Багаторічна експлуатація на вітчизняних і зарубіжних автомобілях електронних блоків запалювання, зібраних за статтею Ю. Сверчкова [1] удосконаленнями, запропонованими Р. Карасьовим [2], показала, що ці удосконалення разом з позитивними якостями (збільшення тривалості іскри, наприклад) призводять до появи збоїв в искрообразовании на частоті обертання колінчастого вала 3000 хв-1 і більше. Більше того, виявилося, що повністю усунути ці збої виключно важко, навіть якщо точно слідувати рекомендаціями, даними в [3].
На стадії налагодження блоку було встановлено, що поява на затиску "До" котушки запалювання напівхвилі напруги після закривання діоди VD5 (позначення елементів тут і далі відповідають схемі на рис. 1 в [2]) вкрай нестабільно. Характеристики цієї напівхвилі сильно залежать не тільки від номіналів конденсатора С2 і резистора R4, але і від напруги живлення, і ще більшою мірою-від ширини іскрового проміжку.
Після установки на автомобіль блоку, відрегульованого і працює на стенді без збоїв в інтервалі частоти формувача імпульсів 10...200 Гц з двома періодами розрядки конденсатора C3 при напрузі живлення 14, искровом проміжку 7 мм, збої в искрообразовании проявлялися на високих оборотах колінчастого валу. Не допомагало ні різне поєднання значень ємності конденсатора С2 (від 0,01 до 0,047 мкФ) і опору резистора R4 (від 300 до 1500 Ом), ні навіть добірка тріністора VS1 по струму управління.
Збої повністю зникали при номіналі резистора R4 понад 1,5 кОм і конденсатора С2 0,01 мкФ, тобто при однопериодном искрообразовании у відповідності зі схемою блоку Ю. Сверчкова. Кілька років блок безвідмовно працював з віддаленої ланцюгом подовження іскри C2R3R4VD6.
Аналіз осцилограм напруги на затиску "До" котушки запалювання, отриманих на встановленому в автомобіль блоці запалювання з ланцюгом подовження іскри, при різній частоті іскроутворення, приводить до висновку, що причина появи збоїв в искрообразовании криється в нестабільності швидкості наростання напівхвилі напруги на конденсаторі C3, наступного за закриванням діоди VD5.
Тому доводиться визнати, що метод збільшення тривалості іскрового розряду тринисторно-конденсаторним блоком шляхом подачі на керуючий електрод тріністора повторного початкового імпульсу, який формується залишковим напруженням на накопичувальному конденсаторі, для практичного використання в автомобілі непридатний.
Реалізувати на практиці ідею збільшення тривалості іскрового розряду в конденсаторном блоці запалювання [1] вдалося завдяки використанню замість тріністора потужного складеного транзистора КТ898А, спеціально розробленого для автомобільних систем запалювання. Схема модернізованого блоку показана тут на рис.1 (далі позначення елементів відповідають цій схемі).
Ланцюг управління розрядкою накопичувального конденсатора С2 істотно спрощена по порівняно з [2]. Постійну часу зарядки керуючого конденсатора C3 визначають номінали елементів C3 і R3 і опір діода VD7, а розрядки - C3 і R4, VD6 і опір емітерного переходу транзистора VT2.
Струм бази транзистора VT2 залежить від напруги на конденсаторі C3, опору діоди VD6, резистора R4 і напруги живлення, що дозволяє налагодити блок в стендових умовах.
Для налагодження підключають блок до регульованого джерела живлення напругою до 15 В і струмом навантаження 3...5 А і до котушки запалювання, встановлюють іскровий проміжок 7 мм між її центральним висновком та зажимом "Б". До контакту 6 рознімання X1.1 підключають вихід формувача прямокутних імпульсів шпаруватістю 3 і навантажувальною здатністю не менше 0,5 А.
Дуже зручно для налагодження скористатися октан-коректором [4] допоміжними пристроями (треба тільки замкнути змінний резистор R6 за рис. 1 в [4]. У налаживаемом блоці замість постійного резистора R3 підключають змінний номіналом 2,2 кОм, встановивши його движок в положення максимального опору. Включають джерело живлення на напругу 14 В і подають на вхід керуючі імпульси частотою від 10 до 200 Гц, контролюючи осцилографом форму напруги на затиску "До" котушки запалювання - вона повинна відповідати показаної на рис. 2.
Якщо на осцилограмі видно тільки один період коливання напруги, обертанням движка змінного резистора домагаються появи другого періоду з обов'язковою видимої чіткою межею закінчення іскроутворення. Потім зменшують напругу харчування до 12 В і повторюють попередню операцію. Після цього проводять контрольну перевірку роботи на частоті 10...200 Гц при напрузі живлення 12...14 Ст. Вимірюють опір введеної частини змінного резистора і впаюють постійний резистор найближчого номіналу Зазвичай опір R3 знаходиться в межах від 200 до 680 Ом. В окремих випадках може знадобитися підібрати конденсатор C3 в межах 1 ...3,3 мкФ.
Зменшення постійної часу зарядки конденсатора C3 через резистора R3 не погіршує захищеності блоку від імпульсів "брязкоту контактів переривника, так як процес "брязкоту" коротше часу, протягом якого струм бази транзистора VT2 досягне значення, достатнього для його відкривання. При використанні блоку спільно з октан-коректором [4; 5] перешкоди, пов'язані з "дребезгом", придушуються ще більш надійно.
Ємність накопичувального конденсатора С2 блоку запалювання збільшена до 2 мкФ з метою збільшення його розрядки. У цьому випадку тривалість першого періоду розрядки дорівнює 0,4 мс. Для того щоб конденсатор встигав заряджатися до виникнення чергового циклу іскроутворення, перетворювач в блоці необхідно форсувати, збільшивши товщину набору пластин трансформатора Т1 до 8 мм, а при налагодженні блоку за методикою Ю. Сверчкова підбіркою резистора R1 домогтися напруги 150... 160 В на конденсаторі С2 (конденсатор при цьому необхідно зашунтувати резистором опором 1,5 кОм потужністю не менш 5 Вт). У такому варіанті виконання перетворювач в блоці продовжує надійно працювати протягом вже більше 6 років.
Діод VD5 за схемою рис. 1 в [2] з блоку виключено; його функцію виконує вбудований захисний діод транзистора VT2 блоку. Конденсатор С2 - МБГО, C3 - К53-1 або К53-4, К53-14, К53-18; застосовувати алюмінієві конденсатори з-за великого струму витоку і невисокою надійності можна. Транзистор можна КТ898А замінювати тільки на КТ897А, КТ898А1 або на закордонні BU931Z, BU931ZR BU931ZPF1, BU941ZPF1. Роз'єм Х1 складається з вставки ОНП-ЗГ-52-В-АЕ і розетки ОНП-ЗГ-52-Р-АЕ.
Описуваний блок можна застосовувати в автомобілях сімейства ВАЗ-2108 і ВАЗ-2109, для чого потрібно підключити до блоку ліворуч роз'єму Х1.1 за схемою рис. 1 узгоджувальний вузол, зібраний за схемою на рис. 3 (хрестом зазначено місце розриву ланцюги). Якщо ж передбачається спільно з блоком запалювання використовувати октан-коректор [5], з узгоджувального вузла слід виключити резистори R1, R4 і конденсатори С1, С2, замкнути резистор R2 і діод VD1 і з'єднати вихід октан-коректора [5] (резистор R7) з базою транзистора VT1 сайту. Стабілітрон Д816А треба замінити на Д815В, плюсовий провід живлення коректора підключити до контакту 5 роз'єму Х1.1. Конденсатори у вузлі С1 - КМ-5 (КМ-6, К10-7, К10-17), С2 - К73-9(К73-11).
При використанні блоку на автомобілях інших типів, що мають контактний переривач, для живлення октан-коректора слід встановити параметричний стабілізатор напруги, рис. 4.
Висновок конденсатора переривника Спр відключають і припаюють його до контакту 7 розетки Х1.2. Тепер для переходу на звичайне запалювання досить вставити в розетку Х1.2 вилку-заглушку Х1.3, у якій з'єднані разом контакти 1,6,7 (на схемі рис. 1 вона не показана). Щоб не виводити провід від конденсатора переривника Спр до розетки Х1.2 у вилці Х1.3, можна передбачити конденсатор С4 К73-11 ємністю 0,22 мкФ на напругу 400 В, підключивши його між контактами 1, 6, 7 і контактом 2. У цьому випадку конденсатор Спр просто демонтують.
Після проведення зазначеної модернізації блок забезпечує безперебійне іскри з двома періодами загальною тривалістю іскри не менше 0,8 мс при частоті обертання колінчастого вала двигуна від 30 до 6000 хв-1 та зміну напруги бортової мережі автомобіля від 12 до 14 Ст. Двигун став працювати "м'якше", покращилася динаміка автомобіля.
При зниженні напруги живлення до 6 блок зберігає безперебійне іскри з одним періодом у зазначених межах частоти обертання колінчастого валу, причому двупериодное іскроутворення зберігається до частоти обертання 1500 хв-1 при зменшенні бортового напруги до 8 В, що істотно полегшує запуск двигуна.
Застосування в блоці комутуючого транзистора замість тріністора дозволяє також підвищити енергію іскри за рахунок практично повної розрядки накопичувального конденсатора через первинну обмотку котушки запалювання, як в конденсаторних блоках запалювання з імпульсним накопиченням енергії. Цей варіант став роботи можливим завдяки тому, що блок Ю. Сверчкова [1] не боїться замикання накопичувального конденсатора С2. Реалізація зазначеного якості досягнута включенням діода VD8 паралельно первинній обмотці котушки запалювання (на схемі блоку він показаний штриховими лініями).
Процес розрядки накопичувального конденсатора для блоку запалювання з безперервним накопиченням енергії в конденсаторі дещо незвичайний. При замиканні контактів переривника заряджається керуючий конденсатор C3, і в момент їх розмикання він виявляється підключеним плюсовій обкладкою через діод VD6 до бази транзистора VT2, а мінусом через резистор R4 - до емітером. Транзистор VT2 відкривається і залишається відкритим до тих пір, поки струм його бази - струм розрядки конденсатора C3 - залишається для цього достатньою.
Накопичувальний конденсатор С2 підключений через транзистор VT2 до первинної обмотки котушки запалювання і розряджається протягом першої чверті періоду так само, як в блоці [1]. Коли напруга на затиску "До" котушки перейде через нульове значення, діод VD8 відкривається. Струм в ланцюзі в цей момент досягає максимуму. Відкритий діод VD8 шунтує конденсатор С2, з'єднаний через відкритий транзистор VT2 з обмоткою I котушки, і, отже, перезарядки конденсатора не відбувається, він розряджається повністю на обмотку I котушки запалювання і вся його енергія переходить у її магнітне поле.
Відкритий діод VD8 підтримує струм у контурі, утвореному їм і обмоткою I, і виник протягом першої чверті періоду іскровий розряд. Після того як вся запасена енергія котушки буде витрачена, іскровий розряд припиняється. Слід зазначити, що в цьому випадку, на відміну від випадку коливального процесу розрядки конденсатора С2, тривалість розряджання не залежить від стану транзистори VT2 і визначається тільки ємністю конденсатора С2 і характеристиками котушки запалювання.
Таким чином, транзистор VT2 може закритися до або після закінчення іскрового розряду, що знижує вимоги до точності регулювання блоку. Достатньо налагодити його на стенді для випадку коливального процесу, а потім просто припаяти діод VD8. Це властивість блоку робить його універсальним. Наприклад, якщо потрібно підвищений ресурс свічок запалювання, блок використовують в коливальному режимі, тривалість іскрового розряду 0,8 мс, впевнений запуск двигуна в будь-яких умовах. А коли потрібна висока енергія іскри (підвищені вимоги до рівнем токсичності вихлопних газів), блок використовують з струмовим процесом розрядки, встановивши діод VD8. Іскровий розряд під час випробувань блоку з діодом має вигляд шнура синьо-малинового кольору, як у транзисторних систем.
Для модернізації вже виготовлених блоків [2] ніяких істотних переробок не вимагається. Транзистор КТ898А і діод КД226В вільно розміщуються на існуючій плати замість тріністора VS1 і подовження ланцюга іскри C2R3R4VD6. Тепловідвід транзистору абсолютно не потрібен, оскільки тривалість протікає через нього імпульсу струму незрівнянно менше, ніж у транзисторних системах.
Після модернізації значно збільшується імпульсний струм, споживаний блоком запалювання при роботі двигуна (при зупиненому двигуні струм залишився колишнім - 0,3...0,4 А). Тому доцільно між контакту 4 рознімання Х1 і загальним дротом підключити оксидний блокувальний конденсатор ємністю 22 000 мкФ на напруга не менше 25 Ст.
Зрозуміло, описаної модернізацією блоку [1] не вичерпуються можливості подальшого нарощування тривалості і енергії іскрового розряду. Так, наприклад, був випробуваний спосіб підключення первинної обмотки котушки запалювання до джерела харчування в момент закінчення циклу іскроутворення. І хоча такий блок виходить більш складним і, відповідно, менш надійним, в цілому за цими показниками він перевершує багато інших, описані в журналі.
Фрагмент схеми вдосконаленого варіанту зображений на схемі рис. 5 (перетворювач залишається незмінним).
Після розмикання контактів переривника процеси, що протікають в блоці в першу чверть періоду розрядки накопичувального конденсатора С2, аналогічні описаним вище (фаза 1 на рис. 6), однак, крім цього, відбувається зарядка конденсатора С4 через резистори R4, R5, емітерний перехід транзистора VT3. Зарядний струм цього конденсатора відкриває транзистор VT3 і утримує його в цьому стані протягом часу, що визначається параметрами елементів зарядного ланцюга.
Після того, як напруга на затиску "До" котушки запалювання перейде через нульове значення наприкінці першої чверті періоду і перевищить пряме напруга діода VD9, він відкриється і затиск "До" через діод VD9 і транзистор VT3 буде підключений до загального проводу. Через первинну обмотку котушки запалювання потече струм від джерела живлення, підсумовуючись з струмом розрядки конденсатора С2 і підтримуючи виник іскровий розряд (фаза 2).
Далі струм бази транзистора VT3 стає настільки малим, що транзистор закривається, відключаючи первинну обмотку котушки запалювання. Виникаючий при цьому сплеск напруги на затиску "До" - близько 200 (фаза 3 на рис.) - виявляється достатнім для повторного пробою іскрового проміжку, так як до цього моменту іскровий розряд фактично ще не був закінчений і повторний пробій відбувається в підготовленому середовищі. Далі розряд протікає, як в транзисторній системі (фаза 4 на рис. 6).
Після замикання контактів переривника конденсатор С4 швидко розряджається через резистор R5 і діод VD10, готуючись до чергового циклу іскроутворення.
Сумарна тривалість іскрового розряду в удосконаленому блоці дорівнює 2 мс і залишається практично постійною в інтервалі частоти формувача імпульсів від 10 до 200 Гц при напрузі живлення 14 Ст.
Налагодження цього блоку складності не представляє. Спочатку налагоджують його з відключеним транзистором VT3 так само, як описано вище. Потім підключають транзистор VT3, замість постійного резистора R5 підключають змінний опором 2,2 кОм і встановлюють його движок в положення найбільшої опору.
Включають джерело живлення і встановлюють напругу 14 Ст. Обертанням движка змінного резистора домагаються, щоб форма напруги на затиску "До" котушки запалювання відповідала показаної на рис. 6 в інтервалі частоти формувача імпульсів від 10 до 200 Гц, після чого замість змінного резистора впаюють постійний відповідного опору (зазвичай - від 430 до 1000 Ом).
Випробування були проведені з котушкою запалювання Б115 для контактної системи автомобіля ГАЗ-24 при замкнутому додатковому резисторі. Замикання цього резистора можна не побоюватися - котушка не перегріється, так як час іскрового розряду, формується блоком в кожному циклі, менше часу знаходження котушки підтоком при замкнутих контактах переривника в звичайній системі запалювання. У разі застосування інших котушок запалювання оптимальну ємність конденсаторів C3 і С4 може знадобитися уточнити експериментально.
Ефективність роботи вузла на транзисторі VT3 оцінюють, відключивши після налагодження конденсатор С4. Встановлюють частоту іскроутворення 200 Гц і стосуються висновком конденсатора С4 в місці його відключення - звук іскрового розряду повинен змінюватися, а шнур іскри - ставати трохи товщі, з утворенням навколо нього світлого хмарки іонізованого газу, як у іскрового розряду, формованого транзисторними системами. Небезпеки пошкодження транзистора VT3 при цьому немає.
Транзистор VT3 необхідно встановити на корпус блоку, змастивши прилеглу до нього поверхня пастою КПТ-8 або мастилом Літол-24. Якщо замість КТ898А1 (або BU931ZPF1) використаний інший транзистор, доведеться підкласти під нього ізолюючу слюдяну прокладку.
Креслення друкованої плати блоку за схемою рис. 1 представлений на рис. 7.
Плата розроблена таким чином, щоб максимально полегшити складання будь-якого описаного у статті варіанту блока запалювання. Резистор R1 для зручності налагодження складений з двох - R1.1 і R1.2. Замість діодів Д220 можна використовувати КД521А, КД521В, КД522Б; замість Д237В підійдуть КД209А-КД209В, КД221В, КД221Г, КД226В-КД226Д, КД275Г, а замість КД226В (VD8) - КД226Г, КД226Д, КД275Г. Для октан-коректора треба передбачити окрему плату.
Трансформатор Т1 зібраний на магнітопроводі Ш16х8. Пластини зібрані встик, у зазор вкладена смужка склотекстоліти товщиною 0,2 мм. Обмотка I містить 50 витків дроту ПЕВ-2 0,55 (можна товщі - до 0,8), обмотка II - 70 витків дроту ПЕВ-2 діаметром від 0,25 до 0,35 мм, обмотка III - 420-450 витків дроту ПЕВ-2 діаметром від 0,14 до 0,25 мм
Фото одного з варіантів блоку запалювання (без кожуха) показано на рис. 8.
Література
Автор: Е. Адигамов, р. Ташкент, Узбекистан