21 Контактные системы с электронным ключом

1 Эти системы появились первыми и представляли собой попытку улучшить херактеристики батарейно-катушечной системы, не меняя ее основных принципов.

Первым шагом было использование транзисторного ключа для прерывания цепи первичной обмотки катушки зажигания. Для управления включением и выключением электронного ключа использовались все те же контакты прерыветеля.

Простейшая схема такой системы изобрежена на рис. 6.46. Роль электронного ключа в ней выполняет транзистор типа п-р-п, включенный в цепи первичной обмотки катушки зажигания. Ток обмотки проходит от коллектора (с) к эмиттеру (е) до тех пор, пока эмиттер имеет отрицательное напряжение относительно базы (Ь).

При размыкании контактов прерывателя S положительное напряжение от базы отключается и ток эмиттера лрерывеется.

Цифры на схеме показывают, что ток базы, е следовательно, и ток через контекты, [0.16 А) состевляет лишь 2% от управляемого транзистором тока (8 А). Таким образом, транзисторный ключ может включеть и выключеть довольно большой ток, требуя для своего управления ток значительно меньшей силы.

► ovO-

Напряжение зажигания -►

Катушка зажигания

Транзистор типа п-р-п --►-ьг

Рис. 6.46. Приниип работы электронного ключе

Показанная схема иллюстрирует только принцип. Практического применения она не получила, поскольку требует для смешения напряжения безы относительно эмиттера дополнительного источника напряжения.

2 Поскольку через контакты теперь протекает малый ток [в данном случае 0.16 А), долговечность контактов значительно возрастеет. Кроме того в этой схеме уже не требуется конденсатор, поскольку контакты отделены от первичной обмотки катушки. Ресурс контактов даже при такой простой схеме повышается до 100 СХЮ миль.

3 При резработке кетушки зажигания для схемы упревления с транзисторным ключом приходится принимать во внимание индуктивность катушки (см. главу 1).

Индуктивность, кроме всего прочего, зависит от числе витков обмотки. Энергия магнитного поля катушки составляет

W= 1/2 Ll,

где W - запасенная энергия (Джоули); I - ток в обмотке катушки (Амперы); L - индуктивность катушки (Генри).

4 Важно, чтобы при замыкании контактов ток в обмотке катушки вырос как можно быстрее, чтобы успеть накопить достеточную энергию перед следующим размыканием.

Индуктивность в электрической цепи подобна маховику. Как тяжелый маховик требует времени дпя раскрутки до заданной скорости, так и индуктивность препятствует нарастанию тока в цепи.

Время нарастания тока в первичной обмотке существенно сдерживает частоту вспышек (см. рис. 6.47). Поэтому разработчики приняли решение увеличить ток в первичной обмотке катущки с 3 А до 8 А. Это позволило уменьшить число витков первичной обмотки, но потребовало увеличить коэффициент трансформации кетушки (отношение числа витков вторичной и первичной обмоток) до 250:1 и даже до 400:1, тогда как в обычной системе это соотношение равно 66:1.

Уменьшение числа витков первичной обмотки, кроме того, позволило снизить активное сопротивление катушки и связанные с этим тепловые потери.

5 Снижение индуктивности катушки зажигения имеет и еше одно важное знечение. Дело в том, что при резком уменьшении

Обычная система

Ток в катушке, Амперы

Ток в катушке. Амперы 4

Транзисторная система

Контакты Контакты раз- аамкнугы омкиуты

Рис. 6.47. Нарастание тока в первичной обмотке - сравнение

Контакты разомкнуты

100 200 300 400 500

Вспышек в секунду

Рис. 6.4S. Сравнение характеристик обычной и электронной систем

тока в первичной обмотке, в ней возникает э.д.с. самоиндукции, котюрая может во много раз превзойти напряжение бортовой сети. Это напряжение может представлять опесность для других электрических и особенно электронных приборов автомобиля. Поэтому понятно стремление разработчиков максимально снизить индуктивность кетушки.

6 Скорость нарастания силы тока в первичной обмотке катушки является главным фактором, определяюшим максимальную частоту работы системы зажигания. Уменьшение индуктивности катушки, которое становится возможным с применением электронного ключа, позволяет значительно повысить быстродействие системы (см. рис. 6.47 и 6.4В).

7 Преимушества системы зажигения с электронным ключом, лозволяюшие повысить частоту и мошность искры, долговечност свечи и контактов прерывателя, в целом увеличивают интервал между обслуживаниями системы.

Вместе с тем, к недостаткам этой системы следует отнести остевшийся в ней механический прерыветель с контактами. В настоящее время автомобили с такой системой зажигания не выпускаются, хотя основанные на этом принципе неборы, предназначенные для модернизации старых автомобилей силеми домашнего мехеника, остаются очень популярными.

22 Схема системы зажигания с электронным ключом

на одном транзисторе

О-СГЪ-VW

+ Выключатель олЯ зажигания

Питание от

диод 15 А 150 В

аккумулятора 2B

Контактный прерыватель

к свечам зажигания

о Катушка § зажигания с о коэффициентом

Ю 4Q0;1

Рис. 6.49. Схема системы зажигания с электронным ключом на одном транзисторе

1 Как было указено выше, схема рис. В.46 обладает недостатком: она требует дополнительного источника питения для смешения базы. В действительности напряжение для питания и для смешения берется от одного и того же источника -аккумулятора. Для получения напряжения смешения пераллельно аккумулятору включается пара резисторов, образующих делитель напряжения. Реализация этой идеи показана на рис. 6.49, где изображена реально работающая схема.

2 Первая цель электронного зажигания состояла в том, чтобы оградить контекты прерывателя от большого тока первичной обмотки катушки. Транзистор, работающий в режиме ключа, защищен от высокого напряжения, возникеюшего вследствие самоиндукции, стабилитроном. При достижении напряжением порога проводимости стабилитрона (56 В), транзистор шунтируется его малым сопротивлением, пока не исчезнет напряжение самоиндукции.

3 При замкнутых контактах прерывателя резисторы и R3 выполняют роль делителя напряжения и создают смещение на базе транзистора так, что он оказывается включенным. Ток идет через резистор R. диод транзистор (от эмиттера к коллектору) и далее - через первичную обмотку катушки.

4 При размыкании контактов ток через делитель прерывается и база оказывается практически под полным непряжением аккумулятора. В то же время через диод и резистор продолжает течь небольшой ток, в результате чего эмиттер оказывается под напряжением примерно на 0.7 В отрицательнее базы. Этого достаточно для того, чтобы транзистор мгновенно запер первичную обмотку катушки, в результате чего во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение.

Схема обычно монтируется на пластине с хорошей теплопроводностью для отвода тепла и заливается эпоксидным компаундом для зашиты от повреждений.

23 Схема системы зажигания с электронным ключом на двух транзисторах

1 Схема с одним силовым транзистором проста, но /!учшим решением является схема с двумя транзисторами. В этом случае первый транзистор получает сигнал от прерывателя и управляет вторым, силовым, транзистором, который прерывает ток в катушке.

-12V о

Рис. 6.50. Схема системы зажигания на двух транзисторах

Преимушеством схемы на двух трензисторах является пониженный тепловой режим транзисторов.

2 Схема зажигания не двух транзисторах показана на рис. 6.50. В схеме использованы трензисторы разных типов; Т типа р-п-р и Т типа п-р-п. [Напомним, что транзистор типа р-п-р находится в проводящем состоянии, когда его база имеет отрицательное смешение относительно эмиттера, е для транзистора типа п-р-п необходимо смБешение противоположного знака].

3 При замкнутых контектах прерывателя ток, проходящий через цепочку R, и создает не резисторе падение напряжения, достаточное для отпирания транзистора Т.,. Ток коллектора Т, создает падение напряжения не резисторе R, которое отпирает транзистор Т.

4 При размыкании контактов смещение на базеТ, пропадает и транзистор запирается. Отсутствие падения напряжения на R запирает также и транзистор Т, прерывая ток через первичную обмотку катушки.

Индуцированное высокое напряжение во вторичной обмотке через распределитель зажигания подается на свечи.

5 В момент прерывания тока в катушке возникает э.д.с. самоиндукции, достигающая нескольких сотен Вольт, достаточных для пробоя транзистора Т. Для защиты транзистора параллельно ему установлен стабилитрон, который открывается при напряжении примерно 100 В и шунтирует транзистор.

Цепочка резисторов R., и рассчитана так, чтобы обеспечить необходимое смещение на базу Т.,. Резистор Rg рассчитан так, чтобы через контакты протекал ток примерно 250 ма, необходимый для выгорания загрязнений и предотвращения коррозии. R -балластное сопротивление для ограничения тока через первичную обмотку.

6 Существует множество вариантов этой схемы. Но, несмотря на то, что ее применение дает хорошие результаты, все же в ней остаются некоторые из недостатков обычных схем зажигания:

а) Необходимость периодического обслуживания, обусловленная износом пары кулачок - толкатель.

Рис. В.51. Блок зажигания Sparkrite 2000

б] Отрыв контакта от кулачка при высоких скоростях.

в] Сравнительно высокая стоимость.

Следующим шегом в развитии транзисторных схем зежигания должен стать отказ от механических контактов.

7 Примером электронного устройстве, преднезначенного дпя модернизации старых систем зежигания, может служить блок Sparkrite 2000 (см. рис. 6.51), Использование этого блока предполагеет наличие как контактного прерывателя, так и кетушки зажигания. Для генерации искры блок использует энергию как индуктивной катущки, так и конденсатора, совмещая в себе достоинства обеих систем. (Принцип работы конденсаторной системы описан в следующем пареграфе).

8 Использование блока с элементами старой системы зажигания позволяет повысить надежность зежигения при работе на бедных смесях при любых нагрузках и скоростях. Другим его достоинством является возможность возврата к старой системе зажигания в спучае отказа электроники или какого-либо повреждения.