Блок электронного зажигания для автомобиля ИЖ-2126-020.

 

Предлагаемый блок электронного зажигания был разработан для автомобилей ИЖ-2126-020 с двигателем УЗАМ 1.7. Возможность работать при пониженном напряжении аккумулятора без снижения энергии искры, а также малая чувствительность к состоянию свечей двигателя (нагар, замасливание) позволяют улучшить пуск двигателя при отрицательных температурах.  В блоке использован принцип многопериодной колебательной разрядки накопительного конденсатора на катушку зажигания. От блоков, работающих по такому же принципу  [1, 2], отличается более стабильной работой и высокой мощностью искры. Недостатки блоков [1, 2], указанные в [4], а также малая, по сравнению со схемами, использующими  принцип накопления энергии катушкой (прерыватель - транзисторный коммутатор – катушка зажигания), энергия получаемой искры  заставили разработать новый блок на базе более мощного преобразователя. На работу блока не влияют дребезг контактов прерывателя и помехи, возникающие в цепях питания при работе стартера и других мощных потребителей. Подключение блока не требует больших изменений в электропроводке автомобиля и не повлияет на работу тахометра [3] и экономайзера. При номинальном напряжении 14 В длительность искры с катушкой зажигания Б117А не менее 1,8 мс, на частоте вращения коленчатого вала 1000 мин^-1 , и 1,2 мс на частоте 6000 мин^-1 , максимальное напряжение на накопительном конденсаторе 380 В. Потребляемый ток при максимальной частоте искрообразования 200 Гц не более 3,5 А. На частоте искрообразования 30 Гц (900 мин^-1) сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания до 4,5 В.

 

 

Структурная схема блока изображена на рис. 1. При замкнутых контактах прерывателя включается преобразователь и происходит заряд накопительного конденсатора С5 и конденсатора схемы управления тиристорным оптроном С6. Преобразователь обладает большим запасом по мощности и малым временем запуска, конденсатор емкостью 2 мкФ заряжается от 0 В до 300 В за 2,5 мс. Увеличение емкости до 2 мкФ позволило получить большую длительность и энергию искры, чем в [1,2]. Максимальное напряжение 380 В ограничено цепью стабилизации. При размыкании контактов прерывателя преобразователь отключается, а накопительный конденсатор, через открывшейся тиристор оптрона, разряжается на первичную обмотку катушки зажигания. В контуре образованном катушкой зажигания и конденсатором С5 возникают затухающие колебания. Диод, шунтирующий тиристор, обеспечивает протекание тока в обратном направлении. Колебательный процесс продолжается около 2 мс пока тиристорный оптрон остается открыт током разряда конденсатора С6, а искровой разряд в свече длится до тех пор пока амплитуда колебаний  не станет ниже напряжения пробоя. Такое построение схемы позволяет гарантировано, независимо от параметров используемой катушки зажигания и состояния свечей, получить многопериодный колебательный разряд накопительного конденсатора [4]. В момент очередного замыкания прерывателя конденсаторы С5 и С6 разряжены, поэтому схема не чувствительна к дребезгу контактов. После замыкания прерывателя весь описанный процесс повторяется.

 

Преобразователь выполнен по схеме однотактного блокинг-генератора рис. 2. Когда контакты прерывателя замкнуты транзистор VT1 закрывается, транзисторы VT2 и VT3 открываются током проходящим через резисторы R6 и R7. В первичной обмотке I трансформатора Т1 появляется линейно нарастающий ток. ЭДС наведенная в обмотке  обратной связи II переводит транзисторы в состояние насыщения. При протекании тока по обмотке I трансформатора на вторичных обмотках этого трансформатора образуются напряжения, которые закрывают диоды VD4, VD6, и транзистор VT4. В сердечнике трансформатора накапливается энергия. Возрастающий ток коллектора транзистора VT3 протекает через резистор R11. Когда падение напряжения на нем достигнет величины 0,7…0,8 В (ток коллектора 14…16 А) транзистор VT1 открывается а транзисторы VT2 и VT3 начинают закрываться. При закрывании транзисторов полярность напряжений на обмотках трансформатора изменяется на обратную, диоды VD4, VD6, и транзистор VT4 открываются, происходит заряд конденсаторов С5 и С6. Изменение полярности напряжения обмотки I обратной связи приводит к быстрому закрытию транзисторов VT2, VT3 и удержанию их в таком состоянии. После того как накопленная в предыдущем полупериоде энергия будет израсходована, исчезнет закрывающее напряжение на обмотке обратной связи, транзисторы VT2, VT3 будут снова открыты и начнется следующий период работы блокинг-генератора.

 

Когда напряжение на конденсаторе С5 достигнет 320…350 В откроется стабилитрон VD7, ток, протекающий через него, будет открывать транзистор VT1, уменьшая максимальный ток коллектора VT3. Блокинг-генератор перейдет в режим стабилизации. Напряжение на стабилитрон VD7 подано с делителя напряжения R14, R15, R16. Подбором сопротивления резистора R16 можно изменять максимальное напряжение на накопительном конденсаторе. При размыкании контактов транзистор VT1 открывается и блокинг-генератор выключается. 

 

Ключ на транзисторе VT4 открыт во время работы блокинг-генератора импульсами с обмотки IV и закрыт при разомкнутых контактах прерывателя, когда блокинг-генератор не работает. Закрытый ключ препятствует протеканию тока по вторичной обмотке III трансформатора во время отрицательной полуволны колебаний на первичной обмотке катушки зажигания и конденсаторе С5. Без этого ключа при отрицательном напряжении, на нижней по схеме обкладке конденсатора C5, он будет разряжаться, через открытый диод VD4 и обмотку III, теряя часть энергии (без ключа длительность искры будет меньше). В блоках [1,2] из-за большой индуктивности вторичной обмотки, эти потери практически отсутствуют. Использование ключа позволило уменьшить число витков обмоток трансформатора и увеличить мощность преобразователя за счет повышения частоты без увеличения габаритов трансформатора. Частота работы преобразователя в режиме заряда 5…7 кГц, в режиме стабилизации 10…20 кГц. Меньшее число витков позволяет увеличить толщину межобмоточной изоляции и увеличить надежность трансформатора.

 

Конденсатор С6 схемы управления тиристорным оптроном заряжается при работе блокинг-генератора до напряжения 12…14 В. Это напряжение стабилизировано также как и напряжение на накопительном конденсаторе С5. При размыкании контактов прерывателя открывается транзистор VT5 и конденсатор разряжается через резистор R18 и светодиод оптрона. Сопротивлением резистора R18 устанавливают максимальный импульсный ток. Емкость конденсатора С6 определяет время в течении которого тиристор будет открыт, а следовательно и длительность колебательного процесса.

 

Диоды VD1 и VD2 препятствуют открытию транзисторов VT1, VT5 падением напряжения на проводе, соединяющем общий провод блока и “массу”.

 

Примерный вид осциллограмм (относительно общего провода) в различных точках схемы приведен на рис. 3 для частоты искрообразования 100 Гц и 200 Гц, при напряжения питания 14 В и угле замкнутого состояния 45⁰. 

 

Для трансформатора Т1 использован ферритовый магнитопровод Ш 12х19, с воздушным зазором 1,5 мм в центральном стержне, от трансформатора блока питания телевизора 3УСЦТ. Первой наматывают обмотку I. Она содержит 24 витка провода ПЭВ 1,2 мм. Затем обмотку III – 136 витков провода ПЭВ 0,45 мм. Последними наматывают обмотки II, IV, V – по 5 витков провода ПЭВ 0,45 мм. Изоляция между обмотками выполнена из нескольких слоев тонкой фторопластовой ленты. Для изоляции не следует применять пористые материалы способные впитывать влагу.

 

В место диодов КД212А можно использовать диоды КД226. Диоды VD1, VD2 любые из серий КД521, КД522 или аналогичные. Транзистор КТ858А заменим на КТ859А, транзисторы КТ872А и  КТ3117А – на любые другие с аналогичными параметрами. На месте VT3 можно использовать мощные составные транзисторы разработанные для транзисторных систем зажигания автомобилей допускающие напряжение коллектор-эмиттер 300 В и ток коллектора 20 А, например КТ898А. Транзистор VT3, через изолирующую прокладку, установлен на радиаторе площадью около 100 см². Тиристорный оптрон любой из серий ТО125, ТО325 на напряжение не менее 400 В.

 

 Конденсатор С5 составлен из двух параллельно соединенных конденсаторов К73-11 1 мкФ х 400 В. Остальные конденсаторы С2 – К50-24, С3 и С4 – К73-17, С6 – К24-14.

 

Резистор R11 составлен из двух резисторов С5-16МВ1 0,1 Ом соединенных параллельно.

 

На месте VD7 можно использовать стабилитроны на напряжение 350…380 В (от него будет завесить максимальное напряжение на конденсаторе С5), при этом резистор R16 исключить, а в место R14,R15 использовать один меньшей мощности и сопротивления.

 

 Все детали, за исключением трансформатора и транзистора VT3 смонтированы на двухсторонней макетной плате размером 80х100 мм. Крупногабаритные детали (конденсаторы С2, С3, С5, резисторы мощностью 2 Вт, оптрон) зафиксированы на плате клеем-герметиком. После монтажа плата покрыта влагостойким лаком. Корпус блока пластмассовый, герметичный. Одной из боковых стенок корпуса служит радиатор транзистора VT3. К электропроводке автомобиля блок подключается через четырех контактный разъем. В случае отказа блока вместо него в разъем включается заглушка.

 

Для налаживания блок подключают к источнику питания с регулируемым напряжением 0…15 В, током нагрузки до 5 А и катушке зажигания, установив между высоковольтным выходом и зажимом Б искровой промежуток 7 мм. В место контактов прерывателя  используют формирователь прямоугольных импульсов рис. 4 . На вход формирователя подают прямоугольные импульсы от генератора частотой 0…200 Гц и амплитудой 5 В (можно использовать простейший генератор собранный на микросхемах ТТЛ). Регулировкой генератора установить скважность импульсов на выходе формирователя равной 2…2,25, что соответствует углу замкнутого состояния прерывателя 45…50ْ. Резистор R16 заменяют подстроечным сопротивлением 10 кОм.

 

Контакт 3 разъема X1 соединить с общим проводом. Подстроечный резистор установить в положение максимального сопротивления, а к конденсатору С5 подключить вольтметр. Затем, включить источник питания и постепенно увеличивать напряжение от 0 В до 5 В. При напряжении 3,5…4,5 В преобразователь должен начинать работать. Далее, контролируя показания вольтметра, увеличить напряжение питания до 14 В, и подстроечным резистором установить  напряжение на конденсаторе С5 равным 380 В, при  этом напряжение на конденсаторе С6 должно быть 13…14 В. После налаживания подстроечный резистор заменяют постоянным соответствующего сопротивления. При изменении питающего напряжения 5…14 В напряжение на накопительном конденсаторе должно оставаться в пределах 350…380 В.

 

Разорвать соединение контакта 3 разъема X1 с общим проводом и подключить формирователь импульсов. Установить частоту импульсов равной 20 Гц. К нижнему, по схеме, выводу конденсатора С5 подключить осциллограф. Напряжение питания постепенно увеличить до 14 В (при напряжении 4,5…5 В в разряднике появиться искра). Проверить работу блока при частоте импульсов 20…200 Гц. По осциллограмме определить время заряда конденсатора и длительность колебательного процесса, которые должны соответствовать указанным на рис. 3. Если время заряда значительно превышает 2,5 мс – проверить амплитуду импульсов на резисторе R11. Амплитуда менее 0,7 В указывает (при исправных VT2 и VT3) на недостаточную величину немагнитного зазора сердечника трансформатора. Изменением емкости конденсатора С6 регулируют длительность колебательного процесса, величина которой, при частоте импульсов 200 Гц, не должна быть более 2 мс. Иначе, при максимальной частоте вращения коленчатого вала, к моменту очередного включения преобразователя, тиристор может оказаться открытым, что приведет к шунтированию выходной цепи и сбоям искрообразования. Увеличение продолжительности колебаний свыше 2 мс нецелесообразно (при емкости С5 2 мкФ), так как длительность искры в свечах, из-за снижения амплитуды в конце колебательного процесса ниже напряжения пробоя, не будет более 1,8 мс. Кроме того, при увеличении частоты искрообразования до максимальной происходит снижение  (до 300 В) напряжения на накопительном конденсаторе (а также на конденсаторе С6) и уменьшение длительности искры до 1,5-1,2 мс.

 

Следует заметить, что выше указанная величина длительности искры не является максимально возможной. Емкости С5 и С6 можно увеличить в два раза, а последовательно с диодом  VD6 включить резистор сопротивлением 5-10 Ом. Подбирая сопротивление этого резистора нужно добиться длительности колебательного процесса не менее 2,5 мс на частоте 30 Гц и ограничения  длительности на частоте 200 Гц примерно до 1,5 мс. Ограничение необходимо для исключения полного разряда накопительного конденсатора на высокой частоте (150…200 Гц), иначе он не успеет полностью зарядится к моменту следующего искрообразования (время заряда конденсатора емкостью 4 мкФ около 6 мс). Длительность искры при этом составит 2,2 мс на малых и средних оборотах двигателя и 1,2 мс на максимальных.

 

В автомобиле блок установлен рядом с катушкой зажигания. Подключение к электропроводке производят в соответствии с рис. 2. Провод идущий к “массе” соединить с  двигателем в близи распределителя зажигания (с кузовом автомобиля общий провод блока не соединять). Провода идущие от разъема Х1 к зажимам К и Б катушки зажигания и провод соединенный с “массой” должны иметь сечение не менее 0,75 мм². Также необходимо проверить чистоту контактов прерывателя и установить угол замкнутого состояния согласно инструкции по эксплуатации автомобиля. Зазор между электродами свечей А20Д может быть увеличен до 1,2 мм.

Зобов Г. В., г. Котлас. 2004

ЛИТЕРАТУРА

1.        Карасев Г. Стабилизированный блок электронного зажигания. – Радио, 1988, № 9, с. 17, 18.

2.        Карасев Г. Усовершенствованный блок зажигания. – Радио, 1994, № 8, с. 36.

3.        Банников В. Усовершенствование блока электронного зажигания. – Радио, 1991, № 4, с. 28, 29.

4.        Адигамов Э. Модернизация блока зажигания. – Радио, 2002, № 12, с.33, 34, 35.