655

Рис. 8.1. Структурная схема классификации батарейных систем зажигания

По способу управления системы зажигания подразделяют на системы с контактным управлением (контактные) и системы с бесконтактным управлением (бесконтактные).

При управлении контактами возникают проблемы, связанные с их износом, отклонениями от регулировочного параметра и вибрацией при большой частоте вращения валика распределителя. Применение систем зажигания с бесконтактным управлением практически исключает эти недостатки.

В системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности первичная обмотка W1 катушки индуктивности подключается к аккумуляторной батарее GB последовательно через механический или электронный переключатель S2 (рис. 8.2, а). S1 — контакты замка зажигания (включены).

а)

S1	R1	L	R2

W1	W2
	С2
GB	СВ
С1	S2

				б)
S1		Преобразователь		R1	L	R2
			напряжения	W1		W2
	GB					СВ
						С2
				С1		S2

Рис. 8.2. Системы зажигания с накоплением энергии: а — в индуктивности, б — в емкости;

GB — АКБ; S1 — выключатель зажигания; R1, R2 — резисторы;

С1, С2 — конденсаторы; L — катушка зажигания; W1 — первичная обмотка;

W2 — вторичная обмотка; СВ — свеча зажигания

Накопление энергии в индуктивности с помощью электроники позволяет практически исключить зависимость величины вторичного напряжения от частоты вращения коленчатого вала, а также от шунтирующего сопротивления из-за нагара на изоляторе свечи. Благодаря отмеченным преимуществам системы зажигания с накоплением энергии в индуктивности нашли широкое распространение на бензиновых двигателях [22, 25].

В системах с накоплением энергии в емкости невозможно накопить в конденсаторе С1 достаточную для воспламенения топливовоздушной смеси энергию при низком напряжении системы электрооборудования автомобиля. В схему такой системы зажигания вводится преобразователь напряжения, что значительно усложняет ее (рис. 8.2, б). Поэтому такие системы зажигания на машинах обычно не применяются.

8.3. Основные элементы батарейных систем зажигания

Любая батарейная система зажигания включает в себя ряд основных элементов, представленных в упрощенной схеме на рис. 8.3 [17, 22, 28]:

51

ИТ — источник тока, функцию которого в машине выполняет аккумуляторная батарея или генератор;

S1 — выключатель цепи электропитания (выключатель зажигания);

Д — датчик синхронизатора, подающий сигналы об угловом положении коленчатого вала ДВС; РМЗ — регуляторы момента зажигания, которые задают определенный момент подачи высокого напряжения на свечу, в данном случае в зависимости от частоты вращения п коленчатого вала и раз-

режения рк во впускном патрубке ДВС; ИВН — источник высокого напряжения, содержащий промежуточный накопитель энергии Н и

преобразователь П низкого напряжения в высокое;

S2 — силовое реле, в качестве которого могут служить механические контакты прерывателя или электронный «ключ» (транзистор или тиристор);

Р — распределитель импульсов высокого напряжения по свечам; ПП — устройства подавления радиопомех, экранирующие элементы системы зажигания, или по-

мехоподавительные резисторы, размещаемые в распределителе или в наконечниках свечей, или в высоковольтных проводах в виде распределенного сопротивления;

СВ — свечи зажигания, на которые подается высокое вторичное напряжение, необходимое для возникновения искрового разряда между электродами [14, 19].

рк

Рис. 8.3. Упрощенная структурная схема батарейной системы зажигания

8.3.1. Классическая контактная батарейная система зажигания (КБСЗ)

КБСЗ — электромеханическая система, которая служит для выработки электрических импульсов высокого напряжения, создающих искру между электродами свечи зажигания, синхронизации этих импульсов с фазой работы ДВС и распределения их по цилиндрам двигателя в определенной последовательности. Упрощенная принципиальная электрическая схема системы представлена на рис. 8.4 [22].

Рис. 8.4. Упрощенная принципиальная электрическая схема классической контактной батарейной системы зажигания:

1 — аккумуляторная батарея; 2 — замок зажигания S; 3 — прерыватель; 4 — катушка зажигания L; 5 — добавочный резистор (вариатор)

с блокирующими контактами; 6 — распределитель P; 7 — свечи зажигания СВ

52

На схеме пунктирными линиями обозначены приведенные характеристики нагрузки вторичной цепи: С2 — распределенная емкость вторичной цепи; R2 — шунтирующее сопротивление из-за нагарообразования на свече. Прерыватель тока 3 объединен конструктивно с высоковольтным распределителем 6 в единый прибор — распределитель зажигания. На корпусе обычно установлен конденсатор С1, назначение которого снизить искрообразование на контактах в момент разрыва цепи.

Кулачок и бегунок «прерывателя-распределителя» расположены на одном валике, который вращается в два раза медленнее, чем коленчатый вал ДВС [14, 19]. Катушка зажигания 4 представляет собой трансформатор с сердечником, собранным из отдельных пластин, на котором намотана первичная обмотка W1, содержащая небольшое число витков толстого провода, и вторичная обмотка W2, состоящая из большого числа витков очень тонкого провода.

Катушка зажигания выполнена по автотрансформаторной схеме, что упрощает конструкцию и несколько увеличивает вторичное напряжение. Добавочный резистор 5 (вариатор) ограничивает силу тока в первичной цепи и предохраняет катушку зажигания от тепловых перегрузок. При пуске двигателя на период включения стартера контакты блокируют резистор 5. Это приводит к уменьшению сопротивления первичной цепи катушки зажигания. Таким образом компенсируется снижение напряжения АКБ при работе стартера на стадии пуска ДВС.

8.3.2. Принцип работы батарейной системы зажигания

Принцип работы батарейной системы зажигания при индуктивном накоплении энергии заключается в следующем. При вращении кулачка распределителя контакты прерывателя 3 попеременно замыкаются и размыкаются (см. рис. 8.4). После их замыкания через первичную обмотку W1 катушки зажигания 4 протекает ток, нарастающий по экспоненциальному закону от нуля до максимума (рис. 8.5, а).

Этот ток определяется временем замкнутого состояния контактов и параметрами первичной цепи катушки зажигания. Наибольший ток определяется по формуле [3, 22, 28]

Imax	=	E	,	(8.1)
		R
	1

где Imax — максимально возможный ток в первичной цепи катушки, А; Е — напряжение аккумуляторной батареи, В; R1 —активное сопротивление первичной обмотки катушки зажигания, Ом.

а)	I,A	замкнуто	разомкнуто	замкнуто	разомкнуто
	0	10	20	30	t,мс
б)
	U1,В
	250
	200
	150
	100
	50	В
		12
	0				t,мс
в)	U2,кВ
	25		Uпр
	20
	15
	10
	5
	0	10	20	30	t,мс
	Рис. 8.5. Характеристики образования импульсов катушки зажигания:
а — ток первичной обмотки; б — напряжение самоиндукции первичной
		обмотки; в — напряжение вторичной обмотки

53

К моменту размыкания контактов (см. рис. 8.5, а) ток в первичной обмотке катушки зажигания достигает величины

			E	−	t3
	Ip	=		(1− e τ1 ) ≤ Imax ,			(8.2)
			R
		1

где Iр — ток разрыва; t3 — время замкнутого состояния контактов; τ1 — постоянная времени первичной цепи,

τ1 = L1/R1,

(8.3)

где L1, R1 — соответственно индуктивность и активное сопротивление первичной обмотки катушки зажигания.

Iр = Imax при tз ≥ 3τ1 .

(8.4)

Из приведенного уравнения (8.2) следует, что при малых оборотах двигателя ток в первичной обмотке успевает возрасти до максимального значения (Iр = Imax), а при больших оборотах, вследствие уменьшения амплитуды первичного тока (тока разрыва), он значительно снижается. В общем случае контакты способны пропустить ток первичной обмотки порядка 4,5 А.

Ток первичной обмотки вызывает образование магнитного потока в сердечнике катушки зажигания и накопление электромагнитной энергии, величина которой определяется по формуле

		L I 2
W	=	1 p	,	(8.5)
L	2

где WL — энергия магнитного поля, Дж; L1 — индуктивность первичной обмотки катушки зажигания, Г; Iр — ток разрыва в первичной цепи, А.

При размыкании контактов прерывателя первичный ток резко уменьшается, что приводит к исчезновению магнитного потока в катушке зажигания (см. рис. 8.5, а).

Уменьшающийся магнитный поток, пересекая витки первичной обмотки, наводит в ней ЭДС самоиндукции (100–200 В) (рис. 8.5, б), которая задерживает исчезновение тока в первичной цепи. Длительность задержки тока пропорциональна индуктивности L1 первичной обмотки катушки зажигания. Кроме того, благодаря постепенному размыканию контактов прерывателя поддерживаемый в первичной обмотке ток в течение некоторого времени продолжает протекать через дугу, образовавшуюся в зазоре между контактами. Это явление приводит не только к разрушению контактов, но и к дополнительному «затягиванию» снижения тока в первичной цепи катушки зажигания, что эквивалентно уменьшению скорости исчезновения магнитного потока в первичной обмотке. Данный негативный процесс в конечном итоге снижает напряжение вторичной обмотки.

Для снижения искрообразования на контактах прерывателя параллельно им включен конденсатор С1 (см. рис. 8.4).

В момент размыкания контактов прерывателя в первичной обмотке возникает противо-ЭДС. Напряжение самоиндукции первичной обмотки в этот момент достигает порядка 100–200 В и во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется высокое напряжение U2max, достигающее 12–30 кВ (рис. 8.5, в). На свече зажигания происходит искровой разряд. Длительность его в первом приближении зависит от количества энергии WL, накопленной в первичной обмотке катушки зажигания L, и обычно составляет 1–3 мс.

Далее контакты прерывателя замыкаются, весь цикл с образованием искры на свече зажигания повторяется, и рабочая смесь воспламеняется в следующем цилиндре.

Величина вторичного напряжения U2max катушки зажигания определяется по формуле

W2				L1
U2max ≈ Ip									,	(8.6)
	W		C	+ C	(	W2	)	2
1
						W
		1		2
						1

где Iр — ток первичной цепи в момент размыкания контактов прерывателя (ток разрыва), А; W2/W1 — коэффициент трансформации катушки зажигания (К = 100…150); L1 — индуктивность первичной обмотки катушки, Г; С1, С2 — приведенные емкости, соответственно, первичной и вторичной цепей системы зажигания, мкф.

54

8.4. Угол опережения зажигания

Воспламенение топливовоздушной смеси от электрической искры на свече зажигания происходит благодаря локальному тепловыделению и сильной ионизации газа в цилиндре ДВС на стадии «сжатия». Температура нагрева небольшого объема горючей смеси около электродов свечи зажигания и требуемая для воспламенения энергия искры зависят от состава смеси, степени ее турбулентности и своевременности искрообразования. Турбулентность смеси зависит от режимов работы двигателя, организации процессов топливоподачи и поступления рабочего заряда в цилиндры [3, 4, 17, 19].

Угол опережения зажигания θ определяется углом поворота коленчатого вала ДВС от момента возникновения искры на электродах свечи до момента достижения поршнем верхней мертвой точки (на такте «сжатия»).

Оптимальным углом (рис. 8.6, точка 2, кривая P2 — нормальное зажигание) является угол θ, при котором происходит процесс горения топливовоздушной смеси с получением наибольшей мощности ДВС при отсутствии негативных последствий [22].

Если угол опережения зажигания больше оптимального (рис. 8.6, точка 1, кривая P1 — раннее зажигание), то в камере сгорания достигается максимальное давление до достижения поршнем ВМТ, которое оказывает на него противодействие. Раннее зажигание может явиться причиной возникновения детонации. Сгорание топливовоздушной смеси на конечной стадии может сопровождаться возникновением ударных волн. Такое сгорание называется детонационным. Скорость детонационного сгорания превышает скорость распространения фронта пламени при нормальном протекании процесса сгорания. Внешним проявлением детонации является «металлический» звук, возникающий при отражении ударных волн от стенок цилиндра. Детонационное сгорание горючей смеси сопровождается повышенными тепловыми и механическими нагрузками на детали шатунно-поршневой группы. Детонация устраняется уменьшением угла θ опережения момента зажигания.

Если угол опережения зажигания меньше оптимального (рис. 8.6, точка 3, кривая P3), то зажигание является поздним, в этом случае двигатель перегревается, так как бòльшая часть тепловой энергии горения идет на нагрев цилиндра ДВС, а не на преобразование тепловой энергии в механическую [14, 19, 22, 28].

Угол опережения зажигания может регулироваться механическими центробежным и вакуумным автоматами, а также электронными системами. При этом для повышения эффективности процесса сгорания топливовоздушной смеси механические автоматы реализуют сравнительно простые зависимости угла опережения момента зажигания и от внешних факторов: частоты вращения коленчатого вала (центробежный механический регулятор) и нагрузки двигателя (вакуумный регулятор).

р, МПа	p,МПа		Р1
	4		Р2
	3			Р3
	2		10-15°
	1		3
		1	2
+θ	+О,° 75	50	25 ВМТ–θ25	50	75 - О,°
	Рис. 8.6. Угол опережения момента зажигания

Системы зажигания с электронным управлением момента зажигания регулируют угол опережения момента зажигания θ по бóльшему числу внешних и внутренних факторов, обеспечивая при этом оптимальность угла при различных режимах и условиях работы ДВС [19, 22, 29].

Электронные системы зажигания могут быть аналоговыми и цифровыми. Наиболее современными являются цифровые системы, основанные на интегральной и микропроцессорной базе (подробно рассмотрены в разделах темы 9).

8.5. Требования к системам зажигания

Требования, предъявляемые к системам зажигания бензиновых ДВС:

1) для бесперебойного искрообразования на свечу зажигания необходимо подать электрический сигнал высокого напряжения — 20 … 30 кВ;

55

2)энергия и длительность искрового разряда должна обеспечивать надежное воспламенение топливовоздушной смеси как при пуске, так и во всех режимах работы ДВС. Для образования очага пламени в режиме нагрузки достаточно энергии разряда порядка 5 МДж. При пуске ДВС и работе в режиме холостого хода требуется энергия искры 30–100 МДж. Искровой разряд имеет емкостную и индуктивную составляющие. Продолжительность емкостной фазы разряда составляет 1–2 мкс. Индуктивная фаза разряда длится 1–1,5 мс;

3)скорость нарастания вторичного напряжения должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечивать надежное искрообразование при наличии небольших нагара и загрязнения на изоляторе свечи в процессе эксплуатации ДВС;

4)при работе системы зажигания в современных машинах должно осуществляться автоматическое регулирование угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки двигателя, температуры окружающей среды и других факторов;

5)электронные приборы системы зажигания должны сохранять работоспособность даже при возникновении в системе импульсных колебаний напряжения;

6)вторичное напряжение должно превышать напряжение пробоя свечи с определенным запасом, при этом коэффициент запаса по вторичному напряжению принимается более 1,5;

7)элементы и приборы должны оставаться работоспособными при допустимых уровнях вибрации: с ускорением 5–10 или 20–40 g для аппаратов, устанавливаемых соответственно под капотом, на ДВС или в салоне машины;

8)система зажигания должна надежно работать при ее экранировании и с применением резисторов для избежания радиопомех;

9)составляющие элементы системы должны иметь минимальную массу и минимальные габаритные размеры;

10)приборы и элементы системы зажигания должны быть высокотехнологичными при изготовлении, экологически чистыми и с минимальным техническим обслуживанием при эксплуатации [3, 7, 11, 22, 23].

8.6. Недостатки контактной батарейной системы зажигания

1.Первый принципиальный недостаток батарейной системы зажигания: при увеличении оборотов двигателя уменьшается вторичное напряжение (и при увеличении числа цилиндров) из-за уменьшения величины тока разрыва Iр, вследствие сокращения времени замкнутого состояния контактов прерывателя.

2.Вторым принципиальным недостатком является снижение вторичного напряжения U2max при малых оборотах ДВС из-за дугового разряда между контактами прерывателя.

3.Третьим принципиальным недостатком батарейной системы зажигания является снижение вторичного напряжения при уменьшении R2 и увеличении С2. Напряжение U2max значительно снижается и при загрязнении свечей зажигания, так как в них параллельно искровому промежутку образуются токопроводящие мостики из нагара, создающие шунтирующее сопротивление Rш, по которому протекает часть вторичного тока. Величина Rш обычно находится в пределах 3–6 МОм. При сильно загрязненных свечах (Rш = 0,25…0,5 МОм) утечки и вызываемые ими потери могут настолько уменьшить напряжение U2max, что оно станет ниже пробивного напряжения свечи и воспламенение рабочей смеси в цилиндре прекратится. Напряжение U2max уменьшается и с увеличением емкости вторичной цепи С2 (см. рис. 8.4).

Из формулы (8.6) установлено, что величина вторичного напряжения прямо пропорциональна величине тока разрыва (току первичной обмотки). Однако увеличение этого тока ограничивается электроэрозионной стойкостью контактов прерывателя.

4.Все современные системы батарейного зажигания имеют наибольший ток разрыва, не превышающий 4,5 А [4, 7, 17,25]. Даже при таком токе контакты прерывателя достаточно сильно нагружены и быстро изнашиваются. Например, на восьмицилиндровых двигателях (ЗИЛ) они «работают» 30–40 тыс. км пробега машины [14, 19, 22, 28].

5.Степень влияния коэффициента трансформации W2/W1 на величину U2max зависит от шунтирующего сопротивления Rш. При сопротивлении Rш, равном 0,5 МОм, увеличение коэффициента трансформации выше определенного значения не приводит к увеличению вторичного напряжения. Коэффициент трансформации катушек зажигания отечественного производства составляет порядка 50…150 крат.

56

Величину U2max можно увеличить путем увеличения индуктивности первичной обмотки L1. Но на практике при больших оборотах ДВС это приводит к уменьшению тока первичной цепи катушки зажигания и, следовательно, к значительному уменьшению U2max.

Батарейная система зажигания, вероятно, принципиально достигла в своем развитии предела и дальнейшее улучшение ее практически невозможно.

Основные возможные неисправности классической контактной батарейной системы зажигания и способы их устранения приведены в прил. В, табл. В4.

Вопросы для самопроверки

1.Объясните назначение батарейной системы зажигания (БСЗ).

2.Какие основные элементы составляют БСЗ?

3.Дайте классификацию батарейных систем зажигания.

4.Перечислите основные требования к системам зажигания.

5.Почему при проектировании систем зажигания учитывается коэффициент запаса по вторичному напряжению?

6.Начертите принципиальную схему контактной классической батарейной системы зажигания (КБСЗ).

7.Как влияет угол опережения момента зажигания на показатели работы ДВС?

8.Как влияет отказ конденсатора первичной цепи на работу КБСЗ?

9.Назовите величину напряжения, необходимую для бесперебойного искрообразования между электродами свечи зажигания в цилиндре ДВС.

10.Назовите способы распределения высокого напряжения.

11.Какие перспективные пути развития систем зажигания возможны?

12.Охарактеризуйте три этапа процесса горения смеси в цилиндре ДВС.

13.Как определяется индуктивная энергия в катушке зажигания?

14.Каковы недостатки КБСЗ?

15.Как рассчитывается вторичное напряжение катушки зажигания?

16.Какие факторы ухудшают процесс искрообразования?

17.Объясните принцип формирования в катушке зажигания импульса электрического сигнала высокого напряжения.

18.Какие факторы влияют на изменение угла опережения момента искрообразования (с целью достижения наилучших показателей работы ДВС)?

19.Назовите существующие способы регулировки угла опережения зажигания.

20.Перечислите возможные неисправности системы зажигания, методы диагностирования и способы их устранения.

ТЕМА 9. ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ С КОНТАКТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Электронные системы зажигания.

Принцип действия контактно-транзисторной системы зажигания. Транзисторная система зажигания.

Контактно-тиристорная система зажигания. Бесконтактные электронные системы зажигания. Конденсаторная и тиристорная системы зажигания. Электронное зажигание.

Преимущества и недостатки электронных систем зажигания

9.1. Электронные системы зажигания

Современные высокооборотные бензиновые двигатели с высокой степенью сжатия предъявляют повышенные требования к системам зажигания, обеспечить которые классическая батарейная система зажигания уже не в состоянии по ряду причин, рассмотренных выше. Электронные системы зажигания являются в настоящее время наиболее распространенными электронными устройствами на машинах [15, 22, 28]. При их внедрении основное внимание уделяется совершенствованию рабочего процесса бензинового ДВС за счет оптимизации точности и стабильности управления моментом зажигания и временем накопления энергии. На первом этапе внедрения электронных систем зажигания широкое распространение получили системы с контактным управлением: контактно-транзисторные и контактно-тиристорные. Принцип работы этих систем основан на накоплении энергии в магнитном поле катушки зажигания или реже в электростатическом поле конденсаторов. Классические контактные батарейные (КБСЗ) и контактно-транзисторные системы зажигания (КТСЗ) практически не отли-

57

чаются по характеру процессов, протекающих в обмотках катушки зажигания и искрообразования (прил. Г).

В настоящее время в России и за рубежом разработан и эксплуатируется целый ряд электронных приборов зажигания [19, 29, 30]. Из отечественных промышленных образцов наиболее известны устройства типа ТК-102, «Электроника-М», «Искра-2» и др.

Распределение зажигания по цилиндрам может производиться как на высоковольтной (рис. 9.1, а), так и на низковольтной стороне катушки зажигания (рис. 9.1, б). В настоящее время наиболее распространено высоковольтное распределение зажигания, однако развитие электроники позволяет перейти к низковольтному, как, например, это было на первых автомобилях фирмы «Форд», где имелись прерыватель и катушка зажигания индивидуально на каждый цилиндр.

При низковольтном распределении каждая катушка зажигания обслуживает два либо четыре цилиндра при отсутствии распределителя (см. рис. 9.1, б). В первом случае катушка имеет два высоковольтных вывода (двухвыводная катушка), во втором четыре (четырехвыводная).

Импульсы напряжения на обоих выводах двухвыводной катушки появляются одновременно, но один из них подается в цилиндр ДВС на такте сжатия и производит воспламенение рабочей смеси, в другом цилиндре в это время избыточное давление отсутствует и энергия, выделенная при искрообразовании, расходуется вхолостую. Четырехвыводная катушка снабжена первичной обмоткой, состоящей из двух секций, работающих попеременно. Транзисторы VT1, VT2 обеспечивают разделение цепей, так как высоковольтные импульсы такой системы противоположны по полярности [22, 28].

Это является недостатком системы с четырехвыводной катушкой, так как в зависимости от полярности импульса пробивное напряжение на свече зажигания может отличаться на 1,5–2 кВ.

Рис. 9.1. Способы распределения зажигания по цилиндрам двигателя: а — высоковольтное; б — низковольтное;

L — катушка зажигания; P — распределитель; VT1 — транзистор типа «p–n–p»; VT2 — транзистор типа «n–p–n»; СВ — свечи зажигания

9.2. Принцип действия контактно-транзисторной системы зажигания

Система зажигания преобразует электрическую энергию аккумуляторной батареи или генераторной установки в тепловую энергию искрового разряда. Этот процесс происходит аналогично процессу в классической контактной системе зажигания. Его можно разделить на три этапа:

58

–накопление энергии в одном из реактивных элементов электрической схемы, например, в катушке индуктивности или в конденсаторе;

–индуктирование импульса высокого напряжения в цепи вторичной обмотки катушки зажига-

ния;

–пробой искрового промежутка между электродами свечи зажигания и выделение энергии в искровом разряде.

При замыкании контактов прерывателя S1 (рис. 9.2, поз. 4) база транзистора VT1 соединяется с массой и далее с минусовым выводом аккумуляторной батареи. По переходу «эмиттер-база» транзистора проходит ток управления Iб. Транзистор VT1 (переход «эмиттер–коллектор») открывается

изамыкает цепь первичной обмотки катушки зажигания L. В момент размыкания контактов транзистор запирается и ток I1 в первичной обмотке резко исчезает. Во вторичной обмотке индуцируется высокая ЭДС, вызывающая появление тока I2 во вторичной цепи при пробое искрового про-

межутка между электродами свечи зажигания.

W1

I1

	2	5
		RD
		Б
	+	Iá
		S14
	1

	GB
-	3

6

L

W2 7

I2

Э

К

VT1

8

CB

Рис. 9.2. Упрощенная схема контактно-транзисторной системы зажигания: 1 — аккумуляторная батарея GB; 2 — дополнительное сопротивление Rд; 3 — кулачковый вал прерывателя; 4 — контакты прерывателя S1 управления транзистором VT1; 5 — транзистор VT1 типа «p–n–p» («ключ» управления прохождением тока в первичной обмотке W1 катушки зажигания); 6 — катушка зажигания L; 7 — распределитель высокого напряжения; 8 — свечи зажигания СВ

Таким образом, после размыкания контактов 4 прерывателем 3 (см. рис. 9.2) и перехода транзистора в закрытое состояние («отсечка») накопленная в магнитном поле катушки зажигания энергия преобразуется в импульс высокого вторичного напряжения, подаваемого с помощью распределителя 7 на очередную свечу зажигания в соответствии с порядком работы цилиндров ДВС.

Уравнение баланса запасенной индуктивной энергии катушки зажигания запишется, как

	L1I p2		C U 2		C U 2
		=	1 1m	+	2 2m	+ A,	(9.1)
	2		2		2

где L1 — индуктивность первичной цепи катушки зажигания, Г; Ip — сила тока разрыва (сила тока перехода «эмиттер – коллектор» транзистора), А; С1, С2 — приведенные величины емкости первичной и вторичной цепей, мкФ; U1m — наибольшее напряжение в первичной цепи КЗ, В; U2m — наибольшее напряжение во вторичной цепи КЗ, кВ; А — тепловые потери катушки зажигания, ккал.

9.3. Контактно-транзисторная система зажигания

Эта система отечественного производства (рис. 9.3) относится к устройствам, в которых энергия, расходуемая на искрообразование, запасается в магнитном поле катушки зажигания и может быть установлена на любом бензиновом ДВС с напряжением питания электрооборудования +12 В. Система зажигания (рис. 9.3) разработана на широко распространенной элементной базе и состоит из транзисторного коммутатора, выполненного на мощном германиевом транзисторе VТ1 (ГТ701А), стабилитроне VД1 и резисторах R1 и R2 (в скобках указана величина сопротивления в омах); отдельных добавочных резисторов R3 и R4; катушки зажигания L (Б 114) и контактов прерывателя S2. Мощный транзистор VТ1 «работает» в ключевом режиме с нагрузкой в цепи коллектора, которой является первичная обмотка WI катушки зажигания L.

59

При включенном замке зажигания S1 и разомкнутых контактах прерывателя S2 транзистор VТ1 закрыт («заперт»), так как на базу VТ1 подается положительный потенциал через резистор R1 (10 Ом) и ток в цепи базы этого транзистора равен нулю [15, 19, 22, 28].

Во время замыкания контактов прерывателя на базу транзистора VТ1 подается потенциал «–» и в цепи базы появляется ток величиной 0,5–0,7А, определяемый резисторами R1, R2. Транзистор VT1 полностью открывается, внутреннее сопротивление его перехода «эмиттер – коллектор» резко падает, и по первичной обмотке W1 катушки зажигания протекает ток, «нарастающий по экспоненте», определяемый параметрами первичной цепи. Процесс нарастания тока в этом случае практически не отличается от подобного процесса в первичной обмотке катушки КБСЗ.

Рис. 9.3. Принципиальная электрическая схема контактно-транзисторной системы зажигания на базе ТК-102:

VТ1 — транзистор; R1, R2, R3, R4 — резисторы; VД1 — стабилитрон; S1, S2 — контакты; L — катушка зажигания (W1, W2 — обмотки); GB — аккумуляторная батарея

При размыкании контактов прерывателя S2 ток базы прекращается и транзистор VТ1 «запирается». Это приводит к резкому уменьшению тока в первичной обмотке W1. Во вторичной обмотке W2 катушки зажигания L возникает высокое напряжение U2max, которое с помощью распределителя подводится к свечам зажигания. Таким образом циклы повторяются при последующих «замыканиях – размыканиях» контактов S2 [22, 25, 29].

При размыкании контактов S2 в обмотке W1 возникает ЭДС самоиндукции (100–200 В), что может вызвать «пробой» VТ1. Поэтому параллельно переходу «коллектор — эмиттер» транзистора VТ1 включен стабилитрон VД1. Он предотвращает «пробой» этого транзистора. Резистор R1 исключает недопустимый обрыв цепи базы транзистора VТ1 при разомкнутых контактах прерывателя S2. Резистор R4 включен в эмиттерную цепь и является элементом обратной связи по току, уменьшающим время переключения и улучшающим температурную стабильность транзистора VТ1. Резистор R3 совместно с R4 ограничивает ток в первичной цепи катушки зажигания КТСЗ.

В КТСЗ роль переключающего реле выполняет транзистор, в котором переход «эмиттер – коллектор» работает в режиме «ключа». Контакты S1 управляют силовым транзистором VТ1 путем подачи потенциала на его базу (см. рис. 9.2). В КТСЗ ток первичной обмотки составляет порядка 8 А на холостых оборотах ДВС. Это существенно больше, чем в КБСЗ (максимальный ток — 4,5 А). Контакты прерывателя S2 включены в цепь управления транзистором VТ1 (см. рис. 9.3) и не работают непосредственно на активную силовую нагрузку (в отличие от КБСЗ). Ток прерывателя составляет порядка 0,5– 0,7 А и не вызывает искрообразования и эрозии поверхностей контактов. Поэтому в КТСЗ конденсатор С1 не нужен и даже вреден, так как, перезаряжаясь в момент размыкания контактов, он препятствовал бы мгновенному исчезновению тока управления в цепи базы транзистора VТ1, увеличивалось бы время его запирания и снижалось бы напряжение вторичной обмотки W2 катушки зажигания L (см. рис. 9.3) [3, 15, 19, 22, 28].

Таким образом, отсутствие конденсатора в КТСЗ увеличивает скорость исчезновения магнитного потока в катушке зажигания и индуцируемое вторичное напряжение U2max по сравнению с КБСЗ. Наряду с этим значительное увеличение первичного тока позволяет в КТСЗ уменьшить индуктивность первичной обмотки при сохранении и даже при некотором увеличении энергетиче-

60