Тиристорна система запалювання
Так як сучасні автомобільні двигуни стали більш високооборотними і відрізняються високим ступенем стиснення, це накладає додаткові вимоги на систему запалювання. В даний час набули поширення дві різні системи запалювання - з накопиченням енергії в індуктивності і з накопиченням енергії в ємності.
В автомобільних двигунах широке застосування знайшли системи запалювання з накопиченням електромагнітної енергії в магнітному полі котушки, що використовують контактні або транзисторні переривники, але в деяких випадках застосування конденсаторної системи запалювання дає відчутну перевагу.
У тиристорних системах запалювання енергія для іскрового розряду накопичується в конденсаторі, а в якості силового реле застосовується тиристор. У цих системах котушка запалювання не накопичує енергію, а лише перетворює її, збільшуючи напругу у вторинній обмотці і зменшуючи, відповідно, величину протікає по ній струму.
Електрична потужність, що дорівнює добутку сили струму на напругу, залишається незмінною за вирахуванням втрат різного характеру.
Тиристор - це напівпровідниковий прилад, виконаний на основі монокристала напівпровідника з трьома або більше p-n-переходу і має два стійких стани:
- закрите стан - стан низької провідності;
- відкрите стан - стан високої провідності.
Тиристор можна розглядати як електронний вимикач (ключ). Основне застосування тиристорів (трехпереходной структури) - управління потужної навантаженням за допомогою слабких сигналів, або (для двухпереходной структури) де відкривання тиристора відбувається, якщо різниця потенціалів між його висновками перевищує напругу пробою.
Також тиристори застосовуються в перемикаючих пристроях.
Існують різні види тиристорів, які поділяються, головним чином, за способом управління і по провідності. За провідності розрізняють тиристори, які проводять струм в одному напрямку, і тиристори, які проводять струм в двох напрямках (сімістори, симетричні діністори). Умовно тиристор можна розглядати як з'єднання p-n-p транзистора з n-p-n транзистором, причому колектор кожного з них з'єднаний з базою іншого.
Характерною особливістю тиристорних систем запалювання є висока швидкість наростання вторинного напруги, тому пробій іскрового проміжку свічки запалювання надійно забезпечується навіть при забрудненому і покритому нагаром ізоляторі.
Крім того, в тиристорних системах величина вторинної напруги може бути практично постійною при зміні частоти обертання колінчастого вала двигуна до максимальної величини, тому що конденсатор встигає повністю зарядитися на всіх режимах роботи двигуна.
Однак тиристорні системи запалювання мають порівняно малу тривалість індуктивної складової іскрового розряду (не більше 300 мкс), що призводить до погіршення займистості і згоряння робочої суміші в циліндрах двигуна на режимах часткових навантажень.
Система запалювання з накопиченням енергії в ємності застосовуються на газових і високооборотних мотоциклетних двигунах, для яких не критична тривалість іскрового розряду.
Типи тиристорних систем запалювання
У системах запалювання з накопиченням енергії в електростатичному полі конденсатора функцію електронного реле виконують тиристори, керовані контактним або бесконтактнимпреривателем, тому такі системи називають контактно-тиристорн або безконтактно-тиристорн. В основі роботи безконтактних систем лежать ті ж принципи, що і в безконтактних системах запалювання з індуктивними накопичувачами.
Розрізняють тиристорні системи запалювання з імпульсним і з безперервним накопиченням енергії в електростатичному полі конденсатора.
Нижче розглянуті особливості роботи тиристорних систем такого типу.
Система з безперервним накопиченням енергії (рис. 1, а) містить двотактний перетворювач напруги, що складається з двох транзисторів VT1 і VT2. трансформатора Т1. резисторів R2 і R3 і конденсатора С1.
Двухполуперіодний випрямляч з нульовою точкою (діоди VD1 і VD2) служить для випрямлення вихідної напруги перетворювача. Випрямляч навантажений накопичувальним конденсатором С2. паралельно якому підключений резистор R4. Тиристор VS перериває струм у первинній обмотці L1 котушки запалювання (трансформатор Т2). Управління тиристором здійснюється контактним S2 синхронізатором моменту запалювання.
При замиканні контактів S1 вимикача запалювання спрацьовує двотактний перетворювач напруги. На висновках вторинної обмотки L2 трансформатора Т1 з'являється змінна напруга прямокутної форми з амплітудою 200. 500 В.
Випрямлена постійна напруга подається на заряд накопичувального конденсатора С2. якщо контакти S2 синхронізатора моменту запалювання замкнуті. Тиристор знаходиться в закритому стані, так як його ланцюг управління шунтуватися замкнутими контактами S2 синхронізатора.
У момент розмикання контактів S2 синхронізатора напругу від акумуляторної батареї GB подається через резистор R1 до керуючого електрода тиристора VS. Через відкритий тиристор відбувається розряд конденсатора С2 на первинну обмотку L1 котушки запалювання Т2. внаслідок чого в її вторинній обмотці L2 индуктируется висока ЕРС.
При відповідному підборі параметрів елементів розглянутої системи запалювання можна на всіх режимах роботи двигуна забезпечити повний заряд конденсатора і отримати практично не залежить від частоти обертання колінчастого вала двигуна вторинна напруга.
Ланцюжок C1-R2 забезпечує надійний пуск транзисторного перетворювача.
В системі з імпульсним накопиченням енергії (рис. 1, б) при замиканні контактів S1 вимикача запалювання і розмикання контактів S2 синхронізатора моменту запалювання на базу транзистора VT подається позитивний імпульс напруги від акумуляторної батареї GB. Транзистор переходить в стан насичення, пропускаючи через емітер-колекторний перехід і первинну обмотку L1 трансформатора струм, що створює магнітне поле в трансформаторі.
У момент замикання контактів S2 синхронізатора ланцюг бази транзистора замикається накоротко, транзистор переходить в стан відсічення, струм в обмотці L1 трансформатора зникає, а у вторинній обмотці індукується висока ЕРС.
В цей час замкнуті контакти S2 синхронізатора шунтируют ланцюг управління тиристором. Тиристор закритий, а конденсатор С через діод VD1 заряджається до напруги 200. 400 В.
При наступному замиканні контактів S2 синхронізатора до керуючого електрода тиристора через резистори R д, Rl, R3 подається напруга від акумуляторної батареї.
Тиристор відкривається.
Струм розряду конденсатора проходить через первинну обмотку L1 котушки трансформатора і на висновках вторинної обмотки з'являється імпульс високої напруги, що подається на свічку запалювання.
У системах запалювання з накопиченням енергії в електростатичному полі конденсатора забезпечується більш висока швидкість наростання вторинної напруги, що робить її менш чутливою до наявності шунтуючих резисторів і нагару свічок запалювання. Однак внаслідок високої швидкості росту вторинної напруги зростає напруга пробою в порівнянні з системами з накопиченням енергії в магнітному полі.
Крім того, через скорочення тривалості індуктивної складової іскрового розряду погіршуються займання і згоряння паливоповітряної суміші під час пуску двигуна та роботі його на режимах часткових навантажень.
Системи з імпульсним накопиченням енергії мають максимальну швидкість наростання високої напруги. Але тривалість індуктивної складової іскрового розряду в свічках зменшена від одиниць мілісекунд (у системах з накопиченням енергії в індуктивності) до десятків або сотень мікросекунд. Це погіршує займання і згоряння робочої суміші на середніх навантаженнях і, отже, призводить до підвищення витрат палива і токсичності відпрацьованих газів.
Для усунення зазначених недоліків треба коригувати пристрої випередження запалювання і збільшувати зазор в свічках до 1,2. 1,5 мм. що призводить до подальшого зростання вторинного напруги і напруженій роботі ізолюючих частин високовольтної системи.