Электронные батарейные системы зажигания

Развитие современного двигателестроения происходит в направлении повышения экономичности и снижения удельного веса при одновременном увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя и степени сжа­тия. Степень сжатия составляет 7,0...8,5, но на перспективных автомобилях устанавливаются двигатели со степенью сжатия 9,0... 10 и более. Такое повышение степени сжатия требует значительного увеличения вторичного напряжения, необходимого для пробоя искрового промежутка свечи. Частота вращения коленчатого вала автомобильных двигателей в настоящее время достигает 5000...8000 мин^-1. Стремление повысить топливную экономичность двигателя заставляет ис­пользовать обедненную смесь, для надежного воспламенения которой тре­буется большая длина искрового промежутка свечи (большая площадь канала), т. е. для этого требуется большая энергия разряда. Искровой промежуток свечи лежит в пределах 0,8...1,2 мм.Таким образом, к системе зажигания предъявляются более высокие требования:

1. увеличение вторичного напряжения при одновремен­ном повышении надежности;

2. энергия искрового разряда должна быть до­статочной для воспламенения смеси на всех режимах работы двигателя (30....50 мДж и более);

3. устойчивое искрообразование в различных эксплуа­тационных условиях (загрязнение свечей, колебания температуры, колеба­ния напряжения бортовой сети и т. д.);

4. устойчивая работа при значительных механических нагрузках;

5. простота обслуживания системы;

6. минимальное потребление энергии источников питания;

7. минимальные масса, габариты и низкая стоимость.

Такие требования не могут быть удовлетворены при использовании классической (батарейной) системы зажигания, так как в этом случае практически единственным реальным способом увеличения вторичного напряжения является увеличение силы тока разрыва. Однако увеличение силы тока разрыва свыше определенного значения (3,5...4,0 А при 12 В) приводит к ненадежной работе контактов прерывателя и резкому сокраще­нию их срока службы.

Одним из путей повышения развиваемого системой зажигания вторич­ного напряжения является замена механического прерывателя на полупроводниковые приборы, ра­ботающие в качестве управляемых ключей. Наиболее широкое исполь­зование в качестве полупроводниковых реле нашли мощные транзисторы, способные коммутировать токи амплитудой до 10 А в индуктивной нагрузке без какого-либо искрения и механического повреждения, характерных для контактов прерывателя.

Структурная схема в основном состоит из тех же элемен­тов, которые характерны для обычной контактной системы, и отличается от нее наличием транзистора и отсутствием конденсатора, ранее шунтировавшего контакты прерывателя.

Эти типы систем зажигания могут быть выполнены как с кон­тактным, так и с бесконтактным управлением. В первом случае датчиком управляющих импульсов является обычный прерыва­тель, установленный в распределителе. Во втором — специальный бесконтактный датчик.

Преимущества электронной системы зажигания с контактным управлением перед классической батарейной заключается в том, что с введением в схему полупроводникового усилителя можно увеличить ток в первичной катушке зажигания до 6—10 А при одновременном уменьшении тока, разрываемого контактами пре­рывателя, до 0,5—1,0 А. Такая система зажигания имеет большую надежность.

На рис. 130, а приведена принципиальная схема контактно-транзисторной батарейной системы зажигания с транзисторным коммутатором типа ТК102.

Рис. 130. Схема батарейной контактно-транзисторной системы зажигания

Основными элементами системы зажи­гания являются катушка зажигания Т1, обычный распределитель зажигания с прерывателем П (без конденсатора), транзисторный коммутатор, блок добавочных сопротивлений R_дз и R_д4, выклю­чатель зажигания ВЗ.

Транзисторный коммутатор содержит мощный транзистор V₃, стабилитрон V₁, диод V₂, сопротивление R₁, трансформатор Т₁ и два конденсатора С₁ и С₂. Первичная обмотка катушки зажига­ния включена в цепь коллектора транзистора V₃. Управление тран­зистором осуществляется с помощью контактов прерывателя, включенных в цепь базы транзистора.

При замкнутом выключателе зажигания и замкнутых контак­тах прерывателя транзистор находится в состоянии насыщения и по первичной обмотке катушки протекает ток. Суммарное сопротивление первичной цепи.

На первом этапе рабочий процесс практически протекает так же, как в батарейной системе зажигания. Отличие в том, что через контакты прерывателя протекает ток базы транзистора в В раз меньшей силы тока первичной обмотки.

После размыкания контактов прерывателя транзистор пере­ключается в состояние отсечки. В результате запирания транзистора первичная обмотка катушки зажигания отклю­чается от батареи и во вторичной цепи возникает высокое напря­жение, пробивающее искровой промежуток свечи.

Одновременно с возникновением высокого напряжения на вторичной обмотке в первичной индуцируется большая ЭДС самоиндукции. С целью исключения перенапряжения на тран­зисторе первичная обмотка катушки зажигания шунтирована цепочкой стабилизации C₁,V₂—V₁. Напряжение стабилизации ста­билитрона V₁ выбрано таким, чтобы напряжение на транзисторе не превышало предельно допустимого.

Электролитический конденсатор С₂ защищает транзистор от случайных импульсных перенапряжений, которые могут возник­нуть в цепи питания.

По условиям допустимого нагрева катушки мощность потерь в ней не должна превышать определенной величины. Практика показывает, что для типовых катушек мощность потерь Р = UI_р = I_p² < 30 Вт. Так как максимальный ток разрыва I_р в этой системе увеличен до 7 А и более, то во избежание перегрева первичной обмотки ее сопротивление было уменьшено до 0,36— 0,38 Ом. А это потребовало введения дополнительных сопротивле­ний R_d3 и R_d4.

Путем закорачивания сопротивления R_d3 с помощью замыка­теля улучшается пуск двигателя.

Катушка зажигания имеет трансформаторную связь с повышен­ным коэффициентом трансформации k_т = 235) и малую индук­тивность первичной обмотки (L₁ — 3,7 мГ).

Диод V₄ защищает транзистор от ин­версного включения при колебательном процессе в первичной цепи.