Одним из путей повышения развиваемого Системой Зажигания вторичного напряжения является применение полупроводниковых приборов, работающих в качестве управляемых ключей, служащих для прерывания тока в первичной обмотке КЗ. Наиболее широкое использование в качестве полупроводниковых реле нашли мощные транзисторы, способные коммутировать токи амплитудой 10 А и выше в индуктивной нагрузке без какого-либо искрения и механического повреждения, характерных для контактов прерывателя. Функцию электронного реле могут выполнять также и силовые тиристоры.

Контактно-транзисторная система зажигания

Принципиальная схема контактно-транзисторной Системы Зажигания (СЗ) в основном состоит из тех же элементов, которые характерны для обычной контактной системы, и отличаются от нее наличием транзистора и отсутствием конденсатора, ранее шунтировавшего контакты прерывателя.

Как видно из схемы, контакты прерывателя коммутируют только незначительный ток управления транзистором Iб, при этом ток силовой цепи (ток разрыва) коммутируется транзистором. Таким образом, применение транзистора в системе зажигания позволило принципиально устранить основной недостаток классической СЗ. Величина тока разрыва уже не ограничивается стойкостью контактов прерывателя, а зависит лишь от параметров транзистора.

По конструктивному исполнению контактно-транзисторные системы различны и могут содержать от одного до нескольких полупроводниковых усилительных элементов. Таким образом, в системах с транзисторным управлением режим работы контактов прерывателя значительно облегчен, и поэтому их срок службы больше. Однако этим системам по прежнему присущи недостатки классической системы зажигания (механический износ контактов прерывателя, ограниченный скоростной режим из-за вибрации контактов и так далее).

Особенности рабочего процесса транзисторной системы зажигания

Первый этап - отпирание транзистора.

После подачи тока управления на базу выходного транзистора, последний отпирается и через проводящий участок коллектор - эмиттер подключает первичную обмотку КЗ к источнику постоянного тока. Начинается процесс нарастания первичного тока и запасания энергии в магнитном поле КЗ. Первичный ток нарастает по экспоненциальному закону:

где Uкэ нас - падение напряжения на участке коллектор - эмиттер насыщенного транзистора. Обычно составляет 0,5 +0,7 В для германиевых и 1 +1,5 для кремниевых транзисторов. Величина тока разрыва Lр в момент выключения выходного транзистора зависит от параметров первичной цепи КЗ, R1 и L1. и от времени его включенного состояния:

Для контактно-транзисторной системы и бесконтактной системы зажигания с постоянным углом накопления энергии аналитическое выражение тока разрыва примет вид:

В системах зажигания с нормированием времени накопления энергии величина тока разрыва определяется амплитудой тока ограничения, если tн > tн min, где tн min - время нарастания первичного тока до амплитудного значения тока ограничения. При tн < tн min величина тока разрыва Iр может быть определена из выше приведенного выражения.

Второй этап - запирание и отсечка транзистора.

Характерной особенностью переходных процессов в транзисторной системе зажигания является их зависимость от электрических характеристик и инерционных свойств транзистора. Процессы запирания и отсечки (полное запирание) транзистора могут влиять на вторичное напряжение катушки зажигания. В зависимости от характера нагрузки транзистора (активная,емкостная,индуктивная или смешанная) движение его рабочей точки в процессе запирания имеет различный характер. Рабочая точка характеризует изменение мгновенного значения тока коллектора Iк и напряжение Uкэ транзистора.

После запирания транзистор переходит в режим отсечки, начинается процесс обмена чтергии между магнитным и электрическим полями катушки зажигания и в первичной обмотке возникают затухающие колебания с максимальной амплитудой Ulm.

Потери энергии в транзисторе приводят к снижению рабочих и пусковых характеристик катушки зажигания и определяются из выражения:

где Wтp э и W-тp к - энергия, рассеиваемая соответственно на эмиттерном и коллекторном переходах транзистора в режиме запирания; u, i - мгновенное значение напряжения и тока в режиме запирания транзистора; ten - время, за которое соответствующий ток (базы, коллектора или
эмиттера) изменяется от I=Iр до I=0.
Для Iк и Iэ время ten - характеризует длительность запирания транзистора.
Процессы, происходящие в первичной и вторичной цепях, обычно рассматриваются в предположении, что за время запирания транзистора потери энергии в нем не превышают 2 + 6% энергии, запасенной в магнитном поле катушки зажигания. Пренебрегая этими потерями, транзистор можно считать идеальным коммутирующим ключом.

При таком условии и отсутствии цепи защиты транзистора, рабочие процессы в первичной и вторичной цепях протекают аналогично процессам в классической батарейной системе.

Однако следует иметь в виду, что преимущества транзисторной СЗ могут быть реализованы лишь при применении специальной КЗ, имеющей низкоомную первичную обмотку, с малой индуктивностью и большой коэффициент трансформации. В этом случае необходимые энергия искрообразования, вторичное напряжение достигаются соответствующим увеличением тока разрыва и коэффициентом трансформации.

Применять же транзисторную СЗ с обыкновенной катушкой нецелесообразно, т. к. при этом, кроме увеличения срока службы контактов прерывателя, никаких преимуществ получить не удается. Более того, в результате неизбежного падения напряжения на транзисторе общая энергия искрообразования уменьшится.