Бесконтактные системы зажигания на Вихре

Бесконтактная система зажигания на Вихре. Вариант 1.

За многие годы, прошедшие после выпуска первых модификаций "Вихрей", было разработано немало систем электронного тиристорного зажигания, предусматривающего использование в качестве датчика момента зажигания штатных прерывателей мотора или магнитной системы маховика. В последнем варианте необходимым условием являлось размагничивание части магнитов.

Однако прерыватели заведомо являются наиболее слабым местом в системе зажигания, требуют тщательной регулировки зазоров. С другой стороны, размагничивание магнитов доступно не каждому и ведет к потере мощности, снимаемой с генераторных катушек магнето.

Ниже описывается весьма надежная схема тиристорной бесконтактной системы, разработанная В. Михайловым. Схема включает накопительный конденсатор и магнитоэлектрический датчик, установленный с наружной стороны маховика. При замыкании магнитной цепи датчика планками, укрепленными на маховике, в катушке датчика возникает импульс, синхронизирующий работу тиристорной системы зажигания.

Благодаря тому, что замыкающая планка установлена на некотором расстоянии отдатчика, первоначально отрегулированная система не требует затем никакого ухода при эксплуатации. Момент зажигания в каждом цилиндре может быть установлен с гораздо большей точностью, чем в других системах (точно через 180°), что способствует некоторому повышению мощности двигателя. Кроме этого улучшается запуск "Вихря", мотор устойчиво работает на малых оборотах. Штатное же магнето используется для зарядки аккумулятора.

Схема зажигания (рис. 86) состоит из генератора импульсов, выполненного на тиристоре Д4 и конденсаторе С6, катушек зажигания КЗ-1 и КЗ-2, формирователя управляющих импульсов - несимметричного триггера Т1, Т2, эмиттерного повторителя ТЗ и электронного ключа Т4.



Питание схемы осуществляется от преобразователя напряжения (рис. 87), который представляет собой двухтактный релаксационный генератор, собранный на двух транзисторах Т5,Т6 и трансформаторе Тр. Генерируемое напряжение выпрямляется с помощью мостика Д5-Д8.



Несимметричный триггер имеет два состояния: устойчивое — при отсутствии внешнего импульса и квазиустойчивое — при поступлении отрицательного импульса от датчика. При отсутствии сигнала транзистор Т, закрыт, так как сопротивление датчика значительно меньше сопротивления R1 а транзистор Т2 — открыт, поскольку на его базу с коллектора транзистора Т, поступает напряжение, достаточное для полного включения. Транзисторы Т3 и Т4 при устойчивом состоянии триггера закрыты, поскольку их базы соединены через резисторы R6 и R8 с плюсовой шиной.

При прохождении замыкающей планки мимо магнитного датчика ДМ в его катушке образуются два импульса, первый — отрицательный, а второй — положительный (при перемене концов катушки порядок будет обратным).

Отрицательный импульс "опрокидывает" триггер, пере водя его в квазиустойчивое состояние. При нагрузке транзистора Т2 возникает прямоугольный импульс отрицательной полярности, который через эмиттерный повторитель Т3, поступает на базу транзистора Т4 и открывает его, в результате чего на нагрузке R10 выделяется импульс положительной полярности. Этот импульс через конденсатор С5 открывает тиристор Д4. Открытый тиристор замыкает цепь, состоящую из конденсатора С6, заряженного от преобразователя напряжением 300-320 В, и катушки зажигания. На вторичной обмотке катушки зажигания возникает импульс высокого напряжения.

Начальное отрицательное смещение (0,6-0,7 В), необходимое для устойчивой работы тиристора, задается на управляющий электрод тиристора резистором R11 и диодом ДЗ.

При работе мотора на полных оборотах напряжение, поступающее от датчика, может достигнуть значительное величины, поэтому на входе устанавливается ограничитель (резистор К.2 и стабилитрон Д1). Конденсатор С2 сглаживает скачки напряжения и препятствует опрокидыванию триггера от случайных помех. Стабилитрон Д2 и резистор К9 стабилизируют напряжение питания триггера и эмиттерного повторителя на уровне 9,5-10 В.

Амплитуду импульсов датчика можно регулировать величиной зазора между датчиком и замыкающей планкой. Величина зазора должна быть такой, чтобы обеспечивался надежный запуск двигателя. Напряжение 300 В для заряда конденсатора С6 получается в электронном преобразователе (рис. 87).

Штатное зажигание мотора "Вихрь" - двухканальное, т.е. каждый цилиндр имеет отдельную систему. В описываемой схеме применена одноканальная система: искры при этом образуются одновременно в обоих цилиндрах - и в котором совершается рабочий ход, и в котором идет продувка, но так как в момент продувки свеча омывается отработавшими газами лишь с небольшой примесью свежей смеси, воспламенения в этом цилиндре не происходит. Применение одноканальной схемы позволяет значительно упростить систему.

Генератор импульсов и формирователь управляющих сигналов собраны в одном блоке на двух печатных платах, соединенных алюминиевыми швеллерами высотой 35 мм. На одном швеллере установлены тиристор Д4 и триод Т4, на другом — накопительный конденсатор С6. На малой плате размером 80 х 90 смонтированы триггер и эмиттерный повторитель; на большой плате размером 80 х 165 — цепи управления тиристором и цепи, соединяющие блок с мотором и источником питания. Тиристор изолируется от швеллера текстолитовой втулкой и слюдяной пластинкой.

Блок крепится к текстолитовой планке 80 х 70 с 11 клеммами (болты М6), соединенной с картером мотора дюралюминиевой пластинкой. К этой же пластинке крепятся и слегка раздвинутые штатные высоковольтные трансформаторы. Общая схема соединения блоков зажигания представлена на рис. 88.



В магнитоэлектрическом датчике (рис. 89) применены катушка от реле РСМ, имеющая 5000 витков провода ПЭ 0,06 и сопротивление 750 Ом.



Магнитная система собрана из магнитов от микродвигателей, применяемых в детских игрушках. Для изготовления датчика требуются два магнита от одного микродвигателя. Катушка прикрепляется к верхней планке 6 винтом с потайной головкой. Оба магнита 5 устанавливаются (одноименными полюсами в одну сторону) между верхней и нижней 3 планками, стянутыми винтами и латунными стойками 4. Винты должны быть короткими, чтобы через них не замыкался магнитный поток. На верхней части датчика устанавливается гетинаксовая плата с печатным монтажом в виде двух полосок, к одному концу которых припаиваются выводы катушки, а к другому - провода, соединяющие датчик со схемой. Деталировка датчика и замыкателя приведена на рис. 90.



Датчик устанавливается на пластине, прикрепленной к основанию магнето с наружной стороны маховика. Место крепления планки расположено между выступом основания магнето для крепления левого конденсатора и выступом, на котором расположен левый контакт прерывателя.

Более точно сам датчик на планке устанавливается следующим образом. Ручка газа поворачивается в положение "полный газ", которому соответствует максимальное опережение зажигания. Поршень верхнего цилиндра останавливается в 7 мм от ВМТ. Датчик при этом должен встать против второго (по ходу движения) свободного отверстия для крепления башмаков магнитов в маховике. В это отверстие вставляется замыкатель 9. Второй замыкатель для нижнего цилиндра вставляется в свободное отверстие маховика, сдвинутое на 180°.

Оси отверстий в маховике параллельны диаметру и расположены на расстоянии 16 мм от него, поэтому необходимо профрезеровать на маховике торцевой фрезой плоскость, а после установки в отверстия замыкателей прошлифовать их на кругло-шлифовальном станке.

Блок преобразователя (рис. 91) собран на алюминиевой пластине размером 120 х 110x3.



Диоды и резисторы смонтированы на печатной плате, укрепленной над основанием. Триоды (старые обозначения - П213, П214, П216, П217) монтируются на изолированном от основания алюминиевом швеллере высотой 35 мм.

Сердечник трансформатора Тр может быть любой конструкции; в данном случае он сделан тороидальным с размерами 56 х 40 х 12 из стали Э-310. На него сначала намотана повышающая обмотка III (1250 витков провода ПЭШО 0,25), затем сразу в два провода первичная I (2 х 45 витков ПЭВ 1,0) и вторичная II (2 х 13 витков ПЭВ 0,3).

Диоды Д5-Д7 типа Д226Б должны иметь обратный ток не более 10 мкА при обратном напряжении 600 В. Если таких диодов подобрать не удается, нужно поставить в каждое плечо выпрямительного моста последовательно по два диода, зашунтировав их резисторами по 75 кОм.

Блок преобразователя устанавливается в моторном отсеке лодки и соединяется с мотором и со схемой электроснабжения лодки с помощью 7— и 4-штырькового разъемов.

12-вольтовый аккумулятор (емкостью 14 А-ч) системы электроснабжения заряжается от катушек штатного магнето через выпрямительный мост на диодах Д242. Для обеспечения нужного зарядного тока на основание магнето ставится вторая катушка, которая при зарядке аккумулятора соединяется последовательно со штатной катушкой. Если, кроме системы зажигания, других потребителей электроэнергии на лодке нет, можно ограничиться одной катушкой. На современных моторах предусмотрена установка штатного выпрямительного моста, который может быть использован и на моторах прежних лет выпуска.

Конструкция электронного зажигания позволяет в течение 10 минут перейти на штатную систему. Для этого на плате магнето сохраняются прерыватели - при монтаже электронной системы контакты прерывателей раздвигают при помощи изоляционных прокладок.

Для перехода на штатное зажигание достаточно снять блок электронного зажигания с мотора на текстолитовой плате, замкнуть перемычками клеммы 1 и 2 с клеммой 5, а 3 и 4 — с 8, выключить питание преобразователя и вынуть изоляционные прокладки из прерывателей. Вторая катушка магнето автоматически переключается на электроснабжение лодки.

Особой наладки система зажигания не требует. При изготовлении системы надо подобрать транзисторы Т1, Т2, ТЗ с коэффициентом усиления по току, равным 45-50. Сопротивление R.1 подбирается таким, чтобы напряжение на базе транзистора Т1 было равным 0,25 В при устойчивом состоянии триггера, а величина резистора К4 должна быть такой, чтобы в устойчивом состоянии транзистор Т4 был открыт. Если преобразователь не будет запускаться (отсутствует напряжение 300 В), нужно проверить правильность соединения обмоток трансформатора. Начала обмоток на схеме обозначены точками.

Тиристор КУ201Л должен быть подобран с напряжением переключения не менее 400 В. При регулировке зазора между замыкателем и датчиком между ними прокладывается плотная бумага толщиной 0,3-0,35 мм. После того как датчик будет прижат и закреплен, бумага удаляется.

Перед установкой на мотор собранную систему зажигания можно проверить. Для имитации запускающих импульсов собирается схема (рис. 92), выход которой присоединяется к блоку зажигания вместо магнитного датчика.



На вход схемы подается напряжение из бытовой сети 220 В. В разрядниках, установленных вместо свечей, должны образовываться яркие искры, которые возникают с частотой переменного тока в сети, т.е. 50 раз в секунду. При использовании звукового генератора схему зажигания можно испытать на различных режимах.

Если блок зажигания не будет работать, то причиной может оказаться ошибка в монтаже или несоответствие параметров деталей.


Бесконтактная система зажигания на Вихре. Вариант 2.

При хорошем качестве магнитных датчиков можно значительно упростить описанную выше схему ЭСЗ без снижения помехоустойчивости и других параметров.

В данном варианте сам датчик и преобразователь напряжения остаются неизменными, упрощается только блок формирования упрощающих импульсов.

В измененной схеме блока (рис. 93) остаются два транзистора и 7 диодов.



Два диода Д1 и Д2, включенные на входе блока, ограничивают сигнал магнитного датчика до 0,6-0,7 В на всем рабочем диапазоне оборотов колен вала, конденсатор С2 подавляет случайные импульсные помехи. Транзистор Т1 является усилителем-ограничителем и при отсутствии сигнала отдатчика находится в закрытом состоянии, так как его база через обмотку датчика соединена с плюсом источника питания. Транзистор Т2, работающий в качестве эмиттерного повторителя, в этом случае открыт.

При включении зажигания конденсатор СЗ начинает заряжаться почти до полного напряжения батареи по цепи: плюс источника питания 12 В - диод Д6 - диод Д5 - резистор R4 - открытый транзистор Т2 - минус источника питания. Конденсатор С4 в это же время заряжается до напряжения 300 В от преобразователя.

При поступлении отрицательного импульса отдатчика на базу транзистораТ1, последний открывается и закрывает транзистор Т2, соединяя его базу с плюсовым выводом. После этого конденсатор СЗ начинает разряжаться через диод Д4 - управляющий электрод и катод тиристора - резисторы R2 и RЗ. Тиристор открывается и разряжает конденсатор С4 на первичную обмотку катушек зажигания в течение нескольких микросекунд. На вторичной обмотке катушек возникает импульс в несколько десятков киловольт и создается мощная искра на свечах.

Отрицательный импульс, поступающий с первичных обмоток катушек зажигания через цепочку R5—ДЗ после переключения тиристора, мгновенно вновь заряжает конденсатор СЗ, вследствие этого длительность управляющего импульса на тиристоре не превышает 2 мкс, что исключает возможность многократного переключения тиристора и обеспечивает образование только одной искры.

Резистор R6 и диод Д5 служат для создания отрицательного смещения величиной 0,6-0,7 В на управляющий электрод тиристора и защищают последний от случайных переключений.

Повышенная помехоустойчивость схемы обеспечивается конденсатором С1 и диодом Д1, препятствующими возникновению помех в цепи управления тиристором.

Блок, собранный из исправных деталей, начинает работать сразу и не требует для своей наладки каких-либо приборов.

Если на максимальных оборотах будут возникать перебои в зажигании, то необходимо несколько уменьшить сопротивления смещения в преобразователе напряжения (R13 и R15 - см. схему на рис. 87), уменьшив их величину до 750-510 Ом. Можно также дополнительно поставить резистор сопротивлением 500-1000 Ом (7,5 Вт) между высоковольтной обмоткой (III) трансформатора преобразователя и выпрямительным мостом. Это обеспечит бесперебойную работу мотора на самых высоких оборотах.

Конструкция блока формирования импульсов (рис. 94) сделана более жесткой, так как он установлен на картере двигателя и подвержен сильной вибрации.



Для этой цели следует несколько изменить и конструкцию основания 4, на которое крепится блок. Чертежи печатных плат с размещением деталей показаны на рис. 95.



При использовании деталей, отличающихся отрекомендованных типов, размеры блока увеличатся, изменится и конфигурация печатных проводников.

Транзистор Т1 типа МП-42 может быть заменен на МП-39, МП-40 и МП-41 с Вст = 40-50 и Jко не более 15 мкА. Транзистор Т2(П203) можно заменить на П4, П201, П202, П214, П216, П217 с Вст = 30-40 и Jко от 0,3 до 3 мА.

Диоды Д1,Д2,Д4 и Д5 типа Д220 могут быть заменены на Д219, Д223, Д101 -Д10З или в крайнем случае на Д226 (увеличиваются габариты блока). Диод ДЗ типа Д211 можно заменить на два последовательно включенных Д226 (на рис. 95 показан этот вариант). Вместо диода Д 202 (Д6) можно также использовать Д226.

Для перехода от электронного зажигания к штатному необходимо снять блок формирования импульсов с основания блока, на основании замкнуть между собой клеммы 6 с 8 и 9 с 10, вынуть изоляционные прокладки из контактов магнето, разъем кабеля отсоединить от преобразователя и подсоединить к разъему с подключенными к нему (контакты 2 и 6) конденсаторами штатной системы. Общее размещение деталей показано на рис. 96.


Бесконтактная система зажигания на Вихре. Вариант 3.

Принципиальная схема данной бесконтактной системы зажигания (авторы В. Миронченко и др.) приведена на рис. 97.



Д, - Д5 - кремниевые диоды Д226, Д6 - диод КД-202Р (прямой ток I А, максимальная амплитуда обратного напряжения 600 В). Сопротивление тиристора R, - 330 Ом (2 Вт). КЗ - стандартная катушка зажигания от мотора "Вихрь".

Число витков обмотки 1Тр — 3000-4000 провода ПЭВ 0,18 мм, обмотки 2Тр — 1000 провода ПЭЛШО 0,16 мм. Обе обмотки рядовые, наматываются "внавал". Емкость конденсатора С 0,5 мкФ, рабочее напряжение 500-600 В.

При использовании мостовой схемы выпрямителя форма напряжения на конденсаторе С имеет вид, показанный на рис. 98 б; форма управляющих импульсов дана на рис. 98 в.



При этом для управления тиристором Т (КУ-201 К, КУ-202К и др.) используется сред ни и "седлообразный" импульс, имеющий большую амплитуду. Импульсы отрицательной полярности срезаются диодом Д5.

Обмотки трансформаторов 1Тр наматываются на С-образные сердечники (применяемые на моторе "Вихрь" или самодельные - сталь Э-330, толщина пластин 0,35-0,5 мм). Обмотки 2Тр наматываются на изоляционный каркас и устанавливаются на сердечнике сплошного сечения из обычной стали. Расположение и размеры сердечников показаны на рис. 99.



Установка трансформаторов 1Тр и 2Тр для верхнего (индекс "В") и нижнего ("Н") цилиндров производится на панели, состоящей из двух частей: плоской дюралевой панели 1 толщиной 4,8 мм и стальной втулки 2, приклепанной к панели тремя заклепками Ø 4. Катушка 1Тр каждого цилиндра должна располагаться под 90-105° относительно соответствующей катушки 2Тр. Для согласования момента искрообразования и положения поршня угол между точкой "К" водила и осью 2Тр верхнего цилиндра должен составлять 87 ± 1°. Направление намотки обмоток 1Тр не влияет на работу системы; обмотки 2Тр наматываются по часовой стрелке (если смотреть со стороны вала). Начала и концы обмоток выводятся на монтажную текстолитовою панель, на которой монтируются остальные детали системы (рис. 100).



Размеры монтажной панели 115x125 мм, толщина 5-6 мм. Для установки диодов используются монтажные лепестки; тиристоры Т крепятся на дюралевых уголках 15x15 длиной 15 мм. Диоды Д6 (КД-202Р) крепятся непосредственно к текстолитовой панели.

После испытания системы весь монтаж заливается эпоксидной смолой. Панель на винтах М5 и скобками крепится к мотору с левой стороны катушек зажигания около выхлопного коллектора.

Для исключения искрообразования при положении поршня в НМТ нужно снять два магнитных полюса маховика со стороны шпоночной канавки и отжечь их при температуре не ниже 800°. Это предотвратит разбалансировку.

Если маховик магнето имеет три пары полюсов, то нужно отжечь две пары, оставив рабочими полюса, расположенные с противоположной стороны шпоночной канавки.

Для повышения устойчивости работы можно включить в цепь управляющей обмотки 2Тр кремниевый стабилитрон Д-81 ЗА (показано пунктиром на рис. 97).