TAVSAR Company |
|
Стартовая | Files | Fidonet | Electronics | Automobile | Документация |
Электронное "конденсаторное" зажигание (CDI)
Современный автомобиль трудно представить без <электронного> 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 <классике> ВАЗ 2101…07 и <эволюция> 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 <эволюции>, системы ICI <прихватили с собой> 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 <искры>. 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. <модуль зажигания>) 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 <классической> схемой зажигания (ВАЗ 2101…2107), где искра формируется за счет прерывания тока в достаточно высокоомной катушке механическим прерывателем, что замена на электронный коммутатор от <Самары> 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 <коммутаторах>. 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 <горячем> 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; <Большое> и достаточное (0,8мс) время горения дугового разряда и, как следствие, - <один фронт> 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 >=1,5см2 (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 <толстые провода> 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. <Перехлёст>, оголение слоёв, «барашки» - не допускаются. От качества изготовления трансформатора практически зависти надёжность и долговечность работы блока. Расположение обмоток показано на рисунке 3. Сборка электронного блока 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 по теме: 1. IGBT транзисторы в системе электронного зажигания 2. Патент РФ N2056521. Способ под-жига топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания и коммутатор для его осуществления 3. Патент РБ N1429. Способ поджига топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания и коммутатор для его осуществления 4. Г. Карасев. Стабилизированный блок электронного зажигания. - Радио,1988, 9, с.17; 1989, №5 с 91. 5. Capacitive Discharge Ignition (CDI) 6. Теория систем зажигания. Ютт (zip, 400 кБ) 7. Системы зажигания автомобилей - общее устройство и типы. 8. Интернет магазин радиодеталей и электронных компонентов
11.11.2006 При перепечатке ссылка обязательна.
|