Тиристорное зажигание с новым способом воспламенения: 403 — Доступ запрещён – Система зажигания с новым способом воспламенения

Система зажигания с новым способом воспламенения


Система зажигания с новым способом воспламенения

  Проблема загрязнения окружающей среды, возникшая вместе с цивилизацией и обостряющаяся по мере ее развития, требует в настоящее время все большего внимания. Обусловлено это тем, что человечество продолжает использовать в качестве энергоносителей наиболее доступные и дешевые источники, т.е. углеводородное топливо. В последнее время стало ясно, что наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят автомобили. Особенно это касается больших городов. Помимо относительно безвредного углекислого газа (парниковый эффект пока не считаем), двигатели внутреннего сгорания выбрасывают в атмосферу целый ряд химических соединений, наличие которых в выхлопных газах не поддается контролю используемыми в настоящее время газоанализаторами. Ведь камера сгорания двигателя — это высокотемпературный химический реактор, заправленный такими реагентами как азот, углерод, водород, свинец, кислород, сера и другие. За рубежом получили широкое распространение каталитические нейтрализаторы, использующие свойство металлов платиновой группы (платина, родий, палладий и т.д.) способствовать доокислению (дожигу) в выхлопной трубе всего того, что не успело сгореть в камере сгорания. Правда, они недолговечны, а стоят достаточно дорого (порядка 10% стоимости автомобиля). Но остается открытым вопрос, что делать с нашим не очень «молодым» парком автомобилей, который будет еще эксплуатироваться непонятно сколько. Из создавшейся ситуации возможен следующий выход. Нужно разработать такую систему зажигания, которая способна по возможности сжечь все в камере сгорания, вдобавок повысив за счет этого экономичность двигателя. Задачу более полного сгорания воздушно-топливной смеси в двигателях внутреннего сгорания в определенной степени удалось решить с помощью системы зажигания, работа которой основана на новом способе воспламенения топлива [1, 2]. Как ни странно, современные системы воспламенения топливно-воздушной смеси, используемые в распространенных марках автомобилей, основаны на том же способе воспламенения, что и в начале эры автомобилизма. Это искровой разряд между электродами свечи зажигания. Описание процессов, происходящих в момент воспламенения топливно-воздушной смеси, и самого процесса горения сопровождаются в литературе, как правило, ссылками на отсутствие единой теоретической модели этого процесса и различными объяснениеми его разными авторами. Известно, что КПД двигателя внутреннего сгорания зависит от температуры газов в камере сгорания, зависящей, в свою очередь, от скорости сгорания топливно-воздушной смеси. Соответственно, с увеличением этой скорости увеличивается КПД двигателя и, как следствие, уменьшается удельный расход топлива.

  При разработке новой системы зажигания было сделано предположение, что увеличить скорость сгорания топливно-воздушной смеси в камере сгорания можно ослабив эффект «шнурования» плазмы, образующейся между электродами свечи за счет протекания в искровом промежутке постоянного тока. Ток в этом случае поддерживается за счет энергии, накопленной в катушке зажигания. В новой системе используется принцип накопления энергии в конденсаторе, обеспечивающий в искровом промежутке свечи зажигания биполярный импульсный ток. В течение первого периода колебаний напряжения на электродах свечи происходит подготовка смеси и ее воспламенение, а в течение последующих — ее сжигание. На рис.1 изображен график изменения напряжения на электродах свечи. В двух последних периодах импульсы напряжения имеют форму, близкую к прямоугольной.

  Схема электронного зажигания представлена на рис.2. Она работает следующим образом. Конденсаторы С5…С7 заряжаются от вторичной обмотки преобразователя на транзисторе VT1 до напряжения, значительно превышающего ЭДС аккумуляторной батареи. При размыкании контакта прерывателя, включенного между точками ПР и М, через, управляющий электрод тиристора VD8 проходит импульс тока, сформированный RC-цепью R1, R2, R5, С1. Тиристор открывается, и начинается колебательный разряд конденсаторов через первичную обмотку катушки зажигания, подключенной к точке КЗ. В течение первого полупериода ток протекает через тиристор, а в течение второго — через диоды VD9, VD10.

  Процесс повторяется до тех пор, пока конденсатор С4 не зарядится до напряжения, при котором открывается ключ на транзисторе VT2, что предотвращает очередное отпирание тиристора. После замыкания контакта прерывателя остаточное напряжение конденсатора С4 прикладывается к управляющему переходу тиристора и надежно запирает его. Конденсатор С4 при этом разряжается через резистор R3 и диод VD4, однако ключ VT2 некоторое время после замыкания контакта остается открытым, что предотвращает случайное отпирание тиристора за счет дребезга контактов прерывателя.

  В случае применения коммутатора в системе зажигания с датчиком Холла, последний непосредственно управляет работой ключа. Процессы, происходящие при этом в схеме, аналогичны описанным выше. Предлагаемая схема зажигания позволяет подавать на электроды свечей зажигания напряжение, полярность которого меняется в течение одного такта работы двигателя. Подбором элементов схемы управления обеспечивается оптимальная продолжительность разряда в свече. Применение описанного способа зажигания дает возможность повысить топливную экономичность двигателя, его мощность и приемистость, уменьшить содержание окиси углерода в выхлопных газах и увеличить ресурс свечей зажигания.


Рис. 3

  Трансформатор преобразователя блока зажигания имеет послойную рядовую намотку (виток к витку). Изоляция между обмотками — два слоя лакоткани (Uпр>1000В). Изоляция между слоями — один слой лакоткани. Число витков: 1 — 35 вит. ПЭТВ-2-1,0; 2 — 48 вит. ПЭТВ-2-0,42; 3 — 420 вит. ПЭТВ-2-0,25. Порядок намотки обмоток — 2 — 3 — 1. Сердечник трансформатора ферритовый Ш12х15 марки 2000НМ-1, собирается с зазором 1 мм, в который вставляется диэлектрическая прокладка из гетинакса.

  Схема подключения разработанного блока (ОН-427) к системе зажигания автомобиля показана на рис.3 и 4. При подключении и отключении блока зажигание должно быть выключено, а клемма «Масса» («-«) отсоединена от аккумулятора. Блок электронного зажигания, изготовленный по данной схеме, прошел испытания на грузовых автомобилях и сравнивался с различными штатными системами зажигания.

Рис. 4.

  Были выбраны автомобили ГАЗ-52 с классической контактной системой и ГАЗ-53 с более совершенной транзисторной системой и индукционным датчиком зажигания. Испытания проводились по методике, разработанной НПМП «Витар». Результаты испытаний разработанного блока приведены на рис.5. Анализ результатов свидетельствует об эффективности разработанного устройства и позволяет предположить, что характер происходящих при воспламенении топливно-воздушной смеси процессов в какой-то степени соответствует описанным.

Puc. 5.

Литература
1. Патент РФ N2056521. Способ поджига топливной смеси и коммутатор для его осуществления.
2. Патент РБ N1429. Способ поджига топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания и коммутатор для его осуществления.
3. Блок системы зажигания ОН-427. Паспорт. — ОАО «МНИПИ», г.Минск.

В.ЩЕРБАТЮК
г.Минск
Радиолюбитель № 7,1999
Дополнения Евтеева

Источник: shems.h2.ru

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



Универсальное конденсаторно-тиристорное CDI электронное зажигание, оптимизированное по импульсной и пиковой мощности искрового разряда — Зажигание — Двигатели внутреннего сгорания — Каталог статей

Смирнов Владимир Фёдорович

Россия, Тверская обл., г. Кимры

E-mail: [email protected]

Web-sait: smirnov.ucoz.com

При 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.

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.

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:

  1. Длительный искровой разряд в 1…5 мс полезен только при пуске холодного двигателя, когда на электродах свечей образуется плёнка жидкого диэлектрика. После прогрева двигателя и исчезновения плёнки для воспламенения достаточно первых 10…20 мкс, а оставшийся излишек разряда будет безрезультатно пытаться поджечь уже сгоревшую смесь, да совершать вредоносное действие — разогревать электроды свечей, что на высоких оборотах при высокой мощности разряда может стать причиной калильного зажигания — ограничения числа оборотов.

  2. При 6000 об/мин = 100 об/сек двухтактного двигателя один оборот происходит за 10 мс. Легко посчитать, что искровой разряд в 1 мс будет происходить на протяжении 36°. Это превосходит угол опережения зажигания, например в 29°, занимая ещё 7° фазы быстрого сгорания. Воспламеняющая способность столь длительного искрового разряда оказывается низкой — его энергия распределена во времени, момент воспламенения точно не определён. Зажигание получается вероятностным. Исключить вероятностный фактор можно единственным способом — сконцентрировав энергию искры в разряде длительностью 10… 20 мкс.

  3. В конденсаторно-тиристорном электронном зажигании искрообразование происходит только в первом периоде косинусоиды затухающих колебаний ударного LC-контура (КЗ + разрядный конденсатор) — искровой разряд получается коротким, и конденсатор не успевает полностью разрядиться — возникает недобор мощности от преобразователя напряжения. Данный недостаток легко обратить в преимущество, увеличив напряжение заряда конденсатора. При этом мощность разряда возрастёт в квадратичной зависимости от напряжения, при прежней длительности.

  4. Ёмкость конденсатора следует увеличить, тогда частота затухающих колебаний LC-контура понизится, а длительность разряда — увеличится.

  5. При одинаковой потребляемой мощности альтернативная система зажигания с конденсатором повышенной ёмкости, заряженным до более высокого напряжения и с малой длительностью разряда за счёт использования низкоомной КЗ, а так же и в силу того, что искрообразование происходит лишь в течение первого периода затухающих колебаний, будет способна сконцентрировать искровой разряд.

  6. Неотъемлемой частью новой системы зажигания должно стать устройство зимнего пуска двигателя — когда масло загустело, и стартёр может вызвать проседание напряжения до 6 В.

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.

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

  1. Электротехнический справочник. В 3-х т. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнические материалы/ Под общ. Ред. Профессоров МЭИ В. Г. Герасимова, П. Г. Грудинского, Л. А. Жукова и др. — 6-е изд., испр. и доп. — М.; Энергия, 1980. — 520 с., ил.

  2. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для втузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания»/ Д. Н. Вырубов, Н. А. Иващенко, В. И. Ивин и др.; Под ред А. С. Орлина, М. Г. Круглова. — 4-е изд., перераб. И доп. — М.: Машиностроение, 1983. — 372 с., ил.

  3. Конденсаторная система зажигания. В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 90./Сост. Н. Ф. Назаров. — М.: ДОСААФ, 1985.

  4. Горошков Б. И. Радиоэлектронные устройства: Справочник. — М.: Радио и связь, 1984. — 400 с., ил. — (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1076).

  5. Дьяконов В.П. Лавинные транзисторы и их применение в импульсных устройствах. Под ред. С. Я. Шаца. М., «Сов. Радио», 1973.

Лучшее чтиво по зажиганиям: http://www.academia-moscow.ru/off-line/_books/fragment_18454.pdf

схемы — Тиристорное зажигание

Статистика
Мой сайт
Тиристорное зажигание своими руками

Предлагаемая тиристорная система зажигания, нормально работает в диапазоне питающих напряжений от 1,5 до 22 В. При правильно отрегулированных карбюраторе и угле опережения зажигания. Двигатель с этой системой можно завести рукояткой при питании от двух батареек, по 1,5 В. Схема предназначена для автомобилей с контактной системой зажигания. Блокинг-генератор на транзисторе VT3 и трансформаторе T1 позволяет получать стабилизированное напряжение на накопительном конденсаторе С4 около 400В — при работе на холостых оборотах, 450В — при запуске и 250 — 300В — при оборотах 6000 об/мин. На транзисторах VT1, VT2 и обмотке L4 трансформатора Т1 собран узел управления тиристором VS1. При размыкании контактов прерывателя через открывшийся транзистор VT1 протекает ток заряда конденсатора С1, который открывает транзистор VT2 на время около З мс, задаваемое резистором R4. В процессе набора оборотов конденсатор C1 не успевает полностью разряжаться, что приводит к автоматическому уменьшению времени заряда, а значит, снижению длительности искрового разряда в свече с 3 мс до 1 мс. Обмотки импульсного трансформатора сфазированы таким образом, что запуск тиристора возможен при прямом «ходе” блокинг-генератора, когда идет накопление энергии в сердечнике. При обратном «ходе” происходит подпитка накопительной емкости. Кроме того, диод VD8, включенный параллельно тиристору, обеспечивает колебательный процесс в контуре, образованном первичной обмоткой катушки зажигания и накопительной емкостью C4. Конденсатор СЗ служит для увеличения напряжения запуска тиристора. При запирании транзистора VT1 возникающий импульс самоиндукции заряжает конденсатор С3. При прямом импульс с обмотки L4 складывается с напряжением на конденсаторе С3, в результате чего тиристор устойчиво запускается уже при питании от 5 В. Некоторые экземпляры запускаются при напряжении питания 2,5В и даже 1,5 В. Связь датчика с блоком осуществляется экранированным кабелем. Трансформатор Т1 имеет следующие обмотки: L1- 45 витков провода ПЭВ2-0,6мм; L2 — 75 витков ПЭВ2-0,31мм; L3 — 20 витков ПЭВ2-0,31мм; L4 — 600 витков ПЭВ2-0,29мм. На принципиальной схеме точками обозначены начала обмоток. Все обмотки намотаны виток к витку с межслойной изоляцией и пропиткой влагостойким лаком (клеем). Ферритовый сердечник Ш 10 х 10 НМ I5ОО.
Тиристорное зажигание(бесконтактный вариант)

29/10/2010
Коммутатор СЭЗ-1


самодельное Тиристорное зажигание

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.

Тиристорная система зажигания с непрерывным накоплением энергии в электростатическом поле конденсатора

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.

 Тиристорная система зажигания с импульсным накоплением энергии в элек­тростатическом поле конденсатора

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.

 

Система зажигания с новым способом воспламенения топлива. CAVR.ru

Рассказать в:
Проблема загрязнения окружающей среды, возникшая вместе с цивилизацией и обостряющаяся по мере ее развития, требует в настоящее время все большего внимания. Обусловлено это тем, что человечество продолжает использовать в качестве энергоносителей наиболее доступные и дешевые источники, т.е. углеводородное топливо. В последнее время стало ясно, что наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят автомобили. Особенно это касается больших городов. Помимо относительно безвредного углекислого газа (парниковый эффект пока не считаем), двигатели внутреннего сгорания выбрасывают в атмосферу целый ряд химических соединений, наличие которых в выхлопных газах не поддается контролю используемыми в настоящее время газоанализаторами. Ведь камера сгорания двигателя — это высокотемпературный химический реактор, заправленный такими реагентами как азот, углерод, водород, свинец, кислород, сера и другие. За рубежом получили широкое распространение каталитические нейтрализаторы, использующие свойство металлов платиновой группы (платина, родий, палладий и т.д.) способствовать доокислению (дожигу) в выхлопной трубе всего того, что не успело сгореть в камере сгорания. Правда, они недолговечны, а стоят достаточно дорого (порядка 10% стоимости автомобиля). Но остается открытым вопрос, что делать с нашим не очень «молодым» парком автомобилей, который будет еще эксплуатироваться непонятно сколько. Из создавшейся ситуации возможен следующий выход. Нужно разработать такую систему зажигания, которая способна по возможности сжечь все в камере сгорания, вдобавок повысив за счет этого экономичность двигателя. Задачу более полного сгорания воздушно-топливной смеси в двигателях внутреннего сгорания в определенной степени удалось решить с помощью системы зажигания, работа которой основана на новом способе воспламенения топлива [1, 2]. Как ни странно, современные системы воспламенения топливно-воздушной смеси, используемые в распространенных марках автомобилей, основаны на том же способе воспламенения, что и в начале эры автомобилизма. Это искровой разряд между электродами свечи зажигания. Описание процессов, происходящих в момент воспламенения топливно-воздушной смеси, и самого процесса горения сопровождаются в литературе, как правило, ссылками на отсутствие единой теоретической модели этого процесса и различными объяснениеми его разными авторами. Известно, что КПД двигателя внутреннего сгорания зависит от температуры газов в камере сгорания, зависящей, в свою очередь, от скорости сгорания топливно-воздушной смеси. Соответственно, с увеличением этой скорости увеличивается КПД двигателя и, как следствие, уменьшается удельный расход топлива. При разработке новой системы зажигания было сделано предположение, что увеличить скорость сгорания топливно-воздушной смеси в камере сгорания можно ослабив эффект «шнурования» плазмы, образующейся между электродами свечи за счет протекания в искровом промежутке постоянного тока. Ток в этом случае поддерживается за счет энергии, накопленной в катушке зажигания. В новой системе используется принцип накопления энергии в конденсаторе, обеспечивающий в искровом промежутке свечи зажигания биполярный импульсный ток. 
В течение первого периода колебаний напряжения на электродах свечи происходит подготовка смеси и ее воспламенение, а в течение последующих — ее сжигание. На рис.1 изображен график изменения напряжения на электродах свечи. В двух последних периодах импульсы напряжения имеют форму, близкую к прямоугольной.

Рис. 1.
Схема электронного зажигания представлена на рис.2. Она работает следующим образом. Конденсаторы С5…С7 заряжаются от вторичной обмотки преобразователя на транзисторе VT1 до напряжения, значительно превышающего ЭДС аккумуляторной батареи. При размыкании контакта прерывателя, включенного между точками ПР и М, через, управляющий электрод тиристора VD8 проходит импульс тока, сформированный RC-цепью R1, R2, R5, С1. Тиристор открывается, и начинается колебательный разряд конденсаторов через первичную обмотку катушки зажигания, подключенной к точке КЗ. В течение первого полупериода ток протекает через тиристор, а в течение второго — через диоды VD9, VD10.

Puc. 2.
Процесс повторяется до тех пор, пока конденсатор С4 не зарядится до напряжения, при котором открывается ключ на транзисторе VT2, что предотвращает очередное отпирание тиристора. После замыкания контакта прерывателя остаточное напряжение конденсатора С4 прикладывается к управляющему переходу тиристора и надежно запирает его. Конденсатор С4 при этом разряжается через резистор R3 и диод VD4, однако ключ VT2 некоторое время после замыкания контакта остается открытым, что предотвращает случайное отпирание тиристора за счет дребезга контактов прерывателя. 
В случае применения коммутатора в системе зажигания с датчиком Холла, последний непосредственно управляет работой ключа. Процессы, происходящие при этом в схеме, аналогичны описанным выше. 
Предлагаемая схема зажигания позволяет подавать на электроды свечей зажигания напряжение, полярность которого меняется в течение одного такта работы двигателя. Подбором элементов схемы управления обеспечивается оптимальная продолжительность разряда в свече. 
Применение описанного способа зажигания дает возможность повысить топливную экономичность двигателя, его мощность и приемистость, уменьшить содержание окиси углерода в выхлопных газах и увеличить ресурс свечей зажигания.

Рис. 3.
Схема подключения разработанного блока (ОН-427) к системе зажигания автомобиля показана на рис.3 и 4. При подключении и отключении блока зажигание должно быть выключено, а клемма «Масса» («-«) отсоединена от аккумулятора. Блок электронного зажигания, изготовленный по данной схеме, прошел испытания на грузовых автомобилях и сравнивался с различными штатными системами зажигания.

Рис. 4.
Были выбраны автомобили ГАЗ-52 с классической контактной системой и ГАЗ-53 с более совершенной транзисторной системой и индукционным датчиком зажигания. Испытания проводились по методике, разработанной НПМП «Витар». Результаты испытаний разработанного блока приведены на рис.5.
Puc. 5.
Анализ результатов свидетельствует об эффективности разработанного устройства и позволяет предположить, что характер происходящих при воспламенении топливно-воздушной смеси процессов в какой-то степени соответствует описанным. 
Литература 
1. Патент РФ N2056521. Способ поджига топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания и коммутатор для его осуществления. 
2. Патент РБ N1429. Способ поджига топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания и коммутатор для его осуществления. 
3. Блок системы зажигания ОН-427. Паспорт. — ОАО «МНИПИ», г.Минск.

Раздел: [Зажигание]
Сохрани статью в:
Оставь свой комментарий или вопрос:

Система зажигания с новым способом воспламенения

Система зажигания с новым способом воспламенения

  Проблема загрязнения окружающей среды, возникшая вместе с цивилизацией и обостряющаяся по мере ее развития, требует в настоящее время все большего внимания. Обусловлено это тем, что человечество продолжает использовать в качестве энергоносителей наиболее доступные и дешевые источники, т.е. углеводородное топливо. В последнее время стало ясно, что наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят автомобили. Особенно это касается больших городов. Помимо относительно безвредного углекислого газа (парниковый эффект пока не считаем), двигатели внутреннего сгорания выбрасывают в атмосферу целый ряд химических соединений, наличие которых в выхлопных газах не поддается контролю используемыми в настоящее время газоанализаторами. Ведь камера сгорания двигателя — это высокотемпературный химический реактор, заправленный такими реагентами как азот, углерод, водород, свинец, кислород, сера и другие. За рубежом получили широкое распространение каталитические нейтрализаторы, использующие свойство металлов платиновой группы (платина, родий, палладий и т.д.) способствовать доокислению (дожигу) в выхлопной трубе всего того, что не успело сгореть в камере сгорания. Правда, они недолговечны, а стоят достаточно дорого (порядка 10% стоимости автомобиля). Но остается открытым вопрос, что делать с нашим не очень «молодым» парком автомобилей, который будет еще эксплуатироваться непонятно сколько. Из создавшейся ситуации возможен следующий выход. Нужно разработать такую систему зажигания, которая способна по возможности сжечь все в камере сгорания, вдобавок повысив за счет этого экономичность двигателя. Задачу более полного сгорания воздушно-топливной смеси в двигателях внутреннего сгорания в определенной степени удалось решить с помощью системы зажигания, работа которой основана на новом способе воспламенения топлива [1, 2]. Как ни странно, современные системы воспламенения топливно-воздушной смеси, используемые в распространенных марках автомобилей, основаны на том же способе воспламенения, что и в начале эры автомобилизма. Это искровой разряд между электродами свечи зажигания. Описание процессов, происходящих в момент воспламенения топливно-воздушной смеси, и самого процесса горения сопровождаются в литературе, как правило, ссылками на отсутствие единой теоретической модели этого процесса и различными объяснениеми его разными авторами. Известно, что КПД двигателя внутреннего сгорания зависит от температуры газов в камере сгорания, зависящей, в свою очередь, от скорости сгорания топливно-воздушной смеси. Соответственно, с увеличением этой скорости увеличивается КПД двигателя и, как следствие, уменьшается удельный расход топлива.

  При разработке новой системы зажигания было сделано предположение, что увеличить скорость сгорания топливно-воздушной смеси в камере сгорания можно ослабив эффект «шнурования» плазмы, образующейся между электродами свечи за счет протекания в искровом промежутке постоянного тока. Ток в этом случае поддерживается за счет энергии, накопленной в катушке зажигания. В новой системе используется принцип накопления энергии в конденсаторе, обеспечивающий в искровом промежутке свечи зажигания биполярный импульсный ток. В течение первого периода колебаний напряжения на электродах свечи происходит подготовка смеси и ее воспламенение, а в течение последующих — ее сжигание. На рис.1 изображен график изменения напряжения на электродах свечи. В двух последних периодах импульсы напряжения имеют форму, близкую к прямоугольной.

  Схема электронного зажигания представлена на рис.2. Она работает следующим образом. Конденсаторы С5…С7 заряжаются от вторичной обмотки преобразователя на транзисторе VT1 до напряжения, значительно превышающего ЭДС аккумуляторной батареи. При размыкании контакта прерывателя, включенного между точками ПР и М, через, управляющий электрод тиристора VD8 проходит импульс тока, сформированный RC-цепью R1, R2, R5, С1. Тиристор открывается, и начинается колебательный разряд конденсаторов через первичную обмотку катушки зажигания, подключенной к точке КЗ. В течение первого полупериода ток протекает через тиристор, а в течение второго — через диоды VD9, VD10.

  Процесс повторяется до тех пор, пока конденсатор С4 не зарядится до напряжения, при котором открывается ключ на транзисторе VT2, что предотвращает очередное отпирание тиристора. После замыкания контакта прерывателя остаточное напряжение конденсатора С4 прикладывается к управляющему переходу тиристора и надежно запирает его. Конденсатор С4 при этом разряжается через резистор R3 и диод VD4, однако ключ VT2 некоторое время после замыкания контакта остается открытым, что предотвращает случайное отпирание тиристора за счет дребезга контактов прерывателя.

  В случае применения коммутатора в системе зажигания с датчиком Холла, последний непосредственно управляет работой ключа. Процессы, происходящие при этом в схеме, аналогичны описанным выше. Предлагаемая схема зажигания позволяет подавать на электроды свечей зажигания напряжение, полярность которого меняется в течение одного такта работы двигателя. Подбором элементов схемы управления обеспечивается оптимальная продолжительность разряда в свече. Применение описанного способа зажигания дает возможность повысить топливную экономичность двигателя, его мощность и приемистость, уменьшить содержание окиси углерода в выхлопных газах и увеличить ресурс свечей зажигания.


Рис. 3

  Трансформатор преобразователя блока зажигания имеет послойную рядовую намотку (виток к витку). Изоляция между обмотками — два слоя лакоткани (Uпр>1000В). Изоляция между слоями — один слой лакоткани. Число витков: 1 — 35 вит. ПЭТВ-2-1,0; 2 — 48 вит. ПЭТВ-2-0,42; 3 — 420 вит. ПЭТВ-2-0,25. Порядок намотки обмоток — 2 — 3 — 1. Сердечник трансформатора ферритовый Ш12х15 марки 2000НМ-1, собирается с зазором 1 мм, в который вставляется диэлектрическая прокладка из гетинакса.

  Схема подключения разработанного блока (ОН-427) к системе зажигания автомобиля показана на рис.3 и 4. При подключении и отключении блока зажигание должно быть выключено, а клемма «Масса» («-«) отсоединена от аккумулятора. Блок электронного зажигания, изготовленный по данной схеме, прошел испытания на грузовых автомобилях и сравнивался с различными штатными системами зажигания.

Рис. 4.

  Были выбраны автомобили ГАЗ-52 с классической контактной системой и ГАЗ-53 с более совершенной транзисторной системой и индукционным датчиком зажигания. Испытания проводились по методике, разработанной НПМП «Витар». Результаты испытаний разработанного блока приведены на рис.5. Анализ результатов свидетельствует об эффективности разработанного устройства и позволяет предположить, что характер происходящих при воспламенении топливно-воздушной смеси процессов в какой-то степени соответствует описанным.

Puc. 5.

Литература
1. Патент РФ N2056521. Способ поджига топливной смеси и коммутатор для его осуществления.
2. Патент РБ N1429. Способ поджига топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания и коммутатор для его осуществления.
3. Блок системы зажигания ОН-427. Паспорт. — ОАО «МНИПИ», г.Минск.

В.ЩЕРБАТЮК
г.Минск
Радиолюбитель ╧ 7,1999
Дополнения Евтеева

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о