Высоконадёжное универсальное конденсаторно-тиристорное CDI электронное зажигание, оптимизированное по импульсной и пиковой мощности искрового разряда Смирнов Владимир Фёдорович Россия, Тверская обл., г. Кимры E-mail: svfru@ya.ru Web-sait: smirnov.ucoz.com Импульсные помехи, возникающие в моменты искрообразования, способны оказывать обратное влияние на работу формирователя запускающих импульсов и тиристора, делая работу зажигания неустойчивой. Углублённый анализ процесса искрообразования позволил прояснить, что в момент искрообразования существуют, как минимум, три контура токов: 1 — первичный ток проводимости в контуре ударного возбуждения: индуктивность низкоомной обмотки КЗ (катушка зажигания), ёмкость разрядного конденсатора С5, тиристор VS и диод VD10. Принцип искрообразования следующий. Конденсатор С5 получает заряд от преобразователя постоянного напряжения (около 600 В). В момент искрообразования включается тиристор VS и «соединяет» заряженный конденсатор С5 с КЗ. Цепь контура ударного возбуждения замыкается и в нём возникают затухающие колебания. Напряжение на низкоомной обмотке КЗ скачком (единицы микросекунд) становится равным напряжению на ёмкости С5. Напряжение на вторичной обмотке КЗ достигает напряжения пробоя искрового промежутка свечи — возникает искровой разряд. В идеале, когда тиристор включён, заряд ёмкости С5 тратится на поддержание искры и создание магнитного потока КЗ. Во втором полупериоде направление тока меняется на противоположное — открывается диод VD10, а тиристор VS — выключается. В это время энергия магнитного поля КЗ тратится на искру и на возврат (рекуперацию) заряда в ёмкость С5, после чего диод VD10 закрывается, и контур ударного возбуждения размыкается. Таким образом, искрообразование продолжается один период затухающих колебаний контура ударного возбуждения, после чего колебания прекращаются, а в ёмкость С5 возвращается неиспользованный остаток заряда. Хочу обратить внимание на следующее. В случае возникновения паразитной проводимости (нагар, «мостик») между электродами свечей в конденсаторно-тиристорном CDI электронном зажигании возникает конденсаторно-тиристорный синергизм взаимодействия, проявляющийся в том, что заряд конденсатора С5, как источника ЭДС, может быть полностью потрачен на силовое (с выделением тепла) пережигание паразитной проводимости. В этом предельном случае, заряда конденсатора С5 хватит на возбуждение всего одного полупериода затухающих колебаний — диод рекуперации VD10 останется без работы. Нагрузка на преобразователь возрастёт, но на причину будет оказано активное энергетическое воздействие, которое может уничтожить «мостик». Кроме того, атаке подвергнутся помехоподавляющие резисторы, которые в конденсаторно-тиристорном CDI электронном зажигании лучше заранее перемкнуть. Для справки: энергия, запасённая в электрическом поле конденсатора С5, заряженного до напряжения 600 В составляет около 0,4 Дж, что соответствует 0,1 кал теплоты за одно искрообразование (для пережигания «мостика» может потребоваться некоторое количества искрообразований, т. е. времени). Настоящее зажигание без помехоподавляющих резисторов будет надёжно работать, но импульсные помехи могут оказаться запредельными для остальной электроники. 2 — паразитный ток проводимости искрового разряда свечи. Высоковольтный провод от вывода высокоомной обмотки КЗ до свечи представляет собой элементарный вибратор. В 1879-1888 годах профессор Генрих Рудольф Герц ставил опыты, целью которых было экспериментально доказать возможность возбуждения магнитных полей переменными электрическими полями — предполагалось доказать физическую реальность токов смещения и обязательную замкнутость их цепей (В. Мигулин, член-корреспондент АН СССР. Столетие «волн Герца». Радио № 11, 1988 г., с. 47). Герц использовал искровой разряд для импульсного возбуждения резонатора, названного им вибратором, на частоте порядка сотни миллионов колебаний в секунду. Если внимательно проанализировать высоковольтную часть схемы CDI зажигания, то в его вторичной цепи легко обнаружить все элементы устройства Герца. Разрядная ёмкость — паразитная ёмкость КЗ и высоковольтного провода. Искровой разрядник — свеча. Вибратор — высоковольтный провод. Единственное отличие — место подключения разрядника к вибратору. В моменты искрообразования CDI зажигание функционирует подобно устройству Герца, генерируя мощные радиоимпульсные помехи. Для защиты от них в настоящее время, во-первых, используют специальные высоковольтные провода, обладающие высокими распределёнными потерями, резко снижающими их добротность как вибраторов, во-вторых, между разрядником-свечой и высововольтным проводом-вибратором обычно включают помехоподавляющий резистор, который ограничивает возбуждающий колебания разрядный ток. В настоящем зажигании один конец вибратора, роль которого исполняет высоковольтный провод, замыкается искровым разрядом свечи на массу, а к другому — подключена КЗ, через паразитную ёмкость которой вибратор удлиняется проводом, соединяющим катод тиристора VS c блокирующей ёмкостью зимнего пуска С1. Таким образом, катод тиристора VS оказывается подключенным к отводу составного вибратора. Ток отрицательных полупериодов колебаний вибратора течёт по цепи: катод-управляющий электрод тиристора VS, ограничивающий резистор R5 (индуктивность L в исходной схеме зажигания отсутствует), переход эмиттер-коллектор фототранзистора оптрона U1, запускающая тиристор ёмкость С2, ёмкость зимнего пуска С1. Это равносильно действию положительных импульсов тока на управляющий электрод тиристора VS. Однако чтобы тиристор мог открыться, необходимо чтобы напряжение помехи на фототранзисторе оптрона U1 достигло величины лавинного пробоя фототранзистора, после чего цепь замкнётся, и ёмкость С2 ложно запустит тиристор VS. Для борьбы с указанным недостатком введён блокирующий конденсатор С9, заземлённая обкладка которого проводом большого сечения должна быть присоединена возможно ближе к месту, где ввинчены свечи. При этом ток колебаний вибратора будет отделён от тока цепи управления. Окончательно решить проблему помогает интегрирующий фильтр второго порядка LC6, введённый в доработанную схему. Кроме того некоторое улучшение помехозащищённости в исходной и доработанной схемах достигается тем, что на катод тиристора VS с ёмкости зимнего пуска С1 подаётся + 12 В, а управляющий электрод тиристора VS через резистор R8 соединён с общим проводом, что равносильно подаче на управляющий электрод запирающего смещения минус 12 В; 3 — ток смещения (электрическая составляющая электромагнитной волны; течет в физическом вакууме, даже при полном отсутствии какого-либо вещества за счёт смещения квантов поля) возникает во время искрового пробоя, когда напряжение на свече резко уменьшается, и, соответственно, резко изменяется напряжённость электрического поля вокруг высоковольтного провода. Феномен тока смещения состоит в том, что симметрично с ним возникает и изменённое (квантово-полевое) пространство-время, наделённое свойством динамической сверхпроводимости. Динамическая сверхпроводимость — это временное возникновение у вакуума сверхпроводимости, позволяющей току смещения без потерь на тепло замкнуть цепь тока проводимости. Импульс тока смещения, возникающий во время фронта или спада напряженности электрического поля, определяется первой производной и в виде токового импульса помехи атакует прямо из окружающего сверхпроводящего пространства. Основной способ защиты от тока смещения состоит в том, чтобы разорвать электрическое поле с помощью электростатического экрана, поэтому все цепи управления тиристором необходимо тщательно экранировать (экранированные провода и металлический кожух без щелей, закрывающий цепи управления). Для защиты тиристора со стороны анода между его управляющим электродом и катодом установлен конденсатор С7, повышающий критическую скорость нарастания напряжения на аноде в закрытом состоянии. Ёмкость С6 защищает эмиттер фототранзистора оптрона U1 от импульса тока смещения. Защиту по входу осуществляет ёмкость С8. Дроссель L имеет индуктивность 120 мкГн на токе 0,1 А и должен быть расположен как можно дальше от КЗ, и ближе к фототранзистору. Действенность принятых мер подтверждается тем, что в зажигании стали прекрасно работать тиристоры, ранее отбракованные из-за необъяснимых сбоев. Настоящее зажигание было создано в 90-е и зарекомендовало себя как высоконадёжное, безупречно работающее, облегчающее запуск и раскрывающее мощностные возможности двигателей.