Транзисторные системы зажигания.

К сожалению, автомобильным  транзисторным системам зажигания [1, 2] сейчас стали уделять мало внимания, в том числе и в журнале ╚Радио╩. Высказывалось даже мнение о нецелесообразности конструирования транзисторных систем зажигания в любительских усло-виях [3]. Объясняется это, видимо, тем, что у применяемых в них мощных  транзисторов КТ805А, КТ808А недостаточное допускаемое напряжение   на коллекторе [4]. К тому же такие системы требуют использования специальных катушек зажигания с пониженными индуктивностью и активным сопротивлением первичной обмотки (Б 114, Б 116), что увеличивает потребляемую от бортовой сети автомобиля мощность до 60...100 Вт.
Но сегодня в распоряжении радиолюбителей есть мощные транзисторы КТ812А, КТ812Б с импульсным коллекторным напряжением до 500 и даже 700 В, пригодные для простых и надежно работающих систем с использованием в них традиционных катушек зажигания Б 115 (Б7-А). Хорошие же частотные свойства современных транзисторов позволяют исключить из этих систем цепи положительной обратной связи, вводимые обычно для ускорения процессов переключения. Заметим,   что транзисторные системы обладают очень важным достоинством ≈ большой длительностью искрового разряда в свече (2,5... 3 мс). Разряд такой длительности обеспечивает надежное поджигание в цилиндрах обедненной рабочей смеси, уменьшает выброс токсичных выхлопных газов и облегчает запуск холодного двигателя, а также ослабляет зависимость мощности двигателя от угла опережения зажигания [41.
Предлагаю для повторения радиолюбителями две транзисторные системы зажигания ≈ контактную и бесконтактную, испытанные   на   автомобиле ╚Волга╩ ГАЗ-2401. В обеих системах на малой частоте вращения коленчатого вала двигателя ток через первичную обмотку катушки зажигания Б115 в момент размыкания контактов прерывателя равен 5...5,3 А. При включении во вторичную обмотку (в качестве нагрузки) последовательно соединенных запальной свечи с зазором 3 мм и резистора ПЭ-15 сопротивлением 10 кОм длительность искры в воздухе (от начала емкостной до конца его индуктивной   фазы [4]) равна 3 мс; при замыкании этого резистора длительность искрового разряда увеличивается до 3,5...3,7 мс. Таким образом, введение многоискрового зажигания становится совершенно излишним.
В обеих системах воздействие центробежного и вакуумного регуляторов на опережение зажигания происходит так же, как в обычной классической. Удалось подавить и помехи радиоприему в автомобиле даже при работе от внутренней антенны.
Схема контактной системы зажигания показана на рис. 1.

Она содержит коммутирующий транзистор VT2, управляемый через транзистор VT1 прерывателем SF1. Напряжение на базе и коллекторе транзисторов указано относительно их эмиттера в режиме насыщения. Дополнительный р-n-р транзистор VT1 необходим только для согласования фаз работы прерывателя и мощного n-р-n транзистора VT2, закрывание которого должно происходить в момент
размыкания контактов прерывателя.
Ток первичной обмотки катушки зажигания Т1 ограничивает резистор R5, находящийся вне корпуса устройства. При пуске двигателя этот резистор замыкают контактами SA2 реле стартера. Выключатель SA1 ≈ ключ зажигания. Цепь стабилитронов VD3≈VD6, суммарное напряжение стабилизации которой около 400 В, защищает коммутирующий транзистор от пробоя.
Оксидный конденсатор СЗ служит лишь для подавления помех радиоприему.
Большинство деталей контактной системы зажигания монтируют в дюралюминиевой коробке размерами (без выступов крепления) 95Х90Х50 мм со стенками толщиной 3...5 мм, которую затем крепят в моторном отсеке вблизи катушки зажигания. На его нижней стенке через слюдяные прокладки крепят транзистор VT2 (снаружи), диод VD2  и  стабилитроны VD3≈VD6 (изнутри). Корпус этого транзистора и гайки крепления диодов покрывают двумя-тремя слоями клея БФ-2 и сверху еще нитролаком.
Транзистор VT1 привинчивают к теплоотводящему дюралюминиевому угольнику размерами 50Х40 мм и толщиной полок 2 мм, который через изоляционные прокладки крепят к стенке коробки.
Другие детали монтируют внутри коробки навесным методом. Общую цепь питания и цепи транзистора VT2, кроме базовой, выполняют проводом сечением 1,5 мм2. Резисторы R2 и R4 ≈ МЛТ. Резистор R1 составлен из двух МЛТ-2 сопротивлением по 200 Ом каждый, R3 ≈ проволочный на ток 0,5...0,6 А. Конденсатор С1 емкостью 100... 300 мкФ ≈ ЭТО-2; С2 ≈ К78-2, К42-Ц (МБМ) или КБГ-МН на номинальное напряжение не менее 1000 В (для большей надежности работы), СЗ ≈ К50-6.
Емкость конденсатора С2 может быть уменьшена до 0,25 мкФ (при использовании транзистора КТ812А), что повысит напряжение на вторичной обмотке катушки зажигания примерно на 20 % [4]; на длительности искрового разряда в свече это не отразится.
Резистор R5, который располагают вблизи коробки устройства, проволочный (константановый).
Транзистор КТ812А можно заменить на КТ812Б. В этом случае суммарное напряжение стабилизации цепи стабилитронов VD3≈VD6 должно быть уменьшено до 300 В, для чего четыре стабилитрона Д817Г можно заменить двумя КС650А.
Общий провод системы зажигания соединяют непосредственно с корпусом распределителя или с блоком цилиндров. Коробка должна быть гальванически соединена с кузовом автомобиля деталями крепления. Невыполнение этих условий ведет к резкому повышению уровня помех радиоприему в автомобиле.
Контрольную лампу включают, как обычно, параллельно первичной обмотке Катушки зажигания. При всех экспериментах в центральный провод катушки зажигания обязательно должна быть включена нагрузка в виде запальной свечи или
искрового промежутка с зазором не более 7 мм.
К бесконтактным транзисторным системам обычно предъявляют два жестких требования:
при фиксированном положении центробежного и вакуумного регуляторов опережения зажигания момент начала искрового разряда в свече, определяемый положением ротора распределителя, не должен зависеть, во первых, от частоты вращения коленчатого вала двигателя и, во-вторых, от напряжения в бортовой сети автомобиля. Предлагаемая система (см. схему на рис. 2)

полностью удовлетворяет обоим требованиям, причем второе из них проверено при
напряжении питания, сниженным до 7 В.
Коммутатором, как и в контактной системе, служит транзистор КТ812А (VT4). Моментом возникновения искры управляет параметрический датчик Е1 с индуктивной связью, который смонтирован в прерывателе и входит составной частью в блокинг-генератор на транзисторе VT1. Нагрузкой блокинг- генератора    служит формирователь      импульсов (триггер Шмитта), собранный на транзисторах VT2 и VT3. При отсутствии колебаний блокинг- генератора транзистор VT2 маломощного плеча формирователя надежно закрыт положительным напряжением на его базе (около 0,7 В), создаваемым диодом VD4. В это время транзистор VT3 мощного плеча формирователя и коммутирующий транзистор VT4 полностью открыты (насыщены) ≈ в катушке зажигания ТЗ запасается энергия.
С возникновением колебаний блокинг- генератора его импульсы проходят через импульсный трансформатор Т2 и, выпрямленные диодами VD2, VD3, заряжают конденсатор С4. При напряжении на конденсаторе около 3,7 В транзистор VT2 открывается, а транзистор VT3 выходит из насыщения.
Когда же оба транзистора формирователя находятся в активном режиме, этот процесс развивается лавинообразно, в результате чего они переключаются во второе устойчивое состояние: транзистор VT2 входит в насыщение, а транзистор VT3 и коммутирующий VT4 закрываются. При этом ток в первичной обмотке катушки зажигания прерывается, а в свече возникает искра. Конденсатор С 4 продолжает заряжаться до напряжения 13... 15 В, транзистор VT2 остается в насыщении, а транзисторы VT3 и VT4 надежно закрыты во время всего колебательного процесса в катушке зажигания.
С прекращением колебаний блокинг- генератора конденсатор С4 разряжается через резистор R2, эмиттерный переход транзистора VT2 и резистор R3, транзисторы формирователя переключаются в исходно устойчивое состояние, а коммутирующий транзистор VT4 открывается и насыщается.
Параметры блокинг- генератора, измеренные при номинальном напряжении бортовой сети:
амплитуда импульсов на коллекторе транзистора VT1 ≈ около 30 В; время пребывания транзистора в насыщении ≈ 5 мкс;
период повторения  импульсов ≈ 1,5 мкс.
Бесконтактный параметрический датчик Е1 состоит из Ш- образного ферритового магнитопровода (рис. 3, а)

с обмотками I≈III на стержнях и стального (Ст. 3) диска, выполненного по чертежу на рис. 3, б. Магнитопровод с обмотками укреплен на подвижной панели прерывателя стержнями вверх, а диск лежит на кулачковой панели и вместе с ней вращается над стержнями.
Ориентация магнитопровода относительно диска схематически показана на рис. 3, б цветом. Зазор между диском и стержнями ≈ 0,2...0,3 мм.
С целью повышения точности следования искр в каждом цилиндре  двигателя размеры датчика выбраны максимально возможными для  прерывателя распределителя Р119-Б. Диск крепят к кулачковой пластине четырьмя винтами М2,5 с потайной головкой. Под эти винты в углах кулачковой пластины выполняют резьбовые отверстия. Сверху закрепленного диска устанавливают ротор распределителя.
Для изготовления Ш- образного магнитопровода датчика используют заготовку из феррита 2000 НМ. Ее отрезают от магнитопровода большего диаметра, например Ш12Х15, обрабатывают на точильном станке. Затем алмазным кругом толщиной 1,5...2,5 мм выполняют проточки между стержнями.
Магнитопровод датчика основанием приклеивают эпоксидной смолой к, текстолитовой пластине размерами 27Х18 мм из текстолита толщиной 3 мм (с закругленными по форме подвижной панели наружным и внутренним сторонами). Для установки магнитопровода в пластине предусмотрена поперечная проточка  шириной 4 мм и глубиной около 0,7 мм. Полная высота магнитопровода с пластиной не должна превышать 13,4 мм, чтобы он не задевал за диск. В пластине вблизи наружного края сверлят два отверстия под крепящие винты М2,5 (в подвижной панели прерывателя под них сверлят отверстия и нарезают резьбу) и монтируют три небольших контакта для пайки выводов обмоток датчика.
На каждый стержень магнитопровода после двукратного покрытия клеем БФ-2 наматывают по 30 витков провода ПЭВ-2 0,21...0,25 в два слоя. На один из крайних и средний стержни провод наматывают в одну сторону ≈ это будут обмотки I и III соответственно, а на второй крайний (обмотка II) ≈ в другую. Все катушки снаружи промазывают тем же клеем.
На схеме рис. 2 начало обмоток обозначено точкой. Готовый датчик крепят так, чтобы обмотка II была дальней от центра диска.
Монтировать датчик на прерывателе-распределителе следует после лабораторной проверки работы системы зажигания. В подключенной к источнику питания системе при каждом перекрывании  вручную
стальной пластиной той или иной пары торцов стержней датчика в зазоре свечи, подключенной к катушке зажигания, должна возникать искра.
После этого с подвижной панели распределителя снимают все детали, кроме штифта вакуумного регулятора (стойку крепления пружины прерывателя можно оставить). Латунную ось рычага прерывателя спиливают, к ее оставшейся части припаивают начальные выводы обмоток II и III датчика. Сам же магнитопровод датчика размещают на месте прерывателя.
Поскольку искра возникает в момент сбегания выступа диска с внешнего стержня датчика, то вдоль радиуса диска следует располагать левый по рис. 3,б край магнитопровода (если смотреть сверху). Главное же условие для нахождения места расположения датчика по углу опережения зажигания ≈ при максимальном опережении зажигания (подвижная панель прерывателя повернута по часовой стрелке до упора) искра должна возникать в момент, когда набегающий
край токоразносной пластины ротора распределителя на 0,5... 1,5 мм перекрывает край электрода на крышке распределителя (например, первого цилиндра).
После закрепления датчика средний стержень его магнитопровода должен быть постоянно накрыт диском, при этом крайние стержни будут перекрываться диском поочередно. Таким образом, при вращении диска блокинг- генератор будет находиться в колебательном режиме только половину времени. Эквивалентный угол замкнутого состояния ≈ 45╟ (вместо 39╟ в прерывателе-распределителе Р119-Б). Это усиливает энергию искры на повышенной частоте вращения коленчатого вала двигателя, что необходимо при работе на обедненной горючей смеси.
Магнитопроводом импульсного трансформатора Т2 может служить ферритовое кольцо типоразмера К 12Х6Х4,5 из феррита 400НН (материал и размеры кольца не критичны). Обе обмотки трансформатора содержат по 50 витков провода ПЭВ-2 0,34, но вторичная имеет отвод от середины.
Основой конструкции электронной части бесконтактной системы зажигания служит точно такая же металлическая коробка, как и для контактной системы. Узел коммутирующего транзистора VT4 ≈ повторение аналогичного узла контактной системы, поэтому требования к размещению и монтажу его деталей те же. Транзисторы VT1≈VT3 устанавливают на коробке через изоляционные прокладки с хорошей теплопроводностью. Все другие детали системы монтируют в коробке навесным методом. Резистор R5 ≈ два параллельно соединенных  резистора МЛТ-2 сопротивлением  по 200 Ом.
Блокинг- генератор  системы зажигания настраивают подборкой резистора R1. Сопротивление этого резистора должно быть таким, чтобы в положении диска датчика, когда блокинг- генератор не работает, ток коллектора транзистора VT1 был примерно равен 150 мА.
На схеме (рис. 2) напряжение на базе и коллекторе транзисторов VT2≈VT4 указано относительно их эмиттера в состоянии насыщения. Эти режимы, если требуется, подгоняют при замкнутых контактах прерывателя SF1: во время работы  блокинг- генератора ≈ подборкой резистора R3, при отсутствии его колебаний ≈ резисторов R7 и R8.
В заключение ≈ коротко о способах экономии бензина. Искра высокой энергии, создаваемая описанными здесь системами зажигания, позволяет двигателю автомобиля работать на обедненной смеси на всех режимах, кроме, возможно, режима максимальной мощности. Для этого в карбюраторе К126-Г главный топливный жикл╦р вторичной камеры (с пропускной способностью 280 см3/мин) надо заменить жикл╦ром с меньшим сечением от первичной камеры (240 см3/мин). Максимальная скорость автомобиля при этом сохраняется. В первичную камеру можно установить жикл╦р на 240 см3/мин и ввести в него регулировочную иглу [5]. В этом случае двигатель будет хорошо воспринимать нагрузку без ╚подсоса╩, но только после прогрева. Чем ближе к отметке +80 ╟ С будет температура двигателя, путем ввертывания иглы, тем больше экономия горючего.
Обеднение рабочей смеси допустимо и для работы двигателя автомобиля ГАЗ-24 (с коэффициентом сжатия 8,2) на бензине А-76 вместо АИ-93. Детонация в цилиндрах двигателя отсутствует. Но при высокой наружной температуре или большой нагрузке автомобиля может  возникать  калильное послеискровое зажигание, устраняемое изменением регулировки холостого хода или же недолгим и глубоким нажатием на педаль газа после выключения зажигания.