всеми преимуществами контактно-транзисторных си­стем и в то же время устраняют их основной недостаток-наличие механического прерывателя. В результате чего в процессе эксп­луатации система зажигания не подвергается разрегулировке, почти не требует ухода, имеет значительно больший ресурс.

Управление коммутатором в бесконтактной системе обеспе­чивается специальным датчиком импульсов. Датчик выраба­тывает импульсы в строго заданные моменты времени, кото­рые управляют током в первичной обмотке катушки зажига­ния. Важным преимуществом бесконтактных систем зажигания является возможность управления углом опережения зажига­ния с помощью электронных автоматов, что позволяет создать оптимальный угол опережения зажигания на всех режимах ра­боты двигателя, а это повышает его экономичность, снижает токсичность отработавших газов.

Рис. 12.7. Электрическая принципиальная схема (упрощенная) бесконтактной системы зажигания

Бесконтактные системы зажигания классифицируются: по виду коммутирующего приборы на транзисторные и тиристорные; по способу накопления энергии-индуктивные и емкост­ные; по типу дагчика-параметрические и генераторные. В па­раметрических датчиках выходной сигнал формируется путем изменения параметров электрической цепи датчика: сопротив­ления, индуктивности, емкости и т.д. В генераторных датчиках выходным сигналом является э.д.с. Датчики, как правило, уста­навливаются в стандартном распределителе вместо подвижной пластины прерывателя и кулачка. На военной автомобильной технике нашли наибольшее применение транзисторные индук­тивные системы с генераторными магнитоэлектрическими дат­чиками. На рис. 12.7 представлена простейшая схема такой си­стемы зажигания. Схема работает следующим образом.

Когда крестообразный магнит датчика 1 неподвижен, тран­зистор закрыт и ток в первичной обмотке L, катушки зажига­ния Т, отсутствует. При вращении магнита в обмотке датчика индуктируется переменная э.д.с. В положительные полуперио­ды напряжения на датчике транзистор находится в состоянии насыщения и по обмотке L_{ катушки протекает ток, а в отрица­тельные полупериоды транзистор вновь закрывается. Это вы­зывает исчезновение тока в первичной цепи и индуктирование импульсов высокого напряжения в катушке зажигания, кото­рые распределителем подаются к свечам зажигания. На пуско­вой частоте вращения амплитуда импульсов датчика мала, по­этому без формирующего каскада эта система начинает рабо­тать лишь при средних частотах вращения. В реальных систе­мах зажигания применяются дополнительные каскады усиле­ния, позволяющие снизить начальную частоту вращения рото­ра датчика импульсов, при которой осуществляется зажигание.

Устройство аппаратов бесконтактной системы зажигания. Бесконтактная система зажигания «Искра» устанавливается на автомобилях ЗИЛ-131 и УРАЛ-375. Система выполнена в эк­ранированном исполнении, т.е. все аппараты зажигания име­ют металлические корпуса, а провода (высоковольтные и низ­ковольтные) проложены в гибких металлических шлангах, вы­полняющих роль экрана.

В системе зажигания применены следующие аппараты: ка­тушка зажигания Б118, дополнительный резистор СЭ326, тран­зисторный коммутатор ТК200, распределитель Р351, аварий­ный вибратор РС331, свечи зажигания СН307.

Катушка зажигания Б118 выполнена по трансформаторной схеме и от вышеописанных отличается обмоточными данными и коэффициентом трансформации. Увеличение индуктивности первичной обмотки и уменьшение коэффициента трансформа­ции объясняются большим допустимым напряжением у выход­ного транзистора коммутатора ТК200.

Дополнительный резистор СЭ326 выполнен отдельно от катушки зажигания и имеет конструкцию, аналогичную СЭ102. Сопротивление его константановой спирали 0, 6 Ом.

Транзисторный коммутатор ТК200 служит для прерывания цепи первичной обмотки катушки зажигания. Корпус комму­татора (рис. 12.8) ребристый, отлит из алюминивого сплава, имеет три отверстия для крепления, два гнезда под транзисто­ры, четыре одноштырьковых разъема и один вывод. Разъемы предназначены:

Рис.12.8. Транзисторный коммутатор ТК-200.

- Д-для соединения с низковольтным выводом датчика-рас­
пределителя;

- КЗ-для соединения с выводом Р катушки зажигания;

- ВК-12-для соединения с выводом В К катушки зажигания;

- ВК-12-для соединения с разъемом фильтра подавления ра­диопомех ФР82;

- вывод М-для соединения с корпусом автомобиля.

Распределитель Р351 (рис. 12.9) служит для управления ра­ботой транзисторного коммутатора и распределения высокого напряжения по свечам зажигания в порядке работы цилиндров двигателя.

Ротор 13 магнитоэлектрического датчика импульсов состо­ит из кольцевого магнита 24 и двух 8-полюсных магнитопроводов 23. Ротор закреплен на втулке 11 поводковой пластины 25 центробежного регулятора опережения зажигания.

Статор 12 датчика состоит из двух стальных магнитопроводов 20 и 22, имеющих по восемь выступов, и обмотки 21, намотанной на изоляторе в виде катушки. Обмотка закреплена меж­ду полюсными наконечниками, один конец ее соединен с кор­пусом, другой-с изолированным выводом.

Распределитель высокого напряжения состоит из крышки и ротора обычной конструкции.

Рис. 12.9. Распределитель зажигания Р-351:

1-валик; 2-штуцер; 3-ротор; 4-контактный уголек; 5-патрубок экрана; 6-муф-та; 7-крышка экрана; 8-экран; 9-крышка распределителя; 10-прокладка; 11-втулка; 12-статор; 13-ротор; 14-грузики; 15-прокладка; 16-пластина; 17-ус-тановочные метки; 18-выводы обмотки статора; 19-пласмассовая колод­ка; 20 и 22-магнитопроводы; 21-обмотка статора; 23-магнитопровод; 24-постоянный магнит; 25-поводковая пластина; 26-палец

Система зажигания работает следующим образом. При вклю­ченном зажигании и неподвижном роторе датчика 10 (рис. 12.10) импульсов транзистор V5 закрыт, так как потенциалы базы и эммитера равны. Транзистор V8 открыт, так как его база через диоды V6, V9 и резистор R3 соединена с положительным выво­дом батареи, а эммитер через резисторы R7 и RIO-c отрица­тельным выводом. Ток эмиттера транзистора V8 открывает транзистор VI0, а ток эмиттера VlO-выходной транзистор 11.

Путь первичного тока: положительный вывод батареи 1, ам­перметр 2, выключатель 3 зажигания, добавочный резистор 11, фильтр 4 подавления радиопомех, первичная обмотка 6 катушки зажигания, диод V12, открытый транзистор VII, корпус, вык­лючатель 12, отрицательный вывод батареи 1.

В поле катушки 6 зажигания создается запас электромагнит­ной энергии. При вращении ротора датчика 10 его магнитное поле, пересекая витки катушки статора, индуктирует в них пе­ременную э.д.с., которая подается на базу входного транзисто­ра V5.

Рис.12.10. Электрическая принципиальная схема бесконтактной транзисторной системы зажигания автомобиля ЗИЛ-131:

1-аккумуляторная батарея; 2-амперметр; 3-выключатель зажигания; 4-фильтр подавления радиопомех; 5-транзисторный коммутатор; 6-катушка зажигания; 7-аварийный вибратор; 8-свеча зажигания; 9-распределитель зажигания; 10-датчик импульсов; 11-добавочный резистор; 12-выключатель батареи

При подаче положительной полуволны потенциал базы тран­зистора V5 становится выше потенциала эмиттера и транзис­тор открывается. Сопротивление коллекторного перехода тран­зистора резко уменьшается, и через транзистор V5 начинает протекать ток: положительный вывод батареи 1, амперметр 2, выключатель 3 зажигания, добавочный резистор 11, фильтр 4 подавления радиопомех, диод V9, резистор R3, транзистор V5, корпус, выключатель 12 батареи, отрицательный вывод бата­реи. От этого тока увеличивается падение напряжения на рези­сторе R3'и потенциал базы транзистора V8 уменьшается. Тран­зистор V8 закрывается, что приводит к закрыванию транзисто­ров VlOu V11.

В первичной цепи ток прерывается, а во вторичной обмотке катушки 6 индуктируется э.д.с. величиной 25-30 кВ, которая подается распределителем 9 на свечи 8 зажигания. Когда на­пряжение датчика уменьшается до порога срабатывания тран­зистора V5, он закрывается, а транзисторы V8, V10 и VII от­крываются. В катушке вновь накапливается электромагнитная энергия. Отрицательная полуволна датчика срезается диодом V4. В дальнейшем процесс повторяется.

Для того, чтобы улучшить работу схемы в режиме пуска при малой частоте вращения валика распределителя, когда скорость нарастания напряжения датчика мала, введена положительная обратная связь с коллектором транзистора VI1 на базу транзи­стора V5. Элементами этой обратной связи являются конденса­тор С2 и резистор R4 Эта связь позволяет уменьшить частоту вращения датчика, соответствующую бесперебойному искрообразованию системы, создать в режиме пуска серию искр бла­годаря тому, что транзистор в это время управляется совмест­но датчиком и конденсатором С2.

Защита транзисторов V5 и V8 от случайной перемены по­лярности батареи обеспечивается диодом V9, а транзистора VI 1-диодом V12. Стабилитрон V13 защищает транзистор VI1 от перенапряжения э.д.с. самоиндукции катушки 6 зажигания в момент закрытия транзистора: когда э.д.с. самоиндукции дос­тигает предельно допустимого значения для транзистора VII, стабилитрон VI3 пробивается.

Для защиты транзисторного коммутатора от завышенного питающего напряжения служат стабилитроны V2 и V3. При повышении напряжения до 18 В (напряжение питания 12 В) ста­билитроны пробиваются и транзистор V5 открывается, что вы­зывает закрытие транзисторов V8, V10, и VI1 на все время дей­ствия импульса перенапряжения При комплектовании автомобиля транзисторной системой зажигания в ее состав обязательно входит аварийный вибратор который предназначен для обеспечения работы системы зажи­гания в случае выхода из строя транзисторного коммутатора или датчика импульсов. Для перевода системы в аварийный режим необходимо отсоединить провод от разъема КЗ транзис­торного коммутатора и подсоединить его к разъему аварийно­го вибратора.

Рис.12.11. Аварийный вибратор

Ток, проходящий по обмотке 4 (рис. 12.11, б) намагничивает сердечник 3, который притягивает якорь 2 и размыкает кон­такты 1. Первичная цепь размыкается, что равносильно запи­ранию транзистора в транзисторном коммутаторе. Под действи­ем пружины 5 контакты снова замыкаются. Частота вибрации контактов составляв 300 - 400 периодов в секунду. Конденса­тор 6 уменьшает искрообразование между контактами 1.

Так как при переходе на аварийный вибратор нарушается управление опережением зажигания, работа двигателя ухудша­ется, снижается его мощность и экономичность. По причине сгорания контактов аварийного вибратора продолжительность его работы не превышает 30 часов.