Приветствую уважаемых коллег-радиолюбителей. Многие имели дело с очень простыми, и потому очень не надёжными системами зажигания в мотоциклах, мопедах, лодочных моторах и подобных изделиях прошлого века. Был и у меня мопед. Искра у него пропадала так часто и по стольким разным причинам, что это очень надоедало. Вы, вероятно, и сами видели постоянно встречающихся на дорогах мотолюбителей без искры, которые пытаются завестись с разбега, с горки, с толкача... В общем пришлось придумывать свою систему зажигания. Требования были такие:

• должна быть максимально проста, но не в ущерб функциональности;
• минимум переделок в месте установки;
• питание безаккумуляторное;
• улучшение надёжности и мощности искры.

Всё это, или почти всё, было реализовано и прошло многолетнюю проверку. Остался доволен и хочу предложить собрать такую схему вам, у кого остались двигатели из прошлого века. Но и современные двигатели можно снабдить этой системой, если собственная пришла в негодность, а покупать новую дорого. Не подведёт!

С новой системой электронного зажигания искра увеличилась на порядок, ранее в солнечный день её и не увидишь, после зазор свечи был увеличен с 0.5 до ~1 мм и искра бело-голубая (на испытательном стенде в лабораторных условиях искрой поджигалась даже тонкая киповская бумага). Всякие мелкие загрязнения свечи стали не существенными, так как система тиристорная. Заводиться стал мопед не то что с пол - с четверть оборота. Многие старые свечи снова можно было вытащив из «мусорного ведра» ставить в работу.

Был убран вечно «плюющийся» и загаживавший радиатор декомпрессор, ведь заглушить мотор теперь можно простым выключателем или кнопкой. Был отключён вечно требующий ухода прерыватель - раз настроив, ухода не требует никакого.

Схема модуля зажигания

Монтажная схема модуля

Печатные платы для сборки

Для малого потребления тока была выбрана КМОПовская микросхема КР561ЛЕ5 и стабилизатор на светодиодах. КР561ЛЕ5 работает начиная с 3 В и с очень малым (15 uA) током, что является важным для данной схемы.

Компаратор на элементах: DD1.1, DD1.2, R1, R2 служит для более чёткого реагирования на уровень нарастающего напряжения после индукционного датчика и для устранения реакции на помехи. Формирователь импульса запуска на элементах: DD1.3, DD1.4, R3, C1 нужен для формирования нужной длительности импульса, для хорошей работы импульсного трансформатора, чёткого отпирания тиристора и для всё той же экономии тока питания схемы.

Импульсный трансформатор Т1 служит также для развязки от высоковольтной части схемы. Ключ выполнен на транзисторной сборке К1014КТ1А - он формирует хороший импульс, с крутыми фронтами и достаточным током в первичной обмотке импульсного трансформатора, что обеспечивает, в свою очередь, надёжное отпирание тиристора. Импульсный трансформатор изготовлен на ферритовом кольце 2000НМ / К 10*6*5 с обмотками по 60-80 витков провода ПЕВ или ПЕЛ 0.1 - 0.12 мм.

Стабилизатор напряжения на светодиодах был выбран по причине очень малого начального тока стабилизации, что ещё вносит свой вклад в экономию тока потребления схемы, но, при этом, чётко стабилизирует напряжение на микросхеме на уровне 9 В (1.5 В один светодиод) и ещё служит дополнительно световым индикатором наличия напряжения с магнеты, в схеме.

Стабилитроны VD13, VD14 служат для ограничения напряжения и включаются в работу только при очень больших оборотах двигателя, когда экономия питания не очень важна. Желательно намотать такие катушки в магнете, чтобы эти стабилитроны включались только на самой верхушке, только на самом максимально возможном напряжении (в последней модификации стабилитроны не устанавливались, т.к. напряжение итак никогда не превышало 200 В). Две ёмкости: С4 и С5 для увеличения мощности искры, в принципе схема может и на одной работать.

Важно! Диод VD10 (КД411АМ) подбирался по импульсным характеристикам, другие очень грелись, не выполняли в полной мере свою функцию защиты от обратного выброса. К тому же через него идёт обратная полуволна колебания в катушке зажигания, что увеличивает длительность искры почти в два раза.

Ещё эта схема показала нетребовательность к катушкам зажигания - ставились любые какие были под рукой и все работали безупречно (на разные напряжения, под разные системы зажигания - прерывательные, на транзисторном ключе).

Резистор R6 предназначен для ограничения тока тиристора и для его чёткого запирания. Его подбирают в зависимости от используемого тиристора так, чтобы ток через него не мог превысить максимальный для тиристора и, самое главное, чтобы тиристор успевал запираться после разряда ёмкостей С4, С5.

Мостики VD11, VD12 выбираются по максимальному напряжению с катушек магнеты.

Катушек, заряжающих ёмкости для высоковольтного разряда, две (это решение также гораздо экономичнее и эффективнее чем преобразователь напряжений). Такое решение пришло потому, что катушки имеют разное индуктивное сопротивление и их индуктивные сопротивления зависят от частоты вращения магнитов, т.е. и от частоты вращения вала. Эти катушки должны содержать разное количество витков, тогда на малых оборотах будет работать в основном катушка с большим количеством витков, а на больших с малым, так как увеличение наводимого напряжения с увеличением оборотов будет падать на увеличивающемся индуктивном сопротивлении катушки с большим количеством витков, а на катушке с малым количеством витков напряжение растёт быстрее, чем её индуктивное сопротивление. Таким образом всё друг друга компенсирует и напряжение заряда ёмкостей в определённой степени стабилизируется.

Обмотка для зажигания в мопеде «Верховина-6» перематывается так:

1. вначале замеряется напряжение на экране осциллоскопа с этой обмотки. Осциллоскоп нужен для более точного определения максимального амплитудного напряжение на обмотке, так как обмотку близко от максимума напряжения закорачивает прерыватель и тестер покажет некое заниженное действующее значение напряжение. Но ёмкости будут заряжаться до максимального амплитудного значения напряжения, да ещё и полным (без прерывателя) периодом.
2. после, сматывая обмотку, надо посчитать количество её витков.
3. разделив максимальное амплитудное напряжение обмотки на число её витков получаем сколько вольт даёт один виток (вольт/виток).
4. разделив необходимые для нашей схемы напряжения на полученный (вольт/виток) получим количество витков, которые необходимо будет намотать для каждого из нужных напряжений.
5. наматываем и выводим на клемник. Обмотка освещения остаётся прежней.

Используемые в схеме детали

Микросхема КР561ЛЕ5 (элементы 2 ИЛИ НЕ); интегральный ключ на МОП-транзисторе К1014КТ1А; тиристор ТС112-10-4; выпрямительные мосты КЦ405 (А,Б,В,Г), КЦ407А; диоды импульсные КД 522, КД411АМ (очень хороший диод, другие греются или работают гораздо хуже); светодиоды АЛ307 или другие; конденсаторы С4,С5 - К73-17/250-400В, остальные любого типа; резисторы МЛТ. Файлы проекта сложены сюда . Схема и описание - ПНП .

Обсудить статью СХЕМА БЛОКА ЭЛЕКТРОННОГО ЗАЖИГАНИЯ

Схема электронного зажигания для автомобиля

Все знают что в каждом автомобиле используется для розжига топлива искра на свече зажигания.Которая и воспламеняет топливную смесь в цилиндре,напряжение на свече около 20Кв.

Но существуют некоторые режимы работы двигателя, когда нужна значительная энергия искры, до 100 мДж.

Например пусковой режим, работу на бедных смесях при частичном открытии дросселя, работу на холостом ходу. На наших стареньких, видавших виды автомобилях применяются классические, батарейные системы зажигания, которые имеют серьёзные недостатки.

На холостых оборотах двигателя между контактами прерывателя такой системы возникает дуговой разряд, поглощающий заметную часть энергии искры. На высоких оборотах двигателя уменьшается вторичное напряжение катушки зажигания из-за дребезга контактов прерывателя, который возникает при их замыкании, уменьшается время замкнутого состояния контактов из-за чего в первичной обмотке катушки зажигания запасаемая энергия может оказаться недостаточной для формирования мощной искры зажигания необходимой для поджигания топливной смеси. В результате снижается мощность двигателя, увеличивается концентрация углекислого газа в выхлопе, не полностью сгорает горючее, получается бензин машина кушает, а едет плохо. В батарейной системе зажигания, особенно с учетом качества деталей для старых авто, быстро изнашиваются контакты прерывателя, что снижает надежность запуска и работы двигателя. Большим достоинством батарейной системы с многоискровым механическим распределителем (в народе трамблер) является ее простота, обеспечиваемая двойной функцией механизма распределителя: прерывание цепи постоянного тока для генерирования высокого напряжения и синхронное распределение высокого напряжения по цилиндрам двигателя.

Повысить развиваемое такой системой зажигания вторичное напряжение можно применением полупроводниковых приборов, работающих в качестве управляемых ключей, служащих для прерывания тока в первичной обмотке катушки зажигания. Наиболее широкое использование в качестве управляемых ключей нашли мощные транзисторы, способные коммутировать токи амплитудой до 10 А в индуктивной нагрузке без какого-либо искрения и механического повреждения, характерных для контактов прерывателя, также возможно применение силовых тиристоров, но широкой промышленной реализации в системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности они не имели.

Один из способов улучшения батарейной системами зажигания переделка ее в контактно-транзисторную систему зажигания (КТСЗ). На рисунке ниже приведена принципиальная схема конденсаторно-транзисторного устройства зажигания. Это устройство позволяет формировать искру зажигания с большой длительностью, благодаря этому процесс сгорания становится близким к оптимальному в большом диапазоне изменения оборотов двигателя и его нагрузки.

Схема электронного зажигания

Устройство зажигания состоит из триггера Шмитта на транзисторах V1 и V2, развязывающих усилителей V3, V4 и электронного ключа V5, с помощью которого коммутируется ток в первичной обмотке катушки зажигания.

Печатная плата:

Триггер Шмитта позволяет формировать коммутирующие импульсы с крутым фронтом и спадом при замыкании и размыкании контактов прерывателя. Благодаря этому в первичной обмотке катушки зажигания увеличивается скорость прерывания тока, что увеличивает скорость изменения и амплитуду высоковольтного напряжения на выходе вторичной обмотки катушки.

В результате существенно улучшаются условия для возникновения искры в свече зажигания. Высокие энергетические характеристики искры в описанной системе зажигания способствуют улучшению запуска автомобильного двигателя и более полному сгоранию горючей смеси.

В устройстве электронного зажигания применены транзисторы VI, V2, V3 - КТ312В, V4 - КТ608, V5 - КТ809А (также пробовался транзистор C4106, на фото именно он). Конденсатор С2 - с рабочим напряжением не ниже 400 В. Катушка зажигания стандартная - Б 115, используемая в легковых автомобилях.

Обсуждение на

Карбюраторные двигатели внутреннего сгорания с системами зажигания с контактным прерывателем применяются в автомобилях, мотоциклах, моторных лодках и прочих транспортных средствах. Для таких систем используются разнообразные так называемые электронные системы зажигания, улучшающие процесс прерывания тока.

Предлагаемое устройство очень похоже на представленное в статье В.Гусарова «Электронное зажигание» (журнал «Радиомир» № 2 за 2002 г.), но отличается от него чрезвычайной простотой. Достаточно сказать, что оно содержит всего две детали: симистор и резистор. Устройство обеспечивает совместно со штатной системой надежную и качественную работу зажигания на любых оборотах двигателя. Кроме того, срок службы контактов прерывателя значительно увеличивается. По своим качественным показателям описываемое устройство превосходит бесконтактные системы зажигания.

Работа устройства очень несложная. При замыкании контактов прерывателя открывается симистор (можно применить и тиристор), так как управляющий электрод соединен с плюсом бортового аккумулятора через резистор R1. В первичной обмотке катушки зажигания Т1 нарастает ток и накапливается электромагнитная энергия. После размыкания контактов начинается штатный колебательной процесс между катушкой зажигания и конденсатором.

В начале этого процесса происходит искрообразование в соответствующем цилиндре двигателя. В данной конструкции использован симистор ТС-112-16-10, отличающийся от подобных малыми габаритами при высоких технических характеристиках.

Плата изготовлена из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм и размещена прямо на катушке зажигания. Никакого теплорадиатора для симистора и настройки устройства не требуется. Резистор R1 выбран одноваттным из соображения надежности. Электронное зажигание было испытано на автомобиле ВАЗ-2106.

А. ПАРТИН, г. Екатеринбург

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.

Электроника за рулем

Как известно электронные системы зажигания на двигателе показали себя с очень хорошей стороны- это и снижение расхода топлива, более уверенный запуск двигателя (особенно в холодное время) и лучшая приемистость. Здесь мы рассмотрим разновидности электронных систем зажигания , их устройство , способы диагностики и ремонта.

Итак... Может быть кто-то еще и помнит те времена когда на автомобилях еще не было электронного зажигания. В то время все выглядело предельно просто- контактная пара на распределителе (трамблере) и катушка (бабина). при включении зажигания напряжение бортовой сети +12 Вольт проходит через катушку и попадает на контактную пару. При повороте ротора в трамблере кулачок размыкает контакты, в этот момент в катушке происходит перепад напряжения и за счет ЭДС самоиндукции на высоковольтной обмотке возникает напряжение.
Таким контактным зажиганием снабжались все отечественные авто (да многие из них и сейчас бороздят просторы нашей родины....) и при всей своей простоте у данной конструкции имеется один очень огромный недостаток- это постоянное подгорание контактов (иногда, правда значительно реже, износ кулачка).

В электронном зажигании работою высоковольтной катушки управляет электроника (ключ на мощном транзисторе), а вот сам датчик положения распределителя зажигания существует трех видов:

Рис 1. Разновидности электронного зажигания

1. Все та же контактная пара. По сути все осталось по старому- контакты размыкаются при помощи кулачка, с той лишь разницей что на самих контактах уменьшился ток и поэтому они стали более долговечными. На рисунке это вариант "А". Цифрами условно показаны: 1- контактная пара, 2- блок электронного зажигания, 3- распределитель зажигания.
2. Датчик в виде однофазного генератора переменного тока. Звучит мудрено, но на практике все выглядит очень даже просто- на статоре распределителя крепится постоянный магнит, корпусе распределителя- электромагнитный датчик (катушка), а на подвижном роторе- пластина из магнитомягкой стали с прорезями. При вращении ротора, начинает вращаться и пластина, открывая-закрывая магнитное поле между магнитом и датчиком.
На рисунке этот вариант обозначен буквой "Б".
3. Датчик Холла. В принципе здесь практически все так-же как и в предыдущем варианте: положение ротора распределителя определяется за счет изменения электромагнитного поля, только датчики сделаны немного по другому.

Как проверить исправность электронного коммутатора

Думается что вывод здесь напрашивается сам: чтобы проверить исправность блока электронного зажигания необходимо подать на его вход управляющие импульсы- просто заставить его подумать что он подключен к работающему распределителю. В качестве источника таких импульсов может послужить самый обыкновенный генератор прямоугольных импульсов с рабочей частотой 1- 200 Гц, правда к нему есть основное требование- он в обязательном порядке должен формировать импульсы не амплитудой не менее 8 Вольт.
Вот его примерная схема

Примечание : у нас на сайте есть еще один вариант Как проверить электронный коммутатор

Подключение устройства для проверки и диагностики следующее:

Обозначения на рисунке:
1. Генератор прямоугольных импульсов.
2. осциллограф для контроля выходящих импульсов
3. Стабилизатор сетевого напряжения (не обязателен)
4. Источник напряжения 12 Вольт мощностью не менее 20 Вт
5. Проверяемый блок
6. Катушка зажигания
7. Свеча зажигания.

Ну, вот, здесь примерно все ясно- давайте теперь рассмотрим все виды устройств в отдельности...

Электронное зажигание контактного типа

Данное устройство выпускалось под названием КТ-1 и было предназначено для установки в автомобили с механическими контактами в прерывателе (Москвич, Жигули, Волга).

Вот его полная схема, а рисунком ниже показаны осциллограммы в контрольных точках:

Система электронного зажигания КТ-1. схема электрическая

Начнем с того момента когда контакты в распределителе разомкнуты (рис а). В этот момент конденсатор С1 начинает заряжаться по цепи +12В,VD5, R4 , эмиттер-коллектор VT2, С2, база-эмиттер VT3, "масса".
Стабилизатор тока, собранный на транзисторах VT1, VT2 позволяет заряжаться конденсатору С2 стабилизированным током (рис б) и по этому при разной частоте размыкания контактов, на VT3 формируются импульсы одинаковой длительности.
Напряжение питания +12 Вольт через VD3, R8 попадает на базу транзистора VT4 и отпирает его. В результате VT5, VT6 запираются.

Как только контакты в прерывателе замкнутся, начинается процесс разряда конденсатора С2. Цепь VD3, C1, R8 закрывается и в этот момент VT3 запирается обратным потенциалом на С2. Высокий уровень с коллектора VT3 через диод VD4 подается на VT4 и держит его в открытом состоянии.
Когда напряжение на С2 достигнет уровня срабатывания, открывается транзистор VT3, а VD4 запирается, но так как контакты прерывателя разомкнуты через цепь VD3, R8, то транзистор VT4 будет продолжать удерживаться в открытом состоянии.
Положительный потенциал коллектора VT4 открывает транзисторы VT5, VT6 и через первичную обмотку катушки зажигания проходит ток.
В момент t3 транзистор VT4 переходит в открытое состояние, транзисторы VT5, VT6 запираются и резко убывающий ток в первичной обмотке вызовет возникновение искры на свече зажигания.
В период t3-t4 происходит до-зарядка конденсатора C2 до уровня напряжения источника питания, и как только контакты прерывателя разомкнуться, весь процесс повторится.

Эксплуатация данного блока зажигания выявила следующие недостатки:

1. При включенном долгое время зажигании при неработающем двигателе или при разомкнутых контактах, транзистор VT6 находится под постоянной нагрузкой что приводит к его перегревы и выходу из строя.
2. Работоспособность схемы очень зависит от правильности установки угла опережения зажигания.

коммутаторы 36.3734 и Б550

Эти коммутаторы предназначены для совместного использования с датчиком Холла и устанавливались на автомобили ВАз-2108, 09. Вместо них можно применить коммутатор 36.40.3734. Но и это еще не все- полная совместимость с импортными коммутаторами позволяет применять его и на зарубежных автомобилях марок FORD, OPEL, WOLKSWAGEN.

Схема коммутатора и осциллограммы

Осциллограммы в контрольных точках

Импульсы с датчика Холла поступают на вход 6 (рис А) и попадают на базу VT1. Транзистор VT1 инвертирует импульсы (рис в) и через R5 они проходят к базе VT2 (рис И).

Для избежания перегрева выходного ключа, в коммутаторе предусмотрена схема, закрывающая выходной каскад при отсутствии входного сигнала и при замкнутом состоянии датчика Холла:
На вход 6 микросхемы DA1.2 (рис Д) через VD4 поступает сигнал с выходного каскада, одновременно с этим на вывод 5 микросхемы DA1.2 поступает входной сигнал (рис Е). Каскад на DA1.2 собран по схеме интегратора, импульсы на его выходе имеют трапециедальную форму (рис Ж) и они поступают на компаратор DA1.3.
Если импульсы не проходят на входы DA1.2 то компаратор DA1.3 на выходе 8 выдаст высокий уровень и в результате VT2 откроется, а выходной каскад закроется.

В динамическом режиме микросхема DA1.3 формирует прямоугольные импульсы (рис З). Микросхема DA1.4 выполняет роль компаратора: как только напряжение на резисторах R35, R36 превысит допустимое, компаратор сработает и откроет транзистор VT2. При этом выходной каскад на транзисторах VT3, VT4 закроется.

Эксплуатация данного коммутатора показала его достаточную надежность. Если и происходили случаи выхода из строя выходного транзистора, то в основном по вине неисправного генератора или замкнутой катушки зажигания.
Единственный недостаток выявленный в процессе эксплуатации- перебои в работе на повышенных оборотах двигателя, поэтому автором было предложено ввести в схему дополнительную цепь- резистор R* (вывод 5 микросхемы DA1.2).

коммутатор 1302.3734

Коммутатор 13.3734-O1

Показанные выше два вида коммутаторов применяются в бесконтактных системах зажигания с применением генератора тока. (что это такое смотрим в начале статьи).
Такие системы зажигания применялись в автомобилях Волга, УАЗ, РАФ, Газель. В них чаще всего также выходит из строя ключевой выходной транзистор. Причем как выяснилось в большинстве коммутаторов под транзистором отсутствовала термо-отводящая паста, так что замене транзистора следует эту пасту нанести.

Транзисторы в коммутаторах можно менять на близкие по параметрам: КТ898А, КТ8109А, КТ8117А

При подготовки материала была использована информация из журналов

Д.Соснин

На легковых автомобилях, оборудованных бензиновым двигателем внутреннего сгорания, применяются различные системы электроискрового зажигания: контактные, контактно-транзисторные, бесконтактно-транзисторные, электронно-цифровые, микропроцессорные.

1. Транзисторные системы зажигания

Транзисторные системы зажигания принято подразделять на две группы:

Контактно-транзисторные (КТСЗ) и бесконтактно-транзисторные (БТСЗ). В контактно-транзисторной системе зажигания контактная пара прерывателя в первичной цепи катушки зажигания отсутствует и заменена транзисторным ключом КТ. Но сам транзисторный ключ управляется по базе контактной парой механического прерывателя К прежней конструкции. Это позволило уменьшить ток разрыва в контактной паре и за счет усиления в транзисторе увеличить ток разрыва в индуктивном накопителе (в первичной обмотке катушки зажигания). При этом коэффициент запаса по вторичному (выходному) напряжению увеличился. Эксплуатационная надежность системы зажигания стала несколько выше. Наряду с контактно-транзисторными системами зажигания были разработаны также и контактно-тиристорные системы с емкостным накопителем, которые не нашли широкого практического применения.

Бесконтактно-транзисторная система зажигания (БТСЗ) - это первая система с чисто электронным устройством управления первичным током катушки зажигания и с бесконтактным электроимпульсным датчиком момента зажигания, который, как и контактная пара в классическом прерывателе-распределителе, расположен на подвижной площадке приводного валика механического высоковольтного распределителя. Положение подвижной площадки относительно оси приводного валика (угол разворота) может регулироваться аппаратами опережения зажигания (центробежным и вакуумным). Подвижная площадка и установленный на ней активатор бесконтактного датчика представляют собой электромеханическое устройство управления моментом зажигания. Такое устройство управления в совокупности с высоковольтным распределителем образуют так называемый датчик-распределитель .

Электронное устройство управления первичным током в БТСЗ конструктивно выполнено в виде отдельного блока, который называется коммутатором. По выходу коммутатор соединен с катушкой зажигания, а по входу - управляется электроимпульсным входным датчиком на распределителе.

Таким образом, бесконтактно-транзисторная система зажигания (рис. 1) -

Это совокупность электронного коммутатора К, датчика-распределителя РР, катушки зажигания КЗ и традиционной выходной исполнительной периферии: высоковольтных проводов ВВП и свечей зажигания.

Бесконтактно-транзисторные системы зажигания (БТСЗ) стали устанавливаться на легковых автомобилях в конце 60-х годов и с тех пор постоянно совершенствовались.

В качестве бесконтактных входных датчиков с механическим приводом от распредвала ДВС были испытаны магнитоэлектрические, индукционные, электромагнитные генераторные, параметрические, оптоэлектронные и прочие преобразователи механического вращения в электрический сигнал (рис. 2).

Бесконтактный датчик выполняет в системе зажигания следующие функции: задает установочный угол* опережения зажигания; управляет моментом зажигания при изменении частоты вращения и нагрузки двигателя; определяет тактность работы ДВС. По совокупности перечисленных функций бесконтактный датчик выдает на вход коммутатора оптимальную величину

* Установочным называется угол опережения зажигания на предельно низких (холостых) оборотах двигателя, когда центробежный и вакуумный регуляторы еще не работают. текущего значения угла опережения зажигания для различных режимов работы двигателя.

Вначале, как более простой и достаточно надежный, широкое практическое применение получил магнитоэлектрический датчик. Но с разработкой активатора на эффекте Холла последний стал основным элементом для всех последующих бесконтактных датчиков электронных систем зажигания.

Не менее значительной модернизации подвергались электронные коммутаторы БТСЗ. От тиристорных коммутаторов быстро отказались, так как система зажигания с емкостным накопителем выдает на свечи очень короткий импульс высокого напряжения (не более 250...300 мкс), что не приемлемо для большинства современных бензиновых автомобильных двигателей.

Первые простейшие транзисторные коммутаторы работали без ограничения амплитуды первичного тока, т.е. в режиме постоянной скважности импульсов зарядного тока для индуктивного накопителя (отечественный коммутатор 13.3734).

В системах зажигания с такими коммутаторами амплитуда высоковольтного импульса на вторичной обмотке катушки зажигания, как и в контактной системе, зависит от частоты вращения двигателя, а также от напряжения в бортсети автомобиля.

На смену коммутаторам с постоянной скважностью (КПС) пришли коммутаторы с нормируемой скважностью (КНС), в которых ток заряда индуктивного накопителя поддерживается в заданных пределах ограничения путем управляемого насыщения выходного транзистора. Это защищает выходной транзистор коммутатора от перегрузки по току, а также стабилизирует амплитуду тока заряда при изменении напряжения в бортсети. Выходное напряжение U2 при этом также стабилизируется.
Но ограничение тока мощного транзистора насыщением приводит к значительному выделению тепловой энергии на коллекторно-эмиттерном переходе и, как следствие, к низкой функциональной надежности системы зажигания в целом.

Исключить этот недостаток в коммутаторах с нормируемой скважностью можно введением в схему электронного регулятора времени накопления энергии (времени протекания тока заряда через индуктивный накопитель). Так появились коммутаторы с программным регулятором времени накопления (коммутатор 36.3734), а вслед за ними и более совершенные коммутаторы с адаптивным регулированием (коммутатор 3620.3734). Последние, помимо основной функции регулирования времени, обеспечивают более высокую точность поддержания параметров тока заряда при воздействии на систему зажигания различных дестабилизирующих факторов (неустойчивая работа двигателя, окружающая среда, старение и уход номиналов радиоэлементов и пр.).

Электронные коммутаторы БТСЗ исключительно разнообразны не только по схемотехническому, но и по технологическому исполнению. Электронные схемы коммутаторов,первоначально аналоговые и на дискретных радиоэлементах, были вытеснены интегральными микросхемами с цифровым принципом действия. Стали появляться коммутаторы на так называемых заказных (специально разработанных для АСЗ) больших интегральных и монокристальных схемах.

Известно более 60-ти разновидностей бесконтактных систем зажигания с электронными коммутаторами, серийно выпускаемых за рубежом. Из отечественных транзисторных коммутаторов наиболее распространены одноканальные 36.3734 и 3620.3734, а также двухканальный 6420.3734 .

В качестве примера схемной реализации бесконтактно-транзисторной системы зажигания рассмотрим один из вариантов ее принципиальной электрической схемы (рис. 3).

Выходной каскад ВК, помимо традиционной катушки зажигания и транзисторного ключа VT3, содержит ряд дополнительных элементов. VD1 - диод для защиты транзисторного ключа VT3 от обратного прохождения тока (от инверсного включения) во время емкостной фазы разряда, когда имеет место обратная полу волна напряжения в первичной обмотке катушки зажигания (инверсное включение VT3 образуется и при случайном обратном включении аккумуляторной батареи). VD2 - стабилизирующий диод для ограничения величины падения напряжения на участке эмиттер-коллектор закрытого (разомкнутого) транзистора VT3 (защита от перенапряжения). Конденсатор С1 с первичной обмоткой катушки зажигания образует последовательный колебательный контур ударного возбуждения, что увеличивает скорость нарастания выходного напряжения системы зажигания. Резистор R3 ограничивает ток разряда конденсатора С1 через открытый (замкнутый) ключ VT3. Для того чтобы ключ VT3 работал стабильно, т.е. при включении и выключении обеспечивал крутые фронты и постоянство амплитуды импульса первичного тока в катушке зажигания, управляющий (базовый) импульс тока транзистора VT3 должен быть с крутыми фронтами и достаточно большим по амплитуде для глубокого насыщения транзистора. На формирование управляющего импульса тока работает предварительный усилитель-ограничитель на транзисторе VT1 и стабилизирующий транзистор обратной связи VT2.

Перечисленные элементы составляют электрическую схему коммутатора ТСЗ.

Датчик-распределитель содержит механическое устройство управления моментом зажигания, в кото рое входят магнитная система М датчика Холла с индукцией поля В, активатор ЭХ датчика Холла, усилительограничитель УО, триггер Шмитта ТШ, разделительный транзистор VT и стабилизатор напряжения СТ.

В датчик-распределитель входят также центробежный (ЦБР) и вакуумный (ВР) регуляторы, магнитный атенюатор А датчика Холла и собственно сам ротационный высоковольтный распределитель РР. Следует отметить, что электронный коммутатор в БТСЗ является лишь формирователем формы импульса тока в первичной обмотке катушки зажигания, а значит и скорости нарастания вторичного напряжения но к формированию момента зажигания коммутатор прямого отношения не имеет. Момент зажигания в БСЗ, как и в контактных системах, формируется электромеханическим устройством управления - бесконтактным датчиком на распределителе. Это обстоятельство является принципиальным недостатком всех бесконтактно-электронных систем зажигания. Второй недостаток - наличие в системе ротационного высоковольтного распределителя. Дальнейшее совершенствование автомобильных систем зажигания шло по пути устранения этих недостатков.

2. Электронные и микропроцессорные системы зажигания

Рассмотренные выше системы зажигания (КТСЗ, БТСЗ) в настоящее время имеют ограниченное применение, а на импортных легковых автомобилях высокого потребительского класса, начиная с середины 90-х годов, вообще не используются. Им на смену пришли системы зажигания четвертого поколения - это системы с электронно-вычислительными устройствами управления и без высоковольтного распределителя энергии по свечам в выходном каскаде. Такие системы принято подразделять на электронно-вычислительные или просто на электронные (ЭСЗ) и микропроцессорные (МСЗ).

Электронные и микропроцессорные системы зажигания имеют три принципиальных отличия от предшествующих систем:

1. Их устройства управления (УУ) являются электронно-вычислительными блоками дискретного принципа действия, выполнены с применением микроэлектронной технологии (на универсальных или на больших интегральных микросхемах) и предназначены для автоматического управления моментом зажигания. Эти устройства называются контроллерами.

2. Применение микроэлектронной технологии, помимо получения преимуществ по надежности, позволяет значительно расширить функции электронного управления. Стало возможным внедрение в автомобильную систему зажигания бортовой самодиагностики и принципов схемотехнического резервирования.

3. Выходные каскады этих систем в подавляющем большинстве случаев многоканальные и, как следствие, не содержат высоковольтного распределителя зажигания.

Электронные и микропроцессорные системы зажигания отличаются друг от друга способами формирования основного сигнала зажигания, т.е. того сигнала, который от ЭБУ подается на спусковое устройство накопителя.

В ЭСЗ основной сигнал зажигания формируется с применением время-импульсного способа преобразования информации от входных датчиков. Это когда контролируемый процесс задается временем его протекания, с последующим преобразованием времени в длительность электрического импульса. Таким образом, в ЭСЗ контроллер содержит электронный хронометр и управляется аналоговыми сигналами. Компонентный состав современной ЭСЗ показан на рис. 4.

В МСЗ, структурная схема которой показана на рис. 5, для формирования сигнала зажигания применяется число-импульсное преобразование, при котором параметр процесса задается не временем протекания, а непосредственно числом электрических импульсов.

Функции электронного вычислителя здесь выполняет число-импульсный микропроцессор, который работает от электрических импульсов, стабилизированных по амплитуде и длительности (от цифровых сигналов). Поэтому между микропроцессором и входными датчиками в ЭБУ МСЗ устанавливаются число-импульсные преобразователи аналоговых сигналов в цифровые (ЧИПы).

В отличие от электронной, микропроцессорная система зажигания работает по заранее заданной для данного двигателя внутреннего сгорания программе управления. Поэтому в вычислителе микропроцессорной системы зажигания имеется электронная память (постоянная и оперативная).

Программа управления для конкретной конструкции двигателя определяется экспериментально, в процессе его разработки. На испытательном стенде имитируются все возможные режимы двигателя при всех возможных условиях его работы. Для каждой экспериментальной точки подбирается и регистрируется оптимальный угол опережения зажигания. Получается набор многочисленных значений угла для момента зажигания, каждое из которых отвечает строго определенной совокупности сигналов от входных датчиков. Графическое изображение такого множества представляет собой трехмерную характеристику зажигания, которая в виде матрицы показана на рис. 6.

Координаты трехмерной характеристики "зашиваются" в постоянную память микропроцессора и в дальнейшем служат опорной информацией для определения угла опережения зажигания в реальных условиях эксплуатации двигателя на автомобиле. Изменение опорного (взятого из памяти) угла 8 опережения зажигания осуществляется автоматически. Увеличение угла 8 происходит: при повышении оборотов, при уменьшении нагрузки и при понижении температуры ДВС. Уменьшение угла 8 имеет место при увеличении нагрузки, при падении оборотов и при повышении температуры ДВС.

Если в МСЗ помимо основных датчиков используются дополнительные (например, датчик детонации в цилиндрах ДВС), то в микропроцессоре осуществляется коррекция опорного значения угла опережения зажигания по сигналам этих датчиков. При этом корректировка производится по каждому цилиндру в отдельности.

Электронные блоки управления для ЭСЗ и МСЗ, помимо функциональных и схемотехнических, имеют и принципиальные конструктивные различия.

В ЭСЗ блок управления является самостоятельным конструктивным узлом и называется контроллером (рис. 7).

На входы контроллера подаются сигналы от входных датчиков системы зажигания, а по выходу - контроллер работает на электронный коммутатор выходного каскада (см. рис. 4). Все электронные схемы контроллера низкоуровневые (потенциальные), что позволяет включать их в состав других бортовых электронных блоков управления (например, в ЭБУ системы впрыска топлива).

В МСЗ все функции управления интегрированы в центральный бортовой компьютер автомобиля и персональный блок управления для системы зажигания может отсутствовать. Функции входных датчиков МСЗ выполняют универсальные датчики комплексной системы автоматического управления двигателем. Основной сигнал зажигания подается на электронный коммутатор выходного каскада МСЗ непосредственно от центрального бортового компьютера.

Несмотря на значительные различия электронных и микропроцессорных систем зажигания, по устройствам управления выходные каскады этих систем имеют идентичное схемотехническое и конструктивное исполнение, при котором каждая свеча зажигания на многоцилиндровом ДВС получает энергию для искрообразования по отдельному каналу. Такое распределение называется статическим или многоканальным.

Что это дает автомобильной системе зажигания?

Надо вспомнить, что кроме обычных недостатков механического переключателя (низкая надежность и малая наработка на отказ вращающихся и трущихся частей) классический распределитель зажигания имеет и тот, что в нем реализуется коммутация высоковольтной энергии через электрическую искру. Это, помимо дополнительных потерь энергии, приводит к неравномерному выгоранию контактов в изоляционной крышке распределителя и, как следствие, к явлению разброса искр по цилиндрам и к низкой функциональной надежности системы зажигания. Разброс искр между выводами даже исправного механического распределителя может достигать 2...3 угловых градусов по повороту коленвала ДВС.

Ясно, что в электронных и особенно в микропроцессорных системах зажигания, высоконадежных и высокоточных в функциональном отношении, формирование момента зажигания в которых реализуется с точностью 0,3...0,5° для каждого цилиндра в отдельности, применение высоковольтного механического распределителя совершенно недопустимо. Здесь приемлемы электронные способы переключения каналов на низкопотенциальном уровне непосредственно в электронном блоке управления с дальнейшим статическим разделением каналов по высокому напряжению на многовыводных или индивидуальных катушках зажигания. Это неизбежно приводит к многоканальности выходного каскада системы зажигания.

3. Выходные каскады с многовыводными катушками зажигания

Реализация многоканального распределения энергии может быть осуществлена в системах зажигания несколькими способами. Наиболее простой из них - применение двухвыводного высоковольтного выходного трансформатора или двухвыводной катушки зажигания в выходном каскаде. Такой способ разделения каналов приемлем для реализации в системе зажигания с любым типом накопителя.

Откуда пришла такая идея? Известно, что в системе зажигания, на выходе которой установлен высоковольтный распределитель, во время разряда накопителя имеют место две искры: одна основная (рабочая) в свече зажигания и другая вспомогательная - между бегунком распределителя и контактом одного из его свечных выводов. Вторичная обмотка выходного трансформатора (катушки зажигания) высоковольтным выводом соединена с центральным бегунком распределителя, а другой вывод обмотки является нулевым, так как во время разряда накопителя соединяется с "массой" автомобиля (см. рис. 3, ). Энергия вспомогательной искры в распределителе тратится бесполезно, и эту искру стремятся всячески подавить. Отсюда ясно, что вспомогательную искру из-под крышки распределителя можно перенести во вторую свечу зажигания, соединив ее с первой через массу головки блока цилиндров последовательно. Для этого достаточно исключить распределитель из выходного каскада, отсоединить от массы автомобиля заземляемый вывод катушки зажигания и подключить к нему вторую электроискровую свечу (рис. 8).

При одновременном искрообразовании в двух свечах зажигания одна искра является высоковольтной (12...20 кВ) и воспламеняет топливовоздушную смесь в конце такта сжатия (рабочая искра). При этом другая искра низковольтная (5...7 кВ), холостая. Явление перераспределения высокого напряжения от общей вторичной обмотки между искровыми промежутками в двух свечах зажигания есть следствие глубоких различий условий, при которых происходит искрообразование. В конце такта сжатия незадолго до появления рабочей искры температура топливовоздушного заряда еще недостаточно высокая (200...300°С), а давление, наоборот - значительное (10...12 атм). В таких условиях пробивное напряжение между электродами свечи - максимально. В конце такта выпуска, когда имеет место искрообразование в среде отработавших газов, пробивное напряжение минимально, так как температура выхлопных газов высокая (800...1000°С), а давление низкое (2...3 атм). Таким образом, при статическом распределении высокого напряжения с помощью двухвыводной катушки зажигания (на двух последовательно соединенных свечах - одновременно) почти вся энергия высоковольтного электроискрового разряда приходится на рабочую искру.

Впервые двухвыводная катушка была применена в контактной батарейной системе зажигания для двухцилиндрового 4-х тактного двигателя. Примером может служить система зажигания для двигателя польского автомобиля ФИАТ-126Р (рис. 9). Аналогичная по принципу действия система зажигания установлена на отечественном автомобиле ОКА (с электронным управлением).

Если в ДВС четыре цилиндра, потребуется две двухвыводных катушки зажигания и два раздельных энергетических канала коммутации в выходном каскаде (см. рис. 5). На рис. 10 приведена диаграмма последовательности искрообразования в цилиндрах 4-х цилиндрового четырехтактного двигателя, оснащенного системой зажигания с двумя двухвы-водными катушками зажигания. Для шестицилиндрового двигателя потребуется три двухвыводных катушки зажигания и три энергетических канала.

В настоящее время разработан ряд автомобильных систем зажигания, в которых две двухвыводных катушки зажигания собираются на общем Ш-образном магнитопроводе и тем самым образуется одна 4-выводная катушка зажигания (например для автомобиля ВАЗ-2110). Такая катушка имеет две первичных и две вторичных обмотки и управляется от двухканального коммутатора. Четырехвыводная катушка зажигания может иметь и одну вторичную двухвыводную обмотку при двух первичных. Вторичная обмотка такой катушки дооборудована четырьмя высоковольтными диодами - по два на каждый высоковольтный вывод .

Недостатком любой системы зажигания с двухвыводными катушками является то, что в одной свече искра развивается от центрального электрода к массовому (боковому), а во второй свече - в обратном направлении (см. рис. 8). Так как центральный электрод заострен и всегда значительно горячее бокового, то истечение носителей заряда с его острия при искрообразовании требует затраты меньшего количества энергии, чем при истечении с бокового электрода (на центральном электроде начинает проявляться термоэлектронная эмиссия). Это приводит к тому, что пробивное напряжение на свече, работающей в прямом направлении, становится несколько ниже (на 1,5.2 кВ), чем на свече с обратным включением полярности. Для современных электронных и микропроцессорных систем зажигания с большим коэффициентом запаса по вторичному напряжению и с управляемым временем накопления энергии это не имеет принципиального значения.

4. Выходные каскады с индивидуальным статическим распределением

В современных электронных и микропроцессорных системах зажигания широко используются выходные каскады с индивидуальными катушками зажигания для каждой свечи в отдельности. Примером может служить система зажигания фирмы BOSCH, интегрированная в электронную систему автоматического управления (ЭСАУ) двигателем, которая известна под названием Motronic.

На рис. 11 показана функциональная схема ЭСАУ Motronic М-3,2,

Которая устанавливается на четырехцилиндровых двигателях автомобилей AUDI-A4 (выпуск после 1995 года).

В контроллере J220 имеется микропроцессор с блоком памяти, в котором хранится трехмерная характеристика зажигания (см. рис. 6). По этой характеристике, а также по сигналам датчика ДО G-28 (датчик частоты вращения двигателя) и датчика ДН G-69 (датчик нагрузки двигателя) устанавливается начальный угол Q(кю) = F(n) опережения зажигания. Далее по сигналам датчиков ДХ G-40, ДТ G-62 и ДД G-66 в цифровом микропроцессоре производится вычисление текущего (необходимого для данного режима работы ДВС) значения угла опережения зажигания, который с помощью электронной схемы переключения каналов подается в виде основного импульса S зажигания в соответствующий канал электронного коммутатора К-122. К этому времени в этом канале индуктивный накопитель N находится в заряженном (от бортсети +12 В) состоянии и по сигналу S разряжается на соответствующую свечу зажигания. Через 180° поворота коленвала описанные процессы будут иметь место в следующем (по порядку работы двигателя) канале коммутатора.

Основные преимущества системы зажигания, интегрированной в ЭСАУ Motronic, состоят в следующем:

- индивидуальное статическое распределение высокого напряжения по свечам зажигания;
- катушки зажигания с заземленной вторичной обмоткой;
- все входные датчики (датчик Холла, датчик частоты вращения ДВС, датчик температуры ДВС, датчики дроссельной заслонки, датчик детонации) - это формирователи электрических сигналов из неэлектрических воздействий бесконтактного принципа действия. Аналоговые сигналы от этих датчиков преобразуются в контроллере в цифровые сигналы;
- селективная коррекция угла опережения зажигания по детонации (в каждом цилиндре в отдельности);
- отключение цилиндров ДВС при перебоях в искрообразовании (защита дорогостоящих компонентов - кислородного датчика и каталитического газонейтрализатора экологической системы автомобиля от повреждений);
- наличие в контроллере функций самодиагностики и резервирования.

5. Выходной каскад с управляемым трансформатором зажигания

Известны попытки применить в многоканальном выходном каскаде автомобильной системы зажигания высоковольтный трансформатор с насыщающимися сердечниками.
Если магнитопровод трансформатора ввести в режим насыщения, то его коэффициент трансформации резко падает и энергия из первичной обмотки во вторичную не трансформируется.

Электрическая схема выходного каскада с трансформатором насыщения показана на рис. 12.

Выходной трансформатор имеет два магнитопровода - М1 и М2, охваченных общей первичной обмоткой Каждый магнитопровод оснащен отдельной обмоткой управления Wв и Wв") и отдельной двухвыводной вторичной обмоткой (W2" и W2""). Когда по управляющей обмотке Wв" протекает ток, достаточный для насыщения сердечника М1, а обмотка Wв" обесточена, то высокое напряжение будет наводиться только во вторичной обмотке W2". Если обесточить управляющую обмотку Wв" и пропустить ток насыщения по обмотке Wв", то насытится сердечник М2 и высокое напряжение будет трансформировано только в обмотку W2"".

Система зажигания с трансформатором насыщения обладает высокой надежностью, малыми габаритами и весом, но ее промышленный выпуск пока не реализован из-за значительных технических трудностей изготовления (для трансформатора насыщения требуются тороидальные сердечники из высококачественного пермалоя. Намотка многовитковых обмоток на такие сердечники крайне затруднена).

6. Высоковольтные провода

В системах зажиганиях с высоковольтным механическим распределителем длина высоковольтных проводов всегда значительна (20...60 см). И так как по проводам в момент электроискрового разряда в свечах протекает высокочастотный ток высокого напряжения, то длинные провода излучают радиопомехи. Источниками радиопомех являются также свечи зажигания.

Есть три способа подавления радиопомех от АСЗ: экранизация высоковольтных проводов, свечей, катушки зажигания и высоковольтного распределителя; введение в центральный токовод высоковольтного провода распределенной индуктивности и распределенного сопротивления; установка помехоподавительного резистора непосредственно в изолятор свечи зажигания.

Экранизация требует увеличения запаса по вторичному напряжению и делает выходной каскад АСЗ громоздким. Высоковольтный провод с распределенными параметрами имеет недостаточно высокую конструктивную надежность, сложную технологию изготовления и высокую стоимость.

В современных системах зажигания применяют свечи с помехоподавительным резистором 4...10 кОм, а длину высоковольтных проводов стремятся свести к минимуму. Последнее становится возможным благодаря применению индивидуальных катушек зажигания, установленных непосредственно на свечах (см. рис. 11).

Высоковольтные провода подразделяют на низкоомные (до 0,5 Ом/м - в устаревших конструкциях проводов) и высокоомные (1...10 кОм/м). Провода маркируются двумя способами: цветом и текстовой надписью вдоль провода.

Отечественные провода светло-коричневой или пестрой расцветки - низкоомные. Провода красного или розового цвета ПВВП-8 обладают распределенным сопротивлением 2000+200 Ом/м; синего цвета ПВППВ-40 - 2550±250 Ом/м. На высоковольтных проводах импортного производства электрические параметры чаще обозначаются текстом вдоль провода. Содержание текста можно расшифровать по фирменному каталогу.

Любой из трех указанных способов подавления радиопомех приводит к некоторому падению высоковольтного выходного напряжения системы зажигания, что иногда сказывается при пуске холодного двигателя в слякотную зимнюю погоду, когда провода покрываются тонким инеем. Чтобы устранить этот недостаток, в современных микропроцессорных системах зажигания стали применять грязевлагозащиту высоковольтных проводов и свечей зажигания (укрытие проводов в изоляционную трубку или под пластмассовую крышку вместе со свечами).

* В заключение следует отметить, что автомобили с центральным бортовым компьютером (ЦБК) - пока редкость. Но перспектива очевидна. В недалеком будущем ЦБК станет единым электронным блоком управления, общим для всех функциональных систем на борту автомобиля, таких как: впрыск топлива, электроискровое зажигание, антиблокировка тормозов, управление дифференциалами ведущих колес, антипробуксовка колес и т.д. и т.п. Но даже при полной интеграции функций управления в центральный бортовой компьютер принципы построения электронных схем для электроискровых систем зажигания надолго останутся такими же, как и в современных микропроцессорных системах.

Литература

1. Д.Соснин. Современные автомобильные системы зажигания. Ремонт&Сервис, №10, 1999 г., с. 45-47
2. Д.Соснин, А.Фещенко. Автомобильные катушки зажигания. Ремонт&Сервис, №9, 1999 г., с. 46-53
3. В.Е.Ютт. Электрооборудование автомобилей. М. Транспорт. 1995 г. Продолжение следует