Устройство контактно-транзисторной системы зажигания

Казахский гуманитарно – юридический и технический колледж

Методические указания по выполнению

лабораторных работ по предмету

«Электорооборудование автомобилей с основами электронного оборудования»

Кызылорда, 2016г

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

Устройство контактно-транзисторной системы зажигания

1. Цель работы

Изучение устройства и принципа действия автомобильной контактно-транзисторной системы зажигания.

2. Краткие сведения

Контактно-транзисторная система зажигания, электрическая схема которой представлена на рис. 5.1., состоит из следующих основных элементов: транзисторного коммутатора I TК 102, выполняющего роль усилителя, катушки зажигания III преобразующей получаемый от источника ток низкого напряжения в ток высокого напряжения, необходимый для образования искры в свечах; блока добавочных сопротивлений II; прерывателя-распределителя IV, расположенных на общем валике и служащих для прерывания тока в первичной цепи катушки и распределения высокого напряжения по свечам зажигания, и искровых свечей зажигания.

Транзисторный коммутатор ТК 102 (рис. 5.1 и 5.2), корпус 1 которого выполнен из алюминиевого сплава АЛ-2 и снабжен охлаждающими ребрами, включает в себя мощный германиевый транзистор VT(2) типа ГТ701А, кремниевый стабилитрон VD2 типа Д817В, диод VД1 типа Д220, специальный двухобмоточный импульсный трансформатор Т1(5), конденсаторы С₁=1 мкФ и С₂=50 мкФ, сопротивления R2=27 ОМ и R1=2 Ом.

Транзистор, работающий в режиме ключа, крепится на корпусе коммутатора. Для обеспечения герметичности и улучшения теплоотвода транзистор иногда заливается эпоксидной смолой с наполнителем из окиси алюминия 6. Снизу корпус коммутатора закрыт пластиной, выполненной из алюминиевого листа 8.

Импульсный трансформатор T1, предназначенный для обеспечения надежного и активного запирания транзистора, содержит две обмотки: первичную w^’₁, которая намотана в три ряда на набранный из пластин сердечник, и вторичную w^’₂. Первичная обмотка состоит из 60 витков медной эмалированной проволоки диаметром 0,72...0,78 мм. Вторичная обмотка содержит 500 витков из медной эмалированной проволоки диаметром 0,29...0,33 мм. Начало вторичной обмотки и конец первичной соединены между собой.

Рис. 5.1. Электрическая схема контактно-транзисторной системы зажигания: I – транзисторный коммутатор; II – блок добавочных сопротивлений; III – катушка зажигания; IV – прерыватель-распределитель; VT – транзистор ГТ701А; VD1 – диод Д7Ж; VD2 – стабилитрон Д817В; T1 – импульсный трансформатор; R2 – резистор УЛИ-0,25-27; С₁ – конденсатор БМБ-160-1; С₂ – конденсатор К50-6; R1 – резистор УЛИ-0,25-2; GB – аккумуляторная батарея; SA – выключатель зажигания.

Первичная и вторичная обмотки намотаны без межслойной изоляции. Между собой они изолированы кабельной бумагой. Обмотки трансформатора и его поверхность пропитаны специальным лаком.

Блок защиты 9 транзистора от перенапряжений, которые возникают на первичной обмотке катушки зажигания w₁, состоит из кремниевого стабилитрона VD2 и германиевого диода VD2. Напряжение стабилизации стабилитрона VD2 выбрано так, чтобы оно суммируясь с напряжением питания, не превышало предельно допустимого напряжения эмиттер-коллекторного перехода транзистора VТ, равного 100 В.

Рис. 5.2. Транзисторный коммутатор ТК-102 1 – корпус коммутатора; 2 – транзистор; 3 – теплоотвод блока защиты; 4 – электрический конденсатор; 5 – импульсный трансформатор; 6 - эпоксидная смола; 7 – зажимы блока защиты; 8 – пластина; 9 – блок защиты транзистора.

Диод VD1 включен встречно стабилитрону и препятствует протеканию электрического тока от аккумуляторной батареи через стабилитрон в прямом направлении, в противном случае первичная обмотка катушки зажигания w₁ была бы шунтирована стабилитроном VD2.

Для улучшения процесса переключения германиевого транзистора служит цепочка, состоящая из конденсатора С₁ марки MБМ-160-1,010% (предельное напряжение 160 В, емкость 1 мкФ) и резистора R1 марки УЛИ 0,25-22%. Все приборы блока защиты залиты эпоксидной смолой.

Электрический конденсатор С₂(4) марки К-50-6 (емкость 50 мкФ, напряжение 25 В); установленный внутри корпуса отдельно от блока защиты, защищает транзистор VT от случайных перенапряжений, которые могут возникнуть в цепи питания.

В контактно-транзисторной системе зажигания используется 12-вольтовая катушка зажигания типа Б114 (рис. 5.3). Катушка зажигания Б114 маслонаполненная и отличается от катушек классической батарейной системы зажигания в основном обмоточными данными и трансформаторной связью первичной и вторичной обмоток, примененной во избежание перегрузки транзистора дополнительным напряжением при разрядных процессах во вторичной цепи.

Рис. 5.3. Катушка зажигания Б114 1 – сердечник; 2 – кольцевой магнитопровод; 3 – вторичная обмотка; 4 – первичная обмотка; 5 – кожух; 6 – изолятор; 7 – крышка; 8 – зажим; 9 – контактная пружина; 10 – клемма высокого напряжения; 11 – прокладка.

Сердечник 1 и кольцевой магнитопровод 2 катушки зажигания изготовлены из листов электротехнической стали, на поверхности которых имеется слой окалины, что уменьшает вихревые токи.

На изоляционную втулку из электротехнического картона наматывается вторичная обмотка катушки зажигания 3, которая содержит 41000 витков из провода марки ПЭЛ диаметром 0,06 мм. Сопротивление вторичной обмотки составляет 20,5 кОм, индуктивность 170 Гн.

Для предупреждения пробоя изоляции обмотки особенно в конечных и начальных рядах, где потенциал достигает наибольшей величины, первые восемь рядов и последние изолированы друг от друга тремя слоями конденсаторной бумаги КOH-1 толщиной 0,022 мм; между остальными рядами прокладываются по 1 слою конденсаторной бумаги. Сверху вторичная обмотка изолируется несколькими слоями лакоткани, а затем кабельной бумаги. Первичную обмотку 4 катушки зажигания Б114 наматывают поверх вторичной, что облегчает отвод тепла от обмотки и кожуху при работе катушки. Первичная обмотка 4 содержит 180 витков из провода марки ПЭВ-1 диаметром 1,25 мм, намотана в пять рядов. Между каждым рядом проложена изоляция из кабельной бумаги. Сопротивление первичной обмотки составляет 0,45 Ом, индуктивность 0,0037 Гн. Коэффициент трансформации катушки равен 228, Первичная обмотка катушки зажигания Б114 вместе с блоком добавочных сопротивлений СЭ 107 (рис. 5.1) включена в цепь эмиттера транзистора VT.

Благодаря такой схеме включения транзистора весь ток, подводимый от батареи, используется для наполнения энергии в катушке зажигания, и значительно облегчается отвод тепла от транзистора. Между вторичной и первичной обмотки катушки зажигания проложена изоляция из электрокартона марки ЭВ. Обе катушки в сборе помещены в стальной кожух 5, изготовленный методом глубокой вытяжки. Вторичная обмотка и сердечник, имеющие высокий потенциал относительно корпуса, изолируются от корпуса стеатитовым изолятором 6. Сверху катушка имеет крышку 7, которая герметизирована с корпусом через бензомаслостойкую резиновую прокладку 11 с последующей завальцовкой кожуха. Крышка изготовлена из термореактивной пластмассы. Выводы первичной обмотки 4 припаяны к зажимам 8, расположенным к крышке. Один вывод вторичной обмотки прижат изолятором сердечника к корпусу катушки (на массу), а второй - высоковольтный вывод выведен под контактную пружину 9, соединяющуюся с выводной клеммой высокого напряжения 10.

Первичная обмотка 4 обычно по высоте больше вторичной 3, что дает возможность увеличить потокосцепление между обмотками и уменьшить емкость между вторичной обмоткой и металлическим кожухом, а также улучшить условия теплоотдачи и уменьшить среднюю длину витка. Для улучшения изоляции первичную и вторичную обмотки подвергают вакуумной пропитке трансформаторным маслом, а затем в кожух заливают трансформаторное масло ТКП, что позволяет значительно улучшить передачу тепла от обмоток к корпусу.

Рис. 5.4. Добавочные резисторы. 1 – резистор R_д1; 2 – резистор R_д2; 3 - корпус

Добавочные сопротивления катушки зажигания R_д1 и R_д2 выполнены из константанового провода в виде спиралей сопротивлением по 0,5 Ома каждое и размещены в отдельном блоке СЭ 107 (рис. 5.4). Сопротивление R_д2 с учетом улучшения пуска двигателя внутреннего сгорания закорачивается через контактную пластину тягового реле стартера. Блок добавочных сопротивлений СЭ 107 имеет три изолированных вывода К, ВК и ВК-Б. Клемма К блока соединяется с клеммой К транзисторного коммутатора. Клемма ВК соединяется проводом с дополнительным контактом тягового реле стартера или с выводом дополнительного реле стартера. Клемма ВК-Б соединяется через замок зажигания с плюсовой клеммой аккумуляторной батареи.

Блок добавочных сопротивлений СЭ 107 монтируется под капотом вблизи катушки зажигания и крепится двумя самонарезающимися винтами диаметром 6 мм с пружинными шайбами.

Рис. 5.5. Прерыватель-распределитель Р4-Д. 1 – валик; 2 – корпус; 3 – втулка; 4 – привод кулачка; 5 – ротор; 6 - центробежный регулятор; 7 – неподвижная пластина; 8 – подвижная пластина; 9 – шариковый подшипник; 10 – кулачок; 11 – втулка; 12 – крышка; 13 – пружинящая пластина; 14 – контактный уголек; 15 – боковые выводы; 16 – октан-корректор.

Для прерывания в необходимый момент цепи низкого напряжения и для распределения высокого напряжения по свечам в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя служит прерыватель-распределитель типа Р4 Д для автомобиля ЗИП-130 и PI3 Д для автомобиля ГАЗ-53А (рис. 5.5). В прерывателе-распределителе расположены также центробежный и вакуумный регуляторы опережения зажигания.

В чугунном корпусе 2 прерывателя-распределителя запрессована бронзовая втулка 3, в ней вращается валик 1 привода кулачка 4 прерывателя, ротора 5 распределителя и центробежного регулятора 6 опережения зажигания. К корпусу 2 двумя винтами крепится неподвижная пластина 7 прерывателя. Подвижная пластина 8 прерывателя устанавливается на шариковом подшипнике 9, обеспечивающем легкость движения пластины при работе вакуумного регулятора. Контакты прерывателя вольфрамовые.

Кулачок 10 напрессован на втулку 11. Выступы кулачка имеют специальный профиль, обеспечивающий быстрое размыкание контактов, а, следовательно, и уменьшение искрения между ними, а также плавное безударное замыкание контактов, что значительно снижает их вибрацию. Зазор между контактами прерывателя в пределах 0,30...0,40 мм регулируют смещением неподвижного контакта вокруг оси рычажка при помощи эксцентрика.

Ротор 5 и крышка 12 распределителя выполнены из специального пресспорошка. Крышку крепят двумя пружинящими пластинами 13. Уголёк 14 с пружиной подводит ток высокого напряжения от центрального ввода крышки к электроду ротора. Уголёк одновременно служит и для снижения уровня радиопомех. Величина сопротивления уголька составляет 8000...14000 Ом. В боковые выводы 15 крышки устанавливают высоковольтные провода от свечей зажигания.

К корпусу прерывателя-распределителя прикреплен вакуумный регулятор опережения зажигания. Тяга вакуумного регулятора соединена с подвижной пластиной 8 прерывателя. Установочный угол опережения зажигания регулируют гайками октан-корректора 16.

Вакуумный регулятор позволяет изменять величину угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки двигателя, т.е. от степени открытия дроссельной заслонки карбюратора.

Центробежный регулятор дает возможность изменять угол опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Совместная работа центробежного и вакуумного регуляторов устанавливает наиболее выгодную величину угла опережения зажигания при различных режимах работы двигателя, что обеспечивает повышение мощности и экономичности двигателя. Вследствие малой величины тока, разрываемого контактами прерывателя, в прерывателях-распределителях контактно-транзисторной системы зажигания отсутствует конденсатор, который имеется в распределителях классической батарейной системы зажигания для снижения искрения между контактами.

Принцип работы контактно-транзисторной системы зажигания заключается в следующем (рис. 5.1). При включении выключателя зажигания SА и при замкнутом состоянии контактов прерывателя от аккумуляторной батареи GB через первичную обмотку катушки зажигания w₁, через эмиттер-базовый переход транзистора VT, через первичную обмотку импульсного трансформатора w^’₁ и далее через замкнутые контакты прерывателя ПР начинает протекать ток управления до 0,8 А. В результате прохождения тока управления через эмиттерный переход открывается транзистор VТ, электрическое сопротивление эмиттер-коллекторного перехода резко снижается. Ток первичной цепи величиной до 8 А будет проходить от аккумуляторной батареи через выключатель зажигания, дополнительные резисторы, первичную обмотку катушки зажигания, эмиттер-коллекторный переход транзистора - на массу.

При размыкании контактов прерывателя транзистор переходит в состояние отсечки, т.е. запирается, вследствие чего первичный ток, а, следовательно, и созданное им магнитное поле исчезает. Исчезающее магнитное поле индуктирует во вторичной обмотке катушки зажигания Э.Д.С., равную 17...30 кВ, достаточную для пробоя искрового промежутка свечи.

Резкое прерывание тока и активное запирание транзистора обеспечивается применением импульсного трансформатора. При размыкании контактов прерывателя во вторичной обмотке импульсного трансформатора индуктируется Э.Д.С., которая подается к эмиттер-базовому переходу транзистора VТ в запирающем направлении, т.е. «минусом» на эмиттер, а «плюсом» на базу, вследствие чего ускоряется запирание транзистора VТ и поэтому ускоряется прерывание тока в первичной обмотке катушки зажигания. Индуктируемое во вторичной обмотке катушки зажигания высокое напряжение подается на ротор распределителя и затем на свечи зажигания. Контактно-транзисторная система зажигания по сравнению с классической батарейной системой обеспечивает большее значение вторичного напряжения и энергии искрового разряда, повышает срок службы электродов свечей, а также устраняет эрозию и износ контактов прерывателя, что обеспечивает снижение возможных разрегулировок системы зажигания в эксплуатации.

3. Учебные пособия, приспособления и инструменты

3.1 Комплект приборов контактно-транзисторной системы зажигания, подлежащий разборке и сборке. Отдельные детали и узлы, учебные плакаты.

3.2 Приспособления и инструменты - отвертка, гаечные ключи 9-11 мм.

4. Порядок проведения работы

1. Изучить устройство транзисторного коммутатора катушки зажигания, прерывателя-распределителя и блока добавочных сопротивлений.

2. Изучить принцип работы контактно-транзисторной системы зажигания.

3. Произвести разборку транзисторного коммутатора.

4. Ознакомиться с отдельными узлами и элементами транзисторного коммутатора и собрать коммутатор в последовательности, обратной разборке.

5. Разобрать катушку зажигания.

6. Нарисовать эскиз магнитопровода катушки зажигания.

7. Ознакомиться с отдельными деталями катушки зажигания и собрать её в последовательности, обратной разборке.

8. Ознакомиться с устройством блока добавочных сопротивлений.

4.9 Ознакомиться с устройством прерывателя-распределителя.

4.10 Ознакомиться с устройством центробежного и вакуумного регуляторов опережения зажигания.

5. Содержание отчета

1. Начертить схему устройство системы зажигания, технические характеристики катушки и прерывателя-распределителя.

2. Дать описание устройства и принципа действия контактно-транзисторной системы зажигания.

3. Электрическая схема контактно-транзисторной системы зажигания.

1. Эскиз магнитной цепи катушки зажигания.

2. Написать про назначение и параметры элементов схемы контактно-транзисторной системы зажигания.

3. Эскизы центробежного и вакуумного регуляторов опережения зажигания.

4. Преимущества и недостатки рассматриваемой системы зажигания.

6. Контрольные вопросы

1. Из каких основных элементов состоит контактно-транзисторная система зажигания и как они устроены?

2. Объяснить назначение импульсного трансформатора.

3. Объяснить принцип работы контактно-транзисторной системы зажигания.

4. Почему добавочное сопротивление выполняется двухсекционным?

5. Каким образом фиксируется обмотки в корпусе катушки зажигания?

6. Какие электротехнические материалы используются в катушке зажигания?

1. Почему вторичная обмотка катушки зажигания расположена внутри, а первичная снаружи?

2. В каком режиме работает транзистор?

6.9 В чем заключаются преимущества и недостатки контактно-транзисторной системы зажигания по сравнению с батарейной?

6.10 Чем отличается катушка зажигания контактно-транзисторной системы от обычной классической системы?

6.11 Объяснить работу центробежного регулятора опережения зажигания.

6.12 Объяснить работу вакуумного регулятора опережения зажигания.

Литература

1. Банников С.П. Электрооборудование автомобилей и тракторов. «Транспорт», М., 1977.

2. Боровских Ю.И. Электрооборудование автомобилей. «Транспорт», М., 1971.

3. Барабанов В.Е., Василевский В.М., Левин С.М. Электрооборудование тракторов и автомобилей. «Колос», М., 1974.

4. Ильин A.M., Тимофеев Ю.Л., Ваняев В.Л. Электрооборудование автомобилей. «Транспорт», 1982.

5. Резник A.M., Орлов В.П. Электрооборудование автомобилей. «Транспорт», М., 1981.

6. ЮТТ В.Е. Электрооборудование автомобилей,- М Транспорт, 1989-

7. М.Н. Фесенко.Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудование М- машиностроение.

8. Боровских Ю.Л,Кленников В.М., усторйство автомобиля. М Высшая школа, 1983г

9. Тимофеев Ю.Л, Ильин Н.М. электрооборудование автомобилей М Транспорт, 1988г

10. Резник А.М., Орлов В.П. электрооборудование автомобилей. М. транспорт, 1988г

Разработала : Абдилакатова А.С.