Контактно-транзисторная система зажигания

Рис. 1. Электрические схемы контактно-транзисторной системы зажигания: а — принципиальная; б — с транзисторным коммутатором TK102.

На рис. 1, а показана принципиальная схема контактно-транзисторной системы зажигания. Контакты прерывателя S1 включены в цепь базы (Б) транзистора VT, а первичная обмотка L1 катушки зажигания Т1 — в цепь эмиттера (Э) этого транзистора. Наличие транзистора VT значительно облегчает работу контактов прерывателя, так как через них протекает ток управления транзистором (ток базы I_б), а ток первичной обмотки катушки зажигания I₁ — через переход эмиттер — коллектор транзистора.

В цепь первичной обмотки включены добавочный резистор R_д шунтируемый контактами S2 в момент пуска двигателя стартером, выключатель зажигания S3 и аккумуляторная батарея GB.

При включении зажигания и замыкании контактов прерывателя S1 потенциал базы транзистора VT будет отрицательным относительно эмиттера, поэтому транзистор откроется и в первичной цепи появится ток I₁. В этом случае сопротивление транзистора (переход эмиттер—коллектор) будет минимальным (0,15 Ом).

При размыкании контактов прерывателя S1 ток базы транзистора I_б прерывается, разность потенциалов базы и эмиттера становится равной нулю, транзистор запирается (значительно повышается сопротивление перехода эмиттер—коллектор), сила тока в первичной обмотке катушки зажигания резко убывает, что обеспечивает индуктирование высокого напряжения во вторичной обмотке L2.

В случае запирания транзистора при прекращении тока базы, т. е. при обрыве цепи базы, снижается устойчивость работы транзистора. Для улучшения процесса запирания транзистора в реальных схемах контактно-транзисторных систем зажигания применяют запирание транзистора, при котором на базу транзистора в момент размыкания контактов прерывателя подается положительный по отношению к эмиттеру потенциал. В этом случае получается наибольшая скорость спада силы первичного тока, что способствует увеличению вторичного напряжения в катушке зажигания.

На рис. 1, б приведена электрическая схема контактно-транзисторной системы зажигания с транзисторным коммутатором ТК102, которая предназначена для восьмицилиндровых двигателей.

Схема включает транзисторный коммутатор I (ТК102), катушку зажигания Т1 (Б114), прерыватель S1 и распределитель S4, блок резисторов II (СЭ107), составленный из резисторов R_д1 (0,5 Ом) и R_д2 (0,5 Ом), выключатель добавочного резистора S2. Резистор R_д1 ограничивает максимальную силу тока ток I₁ в первичной цепи, а резистор R_д2 выполняет функции добавочного резистора, как в контактной системе зажигания. Катушка зажигания Б114 имеет первичную обмотку L1 из 180 витков провода диаметром 1,25 мм, марки ПЭВ и вторичную L2 из 41 ООО витков провода диаметром 0,06 мм марки ПЭЛ. Сопротивление первичной обмотки 0,38 Ом, вторичной 20 500 Ом. Индуктивность первичной обмотки 3,7 мГн, а вторичной 150—170 Гн. Коэффициент трансформации К_т = w₁/w₂ = 228. Уменьшение числа витков первичной обмотки и ее индуктивности по сравнению с катушками зажигания контактных систем необходимо для понижения ЭДС самоиндукции в первичной цепи чтобы исключить возможность пробоя силового транзистора коммутатора. Поэтому катушки зажигания контактных и контактно-транзисторных систем зажигания не взаимозаменяемы.

Транзисторный коммутатор включает мощный германиевый транзистор VT3 типа ГТ701А, стабилитрон VD2 (Д817В), диод VD1 (Д226), импульсный трансформатор Т2, конденсаторы C1 (1 мкФ) и С2 (50 мкФ), резистор R1 (27 Ом).

Все элементы транзисторного коммутатора смонтированы в литом алюминиевом корпусе, имеющем ребристую поверхность для увеличения теплоотдачи. Необходимость интенсивного отвода теплоты вызвана применением германиевого транзистора. Чтобы транзистор не перегревался, температура окружающей среды не должна превышать 65°С, поэтому транзисторный коммутатор ТК102 на автомобиле устанавливается в кабине водителя, а не под капотом двигателя.

Система работает следующим образом. При включении выключателя зажигания S3 после замыкания контактов прерывателя S1 транзистор VT3 открывается, так как потенциал его базы (Б) становится ниже потенциала эмиттера (Э), и по первичной обмотке L1 катушки зажигания будет протекать ток I₁. Сила тока базы I_б равна 0,8—0,3 А (уменьшаясь при увеличении частоты вращения кулачка валика прерывателя), а сила тока в первичной обмотке 7—8 А.

В момент размыкания контактов прерывателя транзистор VT3 запирается. Ток в первичной цепи резко уменьшается, и во вторичной обмотке L2 катушки зажигания создается высокое напряжение, импульсы которого распределяются по свечам зажигания распределителем S4. Трансформатор Т2 обеспечивает активное запирание транзистора VT3. Первичная обмотка L3 этого трансформатора включена последовательно с контактами прерывателя. При размыкании контактов прерывателя во вторичной обмотке L4 индуктируется ЭДС, обеспечивающая активное запирание транзистора VT3 (потенциал его базы в момент запирания становится выше потенциала эмиттера).

Резистор формирует импульс, ускоряющий запирание транзистора. При наличии резистора (27 Ом) время запирания транзистора составляет около 30 мкс, без него 60 мкс.

Для защиты транзистора при возрастании ЭДС самоиндукции, возникающей в первичной обмотке катушки зажигания (например, при отсоединении провода высокого напряжения от свечи или крышки распределителя во время работы двигателя и при проверке системы зажигания на искру), включен кремниевый стабилитрон VD2. Напряжение стабилизации стабилитрона выбрано таким, что оно вместе с напряжением питания не превышало предельно допустимого напряжения на участке эмиттер—коллектор (свыше 100 В) транзистора VT3.

Диод VD1, включенный встречно стабилитрону, предотвращает шунтирование стабилитроном первичной обмотки.

Конденсатор С2 предназначен для защиты транзистора от случайных перенапряжений в цепи питания схемы (например, при работе без батареи, при неисправности регулятора напряжения, коротком замыкании в обмотках генератора, ухудшении контакта с массой генератора и регулятора). При увеличении скорости запирания транзистора импульсном трансформатором Т2 скорость спада силы тока первичной цепи достаточна для получения необходимого вторичного напряжения, поэтому в контактно-транзисторных системах зажигания конденсатор параллельно контактам прерывателя не включается.

Конденсатор С1 обеспечивает снижение тепловых потерь в транзисторе VT3 в период его переключения.

К преимуществам контактно-транзисторной системы зажигания относятся увеличение в два раза вторичного напряжения, энергии и длительности искрового разряда, повышение срока службы контактов прерывателя, времени наработки свечей между регулировкой зазора в свечах, так как система менее чувствительна к возрастанию искрового промежутка свечи.

Вместе с тем контактно-транзисторная система зажигания не устраняет некоторых недостатков контактных систем: вибраций контактов при большой частоте вращения валика прерывателя, износа подушечки рычажка и граней кулачка прерывателя, что требует систематической проверки и регулировки зазора и угла замкнутого состояния контактов. Последнее особенно неудобно при экранировании распределителя. Поэтому разработаны бесконтактные системы зажигания, где прерывание тока в первичной цепи осуществляется электронным устройством.