Тиристорная схема зажигания на лодочных моторах скорее напоминает любительскую схему, сделанную по принципу, работает, ну и ладно. Переделать её довольно сложно, но заставить работать без сбоев можно.

Главный недостаток тиристора - очень большой разброс параметров. Пару с примерно одинаковыми параметрами можно подобрать, имея коробку с 25 тиристорами. Измерить характеристики тиристоров в домашних условиях, а тем более в магазине весьма проблематично, хотя схема измерения очень простая, для этого нужен лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), вольтметр, немного проводов и пару обыкновенных осветительных лампочек. Но можно примерно подобрать пару и любительским методом, замерив всего лишь сопротивление перехода катод-управляющий электрод в две стороны с помощью стрелочного тестера (авометра). Цифровой авометр для измерений не подойдет, в силу его конструктивных особенностей.

Другой недостаток тиристоров - изменение его параметров при нагреве и изменение параметров в процессе эксплуатации, вызванных нагревом.

Раньше в электронной системе зажигания применялись тиристоры КУ-202М. Естественно тиристоры никто не подбирал и через некоторое время возникали проблемы, вплоть до полного пропадания зажигания в одном цилиндре при нагреве мотора. Очень хорошей заменой тиристору КУ-202М служит тиристор 2У-202М. Технические характеристики полностью совпадают, но допустимая температура нагрева корпуса гораздо выше. Подбирать пару тоже желательно, так как разброс параметров большой. При замене тиристоров проблемы исчезают надолго, можно сказать навсегда.

В электронных системах последних годов выпуска применяются тиристоры КУ-221КМ. По форме и характеристикам они отличаются от КУ-202М (2У-202М). В новой системе зажигания проявился эффект, который ранее не был замечен. При нагреве на максимальных оборотах вдруг полностью отказывает зажигание, но через секунду восстанавливается. Если чуть уменьшить обороты эффект исчезает. Из за этого эффекта выходит из строя демпфер гребного винта, да и нагрузки, которые испытывает редуктор при таком "чихании" весьма значительные. В связи с тем, что на новых Ветерках практически все электронные блоки зажигания комплектуются тиристорами КУ-221КМ, остановимся на этой проблеме подробнее. Тиристоры обладают "памятью". При работе в схемах постоянного тока тиристоры открываются от положительного короткого импульса на управляющем электроде, а вот чтобы тиристор закрылся, надо сделать так, чтобы на аноде и катоде было одинаковое напряжение близкое к нулю. При работе на больших оборотах на аноде-катоде остается небольшой потенциал, так как конденсатор не полностью разряжается и тиристор просто остается в открытом состоянии. Нет никакой уверенности в том, что замена тиристоров на новые или покупка нового блока электронного зажигания принесет желаемый результат. Поэтому предлагаю воспользоваться простой схемой (проверена только на КУ-221КМ), легко реализуемой в домашних условиях и не требующей специальных знаний и подготовки. Для отбраковки нужен стрелочный тестер (авометр), пальчиковая батарейка и немного проводов.

Собираем схему

Обычно звездочкой в тестере помечается минус, но в данном случае это будет плюсовой вывод. Положение переключателя прибора - КОм х1. Касаемся плюсовым проводом от батарейки управляющего электрода тиристора. Если в трёх проводах не запутались, то стрелка прибора отклонится вправо. Медленно, чтобы не было дребезга, отводим провод от управляющего электрода. Если стрелка прибора упадет на ноль, то тиристор можно смело впаивать в схему, а если сигнал запомнился, то тиристор вполне нормальный, но конкретно в схеме Ветерка работать как положено не будет. Для верности повторите операцию несколько раз.

Я установил на плате вместо тиристоров КУ 221КМ тиристоры 2У 202М. Разместить их в корпусе проблематично, но можно. Надо только позаботиться об изоляции и проследить, чтобы они не касались металлической крышки корпуса.

Немного об эксплуатации системы зажигания в целом

Свечи зажигания желательно проверить на специальном аппарате под давлением. Отбраковка зависит от партии и может составить 50 процентов. Аппараты есть в автомастерских и в магазинах, где продают дорогие импортные автомобильные свечи. У каждой свечи есть уплотнительное кольцо, поэтому свечу заворачивать сильно не надо, в противном случае кольцо расплющится и на моторе вокруг свечи в дальнейшем появится маслянистое пятно. Выкручивать свечи, ради любопытства тоже не надо, лучше приобрести тестер свечей, стоимостью 70 рублей, позволяющий проверять свечи не выкручивая их из мотора. Свеча в отличном состоянии, если при нажатии на курок прибора произойдет 6-8 разрядов.

Катушки зажигания надежные, но они могут выйти из строя при проворачивании маховика даже от руки при снятых наконечниках со свечей. Снять наконечник и провернуть маховик можно случайно, при этом могут быть три варианта событий. Первый - вам повезло и ничего страшного не случилось, второй - вам тоже повезло в том плане, что катушка вышла из строя полностью, что легко определяется по отсутствию искры и третий вариант самый плохой. Катушка работает, но вместо, например, пяти искр формирует только четыре. Пятый разряд происходит внутри самой катушки. Если в катушке произошло небольшое межвитковое замыкание, то мощность искры значительно падает. Найти такую неисправность можно с помощью любой старой, но рабочей свечи с наполовину отогнутым боковым лепестком. Свеча отводится в сторону от свечного отверстия, а резьбовая часть свечи соединяется проводом с массой. Тестировать катушку, поднося высоковольтный провод к массе не рекомендую, так как рука может дрогнуть и искровой промежуток может оказаться сильно большим с последующим выходом исправной катушки из строя.

Достоинством этого устройства является автоматическое отключение многоискрового режима после пуска двигателя. Благодаря этому исключается возможность остановки двигателя при многоискровом зажигании, если в контактах прерывателя размер зазора больше оптимального. При больших углах разомкнутого состояния контактов прерывателя искра может проскочить в следующий по ходу распределителя цилиндр, что вызовет остановку двигателя. Схема может работать при напряжении питания от 5 до 20 В. При частоте вращения вала двигателя 1000 об/мин устройство электронного зажигания потребляет ток около 0,3 А. С увеличением оборотов двигателя потребляемый ток растет и при 6000 об/мин достигает величины примерно 1 А.

Напряжение около 4000 В, до которого заряжается накопительный конденсатор С8, формируется с помощью преобразователя напряжения, выполненного по схеме с внешним возбуждением. Задающий генератор, выполненный по схеме мультивибратора на элементах D2.1 и D2.2, работает на частоте 5...6 кГц, когда на входах 2 и 13 присутствует логическая "1". Разделительные инвертирующие каскады на элементах D2.3 и D2.4 обеспечивают передачу противофазных прямоугольных импульсов мультивибратора на входы ключей V6, V7 и V8, V9, подключенных к обмоткам I я II трансформатора Т1. В обмотке III индуцируется напряжение прямоугольной формы с амплитудой около 400 В. Это напряжение выпрямляется с помощью моста V12 и заряжает накопительный конденсатор С8.

Многоискровый режим зажигания при запуске двигателя обеспечивается с помощью мультивибратора на элементах D1.3 и D1.4. Частота мультивибратора около 200 Гц устанавливается подбором конденсаторов С1 и С2. Мультивибратор переходит в автоколебательный режим, когда с реле включения стартера поступает 12 В на катод диода V2 и закрывает его. С выхода 3 элемента D1.3 прямоугольные импульсы мультивибратора поступают на вход 4 триггера Шмитта, выполненного на элементах D1.1 и D1.2. Когда контакты прерывателя замкнуты, на входе 5 элемента D1.1. присутствует логический "0", а на его инверсном выходе - "логическая 1" независимо от уровня напряжения на входе 4. Тогда мультивибратор D2.1, D2.2 работает, и накопительный конденсатор заряжается до напряжения 400 В. Если контакты прерывателя разомкнуты, то на выходе 6 элемента D1.1 "логическая 1" появляется с частотой мультивибратора D1.3, D1A. Отрицательным перепадом напряжения продифференцированный импульс с этого выхода открывает транзистор V3, обеспечивающий запуск тиристора V10. Конденсатор С8 разряжается через тиристор и первичную обмотку катушки зажигания, создавая искру в свече. Этот же отрицательный перепад напряжения поступает на входы 2 к 13 мультивибратора D2 1, D2.2 и затормаживает его, благодаря чему ключи V6...V9 закрыты, и энергия от аккумулятора не потребляется. После разряда конденсатора С8 тиристор V10 закрывается. Благодаря колебательному процессу в первичной обмотке катушки зажигания конденсатор С8 заряжается до уровня 0,4...0,5 первоначального напряжения. Процесс многократного искрообразования происходит до тех пор, пока контактные пластины прерывателя разомкнуты. После запуска двигателя и отключения стартера диод V2 открывается, мультивибратор D1.3, D1.4 затормаживается и устройство переходит в одноискровый режим зажигания. Конденсатор С, шунтирующий прерыватель, обеспечивает защиту от "дребезга" контактов. С помощью выключателя S1 включается преобразователь напряжения для питания электробритвы. Этот тумблер может быть использован в качестве противоугонного средства.

Трансформатор Т1 намотан на ферритовом сердечнике Ш16x8 типа М2000НМ и состоит из четырех половинок Ш8 X 8. Обмотки I и II содержат по 22 витка провода ПЭВ-2 0,26. В устройстве применены резисторы МЛТ-0,25, электролитические конденсаторы К50-6, С8-МБГО, 1,0 X 600 В. Транзисторы V6, V8 типа КТ503, КТ630, МП37, V7, V9 - КТ817, КТ819, КТ805 А, КТ808 А с коэффициентом передачи тока не менее 10. Транзисторы V3 - КТ502Г, МП25Б, МП26Б, V4 - КТ815 А...Г, КТ404 А...Г. Диоды VI, V2 - любые маломощные. Транзисторы V7, V9 установлены на отдельных радиаторах с суммарной площадью рассеивания не менее 50 см2.

При установке устройства зажигания откорректировать угол опережения зажигания целесообразно с помощью стробоскопа. Правильно собранное устройство в налаживании не нуждается.

Автолюбители изготавливают электронные блоки зажигания, как правило, по классической схеме, состоящей из источника высокого напряжения, накопительного конденсатора и тиристорного ключа. Однако такие устройства имеют ряд существенных недостатков. Первый из них - низкий КПД. Поскольку заряд накопительной емкости можно уподобить заряду конденсатора через резистор, КПД зарядной цепи не превышает 50%. Значит, примерно половина потребляемой преобразователем мощности будет выделяться в виде тепла на транзисторах. Поэтому для них нужны дополнительные теплоотводы.

Второй недостаток состоит в том, что во время разряда конденсатора тиристор закорачивает выход преобразователя и вырабатываемые им колебания срываются.

После разряда накопительной емкости тиристор закрывается, и конденсатор вновь начинает заряжаться плавно нарастающим, от нуля до максимального значения, напряжением с Преобразователя. При больших оборотах двигателя это напряжение может не достичь номинального значения и конденсатор зарядится не полностью. Это приводит к тому, что с увеличением числа оборотов уменьшается энергия искры.

Следующий недостаток объясняется отсутствием стабильности энергии искрообразования при изменении напряжения питания. При запуске двигателя с помощью стартера напряжение аккумуляторной батареи может значительно (до 9-8 В) снижаться. В этом случае блок зажигания выдает слабую искру либо не работает совсем.

Предлагаем описание электронного зажигания, в котором нет указанных недостатков. Работа устройства основана на принципе заряда накопительного конденсатора от стабильного по амплитуде обратного выброса ждущего блокинг-генератора. Величина этого выброса мало зависит от напряжения бортовой сети автомобиля и числа оборотов коленчатого вала двигателя, и, следовательно, энергия искры практически всегда постоянна.

Устройство обеспечивает уровень потенциала на накопительном конденсаторе в пределах 300 ± 30 В при изменении напряжения на аккумуляторной батарее от 7 до 15 В, сохраняя работоспособность в интервале температур -15 - +90°. Предельная частота срабатывания составляет 300 имп/с. Потребляемый ток при f = 200 имп/с не превышает 2 А.

Принципиальная схема электронного зажигания (рис. 1) состоит из ждущего блокинг-генератора на транзисторе V6, трансформатора Т1, цепи формирования запускающих импульсов C3R5, накопительного конденсатора С1, генератора импульсов зажигания на тиристоре V2.

В исходном состоянии, когда контактные пластины прерывателя S1 замкнуты, транзистор V6 закрыт, а конденсатор С3 разряжен. При размыкании контакта он будет заряжаться по цепи R5, RЗ, переход «база - эмиттер» V6. Импульс зарядного тока запускает блокинг-генератор. Передний фронт импульса с обмотки II трансформатора (нижний по схеме вывод) запускает тиристор V2, но, поскольку конденсатор С1 предварительно не был заряжен, на выходе устройства искры не будет.

После того как под действием коллекторного тока V6 произойдет насыщение сердечника трансформатора, блокинг-генератор вновь вернется в ждущий режим. Образующийся при этом выброс напряжения на коллекторе V6, трансформируясь в обмотке III, через диод V3 зарядит конденсатор С1.

При повторном размыкании прерывателя в устройстве произойдут те же процессы с той лишь разницей, что открывшийся передним фронтом импульса тиристор V2 подключит теперь уже заряженный конденсатор к первичной обмотке катушки зажигания. Ток разряда С1 индуцирует во вторичной обмотке бобины высоковольтный импульс.

Устройство нечувствительно к дребезжанию контактных пластин прерывателя. При первом же их размыкании транзистор V6 откроется и останется в этом состоянии до начала насыщения трансформатора независимо от дальнейшего положения прерывателя.

Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе ШЛ16Х25 с зазором около 50 мк. Обмотка I содержит 60 витков провода ПЭВ-2 1,2, II-60 витков ПЭВ-2 0,31, III - 360 витков ПЭВ-2 0,31. Сердечник трансформатора можно набрать и из Ш-образного железа. Однако из-за неровной обрезки пластин зазор, даже без прокладки, может оказаться большим. В этом случае необходима шлифовка неровностей в местах стыка магнитопровода.

Транзистор КТ805А можно заменить на КТ805Б, но из-за более высокого значения напряжения насыщения на нем будет рассеиваться и несколько большая мощность, что может привести к самозапуску блокинг-генератора при высоких температурах. Поэтому транзистор КТ805Б желательно установить на дополнительном теплоотводе площадью 20 - 30 см 2 .

Вместо диодов Д226Б можно применить КД105Б - КД105Г, КД202К - КД202Н (V1, V3), Д223 (V4).

С1 составлен из двух параллельно соединенных конденсаторов МБГО-1 по 0,5 мкФ на напряжение 500 В. С2 и С3 - МБМ.

Тиристор КУ202Н допустимо заменить на КУ202М или КУ201И, КУ201Л. Поскольку у КУ201 прямое напряжение не превышает 300 В, поэтому напряжение на накопительном конденсаторе снижают до 210 - 230 В путем увеличения его емкости до 2 мкФ. Причем заметного влияния на энергию искры это не оказывает.

Для налаживания устройства нужны авометр и имитатор прерывателя - любое электромагнитное реле, питаемое от звукового – генератора. Реле можно подключить через понижающий трансформатор к осветительной сети. Частота запускающих импульсов будет тогда равна 100 имп/с. С последовательно соединенным диодом частота запуска составит 50 имп/с.

Если детали исправны и выводы трансформатора подсоединены правильно, устройство начинает сразу же работать. Проверяют, чтобы напряжение на конденсаторе С1 составляло 300±30 В при изменении величины питания в указанных выше пределах. Измерять напряжение следует пиковым вольтметром, воспользовавшись схемой, представленной на рисунке 2.

Прибор подключают в точке соединения элементов C1, V2, VЗ и, изменяя величину зазора в сердечнике трансформатора, добиваются необходимого значения напряжения. Если оно заниженное, толщину прокладки увеличивают. При уменьшении зазора напряжение должно падать.

Когда окружающая температура низкая, энергия искры может упасть. В этом случае нужно уменьшить номинал резистора RЗ, поскольку при малом питающем напряжении тиристор V2 может не открыться.

Монтаж устройства выполнен печатным методом на плате размером 95X35 мм, изготовленной из фольгированного гетинакса или стеклотекстолита (рис. 3). Конструктивное выполнение блока электронного зажигания самое различное - в зависимости от имеющегося материала и места установки устройства.

В. БАКОМЧЕВ, г. Бугульма

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.

На собственном опыте убедился, что нет пределов совершенства для российских мотосамодельщиков. Изогнуть и переварить раму, вынести вперед вилку, впихнуть сзади автомобильное, а спереди велосипедное колесо-бурная, в общем-то, фантазия не знает границ! Однако когда речь заходит о переделках электрооборудования, матерый байкер чаще всего озадаченно почесывает в затылке или идет на поклон к гаражному «спецу».

При общем уважении к двухтактной технике, в глубинке почему-то особым почетом пользуется «ИЖ-Планета». Конечно, машина надежная, простая и понятная. Захотел избавиться от аккумулятора-точи планшайбу-переходник, ставь 90-ваттный «восходовский» генератор да собирай типовую схему того же «Восхода». Лепота! Иное дело «Юпитер». Вроде все тот же ИЖ, ан нет-цилиндров-то два. И тут мало помогают многочисленные публикации на тему бесконтактного зажигания на ИЖ-Ю. Это ведь надо самому паять схему, мотать трансформаторы, тратиться на недешевые датчики Холла, коммутаторы, катушки.

Ездишь и трясешься: а ну как вся эта самопальная электроника откажет-чем ее на обочине паять? А с другой стороны, «Юпитер» помощнее «Планеты» будет. Вот и возникают на просторах России альтернативные варианты «зажигалок» вроде установленного на ИЖ-Ю 1962 года двухискрового магнето от трактора Т-100: тот еще «изыск», но для села сгодится. Меня эта проблема тоже зацепила. В течение двух сезонов я занимался поиском оптимального варианта. В результате возникло предлагаемое вниманию читателей схемное решение. За основу взял следующие исходные:

1) В двухтактном 2-цилиндровом моторе искру можно подавать в оба цилиндра одновременно. Рабочий ход будет только в одном. Как пример-у двигателя РМЗ-640 «Буран».

2) Подключить параллельно два БКС к одному генератору нельзя: не позволит внутреннее устройство блоков, то есть искра, конечно, будет, но, во-первых, весьма слабая, а во-вторых, для пуска «киком» потребуется достаточно энергичный рывок. После рассмотрения развернутой схемы (рис.1) это становится очевидно: блок БКС рассчитан на работу с 1-цилиндровым двигателем. В ИЖ-Ю разряды чередуются через 180°.

Поэтому энергии перегруженного двумя блоками генератора недостаточно для пополнения заряда разрядных конденсаторов С2, так как суммарная емкость увеличилась в два раза-до 4,0 мкФ. В процессе искрообразования открывшийся тиристор блока А1 шунтирует выход генератора-в этот момент заряда конденсатора С2 блока А2 не происходит. Доводы оппонентов: «а я собрал на двух коммутаторах-и работает», наверное, следует отнести к разбросу электрических параметров элементов схемы.

3) Нельзя непосредственно соединить выводы от индукционных датчиков-будут гасить сигнал друг друга.

4) Система зажигания должна быть собрана из заводских (промышленных) элементов.

5) Ну и, конечно, деталей (элементов) должно быть как можно меньше-это из соображения лимита места на мотоцикле. Свой первый вариант электронного зажигания я собирал по описанию из «М-К» № 8"1998 г. - «Забудьте про аккумулятор». Поездил с двумя коммутаторами сезон, но, поразмыслив, решил-могу сделать и получше-собрал подобную схему на самодельной печатной плате с меньшими габаритами. Конденсаторы были взяты меньшей емкости (1,0 мкФ.).

Запуск стал получше, но оставались сомнения в надежности конструкции. Случай свел с людьми, увлеченными мотодельтапланами. Вот на «Поиске-06» я и познакомился с системой зажигания «Бурана». Вопрос «один или два» был решен в пользу одноканальной системы, как более надежной. Разберем схему, представленную на рис.2 Коммутатор (А1) - тиристорный 251.3734, 261.3734, 252.3734, 262.3734 (у меня мопедовский 251.3734, но можно любой, вплоть до КЭТ-1А; нежелательно использовать БКС-1МК-211: схемно «задушен» по максимальным оборотам).

Катушки (TV1, TV2)-две «восходовские»: 2102.3705 или Б-300Б. Пригодность «ижевских» не проверял-думаю, что их хватит не надолго. Генератор (G)-43.3701 или 80.3701 - ставится через планшайбу, от типа зависит мощность (и напряжение) осветительных цепей, в верхнюю крышку оппозитно врезал два штатных индукционных датчика от «Минска»; такая модернизация описана неоднократно, поэтому останавливаться на ней не буду. Сигналы от датчиков поступают на единственный тоже самодельный узел.

Смеситель (А2 на рис.2): диоды VD1, VD2 разделяют обмотки датчиков Д1, Д2, но смешивают из них сигналы. Смешанный сигнал поступает на вход Д коммутатора, который формирует разрядные импульсы через обе включенные последовательно катушки зажигания TV1 и TV2. Следует обращать внимание на соблюдение полярности подключения катушек и датчиков. Это важно! В остальном схема аналогична схемам легких мотоциклов.

Диоды в смеситель подойдут любые (желательно с низким прямым сопротивлением) с Upa6 = 50 В, 1раб = 500 мА (у меня КД212), выход их из строя маловероятен. Разместил их на плате из фольгированного стеклотекстолита (см. чертеж на рис.3) и проводами соединил со стандартным автоштекером. Снаружи обмотал ПВХ лентой. Коммутатор закрепил на кронштейне под бензобаком рядом с катушками. Соединительные провода от коммутатора к ним минимальной длины и максимально возможного сечения (у меня около 2,5 мм2)-меньше потери энергии разряда.

Теперь по сигналу датчиков искра проскакивает одновременно в обоих цилиндрах. Обратил внимание, что, по сравнению с двухканальным коммутатором по различным авторским схемам, искра длиннее и с характерным щелкающим звуком, уменьшились пусковые обороты (заводится «с полтыка»), за счет большей энергии стали стабильнее и холостые обороты.

Не оправдались страхи сомневающихся о возможных обратных вспышках в карбюратор. Были поначалу опасения, что за время между двумя запускающими импульсами не успеет зарядиться конденсатор С2-однако все в норме: пропусков зажигания на максимальных оборотах не отмечено. Конечно, запасной коммутатор с собой вожу, но это для самоуспокоения.

Износ свечей F1, F2 за период эксплуатации (2 сезона) незначительный, да я их и не чистил ни разу. Так как разряд в свечах теперь происходит одновременно, можно менять местами свечные колпаки-двигатель продолжает работать. В общем, я своей схемой доволен, поэтому всем рекомендую-повторите, не пожалеете.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема двухканальной системы электронного зажигания 2-цилиндровых мотоциклетных двигателей

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема одноканальной системы электронного зажигания для мотоцикла «ИЖ-ЮПИТЕР»

Рис. 3. Схема монтажа диодов смесителя

Смирнов Владимир Фёдорович

Россия, Тверская обл., г. Кимры

E-mail: [email protected]

Web-sait:

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 : «...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 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 : « Мощный тепловой толчок, вызывающий ускорение процессов, приводящих к образованию очага сгорания, можно осуществить электрическим разрядом между электродами свечи зажигания при напряжении 8–15 к В. 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 мк с.». 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 : « 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:

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.

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.

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.

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

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.

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.

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 , 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 . 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

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.

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.

Салон