8 (495) 988-61-60

Без выходных
Пн-Вск с 9-00 до 21-00

Система зажигания конденсаторная


Высоковольтная конденсаторная система зажигания | Система зажигания

В качестве альтернативы транзисторной индуктивной системе зажигания разрабатываются плазменные и лазерные системы зажигания, но вследствие высоких затрат на изготовление они пока не используются. Преимуществом лазерной системы зажигания является, в частности, гибкий выбор точки воспламенения рабочей смеси в камере сгорания, что осуществляется посредством фокусировки лазерного луча. Особое преимущество данная система представляет для бензиновых двигателей, в которых начало сгорания рабочей смеси инициируется в струе впрыскиваемого топлива. При этом задержка воспламенения незначительна, в результате повышается коэффициент полезного действия двигателя и снижается уровень вредных примесей в отработавших газах.

При использовании в спортивных соревнованиях высокофорсированных двигателей приходится сталкиваться с сильным загрязнением маслом и нагаром основания изоляторов свечей зажигания. В этом случае часто используют высоковольтную конденсаторную систему зажигания, схематическое устройство которой представлено на рисунке.

Рис. Высоковольтная конденсаторная система зажигания

Здесь функцию аккумулятора энергии выполняет конденсатор, который разряжается через первичную обмотку, при этом во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение. Трансформатор высокого напряжения работает быстро и с малыми потерями. По сравнению с транзисторной индуктивной системой зажигания здесь повышение вторичного напряжения на порядок выше, около 3000 В/мкс — против 400 В/мкс. Вследствие значительно более быстрого повышения вторичного напряжения потери энергии на свече зажигания, которые могут возникнуть вследствие вышеупомянутых загрязнений, остаются незначительными.

Малая длительность индуктивной фазы искрового разряда, напротив, отрицательно влияет на воспламенение рабочей смеси с помощью высоковольтного конденсатора, в особенности, при неоднородной смеси; это может привести к перебоям в зажигании. Для решения данной проблемы можно использовать систему зажигания с переменным напряжением. В этом случае длительность искрового разряда увеличивается, при этом образуется колебательный контур из конденсатора и трансформатора высокого напряжения. После образования длительность искрового разряда поддерживается с помощью энергии, сохраненной во вторичной обмотке катушки зажигания, в то время как конденсатор вновь заряжается.

Рис. Длительность индуктивной фазы искрового разряда tF в высоковольтной конденсаторной (слева) и индуктивной (справа) системах зажигания

Спад напряжения во вторичной цепи высоковольтной конденсаторной системы зажигания с увеличением частоты вращения коленчатого вала в любом случае меньше, чем в индуктивной системе зажигания.

Можно подвести следующие итоги:

  • Индуктивная система зажигания используется только в старых двигателях. Она была полностью вытеснена транзисторной индуктивной системой зажигания. Зажигание с помощью высоковольтного конденсатора используется только в особых случаях, например, когда следует опасаться перебоев искрообразования вследствие сильного загрязнения свечей зажигания.
  • Полностью электронная транзисторная индуктивная система зажигания не требует обслуживания; момент искрообразования сохраняется без последующей регулировки.
  • Полностью электронная транзисторная индуктивная система зажигания предоставляет возможность регулировки угла замкнутого состояния контактов, при котором напряжение во вторичной цепи системы зажигания остается всегда высоким независимо от частоты вращения коленчатого вала. При этом вырабатывается достаточно энергии, необходимой для воспламенения рабочей смеси. Вследствие этого даже бедные смеси бензина и воздуха хорошо воспламеняются.

Тиристорная или конденсаторная система зажигания.


Тиристорная система зажигания




Так как современные автомобильные двигатели стали более высокооборотными и отличаются высокой степенью сжатия, это налагает дополнительные требования на систему зажигания. В настоящее время получили распространения две различные системы зажигания – с накоплением энергии в индуктивности и с накоплением энергии в емкости.
Первую из них называют индукторной или транзисторной, а вторую тиристорной или конденсаторной.

В автомобильных двигателях широкое применение нашли системы зажигания с накоплением электромагнитной энергии в магнитном поле катушки, использующие контактные или транзисторные прерыватели, но в некоторых случаях применение конденсаторной системы зажигания дает ощутимое преимущество.

В тиристорных системах зажигания энергия для искрового разряда накапливается в конденсаторе, а в качестве силового реле применяется тиристор. В этих системах катушка зажигания не накапливает энергию, а лишь преобразует ее, увеличивая напряжение во вторичной обмотке и уменьшая, соответственно, величину протекающего по ней тока.
Электрическая мощность, равная произведению силы тока на напряжение, остается неизменной за вычетом потерь различного характера.

Тиристор - это полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя или более p-n-переходами и имеющий два устойчивых состояния:

  • закрытое состояние - состояние низкой проводимости;
  • открытое состояние - состояние высокой проводимости.

Тиристор можно рассматривать как электронный выключатель (ключ). Основное применение тиристоров (трехпереходной структуры) - управление мощной нагрузкой с помощью слабых сигналов, или (для двухпереходной структуры) где открывание тиристора происходит, если разность потенциалов между его выводами превышает напряжение пробоя.
Также тиристоры применяются в переключающих устройствах.

Существуют различные виды тиристоров, которые подразделяются, главным образом, по способу управления и по проводимости. По проводимости различают тиристоры, проводящие ток в одном направлении, и тиристоры, проводящие ток в двух направлениях (симисторы, симметричные динисторы). Условно тиристор можно рассматривать как соединение p-n-p транзистора с n-p-n транзистором, причём коллектор каждого из них соединён с базой другого.

Характерной особенностью тиристорных систем зажигания является высокая скорость нарастания вторичного напряжения, поэтому пробой искрового промежутка свечи зажигания надежно обеспечивается даже при загрязненном и покрытом нагаром изоляторе.
Кроме того, в тиристорных системах величина вторичного напряжения может быть практически постоянной при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя до максимальной величины, т.к. конденсатор успевает полностью зарядиться на всех режимах работы двигателя.

Однако тиристорные системы зажигания имеют сравнительно малую продолжительность индуктивной составляющей искрового разряда (не более 300 мкс), что приводит к ухудшению воспламеняемости и сгорания рабочей смеси в цилиндрах двигателя на режимах частичных нагрузок.
Система зажигания с накоплением энергии в емкости применяются на газовых и высокооборотных мотоциклетных двигателях, для которых не критична продолжительность искрового разряда.

***



Типы тиристорных систем зажигания

В системах зажигания с накоплением энергии в электростатическом поле конденсатора функцию электронного реле выполняют тиристоры, управляемые контактным или бесконтактнымпрерывателем, поэтому такие системы называют контактно-тиристорными или бесконтактно-тиристорными. В основе работы бесконтактных систем лежат те же принципы, что и в бесконтактных системах зажигания с индуктивными накопителями.
Различают тиристорные системы зажигания с импульсным и с непрерывным накоплением энергии в электростатическом поле конденсатора.
Ниже рассмотрены особенности работы тиристорных систем такого типа.

Система с непрерывным накоплением энергии (рис. 1, а) содержит двухтактный преобразователь напряжения, состоящий из двух транзисторов VT1 и VT2, трансформатора Т1, резисторов R2 и R3 и конденсатора С1.
Двухполупериодный выпрямитель с нулевой точкой (диоды VD1 и VD2) служит для выпрямления выходного напряжения преобразователя. Выпрямитель нагружен накопительным конденсатором С2, параллельно которому подключен резистор R4. Тиристор VS прерывает ток в первичной обмотке L1 катушки зажигания (трансформатор Т2). Управление тиристором осуществляется контактным S2 синхронизатором момента зажигания.

При замыкании контактов S1 выключателя зажигания срабатывает двухтактный преобразователь напряжения. На выводах вторичной обмотки L2 трансформатора Т1 появляется переменное напряжение прямоугольной формы с амплитудой 200...500 В.
Выпрямленное постоянное напряжение подается на заряд накопительного конденсатора С2, если контакты S2 синхронизатора момента зажигания замкнуты. Тиристор находится в закрытом состоянии, так как его цепь управления шунтирована замкнутыми контактами S2 синхронизатора.

В момент размыкания контактов S2 синхронизатора напряжение от аккумуляторной батареи GB подается через резистор R1 к управляющему электроду тиристора VS. Через открытый тиристор происходит разряд конденсатора С2 на первичную обмотку L1 катушки зажигания Т2, вследствие чего в ее вторичной обмотке L2 индуктируется высокая ЭДС.
При соответствующем подборе параметров элементов рассмотренной системы зажигания можно на всех режимах работы двигателя обеспечить полный заряд конденсатора и получить практически не зависящее от частоты вращения коленчатого вала двигателя вторичное напряжение.
Цепочка C1—R2 обеспечивает надежный пуск транзисторного преобразователя.

В системе с импульсным накоплением энергии (рис. 1, б) при замыкании контактов S1 выключателя зажигания и размыкания контактов S2 синхронизатора момента зажигания на базу транзистора VT подается положительный импульс напряжения от аккумуляторной батареи GB. Транзистор переходит в состояние насыщения, пропуская через эмиттер-коллекторный переход и первичную обмотку L1 трансформатора ток, создающий магнитное поле в трансформаторе.
В момент замыкания контактов S2 синхронизатора цепь базы транзистора замыкается накоротко, транзистор переходит в состояние отсечки, ток в обмотке L1 трансформатора исчезает, а во вторичной обмотке индуктируется высокая ЭДС.
В это время замкнутые контакты S2 синхронизатора шунтируют цепь управления тиристором. Тиристор закрыт, а конденсатор С через диод VD1 заряжается до напряжения 200...400 В.

При следующем замыкании контактов S2 синхронизатора к управляющему электроду тиристора через резисторы Rд, Rl, R3 подается напряжение от аккумуляторной батареи.
Тиристор открывается.
Ток разряда конденсатора проходит через первичную обмотку L1 катушки трансформатора и на выводах вторичной обмотки появляется импульс высокого напряжения, подаваемого на свечу зажигания.

В системах зажигания с накоплением энергии в электростатическом поле конденсатора обеспечивается более высокая скорость нарастания вторичного напряжения, что делает ее менее чувствительной к наличию шунтирующих резисторов и нагару свечей зажигания. Однако вследствие высокой скорости роста вторичного напряжения возрастает напряжение пробоя по сравнению с системами с накоплением энергии в магнитном поле.
Кроме того, из-за сокращения длительности индуктивной составляющей искрового разряда ухудшаются воспламенение и сгорание топливовоздушной смеси при пуске двигателя и работе его на режимах частичных нагрузок.

Системы с импульсным накоплением энергии имеют максимальную скорость нарастания высокого напряжения. Но длительность индуктивной составляющей искрового разряда в свечах уменьшена от единиц миллисекунд (в системах с накоплением энергии в индуктивности) до десятков или сотен микросекунд. Это ухудшает воспламенение и сгорание рабочей смеси на средних нагрузках и, следовательно, приводит к повышению расхода топлива и токсичности отработавших газов.
Для устранения указанных недостатков надо корректировать устройства опережения зажигания и увеличивать зазор в свечах до 1,2...1,5 мм, что приводит к дальнейшему возрастанию вторичного напряжения и напряженной работе изолирующих частей высоковольтной системы.

***

Контактно-транзисторная система зажигания


Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Зажигание CDI: принцип работы

Зажигание CDI — особая электронная система, которая была прозвана конденсаторным зажиганием. Поскольку коммутационные функции в узле выполняет тиристор, то такую систему также нередко называют тиристорной.

История создания

Принцип работы данной системы строится на использовании разряда конденсатора. В отличие от контактной системы, в зажигании CDI не используется принцип прерывания. Несмотря на это, контактная электроника обладает конденсатором, основная задача которого - устранение помех и увеличение интенсивности образования искр на контактах.

Отдельные элементы системы зажигания CDI предназначаются для накопления электроэнергии. Впервые такие устройства были созданы более пятидесяти лет назад. В 70-х годах двигатели роторно-поршневого типа стали комплектоваться мощными конденсаторами и устанавливаться на транспортные средства. Такой тип зажигания во многом схож с системами накопления электроэнергии, но при этом обладает и своими особенностями.

Как работает зажигание CDI?

Принцип работы системы строится на использовании постоянного тока, неспособного преодолевать первичную обмотку катушки. К катушке подключён заряженный конденсатор, в котором и накапливается весь постоянный ток. В большинстве случаев в подобной электронной схеме довольно высокое напряжение, достигающее нескольких сотен Вольт.

Конструкция

Электронное зажигание CDI состоит из различных деталей, среди которых обязательно имеется преобразователь напряжения, действие которого направлено на зарядку накопительных конденсаторов, сами накопительные конденсаторы, электроключ и катушка. В качестве электроключа могут использоваться как транзисторы, так и тиристоры.

Недостатки системы зажигания конденсаторным разрядом

Устанавливаемое на автомобили и скутеры зажигание CDI обладает несколькими недостатками. К примеру, создатели слишком усложнили его конструкцию. Вторым минусом можно назвать короткий по длительности уровень импульса.

Достоинства системы CDI

Конденсаторное зажигание обладает и своими преимуществами, в числе которых — крутой фронт высоковольтных импульсов. Данная характеристика особенно важна в тех случаях, когда проводится установка CDI зажигания на "ИЖ" и прочие марки отечественных мотоциклов. Свечи такого транспорта зачастую заливаются большим количеством топлива из-за неправильно настроенных карбюраторов.

Для функционирования тиристорного зажигания не требуется использования дополнительных источников, генерирующих ток. Такие источники, к примеру аккумуляторная батарея, требуются только для завода мотоцикла при помощи кик-стартёра или электростартёра.

Система зажигания CDI пользуется немалой популярностью и зачастую устанавливается на скутеры, бензопилы и мотоциклы иностранных брендов. Для отечественного мотопрома её почти не использовали. Несмотря на это, можно встретить зажигание CDI на "Яве", автомобилях марок ГАЗ и ЗИЛ.

Принцип работы электронного зажигания

Диагностика системы зажигания CDI очень простая, как и принцип её работы. Состоит она из нескольких основных деталей:

  • Выпрямительный диод.
  • Заряжаемый конденсатор.
  • Катушка зажигания.
  • Коммутирующий тиристор.

Схема системы может варьироваться. Принцип работы строится на зарядке через выпрямительный диод конденсатора и его последующем разряде на повышающий трансформатор посредством тиристора. На выходе трансформатора образуется напряжение в несколько килоВольт, что приводит к тому, что между электродами свечи зажигания пробивает воздушное пространство.

Весь механизм, установленный на двигателе, заставить функционировать на практике несколько сложнее. Двухкатушечная конструкция зажигания CDI — классическая схема, которая впервые была использована на мопедах «Бабетта». Одна из катушек — низковольтная — отвечает за управление тиристором, вторая, высоковольтная, является заряжающей. При помощи одного провода обе катушки подключаются на массу. Ко входу 1 подводится выход заряжающей катушки, ко входу 2 - выход датчика тиристора. Свечи зажигания подключаются к выходу 3.

Искра современными системами подаётся при достижении порядка 80 вольт на входе 1, в то время как оптимальным напряжением считается 250 вольт.

Разновидности схемы CDI

В качестве датчиков тиристорного зажигания может использоваться датчик Холла, катушка или оптрон. К примеру, в скутерах "Сузуки" используется схема CDI с минимальным количеством элементов: открытие тиристора в ней осуществляется снимаемой с заряжающейся катушки второй полуволной напряжения, в то время как первая полуволна заряжает конденсатор через диод.

Зажигание с прерывателем, установленное на двигателе, не комплектуется катушкой, которую можно было бы использовать в качестве заряжающей. В большинстве случаев на таких моторах устанавливают повышающие трансформаторы, которые поднимают до необходимого уровня напряжение низковольтной катушки.

Авиамодельные двигатели не комплектуются магнитом-ротором, поскольку требуется максимальная экономия как габаритов, так и веса агрегата. Нередко на вал двигателя крепят небольшой магнит, рядом с которым размещают датчик Холла. Преобразователь напряжения, повышающий 3–9 В батарейки до 250 В, заряжает конденсатор.

Снятие обеих полуволн с катушки возможно только при использовании диодного моста вместо диода. Соответственно, это позволит увеличить ёмкость конденсатора, что приведёт к усилению искры.

Настройка угла опережения зажигания

Настройка зажигания осуществляется с целью получения в определённый момент времени искры. В случае с неподвижными катушками статора магнит-ротор проворачивается в необходимое положение относительно цапфы коленвала. Шпоночные пазы перепиливаются в тех схемах, где ротор крепится к шпонке.

В системах с датчиками корректируется их положение.

Угол опережения зажигания приводится в справочных данных о двигателе. Самым точным способом определения УОЗ является использование автомобильного стробоскопа. Искрообразование происходит в определённом положении ротора, которое отмечается на статоре и роторе. К высоковольтному проводу катушки зажигания крепится провод с зажимом от включённого стробоскопа. После этого заводится двигатель, и метки подсвечиваются стробоскопом. Положение датчика меняется до тех пор, пока все метки не совпадут друг с другом.

Неисправности системы

Катушки системы зажигания CDI крайне редко выходят из строя, несмотря на расхожее мнение. Основные неполадки связаны со сгоранием обмоток, повреждением корпуса либо внутренними обрывами и замыканиями проводов.

Единственная возможность вывести катушку из строя — запустить двигатель без подключения к нему массы. В таком случае пусковой ток проходит на стартер через катушку, которая не выдерживает и лопается.

Диагностика системы зажигания

Проверка исправности системы CDI — довольно простая процедура, с которой может справиться каждый авто- или мотовладелец. Вся процедура диагностики состоит из замера напряжения подаваемого на катушку питания, проверки массы, подведённой к двигателю, катушке и коммутатору, и проверки целостности проводки, подводящей к потребителям системы ток.

Появление искры на свече двигателя напрямую зависит от того, поступает ли на катушку с коммутатора питание или нет. Ни один электрический потребитель не сможет работать без должного питания. Проверка в зависимости от полученного результата либо продолжается, либо заканчивается.

Итоги

  1. Отсутствие искры при поступающем на катушку питании требует проверки высоковольтной цепи и массы.
  2. Если высоковольтная цепь и масса полностью исправны, то проблемы, вероятнее всего, с самой катушкой.
  3. При отсутствии напряжения на клеммах катушки проводятся его замеры на коммутаторе.
  4. При наличии на клеммах коммутатора напряжения и его отсутствии на клеммах катушки причина, вероятнее всего, в том, что на катушке отсутствует масса либо провод, объединяющий катушку и коммутатор, оборван — обрыв необходимо отыскать и устранить.
  5. Отсутствие напряжения на коммутаторе говорит о неисправностях генератора, самого коммутатора либо индукционного датчика генератора.

Методика проверки катушки системы зажигания CDI может применяться не только для мототранспорта, но и для любых других транспортных средств. Процесс диагностики несложен и заключается в пошаговой проверке всех деталей системы зажигания с определением конкретных причин неполадок. Отыскать их довольно просто при наличии необходимых знаний о строении и принципе работы зажигания CDI.

Тиристорная (конденсаторная) система зажигания | СТО АВТО

В тиристорных системах зажигания энергия для искрового разряда накапливается в конденсаторе, поэтому их часто называют конденсаторными. В момент искрообразования конденсатор разряжается через тиристор и первичную обмотку катушки зажигания, и во вторичной обмотке индуктируется высокое напряжение.

Энергия Wc, накапливаемая в конденсаторе С1, зависит от его емкости и напряжения в квадрате (U2), подводимого к конденсатору:Wc = OU2/2.

Поэтому конденсатор заряжают до напряжения 300 + 400 В от бортовой сети 12 + 14 В, или другого источника повышенного напряжения через преобразователь напряжения П и выпрямитель В (смотри рисунок).

Время полного заряда накопительного конденсатора значительно меньше времени накопления энергии в индуктивности и может быть доведено до 2 мс. Оно зависит от мощности и выходного сопротивления преобразователя и емкости накопительного конденсатора. Время заряда конденсатора рассчитывается так, чтобы к моменту подачи следующей искры он был полностью заряжен. Это обеспечивает энергию искры постоянной во всем диапазоне частот искрообразования. Тиристоры менее чувствительны к повышенному напряжению, чем транзисторы. Тиристорные системы зажигания могут работать с катушкой контактной системы батарейного зажигания, максимальная величина ЭДС самоиндукции которой примерно соответствует зарядному напряжению накопительного конденсатора. Конденсатор прерывателя не влияет на работу тиристорной системы. Это позволяет в случае отказа ее быстро перейти на батарейную систему.

Высокое напряжение тиристорной системы зажигания нарастает примерно в десять раз быстрее,, чем в батарейной и контактно — транзисторной системах. Поэтому оно обеспечивает пробой искрового промежутка в свечах с загрязненными, покрытыми нагаром изоляторами. Но продолжительность разряда в искровом промежутке значительно меньше (около 300 мке), чем в системах с накоплением энергии в индуктивности (около 1 мс), так как частота колебаний контура накопительный конденсатор — первичная обмотка в тиристорной системе значительно выше.

Тиристорные системы зажигания по принципу действия делят на две группы: с импульсным непрерывным (многоимпульсным) и одноимпульсным накоплением энергии в емкости.

В импульсных системах конденсатор заряжается одним импульсом прямоугольной формы до конечного напряжения, а затем наступает пауза до момента его разряда В схемах с непрерывным накоплением энергии конденсатор заряжается многочисленными прерывистыми импульсами напряжения.

Системы с импульсным накоплением позволяют простыми средствами стабилизировать напряжение заряда накопительного конденсатора, т. е. сделать его независящим от изменений напряжения питания и других дестабилизирующих факторов. Однако при малой пусковой частоте вращения вала двигателя в этих системах, вследствие увеличения времени паузы, накопительный конденсатор к моменту искрообразования успевает несколько разрядиться, и напряжение искрообразования уменьшается. Это налагает жесткие требования на значения токов утечки в элементах вторичной цепи — тиристоре, накопительном конденсаторе, выпрямительном диоде и является недостатком систем с импульсным накоплением.

Системы с непрерывным накоплением энергии свободны от указанного недостатка. Эти системы практически нечувствительны к утечкам в элементах вторичной цепи и обеспечивают независимость напряжения искрообразования от частоты вращения вала двигателя.

Принципиальная схема тиристорной системы зажигания с непрерывным накоплением энергии приведена на рисунке №2

Она включает в себя преобразователь П постоянного напряжения 12 ¦ 15 В в переменное 300 + 400 В с частотой около 500 Гц. выпрямитель переменного напряжения В, тиристор VD5, накопительный конденсатор С1, блок управления и катушку зажигания КЗ.

В качестве преобразователя напряжения может быть использован приведенный на схеме двухтактный преобразователь с самовозбуждением к трансформаторной связью, собранный по схеме с общим коллектором на транзисторах VTI, VT2, резисторах R1, R2, R3, R4 и трансформатоpeTI.

При включении зажигания напряжение бортовой сети подводится к средней точке обмотки трансформатора и коллекторам транзисторов. Возникает ток в двух параллельных цепях, который течет от средней точки трансформатора через его верхнюю половину, резисторы Rl, R3, транзистор VT1 и через нижнюю половину трансформатора, резисторы R2, R4, транзистор VT2. Вследствие разброса параметров транзисторов и резисторов тЪк в одной половине трансформатора (допустим, верхней) пойдет несколько больший, чем во второй (нижней). Это вызывает ускоренное отпирание одного транзистора (VT1) и запирание второго (VT2). В таком состоянии транзисторы находятся, пока магнитный поток в сердечнике трансформатора не достигнет насыщения. Происходящее при этом резкое замедление нарастания тока вызывает в обмотках трансформатора ЭДС противоположной полярности, которая переключает транзисторы: запирает VT1 и отпирает VT2. Транзисторы переключаются с частотой около 500 Гц, меняя направление тока в обмотке трансформатора, и на выходе трансформатора появляется переменное напряжение порядка 350 ¦ 400 В. Двухполупериодный выпрямитель на диодах VD2 + VD4 преобразует переменное напряжение в постоянное, которым заряжается конденсатор С1. В момент искрообразования по сигналу контактного или бесконтактного датчика с блока управления подается положительный импульс на управляющий электрод тиристора VD5. Тиристор открывается и конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки зажигания, а во вторичной обмотке индуктируется высокое напряжение.

Рассмотрим подробнее основные этапы работы системы: заряд накопительного конденсатора после переключения ключа VD5 в положение 1 (этап 1, рис 2) и процессы, происходящие после размыкания контактов прерывателя и переключения коммутатора VD5 в положение 2 (этап 2, рис. 3).

 Этап 1. Согласно схеме замещения (рис. 2) цепь, состоящая из накопительного конденсатора С1, резистора Rвн, сопротивление которого равно внутреннему сопротивлению преобразователя, и резистора Rут, сопротивление которого равно результирующему сопротивлению утечки во вторичной цепи, с помощью коммутатора VD5 подключается к источнику постоянного напряжения Ub, которым является преобразователь.

Напряжение на конденсаторе возрастает по экспоненциальному закону:

Где  постоянная времени цепи заряда конденсатора.

 

Как правило, Rут > Rвн (в противном случае, как будет показано ниже, система вообще не работоспособна), и напряжение на накопительном конденсаторе через время t« ЗТ = 3Rbm • С1 практически достигает установившегося значения Ub.
Энергия, запасенная в электрическом поле конденсатора, при этом равна: We1=C1*U2в/2

Необходимым условием нормальной работы системы является полный заряд конденсатора С1 до напряжения Ub, за время между двумя искрами при максимальной частоте вращения вала двигателя.Учитывая, что конденсатор в схеме рис. 1 начинает заряжаться лишь после замыкания контактов прерывателя, и считая скважность работы прерывателя равной 2, это условие для четырехтактного двигателя будет иметь вид:

где z — число цилиндров двигателя; Nmax — максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин. Для двухтактного двигателя числитель правой части должен быть равен 10. Так, если емкость накопительного конденсатора CI = 1 мкФ, двигатель четырехтактный четырехцилиндровый, имеющий максимальную частоту вращения коленчатого вала птах = 6000 об/мин, то Т< 0,83 мс, и внутреннее сопротивление преобразователя не должно превышать:

Рассмотрим подробнее влияние сопротивления утечки Ryr на работу системы. Сопротивление утечки в основном определяется током утечки тиристора, используемого в качестве коммутатора. Максимальное значение юка утечки имеют тиристоры типа КУ202М (Н): до 10 мА при напряжении 400 В. Сопротивление утечки в этом случае равно:


Таким образом, условие Ryr > Rвн выполняется даже и в этом крайнем случае, и, следовательно, влиянием сопротивления утечки в системах с непрерывным накоплением энергии можно пренебречь. Тем более, что в действительности ток утечки у подавляющего большинства тиристоров этого типа не превышает0,2 + 0,3 мА.

В случае же, если сопротивление утечки по каким-либо причинам станет соизмеримым с внутренним сопротивлением преобразователя, то напряжение заряда накопительного конденсатора резко уменьшится и система станет неработоспособной. Энергия преобразователя будет в основном расходоваться в паразитных цепях утечки.

На практике выполнение условия: о полном заряде конденсатора С1 до напряжения Ub, за время между двумя искрами при максимальной частоте вращения вала двигателя, не встречает затруднений. Задавшись определенной энергией Wcl и выбрав значение выходного напряжения преобразователя Ub, из выражения: С1 = 2 • Wct/U в — определяют емкость накопительного конденсатора. Внутреннее сопротивление преобразователя Rbh определяется его мощностью. Чем больше мощность преобразователя, тем меньше его внутреннее сопротивление.

Применяя достаточно мощный преобразователь, можно добиться того, чтобы энергия Wcl, а значит, и вторичное напряжение, были постоянными вплоть до самой высокой частоты вращения коленчатого вала двигателя. Что же касается малой частоты вращения, то очевидно, что если накопительный конденсатор успел зарядиться до напряжения Ub при максимальной частоте вращения, он тем более успеет зарядиться до этого напряжения при малой частоте вращения коленчатого вала.

Этап 2. Подключение заряженного накопительного конденсатора С1 к первичной обмотке катушки зажигания.

На рис. 3дана упрощенная схема замещения для второго этапа рабочего процесса.

При ее составлении и анализе приняты следующие допущения: гальваническая связь между обмотками катушки зажигания устранена, искровой контакт распределителя заменен скользящим, распределенные емкости вторичной цепи заменены одной сосредоточенной емкостью С1, активные сопротивления обмоток катушки зажигания равны нулю, коэффициент связи между обмотками равен единице, шунтирование вторичной цепи отсутствует.

Согласно схеме замещения после размыкания контактов прерывателя и переключения коммутатора VD5 в положение 2 в первичной цепи образуется колебательный контур, состоящий из индуктивности L1 первичной обмотки W1 катушки зажигания и суммы емкостей накопительного конденсатора CI и вторичной цепи C2- (W2/W1), приведенной к первичной. Поскольку до коммутации конденсатор С1 был заряжен, после нее в первичном контуре возникают собственные затухающие колебания, частота которых (без учета процессов во вторичной цепи) равна:

Вследствие того, что в момент коммутации параллельно накопительному конденсатору подключается емкость С2 • (W2AV1), напряжение на накопительном конденсаторе уменьшается, и максимум первичного напряжения, определенный из условий сохранения заряда, будет равен:

Очевидно, что если Ulmax является максимумом первичного напряжения, то максимум вторичного напряжения определится выражением:

Из этого выражения следует, что, выбрав соответствующим образом емкость накопительного конденсатора С1 так, чтобы CI > С2 • {W2/W1), можно добиться малой зависимости вторичного напряжения U2max от значения емкости С2, что принципиально невозможно в классической системе зажигания

Кроме того, в конденсаторной системе зажигания максимум вторичного напряжения мало зависит от значения сопротивления, шунтирующего вторичную цепь. Практика подтверждает, что конденсаторная система зажигания сохраняет работоспособность при низких значениях шунтирующего сопротивления, вплоть до 100 К. Это существенно снижает требования к уходу за свечами зажигания (их чистке, регулировке зазора и т. п.). Срок использования свечей может быть значительно увеличен, поскольку свечи, которые уже нельзя задействовать в классической системе зажигания, могут удовлетворительно работать в конденсаторной системе.

Это связано с тем, что в качестве коммутатора в конденсаторной системе зажигания обычно применяют тиристоры, время переключения которых, определяющее длительность фронта первичного напряжения, всего несколько микросекунд. Конечно, длительность фронта вторичного напряжения зависит, кроме того, от параметров катушки зажигания. Однако даже при применении катушек от классической системы зажигания, фронт импульса вторичного напряжения в конденсаторной системе получается значительно круче, чем в классической.

Очевидно, что потери энергии при конкретных значениях шунтирующего сопротивления и вторичного напряжения пропорциональны времени действия этого напряжения. Поэтому при крутом фронте за время, пока напряжение достигнет максимума, потери будут меньше, чем при пологом фронте. Этим и объясняется малая зависимость U2max в конденсаторной системе зажигания от сопротивления, шунтирующего вторичную цепь.

Схема с непрерывным накоплением энергии в конденсаторе отличается простотой, технологичностью и надежностью конструкции. Недостаток ее — зависимость энергии накопительного конденсатора от напряжения источника питания. Зимой, когда напряжение батареи при пуске снижается до 7 + 8 В, конденсатор заряжается до напряжения около 190 В, накопленная энергия в нем снижается в 4 раза, и пуск затрудняется.

Конденсаторные системы с импульсным накоплением энергии в емкости позволяют иметь хорошую искру при уменьшении напряжения в бортовой сети до 6,5 В. Но эти системы сравнительно сложнее и дороже. К полупроводниковым приборам, применяемым в них, повышены требования в отношении токов утечки, которые должны быть не более 0,1 мА.

Всистемах с импульсным накоплением энергии, накопительный конденсатор заряжается одним мощным импульсом сразу же после окончания искрового разряда в свече зажигания. На рис. 4 приведена принципиальная схема конденсаторной системы зажигания с импульсным
накоплением энергии, а на рис. 5 временные диаграммы ее работы.

Схема включает в себя транзистор VT1, который работает в ключевом режиме, повышающий трансформатор Т1, накопительный конденсатор С1, два диода VDi, VD2, тиристор VD3 и катушку зажигания (КЗ).

При замкнутом выключателе зажигания S и в момент размыкания контактов прерывателя (ti), транзистор VTI переходит в состояние насыщения. Ток управления течет от батареи через резисторы Яд, RI и R2, базу и эмиттер транзистора на корпус автомобиля и»-» батареи. Транзистор проводит линейно — нарастающий ток первичной обмотки трансформатора Т1. В магнитном поле Tf накапливается энергия. По мере увеличения тока 16 в обмотке (01 увеличивается падение напряжения на резисторе R3. Это напряжение поступает на вход схемы управления и, когда ток достигает заданного значения 1р, ключи VT1 и VD3 по сигналу err схемы управления закрываются. Ток в обмотке 0)1 прекращается (Ь, рис. 5). Энергия,накопленная в магнитном поле трансформатора Т1, равная L1 • 1 р/2, где L1 индуктивность обмотки (01 трансформагора Т1, создает в его обмотках импульсы напряжения. Положительный импутьс с конца обмотки (02 (начала обмоток на рис. 4. обозначены точками) проходит через диод VD1 и заряжает накопительный конденсатор С1 до высокого напряжения 350 В (ts рис. 5). Диод VD 1 предотвращает разряд конденсатора С1 через обмотку 0)2 после окончания действия импульса.

Если считать, что энергия магнитного поля трансформатора Т1 преобразуется в энергию электрического поля конденсатора СI с коэффициентом полезного действия т|, то можно написать:

Таким образом, напряжение заряда накопительного конденсатора не зависит от напряжения питания, и при постоянных значениях т|, LI и CI определяется лишь током разрыва 1р.

Указанное свойство системы позволяет относительно простыми средствами получить стабилизированное вторичное напряжение. Для этого необходимо иметь схему управления со стабильным порогом срабатывания. Практическая реализация такой схемы не встречает затруднений.

В момент U контакты прерывателя замыкаются, что не оказывает влияния на работу системы.

В момент ts контакты прерывателя снова размыкаются, а ключи VT1 и VD3 открываются.

Ключ VT1 подключает обмотку С01 трансформатора Т1 к источнику питания и через нее снова начинает протекать линейно — нарастающий ток. Ключ S2.2 подключает заряженный до напряжения 350 В накопительный конденсатор к первичной обмотке WI катушки зажигания. Во
вторичной обмотке W2 катушки зажигания индуцируется высокое напряжение, которое через распределитель поступает к свечам зажигания. Затем описанные процессы повторяются. В момент t6 ток в обмотке (01 трансформатора достигает заданного значения 1р, в момент t7 накопительный конденсатор снова заряжается. В момент U контакты прерывателя размыкаются и в свече зажигания происходит искровой разряд.

Между моментами окончания заряда накопительного конденсатора (b, t?, рис. 5) и моментами, когда конденсатор подключается к катушке зажигания (t5, ts) проходит интервал времени XI В течение этого времени накопительный конденсатор разряжается через обратные сопротивления диода VD 1, тиристора и свое собственное сопротивление изоляции, и напряжение на нем к моменту искрообразования уменьшается на AU. На рис. 5 пунктирной линией показан идеальный случай, когда утечек нет.

Чем ниже частота искрообразования и, следовательно, больше период Ти интервал XI, тем больше разрядится накопительный конденсатор и тем ниже будет напряжение искрообразования. При значительном токе утечки может случиться, что вторичное напряжение при малых пусковых частотах вращения вала двигателя упадет настолько, что окажется недостаточным для пробоя искрового промежутка свечи зажигания.

Определим допустимый ток утечки во вторичной цепи системы с импульсным накоплением энергии, при котором система остается работоспособной при самых малых пусковых частотах вращения вала двигателя, для которых XI = Т.

Количество электричества, первоначально запасенное в накопительном конденсаторе С1, составляет:  Ql-Cl-UI.
где С1- емкость накопительного конденсатора; U1 — первоначальное напряжение его заряда.

Суммарный ток утечки во вторичной цепи обозначим 1ут.
Тогда количество электричества, потерянное накопительным конденсатором за время XI * Т, будет равно: AQ — 1ут- T = I)nr/F, где F — частота искрообразования.

Количество электричества, оставшееся в накопительном конденсаторе к моменту искро-образования, определим выражением; Q2=Q1 -AQ=C1 — 111 -Iyr/F, а напряжение U1 на накопительном конденсаторе, соответствующее этому количеству электричества, определится как: U2=Q2/C1 = U1 -Iyr/(F C1), и, следовательно, уменьшение напряжения к моменту искрообразования будет равно: ди = 1ут/ (F • С1).

Окончательное выражение для определения допустимого суммарного тока утечки 1ут, мА, для четырехтактного четырехцилиндрового двигателя будет иметь вид:
1ут5п-С1 -U1 -у/3, где п — частота вращения вала двигателя, об/мин; у = 100 • AU/U1 — допустимое уменьшение напряжения искрообразования при частоте п, %; Ш — первоначальное напряжение заряда накопительного конденсатора, В; С1 — емкость накопительного конденсатора, мкФ.

Вкачестве примера, определим допустимое значение тока утечки для следующего практического случая, минимальная пусковая частота вращения вала двигателя п = 150 об/мин; емкость накопительного конденсатора CI = 1 мкФ; первоначальное напряжение на накопительном конденсаторе U1 = 350 В, а допустимое его уменьшение V = 15% (4U =52 В):
\ут£ 150 -10 • 350 — 1S/3 = 0,26мА.

Как было указано выше, ток утечки тиристора типа КУ202М (Н) согласно его техническим условиям может достигать 10 мА, и несмотря на это такой тиристор работоспособен в системе с непрерывным накоплением энергии. Для системы же с импульсным накоплением такой тиристор непригоден. Даже если ток утечки тиристора будет равен 1 мА, то напряжение искрообразования при пусковой частоте вращения вала двигателя п = 150 об/мин уменьшится на 57%, т. е. к первичной обмотке катушки зажигания будет подводиться не 350 В, а всего 150 В, и система будет неработоспособна.

В связи с этим тиристоры для систем с импульсным накоплением энергии необходимо специально отбирать по току утечки. На практике, правда, это не встречает затруднений, так как у подавляющего большинства тиристоров — ток утечки составляет 0,2 + 0,3 мА.

Как и в системе с непрерывным накоплением энергии, в данном случае необходимым условием нормальной работы системы является также полный заряд накопительного конденсатора к моменту новообразования при максимальной частоте вращения вала двигателя.

Из рис5 видно, что время заряда накопительного конденсатора складывается из двух фаз — времени Т2 нарастания тока в обмотке (01 трансформатора Т1 и времени Тз непосредственного заряда конденсатора после разрыва тока. Ввиду того, что нарастание тока в обмотке (01 начинается одновременно с размыканием контактов прерывателя, условие нормальной работы системы с импульсным накоплением для четырехтактного двигателя будет иметь вид: Т2 + ТЗ < 120/Z • Птах, где г — число цилиндров; птах — максимальная частота вращения вала двигателя.

Сравнение этого условия с аналогичным для СЗ с непрерывным накоплением показывает, что оно менее жесткое, и на практике его выполнение не встречает затруднений.

Процессы, происходящие в момент размыкания контактов прерывателя и переключения ключа в положение 2, в системе с импульсным накоплением энергии не отличаются от аналогичных процессор в системе с непрерывным накоплением.

Системы с импульсным накоплением энергии имеют наибольшую скорость нарастания высокого напряжения. Но длительность индуктивной составляющей искрового разряда в свечах уменьшена от единиц миллисекунд (в системах с накоплением энергии в индуктивности) до десятков или сотен микросекунд. Это ухудшает воспламенение и сгорание рабочей смеси на средних нагрузках и, следовательно, приводит к повышению расхода топлива и токсичности отработавших газов. Для устранения указанных недостатков надо корректировать автоматы опережения зажигания и увеличивать зазор в свечах до 1,2 + 1,5 мм, что приводит к дальнейшему возрастанию вторичного напряжения и напряженной работе изолирующих частей высоковольтной системы.

Конденсаторная система зажигания | Система зажигания

Система зажигания, использующая разряд конденсатора (capacitor discharge ignition — CDT), была в эксплуатации много лет на некоторых моделях Porsche 911 и Ferrari.

Рис. Конденсаторная система зажигания (CDT)

На рисунке показана блок-схема конденсаторной системы зажигания. Она работает от напряжения постоянного тока приблизительно в 400 В, получаемого от генератора колебаний, трансформатора и выпрямителя. Это высокое напряжение используется для заряда конденсатора. В момент зажигания конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки зажигания, обычно при помощи тиристора. Быстрый разряд через первичную обмотку создает очень высокое выходное напряжение на вторичной обмотке. Это напряжение имеет значительно меньшее время нарастания по сравнению с обычными системами. Как правило, скорость нарастания напряжения для конденсаторной системы зажигания составляет 3-10 кВ/мкс по сравнению с индуктивной системой, которая дает только 300-500 В/мкс. Очень быстрое повышение и уровень высокого напряжения гарантируют, что искру даст даже закопченная или загрязненная маслом свеча. Недостаток, однако, заключается в том, что длительность искры будет настолько мала, что может вызвать проблемы, особенно в период запуска двигателя. Часто этот недостаток преодолевают средствами многоискрового зажигания. С другой стороны, при использовании метода прямого зажигания (одна катушка для каждой свечи) продолжительность искры вполне приемлема.

Конденсаторные системы зажигания — Студопедия

Конденсаторные системы зажигания работают подобно индукционным системам зажигания, но в них для заряда катушки используется высоковольтный ёмкостный разряд или же катушка отсутствует вообще. Конденсатор похож на аккумулятор тем, что он может хранить заряд, но затем при замыкании цепи конденсатор может отдать заряд практически мгновенно.

В обычных системах конденсаторного зажигания используется трансформатор импульсного постоянного тока для повышения напряжения с 12В до 350 – 400В, которое заряжает конденсатор, который в свою очередь заряжает более мощную катушку зажигания, которая может выдавать напряжение постоянного тока 40 000В на каждый поджиг рабочей смеси (обычно это напряжение гораздо ниже).

С 90-х годов конденсаторные системы зажигания стали доминирующими ввиду более высокой надёжности своих электронных компонентов и их точной синхронизации зажигания. Конденсаторные системы зажигания для двигателей гоночных автомобилей способны давать искру 8 – 12 раз за каждый рабочий такт на холостых оборотах и обычно только одну искру свыше 3 000 об./мин. Это позволяет лучше сжигать топливо и обеспечивает более высокую мощность.

Конденсаторные системы зажигания позволяют двигателям развивать более высокие обороты (до 19 000 об./мин у двигателей гоночных автомобилей), так как период горения искры гораздо короче по сравнению с искрой в индукционных системах зажигания, а время заряда меньше. В случае гоночных автомобилей это может быть преимуществом, однако в случае водяного двигателя такая система может не обеспечить достаточной силы тока и напряжения.


Обычно конденсаторные системы зажигания гоночных автомобилей дают искру 0,1Дж за период 1–2 мсек по сравнению с более длительным и мощным разрядом в индукционной системе зажигания. Это можно исправить простой заменой конденсатора в ёмкостной цепи зажигания. Удачи! Блоки конденсаторного зажигания обычно герметично закрыты. Лучше связаться с производителем и оформить спецзаказ. В противном случае придётся делать такую систему самому.

Обычно в конденсаторных системах зажигания используются «малоомные катушки», что означает применение более толстых проводов в обмотках катушки. Так как разряд конденсатора выше по напряжению и быстрее, то требуется меньшее сопротивление.

Катушка зажигания
Улучшенная схема № 3

  Аккумулятор
Искровой зазор
Распределитель

Вышеприведённая схема представляет собой реализацию конденсаторной системы зажигания, где используется импульсный постоянный ток от инвертора для заряда электролитического конденсатора (C1), который разряжается через тиристор в момент открытия цепи по синхронизации от крышки/ротора распределителя.

Резистор (R1) используется для управления конденсатором. Первый диод (D1) может быть одиночным диодом (с однополупериодным выпрямлением) или представлять собой мостовой выпрямитель. Второй диод (D2) служит для защиты конденсатора от всплесков высокого напряжения и должен иметь достаточный номинал для обеспечения соответствующего блокирующего сопротивления. Третий диод (D3) подобным же образом предотвращает течение ёмкостного разряда обратно к катушке.

Используемые диоды представляют собой обычные высоковольтные диоды, используемые в микроволновых печах или других высоковольтных цепях, например, в телевизорах. Если номинал диодов недостаточно высок для создания блокирующего эффекта, то их можно соединить последовательно.

Чем больше ёмкость конденсатора в этой цепи, тем больше будет разряд, но при этом понадобится более длительное время для перезарядки. В выокооборотистых двигателях может потребоваться батарея конденсаторов для каждого цилиндра или последовательно соединённые менее ёмкие и более быстрые конденсаторы вместо более ёмких больших конденсаторов.

Обычно конденсаторы очень высокого напряжения слишком долго заряжаются для того, чтобы эффективно работать в цепи зажигания двигателя внутреннего сгорания. И, наоборот, обычные маленькие конденсаторы не могут накопить заряд достаточного напряжения для реакции плазменного разряда, но так как они установлены на высокоамперной линии инвертора, то они могут усилить искру. Технически на выходной линии инвертора можно было бы установить серию более маленьких конденсаторов с параллельным или последовательным соединением для получения такого напряжения, которое достаточно для плазменной реакции, и тем самым можно было бы удалить из схемы катушку индуктивности.

Количество джоулей, разряжаемых через конденсатор, зависит от номинальной ёмкости конденсатора (обычно указываемой в микро или пикофарадах или 10E-6/10E-12), поделённой на два квадрата напряжения (J = C/2 * V*V).

Ёмкость и напряжение обычно указываются на самом конденсаторе. Тем не менее, в действительности в обычных электроцепях конденсаторы никогда полностью не разряжаются, поэтому выдаваемая ими мощность немного ниже той, что рассчитывается по указанной выше формуле.

Лада Калина Хэтчбек НЕОН › Бортжурнал › Установка конденсатора в систему зажигания

В принципе данная доработка — установка системы зажигания не нова, некоторые производители ставят его даже штатно. Но меня подвигла запись на драйве "Радикально решена проблема с пропусками зажигания", в которой уважаемый McSystem при нестабильной работе 16 клапанного двигателя произвел замер падения напряжения осциллографом на катушках, которое составило 2,5В, и внедрением двух конденсаторов по 2200 мкФ проблема была нивелирована.
У меня проблем с работой двигателя пока, тьфу-тьфу-тьфу, не наблюдается, но почему бы и не сделать полезную доработку.
Сначала определился с точкой включения. Так как модуль зажигания на 8 клапаннике состоит из двух катушек, управляемых по минусу, то плюс соответственно один — сюда и устанавливается кондер — розово черный провод на схеме.

Место врезки конденсатора

Итак, был приобретен электролитический конденсатор 4700 мкФ, 25 В, 105 град. К нему были припаяны провода сечением 1 мм2, все это убрано в термоусадку, замотано в изоленту, залито жидкой изоляцией, снова убрано в термоусадку и запаковано в гофру, которая снова была обмотана изолентой)). Для включения в сеть решил установить разъем, вдруг когда придется снимать. Был приобретен герметичный двухпиновый разъем.

Конденсатор 4700 мкФ — припаянные провода убрал в термоусадку

Слой изоленты

Жидкая изоляция — хорошая вещь

Разъем в состоянии поставки

Модуль конденсатора — вот такая вот колбаска получилась

Закончив с тем ЧТО включать, начал делать КУДА включать.
Обеспечив доступ к проводам катушки зажигания, нашел + провод катушки — розово-черный, он средний в разъеме. Удалив изоляцию, сделал отвод провода, который был прикручен и опаян. Затем закрыл место соединение изолентой, жидкой изоляцией, и все убрал в гофру, которая в свою очередь была заизолирована еще раз.

Разъем модуля зажигания

Врезка в провод питания

Готовое включение

Минус конденсатора подвел к штатной точке подключения массы — под гайку на шпильке термостата, на провода была установлена ответная часть разъема и подключен уже сам конденсатор. Все новые провода закрепил на штатных жгутах стяжками. Фотографировать не стал, уж очень неудобно туда подлазить))

Итог. Так как осциллографа у меня нет, не могу объективно сказать какая картина по питания катушек у меня была до подключения конденсатора, а какая после. Но субъективно — запуск двигателя стал лучше и работа стабильней — стало меньше подергиваний на холостых. Так что считаю что результат есть — искра стала лучше. Теперь думаю нужно установить кондер и на цепь питания форсунок…

Системы зажигания | Система зажигания

Для принудительного воспламенения топливовоздушной смеси, поступившей в цилиндр бензинового двигателя, используется энергия искры высоковольтного электрического разряда, возникающего между электродами свечи зажигания. Системы зажигания предназначены для того, чтобы увеличить напряжение автомобильной аккумуляторной батареи до величины, необходимой для возникновения электрического разряда и, в требуемый момент, подать это напряжение на соответствующую свечу зажигания. Сведём основные системы в таблицу и опишем работу таких систем.

Обозначение Описание
Отечественное Зарубежное
ксз KSZ Классическая контактная с прерывателем-распределителем
ктсз HKZk, JFU4 Электронная с накоплением энергии в системе и контактным датч.
БТСЗ HKZi, TSZ-2 Бесконтактная транзисторная с индукционным датчиком
БТСЗ HKZh, EZK,TZ28H Бесконтактная транзисторная с накоплением энергии в ёмкости с датчиком Холла
КТСЗ TSZk Контактная транзисторная с накоплением энергии в индуктивн.
БТСЗ TSZi Бесконтактная транзисторная с накоплением энергии в индуктивности с индукционным датчиком
БТСЗ TSZh Бесконтактная транзисторная с накоплением энергии в индуктивности с датчиком Холла
МСУД VSZ, EZL Электронная система зажигания статического типа

Подробно рассмотрим работу только использующихся в настоящее время систем зажигания.

В первой блок-схеме отдельно выделен Блок Управления Зажиганием (БУЗ). Раскроем этот прямоугольник и приведём несколько структурных схем построения систем зажигания.

В таких системах датчиком первичных импульсов (датчик вращения) являются контакты механического прерывателя, расположенного в распределителе зажигания(трамблёра), который механически связан коленвалом двигателя через шестерни. Один оборот вала трамблёра осуществляется за два оборота коленвала двигателя. Электрический разряд создаётся при помощи механического прерывателя, приводимого в действие двигателем. Для получения высокого напряжения применяется катушка зажигания. В зависимости от способа размыкания первичной цепи катушки зажигания, по которой проходит большой ток, различают классической батарейное зажигание, транзисторное зажигание и тиристорно-конденсаторное зажигание. В таких системах роль силового реле выполняют контакты прерывателя, транзистор или тиристор.

Рис. Схема контактной системы зажигания: 1 — свечи зажигания, 2 — прерыватель-распределитель, 3 — выступ кулачка, 4 — упор, 5 — аккум. батарея, 6 — генератор, 7 — выключатель зажигания, 8 — катушка зажигания, 9 — конденсатор.

Нa приведённом выше рисунке показана схема самой простой контактной системы зажигания (КСЗ). Устройство катушки зажигания рассмотрим отдельно, а сейчас напомним, что катушка — это трансформатор с двумя обмотками намотанными на специальный сердечник. Вначале намотана вторичная обмотка тонким проводом и большим количеством витков, а сверху на неё намотана первичная обмотка толстым проводом и небольшим количеством витков. При замыкании контактов первичный ток постепенно нарастает и достигает максимального значения, определяемого напряжением аккумуляторной батареи и омическим сопротивлением первичной обмотки. Нарастающий ток первичной обмотки встречает сопротивление э.д.с. самоиндукции, направленное встречно напряжению аккумуляторной батареи.

Когда контакты замкнуты, по первичной обмотке протекает ток и создает в ней магнитное поле, которое пересекает и вторичную обмотку и в ней индуцируется ток высокого напряжения. В момент размыкания контактов прерывателя как в первичной, так и во вторичной обмотках индуцируется э.д.с. самоиндукции. Согласно закону индукции вторичное напряжение тем больше, чем быстрее исчезает магнитный поток, созданный током первичной обмотки, чем больше отношение чисел витков и чем больше первичный ток в момент разрыва.

Для повышения вторичного напряжения и уменьшения обгорания контактов прерывателя параллельно контактам включают конденсатор.

Ниже представлены осциллограммы электрических сигналов в цепях зажигания.

Рис. Осциллограммы электрических сигналов в цепях зажигания: 1 — первичный ток, 6 — контакты прерывателя разомкнуты, 7 — контакты замкнуты.

При некотором значении вторичного напряжения между электродами свечи зажигания возникает электрический разряд. Из-за возрастания тока во вторичной цепи вторичное напряжение резко падает до, так называемого, напряжения дуги, которое поддерживает дуговой разряд. Напряжение дуги остается почти постоянным до тех пор, пока запас энергии не станет меньше некоторой минимальной величины. Средняя продолжительность батарейного зажигания составляет 1,4 мс. Обычно этого достаточно для воспламенения топливовоздушной смеси. После этого дуга исчезает, а остаточная энергия расходуется на поддержание затухающих колебаний напряжения и тока. Продолжительность дугового разряда зависит от величины запасённой энерги, состава смеси, частоты вращения коленвала, степени сжатия и пр. При увеличении частоты вращения коленвала время замкнутого состояния контактов прерывателя уменьшается и первичный ток не успевает нарасти до максимальной величины. Из-за этого уменьшается запас энергии, накопленной в магнитной системе катушки зажигания и понижается вторичное напряжение.

Отрицательные свойства систем зажигания с механическими контактами проявляются при очень малых и высоких частотах вращения юленвала. При малых частотах вращения между контактами прерывателя возникает дуговой разряд, поглощающий часть энергии, а при высоких частотах вращения вторичное напряжение уменьшается из-за «дребезга» контактов прерывателя. «Дребезг» возникает когда при замыкании контактов подвижный контакт ударяется о неподвижный с энергией, определяемой массой и скоростью подвижного контакта, а затем после незначительной упругой деформации соприкасающихся поверхностей отскакивает, разрывая уже замкнутую цепь. После размыкания, подвижный контакт под дейсткием пружины, снова ударяется о неподвижный контакт Из-за такого «дребезга» контактов уменьшается действительное время замкнутого состояния и, соответственно, энергия зажигания и величина вторичного напряжения.

Контактные системы зажигания перестали справляться со своими функциями при увеличении оборотов двигателей, числа цилиндров, использовании более бедных рабочих смесей. Появилась необходимость применения электронных систем зажигания. Формирование момента ценообразования может осуществляться как обычной контактной группой (КТСЗ), так и с использованием специальных датчиков(бесконтактные системы).

Рис. Схема контактно-транзисторной системы зажигания: 1 — свечи зажигания, 2 — распределитель зажигания, 3 — коммутатор, 4 — катушка зажигания, К — коллектор, Э — эмиттер, Б — база, R — резистор.

Рассмотрим функциональную схему контактнотранзисторной системы зажигания. На рисунке, приведённом рядом показан фрагмент такой схемы. Механические контакты переключают только управляющий ток базы транзистора, который значительно меньше первичного тока, протекающего между эмиттером и коллектором. Для защиты полупроводникового устройства, названного коммутатором, приходилось уменьшать величину э.д.с. самоиндукции в первичной цепи путём снижения индуктивности первичной обмотки. Индуктивность первичной обмотки уменьшается быстрее, чем сё сопротивление. Уменьшается э.д.с. самоиндукции и меньше препятствует увеличению первичного тока.

Из-за уменьшения индуктивности первичной обмотки и величины э.д.с. самоиндукции для получения неизменного вторичного напряжения увеличивают и коэффициент трансформации катушки зажигания.

Изменение скорости нарастания и максимальной величины первичного тока в классической и транзисторной системах зажигания представлено наследующем графике.

Рис. График: 1 — транзисторное зажигание, 2 — катушечное зажигание, 3 — момент размыкания

Поскольку контакты прерывателя находятся под напряжением только аккумуляторной батареи, то образующаяся при размыкании незначительная дуга позволяет обойтись без конденсатора. Контакты подвержены механическому износу и сохраняется возможность «дребезга».

Отличие электронных систем зажигания состоит в том, что коммутирование и разрыв тока в первичной обмотке катушки зажигания осуществляется не замыканием и размыканием контактов, а открыванием(проводящее состояние) и запиранием (отсечкой) мощного выходного транзистора. Это позволяет увеличить значение тока разрыва до 8 — 10 А, что позволяет в несколько раз увеличить энергию, запасаемую катушкой зажигания. Бесконтактные системы зажигания используют для подачи сигнала различные типы датчиков. Ниже приведём блок-схемы построения систем зажигания.

В приведенных выше системах зажигания коммутатор находится внутри ЭБУ двигателем.

Приведённые выше схемы систем управления зажиганием применяют многокатушечное построение. Катушки могут быть индивидуальными, вставленными в свечной туннель(СОР) с коммутатором встроенным в ЭБУ двигателем. Иногда одна встроенная в свечной туннель катушка обслуживает два цилиндра (к другой свече идёт ВВ провод). Встречаются системы, в которых коммутатор интегрирован в единый МОДУЛЬ ЗАЖИГАНИЯ, причём такой модуль может быть индивидуальным на цилиндр или отдельным блоком обслуживающим все цилиндры. Встречаются системы у которых на свечи одевается единый модуль, объединяющий в себе систему зажигания и датчики вращения и детонации (СААБ, МЕРСЕДЕС). У каждой системы есть свой достоинства и недостатки и только производитель решает какую систему или симбиоз разных систем применить и создать головную боль диагностам и пользователям автомобилей.

Опишем кратко только основные типы датчиков:

  • индукционный (генераторного типа)
  • датчик Холла (на одноимённом эффекте)
  • оптический датчик

Функциональная схема системы зажигания, построенная на использовании индукционного датчика показана рядом.

Рис. Схема системы зажигания с использованием индукционного датчика: 1 — свечи зажигания, 2 — датчик-распределитель, 3 — коммутатор, 4 — катушка зажигания.

Индукционный датчик представляет собой однофоазный генератор переменного тока с ротором на постоянных магнитах, число которых равно числу цилиндров. Мощность выходного сигнала датчика мала, поэтому выходные сигналы предварительно формируются и усиливаются. Обычно такие датчики устанавливаются в распределителе зажигания. В настоящее время такие датчики не применяются.

Часто применяемым датчиком частоты вращения или положения является датчик на эффекте Холла. Рядом приведён фрагмент электросхемы системы зажигания, использующей такой датчик.

Рис. Схема системы зажигания с использованием датчика на эффекте Холла: 1 — свечи зажигания, 2 — датчик Холла, 3 — коммутатор, 4 — распределитель зажигания, 5 — катушка зажигания.

Принцип действия такого датчика основан на изменении выходного сигнала в результате прерывания магнитного потока (экранирование), воздействующего на чувствительный элемент Холла (электросхема с питающим напряжением 5 или 12 В). Расположен обычно в распределителе зажигания, но может быть установлен и в других местах (маркерный диск коленвала или распредвала).

Распространенными являются и оптические датчики (особенно на а\м производства Японии). Принцип действия оптических датчиков основан на периодическом прерывании светового потока, излучаемого светодиодом. Маркерный диск с отверстиями механически связан с механизмом ГРМ. Отверстия на диске проходят мимо излучателя и поток света попадает на фотодиод. После усиления напряжения фотодиода получается напряжение импульсной формы — обычно прямоугольные импульсы.

Разрабатывалась и ранее использовалась тиристорная система зажигания. Энергия для искрового разряда в тиристорных системах накапливается в конденсаторе, а в качестве силового реле применялся тиристор. Катушка зажигания в этих системах не накапливает энергию, а лишь преобразует напряжение. Тиристорные системы применялись на мощных и высокооборотных двигателях. Скорость нарастания вторичного напряжения в тиристорной системе примерное 10 раз больше, чем в классической или транзисторной системах зажигания, поэтому пробой искрового промежутка свечи надёжно обеспечивается даже при загрязненных и покрытых нагаром изоляторах свечи. Сравнивать различные системы зажигания можно по различным характеристикам:

  • зависимость вторичного напряжения от частоты вращения коленвала двигателя;
  • продолжительность электрического разряда;
  • расход мощности;
  • надёжность схемы;
  • потребность в обслуживании;
  • чувствительность к шунтированию искрового промежутка свечи.

На рядом приведённом графике показано изменение вторичного напряжения U2 в зависимости от частоты следования разрядов f для различных систем зажигания.

При тиристорной системе зажигания вторичное напряжение можно считать постоянным во всём диапазоне частот вращения, а наибольшее снижение вторичного напряжения наблюдается в классической системе зажигания. При сравнении потребляемой мощности различными системами, можно констатировать, что электронные системы потребляют значительно большую мощность, чем классическая система. В классической и транзисторной системах зажигания продолжительность электрического разряда почти одинакова (около 1 мс) и является достаточной, а при конденсаторной (тиристорно-транзисторной) очень мала и составляет около 300 мкс.

Рис. Тирристорная система зажигания — график

Наименее чувствительна к шунтированию искрового промежутка свечи тиристорная (конденсаторная) система благодаря быстрому нарастанию вторичного напряжения.

В современных системах управления система зажигания не выделяется, а является частью единой системы управления двигателем. В таких системах используются индивидуальные или парные (работающие на два цилиндра одновременно) катушки зажигания, позволяющие создавать искровой разряд в цилиндре в конкретный вычисленный момент времени. При расчёте момента ценообразования учитывается температура двигателя, состав отработанных газов, скорость движения и другие параметры двигателя, а также учитывается информация полученная по сетевой шине от других электронных блоков управления. Одновременно с моментом искрообразования ЭБУ двигателем управляет моментом открытия впускных и выпускных клапанов, положением дроссельной заслонки, моментом и длительностью впрыска топлива и другими параметрами.

В заключении общего описания принципов построения систем зажигания отметим, что во всех системах используются катушки зажигания для формирования высоковольтного напряжения на электродах свечи зажигания. Более подробно описание процессов, проходящих в ЭБУ зажиганием, коммутаторах, катушках зажигания и формы осциллограмм будут приведены при описании конкретных элементов систем управления. У каждой системы есть свои преимущества и недостатки, поэтому различные разработчики и производители для конкретных систем управления и конкретных двигателей применяют те или иные системы зажигания. Иногда это синтез различных систем.

Тиристорная (конденсаторная) система зажигания — Студопедия

В тиристорных системах зажигания энергия для искрового разряда накапливается в конденсаторе, поэтому их часто называют конденсаторными. В момент искрообразования конденсатор разряжается через тиристор и первичную обмотку катушки зажигания, и во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение.

Энергия Wс, накапливаемая в конденсаторе С1, зависит от его емкости и напряжения U, подводимого к конденсатору: Wс = C·U2/2.

Поэтому конденсатор заряжают до напряжения 300 … 400 В от бортовой сети (12 В) через преобразователь напряжения П и выпрямитель В (рис. 6).


Рис. 6. Принципиальная схема тиристорной системы зажигания с непрерывным накоплением энергии

Время полного заряда накопительного конденсатора значительно меньше времени накопления энергии в индуктивности и может быть доведено до 2 мс. Оно зависит от мощности и выходного сопротивления преобразователя и емкости накопительного конденсатора. Время заряда конденсатора рассчитывается так, чтобы к моменту подачи следующей искры он был полностью заряжен. Это обеспечивает энергию искры постоянной во всем диапазоне частот искрообразования. Тиристоры менее чувствительны к повышенному напряжению, чем транзисторы. Тиристорные системы зажигания могут работать с катушкой контактной системы батарейного зажигания, максимальная величина ЭДС самоиндукции которой примерно соответствует зарядному напряжению накопительного конденсатора. Конденсатор прерывателя не влияет на работу тиристорной системы. Это позволяет в случае ее отказа быстро перейти на батарейную систему зажигания.


Высокое напряжение в тиристорной системе зажигания нарастает примерно в десять раз быстрее, чем в батарейной и контактно — транзисторной системах. Поэтому оно обеспечивает пробой искрового промежутка в свечах с загрязненными, покрытыми нагаром изоляторами. Но продолжительность разряда в искровом промежутке значительно меньше (около 300 мкс), чем в системах с накоплением энергии в индуктивности (около 1 мс), так как частота колебаний контура накопительный конденсатор – первичная обмотка в тиристорной системе значительно выше.

Конденсаторная система - зажигание - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Конденсаторная система - зажигание

Cтраница 1

Конденсаторная система зажигания с тиристорами обладает рядом специфических особенностей, которые необходимо учитывать при ее изготовлении.  [1]

Конденсаторная система зажигания, схема которой приведена на рис. 12, предназначена для автомобилей, у которых с корпусом соединен отрицательный полюс аккумуляторной батареи.  [2]

Конденсаторные системы зажигания разделяются на системы с импульсным и непрерывным накоплением энергии.  [3]

Конденсаторные системы зажигания, как правило, более экономичны, чем транзисторные и классическая системы.  [4]

Конденсаторная система зажигания работает следующим образом. При вращении вала двигателя вращается кулачок и контакты прерывателя попеременно размыкаются и замыкаются. На выходе преобразователя имеется высокое напряжение 300 - 400 В, до которого заряжается накопительный конденсатор.  [6]

Установка конденсаторной системы зажигания не требует замены или доработки каких-либо стандартных деталей и производится в течение 20 - 30 мин.  [7]

Приборы конденсаторной системы зажигания с непрерывным накоплением энергии, кроме того, позволяют создать дополнительное удобство водителю: при включенном зажигании и неработающем двигателе можно бриться коллекторной электробритвой постоянного тока. Для этого в приборах Электроника - М, Старт, Электроника-ЗМ-К, БЭСЗ-1 предусмотрены специальные розетки 127 В или 110 В постоянного тока. Однако при этом необходимо иметь в виду, что на автомобилях, оборудованных генератором переменного тока, при включенном зажигании и неработающем двигателе через регулятор напряжения и обмотку возбуждения генератора протекает значительный ток - около 3 А. Поэтому при длительном бритье аккумулятор может разрядиться, а регулятор и генератор выйти из строя. Не рекомендуется также бриться при работающем двигателе, так как при этом нагрузка на электронный прибор зажигания может превысить норму.  [8]

Принцип действия конденсаторной системы зажигания позволяет устранить недостатки, присущие батарейной системе, и получить лучшие характеристики.  [10]

При установке приборов конденсаторной системы зажигания следует руководствоваться следующими общими указаниями.  [11]

Ток, потребляемый конденсаторной системой зажигания от аккумуляторной батареи, зависит от числа оборотов и количества цилиндров двигателя.  [12]

Как показала практика эксплуатации конденсаторных систем зажигания на автомобилях различных марок, в некоторых случаях запуск горячего двигателя с этими системами происходит хуже, чем с обычной батарейной системой. Анализ показал, что это имеет место при неправильной регулировке карбюратора, когда в цилиндры прогретого двигателя поступает слишком богатая смесь.  [13]

Кроме того, в конденсаторной системе зажигания устраняется также и третий недостаток, присущий обычной батарейной системе зажигания: большая чувствительность к значению сопротивления Rm, шунтирующего вторичную цепь.  [14]

Например, если в описанной выше конденсаторной системе зажигания ( см. рис. 12) дополнительные отводы обмотки Ш4 сделать от 37-го и 63-го витков, то накопительные конденсаторы Cj и Ci и диоды Д - Дь должны быть рассчитаны на напряжение не менее 600 В. Суммарное напряжение переключения тиристоров Дъ и Дл также должно быть не менее 600 В, чтобы не произошло их самопроизвольного переключения. Отводы обмотки Wi на рис. 26 облегчают настройку схемы.  [15]

Страницы:      1    2    3

Конденсаторная система зажигания для газотурбинных двигателей

 

Использование: конденсаторная система зажигания для газотурбинных двигателей (ГТД) относится к устройствам, предназначенным для розжига камер сгорания различных силовых и энергетических установок, и может быть использована в качестве системы зажигания для авиационных ГТД. Сущность изобретения: система зажигания содержит полупроводниковый преобразователь напряжения с блоком управления и стабилизации, транзисторным первым ключом, опорным резистором и первым трансформатором с первичной, управляющей и выходной обмотками. Выходная обмотка через высоковольтный диод подключена к накопительному первому конденсатору, который через управляемый разрядник и обмотку второго трансформатора активизатора подключен к свече зажигания. К управляющему электроду разрядника подключена вторичная обмотка импульсного третьего трансформатора, при этом один из концов обмотки управления первого трансформатора преобразователя соединен с измерительной цепью, выполненной на основе последовательно включенных резистора и второго конденсатора, который подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока стабилизатора, выход которого подключен к входу (по цепи питания) преобразователя напряжения, а выход устройства сравнения соединен с входом электронного второго ключа. В схеме системы зажигания предлагается выход второго ключа соединить с блоком управления и стабилизации преобразователя, к которому подключают один из концов первичной обмотки импульсного третьего трансформатора, а ее второй конец соединяют с коллектором транзисторного первого ключа преобразователя. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для розжига камер сгорания различных силовых и энергетических установок, и может быть использовано в качестве системы зажигания для авиационных газотурбинных двигателей (ГТД).

Известны системы зажигания для ГТД [1] , содержащие преобразователь напряжения (индуктивную катушку), выход которого подключен через диод к накопительному конденсатору, который, в свою очередь, через двухэлектродный разрядник, обмотку трансформатора активизатора подключен к свече зажигания. Недостатком этой схемы является низкая стабильность энергии разряда на свече в связи с низкой стабильностью пробивного напряжения двухэлектродных разрядников. Это предопределяет низкую энергетическую эффективность и большую массу и габариты таких систем зажигания. Известна также система зажигания [2], в которой с целью повышения стабильности энергии разряда на свече вместо двухэлектродного применен трехэлектродный управляемый разрядник, управляющий электрод которого через импульсный трансформатор и электронный ключ подключен к пороговому устройству, фиксирующему уровень напряжения на накопительном конденсаторе системы при помощи резистивного делителя. Недостатком данной системы зажигания является низкая надежность работы и повышенный уровень излучаемых помех в цепь питания в связи с наличием гальванической связи между выходными высоковольтными цепями и цепями управления. Кроме того, включение резистивного делителя к накопительному конденсатору, на котором формируются импульсы высокого напряжения, вызывает необходимость в высоком коэффициенте деления делителя и соответствующем требовании к высокой точности и стабильности резисторов делителя, а также электропрочности верхнего плеча делителя. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой системе является выбранный в качестве прототипа генератор зажигания для газовых турбин [3], содержащий полупроводниковый преобразователь напряжения с блоком управления, транзисторным ключом, резистором и трансформатором с первичной и дополнительной обмотками и выходной обмоткой, соединенной через диод, накопительный первый конденсатор и обмотку катушки индуктивности с центральным электродом свечи зажигания, а между точкой соединения диода с накопительным конденсатором и боковым электродом свечи подключено разрядное устройство (тиристор), обеспечивающее разряд накопительного конденсатора на свечу зажигания, при этом к управляющему электроду разрядного устройство подключена вторичная обмотка импульсного трансформатора, а его первичная обмотка через электронный ключ подключена к накопительному второму конденсатору, соединенному через резистор с блоком вторичного источника питания, при этом один из концов дополнительной обмотки трансформатора преобразователя соединен с измерительной цепью, выполненной на основе последовательно включенных резистора и третьего конденсатора, подключенного к первому входу блока сравнения, к второму входу которого подключен источник опорного напряжения. Данная схема позволяет получить достаточно высокую стабильность энергии разряда на свече и обеспечивает гальваническую развязку между измерительными и высоковольтными цепями, исключая необходимость в измерительном резистивном делителе в высоковольтной цепи. Недостаток рассмотренной схемы, принятой за прототип, заключается в том, что для формирования управляющего импульса на первичной обмотке импульсного трансформатора при помощи электронного луча требуется дополнительный второй накопительный конденсатор, заряжаемый через резистор от специального вторичного источника питания (источника энергии). Это существенно усложняет схему, снижает ее энергетическую эффективность (КПД), предъявляет жесткие требования в отношении мощностных характеристик электронного ключа, что, в конечном счете, приводит к повышенным массе и габаритам устройства, снижает надежность его работы. Целью изобретения является снижение массы и габаритов конденсаторной системы зажигания для ГТД, повышение КПД и надежности ее работы. Для этого в предлагаемой системе исключены из схемы вторичный источник питания и вторичный емкостной накопитель, а управление электронным ключом осуществляют через цепи управления транзисторного преобразователя, причем управляемый импульс подают на первичную обмотку импульсного трансформатора через электронный ключ непосредственно с коллектора транзисторного ключа преобразователя напряжения при его запертом состоянии. Благодаря этому существенно упрощается схема управления системы зажигания. Одновременно в связи с тем, что управляющий импульс напряжения, снимаемый с коллектора транзисторного ключа преобразователя, стабильный и достаточно высоковольтный, имеется возможность уменьшить величину тока через электронный ключ и первичную обмотку импульсного трансформатора, что позволяет снизить коэффициент трансформации импульсного трансформатора, а, следовательно, уменьшить его массу и габариты. Кроме того, благодаря принятой схеме снятия управляющего импульса с коллектора транзисторного ключа преобразователя на управляющий переход разрядника в заявляемой системе зажигания в случае несрабатывания разрядника от первого импульса последующие управляющие импульсы приходят со стабильной амплитудой и минимальным временным интервалом, определяемым частотой генерации преобразователя (около 10 кГц, 100 мкс), в связи с чем напряжение на накопительном первом конденсаторе за этот временной промежуток существенно не изменится, а, следовательно, это не отразится на бесперебойности и стабильности энергии разрядов на свече зажигания. В схеме прототипа этот временной интервал может затянуться на неопределенное время и при определенных обстоятельствах управляющий импульс вообще не сможет сформироваться до требуемой величины, необходимой для надежного управления трехэлектродным разрядником. Это связано с тем, что длительность формирования управляющего импульса на накопительном втором конденсаторе определяется постоянной времени заряда данного конденсатора через резистор от дополнительного вторичного источника питания. При этом длительность формирования управляющего импульса, как правило, значительно выше периода преобразования напряжения, который определяет частоту коммутаций электронного ключа, подключающего накопительный второй конденсатор к первичной обмотке импульсного трансформатора и через него к управляющему электроду разрядника. При таком соотношении между постоянной времени заряда накопительного второго конденсатора и частотой преобразователя напряжения на конденсаторе не успевает нарасти до величины, необходимой для формирования требуемого управляющего импульса на управляющий электрод разрядника. Это может привести к прекращению искрообразования на свече зажигания, недопустимому наросту напряжения на накопительном первом конденсаторе и отказу системы зажигания. Таким образом, в результате уменьшения количества функциональных узлов в применяющейся системе зажигания, улучшения режима работы ее отдельных элементов и системы в целом, повышаются КПД и надежность работы. Данный технический эффект достигается за счет того, что в конденсаторной системе зажигания, содержащей полупроводниковый преобразователь напряжения с блоком управления стабилизации, транзисторным первым ключом, опорным резистором и первым трансформатором с первичной, управляющей обмотками и выходной обмоткой, которая через диод подключена к накопительному первому конденсатору, соединенному через управляемый разрядник и обмотку второго трансформатора активизатора со свечой зажигания, а к управляющему электроду разрядника подключена вторичная обмотка импульсного третьего трансформатора, один из концов обмотки управления первого трансформатора (преобразователя) соединен с измерительной цепью, выполненной на основе последовательно включенных резистора и второго конденсатора, который подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока стабилизатора, вход которого подключен к входу (по цепи питания) преобразователя напряжения, а выход устройства сравнения соединен с входом электронного второго ключа, при этом выход электронного второго ключа подключен к блоку управления и стабилизации преобразователя, к которому подключен также один из концов первичной обмотки импульсного третьего трансформатора, а ее второй конец соединен с коллектором транзисторного первого ключа преобразователя. На чертеже представлена функциональная схема конденсаторной системы зажигания для ГТД. Конденсаторная система зажигания для ГТД содержит полупроводниковый преобразователь напряжения (ПН) 1 с блоком управления и стабилизации (БУС) 2, транзисторным ключом 3, опорным резистором 4, трансформатором 5 с обмотками: первичной 6, управляющей 7 и выходной 8. Выходная обмотка 8 через высоковольтный диод (выпрямительный столб) 9 подключена к накопительному конденсатору 10, который через управляемый разрядник 11 и обмотку 14 трансформатора 12 активизатора (АК) 16 подключен к свече зажигания 17. Между точкой соединения разрядника 11 с обмоткой 14 подключен резистор гальванической связи 18, а между той же точкой и точкой соединения накопительного конденсатора 10 с разрядником 11 подключены последовательно соединенные обмотка 13 трансформатора 12 и конденсатор 15 активизатора 16. К управляющему электроду разрядника 11 подключена вторичная обмотка 20 импульсного трансформатора 19, а его первичная обмотка 21 одним концом соединена с БУС 2 ПН 1, а другим - с коллектором транзисторного ключа 3 ПН. При этом один из концов управления обмотки 7 трансформатора 6 ПН соединен с измерительной цепью (ИЦ) 22, выполненной на базе последовательно включенных резистора 23 и конденсатора 24, подключенного к входу блока сравнения (БС) 25, к которому подключен также выход стабилизатора (СТ) 26. Выход БС соединен с входом электрического ключа (ЭК) 27, выход которого подключен к БУС ПН, а вход СТ соединен с входом ПН по цепи источника питания 28. Система зажигания работает следующим образом. При подаче напряжения с источника питания 28 на вход ПН и СТ в ПН возникают электрические колебания. При этом работа тиристорного ключа 3 ПН характеризуется поочередным открытым (режим насыщения) и закрытым (режим отсечки) состояниями, которые обеспечиваются соответствующей взаимной фазировкой первичной обмотки 6 и управляющей обмотки 7 через цепи БУС. Одновременно БУС обеспечивает надежный запуск и функционирование ПН, а также стабилизацию его выходной мощности по уровню тока в первичной обмотке 6 трансформатора 5, измеряемого при помощи опорного резистора 4, что позволяет стабилизировать частоту разрядов накопительного конденсатора 10 на свечу зажигания 17. При открытом состоянии транзисторного ключа 3 ПН в первичной обмотке 6 трансформатора 5 линейно нарастает ток, при этом напряжение с выходной обмотки 8 прикладывается к диоду 9 в закрывающем направлении и ток в цепи заряда накопительного конденсатора отсутствует. При закрывании транзисторного ключа 3 напряжение на обмотках трансформатора 5 измеряет полярность на противоположную, в связи с чем энергия, запасенная в электромагнитной системе трансформатора 5, через обмотку 8 и диод 9 выделяется в виде зарядного тока накопительного конденсатора 10. При таком режиме работы ПН напряжение на выходной обмотке 8 трансформатора 5 при закрытом состоянии транзисторного ключа 3 равно напряжению на накопительном конденсаторе 10 за вычетом падения напряжения на диоде 9, чем можно пренебречь, а напряжение на первичной обмотке 6 и обмотке управления 7 равно напряжению на накопительном конденсаторе 10, деленному на соответствующий коэффициент трансформации. Причем для выбранного типа трансформатора коэффициенты трансформации между всеми обмотками постоянны. Поэтому напряжение, снимаемое с обмотки управления 7 трансформатора 5 ПН на ИД 22, пропорционально напряжению на накопительном конденсаторе 10. В ИЦ осуществляется формирование при помощи последовательно соединенных резисторов 23 и конденсатора 24 измеряемого импульса напряжения, пропорционального напряжению на накопительном конденсаторе, который подается на вход БС 25, куда поступает также стабилизированное напряжение с СТ 26, обеспечивающее в БС питание его цепей и формирование регулируемого опорного напряжения. Причем уровень опорного напряжения устанавливают таким, чтобы он был равен уровню импульса напряжения, снимаемого с конденсатора 10 ИЦ, и соответствовал заданному уровню напряжения на накопительном конденсаторе 10 после очередного цикла работы ПН. Как только это равенство достигается при работе ПН, БС переключается и вырабатывает управляющий импульс на ЭК 27, который через цепи БУС подключает коллектор транзисторного ключа 3 ПН, находящегося в закрытом состоянии, к первичной обмотке 21 импульсного трансформатора 19. При этом импульс напряжения на коллекторе транзисторного ключа 3, равный сумме напряжений источника питания и напряжения на обмотке 6 трансформатора 5, трансформируется в повышенное напряжение выходной обмотки 20 импульсного трансформатора 19, подключенной к управляющему электроду управляемого разрядника 11, вызывая пробой рабочего промежутка разрядника. В этот момент происходит разряд конденсатора 15 (АК) 16, заряженного через резистор гальванической связи 18 до уровня напряжения на накопительном конденсаторе 10, через обмотку 13 трансформатора 12, трансформируя в обмотку 14 высоковольтный импульс напряжения. Данный импульс, суммируясь с напряжением на накопительном конденсаторе 10, через рабочий промежуток разрядника 11 прикладывается к свече зажигания 17 и пробивает ее, после чего происходит разряд накопительного конденсатора на свечу зажигания с выделением энергии на ее рабочем промежутке в виде искрового разряда. Далее описанный процесс формирования искровых разрядов на свече зажигания повторяется. Благодаря предложенной схеме измерения напряжения на накопительном конденсаторе 11 в схеме снятия управляющего сигнала на управляемый разрядник 11 заявляемая система зажигания имеет высокие эксплуатационные и энергетические характеристики, что подтверждено испытаниями опытных образцов системы зажигания.

Формула изобретения

Конденсаторная система зажигания для газотурбинных двигателей, содержащая полупроводниковый преобразователь напряжения с блоком управления и стабилизации, транзисторным первым ключом, опорным резистором и первым трансформатором с первичной, управляющей обмотками и выходной обмоткой, которая через диод подключена к накопительному первому конденсатору, соединенному через разрядник и обмотку второго трансформатора активизатора со свечой зажигания, а к управляющему электроду разрядника подключена вторичная обмотка импульсного третьего трансформатора, при этом один из концов обмотки управления первого трансформатора соединен с измерительной цепью, выполненной на основе последовательно включенных резистора и второго конденсатора, который подключен к первому входу блока сравнения, а к второму его входу подключен выход блока стабилизатора, вход которого соединен с входом (по цепи питания) преобразователя, а выход устройства сравнения соединен с входом электронного второго ключа, отличающаяся тем, что выход электронного второго ключа подключен к блоку управления и стабилизации преобразователя, к которому подключен также один из концов обмотки импульсного третьего трансформатора, а ее второй конец соединен с коллектором первого транзисторного ключа преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1


Смотрите также