Высоковольтная конденсаторная система зажигания. Конденсаторное зажигание
Высоковольтная конденсаторная система зажигания | Система зажигания
В качестве альтернативы транзисторной индуктивной системе зажигания разрабатываются плазменные и лазерные системы зажигания, но вследствие высоких затрат на изготовление они пока не используются. Преимуществом лазерной системы зажигания является, в частности, гибкий выбор точки воспламенения рабочей смеси в камере сгорания, что осуществляется посредством фокусировки лазерного луча. Особое преимущество данная система представляет для бензиновых двигателей, в которых начало сгорания рабочей смеси инициируется в струе впрыскиваемого топлива. При этом задержка воспламенения незначительна, в результате повышается коэффициент полезного действия двигателя и снижается уровень вредных примесей в отработавших газах.
При использовании в спортивных соревнованиях высокофорсированных двигателей приходится сталкиваться с сильным загрязнением маслом и нагаром основания изоляторов свечей зажигания. В этом случае часто используют высоковольтную конденсаторную систему зажигания, схематическое устройство которой представлено на рисунке.
Рис. Высоковольтная конденсаторная система зажигания
Здесь функцию аккумулятора энергии выполняет конденсатор, который разряжается через первичную обмотку, при этом во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение. Трансформатор высокого напряжения работает быстро и с малыми потерями. По сравнению с транзисторной индуктивной системой зажигания здесь повышение вторичного напряжения на порядок выше, около 3000 В/мкс — против 400 В/мкс. Вследствие значительно более быстрого повышения вторичного напряжения потери энергии на свече зажигания, которые могут возникнуть вследствие вышеупомянутых загрязнений, остаются незначительными.
Малая длительность индуктивной фазы искрового разряда, напротив, отрицательно влияет на воспламенение рабочей смеси с помощью высоковольтного конденсатора, в особенности, при неоднородной смеси; это может привести к перебоям в зажигании. Для решения данной проблемы можно использовать систему зажигания с переменным напряжением. В этом случае длительность искрового разряда увеличивается, при этом образуется колебательный контур из конденсатора и трансформатора высокого напряжения. После образования длительность искрового разряда поддерживается с помощью энергии, сохраненной во вторичной обмотке катушки зажигания, в то время как конденсатор вновь заряжается.
Рис. Длительность индуктивной фазы искрового разряда tF в высоковольтной конденсаторной (слева) и индуктивной (справа) системах зажигания
Спад напряжения во вторичной цепи высоковольтной конденсаторной системы зажигания с увеличением частоты вращения коленчатого вала в любом случае меньше, чем в индуктивной системе зажигания.
Можно подвести следующие итоги:
- Индуктивная система зажигания используется только в старых двигателях. Она была полностью вытеснена транзисторной индуктивной системой зажигания. Зажигание с помощью высоковольтного конденсатора используется только в особых случаях, например, когда следует опасаться перебоев искрообразования вследствие сильного загрязнения свечей зажигания.
- Полностью электронная транзисторная индуктивная система зажигания не требует обслуживания; момент искрообразования сохраняется без последующей регулировки.
- Полностью электронная транзисторная индуктивная система зажигания предоставляет возможность регулировки угла замкнутого состояния контактов, при котором напряжение во вторичной цепи системы зажигания остается всегда высоким независимо от частоты вращения коленчатого вала. При этом вырабатывается достаточно энергии, необходимой для воспламенения рабочей смеси. Вследствие этого даже бедные смеси бензина и воздуха хорошо воспламеняются.
Тиристорная или конденсаторная система зажигания.
Тиристорная система зажигания
Так как современные автомобильные двигатели стали более высокооборотными и отличаются высокой степенью сжатия, это налагает дополнительные требования на систему зажигания. В настоящее время получили распространения две различные системы зажигания – с накоплением энергии в индуктивности и с накоплением энергии в емкости. 
Первую из них называют индукторной или транзисторной, а вторую тиристорной или конденсаторной.
В автомобильных двигателях широкое применение нашли системы зажигания с накоплением электромагнитной энергии в магнитном поле катушки, использующие контактные или транзисторные прерыватели, но в некоторых случаях применение конденсаторной системы зажигания дает ощутимое преимущество.
В тиристорных системах зажигания энергия для искрового разряда накапливается в конденсаторе, а в качестве силового реле применяется тиристор. В этих системах катушка зажигания не накапливает энергию, а лишь преобразует ее, увеличивая напряжение во вторичной обмотке и уменьшая, соответственно, величину протекающего по ней тока. Электрическая мощность, равная произведению силы тока на напряжение, остается неизменной за вычетом потерь различного характера.
Тиристор - это полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния:
- закрытое состояние - состояние низкой проводимости;
- открытое состояние - состояние высокой проводимости.
Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров (трехпереходной структуры) - управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, или (для двухпереходной структуры) где открывание тиристора происходит, если разность потенциалов между его выводами превышает напряжение пробоя. Также тиристоры применяются в переключающих устройствах.
Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. По проводимости различают тиристоры, проводящие ток в одном направлении, и тиристоры, проводящие ток в двух направлениях (симисторы, симметричные динисторы). Условно тиристор можно рассматривать как соединение p-n-p транзистора с n-p-n транзистором, причём коллектор каждого из них соединён с базой другого.
Характерной особенностью тиристорных систем зажигания является высокая скорость нарастания вторичного напряжения, поэтому пробой искрового промежутка свечи зажигания надежно обеспечивается даже при загрязненном и покрытом нагаром изоляторе. Кроме того, в тиристорных системах величина вторичного напряжения может быть практически постоянной при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя до максимальной величины, т.к. конденсатор успевает полностью зарядиться на всех режимах работы двигателя.
Однако тиристорные системы зажигания имеют сравнительно малую продолжительность индуктивной составляющей искрового разряда (не более 300 мкс), что приводит к ухудшению воспламеняемости и сгорания рабочей смеси в цилиндрах двигателя на режимах частичных нагрузок. Система зажигания с накоплением энергии в емкости применяются на газовых и высокооборотных мотоциклетных двигателях, для которых не критична продолжительность искрового разряда.
***
Типы тиристорных систем зажигания
В системах зажигания с накоплением энергии в электростатическом поле конденсатора функцию электронного реле выполняют тиристоры, управляемые контактным или бесконтактнымпрерывателем, поэтому такие системы называют контактно-тиристорными или бесконтактно-тиристорными. В основе работы бесконтактных систем лежат те же принципы, что и в бесконтактных системах зажигания с индуктивными накопителями. Различают тиристорные системы зажигания с импульсным и с непрерывным накоплением энергии в электростатическом поле конденсатора. Ниже рассмотрены особенности работы тиристорных систем такого типа.
Система с непрерывным накоплением энергии (рис. 1, а) содержит двухтактный преобразователь напряжения, состоящий из двух транзисторов VT1 и VT2, трансформатора Т1, резисторов R2 и R3 и конденсатора С1. Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой (диоды VD1 и VD2) служит для выпрямления выходного напряжения преобразователя. Выпрямитель нагружен накопительным конденсатором С2, параллельно которому подключен резистор R4. Тиристор VS прерывает ток в первичной обмотке L1 катушки зажигания (трансформатор Т2). Управление тиристором осуществляется контактным S2 синхронизатором момента зажигания.
При замыкании контактов S1 выключателя зажигания срабатывает двухтактный преобразователь напряжения. На выводах вторичной обмотки L2 трансформатора Т1 появляется переменное напряжение прямоугольной формы с амплитудой 200...500 В. Выпрямленное постоянное напряжение подается на заряд накопительного конденсатора С2, если контакты S2 синхронизатора момента зажигания замкнуты. Тиристор находится в закрытом состоянии, так как его цепь управления шунтирована замкнутыми контактами S2 синхронизатора.
В момент размыкания контактов S2 синхронизатора напряжение от аккумуляторной батареи GB подается через резистор R1 к управляющему электроду тиристора VS. Через открытый тиристор происходит разряд конденсатора С2 на первичную обмотку L1 катушки зажигания Т2, вследствие чего в ее вторичной обмотке L2 индуктируется высокая ЭДС. При соответствующем подборе параметров элементов рассмотренной системы зажигания можно на всех режимах работы двигателя обеспечить полный заряд конденсатора и получить практически не зависящее от частоты вращения коленчатого вала двигателя вторичное напряжение. Цепочка C1—R2 обеспечивает надежный пуск транзисторного преобразователя.
В системе с импульсным накоплением энергии (рис. 1, б) при замыкании контактов S1 выключателя зажигания и размыкания контактов S2 синхронизатора момента зажигания на базу транзистора VT подается положительный импульс напряжения от аккумуляторной батареи GB. Транзистор переходит в состояние насыщения, пропуская через эмиттер-коллекторный переход и первичную обмотку L1 трансформатора ток, создающий магнитное поле в трансформаторе. В момент замыкания контактов S2 синхронизатора цепь базы транзистора замыкается накоротко, транзистор переходит в состояние отсечки, ток в обмотке L1 трансформатора исчезает, а во вторичной обмотке индуктируется высокая ЭДС. В это время замкнутые контакты S2 синхронизатора шунтируют цепь управления тиристором. Тиристор закрыт, а конденсатор С через диод VD1 заряжается до напряжения 200...400 В.
При следующем замыкании контактов S2 синхронизатора к управляющему электроду тиристора через резисторы Rд, Rl, R3 подается напряжение от аккумуляторной батареи. Тиристор открывается. Ток разряда конденсатора проходит через первичную обмотку L1 катушки трансформатора и на выводах вторичной обмотки появляется импульс высокого напряжения, подаваемого на свечу зажигания.
В системах зажигания с накоплением энергии в электростатическом поле конденсатора обеспечивается более высокая скорость нарастания вторичного напряжения, что делает ее менее чувствительной к наличию шунтирующих резисторов и нагару свечей зажигания. Однако вследствие высокой скорости роста вторичного напряжения возрастает напряжение пробоя по сравнению с системами с накоплением энергии в магнитном поле. Кроме того, из-за сокращения длительности индуктивной составляющей искрового разряда ухудшаются воспламенение и сгорание топливовоздушной смеси при пуске двигателя и работе его на режимах частичных нагрузок.
Системы с импульсным накоплением энергии имеют максимальную скорость нарастания высокого напряжения. Но длительность индуктивной составляющей искрового разряда в свечах уменьшена от единиц миллисекунд (в системах с накоплением энергии в индуктивности) до десятков или сотен микросекунд. Это ухудшает воспламенение и сгорание рабочей смеси на средних нагрузках и, следовательно, приводит к повышению расхода топлива и токсичности отработавших газов. Для устранения указанных недостатков надо корректировать устройства опережения зажигания и увеличивать зазор в свечах до 1,2...1,5 мм, что приводит к дальнейшему возрастанию вторичного напряжения и напряженной работе изолирующих частей высоковольтной системы.
***
Контактно-транзисторная система зажигания
k-a-t.ru
Тиристорные системы зажигания | Система зажигания
В системах зажигания с накоплением энергии в электростатическом поле конденсатора функцию электронного реле выполняют тиристоры, управляемые контактным прерывателем, поэтому такие системы называют контактно-тиристорными. Известны системы с импульсным и с непрерывным накоплением энергии в электростатическом поле.
Система с непрерывным накоплением энергии содержит двухтактный преобразователь напряжения, состоящий из двух транзисторов VT1 и VT2, трансформатора Т1, резисторов R2 и R3 и конденсатора С1. Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой (диоды VD1 и VD2) служит для выпрямления выходного напряжения преобразователя. Выпрямитель нагружен накопительным конденсатором С2, параллельно которому подключен резистор R4. Тиристор VS прерывает ток в первичной обмотке L1 катушки зажигания (трансформатор Т2). Управление тиристором осуществляется контактным S2 синхронизатором момента зажигания.
Рис. Тиристорная система зажигания с непрерывным накоплением энергии в электростатическом поле конденсатора
При замыкании контактов S1 выключателя зажигания срабатывает двухтактный преобразователь напряжения. На выводах вторичной обмотки L2 трансформатора Т1 появляется переменное напряжение прямоугольной формы с амплитудой 200—500 В. Выпрямленное постоянное напряжение подается на заряд накопительного конденсатора С2, если контакты S2 синхронизатора момента зажигания замкнуты. Тиристор находится в закрытом состоянии, так как его цепь управления шунтирована замкнутыми контактами S2 синхронизатора.
В момент размыкания контактов S2 синхронизатора напряжение от аккумуляторной батареи GB подается через резистор R1 к управляющему электроду тиристора VS. Через открытый тиристор происходит разряд конденсатора С2 на первичную обмотку L1 катушки зажигания Т2, вследствие чего в ее вторичной обмотке L2 индуктируется высокая ЭДС. При соответствующем подборе параметров элементов рассмотренной системы зажигания можно на всех режимах работы двигателя обеспечить полный заряд конденсатора и получить практически не зависящее от частоты вращения коленчатого вала двигателя вторичное напряжение. Цепочка C1—R2 обеспечивает надежный пуск транзисторного преобразователя.
В системе с импульсным накоплением энергии при замыкании контактов S1 выключателя зажигания и размыкания контактов S2 синхронизатора момента зажигания на базу транзистора VT подается положительный импульс напряжения от аккумуляторной батареи GB. Транзистор переходит в состояние насыщения, пропуская через эмиттер-коллекторный переход и первичную обмотку L1 трансформатора ток, создающий магнитное поле в трансформаторе. В момент замыкания контактов S2 синхронизатора цепь базы транзистора КГ замыкается накоротко, транзистор переходит в состояние отсечки, ток в обмотке L1трансформатора исчезает, а во вторичной обмотке индуктируется высокая ЭДС. В это время замкнутые контакты S2 синхронизатора шунтируют цепь управления тиристором. Тиристор закрыт, а конденсатор С через диод VD1 заряжается до напряжения 200—400 В.
Рис. Тиристорная система зажигания с импульсным накоплением энергии в электростатическом поле конденсатора
При следующем замыкании контактов S2 синхронизатора к управляющему электроду тиристора через резисторы Ra, Rl, R3 подается напряжение от аккумуляторной батареи. Тиристор открывается. Ток разряда конденсатора проходит через первичную обмотку L1 катушки трансформатора и на выводах вторичной обмотки появляется импульс высокого напряжения, подаваемого на свечу зажигания.
В системах зажигания с накоплением энергии в электростатическом поле конденсатора обеспечивается более высокая скорость нарастания вторичного напряжения, что делает ее менее чувствительной к наличию шунтирующих резисторов нагара свечей зажигания. Однако вследствие высокой скорости роста вторичного напряжения возрастает напряжение пробоя по сравнению с системами с накоплением энергии в магнитном поле. Кроме того, из-за сокращения длительности индуктивной составляющей искрового разряда ухудшаются воспламенение и сгорание топливовоздушной смеси при пуске двигателя и работе его на режимах частичных нагрузок.
ustroistvo-avtomobilya.ru
| Смирнов Владимир Фёдорович Россия, Тверская обл., г. Кимры E-mail: [email protected] Web-sait: smirnov.ucoz.comПри пуске холодного двигателя перед искрообразованием свечи успевают покрыться слоем жидкого диэлектрика — маслянно-бензиновой плёнкой, загрязнённой водой, сажей, молекулами остаточных и атмосферных газов. Чем ниже температура двигателя и выше степень сжатия топливной смеси — толще плёнка. Выступы электродов свечи, имеющие малые радиусы кривизны, под слоем жидкого диэлектрика перестают влиять на снижение пробивного напряжения. Когда свечи «залило», пробоя не происходит вовсе. Это указывает на превалирующее влияние жидкого диэлектрика. В момент искрообразования в искровом зазоре свечи катушкой зажигания (КЗ), возбуждается электрическое поле, которое неоднородно. Если его напряжённость вблизи выступов электродов с малым радиусом кривизны превышает пороговый уровень, то с этих выступов возникает самостоятельный электрический разряд, начинающийся тёмным разрядом, переходящим в коронный, ток которого должен сначала пробить плёнку жидкого диэлектрика. Немалую роль при этом играют токопроводящие загрязнения в жидком диэлектрике, создающие повышенные значения токов проводимости. В большинстве теорий [1, с. 83]:«...пробой жидких диэлектриков рассматривается как тепловой процесс, в результате которого в слое жидкого диэлектрика образуются газовые или паровые каналы... При критических значениях напряжённости электрического поля в газовых и паровых каналах начинает развиваться процесс ударной ионизации газа, завершающийся пробоем.». После этого между электродами свечи возникает искровой, затем тлеющий, а если тока достаточно, то и дуговой разряд.
По мере прогрева двигателя плёнка из жидкого диэлектрика начинает истончаться и деградировать до полного исчезновения — стандартная модель становится неприменимой. Двигатель переходит в нормальный рабочий режим, при этом [2. c. 121]: «Мощный тепловой толчок, вызывающий ускорение процессов, приводящих к образованию очага сгорания, можно осуществить электрическим разрядом между электродами свечи зажигания при напряжении 8–15 кВ. При высоких температурах в канале или шнуре разряда (Т ≥10000) образуется очаг небольшого объёма. Это означает, что в данном объёме процессы прогрева, распада, ионизации молекул топлива и кислорода и воспламенения происходят столь быстро (через состояное плазмы), что укладываются в период разряда, длительность которого не превышает 10–20 мкс.».Таким образом, в нормальном рабочем режиме достаточна длительность разряда всего 10...20 микросекунд. Очевидно, что энергия разряда должна быть достаточной для создания первоначального очага сгорания, интенсивно инициирующего последующую цепную реакцию процесса воспламенения во всём объёме сжатой топливной смеси. Схожие данные приводят А. Курченко и А. Синельников [3, с. 60 ]: «Сравнительно малая длительность искрового разряда не является недостатком описываемой системы. Как показали исследования, в исправном и правильно рассчитанном двигателе после достижения нормального теплового режима воспламенение рабочей смеси происходит в течение 10...15 мкс, и искровой разряд длительностью свыше 1 мс, имеющий место в батарейной или транзисторной системах зажигания, бесполезен и вызывает лишь эрозию электродов свечей, сокращая их срок службы. Искра длительностью 1,0 мс и более может оказаться полезной лишь при пуске двигателя на переобогащённой смеси, как горячего, так и холодного.». Альтернативный путь. В стандартной модели на участке от 1 мс до10 мкс сокращение времени пробоя жидкого диэлектрика можно объяснить тем, что мощность коронного разряда находится в квадратичной зависимости от приложенного напряжения. К началу 90-х у меня возникла новая концепция (от лат. conceptio — понимание, система) конденсаторно-тиристорного зажигания, основанная на следующих постулатах:
Пиковая мощность — наибольшее мгновенное значение мощности разряда. В конденсаторно-тиристорном зажигании наибольшее значение пиковой мощности приходится на самые важные — первые 10...20 мкс начала искрообразования, причём данное достоинство естественным образом следует из его принципа действия. По мере разряда конденсатора мгновенная мощность уменьшается. Пиковая мощность разряда — наиважнейшая для высокооборотных и обычных двигателей характеристика зажигания в нормальном рабочем режиме. Импульсная мощность (мощность в импульсе) — среднее значение мощности за время длительности импульса. Данная характеристика важна в режиме запуска холодного двигателя для пробоя жидкого диэлектрика. В момент искрообразования открывается тиристор VS и закорачивает выход преобразователя, останавливая его работу. Заряженный конденсатор С5 подключается к первичной обмотке КЗ, образуя с её индуктивностью LC-контур ударного возбуждения, в котором на частоте резонанса зарядом конденсатора С5 возбуждаются затухающие косинусоидальные колебания. В повышающей обмотке КЗ эти колебания, частотой 2...10 кГц (зависит от КЗ), трансформируются в 100...400 раз большее напряжение, и трамблёром направляются свече того цилиндра, где должно произойти воспламенение сжатой топливно-воздушной смеси. В свече возникает искровой разряд. Энергия электрического поля конденсатора С5 тратится на воспламенение топливной смеси и преобразуется в энергию магнитного поля КЗ. В момент, когда конденсатор C5 полностью разрядится и напряжение на нём уменьшится до нуля ток в цепи достигнет наибольшего значения. Ввиду полного разряда конденсатора ток в цепи начинает уменьшаться, но не прекращается, так как согласно второму закону коммутации, ЭДС самоиндукции КЗ меняет знак и поддерживает прежнее значение тока. Источником энергии становится энергия магнитного поля КЗ, а конденсатор становится нагрузкой. Ток, проходя через разряженный конденсатор, начинает его заряжать. Поскольку направление тока осталось прежним, тиристор остаётся открытым, но полярность напряжения на конденсаторе меняется. По мере заряда конденсатора напряжение на нём возрастает, а ток в цепи убывает. Энергия магнитного поля КЗ уменьшается — она расходуется на поддержание искрового разряда и на заряд конденсатора. Когда ток в цепи станет меньше тока удержания, тиристор выключится. К этому моменту почти вся энергия магнитного поля, за минусом израсходованной на поддержание искрового разряда, запасается в электрическом поле конденсатора, напряжение на нём достигает максимума, но в противоположной полярности. Снова начинается разряд конденсатора, но направление разрядного тока меняется на противоположное. Теперь цепь LC-контура замыкает динамическое сопротивление открытых диодов VD4...VD7 моста — преобразователь всё ещё не работает. Когда конденсатор разрядится, динамическое сопротивление диодов моста увеличится, цепь LC-контура окончательно разорвётся — искрообразование закончится. Преобразователь запустится на рабочей частоте (18...32 кГц) и полностью зарядит ёмкость С5, после чего потребление тока уменьшится — преобразователь перейдёт в режим холостого хода до следующего искрообразования. Таким образом, в настоящем зажигании искрообразование происходит на протяжении первого периода колебаний LC-контура, а тиристор открыт только в первую 1/2 данного периода. О выборе тиристора. В преобразователе, когда тиристор открыт, возникает паразитная ВЧ-генерация. Воздействуя через ёмкость анод-управляющий электрод, она затем мешает тиристору закрыться когда ток в цепи станет меньше удерживающего. Необходим тиристор с наибольшим значением скорости изменения напряжения на аноде в закрытом состоянии. Для Т132-50-9-4 данный показатель — 200 В/мкс (у КУ202Н — всего 5 В/мкс). Чем больше последняя цифра — группа в обозначении — тем лучше. Например, группа 7 — 1000 В/мкс. В настоящей (альтернативной) системе CDI зажигания низкоомная КЗ имеет меньшую индуктивность первичной обмотки, а значит и меньшее характеристическое (волновое) сопротивление. Вследствие этого основные параметры энергии импульса преобразуются: повышается ток разряда, но сокращается длительность. Чтобы увеличить длительность, ёмкость С5 увеличена до 2 мкФ. Таким образом, заряженный до повышенного напряжения конденсатор С5, ёмкость которого увеличена, разряжается через малое характеристическое сопротивление низкоомной КЗ. В результате формируется искровой разряд повышенной энергии, имеющий оптимальную длительность и высокую импульсную и пиковую мощность. Очевидно, что при этом сохраняются и все другие важные достоинства конденсаторно-тиристорного CDI зажигания: рекордно высокая скорость нарастания высокого напряжения на свече, малая задержка искрообразования (для прогретого двигателя — единицы микросекунд) и крайне малая зависимость пиковой мощности искрового разряда от наличия токов утечки, вызванных проводимостью нагара на свечах, наличием грязи и паразитной ёмкостью высоковольтных проводов и КЗ. Устройство зимнего пуска двигателя — диод VD1 и конденсатор С1. При пуске холодного двигателя зимой стартёр может вызвать проседание напряжения аккумулятора до 6 В, напряжение на ёмкости С1 становится выше входного, диод VD1 закрывается, и начинается автономное питание устройства зарядом ёмкости С1. Величина ёмкости С1 должна быть десятки тысяч микрофарад, однако практика показала, что вполне достаточно 4700 мкФ. Транзисторный преобразователь напряжения — модернизированная схема Ройера работает на частоте около 32 кГц и гарантированно успевает зарядить при 6000 об/мин конденсатор C5 ёмкостью 2 мкФ до напряжения около 600 В, потребляя при этом ток не более 2,5 А. На низких оборотах напряжение ещё выше, а ток потребления около 0,7 А. Транзисторам необходимы радиаторы — алюминиевые пластины 80х80х3 мм, которые склеены торцами через изолятор цианоакриловым клеем и размещены в корпусе с отверстиями так, что для охлаждения воздухом открыты все поверхности. Схемотехника преобразователя с одной базовой обмоткой [4, рис. 17.5 ], коммутируемой диодами, выгодно отличается тем, что открытый коммутирующий диод работает как стабистор, предотвращая зенеровский пробой обратносмещённого перехода база-эмиттер закрытого транзистора, что повышает КПД. В схеме реализован нелинейный базовый резистор на лампе накаливания EL. В холодном состоянии сопротивление её нити до десяти раз меньше, чем в горячем. При начальном пуске величина базового тока выше, чем в рабочем режиме, и запуск характеризуется быстрым нарастанием неустойчивости, заканчивающейся автогенерацией прямоугольных колебаний. Лампа накаливания светится в 1/2 накала и является индикатором: работает преобразователь или нет. Зажигание устойчиво работает и на более 7000 об/мин, однако напряжение на конденсаторе начинает cнижаться. Повышенное напряжение обусловило выбор тиристора классом не менее 9 (900 В). Запуск тиристора осуществляется разрядом ёмкости С2 через негатрон — фототранзистор оптрона U1, работающий в лавинном режиме [5, с. 189-192]. Параметры зарядной цепи R4, VD8 выбраны так, чтобы ограничение заряда ёмкости С2 наступало выше 8000 об/мин. VD8 — стабилизатор напряжения 51 В, а R4 — источник тока. Данная схемотехника позволяет импульсно запускать любые тиристоры, обладает исключительно малой задержкой запуска, хорошей температурной стабильностью, высокой чувствительностью к запуску, оптическим разделением цепей входа и выхода, причём — сверхэкономно. Универсальность настоящего конденсаторно-тиристорного CDI электронного зажигания — возможность работы как от прерывателя, так и от автомобильного датчика Холла. При размыкании контактов прерывателя времязадающая цепь R3, С4, R6 формирует токовый импульс для светодиода оптрона U1, заряжающий ёмкость С4. При замыкании контактов ёмкость С4 разряжается через сопротивление резистора R6 — формируется защитный временной интервал от «дребезга». У автомобильного датчика Холла токовый импульс имеет отрицательную полярность, поэтому цепь: диод VD9 + светодиод необходимо подключить так, как изображено на схеме перемычками зелёного цвета. Необязательное тестирование осциллографом. Необходимо изготовить делитель напряжения 1/100 из 2 Вт резистора — 1 МОм и резистора 0,25 Вт — 10 кОм. Вход делителя подключают параллельно тиристору VS, а выход — к открытому входу осциллографа в режиме непрерывной развёртки. Вместо прерывателя подключают простейший самодельный тест-генератор прямоугольных импульсов с регулируемой частотой от единиц до 250-300 Гц, имитирующий прерыватель с помощью транзисторного ключа. Тест-генератору необходим металлический корпус-экран без щелей и короткий экранированный провод — выход. Внутри корпуса — должен быть RC-фильтр питания. К зажиганию подключить КЗ и свечу. Включаем осциллограф. При выключенном тест-генераторе подаём питание 13, 8 В на зажигание. Смотрим на нить лампы EL, если светится — преобразователь работает. Осциллограф должен показывать напряжение более 600 В. Теперь включаем тест-генератор. В свече должны появиться искровые разряды. Вращая ручку регулятора частоты тест-генератора надо убедиться, что до частоты 200 Гц напряжение на тиристоре (конденсаторе С5) перед искрообразованием имеет вершину на уровне более 600 В. При дальнейшем увеличении частоты длительность вершины будет уменьшаться, затем импульсы станут напоминать пилу — напряжение на ёмкости С5 станет уменьшаться. Теперь вместо свечи надо создать воздушный разрядный промежуток миллиметров в 10 и проверить на пробой во всём диапазоне частот. Постепенно зазор надо увеличивать до тех пор, пока не прекратится пробой. Так можно узнать длину искрового разряда на воздухе. Хорошую КЗ во время таких испытаний не пробъёт, а плохой — туда и дорога. Запомните производителя и в дальнейшем игнорируйте его КЗ. Длина искрового разряда на воздухе раз в 11 превышает его длину в сжатой топливной смеси, причём чем выше степень сжатия — тем в большее. Таким образом можно оценить максимум зазора в свече, который можно установить. Ток через тиристор во время искрообразования. Осциллографом измеряем период Т колебаний LC-контура ударного возбуждения. Характеристическое сопротивление LC-контура определяется выражением: ρ = Т/2πС. Величину тока находим с помощью закона Ома: I = U/ρ = U2πC/T, где U = 600 В, С — ёмкость конденсатора С5 = 2мкФ, а 2π = 6,28. При Т = 100 мкс — ток около 75 А. На частоте искрообразования 200 Гц время открытого состояния тиристора как минимум в 25 раз меньше закрытого, что даёт средний ток всего 3 А. Тиристор Т132-50-9-4 имеет допустимый средний ток в открытом состоянии 50 А, что обеспечивает многократную параметрическую избыточность и надёжность. Настоящее конденсаторно-тиристорное CDI зажигания — разработка 90-х. Неоднократно оно демонстрировало чудеса — после установки на дымящий автомобиль, не только исчезал дым, но и показатель СО оказывался ниже нормы. Устройство обладает высокой надёжностью, так как каждый из его компонентов используется в комфортной для него области безопасной работы. Из-за высокого уровня импульсных помех в мировом автопроме сложилось негативное отношение к конденсаторно-тиристорным CDI системам электронного зажигания. Их используют исключительно на гоночных автомобилях или на некоторых лодочных моторах. Обязательно соблюдайте правила техники электробезопасности, так как в устройстве имеются крайне опасные напряжения! Литература
Лучшее чтиво по зажиганиям: http://www.academia-moscow.ru/off-line/_books/fragment_18454.pdf |
На графике представлена [1, рис. 3.20 ] зависимость времени пробоя жидкого диэлектрика от высокого напряжения. Как видим, при времени воздействия электрического поля более 1 мс напряжение пробоя резко уменьшается. Данное явление, обусловленное ростом числа ионных лавин, послужило стимулом к созданию систем конденсаторного многоискрового AEM зажигания.
Основное достоинство конденсаторно-тиристорного CDI зажигания определяется первым законом коммутации, утверждающим, что напряжение на конденсаторе не может измениться скачком. Теоретически конденсатор является источником ЭДС, имеющим нулевое внутреннее сопротивление, и способен создать в момент коммутации ток вплоть до бесконечности при нулевом сопротивлении нагрузки. smirnov.ucoz.com
Тиристорная (конденсаторная) система зажигания - АвтоЭлектрика Диагностика Ремонт ТО в Минске
В тиристорных системах зажигания энергия для искрового разряда накапливается в конденсаторе, поэтому их часто называют конденсаторными. В момент искрообразования конденсатор разряжается через тиристор и первичную обмотку катушки зажигания, и во вторичной обмотке индуктируется высокое напряжение.
Энергия Wc, накапливаемая в конденсаторе С1, зависит от его емкости и напряжения в квадрате (U2), подводимого к конденсатору:Wc = OU2/2.
Поэтому конденсатор заряжают до напряжения 300 + 400 В от бортовой сети 12 + 14 В, или другого источника повышенного напряжения через преобразователь напряжения П и выпрямитель В (смотри рисунок).
Время полного заряда накопительного конденсатора значительно меньше времени накопления энергии в индуктивности и может быть доведено до 2 мс. Оно зависит от мощности и выходного сопротивления преобразователя и емкости накопительного конденсатора. Время заряда конденсатора рассчитывается так, чтобы к моменту подачи следующей искры он был полностью заряжен. Это обеспечивает энергию искры постоянной во всем диапазоне частот искрообразования. Тиристоры менее чувствительны к повышенному напряжению, чем транзисторы. Тиристорные системы зажигания могут работать с катушкой контактной системы батарейного зажигания, максимальная величина ЭДС самоиндукции которой примерно соответствует зарядному напряжению накопительного конденсатора. Конденсатор прерывателя не влияет на работу тиристорной системы. Это позволяет в случае отказа ее быстро перейти на батарейную систему.
Высокое напряжение тиристорной системы зажигания нарастает примерно в десять раз быстрее,, чем в батарейной и контактно - транзисторной системах. Поэтому оно обеспечивает пробой искрового промежутка в свечах с загрязненными, покрытыми нагаром изоляторами. Но продолжительность разряда в искровом промежутке значительно меньше (около 300 мке), чем в системах с накоплением энергии в индуктивности (около 1 мс), так как частота колебаний контура накопительный конденсатор - первичная обмотка в тиристорной системе значительно выше.
Тиристорные системы зажигания по принципу действия делят на две группы: с импульсным непрерывным (многоимпульсным) и одноимпульсным накоплением энергии в емкости.
В импульсных системах конденсатор заряжается одним импульсом прямоугольной формы до конечного напряжения, а затем наступает пауза до момента его разряда В схемах с непрерывным накоплением энергии конденсатор заряжается многочисленными прерывистыми импульсами напряжения.
Системы с импульсным накоплением позволяют простыми средствами стабилизировать напряжение заряда накопительного конденсатора, т. е. сделать его независящим от изменений напряжения питания и других дестабилизирующих факторов. Однако при малой пусковой частоте вращения вала двигателя в этих системах, вследствие увеличения времени паузы, накопительный конденсатор к моменту искрообразования успевает несколько разрядиться, и напряжение искрообразования уменьшается. Это налагает жесткие требования на значения токов утечки в элементах вторичной цепи - тиристоре, накопительном конденсаторе, выпрямительном диоде и является недостатком систем с импульсным накоплением.
Системы с непрерывным накоплением энергии свободны от указанного недостатка. Эти системы практически нечувствительны к утечкам в элементах вторичной цепи и обеспечивают независимость напряжения искрообразования от частоты вращения вала двигателя.
Принципиальная схема тиристорной системы зажигания с непрерывным накоплением энергии приведена на рисунке №2
Она включает в себя преобразователь П постоянного напряжения 12 ¦ 15 В в переменное 300 + 400 В с частотой около 500 Гц. выпрямитель переменного напряжения В, тиристор VD5, накопительный конденсатор С1, блок управления и катушку зажигания КЗ.
В качестве преобразователя напряжения может быть использован приведенный на схеме двухтактный преобразователь с самовозбуждением к трансформаторной связью, собранный по схеме с общим коллектором на транзисторах VTI, VT2, резисторах R1, R2, R3, R4 и трансформатоpeTI.
При включении зажигания напряжение бортовой сети подводится к средней точке обмотки трансформатора и коллекторам транзисторов. Возникает ток в двух параллельных цепях, который течет от средней точки трансформатора через его верхнюю половину, резисторы Rl, R3, транзистор VT1 и через нижнюю половину трансформатора, резисторы R2, R4, транзистор VT2. Вследствие разброса параметров транзисторов и резисторов тЪк в одной половине трансформатора (допустим, верхней) пойдет несколько больший, чем во второй (нижней). Это вызывает ускоренное отпирание одного транзистора (VT1) и запирание второго (VT2). В таком состоянии транзисторы находятся, пока магнитный поток в сердечнике трансформатора не достигнет насыщения. Происходящее при этом резкое замедление нарастания тока вызывает в обмотках трансформатора ЭДС противоположной полярности, которая переключает транзисторы: запирает VT1 и отпирает VT2. Транзисторы переключаются с частотой около 500 Гц, меняя направление тока в обмотке трансформатора, и на выходе трансформатора появляется переменное напряжение порядка 350 ¦ 400 В. Двухполупериодный выпрямитель на диодах VD2 + VD4 преобразует переменное напряжение в постоянное, которым заряжается конденсатор С1. В момент искрообразования по сигналу контактного или бесконтактного датчика с блока управления подается положительный импульс на управляющий электрод тиристора VD5. Тиристор открывается и конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки зажигания, а во вторичной обмотке индуктируется высокое напряжение.
Рассмотрим подробнее основные этапы работы системы: заряд накопительного конденсатора после переключения ключа VD5 в положение 1 (этап 1, рис 2) и процессы, происходящие после размыкания контактов прерывателя и переключения коммутатора VD5 в положение 2 (этап 2, рис. 3).
Этап 1. Согласно схеме замещения (рис. 2) цепь, состоящая из накопительного конденсатора С1, резистора Rвн, сопротивление которого равно внутреннему сопротивлению преобразователя, и резистора Rут, сопротивление которого равно результирующему сопротивлению утечки во вторичной цепи, с помощью коммутатора VD5 подключается к источнику постоянного напряжения Ub, которым является преобразователь.
Напряжение на конденсаторе возрастает по экспоненциальному закону:
Где 
постоянная времени цепи заряда конденсатора.
Как правило, Rут > Rвн (в противном случае, как будет показано ниже, система вообще не работоспособна), и напряжение на накопительном конденсаторе через время t« ЗТ = 3Rbm • С1 практически достигает установившегося значения Ub.Энергия, запасенная в электрическом поле конденсатора, при этом равна: We1=C1*U2в/2
Необходимым условием нормальной работы системы является полный заряд конденсатора С1 до напряжения Ub, за время между двумя искрами при максимальной частоте вращения вала двигателя.Учитывая, что конденсатор в схеме рис. 1 начинает заряжаться лишь после замыкания контактов прерывателя, и считая скважность работы прерывателя равной 2, это условие для четырехтактного двигателя будет иметь вид:
где z - число цилиндров двигателя; Nmax - максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин. Для двухтактного двигателя числитель правой части должен быть равен 10. Так, если емкость накопительного конденсатора CI = 1 мкФ, двигатель четырехтактный четырехцилиндровый, имеющий максимальную частоту вращения коленчатого вала птах = 6000 об/мин, то Т< 0,83 мс, и внутреннее сопротивление преобразователя не должно превышать:
Рассмотрим подробнее влияние сопротивления утечки Ryr на работу системы. Сопротивление утечки в основном определяется током утечки тиристора, используемого в качестве коммутатора. Максимальное значение юка утечки имеют тиристоры типа КУ202М (Н): до 10 мА при напряжении 400 В. Сопротивление утечки в этом случае равно:
Таким образом, условие Ryr > Rвн выполняется даже и в этом крайнем случае, и, следовательно, влиянием сопротивления утечки в системах с непрерывным накоплением энергии можно пренебречь. Тем более, что в действительности ток утечки у подавляющего большинства тиристоров этого типа не превышает0,2 + 0,3 мА.
В случае же, если сопротивление утечки по каким-либо причинам станет соизмеримым с внутренним сопротивлением преобразователя, то напряжение заряда накопительного конденсатора резко уменьшится и система станет неработоспособной. Энергия преобразователя будет в основном расходоваться в паразитных цепях утечки.
На практике выполнение условия: о полном заряде конденсатора С1 до напряжения Ub, за время между двумя искрами при максимальной частоте вращения вала двигателя, не встречает затруднений. Задавшись определенной энергией Wcl и выбрав значение выходного напряжения преобразователя Ub, из выражения: С1 = 2 • Wct/U в - определяют емкость накопительного конденсатора. Внутреннее сопротивление преобразователя Rbh определяется его мощностью. Чем больше мощность преобразователя, тем меньше его внутреннее сопротивление.
Применяя достаточно мощный преобразователь, можно добиться того, чтобы энергия Wcl, а значит, и вторичное напряжение, были постоянными вплоть до самой высокой частоты вращения коленчатого вала двигателя. Что же касается малой частоты вращения, то очевидно, что если накопительный конденсатор успел зарядиться до напряжения Ub при максимальной частоте вращения, он тем более успеет зарядиться до этого напряжения при малой частоте вращения коленчатого вала.
Этап 2. Подключение заряженного накопительного конденсатора С1 к первичной обмотке катушки зажигания.
На рис. 3дана упрощенная схема замещения для второго этапа рабочего процесса.
При ее составлении и анализе приняты следующие допущения: гальваническая связь между обмотками катушки зажигания устранена, искровой контакт распределителя заменен скользящим, распределенные емкости вторичной цепи заменены одной сосредоточенной емкостью С1, активные сопротивления обмоток катушки зажигания равны нулю, коэффициент связи между обмотками равен единице, шунтирование вторичной цепи отсутствует.
Согласно схеме замещения после размыкания контактов прерывателя и переключения коммутатора VD5 в положение 2 в первичной цепи образуется колебательный контур, состоящий из индуктивности L1 первичной обмотки W1 катушки зажигания и суммы емкостей накопительного конденсатора CI и вторичной цепи C2- (W2/W1), приведенной к первичной. Поскольку до коммутации конденсатор С1 был заряжен, после нее в первичном контуре возникают собственные затухающие колебания, частота которых (без учета процессов во вторичной цепи) равна:
Вследствие того, что в момент коммутации параллельно накопительному конденсатору подключается емкость С2 • (W2AV1), напряжение на накопительном конденсаторе уменьшается, и максимум первичного напряжения, определенный из условий сохранения заряда, будет равен:
Очевидно, что если Ulmax является максимумом первичного напряжения, то максимум вторичного напряжения определится выражением:
Из этого выражения следует, что, выбрав соответствующим образом емкость накопительного конденсатора С1 так, чтобы CI > С2 • {W2/W1), можно добиться малой зависимости вторичного напряжения U2max от значения емкости С2, что принципиально невозможно в классической системе зажигания
Кроме того, в конденсаторной системе зажигания максимум вторичного напряжения мало зависит от значения сопротивления, шунтирующего вторичную цепь. Практика подтверждает, что конденсаторная система зажигания сохраняет работоспособность при низких значениях шунтирующего сопротивления, вплоть до 100 К. Это существенно снижает требования к уходу за свечами зажигания (их чистке, регулировке зазора и т. п.). Срок использования свечей может быть значительно увеличен, поскольку свечи, которые уже нельзя задействовать в классической системе зажигания, могут удовлетворительно работать в конденсаторной системе.
Это связано с тем, что в качестве коммутатора в конденсаторной системе зажигания обычно применяют тиристоры, время переключения которых, определяющее длительность фронта первичного напряжения, всего несколько микросекунд. Конечно, длительность фронта вторичного напряжения зависит, кроме того, от параметров катушки зажигания. Однако даже при применении катушек от классической системы зажигания, фронт импульса вторичного напряжения в конденсаторной системе получается значительно круче, чем в классической.
Очевидно, что потери энергии при конкретных значениях шунтирующего сопротивления и вторичного напряжения пропорциональны времени действия этого напряжения. Поэтому при крутом фронте за время, пока напряжение достигнет максимума, потери будут меньше, чем при пологом фронте. Этим и объясняется малая зависимость U2max в конденсаторной системе зажигания от сопротивления, шунтирующего вторичную цепь.
Схема с непрерывным накоплением энергии в конденсаторе отличается простотой, технологичностью и надежностью конструкции. Недостаток ее - зависимость энергии накопительного конденсатора от напряжения источника питания. Зимой, когда напряжение батареи при пуске снижается до 7 + 8 В, конденсатор заряжается до напряжения около 190 В, накопленная энергия в нем снижается в 4 раза, и пуск затрудняется.
Конденсаторные системы с импульсным накоплением энергии в емкости позволяют иметь хорошую искру при уменьшении напряжения в бортовой сети до 6,5 В. Но эти системы сравнительно сложнее и дороже. К полупроводниковым приборам, применяемым в них, повышены требования в отношении токов утечки, которые должны быть не более 0,1 мА.
Всистемах с импульсным накоплением энергии, накопительный конденсатор заряжается одним мощным импульсом сразу же после окончания искрового разряда в свече зажигания. На рис. 4 приведена принципиальная схема конденсаторной системы зажигания с импульснымнакоплением энергии, а на рис. 5 временные диаграммы ее работы.
Схема включает в себя транзистор VT1, который работает в ключевом режиме, повышающий трансформатор Т1, накопительный конденсатор С1, два диода VDi, VD2, тиристор VD3 и катушку зажигания (КЗ).
При замкнутом выключателе зажигания S и в момент размыкания контактов прерывателя (ti), транзистор VTI переходит в состояние насыщения. Ток управления течет от батареи через резисторы Яд, RI и R2, базу и эмиттер транзистора на корпус автомобиля и"-" батареи. Транзистор проводит линейно - нарастающий ток первичной обмотки трансформатора Т1. В магнитном поле Tf накапливается энергия. По мере увеличения тока 16 в обмотке (01 увеличивается падение напряжения на резисторе R3. Это напряжение поступает на вход схемы управления и, когда ток достигает заданного значения 1р, ключи VT1 и VD3 по сигналу err схемы управления закрываются. Ток в обмотке 0)1 прекращается (Ь, рис. 5). Энергия,накопленная в магнитном поле трансформатора Т1, равная L1 • 1 р/2, где L1 индуктивность обмотки (01 трансформагора Т1, создает в его обмотках импульсы напряжения. Положительный импутьс с конца обмотки (02 (начала обмоток на рис. 4. обозначены точками) проходит через диод VD1 и заряжает накопительный конденсатор С1 до высокого напряжения 350 В (ts рис. 5). Диод VD 1 предотвращает разряд конденсатора С1 через обмотку 0)2 после окончания действия импульса.
Если считать, что энергия магнитного поля трансформатора Т1 преобразуется в энергию электрического поля конденсатора СI с коэффициентом полезного действия т|, то можно написать:
Таким образом, напряжение заряда накопительного конденсатора не зависит от напряжения питания, и при постоянных значениях т|, LI и CI определяется лишь током разрыва 1р.
Указанное свойство системы позволяет относительно простыми средствами получить стабилизированное вторичное напряжение. Для этого необходимо иметь схему управления со стабильным порогом срабатывания. Практическая реализация такой схемы не встречает затруднений.
В момент U контакты прерывателя замыкаются, что не оказывает влияния на работу системы.
В момент ts контакты прерывателя снова размыкаются, а ключи VT1 и VD3 открываются.
Ключ VT1 подключает обмотку С01 трансформатора Т1 к источнику питания и через нее снова начинает протекать линейно - нарастающий ток. Ключ S2.2 подключает заряженный до напряжения 350 В накопительный конденсатор к первичной обмотке WI катушки зажигания. Вовторичной обмотке W2 катушки зажигания индуцируется высокое напряжение, которое через распределитель поступает к свечам зажигания. Затем описанные процессы повторяются. В момент t6 ток в обмотке (01 трансформатора достигает заданного значения 1р, в момент t7 накопительный конденсатор снова заряжается. В момент U контакты прерывателя размыкаются и в свече зажигания происходит искровой разряд.
Между моментами окончания заряда накопительного конденсатора (b, t?, рис. 5) и моментами, когда конденсатор подключается к катушке зажигания (t5, ts) проходит интервал времени XI В течение этого времени накопительный конденсатор разряжается через обратные сопротивления диода VD 1, тиристора и свое собственное сопротивление изоляции, и напряжение на нем к моменту искрообразования уменьшается на AU. На рис. 5 пунктирной линией показан идеальный случай, когда утечек нет.
Чем ниже частота искрообразования и, следовательно, больше период Ти интервал XI, тем больше разрядится накопительный конденсатор и тем ниже будет напряжение искрообразования. При значительном токе утечки может случиться, что вторичное напряжение при малых пусковых частотах вращения вала двигателя упадет настолько, что окажется недостаточным для пробоя искрового промежутка свечи зажигания.
Определим допустимый ток утечки во вторичной цепи системы с импульсным накоплением энергии, при котором система остается работоспособной при самых малых пусковых частотах вращения вала двигателя, для которых XI = Т.
Количество электричества, первоначально запасенное в накопительном конденсаторе С1, составляет: Ql-Cl-UI.где С1- емкость накопительного конденсатора; U1 - первоначальное напряжение его заряда.
Суммарный ток утечки во вторичной цепи обозначим 1ут.Тогда количество электричества, потерянное накопительным конденсатором за время XI * Т, будет равно: AQ - 1ут- T = I)nr/F, где F - частота искрообразования.
Количество электричества, оставшееся в накопительном конденсаторе к моменту искро-образования, определим выражением; Q2=Q1 -AQ=C1 - 111 -Iyr/F, а напряжение U1 на накопительном конденсаторе, соответствующее этому количеству электричества, определится как: U2=Q2/C1 = U1 -Iyr/(F C1), и, следовательно, уменьшение напряжения к моменту искрообразования будет равно: ди = 1ут/ (F • С1).
Окончательное выражение для определения допустимого суммарного тока утечки 1ут, мА, для четырехтактного четырехцилиндрового двигателя будет иметь вид:1ут5п-С1 -U1 -у/3, где п - частота вращения вала двигателя, об/мин; у = 100 • AU/U1 - допустимое уменьшение напряжения искрообразования при частоте п, %; Ш - первоначальное напряжение заряда накопительного конденсатора, В; С1 - емкость накопительного конденсатора, мкФ.
Вкачестве примера, определим допустимое значение тока утечки для следующего практического случая, минимальная пусковая частота вращения вала двигателя п = 150 об/мин; емкость накопительного конденсатора CI = 1 мкФ; первоначальное напряжение на накопительном конденсаторе U1 = 350 В, а допустимое его уменьшение V = 15% (4U =52 В):\ут£ 150 -10 • 350 - 1S/3 = 0,26мА.
Как было указано выше, ток утечки тиристора типа КУ202М (Н) согласно его техническим условиям может достигать 10 мА, и несмотря на это такой тиристор работоспособен в системе с непрерывным накоплением энергии. Для системы же с импульсным накоплением такой тиристор непригоден. Даже если ток утечки тиристора будет равен 1 мА, то напряжение искрообразования при пусковой частоте вращения вала двигателя п = 150 об/мин уменьшится на 57%, т. е. к первичной обмотке катушки зажигания будет подводиться не 350 В, а всего 150 В, и система будет неработоспособна.
В связи с этим тиристоры для систем с импульсным накоплением энергии необходимо специально отбирать по току утечки. На практике, правда, это не встречает затруднений, так как у подавляющего большинства тиристоров - ток утечки составляет 0,2 + 0,3 мА.
Как и в системе с непрерывным накоплением энергии, в данном случае необходимым условием нормальной работы системы является также полный заряд накопительного конденсатора к моменту новообразования при максимальной частоте вращения вала двигателя.
Из рис5 видно, что время заряда накопительного конденсатора складывается из двух фаз - времени Т2 нарастания тока в обмотке (01 трансформатора Т1 и времени Тз непосредственного заряда конденсатора после разрыва тока. Ввиду того, что нарастание тока в обмотке (01 начинается одновременно с размыканием контактов прерывателя, условие нормальной работы системы с импульсным накоплением для четырехтактного двигателя будет иметь вид: Т2 + ТЗ < 120/Z • Птах, где г - число цилиндров; птах - максимальная частота вращения вала двигателя.
Сравнение этого условия с аналогичным для СЗ с непрерывным накоплением показывает, что оно менее жесткое, и на практике его выполнение не встречает затруднений.
Процессы, происходящие в момент размыкания контактов прерывателя и переключения ключа в положение 2, в системе с импульсным накоплением энергии не отличаются от аналогичных процессор в системе с непрерывным накоплением.
Системы с импульсным накоплением энергии имеют наибольшую скорость нарастания высокого напряжения. Но длительность индуктивной составляющей искрового разряда в свечах уменьшена от единиц миллисекунд (в системах с накоплением энергии в индуктивности) до десятков или сотен микросекунд. Это ухудшает воспламенение и сгорание рабочей смеси на средних нагрузках и, следовательно, приводит к повышению расхода топлива и токсичности отработавших газов. Для устранения указанных недостатков надо корректировать автоматы опережения зажигания и увеличивать зазор в свечах до 1,2 + 1,5 мм, что приводит к дальнейшему возрастанию вторичного напряжения и напряженной работе изолирующих частей высоковольтной системы.
elektrikavto.by
Конденсаторная система - зажигание - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3
Конденсаторная система - зажигание
Cтраница 3
В результате возникает разряд более высокой энергии и температуры, чем в обычных конденсаторных системах зажигания: длительность разряда увеличивается почти в 3 раза. Это обстоятельство положительно влияет на работу двигателя, уменьшая токсичность отработавших Газов и облегчая запуск горячего двигателя. [31]
По принципу действия приборы Искра-1, Искра-2, ПАЗ-2 и ПАЗ-3 относятся к конденсаторной системе зажигания с импульсным накоплением энергии. [32]
По принципу действия приборы Электроника, Электроника - М и Электроника - 1М относятся к конденсаторной системе зажигания с непрерывным накоплением энергии. [34]
Таким образом, принципиальный недостаток батарейной системы зажигания, заключающийся в снижении вторичного напряжения ( а значит, и энергии искрообразования) при малых и больших частотах вращения коленчатого вала двигателя, в конденсаторной системе зажигания полностью устраняется. [36]
Длительность искрового разряда ( искры) в описанных выше конденсаторных системах зажигания значительно меньше, чем в обычной батарейной или транзисторной системе. Это является преимуществом конденсаторной системы зажигания с точки зрения срока службы свечей, так как устраняется бесполезная эрозия их электродов. Однако при запуске холодного двигателя на переобогащенной смеси длинная искра может оказаться весьма полезной. [37]
Как показывают исследования [3], в исправном и правильно рассчитанном двигателе после достижения нормального теплового режима воспламенение рабочей смеси происходит в течение 10 - 15 мкс, и искра длительностью свыше 1000 мкс, имеющая место в батарейной системе зажигания [1], бесполезна и вызывает лишь эрозию электродов свечей, сокращая их срок службы. Срок службы свечей в конденсаторной системе зажигания поэтому увеличивается в несколько раз. [38]
Преобразователь ( рис. 12) при зазоре в свечах 1 1 - 1 2 мм заряжает ( подзаряжает) конденсаторы С3 и Ci ( суммарная емкость 1 мкФ) в течение 2 5 - 3 0 мс. Это означает, что описываемая конденсаторная система зажигания может нормально работать с четырехцилиндровым четырехтактным двигателем до 10000 об / мин коленчатого вала. [40]
В батарейной же системе зажигания нагрузка контактов индуктивная, а ток через контакты достигает 4 А. Поэтому можно утверждать, что в конденсаторной системе зажигания проблема сохранения контактов от эрозии полностью решена. Срок службы контактов определяется лишь их механическим износом; применение вольфрама для изготовления контактов делается необязательным. [41]
Недостатком описанных конденсаторных систем зажигания является падение вторичного напряжения и энергии искрообразова-ния при уменьшении напряжения питания. При исправной аккумуляторной батарее и соответствующем масле в картере двигателя описанные выше конденсаторные системы зажигания обеспечивают уверенный запуск двигателя стартером в холодное время года при температуре до минус 15 С. [43]
Настоящее издание дополнено описанием новых конструкций: бесконтактных систем зажигания для автомобилей Волга и Москвич-412, электронной системы зажигания со стабилизированным вторичным напряжением, реле-регулятора генератора постоянного тока и регулятора напряжения генератора переменно го тока, автомобильного стробоскопа и тахометра. Приведено описание улучшенной схемы электронногб сторожа. Глава Некоторые усовершенствования конденсаторной системы зажигания дополнена новыми схемами и рекомендациями. [44]
Индуктивность первичной обмотки катушки зажигания и накопительные конденсаторы, соединенные между собой через переключившийся тиристор, образуют колебательный контур, в котором возникают затухающие электрические колебания. Через четверть периода ( примерно через 60 мкс) напряжение на первичной обмотке катушки зажигания делается равным нулю ( tz на рис. 31) и затем меняет свой знак1, тиристор выключается и колебательный контур разрушается. В результате возникает дуга более высокой энергии и температуры, чем в обычных конденсаторных системах зажигания: длительность дугового разряда увеличивается почти в 3 раза. Это обстоятельство положительно влияет на работу двигателя ( особенно при частичных нагрузках), уменьшая токсичность выхлопных газов, и, кроме того, облегчает запуск прогретого двигателя на богатой смеси. [45]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
Конденсаторная система зажигания | Система зажигания
Система зажигания, использующая разряд конденсатора (capacitor discharge ignition — CDT), была в эксплуатации много лет на некоторых моделях Porsche 911 и Ferrari.
Рис. Конденсаторная система зажигания (CDT)
На рисунке показана блок-схема конденсаторной системы зажигания. Она работает от напряжения постоянного тока приблизительно в 400 В, получаемого от генератора колебаний, трансформатора и выпрямителя. Это высокое напряжение используется для заряда конденсатора. В момент зажигания конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки зажигания, обычно при помощи тиристора. Быстрый разряд через первичную обмотку создает очень высокое выходное напряжение на вторичной обмотке. Это напряжение имеет значительно меньшее время нарастания по сравнению с обычными системами. Как правило, скорость нарастания напряжения для конденсаторной системы зажигания составляет 3-10 кВ/мкс по сравнению с индуктивной системой, которая дает только 300-500 В/мкс. Очень быстрое повышение и уровень высокого напряжения гарантируют, что искру даст даже закопченная или загрязненная маслом свеча. Недостаток, однако, заключается в том, что длительность искры будет настолько мала, что может вызвать проблемы, особенно в период запуска двигателя. Часто этот недостаток преодолевают средствами многоискрового зажигания. С другой стороны, при использовании метода прямого зажигания (одна катушка для каждой свечи) продолжительность искры вполне приемлема.
ustroistvo-avtomobilya.ru
