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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Unidade de ignição avançada para carro
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Automóvel. Dispositivos eletrônicos Este projeto pode ser recomendado para radioamadores treinados que já tenham experiência na fabricação de blocos de ignição simples e que desejam ter um dispositivo do qual, figurativamente falando, tudo o que parece possível hoje seja “espremido”. Ao longo dos últimos anos, a unidade de ignição estabilizada [ 1 ] foi repetida por muitos automóveis e radioamadores e, apesar das deficiências identificadas, podemos supor que resistiu ao teste do tempo. Também é significativo que ainda não tenham aparecido na literatura publicações de estruturas semelhantes em simplicidade com parâmetros semelhantes. Essas circunstâncias levaram o autor a fazer outra tentativa de melhorar completamente o desempenho da unidade de ignição, mantendo sua simplicidade.
A principal diferença entre o bloco de ignição melhorado e [1] é uma melhoria notável nas suas características energéticas. Se a duração máxima da faísca para o bloco original não excedeu 1,2 ms e pode ser obtida apenas nos valores mais baixos da frequência de faísca, para o novo, a duração da faísca é constante em toda a faixa de operação de 5 ... 200 Hz e é igual a 1,2 .. .1,4 ms. Isso significa que em rotações médias e máximas do motor - e esses são os modos mais utilizados - a duração da faísca corresponde praticamente aos requisitos atualmente estabelecidos.
A energia fornecida à bobina de ignição também mudou significativamente. A uma frequência de 20 Hz com uma bobina B-115, atinge 50 ... 52 mJ e a 200 Hz - cerca de 16 mJ. Os limites da tensão de alimentação dentro da qual a unidade é operada também foram expandidos. A faísca confiável ao dar partida no motor é garantida a uma tensão de bordo de 3,5 V, mas a unidade permanece operacional mesmo em 2,5 V. Na frequência máxima, a faísca não é perturbada se a tensão de alimentação atingir 6 V e a duração da faísca não for inferior a 0,5 ms. Esses resultados foram obtidos principalmente alterando o modo de operação do conversor, principalmente as condições de sua excitação. Esses indicadores, que, segundo o autor, estão no limite prático das possibilidades quando se utiliza apenas um transistor, também são fornecidos pelo uso de um circuito magnético de ferrite no transformador do conversor.
Como pode ser visto no diagrama esquemático do bloco de ignição mostrado na Fig. 1, suas principais alterações referem-se ao conversor, ou seja, gerador de pulso de carga que alimenta o capacitor de armazenamento C2. O circuito de partida do conversor é simplificado, que, como antes, é feito de acordo com o esquema de um gerador de bloqueio estabilizado de ciclo único. As funções dos diodos de partida e descarga (respectivamente VD3 e VD9 de acordo com o esquema anterior) agora são executadas por um diodo zener VD1. Esta solução fornece uma partida mais confiável do gerador após cada ciclo de centelhamento, aumentando significativamente a polarização inicial na junção do emissor do transistor VT1. No entanto, isso não reduziu a confiabilidade geral da unidade de ignição, pois o modo do transistor não excedeu os valores permitidos em nenhum dos parâmetros.
O circuito de carga do capacitor de atraso C1 também foi alterado. Agora, após carregar o capacitor de armazenamento, ele é carregado através do resistor R1 e dos diodos zener VD1 e V03. Assim, dois diodos zener estão envolvidos na estabilização, cuja tensão total, quando abertos, determina o nível de tensão no capacitor de armazenamento C2. Algum aumento na tensão neste capacitor é compensado por um aumento correspondente no número de voltas do enrolamento de base II do transformador. O nível médio de tensão no capacitor de armazenamento é reduzido para 345...365 V, o que aumenta a confiabilidade geral da unidade de ignição e, ao mesmo tempo, fornece a potência de ignição necessária.
 (clique para ampliar) No circuito de descarga do condensador C1 é utilizado um estabilizador VD2, que permite obter o mesmo grau de sobrecompensação com uma diminuição da tensão de bordo, como três ou quatro díodos em série convencionais. Quando este capacitor é descarregado, o diodo zener VD1 é aberto na direção direta (como o diodo VD9 da unidade original).
O capacitor C1 proporciona um aumento na duração e potência do pulso que abre o trinistor VS2. Isso é especialmente necessário em uma alta frequência de centelhamento, quando o nível médio de tensão no capacitor CXNUMX é significativamente reduzido.
Em unidades de ignição eletrônica com múltiplas descargas do capacitor de armazenamento para a bobina de ignição [1,2, XNUMX], a duração da faísca e, em certa medida, sua potência determina a qualidade do trinistor, pois todos os períodos de oscilação, exceto o primeiro, são criados e mantidos apenas pela energia armazenada. Quanto menor o consumo de energia para cada inclusão do trinistor, maior será o número de partidas e maior será a quantidade de energia (e por mais tempo) transferida para a bobina de ignição. Portanto, é altamente desejável selecionar um trinistor com uma corrente de abertura mínima.
Um trinistor pode ser considerado bom se a unidade de ignição fornecer o início das faíscas (na frequência de 1 ... 2 Hz) quando a unidade for alimentada por uma tensão de 3 V. Qualidade satisfatória corresponde à operação em uma tensão de 4 . .. 5 V. Com um bom trinistor, a duração da faísca é de 1,3 ...1,5 ms, em caso de mau - diminui para 1...1,2 ms. Neste caso, por mais estranho que possa parecer, a potência de faísca em ambos os casos será aproximadamente a mesma devido à potência limitada do conversor. No caso de uma duração mais longa, o capacitor de armazenamento é descarregado quase completamente, o nível de tensão inicial (também conhecido como média) no capacitor, definido pelo conversor, é ligeiramente menor do que no caso de duração mais curta. Com uma duração menor, o nível inicial é maior, mas o nível de tensão residual no capacitor também é alto devido à sua descarga incompleta. Assim, a diferença entre os níveis de tensão inicial e final no dispositivo de armazenamento é praticamente a mesma em ambos os casos, e a quantidade de energia introduzida na bobina de ignição depende disso [8]. E ainda, com uma maior duração da faísca, consegue-se uma melhor pós-combustão da mistura combustível nos cilindros do motor, ou seja, aumenta sua eficiência.
Durante o funcionamento normal da unidade de ignição, a formação de cada faísca corresponde a 4,5 períodos de oscilação na bobina de ignição. Isso significa. que a faísca é nove descargas alternadas na vela de ignição, continuamente uma após a outra. Portanto, não se pode concordar com a opinião (exposta em [4]) de que a contribuição do terceiro e mais ainda do quarto período de oscilações não pode ser detectada em nenhuma condição. De fato, cada período contribui de forma muito específica e tangível para a energia total da faísca, o que também é confirmado por outras publicações, por exemplo [2]. No entanto, se a fonte de tensão de bordo estiver conectada em série com os elementos do circuito (ou seja, em série com a bobina de ignição e armazenamento), a forte atenuação introduzida pela fonte, e não por outros elementos, realmente não torna possível para detectar a contribuição mencionada acima. Apenas tal inclusão foi usada em [4].
Na unidade de ignição descrita, a fonte de tensão de bordo não participa do processo oscilatório e, claro, não introduz as perdas mencionadas.
Um dos componentes mais críticos da unidade de ignição é o transformador T1. Seu circuito magnético Sh15x12 é feito de oxifer NM2000. O enrolamento 1 contém 52 espiras de fio PEV-2 0,8; 11-90 voltas de fio PEV-2 0,25; III - 450 voltas de fio PEV-2 0,25.
A folga entre as partes em forma de W do circuito magnético deve ser mantida com a maior precisão possível. Para fazer isso, ao montar, entre suas hastes extremas, elas são colocadas sem cola ao longo de uma junta getinax (ou textolite) com espessura de 1,2 + 0,05 mm, após o que as partes do circuito magnético são unidas com fios fortes.
No exterior, o transformador deve ser coberto com várias camadas de epóxi, nitro-cola ou nitro-esmalte.
A bobina pode ser feita em um carretel retangular sem bochechas. O enrolamento III é enrolado primeiro, no qual cada camada é separada da próxima com uma fina junta isolante e completada com uma junta de três camadas. Em seguida, enrola-se o enrolamento II. O enrolamento 1 é separado do anterior por duas camadas de isolamento. As voltas extremas de cada camada ao enrolar em um carretel devem ser fixadas com qualquer cola nitro.
Os cabos de bobina flexíveis são melhor organizados após a conclusão de todo o enrolamento. As extremidades dos enrolamentos I e II devem ser desenhadas na direção diametralmente oposta às extremidades do enrolamento III, mas todos os fios devem estar em uma das extremidades da bobina. Na mesma ordem, também são colocados cabos flexíveis, que são fixados com fios e cola em uma gaxeta feita de papelão elétrico (placa prensada). Antes de derramar, as conclusões são marcadas.
Além do KU202N, o trinistor KU221 com índices de letras A-G pode ser usado no bloco. Ao escolher um trinistor, deve-se levar em consideração que, como mostra a experiência, o KU202N comparado ao KU221 na maioria dos casos possui uma corrente de abertura menor, mas são mais críticos para os parâmetros do pulso de disparo (duração e frequência). Portanto, para o caso de usar um trinistor da série KU221, os valores dos elementos do circuito de extensão de faísca devem ser corrigidos - o capacitor C0,25 deve ter uma capacitância de 4 μF e o resistor, R620, deve ter uma resistência de XNUMX ohms.
O transistor KT837 pode ser com qualquer índice de letras, exceto Zh, I, K, T, U, F. É desejável que o coeficiente de transferência de corrente estática não seja inferior a 40. O uso de um transistor de outro tipo é indesejável. O dissipador de calor do transistor deve ter uma área útil de pelo menos 250 cm2. Como dissipador de calor, é conveniente usar a carcaça metálica do bloco ou sua base, que deve ser complementada com aletas de resfriamento. A caixa também deve fornecer proteção contra respingos para a unidade.
O diodo zener VD3 também deve ser instalado no dissipador de calor. No bloco, é composto por duas tiras de 60x25x2 mm, dobradas em forma de U e encaixadas uma dentro da outra. O diodo zener D817B pode ser substituído por um circuito em série de dois diodos zener DV16V; com uma tensão onboard de 14 V e uma frequência de centelhamento de 20 Hz, este par deve fornecer uma tensão de 350 ... .360 V. Cada um deles é instalado em um pequeno dissipador de calor. Os diodos Zener são selecionados somente após a seleção e instalação do trinistor.
O diodo Zener VD1 não requer seleção, mas deve estar em uma caixa de metal. Para aumentar a confiabilidade geral do bloco, é aconselhável fornecer a esse diodo zener um pequeno dissipador de calor na forma de uma crimpagem de uma tira de duralumínio fino.
O estabilizador KS119A (VD2) pode ser substituído por três diodos D223A (ou outros diodos de silício com um volume direto pulsado de pelo menos 0,5 A) conectados em série. A maioria das peças da unidade de ignição são montadas em uma placa de circuito impresso de fibra de vidro com 1,5 mm de espessura. O desenho da placa é mostrado na Fig.2. A placa é projetada levando em consideração a possibilidade de montagem de peças com várias opções de substituição.
Para uma unidade de ignição projetada para operar em áreas com clima de inverno rigoroso, é aconselhável usar um capacitor de óxido de tântalo C1 com uma tensão de operação de pelo menos 10 V. Ele é instalado em vez de um grande jumper na placa, enquanto a conexão Os pontos do capacitor de óxido de alumínio (é mostrado na placa), adequados para operação na grande maioria das zonas climáticas, devem ser fechados com um jumper de comprimento adequado. Capacitor C2 - MBGO, MBGCH ou K73-17 para tensão de 400 ... 600 V.
Ao montar o trinistor, é necessário isolar um dos parafusos de sua fixação da trilha impressa do fio comum,
A verificação de desempenho, e ainda mais o ajuste, deve ser realizada apenas com uma bobina de ignição com a qual a unidade de ignição trabalhará no futuro. Deve-se ter em mente que ligar a unidade sem uma bobina de ignição carregada com uma vela incandescente é completamente inaceitável. Para verificar, basta medir a tensão no capacitor de armazenamento C2 com um voltímetro de pico. Um avômetro com um limite de tensão constante de 500 V pode servir como tal voltímetro. O avômetro é conectado ao capacitor C2 através de um diodo D226B (ou similar), e os grampos do avômetro são desviados com um capacitor com capacidade de 0,1 ... 0,5 μF para uma tensão de 400 ... 600 V .
Com uma tensão de alimentação nominal (14 V) e uma frequência de centelhamento de 20 Hz, a tensão no acionamento deve estar na faixa de 345 ... 365 V. Se a tensão for menor, primeiro, um trinistor é selecionado tendo em conta o anterior. Se, após a seleção, o centelhamento for garantido quando a tensão de alimentação cair para 3 V, mas houver uma tensão aumentada no capacitor C2 na tensão de alimentação nominal, o diodo zener VD3 com uma tensão de estabilização ligeiramente menor deve ser selecionado.
Em seguida, o bloco é verificado na maior frequência de centelhamento (200 Hz), mantendo a tensão nominal de bordo. A tensão no capacitor C2 deve estar dentro de 185 ... 200 V, e a corrente consumida pela unidade de ignição após operação contínua por 15 ... 20 minutos não deve exceder 2,2 A. Se o transistor durante esse tempo aquecer acima de 60 ° C à temperatura ambiente, a superfície de dissipação de calor deve ser ligeiramente aumentada.
O capacitor C4 e o resistor R200, como regra, não requerem seleção. No entanto, para instâncias individuais de trinistores (de ambos os tipos), pode ser necessário ajustar as classificações se a instabilidade na centelha for detectada em uma frequência de XNUMX Hz. Geralmente se manifesta na forma de uma falha de curto prazo nas leituras de um voltímetro conectado ao inversor e é claramente perceptível ao ouvido.
Nesse caso, você deve aumentar a capacitância do capacitor C0,1 em 0,2 ... 4 μF e, se isso não ajudar, retornar ao valor anterior e aumentar a resistência do resistor R100 em 200 ... XNUMX Ohms. Uma dessas medidas, e às vezes as duas juntas, geralmente elimina a instabilidade do lançamento. Observe que um aumento na resistência diminui e um aumento na capacitância aumenta a duração da faísca.
Se for possível usar um osciloscópio, é útil verificar o curso normal do processo oscilatório na bobina de ignição e sua duração real. Até a atenuação completa, 9-11 meias-ondas devem ser claramente distinguíveis, cuja duração total deve ser igual a 1,3 ... 1,5 ms em qualquer frequência de centelhamento. A entrada X do osciloscópio deve ser conectada ao ponto comum dos enrolamentos da bobina de ignição.
Uma visão típica do oscilograma é mostrada na Fig.4. Bursts no meio das meias ondas negativas correspondem a pulsos simples do gerador de bloqueio quando a direção da corrente na bobina de ignição muda.
Também é aconselhável verificar a dependência da tensão do capacitor de armazenamento em relação à tensão de bordo. Sua aparência não deve diferir visivelmente daquela mostrada na Fig.5.
Recomenda-se que a unidade de ignição fabricada seja instalada no compartimento do motor na parte dianteira, parte mais fria do mesmo. O capacitor supressor de faíscas da ampola deve ser desconectado e sua saída conectada ao contato correspondente do soquete X1. A transição para a ignição clássica é realizada, como no projeto anterior, instalando o inserto de contato X1.3.
Em conclusão, notamos que as tentativas de obter uma faísca igualmente "longa" com um transformador em um circuito magnético de aço, mesmo de aço da mais alta qualidade, não levarão ao sucesso. A duração mais longa que pode ser alcançada é de 0,8...0,85 ms. No entanto, a unidade está praticamente inalterada (a resistência do resistor R1 deve ser reduzida para 6...80m) e está operacional com um transformador de núcleo magnético de aço com as características de enrolamento especificadas, e o desempenho da unidade é superior ao de seu protótipo [1].
Literatura 1. G. Karasev. Unidade de ignição eletrônica estabilizada. - Rádio, 1988, nº 9, p. 17; 1989, nº 5, p.91 2. P. Gatsanyuk. Sistema de ignição eletrônica aprimorado. In Sat: "Para ajudar o radioamador", vol. 101, pág. 52, - M.: DOSAAF 3. A. Sinelnikov. Eletrônica no carro. - M.: Rádio e comunicação, 1985, p.46 4. Yu. Arkhipov. Unidade de ignição semiautomática. - Rádio, 1990, nº 1, p. 31-34; Nº 2, pág. 39-42. Publicação: cxem.net
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