Современный автомобиль трудно представить без зажигания. Основные
преимущества, которые дает система электронного зажигания общеизвестны, они
следующие:
более полное сгорание топлива и связанное с этим повышение мощности и экономичности;
снижение токсичности отработавших газов;
облегчение холодного пуска;
увеличение ресурса свечей зажигания;
снижение энергопотребления;
возможность микропроцессорного управления зажиганием.
Но всё это в основном относится к системе CDI
На данный момент, в автомобильной промышленности практически отсутствуют системы
зажигания, основанные на накоплении энергии в конденсаторе: CDI (Capacitor Discharge Ignition) - она же тиристорная (конденсаторная) (кроме 2-х тактных импортных двигателей). А системы
зажигания основанные на накоплении энергии в индуктивности: ICI (ignition coil inductor) пережили момент перехода с контактов на коммутаторы,
где контакты прерывателя были банально заменены транзисторным ключом и датчиком
Холла не претерпев принципиальных изменений (пример зажигания в ВАЗ
2101…07 и в интегральные системы зажигания ВАЗ 2108…2115 и далее).
Основная причина доминирующего распространения систем зажигания ICI - это возможность
интегрального исполнения, что влечёт удешевление производства, упрощение сборки
и монтажа, за которое расплачивается конечный пользователь.
При этой, так сказать, системы ICI все недостатки, основным из которых является относительно
низкая скорость перемагничивания сердечника и как следствие резкий рост тока
первичной обмотки с ростом оборотов двигателя, и потеря энергии. Что
приводит к тому, что с ростом оборотов, ухудшается воспламенение смеси, как
следствие сбивается фаза начального момента роста давления вспышки, ухудшается
экономичность.
Частичное, но далеко не лучшее решение этой проблемы, является применение сдвоенных и
счетверённых катушек зажигания (т.н.) этим самым производитель распределил нагрузку по частоте перемагничивания с одной катушки
зажигания на две или четыре, тем самым, снижая частоту перемагничивания сердечника для одной катушки зажигания.
Хочу заметить, что на машинах с схемой зажигания (ВАЗ 2101…2107), где
искра формируется за счет прерывания тока в достаточно высокоомной катушке механическим прерывателем, что замена на электронный коммутатор от или
ему подобный в автомобилях с высокоомной катушкой не дает ничего, кроме снижения токовой нагрузки на контакт.
Дело в том, что RL-параметры катушки должны удовлетворять противоречивым требованиям.
Во-первых, активное сопротивление R должно ограничивать ток на уровне, достаточном для накопления необходимого количества энергии при пуске, когда
напряжение аккумулятора может упасть в 1,5 раза. С другой стороны, слишком большой ток приводит к преждевременному выходу из строя контактной группы,
поэтому ограничен вариатором или длительностью импульса накачки в. Во-вторых, для увеличения количества запасенной энергии
необходимо увеличивать индуктивность катушки. При этом с ростом оборотов сердечник не успевает перемагнититься (о чём писалось выше). Как следствие
вторичное напряжение в катушке не успевает достигнуть номинального значения, и энергия искры, пропорциональная квадрату тока, резко снижается на высоких (более
~3000) оборотах двигателя.
Наиболее полно преимущества электронной системы зажигания проявляются в конденсаторной
системе зажигания с накоплением энергии в ёмкости, а не в сердечнике. Один из
вариантов конденсаторной системы зажигания и описан в данной статье. Подобные
устройства отвечают большинству требований, предъявляемых к системе зажигания.
Однако их массовому распространению препятствует наличие в схеме высоковольтного
импульсного трансформатора, изготовление которого представляет известную
сложность (об этом ниже).
В данной схеме высоковольтный конденсатор заряжается от DC/DC преобразователя, на транзисторах П210, при
поступлении сигнала управления тиристор подключает заряженный конденсатор к
первичной обмотке катушки зажигания, при этом DC-DC работающий в режиме блокинг-генератора останавливается. Катушка зажигания
используется только как трансформатор (ударный LC контур).
Обычно напряжение на первичной обмотке нормируется на уровне 450…500В. Наличие
высокочастотного генератора и стабилизация напряжения делает величину запасаемой
энергии практически независимой от напряжения аккумулятора и частоты вращения
вала. Такая структура получается гораздо более экономичной, чем при накоплении
энергии в индуктивности, так как ток через катушку зажигания течет только в
момент искрообразования. Применение 2-х тактного автогенераторного
преобразователя позволило поднять КПД до 0,85. Нижеприведенная схема имеет свои
преимущества и недостатки. К достоинствам
надо отнести:
нормирование вторичного напряжения, независимо от частоты вращения коленчатого вала в рабочем диапазоне оборотов.
простота конструкции и как следствие – высокая надежность;
высокий КПД.
К недостаткам:
сильный нагрев и, как следствие, - нежелательно размещать в месте моторного
отсека. Самое, на мой взгляд, удачное место расположения – бампер автомобиля.
По сравнению с системой зажигания ICI с накоплением энергии в катушке зажигания,
конденсаторная (CDI) имеет следующие преимущества:
высокая скорость нарастания высоковольтного напряжения;
и достаточное (0,8мс) время горения дугового разряда и, как следствие, - роста давления вспышки топливной смеси в цилиндре, из-за этого повышается
стойкость двигателя к детонации;
энергия вторичной цепи выше, т.к. нормирована по времени горения дуги от момента
зажигания (МЗ) до верхней мёртвой точки (ВМТ) и не ограничена сердечником
катушки. Как следствие – лучшая воспламеняемость топлива;
более полное сгорание топлива;
лучшую самоочистку свечей зажигания, камер сгорания;
отсутствие калильного зажигания.
меньший эрозионный износ контактов свечей зажигания, распределителя. Как следствие -
больший срок службы;
уверенный запуск в любую погоду, даже на подсевшей АКБ. Блок начинает уверенно работать от 7 В;
мягкая работа двигателя, по причине только одного фронта горения.
Для трансформатора применяется кольцо магнитной проницаемостью ч=2000, сечением >=1,5см 2 (например, неплохие результаты показал: «сердечник М2000НМ1-36 45х28х12»).
Намоточные данные:
Технология сборки:
Обмотка накладывается виток к витку по свеже-пропитанной эпоксидной смолой прокладке.
После окончания слоя или обмотки в одном слое - обмотка покрывается эпоксидной смолой до заполнения
межвитковых пустот.
Обмотка закрывается прокладкой по свежей эпоксидной смоле с выдавливанием избытка. (из-за отсутствия
вакуумной пропитки)
Так же следует обратить внимание на заделку выводов:
на одевается фторопластовая трубка и фиксируется капроновой
ниткой. На повышающей обмотке выводы гибкие, выполненные проводом: МГТФ-0,2…0,35.
После пропитки и изоляции первого ряда (обмотки 1-2-3, 4-5-6) по всему кольцу наматывается
повышающая обмотка (7-8) послойно, виток к витку. , оголение слоёв, «барашки» - не допускаются.
От качества изготовления трансформатора практически зависти надёжность и долговечность
работы блока.
Расположение обмоток показано на рисунке 3.
Для лучшего теплоотвода блок рекомендуется собирать в дюралевом оребреном корпусе, приблизительный размер – 120 x 100 x 60 мм, толщина материала – 4...5 мм.
На стенку корпуса через изоляционную теплопроводную прокладку ставятся транзисторы П210.
Монтаж выполняется навесным монтажом с учетом правил монтажа высоковольтных, импульсных устройств.
Плату управления допустимо выполнять на печатной либо на макетной плате.
Готовое устройство налаживания не требует, необходимо лишь уточнить включение обмоток 1, 3 в базовой цепи транзисторов, и если генератор не запускается – поменять местами.
Конденсатор, установленный на трамблёре при использовании CDI отключают.
Детали
Практика показала, что попытка заменить транзисторы П210 на современные кремниевые
приводит к значительному усложнению электрической схемы (см. 2 нижние схемы на КТ819 и TL494), необходимостью
тщательной настройки, которую после одного - двух лет эксплуатации в тяжелых
режимах (нагрев, вибрация) приходится выполнять повторно.
Личная практика с 1968 года показала, что применение транзисторов П210 позволяет забыть
об электронном блоке на 5...10 лет, а применение высококачественных компонентов
(особенно накопительного конденсатора (МБГЧ) с долго нестареющим диэлектриком) и
аккуратное изготовление трансформатора – и на более долгий срок.
1969-2006 Все
права на это схемное решение принадлежат В.В.Алексееву. При перепечатке ссылка
обязательна.
Задать вопрос можно по адресу, указанному в правом нижнем углу.
Литература
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.
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
Рассказать в:По принципу действия эта система относится к устройствам, в которых энергия, расходуемая на искро-образование, накапливается (в отличие от батарейной и транзисторной систем) не в магнитном поле катушки зажигания, а в электрическом поле специального накопительного конденсатора, который с помощью коммутирующего элемента (тиристора) в определенные моменты подключается к ней.
Рис. 33. Принципиальная электрическая схема конденсаторной (ти-ристорнои) системы зажигания
Принципиальная электрическая схема конденсатор-нон (тиристорной) системы зажигания с непрерывным накоплением энергии (рис. 33) в принципе мало чем отличается от схемы, впервые опубликованной в одном из американских журналов, а также в отечественных изданиях. Основное ее отличие состоит в более тщательном подборе элементов, что значительно повышает эксплуатационную надежность и уменьшает габариты устройства.
В частности, в схеме применены менее мощные транзисторы (П216), изменены номиналы резисторов в их базовых цепях, уменьшены габариты трансформатора, в выпрямителе использованы диоды с обратным напряжением 600 В, применен один мощный тиристор (вместо двух) на большее рабочее напряжение, введены переключатели bl, b2.
Все это позволило разработать более компактную конструкцию, которая находилась в опытной эксплуатации на автомобиле в течение ряда лет. Схема сохраняет работоспособность при колебаниях питающего напряжения в пределах 9-15 В.
Ее можно использовать на любом автомобиле с напряжением питания электрооборудования +12 В. По сравнению со стандартной системой зажигания она не требует никаких дополнительных приборов, кроме электронного блока.
Схема может работать с катушками зажигания типа Б1, Б7, Б7А, Б13, Б21, Б21А, Б117 (автомобиль "Жигули": ВАЗ-2101, 2102, 2103, 21011). Рабочий диапазон температур от -40 до +65° С. Система зажигания состоит из электронного блока ЭБ, катушки зажигания КЗ с вариатором (или без него), контактов прерывателя Пр.
Основой системы является электронный блок, преобразующий сигналы прерывателя в импульсы высокого напряжения с амплитудой 400 В, которые затем поступают на обычную катушку зажигания, повышающую выходное напряжение до 25-30 кВ.
Электронный блок состоит из преобразователя напряжения на транзисторах 77, Т2 и трансформаторе Тр1; высоковольтного выпрямителя на диодах Д1-Д4;
накопительного конденсатора С2; бесконтактного ти-ристорного коммутатора Д6; схемы управления тири-стором Д6, выполненной на конденсаторе СЗ, диодах Д7-Д9 и резисторах r5, r7-r9; двух переключателей bl и b2, предназначенных для быстрого перехода в случае необходимости с электронного зажигания (положение 1) на обычное батарейное (положение 2) и наоборот.
Преобразователь напряжения выполнен по схеме симметричного мультивибратора с индуктивной связью на мощных германиевых транзисторах 77, Т2 с нагрузкой в цепи эмиттера, в качестве которой используется первичная обмотка трансформатора Тр1. Несмотря на то что транзисторы 77, Т2 работают в ключевом режиме (режиме насыщения), на них выделяется значительная мощность в моменты переключения из проводящего состояния в непроводящее и наоборот.
Коллекторные цепи транзисторов Т1, Т2 можно соединить с корпусом прибора. Это позволяет крепить транзисторы непосредственно без изоляционной прокладки на корпусе электронного блока, используя последний в качестве радиатора.
Транзисторы 77, Т2 рассчитаны на кратковременные (около 1 мс) четырехкратные перегрузки по току, возникающие в каждом цикле искрообразования при срыве генерации преобразователя в моменты включения тиристора Д6. Резисторы rl, r2 служат для подачи начального смещения, а резисторы r3, r4 ограничивают ток базы соответствующего транзистора.
трансформатор Тр1 рассчитан так, что коллекторный ток транзисторов 77, Т2 вызывает насыщение его сердечника. Это явление улучшает КПД преобразователя, а также способствует повышению устойчивости его работы в различных условиях эксплуатации авто мобпля. Частота генерации преобразователя - 800 Гц
Выпрямитель преобразователя выполнен по мостовой схеме на силовых диодах Д237В, получает питание от вторичной обмотки Тр1 и рассчитан на максимальное выходное напряжение 500 В. Он работает на нагрузку, состоящую из накопительного конденсатора С2 с малыми токами утечки и резистора r6, предназначенного для разряда конденсатора С2 при выключении питания электронного блока.
Энергия, накопленная в конденсаторе С2, передается в первичную обмотку катушки зажигания при включении тиристора Д6, выполняющего функцию электронного коммутатора. Момент включения тиристора Д6 определяется моментом размыкания контактов прерывателя.
При замкнутых контактах прерывателя тиристор Д6 надежно закрыт отрицательным смещением - 0,7В, образующимся при протекании тока в прямом направлении через диод Д7. Резистор r5 ограничивает величину тока через диод Д7 и "привязывает" управляющий электрод тиристора к нулевому потенциалу. Накопительный конденсатор С2 заряжен в этот момент от выпрямителя до высокого потенциала uВ (см. табл. 4), который зависит от напряжения питающей сети автомобиля. 
Когда контакты прерывателя замкнуты, через них протекает ток, определяемый прямым сопротивлением диода Д5 и величиной резисторов r9, rio. В нашем случае ток равен примерно 150 мА, а конденсатор СЗ через диод Д7 и резистор r7 заряжен практически до напряжения +12 В источника питания *.
Как только контакты прерывателя разомкнутся, напряжение, до которого заряжен конденсатор СЗ, прикладывается (в положительной полярности) через диод Д8 и резисторы r9. rio к управляющему электроду тн-ристора Д6. Тиристор открывается, и конденсатор С2 разряжается на первичную обмотку катушки зажигания, что сопровождается возникновением высоковольтного импульса u2макс во вторичной обмотке.
Цепь r8Д9 пропускает отрицательный импульс от первичной обмотки катушки зажигания, который полностью перезаряжает конденсатор СЗ в противоположной полярности, как только открывается тиристор Д6. Этим мгновенно снимается положительное смещение с управляющего электрода тиристора Д6 и исключается возможность многократного переключения последнего, когда контакты прерывателя еще разомкнуты.
Таким образом, благодаря цепочке Р8Д9 положительное напряжение на управляющий электрод тиристора Д6 подается в виде короткого импульса длительностью около 2-3 мкс, что обеспечивает образование лишь одной искры в момент размыкания контактов. Диод Д5 и конденсатор С/ образуют развязывающий фильтр низкой частоты, предотвращающий проникновение помех в цепь питания. 
*Постоянная времени заряда конденсатора СЗ выбрана рав-ной 120 мс, чтобы избежать возникновения дополнительного запускающего импульса из-за "дребезга" контактов прерывателя после их замыкания.
В табл. 5 приведена экспериментальная зависимость тока, потребляемого электронным блоком, от числа оборотов коленчатого вала для четырехцилиндрового двигателя при напряжении источника питания 12 В.
Из таблицы можно сделать вывод о принципиальном отличии этой системы (в смысле потребления тока от источника питания) от батарейной и транзисторной систем зажигания.
В самом деле, в батарейной системе зажигания (если вал двигателя неподвижен, а контакты прерывателя замкнуты) ток через первичную обмотку катушки зажигания достигает максимального значения и равен примерно 4 А (потребляемая мощность около 50 Вт). В этих же условиях для транзисторной системы зажигания ток первичной обмотки равен примерно 7 А (потребляемая мощность около 80 Вт).
При увеличении оборотов двигателя ток разрыва уменьшается и среднее значение тока, потребляемого от источника, снижается до 1,5-2 А и 3-4 А соответственно для батарейной и транзисторной систем.
В конденсаторной же системе при неработающем двигателе и любом положении контактов прерывателя потребляемый ток от источника питания равен примерно 0,5 А (потребляемая мощность около 6 Вт). Этот ток увеличивается прямо пропорционально скорости вращения вала, достигая при 6000 об/мин примерно 2 А (потребляемая мощность около 25 Вт).
Помимо очевидной экономичности, конденсаторная система имеет некоторые дополнительные преимущества.
Одно из них состоит в следующем. Если в автомобиле с батарейным (или транзисторным) зажиганием забыли выключить замок зажигания, а контакты прерывателя при этом случайно окажутся замкнутыми, то может выйти из строя катушка зажигания, так как через нее длительное время будет протекать значительный ток. В конденсаторной системе такая ситуация не вызывает никаких вредных последствий, не считая некоторой разрядки аккумуляторной батареи током 0,5-0,6 А.
Другое преимущество заключается в том, что конденсаторная система обеспечивает уверенный запуск двигателя рукояткой при сильно разряженной аккумуляторной батарее, поскольку она потребляет ничтожный ток при неподвижном вале двигателя. Запустить двигатель в таких же условиях при батарейной (или транзисторной) системе зажигания не представляется возможным. 
Рис. 34. Схема подключения катушки зажигания без вариатора к конденсаторной системе зажигания (для автомобилей "Жигули" всех моделей)
На рис. 34 приведена правая часть принципиальной схемы электронного блока конденсаторной системы, предназначенной специально для автомобиля "Жигули" всех моделей, которая отличается коммутацией катушки зажигания при переводе системы в режим обычного батарейного зажигания (положение 2). Это обусловлено тем, что система зажигания автомобиля "Жигули" не имеет вариатора в первичной цепи катушки зажигания.
Конденсатор С4 на схемах рис. 33, 34 прн установке переключателей В1 и В2 в положение 2 оказывается включенным параллельно контактам прерывателя и выполняет роль искрогасительного конденсатора. Стандартный же конденсатор при установке электронного блока должен быть отключен. 
Рис. 35. Монтажная плата и схема соединений электронного блока конденсаторной системы зажигания
Конструктивно электронный блок выполнен в виде прибора, имеющего габариты 100Х100Х50 мм. Корпус прибора изготовлен из листового материала (сплав АМЦАМ) толщиной 2-3 мм.
Внутри корпуса размещается трансформатор Тр1, конденсаторы С2, С4 и печатная плата, показанная на рис. 35 в натуральную величину. Транзисторы t1, t2 укрепляются винтами МЗ на боковой стенке снаружи корпуса. Там же крепятся переключатели В1 и В2. Резисторы r1-r4 монтируются непосредственно между выводами транзисторов и трансформатора Тр1. Для подключения внешних цепей из корпуса прибора через изоляционную втулку выводится пучок проводов, длина которых зависит от места установки прибора под капотом автомобиля. Прибор крепится жестко (без амортизаторов); должен обеспечиваться хороший тепловой контакт с элементами конструкции автомобиля.
При необходимости транзпсторы П216 можно заменить на П216А, П217А, П217В.
Все резисторы - типа МЛТ или МТ; конденсаторы С2 и С4 - типа МБГО соответственно на рабочее напряжение 500 и 400 В; конденсатор С1 - типа К50-6, а конденсатор СЗ - типа МБМ на рабочее напряжение 160 В. Переключатели В1. В2 - типа ТП2-1 или МТ-2.
Трансформатор Тр1 - тороидального типа, выполнен на сердечнике ОЛ 20/32-10 мм, сечение железа- 0,6 см^2. Обмотки трансформатора имеют следующие данные: w1=1700 витков провода ПЭВ-2 0,18; w2, w3 - по 15 витков ПЭВ-2 0,31, мотать одновременно в два провода; w4, w5 - по 50 витков провода ПЭВ-2 0,78. Намотка трансформатора ведется в одну сторону, последовательность намотки соответствует нумерации обмоток. Обмотки изолируют друг от друга слоем кабельной бумаги. После намотки трансформатор полезно про питать лаком для уменьшения гигроскопичности и увеличения электрической прочности.
Несколько практических рекомендаций. Используя конденсаторную систему зажигания, следует увеличить зазоры свечей зажигания примерно до 1 мм независимо от модели автомобиля. Кроме того, при проведении профилактических работ не надо обильно пропитывать маслом фильц кулачка прерывателя во избежание замасливания его контактов. Выполнение этого условия является гарантией надежной работы системы зажигания.
Установку (или проверку) угла опережения зажигания производят в положении 2 переключателей В1, В2 электронного блока с помощью лампы накаливания, включенной параллельно контактам прерывателя, по обычной методике. После окончания работы переключатели вновь переводят в положение 1 ("электронное зажигание"), а октан-корректором устанавливают опережение зажигания на 1° позже, чем рекомендовано заводом-изготовителем для батарейного зажигания. Объясняется это тем, что выработка искры при электронном зажигании происходит чуть раньше (в самом начале размыкания контактов прерывателя), чем при батарейном. Окончательную корректировку опережения зажигания производят на ходу автомобиля.
Наладка блока сводится к проверке генерации преобразователя напряжения (при работе преобразователя слышен негромкий писк с частотой 700-800 Гц) и контролю потребления тока от источника питания (см. табл. 5) в зависимости от числа оборотов двигателя.
При использовании заведомо исправных деталей и правильной распайке концов трансформатора Тр1 электронный блок начинает работать сразу при установке его на автомобиль и соединении с приборами электрооборудования в соответствии с принципиальными схемами рис. 33, 34.
Следует заметить, что такая системаэлектронного зажигания установлена на автомобиле "Жигули" ВАЗ-2101, который эксплуатируется круглогодично. Об эффективности ее работы можно судить хотя бы по следующим данным. При пробеге свыше 100 тыс. км не было отмечено ни одного отказа системы зажигания, а контакты прерывателя выглядят как новые. За все время работы системы потребовалось лишь один раз (через 50 тыс. км) проверить правильность установки зажигания и зазор между контактами прерывателя. Незначительное изменение зазора было вызвано износом текстолитовой подушечки прерывателя.
