ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ – СОФИЯ

ДИПЛОМНА РАБОТА

на тема:

"Електронно запалване на автомобил"

Дипломант:

СЪДЪРЖАНИЕ

Увод..........................................................................................................3
1. Електрическа запалителна уредба.................................................4

1.1. Първи етап.................................................................................6

1.2. Втори етап.................................................................................8

2. Преглед и класификация на електронните запалителни 

уредби....................................................................................................15

2.1. Транзисторни запалителни уредби с натрупване на 

енергия в индуктивност.........................................................16

2.2. Електронни запалителни уредби с натрупване на 

енергията в кондензатор.......................................................20

2.3. Приставка за многоискрово запалване при пускане на 

двигателя...................................................................................26

2.4. Безконтактно системно запалване...................................30

3. Избор на схема.................................................................................31
4. Работа на схемата............................................................................35
5. Конструкция.....................................................................................38
6. Графична част.................................................................................40
7. Спецификация на елементите.......................................................42
Използвана литература......................................................................43

2

У

ВОД

До   скоро   у   нас   се   гледаше   на   електронизацията   на

автомобила   като   на   вторичен   проблем   и   решаването   му   беше
предоставено   на   любителския   ентусиазъм.   В   най­добрия   случай
възможностите   се   изчерпват   с   конструиране   на   електронна
запалителна уредба. И макар че това действително е първата важна
крачка към "вкарването" на електрониката в автомобила, от която
и   аз  ще   започна,   трябва   да  се  каже   откровено,   че   на   настоящия
етап   това   сече   не   е   достатъчно.   съвременната   автомобилна
електроника  се развива  с такива  темпове, че е невъзможно  дори
само да се изброят постиженията й.

При   работа   на   автомобилния   двигател   с   електронната

запалителна система се реализира икономия на гориво от порядъка
3 – 8% за сметка на по­пълното изгаряне на горивната смес, като
се намалява замърсяването на атмосферата с токсични вещества,
двигателят става "по­пъргав", по­лесно "поема" при ниски обороти
и   се   повишава   неговата   мощност.   Освен   това   се   намалява
нагряването на запалителната бобина, което удължава живота й.

3

1. Е

ЛЕКТРИЧЕСКА

 

ЗАПАЛИТЕЛНА

 

УРЕДБА

Сгъстената   горивно­въздушна   смес   в   работната   камера   на

бензиновите   карбураторни   двигатели   и   на   тези   с   впръскване   се
възпламенява   от   електрическа   искра,   която   възниква   между
електродите на запалителната  свещ. Засега все още в значителна
част   от   автомобилите   и   другите   моторни   превозни   средства.   За
генерирането на високоволтови запалителни импулси се използва
станалата   вече   класическа   акумулаторна   електромеханична
запалителна уредба, показана на фигура 1.

фиг.1

Тя се състои от следните елементи:
1. Акумулаторна батерия АБ с напрежение Е = 12V
2.   Индуктивна   бобина   ИБ,   представляваща   по   същество

повишаващ   автотрансформатор.   Тя   е   предназначена   за
първоначално натрупване на магнитна енергия и за преобразуване
на   ниското   напрежение   на   автомобилния   акумулатор   във
високоволтов импулс, необходим за възникване на искров разряд
между електродите на запалителната свещ.

4

3.   Прекъсвач   Пр.,   състоящ   се   от   неподвижен   контакт,

наречен   наковалня,   и   подвижен   контакт,   който   се   нарича   чукче.
Подвижният контакт се задейства от вала на разпределителя.

4.   Кондензатор   С   за   гасене   на   дъгата,   която   се   появява   в

момента на отделяне на контактите. Той участва в последователно
трептящ кръг заедно с индуктивността на първичната намотка на
бобината,   съпротивлението   на   вариатора   и   активното
съпротивление на първичната намотка.

5. Разпределител   Р,   подаващ   в   необходимия   момент

напрежителни импулси на свещите на двигателя. той се състои от
палец и неподвижен контакт.

6. Запалителни свещи І

1

 – І

4

.

7. Контактен ключ К.
Процесите в запалителната уредба протичат в следния ред.

Нека да се допусне, че при въртене на вала на разпределителя в
даден   момент   контактите   на   прекъсвача   са   затворени.   След
определено време, зависещо от параметрите на първичната верига
и честота на двигателя, протичащия през първичната намотка  на
бобината   ток   достига   своята   максимална   стойност.   При   това   в
бобината се натрупва магнитна енергия.

След   отваряне   на   контактите   в   последователния   трептящ

кръг протича затихващ колебателен процес с период 

1

1

C

L

n

2

T



,

където  L

1

  е   индуктивността   на   първичната   намотка,   а   С

1

  –

еквивалентния капацитет на първичната верига.

При   използване   на   стандартна   бобина   и   кондензатор,

напрежението   върху   първичната   намотка   на   бобината,   съответно
върху кондензатора, при отваряне на контактите е 20 – 30 пъти по­
високо от това на захранващия токоизточник. При 12V захранване

5

върху контактите на прекъсвача се получават от 240 до 360V при
различните   модели   бобини.   Запалителната   бобина   е   повишаващ
импулсен   трансформатор.   коефициентът   на   трансформация
обикновено е в границите  от 55 до 100. Вторичното напрежение
може да се достигне от 14 000 до 30 000 волта. Това е напрежение
за   празен   ход.   когато   при   наличието   на   запалителна   свещ   се
достигне   пробивното   напрежение,   прескача   искра   и   високото
напрежение се ограничава до напрежението на горене на искрата.
По­нататък процесите се повтарят, като високото напрежение се
подава на свещта на следващия по цикъл цилиндър на двигателя.
За   всеки   работен   цикъл   процесите,   протичащи   в
електромеханичната запалителна уредба, могат да се разделят на
два етапа.

1. Натрупване  на енергия на магнитното  поле на бобината

след затваряне на контактите.

2. Колебателни   процеси,   протичащи   в   първичната   и

вторичната верига на бобината и възникване на искров разряд.

1.1. Първи етап

Вторичната намотка е натоварена с паразитния капацитет на

високоволтовите кабели, капацитета и утечното съпротивление на
съответната свещ, през първия етап на влияние, то на вторичния
кръг   върху   първичния   може   да   се   пренебрегне.   Съответно
еквивалентната   схема   при   затворени   контакти   е   показана   на
фигура 2.

фиг.2

6

В  тази  верига,  съставена   от токоизточник,   индуктивност   и

съпротивление, първичния ток нараства по експоненциален закон,
а натрупаната енергия на магнитното поле на бобината.





















































1

1

t

0

t

a

1

2

max

1

1

1

e

1

I

e

1

R

E

i

i

L

2

1

W

Ако   се   въведе   показанието   относителна   затвореност   на

контактите  

.

отв

.

зат

.

зат

Q

Q

Q



,   където  Q

зат.

  е   ъгълът   на   въртене   на

разпределителния   вал,   когато   контактите   са   затворени,   а  Q

отв.

ъгълът, когато контактите са отворени, максималната стойност на
тока,   протичащ   през   първичната   намотка   на   бобината   ще   бъде
правопропорционален   на   относителната   затвореност   на
контактите.

На  фигура  3  са  показани   графиките   на  тока  при  различни

обороти на коляновия вал на двигателя.

фиг.3

7

Ниски честоти 
на въртене на 
коляновия вал

t

t

1

i

1

I

0

Средни честоти 
на въртене на 
коляновия вал

t

t

1

i

1

I

0

Високи честоти 
на въртене на 
коляновия вал

t

t

1

I

0

i

1

От графиките и от изразите на точка и натрупаната енергия

могат да се направят следните изводи:

1. Максималният ток, протичащ през първичната намотка на

бобината   на   относителната   затвореност   на   контактите   и   при
намаляване на честотата на въртене на коляновия вал на двигателя
до средата.

2. При   висока   честота   на   въртене,   токът   няма   време   да

достигне   максималната   стойност,   от   което   следва,   че   и   натру­
паната енергия намалява, тъй като зависи от квадрата на тока.

3. При   ниски   честоти   на   въртене,   протичащият   през

първичната   намотка   на   бобината   ток   има   достатъчно   време   да

достигне   стойността  





R

E

I

A

0

,   показана   на   фигура   3а.   След

момента t

1

 протичащият през първичната намотка на бобината ток

не допринася за увеличаване на натрупаната магнитна енергия, а
само излишно повишава загряването на бобината.

Тъй   като   токът   през   време   на   първия   етап   нараства

относително   бавно,   индуцираните   напрежения   в   първичната   и
вторичната намотка на бобината са малки по стойности.

Индуцираното напрежение във вторичната намотка не е по­

голямо   от   около   2000V,   което   е   недостатъчно   да   предизвиква
прескачането на искра между електродите на запалителната свещ.

8

1.2. Втори етап

Вторият   етап   обхваща   процесите,   които   протичат   в

запалителната уредба след отваряне на контактите на прекъсвача.
Еквивалентната схема на електромеханичната запалителна уредба
след отваряне на контактите на прекъсвача има вида:

фиг.4

В първичния  контур на еквивалента  схема акумулаторът  е

пренебрегнат,   поради   това,   че   за   променлив   ток   неговото
съпротивление може да не се взима под внимание. Капацитетът на
свещите, разпределителният капацитет на високоволтовите кабели
и капацитетът  на вторичната намотка на бобината  са заменени  с
един   еквивалентен   капацитет   С

2

.   Съпротивлението   между

електродите   на   свещите   в   резултат   на   отложения   нагар   е
представен  R

св.

. След отваряне на контактите, първичната верига

представлява   последователен   трептящ   кръг,   съставен   от

9

индуктивността   на   първичната   намотка  L

1

,   сумарния   капацитет

'

2

1

C

C



  и   съпротивлението  R



.   Капацитетът  

2

1

2

2

'

2

W

W

C

C















  е

приведеният   към   първичната   намотка   С

2

,   а  

1

2

W

W

  е   преводното

отношение на бобината.

В   момента   на   отваряне   на   контактите   през   първичната

намотка протича ток i

1 max

. След отварянето в свързаните трептящи

кръгове възникват затихващи колебателни процеси. Графиките на
тока   и   напрежението   върху   първичната   намотка   са   показани   на
фигура 5. За начало на първичната намотка е приет краят, който е
свързан с чукчето на прекъсвача.

фиг.5

Напрежението върху кондензатора достига максималната си

стойност   след   време,   равно   на   една   четвърт   от   периода





'

2

1

1

C

C

L

n

2

T





 на колебателния процес.

Амплитудата на първичното напрежение е

2

1

2

2

1

1

2

1

2

2

1

1

x

max

1

ρ

x

max

1

max

1

W

W

C

C

L

където

,

W

W

C

C

L

i

i

V

















ρ



















10

i

1

V

1

i

1 max

V

1 max

t

е характеристично съпротивление на първичния трептящ кръг.

Максималната стойност на напрежението върху вторичната

намотка може да се намери по формулата

1

2

max

1

1

2

max

2

W

W

V

W

W

V







i

1 max 

ρ

 



, коефициент 



отчита загубите в запалителната уредба. Обикновено 



 



 1.

Показаната   по­горе   максимална   стойност   на   вторичното

напрежение.   Може   да   се   достигне   само   ако   вторичната   намотка
работи на празен ход.

На   фигура   6   е   показана   време   диаграмата   на   вторичното

напрежение.   То   е   отрицателно,   но   за   по­голямо   удобство
стойностите му са нанесени по положителна посока на ординатата.

фиг.6

С  t

0

  върху   диаграмата   е   означен   момента   на   отваряне   на

контактите.   Интервалът  t

0

  –  t

1

  съответства   на   формирането   на

предния   фронт   на   вторичното   напрежение.   След   пробива   на
искровата междина, напрежението V

2

 бързо спада до напрежението

на горене и остава относително постоянно, докато натрупаната в
бобината   магнитна   енергия   се   изразходва   до   такава   степен,   че
протичането   на   електрическия   разряд   се   прекрати   –   момента  t

2

.

След това във вторичната намотка протичат затихващи трептения

11

t

0

 t

1

t

2

t

V

2

t

3

с честота, определена от параметрите на еквивалентния трептящ
кръг. В момента t

3

 контактите на прекъсвача се затварят.

Зависимостта   на   вторичното   напрежение   без   товар   на

бобината   V

2 max

  от   честотата   на   въртене   на   коляновия   вал   на

двигателя и броя на цилиндрите е показана на фигура 7.

12

Фигура 7

При   първоначалното   пускане   на   двигателя,   когато   е

необходима най­голяма енергия за запалване на горивно­въздушна
смес,   напрежението  V

2 max

  е   най­ниско.   При   празен   ход

напрежението има малко по­голяма стойност. При средна честота
на въртене вторичното напрежение има максимална стойност и при
по­нататъшно   увеличаване   на   честотата   на   въртене   то   отново
спада.

Малката   стойност   на   V

2

  при   пускане   на   двигателя   се

обяснява   със   спадналото   напрежение   на   акумулатора   (ок.   10V)
поради голямата консумация на пусковия електродвигател.

Намаляването   на  V

2 max

  при   празен   ход   в   сравнение   със

средните   честоти   на   въртене   се   обяснява   с   по­интензивен   дъгов
разряд   между   контактите   на   прекъсвача.   Електрическата   дъга,
която води до безполезно нагряване и механично разрушаване на
контактите,   консумира   част   от   натрупаната   енергия.   Естествено
това   води   до   намаляване   на  V

2 max

.   Интензивността   на   дъгата

13

10

20

V

2 max

kV

0,2

1

2

3

4

5

n x 10

3

, min

­1

Nц = 6

Nц = 4

намалява с увеличаването на честотата на въртене, което води до
появата на максимум във вторичното напрежение.

Намаляване на вторичното напрежение при високи честоти

на  въртене  се  обяснява   с  това,  че  токът   в  първичната   верига   не
може да достигне  максималната  си стойност,  което  се вижда от
фигура 3.

Върху   стойността   на   вторичното   напрежение   оказва

значително   влияние   големината   на   капацитета   С,   включен
паралелно на контактите на прекъсвача, паразитния капацитет на
вторичната   верига   С

2

  и   утечното   съпротивление   на  свещите  R

св.

.

Освен   утечното   съпротивление   на   свещите   върху   стойността   на
вторичното   напрежение  V

2 max

  оказват   влияние   загубите   в

магнитопровода на бобината, изолационното съпротивление между
намотката   и   корпуса   и   загубите   в   метода,   поради   импулсния
характер на тока.

От   израза   за   енергия  

2

1

1

i

L

2

1

W



  се   вижда,   че     енергията   и

оттам   вторичното   напрежение   могат   да   се   увеличат,   ако   се
увеличи   индуктивността   на   първичната   намотка   на   бобината   и

токът в нея. За съжаление увеличаването на L

1

 или на тока 





R

E

i

A

1

води до влошаване на времеконтактността на  





R

L

r

1

1

, което води

до   рязко   намаляване   на   вторичното   напрежение   при   високи
честоти на въртене. Освен това увеличаването на  L

1

  и  i

1

  води до

още   по­голямо   натоварване   на   контактите   на   прекъсвача   и   до
намаляване продължителността на живота им.

14