На рис. 25 показаны упрощенные электрические
схемы контактной и контактно-транзисторной систем зажигания двигателей
автомобилей.
Контактная система зажигания карбюраторных двигателей (рис. 25, а)
практически достигла в своем развитии предела, а требования к повышению
ее надежности все возрастают.
Многоцилиндровые двигатели становятся более высокооборотными и должны
безотказно работать в сложных условиях. Система зажигания двигателей
должна обеспечивать достаточно высокое вторичное напряжение для пробоя
искрового промежутка между электродами свечи; образующаяся искра должна
обладать достаточной энергией для воспламенения рабочей смеси.
Необходимая величина вторичного напряжения характеризуется коэффициентом
запаса системы зажигания, т. е. отношением вторичного напряжения,
развиваемого катушкой зажигания, к пробивному напряжению свечи
зажигания. Надежная
работа системы зажигания возможна при коэффициенте
запаса 1,5.
Контактные системы зажигания могут обеспечить необходимый коэффициент
запаса 1,5 в рабочем режиме только для четырехцилиндровых двигателей.
Немного меньшим коэффициентом запаса обладает система зажигания
шестицилиндровых двигателей. Наиболее низкий коэффициент запаса
контактной системы зажигания был у первых выпусков восьмицилиндровых
двигателей (ЗИЛ-130, ЗИЛ-131, ГАЭ-53А, «Урал-375»). В рабочем режиме он
находился в пределах 1,2...1,35. Существенного увеличения вторичного
напряжения в контактной системе зажигания можно было бы достигнуть
увеличением силы тока, разрываемого контактами прерывателя. Однако
контакты, изготовляемые из наилучшего контактного материала — вольфрама,
уже не допускают дальнейшего увеличения прерываемого ими тока из-за
повышенного износа (дугообразования, эрозии и др.). Срок службы
контактов прерывателя контактной системы зажигания восьмицилиндрового
двигателя составляет не более 50 тыс. км пробега автомобиля, а
транзисторной системы зажигания с контактным управлением более 200 тыс.
км.
Рис. 25. Упрощенные электрические схемы систем
зажигания:
а — контактная; б — контактно-транзисторная; ВК — выключатель зажигания;
Я* — добавочный резистор;
СТ — контакты силового реле стартера; КЗ — катушка зажигания; 1 —
первичная обмотка КЗ; II — вторичная обмотка КЗ; III — к распределителю
зажигания; Т — транзистор; Б, Э и К — соответственно база, эмиттер и
коллектор транзистора; Кп—контакты
прерывателя; С — конденсатор
Рис. 26. Принципиальная схема
контактно-резисторной системы зажигания восьмицилиндрового двигателя
Использование последних достижений электронной
полупроводниковой техники позволяет совершенствовать системы зажигания в
трех основных направлениях:
разделение функций синхронизации системы зажигания и коммутации
(прерывания) первичного тока с передачей последней транзисторному
коммутатору;
разделение функций накопления энергии и повышения
напряжения зажигания с передачей функции накопителя специальному
конденсатору;
замена контактов и кулачка прерывателя электромагнитным датчиком.
Дальнейшим перспективным развитием этих направлений будет замена
механической системы регулирования угла опережения зажигания электронной
системой.
Как видно из рис. 25,6, контактно-транзисторная система зажигания в
основном состоит из тех же аппаратов, что и контактная система
зажигания; в ней нет искрогасящего конденсатора, но добавлен транзистор.
Применение транзистора с контактным управлением повышает напряжение во
вторичной цепи на 25 % и увеличивает коэффициент запаса до 1,75, кроме
того, увеличивается энергия искрового разряда, что способствует
облегчению пуска двигателя, полному сгоранию обедненной горючей смеси,
особенно на переходных режимах, в результате уменьшается перегрев,
стабилизируется мощность и улучшается приемистость двигателя. Контакты
прерывателя работают с меньшей электрической нагрузкой, разрывая ток в
6.. .8 раз меньше, чем у контактной системы зажигания, вследствие чего
значительно уменьшается окисление и подгорание контактов, что
значительно повышает надежность и упрощает обслуживание системы
зажигания.
Принцип работы транзистора в контактно-транзисторной системе зажигания
происходит следующим образом (см. рис. 25,б): при включении выключателя
зажигания ВК, если контакты прерывателя разомкнуты, то тока в силовой
цепи транзистора Т от эмиттера Э к коллектору К нет, так как транзистор
«закрыт». При замыкании контактов прерывателя на базу Б транзистора
подается отрицательный потенциал, но так как потенциал эмиттера Э
положительный, то транзистор открывается. При этом незначительная часть
тока пойдет от эмиттера Э на базу Б, а основная часть тока пойдет от
эмиттера Э к коллектору К и далее по первичной цепи зажигания. При
размыкании контактов транзистор закрывается. Прекращение протекания тока
в первичной обмотке катушки зажигания, как и в обычной контактной
системе зажигания, наводит во вторичной обмотке ток высокого напряжения.
На рис. 26 показана принципиальная электрическая схема
контактно-транзисторной системы зажигания восьмицилиндрового двигателя.
В состав указанной системы зажигания входят следующие аппараты:
транзисторный коммутатор ТКЮ2, катушка зажигания 5114,
прерыватель-распределитель Р4-Д, добавочное сопротивление СЭ107.
Остальные аппараты, входящие в систему зажигания, применены без
изменения контактной системы зажигания.
Прерыватель-распределитель контактно-транзисторной
системы зажигания не имеет конденсатора. Катушка зажигания имеет
повышенный коэффициент трансформации и также отличается от обычных
катушек чисто трансформаторной схемой.
Добавочное сопротивление состоит из двух последовательно соединенных
спиралей. Одна из спиралей в момент пуска двигателя контактами тягового
реле стартера закрывается (отключается). Выключение части сопротивления
компенсирует падение напряжения на аккумуляторной батарее. Добавочное
сопротивление также уменьшает нагрев катушки зажигания в рабочем режиме.
Транзисторный коммутатор ТК102 является основным аппаратом, улучшающим
работу системы зажигания и обеспечивающим ее долговечность. В
коммутаторе используется мощный германиевый транзистор ГТ701А.
В корпусе коммутатора расположен блок защиты транзистора, в который
входит диод Д7Ж, стабилитрон Д718В1. конденсатор С/, резистор RK
конденсатора и резистор Rб базы транзистора.
Стабилитрон защищает транзистор от перенапряжения ЭДС самоиндукции,
возникающего в первичной обмотке катушки зажигания, а также при разрыве
цепи высокого напряжения, например при отъединении от свечи или от
крышки распределителя провода на работающем двигателе, и при проверке
системы зажигания на искру. Диод ограничивает ток, проходящий через
стабилитрон в прямом направлении.
Резистор RK и конденсатор С1 облегчают режим коммутации транзистора.
Импульсный трансформатор ИТ, совместно с резистором Rб предназначены для
формирования процесса активного запирания транзистора.
Конденсатор С2 выполняет роль защиты транзистора от случайных
перенапряжений, которые могут возникнуть в первичной цепи. Прохождение
токов управления, низкого (рабочего) и высокого напряжений показано на
рисунке соответствующими стрелками.
Бесконтактно-транзисторная система зажигания является дальнейшим
развитием транзисторной системы зажигания двигателей. В этой системе
контактный прерыватель заменен мощным транзистором, управление которым
осуществляется бесконтактным датчиком-распределителем Р351. Это
исключает необходимость периодической регулировки, очистки и замены
контактов прерывателя. В эту систему также входит катушка зажигания
Б118, добавочное сопротивление СЭ326, транзисторный коммутатор ТК200 и
аварийный вибратор РС331. Остальные аппараты, входящие в систему
зажигания, применены без изменения.
Бесконтактный датчик-распределитель, экранированный
и герметизированный, предназначен для управления работой коммутатора,
распределения импульсов высокого напряжения по цилиндрам двигателя,
автоматического регулирования опережения момента зажигания в зависимости
от частоты вращения вала двигателя, а также для установки начального
момента зажигания.
Катушка зажигания, герметизированная и экранированная, с повышенным
коэффициентом трансформации. Назначение добавочного сопротивления
пояснялось выше, при рассмотрении контактно-транзисторной системы
зажигания.
Транзисторный коммутатор ТК200 предназначен для усиления и коммутации
тока в цепи низкого напряжения. В нем применены четыре кремниевые
транзистора: КТ602Б (2 шт.), П702 и КТ808А. Первые три транзистора
являются усилителями импульса, поступающего от бесконтактного датчика
момента искрообразования и подводимого к базе транзистора КТЙ08А,
который коммутирует (прерывает) ток в первичной цепи низкого напряжения.
Имеются также шесть кремниевых диодов (Д237Б — 5 шт. и Д232), три
кремниевых стабилитрона (Д814Б —2 шт. и 2С980А) и др.
Аварийный вибратор предназначен для кратковременной работы (не более 30
ч) вместо транзисторного коммутатора или бесконтактного датчика момента
искрообразования в случае нарушения их работоспособности, т. е. в
аварийном случае.
Технические характеристики распределителей зажигания и транзисторных
коммутаторов приведены в табл. 3.8 и 3.9.
Система зажигания у бензиномоторных пил МП-5 «Урал-2» и «Тайга-214»
состоит из магнето, свечи зажигания, выключателя и токоподводящих
проводов с контактными элементами. На указанных пилах нашли применение
однотипные контактные магнето. В таких магнето используется маховик
двигателя пилы, который оборудуется магнитной системой, основанием
магнето и кулачком-прерывателем. Магнитная система включает три магнита
с железными накладками и магнитопровод в виде железного обода. Для
уравновешивания маховика на том же ободе симметрично размещается
противовес. Кулачок прерывателя у пилы МП-5 «Урал-2» располагается на
коленчатом валу, а у пилы «Тайга-214» на ступице маховика. Основание
контактного магнето в сборе включает конденсатор, прерыватель, держатель
контакта, трансформатор и проводники.
Бесконтактное (электронное) магнето маховичного типа применяется в пиле
МП-5 «Урал-2 Электрон» и в ближайшее время будет устанавливаться на пиле
«Тайга-214». Бесконтактное магнето состоит из маховика с магнитной
системой и основания в сборе. Маховик бесконтактного магнето внешне не
отличается от маховика контактного магнето, но имеет число полюсов на
один больше, чем у контактного магнето, поэтому
указанные маховики не взаимозаменяемые.
Бесконтактное магнето состоит из зарядной (генераторной) катушки,
основания, высоковольтного трансформатора, катушки (датчика) управления
моментом зажигания и полупроводникового узла (диодов и тиристора).
Принципиальная электрическая схема системы
зажигания с контактным магнето пил МП-5 «Урал-2» и «Тайга-214» приведена
на рис. 27. Система зажигания работает следующим образом. При вращении
маховика магниты разной полярности в сердечнике 6 трансформатора создают
переменное магнитное поле, индуктирующее в обмотках 9 и 10
трансформатора электродвижущую силу. В момент, когда сила тока в
первичной обмотке достигает максимального значения, кулачком 4
размыкаются контакты 8 прерывателя. Мгновенное исчезновение тока в
первичной катушке вызывает этим исчезновение созданного им магнитного
поля. Это индуктирует во вторичной обмотке 10 катушки ток высокого
напряжения, который подается к свече зажигания. Описанное явление
протекает при обороте кулачка прерывателя.
Принципиальная электрическая схема системы зажигания с бесконтактным
магнето пилы МП-5 «Урал-2 Электрон» показана на рис. 28.
Система зажигания работает следующим образом. При вращении маховика с
магнитной системой в обмотке 14 зарядной катушки датчика индуктируется
электродвижущая сила, которая через диод 13 заряжает конденсатор 3. Диод
13 и тиристор 10 не дают возможности конденсатору разряжаться обратно на
зарядную обмотку 14 и массу 5. Тиристор 10, первичная обмотка 9
высоковольтного трансформатора и конденсатор 3
через массу 5 соединены последовательно в одной
цепи. Поэтому при открытии тиристора 10, когда он становится
проводником, в этой цепи конденсатор 3 разряжается на массу 5.
Значительный импульс тока проходит через первичную обмотку 9
трансформатора, в результате чего во вторичной обмотке 7 трансформатора
индуктируется ток высокого напряжения, который пробивает искровой
промежуток свечи зажигания 8.
Момент открытия тиристора 10, т. е. момент возникновения искры
зажигания, определяется работой управляющей обмотки 1 катушки (датчика).
Она в требуемый момент возникновения искры зажигания подает на
определенный вывод тиристора 10 электрический импульс нужной величины и
тем самым откры-вает тиристор. Момент подачи этого управляющего импульса
зависит от прохождения магнитов маховика возле сердечника 15 управляющей
катушки (датчика). Управляющая обмотка 1 и тиристор 10 выполняют функции
прерывателя.
Рис. 27. Принципиальная электрическая схема
системы зажигания с контактным магнето пил МП-5 «Урал-2» и «Тайга-214»:
1 — центральный электрод свечи; 2 — боковой электрод свечи; 3 —
направление вращения коленчатого вала; 4 — кулачок прерывателя; 5 —
выключатель зажигания; 6 — сердечник трансформатора; 7 — конденсатор; 8
— контакты прерывателя; 9 — первичная обмотка; 10 — вторичная обмотка;
11 — масса двигателя
