Устройство контактно-транзисторной системы зажигания

1. Цель работы

Изучение устройства и принципа действия автомобиль­ной контактно-транзисторной системы зажигания.

2. Краткие сведения

Контактно-транзисторная система зажигания, электри­ческая схема которой представлена на рис. 5.1., состоит из следующих основных элементов: транзисторного коммута­тора I TК 102, выпол­няющего роль усилителя, катушки зажи­гания III преобразующей по­лучаемый от источника ток низ­кого напряжения в ток высокого на­пряжения, необходимый для образования искры в свечах; блока до­бавочных сопро­тивлений II; прерывателя-распределителя IV, распо­ложенных на общем валике и служащих для прерывания тока в пер­вич­ной цепи катушки и распределения высокого напряжения по све­чам зажигания, и искровых свечей зажигания.

Транзисторный коммутатор ТК 102 (рис. 5.1 и 5.2), корпус 1 которого выполнен из алюминиевого сплава АЛ-2 и снабжен ох­лаждающими ребрами, включает в себя мощный германиевый транзис­тор VT(2) типа ГТ701А, кремниевый стабилитрон VD2 типа Д817В, диод VД1 типа Д220, специ­альный двухобмоточный импульсный трансформатор Т1(5), конденсаторы С₁=1 мкФ и С₂=50 мкФ, сопротивления R2=27 ОМ и R1=2 Ом.

Транзистор, работающий в режиме ключа, крепится на корпусе коммутатора. Для обеспечения герметичности и улучшения теплоотвода транзистор иногда заливается эпок­сидной смолой с наполнителем из окиси алюминия 6. Снизу корпус коммутатора закрыт пластиной, выполненной из алюминиевого листа 8.

Импульсный трансформатор T1, предназначенный для обеспе­чения надежного и активного запирания транзистора, содержит две обмотки: первичную w^’₁, которая намотана в три ряда на набран­ный из пластин сердечник, и вторичную w^’₂. Пер­вичная обмотка состоит из 60 витков медной эмалированной проволоки диаметром 0,72...0,78 мм. Вторичная обмотка со­держит 500 витков из медной эмалированной проволоки диа­метром 0,29...0,33 мм. Начало вторич­ной обмотки и конец первичной соединены между собой.

Рис. 5.1. Электрическая схема контактно-транзисторной системы зажигания:

I – транзисторный коммутатор; II – блок добавочных сопротивлений; III – катушка зажигания; IV – прерыватель-распределитель; VT – транзистор ГТ701А; VD1 – диод Д7Ж; VD2 – стабилитрон Д817В; T1 – импульсный трансформатор; R2 – резистор УЛИ-0,25-27; С₁ – конденсатор БМБ-160-1; С₂ – конденсатор К50-6; R1 – резистор УЛИ-0,25-2; GB – аккумуляторная батарея; SA – выключатель зажигания.

Первичная и вторичная обмотки намотаны без меж­слойной изо­ляции. Между собой они изолированы кабельной бумагой. Обмотки трансформатора и его поверхность пропи­таны специальным лаком.

Блок защиты 9 транзистора от перенапряжений, кото­рые возни­кают на первичной обмотке катушки зажигания w₁, состоит из кремниевого стабилитрона VD2 и германиевого диода VD2.На­пряжение стабилизации стабилитрона VD2выбрано так, чтобы оно суммируясь с напряжением питания, не превышало предельно допусти­мого напряжения эмиттер-коллекторного перехода транзистора VТ, равного 100 В.

Рис. 5.2. Транзисторный коммутатор ТК-102

1 – корпус коммутатора; 2 – транзистор; 3 – теплоотвод блока защиты; 4 – электрический конденсатор; 5 – импульсный трансформатор; 6 - эпоксидная смола; 7 – зажимы блока защиты; 8 – пластина; 9 – блок защиты транзистора.

Диод VD1 включен встречно стабилитрону и препятст­вует про­теканию электрического тока от аккумуляторной ба­тареи через ста­билитрон в прямом направлении, в противном случае первичная об­мотка катушки зажигания w₁была бы шунтирована стабилитро­ном VD2.

Для улучшения процесса переключения германиевого транзис­тора служит цепочка, состоящая из конденсатора С₁ марки MБМ-160-1,0±10% (предельное напряжение 160 В, ем­кость 1 мкФ) и резистора R1 марки УЛИ 0,25-2±2%. Все приборы блока защиты зали­ты эпоксидной смолой.

Электрический конденсатор С₂(4) марки К-50-6 (ем­кость 50 мкФ, напряжение 25 В); установленный внутри кор­пуса отдельно от блока защиты, защищает транзистор VT от случайных перена­пряжений, которые могут возникнуть в цепи питания.

В контактно-транзисторной системе зажигания исполь­зуется 12-вольтовая катушка зажигания типа Б114 (рис. 5.3). Катушка зажигания Б114 маслонаполненная и отличается от катушек клас­сической батарейной системы зажигания в ос­новном обмоточными данными и трансформаторной связью первичной и вторичной обмоток, примененной во избежание перегрузки транзистора дополнительным напряжением при разрядных процессах во вторичной цепи.

Рис. 5.3. Катушка зажигания Б114

1 – сердечник; 2 – кольцевой магнитопровод; 3 – вторичная обмотка; 4 – первичная обмотка; 5 – кожух; 6 – изолятор; 7 – крышка; 8 – зажим; 9 – контактная пружина; 10 – клемма высокого напряжения; 11 – прокладка.

Сердечник 1 и кольцевой магнитопровод 2 катушки за­жигания изготовлены из листов электротехнической стали, на поверхности которых имеется слой окалины, что уменьшает вихревые токи.

На изоляционную втулку из электротехнического кар­тона на­матывается вторичная обмотка катушки зажигания 3, которая со­держит 41000 витков из провода марки ПЭЛ диа­метром 0,06 мм. Со­противление вторичной обмотки состав­ляет 20,5 кОм, индуктивность 170 Гн.

Для предупреждения пробоя изоляции обмотки осо­бенно в ко­нечных и начальных рядах, где потенциал дости­гает наибольшей величины, первые восемь рядов и последние изолированы друг от друга тремя слоями конденсаторной бу­маги КOH-1 толщиной 0,022 мм; между остальными рядами прокладываются по 1 слою конденсаторной бумаги. Сверху вторичная обмотка изолируется несколькими слоями лакоткани, а затем кабельной бумаги. Первичную об­мотку 4 катуш­ки зажигания Б114 наматывают поверх вто­ричной, что облегчает отвод тепла от обмотки и кожуху при работе катушки. Первичная обмотка 4 содержит 180 витков из провода марки ПЭВ-1 диаметром 1,25 мм, намотана в пять рядов. Между каждым рядом проложена изоляция из кабель­ной бумаги. Сопротивление первичной обмотки составляет 0,45 Ом, индуктивность 0,0037 Гн. Коэффициент транс­фор­мации катушки равен 228, Первичная обмотка катушки зажи­гания Б114 вместе с блоком добавочных сопротивлений СЭ 107 (рис. 5.1) включена в цепь эмиттера транзистора VT.

Благодаря такой схеме включения транзистора весь ток, подво­димый от батареи, используется для наполнения энер­гии в катушке зажигания, и значительно облегчается отвод тепла от транзистора. Между вторичной и первичной об­мотки катушки зажигания проложе­на изоляция из электро­картона марки ЭВ. Обе катушки в сборе поме­щены в сталь­ной кожух 5, изготовленный методом глубокой вытяжки. Вторичная обмотка и сердечник, имеющие высокий потен­циал относи­тельно корпуса, изолируются от корпуса стеати­товым изолятором 6. Сверху катушка имеет крышку 7, кото­рая герметизирована с корпу­сом через бензомаслостойкую резиновую прокладку 11 с последующей завальцовкой ко­жуха. Крышка изготовлена из термореактивной пласт­массы. Выводы первичной обмотки 4 припаяны к зажимам 8, располо­женным к крышке. Один вывод вторичной обмотки прижат изолятором сердечника к корпусу катушки (на массу), а второй - высоковольт­ный вывод выведен под контактную пружину 9, соединяющуюся с вы­водной клеммой высокого напряжения 10.

Первичная обмотка 4 обычно по высоте больше вторич­ной 3, что дает возможность увеличить потокосцепление ме­жду обмотками и уменьшить емкость между вторичной об­моткой и металлическим кожухом, а также улучшить условия теплоотдачи и уменьшить сред­нюю длину витка. Для улучшения изоляции первичную и вторичную обмотки подвергают вакуумной пропитке трансформаторным маслом, а затем в кожух зали­вают трансформаторное масло ТКП, что поз­воляет значи­тельно улучшить передачу тепла от обмоток к корпу­су.

Рис. 5.4. Добавочные резисторы.

1 – резистор R_д1; 2 – резистор R_д2; 3 - корпус

Добавочные сопротивления катушки зажигания R_д1 и R_д2 выполнены из константанового провода в виде спиралей сопротив­лением по 0,5 Ома каждое и размещены в отдельном блоке СЭ 107 (рис. 5.4). Сопротивление R_д2 с учетом улуч­шения пуска дви­гателя внутреннего сгорания закорачивается через контактную пластину тягового реле стартера. Блок до­бавочных сопротивлений СЭ 107 имеет три изолированных вывода К, ВК и ВК-Б. Клемма К блока соединяется с клеммой К транзисторного коммутатора. Клем­ма ВК соединяется про­водом с дополнительным контактом тягового реле стартера или с выводом дополнительного реле стартера. Клем­ма ВК-Б соединяется через замок зажигания с плюсовой клеммой аккумуляторной батареи.

Блок добавочных сопротивлений СЭ 107 монтируется под капо­том вблизи катушки зажигания и крепится двумя самонарезающимися винтами диаметром 6 мм с пружинными шайбами.

Рис. 5.5. Прерыватель-распределитель Р4-Д.

1 – валик; 2 – корпус; 3 – втулка; 4 – привод кулачка; 5 – ротор; 6 - центробежный регулятор; 7 – неподвижная пластина; 8 – подвижная пластина; 9 – шариковый подшипник; 10 – кулачок; 11 – втулка; 12 – крышка; 13 – пружинящая пластина; 14 – контактный уголек; 15 – боковые выводы; 16 – октан-корректор.

Для прерывания в необходимый момент цепи низкого напряже­ния и для распределения высокого напряжения по свечам в соот­ветствии с порядком работы цилиндров двига­теля служит прерыва­тель-распределитель типа Р4 Д для ав­томобиля ЗИП-130 и PI3 Д для автомобиля ГАЗ-53А (рис. 5.5). В прерывателе-распредели­теле расположены также центробежный и вакуумный регуляторы опережения зажига­ния.

В чугунном корпусе 2 прерывателя-распределителя за­прес­сована бронзовая втулка 3, в ней вращается валик 1 при­вода кулачка 4 прерывателя, ротора 5 распределителя и цен­тробежного регулятора 6 опережения зажигания. К корпусу 2 двумя винтами крепится неподвижная пластина 7 прерыва­теля. Подвижная пласти­на 8 прерывателя устанавливается на шариковом подшипнике 9, обеспечивающем легкость движе­ния пластины при работе вакуумно­го регулятора. Контакты прерывателя вольфрамовые.

Кулачок 10 напрессован на втулку 11. Выступы кулачка име­ют специальный профиль, обеспечивающий быстрое раз­мыкание кон­тактов, а, следовательно, и уменьшение искрения между ними, а так­же плавное безударное замыкание контак­тов, что значительно сни­жает их вибрацию. Зазор между кон­тактами прерывателя в преде­лах 0,30...0,40 мм регулируют смещением неподвижного контакта вокруг оси рычажка при помощи эксцентрика.

Ротор 5 и крышка 12 распределителя выполнены из специ­ального пресспорошка. Крышку крепят двумя пружинящими пластинами 13. Уголёк 14 с пружиной подводит ток высокого напряжения от цен­трального ввода крышки к электроду ро­тора. Уголёк одновременно служит и для снижения уровня радиопомех. Величина сопротивле­ния уголька составляет 8000...14000 Ом. В боковые выводы 15 крышки устанавли­вают высоковольтные провода от свечей зажига­ния.

К корпусу прерывателя-распределителя прикреплен ва­куум­ный регулятор опережения зажигания. Тяга вакуумного регулятора соединена с подвижной пластиной 8 прерывателя. Установочный угол опережения зажигания регулируют гай­ками октан-корректо­ра 16.

Вакуумный регулятор позволяет изменять величину угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки двига­теля, т.е. от степени открытия дроссельной заслонки карбю­ратора.

Центробежный регулятор дает возможность изменять угол опережения зажигания в зависимости от частоты вра­щения колен­чатого вала двигателя.

Совместная работа центробежного и вакуумного регу­ляторов устанавливает наиболее выгодную величину угла опережения зажи­гания при различных режимах работы дви­гателя, что обеспечивает повышение мощности и экономич­ности двигателя. Вследствие малой величины тока, разры­ваемого контактами прерывателя, в прерыва­телях-распреде­лителях контактно-транзисторной системы зажига­ния отсут­ствует конденсатор, который имеется в распределителях классической батарейной системы зажигания для снижения искре­ния между контактами.

Принцип работы контактно-транзисторной системы за­жигания заключается в следующем (рис. 5.1). При включении выключателя зажигания SА и при замкнутом состоянии контактов прерывате­ля от аккумуляторной батареи GB через первичную обмотку ка­тушки зажигания w₁, через эмиттер-базовый переход тран­зистора VT, через первичную обмотку импульсного трансфор­матора w^’₁ и далее через замкнутые контакты прерывателя ПР начинает протекать ток управления до 0,8 А. В результате про­хождения тока управления через эмиттерный переход открывается транзистор VТ , электриче­ское сопротивление эмиттер-коллек­торного перехода резко снижается. Ток первичной цепи величи­ной до 8 А будет про­ходить от аккумуляторной батареи через вы­ключатель зажи­гания, дополнительные резисторы, первичную обмот­ку ка­тушки зажигания, эмиттер-коллекторный переход транзи­стора - на массу.

При размыкании контактов прерывателя транзистор пе­реходит в состояние отсечки, т.е. запирается, вследствие чего первичный ток, а, следовательно, и созданное им магнитное поле исчезает. Ис­чезающее магнитное поле индуктирует во вторичной обмотке катушки зажигания Э.Д.С., равную 17...30 кВ, достаточную для пробоя иск­рового промежутка свечи.

Резкое прерывание тока и активное запирание транзи­стора обеспечивается применением импульсного трансфор­матора. При размы­кании контактов прерывателя во вторич­ной обмотке импульсного трансформатора индуктируется Э.Д.С., которая подается к эмиттер-базовому переходу транзи­стора VТ в запирающем направлении, т.е. «минусом» на эмиттер, а «плюсом» на базу, вследствие чего ускоряется за­пирание транзистора VТ и поэтому ускоряется преры­вание тока в первичной обмотке катушки зажигания. Индуктируе­мое во вторичной обмотке катушки зажигания высокое на­пряжение подает­ся на ротор распределителя и затем на свечи зажигания. Контактно-транзисторная система зажигания по сравнению с классической бата­рейной системой обеспечивает большее значение вторичного напряже­ния и энергии искро­вого разряда, повышает срок службы электродов свечей, а также устраняет эрозию и износ контактов прерывателя, что обеспечивает снижение возможных разрегулировок системы зажи­гания в эксплуатации.

3. Учебные пособия, приспособления и инструменты.

3.1. Комплект приборов контактно-транзисторной сис­темы зажи­гания, подлежащий разборке и сборке. Отдельные детали и узлы, учебные плакаты.

3.2. Приспособления и инструменты - отвертка, гаечные ключи 9-11 мм.

4. Порядок проведения работы

4.1. Изучить устройство транзисторного коммута­тора катушки зажигания, прерывателя-распределителя и блока добавочных сопро­тивлений.

4.2. Изучить принцип работы контактно-транзистор­ной системы зажигания.

4.3. Произвести разборку транзисторного коммута­тора.

4.4. Ознакомиться с отдельными узлами и элемен­тами транзис­торного коммутатора и собрать коммутатор в последователь­ности, обратной разборке.

4.5. Разобрать катушку зажигания.

4.6. Нарисовать эскиз магнитопровода катушки зажи­гания.

4.7. Ознакомиться с отдельными деталями катушки зажигания и собрать её в последовательности, обратной разборке.

4.8. Ознакомиться с устройством блока добавочных сопротивле­ний.

4.9. Ознакомиться с устройством прерывателя-рас­пределителя.

4.10. Ознакомиться с устройством центробежного и вакуум­ного регуляторов опережения зажигания.

5. Содержание отчета

5.1. Тип изучаемой системы зажигания, технические характе­ристики катушки и прерывателя-распределителя.

5.2. Краткое описание устройства и принципа дейст­вия кон­тактно-транзисторной системы зажигания.

5.3. Электрическая схема контактно-транзисторной системы зажигания.

5.4. Эскиз магнитной цепи катушки зажигания.

5.5. Назначение и параметры элементов схемы кон­тактно-транзисторной системы зажигания.

5.6. Эскизы центробежного и вакуумного регулято­ров опере­жения зажигания.

5.7. Преимущества и недостатки рассматриваемой сис­темы зажигания.

6. Контрольные вопросы

6.1. Из каких основных элементов состоит кон­тактно-транзис­торная система зажигания и как они устроены?

6.2. Объяснить назначение импульсного трансформа­тора.

6.3. Объяснить принцип работы контактно-транзистор­ной систе­мы зажигания.

6.4. Почему добавочное сопротивление выполняется двухсек­ционным?

6.5. Каким образом фиксируется обмотки в корпусе ка­тушки зажигания?

6.6. Какие электротехнические материалы использу­ются в ка­тушке зажигания?

6.7. Почему вторичная обмотка катушки зажигания расположена внутри, а первичная снаружи?

6.8. В каком режиме работает транзистор?

6.9. В чем заключаются преимущества и недос­татки контактно-транзисторной системы зажигания по сравнению с батарей­ной?

6.10. Чем отличается катушка зажигания контактно-транзисторной системы от обычной классической системы?

6.11. Объяснить работу центробежного регулятора опережения зажигания.

6.12. Объяснить работу вакуумного регулятора опе­режения зажигания.

Литература

1. Банников С.П. Электрооборудование автомобилей и тракторов. «Транспорт», М., 1977.

2. Боровских Ю.И. Электрооборудование автомоби­лей. «Транспорт»,М., 1971.

3. Барабанов В.Е., Василевский В.М., Левин С.М. Элек­трообору­дование тракторов и автомобилей. «Колос», М., 1974.

4. Ильин A.M., Тимофеев Ю.Л., Ваняев В„Л. Электро­оборудование автомобилей. «Транспорт», 1982.

5. Резник A.M., Орлов В.П. Электрооборудование авто­мобилей. «Транспорт», М., 1981.