6. Исследование транзисторных и микропроцессорных систем зажигания

2.2 Контактно-транзисторныесистемы отличаются, тем, что через контакты прерывателя протекает в них лишь ток управления тран­зистором, ток базы, составляющий всœего 0,5 - 0,8 А, а ток первич­ной цепи, достигающий примерно величины 7А, коммутируется си­ловым участком (эмиттером - коллектором) транзистора. Благо­даря этому_: износ контактов прерывателя резко уменьшается, а ста­бильность искрообразования возрастает до 30 тыс. искр в минуту. Принципиальная схема контактно-транзисторной системы зажига­ния для восьмицилиндровых двигателœей и общий вид отдельных ее приборов показаны на рис, 3. Основу, ее составляет транзисторный коммутатор ТК-102. Дополнительный резистор СЭ-107 катушки зажигания Б-114 выполнен в отдельном блоке, состоящем из двух секций. Одна из них включена в сеть постоянно, а вторая при пуске закорачивается через контакты КЗ, вмонтированные в тяговое релœе стартера. Вторичная обмотка катушки зажигания, одним концом выведена на массу. Распределитель и прерыватель обычной-конст­рукции (см. рис. 2), но последний работает без искрогасительного конденсатора, нужнобность в котором при малом токе отпадает.

Транзисторный коммутатор выполнит функции усилителя. Его мощный германиевый транзистор Т включен последовательно в первичную цепь катушки зажигания. База этого транзистора через пер­вичную обмотку W1 импульсного трансформатора Т соединœена с прерывателœем, а через вторичную обмотку W₂ последнего, шунтированную резистором R₂ с эмиттером. Малая электрическая нагрузка на контакты способствует увеличению срока их службы. Для защиты транзистора Т от электрического пробоя служит кремниевый стабилитрон T, включаемой параллельно первичной обмотке, ка­тушки зажигания. Напряжение пробоя стабилитрона выбирают ни­же опасного для транзистора, оно составляет примерно 100 В. Ког­да э. д. с. тока самоиндукции, возникающего в первичной обмотке катушки зажигания при размыкании цепи, превышает напряжение пробоя стабилитрона, то через него и диод Д ток самоиндукции замыкается. Диод включают встречно стабилитрону и он не про­пускает ток через стабилитрон в прямом направлении от батареи. Электролитический конденсатор С₂ большой емкости (50 мкФ) слу­жит для предохранения системы от повреждения в случае кратковременного повышения напряжения источника питания (генера­тора).

В случае если выключатель зажигания ВЗ включен и контакты прерывателя замкнуты, то ток управления от батареи проходит через первичную обмотку катушки зажигания и обмотки импульсного транс­форматора ИТ на массу. Напряжение во вторичной обмотке W₂ трансформатора при этом падает, и потенциал базы, становится ниже потенциала эмиттера, вследствие чего транзистор Т, переходя в состояние насыщения, открывается и замыкает цепь на массу. Это приводит к нарастанию тока, проходящего через первичную обмот­ку катушки, зажигания до максимума (примерно 7 А).

При размыкании прерывателя ток управления в первичной об­мотке IF, импульсного трансформатора ИТ исчезает, что приводит к наведению э. д. с. во вторичной обмотке W₂ трансформатора, ко­торая подключается так, что э. д. с. ее создает повышенное напря­жение на базе, а когда величина этого напряжения превысит, напряжение эмиттера, транзистор закрывается и, переходя в состоя­ние отсидки, резко прерывает ток в первичной обмотке катушки зажигания. Далее индуктирование во вторичной обмотке тока высо­кого напряжения протекает, как в обычной системе после размыкания контактов прерывателя. Потери и мощность, выделяемая при закрывании транзистора, а следовательно, и нагревание его, уменьшаются с помощью конденсатора C1 и резистора R1.

В сравнении с обычной батарейной - транзисторная система за­жигания повышает эффективность воспламенения обедненных горю­чих смесей и несколько улучшает экономичность двигателя при ра­боте на частичных нагрузках. Сравнительные испытания контактно-транзисторной системы зажигания АТЭ-2 на двигателœе ЗИЛ-130, проведенные И. Я._Райковым в Московском автомеханическом институте, показали, что зона устойчивой работы двигателя смеща­ется в область бедных горючих смесей, а оптимальный зазор между электродами свечей возрастает до 1,2 мм. В случае если при этом изме­нять регулировку карбюратора на приготовление более бедной горючей смеси, то экономичность двигателя на частичных нагрузках повышается в среднем на 3% и одновременно несколько снижается токсичность отработавших газов. (Такими системами оснащают двигатели ЗИЛ/ЗМЗ и др.).

Тиристорная система зажигания характеризуется накоплением энергии, крайне важной для искрообразования в электрическом кон­денсаторе (в емкости) и отличается малой, продолжительностью разряда, большой силой тока искрового разряда, а стабильность искрообра­зования сохраняется при этом до 36,тыс. разрядов в минуту благо­даря возможности быстрого подзаряда конденсатора. Такие системы нечувствительны к нагарообразованию и более успешно работают, к примеру, в роторно-поршневых и других двигателях со склонно­стью к нагарообразованию на свечах. Для отечественных методик, летных двигателœей тиристорную систему применяют с питанием ее от источника переменного тока (маховичного генератора).

При этом электронным системам с контактным управлением свой­ственны и некоторые недостатки обычных батарейных систем, так как в них сохранен механический прерыватель с присущими ему износом, вибрацией контактов и другими нежелательными свойст­вами.

Электронные системы с бесконтактным управлением отличаются от рассмотренных как по принципу действия, так и по конструкции; они свободны от упомянутых недостатков, но сложнее и дороже контактных. В отечественной практике бесконтактную транзисторную систему применяют для двигателœей автомобилей ЗИЛ-131, «Урал-375Д» и др. Οʜᴎ оснащены системой «Искра», в состав ко­торой входят следующие устройства:

Транзисторный коммутатор ТК-200, включающий в себя четыре транзистора, в том числе один, мощный высоковольтный. Датчик- распределитель зажигания Р351, включающий в себя высоковольт­ный распределитель и магнитоэлектрический бесконтактный датчик импульсов момента зажигания, являющийся однофазным генерато­ром переменного тока с постоянным магнитом, число пар полюсов которого равно числу цилиндров. Катушка зажигания Б-118, а так­ же включатель зажигания, добавочный резистор (сопротивление) и выключатель, сблокированный с включателœем стартера.

Бесконтактные системы зажигания полностью устраняют недо­статки, связанные с механическим прерывателœем и центробежно-вакуумными регуляторами опережения зажигания, но распредели­тель в них имеет механический привод с его цепочкой люфтов, на­рушающей в какой-то мере своевременность подачи искры в отдель­ные цилиндры. Этот недостаток позволяют преодолевать так, назы­ваемые цифровые системы зажигания.

Электронная цифровая система не имеет распределителя с ме­ханическим приводом и обеспечивает автоматическое регулирова­ние момента зажигания с помощью электронного цифрового блока в зависимости от многих факторов, а не только от скорости вращения вала и нагрузки. Цифровая система создает, к примеру, благо­приятные условия для регулирования момента зажигания и по при­знаку детонации, которую стремятся предотвращать в современных двигателях. На рис. 4 представлена блок-схема цифровой системы фирмы «Хартинг». На вал двигателя установлен зубчатый диск с равномерно расположенными по его окружности выступами, элек­тромагнитный датчик 2, реагируя на прохождение около не­го выступов 1, вырабатывает импульсы, пропорциональные частоте вращения вала; второй датчик 3 расположен так, что он реагирует только на уста­новочный выступ, который раз­мещен на диске в зоне за 90° до в.м.т. и вырабатывает один установочный импульс за каж­дый оборот вала. Электронная часть системы состоит из глав­ного 4 и дополнительного 5 счетчиков, задатчика времен­ных интервалов 6, усилителя мощности 7, блока управления моментом включения 8, датчи­ков температуры 9, давления 10 и положения дроссельной заслонки карбюратора 11, электронного распределителя 13, а также 1 имеет катушку 12 и свечи зажигания 14.

Счетчик 4 суммирует им­пульсы, предопределяемые час­тотой вращения вала, двигате­ля и только после коррекции этой суммы по числу импульсов от датчиков других устройств выдает сигнал (импульс) на зажигание, а через высоковольтный электронный распределитель искра на­правляется в соответствующий цилиндр. Следовательно, в системе нет механических промежуточных звеньев и нет, в связи с этим накладок от них на своевременность воспламенения смеси в цилиндрах, вы­зываемых несовершенством системы зажигания. Параметры систе­мы остаются неизменными в течение всœего срока эксплуатации без обслуживания и дополнительных регулировок, что нужно отнести к большим ее достоинствам. Из известных систем зажигания цифро­вая - наиболее сложная и дорогая, но и самая перспективная, особенно в случае сочетания ее возможностей с современными сис­темами питания двигателœей с обратной связью.