СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ БЛОК ЗАЖИГАНИЯ

May 29, 2010 by admin Комментировать »

А. Коробков

Описываемая ниже стабилизированная электронна система зажигания для автомобилей относится к класс конденсаторно-тиристорных устройств с накопительны; трансформатором. В таких системах энергия искрооб­разования в каждом цикле работы сначала накапливав ется в трансформаторе, а затем передается на накопи­тельный конденсатор. Конденсатор при этом заряжается до напряжения около 300 В. В момент размыкания кон­тактов прерывателя заряд конденсатора передается на катушку зажигания, формирующую искру.

Особенностями системы являются хорошая защищен­ность ее от дребезга контактов прерывателя, относитель­ная простота, повышенная надежность работы. Описы­ваемое устройство имеет высокую стабильность напря­жения искрообразования — ±4%. при температуре окружающего воздуха в пределах — 20…+70° С и на­пряжении аккумуляторной батареи; 12±4 В.

Расчет параметров устройства определяется требова­ниями, обусловленными использованием конкретного двигателя. Эти параметры связаны со способностью ключа на транзисторах, включенного в первичной об­мотке трансформатора, пропускать необходимый и до­статочно большой ток и выдерживать импульсное на­пряжение, возникающее на первичной обмотке после его закрывания. При этом минимальное время между дву­мя искрами равно сумме двух периодов — накопления энергии в трансформаторе и передачи ее на конденсатор (с учетом КПД трансформатора т]тр = 0,9).

Наибольшее влияние на это время оказывает мак­симальное значение тока, поэтому в схеме должны использоваться транзисторы, допускающие большой ток с малым сопротивлением насыщения. Уменьшение сум­марного сопротивления первичной обмотки трансформа­тора также способствует уменьшению этого времени.

clip_image002

Рис. I. Схема блока зажигания

Блок (рис. 1) включает следующие функциональные узлы: узел запуска с системой защиты от дребезга контактов прерывателя (резисторы Rl R4, конденсатор Q1 и диоды VIV3), триггерно-ключевой узел, собран­ный на транзисторах V5, V6, V10, диодах V4, V7 — V9 я трансформаторе 77, накопительно-коммутационный узел (V12, V13, V16, С4), узел управления тринистором {V14, У15, СЗ, R13 — R15), тахометрический датчик (Vll, R12).

Узел запуска предназначен для формирования оди­ночного импульса в момент размыкания контактов пре­рывателя автомобиля. Резистор R1 выбран из условия обеспечения максимальной надежности работы и долго­вечности контактов. По современным представлениям оптимальный ток через контакты должен быть в преде­лах 0,25… 1 А.

Как показьтает практика, устойчивой работы систе­мы электронного зажигания можно добиться лишь при наличии устройства защиты от дребезга контактов пре-. рывателя. В- обычной системе зажигания влияние дребез­га контактов почти не проявляется из-за большой индук­тивности катушки зажигания. В электронных системах Дребезг, а также и другие помехи в бортовой сети авто­мобиля могут привести к сбоям в формировании искры.

Установлено, что дребезг контактов длится примерно 1 мс после их замыкания. В рассматриваемом блоке при размыкании контактов прерывателя конденсатор С1 заряжается через резисторы R1, R2, стабилитроны V2, V3 (в прямом включении) и эмиттерный переход транзистора V6. Транзистор открыт, что приводит к срабатыванию триггернр-ключевого устройства. После того как напряжение на нижней обкладке конденсатора С1 станет меньше напряжения отсечки тока в цепи V2 — V3 — эмиттерный переход транзистора V6 (около 1,8 В), конденсатор продолжает заряжаться до напряжения аккумуляторной батареи, но уже через цепь R3 VI. После замыкания контактов прерывателя конденсатор С1 разряжается через резисторы R2R4 и контакты прерывателя. Постоянная времени цепи разрядки выбра­на такой, чтобы за 1 мс напряжение на конденсаторе убывало не более чем на 4 В. Если за это время и про­изойдет размыкание (дребезг) контактов, амплитуда им­пульса на базе транзистора V6 не превысит 0,5 В и триггерно-ключевое устройство не сработает. Конденса­тор С2, устраняющий самовозбуждение блока на высокой частоте, также способствует защите от помех.

Триггерно-ключевое устройство подключает первич­ную обмотку трансформатора к источнику питания при появлении на входе запускающего импульса и отклю- i чает его, когда ток в обмотке достигнет определенного уровня. Он должен быть таким, чтобы в магнитопроводе трансформатора была накоплена необходимая энергия, которая в конечном счете определит энергию искры. Индуктивность первичной обмотки, а значит, и макси­мальное значение тока, выбирают из условия, чтобы не­обходимая энергия успевала накапливаться в интервале между двумя смежными искрами при максимальной ча­стоте искрообразования. Для максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя 600 мин-1 это время равно 5 мс.

Энергию искры считают достаточной, если она на­ходится в пределах 10…50 мДж. В описываемом блоке для более полного сгорания горючей смеси энергия искры выбрана равной приблизительно 90 мДж. Чтобы обес­печить накопление такой энергии за время менее 5 мс при напряжении питания блока 12 В, индуктивность первичной обмотки не должна превышать 5 мГн. В этом случае ток через обмотку к моменту выключения до­стигает 6,5 А (КПД катушки зажигания около 0,5).

Триггерно-ключевое устройство работает так. Когда на базу транзистора V6 поступит запускающий импульс, все транзисторы триггерно-ключевого устройства откры­ваются. Через обмотку I трансформатора Т1 начнет протекать возрастающий по силе, ток. Первоначально базовый ток транзистора V5 достаточен для насыщения транзистора. Затем напряжение на резисторе R11 уве­личивается и транзистор V5 начинает закрываться. При токе в обмотке I, равном 6,5 А, ток базы транзистора V5 уменьшается настолько, что транзисторы V5, V6, V1G. выходят из насыщения и закрываются. Устройство воз­вращается в первоначальное состояние. Диод V4 играет важную роль. На нем формируется напряжение, надежно закрывающее транзистор V5 при выключении триггерно-ключевого устройства, т. е. повышается устойчивость работы блока в условиях повышенной температуры. При изменении питающего напря­жения происходит некоторое изменение напряжения на открытых диодах V7, V8 из-за изменения тока через них. Диод V4 совместно с эмиттерным переходом тран­зистора V5 участвует в температурной компенсации напряжения на диодах V7, V8. Выбор высокочастотного транзистора П605А (V5) обусловлен его относительно большим сопротивлением коллекторного перехода, в результате изменение питающего напряжения слабее сказывается на коллекторном токе транзистора при его выходе из насыщения, т. е. повышается стабильность работы блока.

Амплитуда импульса на обмотке I трансформатора Т1 составляет 30 В, а -напряжение на закрытых тран­зисторах V6, V10 не превышает 45 В (даже если на­пряжение питания блока увеличивается до 15 В). Это гораздо меньше предельно допустимого . напряжения примененных транзисторов.

Накопительно-коммутационный узел подключен к обмотке II трансформатора Т1. Коэффициент ее тран­сформации по отношению к обмотке I равен 10, поэтому конденсатор С4 заряжается до 300 В.

clip_image004

Рис. 2. Чертеж печатной платы блока зажигания

Импульс к узлу управления тринистором поступает с обмотки III трансформатора Т1. Особенностью этого Узла является введение диода V14 и резистора R13. Дело в том, что для устойчивого управления тринистором при пониженном напряжении питания и.низкой окру­жающей температуре конденсатор СЗ выбран сравни­тельно большой емкости (1 мкФ). Чтобы этот конденсатор успевал разрядиться за время около 1…1.5 мс, которое остается при максимальной частоте искрообра-зования, в узле использована принудительная разрядка конденсатора через резистор R13 в процессе зарядки конденсатора С4 от импульса с обмотки III. Диод V14 защищает конденсатор СЗ от зарядки напряжением про­тивоположной полярности. Такое решение позволило включить в цепь управляющего электрода тринистора резистор R14 малого сопротивления, что повышает на­дежность работы блока в различных условиях эксплуа­тации.

Тахометрический датчик подключен к отдельной об­мотке IV трансформатора. Точность измерения частоты искрообразования обусловлена стабильностью формы и амплитуды сигнала на обмотке. Показания тахометра отсчитывают пб шкале магнитоэлектрического прибора, устанавливаемого на приборной панели автомобиля. Ре­зистор R12, который определяет средний выпрямленный ток в цепи, выбирают исходя из. тока полного откло­нения стрелки применяемого измерительного прибора. Сопротивление этого резистора, указанное на схеме, соответствует току полного отклонения-стрелки изме­рительного прибора тахометра 1 мА при максимальной частоте искрообразования 200 Гц.

Блок зажигания собран на дюралюминиевом осно­вании толщиной 4 .мм, служащим одновременно тепло-отводом транзистора V10 и тринистора V16. На осно­вании установлены также трансформатор, конденсатор С4, резистор R1, укрепленный на отдельной планке, и печатная плата, на которой смонтированы остальные эле­менты. Плата изготовлена из фольгированного стекло­текстолита толщиной 2 мм, чертеж платы показан на . рис. 2. Во все отверстия в плате для монтажа элемен­тов следует установить монтажные пистоны для повы­шения вибропрочности блока.

Транзисторы V5 и V6 размещены на плате и закре­плены двумя винтами каждый. Рассеиваемая этими транзисторами мощность невелика, поскольку они ра­ботают в импульсном режиме с насыщением и крутыми фронтами при переключении. Трансформатор собран на магнитопроводе УШ 16 X 24 с зазором 0,3 мм. Обмотка I состоит из 75 витков провода ПЭВ-2 1,0; II — 750 вит­ков провода ПЭВ-2 0,23; III — 110 витков провода ПЭВ-2 0,15 и IV90 витков провода ПЭВ-2 0,15. При изготовлении трансформатора обмотки II и III надежно изолируют от остальных двумя-тремя слоями лакоткани. Резистор R11 изготовляют из высокоомного прово­да сечением около 1 мм2. Можно использовать провод, свитый из нескольких проводников. Резистор крепят к плате винтами с гайками и шайбами. Конденсатор С4 работает в тяжелом режиме: 200 циклов зарядка-разряд­ка в секунду, причем он заряжается до напряжения око­ло 300 В. В таких условиях могут надежно работать те конденсаторы, у которых на частоте 200 Гц предельно допустимое номинальное напряжение снижается только на 35% и по этому напряжению предусмотрен соответ­ствующий запас. В блоке использован конденсатор МБГЧ-1 на номинальное напряжение 500 В.

Конденсатор С1 должен быть стабильным, так как защита от дребезга р-ассчитана на определенную емкость. В данном случае выбран конденсатор КМ-6 группы Н50. Конденсатор С2 может быть любым емкостью от 0,022 до 0,068 мкФ. Конденсатор СЗ — КМ-6-Н90 емкостью от 0,5 до 1 мкФ.

clip_image006

Рис. 3. Вид собранного блока без крышки

Диоды Д311А можно заменить любыми из серии Д9, а Д310 (в крайнем случае) — из серии Д7. Все исполь­зуемые в блоке стабилитроны. могут быть любыми из серий Д808…Д814. Транзистор П605А можно заменить на П605, П606, П606А; П702 — на КТ802А, КТ805А, КТ805Е, а П210А — на ГТ701А. Вид блока (без крыш­ки) со стороны платы показан на рис. 3.

Смонтированную плату перед установкой в блок це­лесообразно проверить. Для этого вместо резистора R11 включают реостатом переменный резистор сопротивле­нием около 500 Ом, а параллельно ему — вольтметр. Пе­ременный резистор устанавливают в положение мини­мального сопротивления. Включают напряжение пита­ния и кратковременно прикасаются проводником, соеди­ценным с плюсовым проводом источника питания, к верхнему (по схеме) выводу резистора R2, При этом устройство должно переключиться, что можно опреде­лить, например, по изменению напряжения на коллектор ре транзистора V6. Затем сопротивление переменного резистора плавно увеличивают и следят за падением на­пряжения на нем. Когда оно достигнет примерно 1 В, устройство должно переключиться в исходное состоя­ние. При сборке блока нужно следить за правильностью соединения выводов трансформатора, особенно обмотки IV, так как иначе значительно возрастет погрешность тахометра.

Для налаживания блока вместо прерывателя авто­мобиля включают контакты поляризованного реле, а на обмотку реле подают через ограничительный резистор переменное напряжение 6,3 В частотой 50 Гц. Вместо катушки зажигания включают резистор ПЭВ-10 сопро­тивлением 5…15 Ом. Напряжение на конденсаторе С4 контролируют вольтметром постоянного тока со шкалой на 300…400 В, соединяемого с конденсатором через по­следовательную цепочку диод-резистор. Диод можно использовать Д226Б, а резистор – сопротивлением 150… 300 Ом мощностью 0,25 Вт. Параллельно зажимам вольтметра включают конденсатор емкостью 0,1…0,5 мкФ на рабочее напряжение 400…500 В. Устанавливают не­обходимое напряжение 285…300 В подгонкой сопротив­ления резистора R11.

Целесообразно проверить время накопления энергии в трансформаторе (увеличение тока от нуля до макси­мального значения). Лучше всего это сделать с по­мощью осциллоскопа. Оно не должно превышать 3 мс для высокооборотных двигателей автомобилей «Жигу­ли» и 4,5 мс для двигателей с максимальной частотой вращения коленчатого вала до 4500 мин-1.

Если же осциллоскопа нет, то это время можно найти следующим образом: фиксируют показания вольтметра с подключенным к нему конденсатором (Umaxt В) и от­ключенным (Ucp, В) и по формуле

clip_image008

вычисляют время (мс). Эта проверка позволяет прове­рить качество изготовления трансформатора и, что очень важно, правильность установки зазора магнитопровода.

В заключение подбирают резистор R12 таким обра­зом, чтобы стрелка тахометра установилась на отметку 1500 мин-1 при частоте переключения 50 Гц.

Блок заключают в футляр размерами ,120X85X80 мм. Выходные зажимы блока, изготовленные в виде латун­ных (или медных) планок с резьбовыми отверстиями, Укреплены на той же планке, на которой смонтирован резистор R1.

Описанный блок перед установкой в автомобиль был испытан на работоспособность при воздействии повы­шенной и пониженной температур, а также при изме­нении питающего напряжения и показал хорошие результаты. Так, при нормальной температуре при напря­жении питания 12 В напряжение на конденсаторе С4 составляет 298 В, при 10 — 292, при 8 — 286 и при 6 — 270 В. С понижением температуры до минус 20° С заряд­ное напряжение на конденсаторе С4 снизилось на б В (при нормальном напряжении питания), а с повышением до плюс 70°-C — повысилось на 3 В. Если считать, что в процессе эксплуатации напряжение аккумуляторной батареи будет изменяться в пределах 10…14 В, то не­стабильность зарядного напряжения (а значит, и энергии искры) с учетом температурных влияний не превысит ±4%. Такая же ошибка в показаниях будет и у тахо­метра.

Почти семилетняя эксплуатация блоков на автомо­билях ВАЗ-2101 и. ЗАЗ-968,. а также на автомобиле «Москвич-408» в течение 3 лет показала высокую на­дежность схемотехнического и конструктивного решения устройства.

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты