З АСЕДАНИЕУже более полувека на автомобилях применяется батарейная система зажигания, состоящая из катушки зажигания, прерывателя и конденсатора. Современные двигатели коренным образом отличаются от тех, что стояли на автомобилях 50 лет назад. Они высокооборотные и имеют высокую степень сжатия, В связи с этим в последнее время иу нас в стране и за границей делаются попытки усовершенствовать батарейную систему зажигания. Многие специалисты предлагали разгрузить контакты прерывателя, включая в цепь специальный транзистор, коллектор которого подключается к обмотке катушки зажигания.С ОРОКОВОЕБлагодаря успехам электронной промышленности в разработке новых полупроводниковых приборов — кремниевых триодиых тиристоров — появилась возможность создать принципиально иную систему зажигания. Энергия искрообразования здесь накапливается не в катушке зажигания, а в специальном конденсаторе, который затем подключается к катушке при помощи кремниевых триодиых тиристоров. На сегодняшнем заседании о тиристорной системе зажигания рассказывают инженер А. X. СИНЕЛЬНИКОВ и механик В. Ф. НЕМЦЕВ. Прибор, о котором пойдет речь, получил диплом 1-й степени на 19-й Московской городской выставке творчества радиолюбителей-конструкторов ДОСААФ.Все „ з а " т иристораПреимущество этой системы зажигания по сравнению с известными транзисторными в том, что она позволяет получить ббльшую энергию искрообразования без замены или переделки стандартной катушки зажигания. В обычных системах зажигания при постоянном напряжении аккумуляторной батареи энергия искрообразования целиком определяется параметрами катушки зажигания. В тиристорной же она определяется емкостью зарядного конденсатора и напряжением, до которого он ."наряжается. Кроме того, эта система значительно надежней, чем известные транзисторные системы зажигания, так как кремниевый триодный тиристор устойчиво работает в диапазоне температур от минус 60 до плюс 100 градусов. Поэтому блок конденсаторного зажигания с кремниевыми триодными тиристорами нет необходимости устанавливать в кабине автомобиля, что обязательно для транзисторных приборов. Его ставят под капотом рядом с катушкой зажигания. Это не требует замены или доработки какихлибо стандартных деталей и изменения монтажа. Конденсаторная система зажигания с кремниевыми триодными тиристорами (в дальнейшем они будут упоминаться в тексте сокращенно — КТТ) обеспечивает надежный пуск двигателя при частично разряженной или сульфатированной аккумуляторной батарее. Ведь при пуске тнристорная система потребляет от аккумуляторной батареи всего 0.5 а (транзисторная — в—8 а). По сравнению с известными транзисторными система с КТТ создает в несколько раз меньшую нагрузку на контакты прерывателя (около 200 ма), так как КТТ обладают несравнимо большим «коэффициентом усиления по току», чем современные германиевые или кремниевые транзисторы. К несомненным достоинствам системы с КТТ можно отнести и то. что ее можно установить как на автомобилях, где с «массой» соединен минус аккумуляторной батареи, так и на тех машинах, где на «массу» выведен плюс. А таких машин очень много. Основные характеристики конденсаторной системы зажигания с КТТ не ухудшаются и для 6-вольтового напряжения питания. Это открывает ей широкую дорогу для применения на мотоциклах, мотоколясках и катерах. Коэффициент полезного действия конденсаторной системы зажигания с КТТ в несколько раз больше, чем обычной батарейной или транзисторной систем. Система с КТТ разгружает катушку зажигания. устраняя ее бесполезный нагрев. Повышается надежность работы всей системы зажигания, появляется возможность изменить конструкцию катушки зажигания, значительно уменьшить ее габариты. Систему с КТТ можно легко изготовить в домашних условиях. Наладки или регулировки она не требует. Если входящие в нее элементы исправны и все соединения выполнены в соответствии с принципиальной электрической схемой, система начинает работать сразу.Чтопроисходит внутриКремниевый триодный тиристор — это полупроводниковый прибор, обладающий 'свойством обыкновенного переключателя. Чтобы переключить его на специальный управляющий электрод, надо подать положительное напряжение. Переключение происходит в течение нескольких микросекунд. Чтобы объяснить принцип работы конденсаторной системы зажигания, условно разделим схему (рис. 1) на четыре основные части. Преобразователь напряжения состоит из трансформатора ТР1, транзисторов Т1 и Т2, диодов Д1 , Д2, ДЗ и Д4 и резисторов Rl , R2, R3 и R4. Его назначение — преобразовать низкое напряжение аккумуляторной батареи (12 в) в высокое (400 в). Накопительные конденсаторы С2 и СЗ, как явствует уже из самого названия, служат для накопления энергии искрообразования. Бесконтактный переключатель, состоящий из кремниевых триодиых тиристоров Д6 и Д7 и резисторов R5 и R6, подключает накопительные конденсаторы к первичной обмотке катушки зажигания. А из диодов Д8, Д9, Д10 и Д12, конденсаторов С4 и С6, резисторов R8, R9, R10, R11 и R12 образуется цепь управления бесконтактным переключателем. Работает конденсаторная система зажигания следующим образом. Допустим, что в момент поворота ключа зажигания контакты прерывателя разомкнуты. При подаче напряжения питания 12 в на выходе преобразователя образуется напряжение 400 в, которое через первичную обмотку катушки зажигания заряжает конденсаторы С2 и СЗ. Кремниевые триодные тиристоры Д6 и Д7 закрыты, так как на их управляющие электроды положительное напряжение не подается. При замыкании контактов прерывателя конденсатор С4 заряжается через диоды Д11, Д8 и резистор R9 почти до полного напряжения аккумулятора. Резистор R9 создает задержку заряда конденсатора С4, что устраняет влияние«дребезга» контактов прерывателя в момент их замыкания. При размыкании контактов прерывателя конденсатор С4 разряжается через диод Д9, управляющий электрод тиристора Д7 и резисторы R11 и R12. На управляющий электрод тиристора Д7 подается положительное напряжение, и он переключается. Напряжение на конденсаторе С6 оказывается приложенным через резистор R8 к промежутку управляющий электрод — катод тиристора Д6, плюсом к управляющему электроду. Тиристор Д6 переключается. Первичная обмотка катушки зажигания подключается к заряженным до напряжения 400 в конденсаторам С2 и СЗ, напряжение на ней в течение нескольких микросекунд возрастает от 0 до 400 в. Нарастание напряжения на вторичной обмотке катушки зажигания запаздывает, искра возникает через 10—15 микросекунд после размыкания контактов прерывателя. Низкое сопротивление переключившихся тиристоров шунтирует преобразователь, и он прекращает работу. Резистор R10 и диод Д10 пропускают отрицательный импульс тока от катушки зажигания, который перезаряжает конденсатор С4, как только тиристоры переключатся. Тем самым снимается положительное смещение с управляющего электрода тиристора Д7 и исключается возможность его многократного переключения, когда контакты прерывателя разомкнуты. Благодаря цепочке R10 — Д10 положительное напряжение на управляющий электрод тиристора Д7 подается в виде короткого импульса (около 100 микросекунд). Это обеспечивает образование лишь одной искры после размыкания контактов прерывателя. Индуктивность первичной обмотки катушки зажигания, конденсаторы С2, СЗ и переключившиеся тиристоры Д6, Д7 образуют колебательный контур, в котором возникают затухающие колебания. Когда ток в контуре проходит через нуль, тиристоры выключаются, преобразователь снова начинает работать и через некоторое время заряжает конденсаторы С2 и СЗ до напряжения 400 в. Частота искрообразования зависит от числа цилиндров и оборотов двигателя. Для четырехтактного двигателя частота искрообразования равна: искр hNu F = * г сек. 120ТНРИСТОРНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯи- где: h — число оборотов в минуту; N -| — число цилиндров. Для двухтактного двигателя частота искрообразования будет вдвое больше. Преобразователь напряжения должен успеть зарядить конденсаторы С2 и СЗ за время между двумя искрами при максимальных оборотах двигателя. Например, если четырехцилиндровый четырехтактный двигатель развивает 6000 об/мин, то частота искрообразования равна 200 мокр/сек. Промежуток между двумя искрами составляет 0,005 секунды. За это время конденсаторы С2 и СЗ должны быть полностью заряжены, то есть система должна быть готова к образованию следующей искры. Это предъявляет особые требования к преобразователю напряжения: он должен быть достаточно мощным и иметь малое выходное сопротивление. Примененный в описываемой системе зажигания преобразователь заряжает конденсаторы С2 и СЗ (суммарной емкостью 1 мф) в течение 2 миллисекунд. Это означает, что описываемая конденсаторная система зажигания может работать с четырехцилиндровым четырехтактным двигателем, развивающим до 15 000 об/мин. Дальнейшее увеличение оборотов вызовет снижение мощности искрообразования, так как конденсаторы С2 и СЗ не успевают полностью зарядиться. С восьмицилиндровым двигателем система может работать до 7500 об/мин. Применение более мощного преобразователя напряжения обеспечит более быстрый заряд конденсаторов, устойчивую работу конденсаторной системы зажигания при более высоких оборотах двигателя. Зная время заряда конденсаторов С? и СЗ и число цилиндров, можно определить максимальное число оборотов четырехтактного двигателя, до которого конденсаторная система зажигания может работать нормально. -, 120 000 Цтах об/мин = ,ПtN„где: t — в ремя заряда конденсаторов С2 и СЗ, миллисекунды; 1Чц—число цилиндров двигателя. Для двухтактного двигателя это число будет вдвое меньше. Ток, потребляемый конденсаторной системой зажигания от аккумуляторной батареи, зависит от числа оборотов и количества цилиндров. Для четырехцилиндрового двигателя он меняется от 0,5 а, когда он остановлен и контакты прерывателя замкнуты, до 1,5а при 6000 об/мин. Система конденсаторного зажигания, схема которого приведена на рис. 1, рассчитана для автомобиля, где с массой соединен отрицательный полюс 12вольтовой аккумуляторной батареи. Для автомобилей, у которых с массой соединен плюс 12-вольтовой батареи, применяется схема конденсаторного зажигания, показанная на рис. 2. Р ис . 1. Электрическая схема для автомобиля с напряжением 12 ви «минусом на массу». Р ис . 2. Электрическая схема для автомобиля с напряжением 12 ви «плюсом на массу». Р ис . 3. Электрическая схема для автомобиля и мотоцикла с напряжением 6 вольт и «плюсом на массу». Р ис . 4. Электрическая схема для автомобиля и мотоцикла с напряжением в вольт и «минусом на массу». Работает эта схема аналогично вышеописанной, но имеет дополнительные де ­ тали: диод Д5и конденсатор О . К роме того, трансформатор TP1 имеет дополнительную обмотку — W 5. Схемы конденсаторного зажигания с кремниевыми триодными тиристорами для 6-вольтового напряжения питания приведены на рис. 3 и 4. Первая предназначена для применения на автомобилях, мотоциклах, катерах, где с массой соединен плюс 6-вольтовой аккумуляторной батареи, а вторая — где с массой соединен минус. В этих схемах по-другому подключены контакты прерывателя. Напряжения 6в недостаточно для надежного переключения кремниевого триодного тиристора. Поэтому последовательно с батареей и контактами прерывателя включен дополнительный 'источник напряжения — выпрямитель, состоящий из обмотки W5 трансформатора TP1, диода Д5и конденсатора С1 (рис. 3) или диода Д11 и конденсатора С5 (рис. 4). Благодаря этому конденсатор С4 заряжается до 16 — 1 8 в, обеспечивая надежное пере ­ ключение кремниевого триодного тиристора Д7в момент размыкания контактов прерывателя. К роме того, обмотка W2 трансформатора TP1 имеет иные моточные данные, а величины резисторов R1 , R2, R 3 , R 4 уменьшены. В остальном же эти схемы аналогичны предназначенным для 12-вольтового напряжения.Конструкция и деталиБлок конденсаторного зажигания мо ­ жет быть сконструирован самым различным образом. Это зависит от вкуса владельца и его возможностей. Но в любом случае необходимо выполнить несколько общих требований. Транзисторы Т1 и Т2 и диод Д11 должны иметь радиаторы охлаждения. Очень удобно для этой цели использовать непосредственно корпус блока. В блоках, предназначенных для автомобилей с минусом на массу, транзисторы Т1 и Т2 устанавливаются непосредственно на основании (на корпусе) без каких-либо изоляционных прокладок, так как коллектор этих транзисторов выведен на их корпуса. Для автомобилей, где плюс аккумуляторной батареи выведен на массу, корпуса транзисторов Т1 и Т2 должны быть изолированы от основания блока слюдяными или лавсановыми прокладками толщиной не более 50 мк. Диод Д11 должен быть изолирован от корпуса в обоих случаях. Если блок предназначен для работы с четырехцилиндровым двигателем, к рем ­ ниевые триодные тиристоры Д6иД7 можно устанавливать без радиаторов охлаждения, так как рассеиваемая ими мощность мала. Надо помнить, что ре ­ зисторы R11 иR12и трансформатор ТР1 во время работы нагреваются. П о ­ этому их не следует располагать вблизи транзисторов Т1 и Т2, тиристоров Д6иД7и диода Д5 . Конструктивно блок состоит из основания, печатной платы и крышки. Основание изготовлено из алюминиевого сплава, что обеспечивает хороший отвод тепла для расположенных на нем транзисторов Т1, Т2 и диода Д11 . Плата — из фольгированного гетенакса. На ней размещены остальные элементы блока: трансформатор, тиристоры, конденсаторы, резисторы и диоды. Она крепится к основанию на четырех стойках. Кожух блока стальной, крепится при помощи четырех винтов, вворачиваемых в стойки крепления платы. Для защиты печатной платы от пыли в специальный паз основания вставляется резиновая прокладка, к которой прижимаются края кожуха. Для подсоединения внешних цепей на основании имеются винтовые зажимы: три в блоке для автомобиля, где зазем ­ лен плюс аккумуляторной батареи, и четыре — для автомобиля, г де заземлен минус. Для крепления на машине в основании предусмотрены два отверстия. Блок крепится жестко, без каких-либо амортизаторов. Типы диодов, тиристоров и транзисторов, а также номиналы и «ваттность» резисторов, номиналы и рабочие напряжения конденсаторов указаны на схемах. Резисторы R1 , R 2 — типа УЛИ . М ож ­ но также применить самодельные, из манганиновой проволоки. Остальные ре ­ зисторы — М ЛТ . Конденсаторы Ои С5 — электролитические, ЭТО-1. Конденсаторы С2, СЗ и С4 — типа МБМ , конденсатор С6 — К40П-2Б. М ожно применить также другие резисторы и конденсаторы. Необходимо лишь, чтобы номинал соответствовал обозначенным на схеме, а «ваттность» и рабочее напряжение были не меньше обозначенных. Транзисторы П217Б можно заменить любыми мощными германиевыми транзисторами, рассчитанными на средний ток выше 2аи способными пропустить в импульсе не менее 5 а. Допустимое коллекторное напряжение должно быть не ниже 30 в. А таким требованиям отвечают транзисторы П4Б, П216, П216А-Д, П215, П214, П214А-Г, П213, П213А-Б, П210, П210А, П207, П208, П208А. Необходимо при этом иметь в виду, что размеры их различны. Наличие в блоке диодов Д223, Д226, Д202 иД210 объясняется стремлением уменьшить его габариты и повысить надежность. М ожно применить и другие диоды, например, все диоды типа Д226, При замене диодов следует руководствоваться данными таблицы 1и иметь в виду, что все диоды должны обязательно быть кремниевые. Кремниевые триодные тиристоры КУ 201К можно заменить другими тиристорами, и меющими аналогичные технические данные. ТАБЛИЦА 1 Параметры заменяющего диода Обозначение диодов на схеме максимальное обратное напряжение. в (не менее) максимальный прямой ток (среднее значение), ма (не менее) 300 10 15 50 5 50 300Если есть тиристоры с напряжением переключения больше 550 в, нет надобности ставить два тиристора последовательно. В этом случае устанавливают только один, на место Д7 , а его анод соединяют непосредственно с конденсаторами С2 и СЗ. Резисторы R5, R6, R8, конденсатор С6 и диод Д12 не ставят. Параллельно тиристору Д7 подключается резистор 300 ком1 ат. Данные трансформатора ТР1 для 12вольтового напряжения питания приведены в таблице 2. ТАБЛИЦА 2Во , К я Q) Ь СОС оgГ2sS оО to оо яр кW1W2W3W4W5£ о2 *5 ояМя 15 50+50 15 1660 50кПровода •ё ZЕSПЭВ-2 диаметром 0,3 мм ПЭВ-2 диаметром 1,0 мм ПЭВ-2 диаметром 0,3 мм ПЭЛШО диаметром 0,15—0,18 мм ПЭВ-2 диаметром 0,12 мм ТАБЛИЦА 3• аi оZ о ° s кm 10 35 + 35 10 1160 35о йgo а ggoW 1W2W3W4W5ПроводПЭВ-2 диаметром 0,3 мм ПЭВ-2 диаметром 1,0 мм ПЭВ-2 диаметром 0,3 мм ПЭВ-2 диаметром 0,2 мм ПЭВ-2 диаметром 0,12 ммД1. Д2, ДЗ.Д4 Д5 Д8 Д9 Д12 ДЮ Д11400 50 15 15 15 400 15Например, кремниевым триодным тиристором КУ201Л или силовыми крем ­ ниевыми управляемыми вентилями ВКУ-10 с соответствующими напряжениями переключения.Сердечник трасформатора — ленточный, тороидальный — О Л 25/40—12,5 (или 2 штуки ОЛ 25/40—6,5) из стали 3 — 3 30 . Толщина ленты 0,08 мм (внешний диаметр сердечника 40 мм , внутренний 25 мми высота 12,5 мм). При намотке трансформатора следует обратить особое внимание на тщательность выполнения обмотки W4." Для 6-вольтового напряжения питания обмотка W2 должна быть намотана двойным проводом ПЭВ-2 диаметр ом 1,0 мми иметь 24 + 24 витка. Остальные данные трансформатора остаются без изменения. М ожно применить и обычный Ш-образный сердечник из стали Э-44. Например, Ш - 1 6Х16 ( ж елезо Ш-16, толщина набора 16 мм). С этим сердечник ом для 12-вольтового напряжения питания трансформатор имеет данные, приводимые в таблице 3. О бмоткаW4между слоями должна иметь изоляцию из конденсаторной бумаги или лавсана. Для 6-вольтового. напряжения питания обмотку W2 наматывают двойным проводом ПЭВ-2 диаметром 1,0 (17 + + 17 витков). Остальные данные трансформатора остаются без изменения. При установке в схему следует обратить внимание на правильное подсоединение обмоток трансформатора ТР1; начала обмоток на схемах обозначены точками.•18-