 | Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в основном непроверенным, поскольку в нем отсутствуют соответствующие встроенные ссылки . ( Май 2019 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Конденсатор зажигания разряда ( CDI ) или тиристорного зажигания является типом автомобильного электронного зажигания системы , которая широко используется в подвесных двигателей , мотоциклов , газонокосилок , бензопил , небольших двигателей, турбин Приведено самолетов и некоторых машин . Первоначально он был разработан для преодоления длительного времени зарядки, связанного с катушками с высокой индуктивностью, используемыми в системах зажигания с индукционным разрядом (IDI), что делает систему зажиганиябольше подходит для высоких оборотов двигателя (для небольших двигателей, гоночных двигателей и роторных двигателей). В системе зажигания емкостным разрядом используется ток разряда конденсатора, подаваемый на катушку для зажигания свечей зажигания .
История [ править ]
Никола Тесла [ править ]
История системы зажигания конденсаторного разряда восходит к 1890-м годам, когда считается, что Никола Тесла был первым, кто предложил такую систему зажигания. В патенте США № 609250, впервые поданном 17 февраля 1897 г., Тесла пишет: «Любая подходящая движущаяся часть устройства должна механически управлять зарядкой конденсатора и его разрядом через цепь, индуктивно связанную с вторичной цепью, ведущей к клеммам между который должен произойти, так что через желаемые промежутки времени конденсатор может разряжаться через свою цепь и индуцировать в другой цепи ток с высоким потенциалом.который производит желаемый разряд ». В патенте также в очень общем виде с помощью чертежа описываются механические средства для достижения своей цели.
Ford Model K [ править ]
Это было реализовано на практике, начиная с 1906 года на Ford Model K. Модель K имела двойную систему зажигания, одной из которых была система Holley-Huff Magneto или Huff System, производимая Holley Brothers Company. Он был разработан Эдвардом С. Хаффом по патенту США № 882003, поданному 1 июля 1905 года и переданному Генри Форду. В системе использовался генератор постоянного тока с приводом от двигателя, который заряжал конденсатор, а затем разряжал конденсатор через первичную обмотку катушки зажигания. Отрывок из «Автомагистрали» 11 января 1906 года описывает его использование на шестицилиндровых автомобилях Ford: «Эффективность Ford Magneto демонстрируется тем фактом, что в тот момент, когда он включается в автомобиль, он набирает скорость и без изменения положение рычага управления зажиганием, будет работать как минимум на десять миль в час быстрее ».
Роберт Бош [ править ]
Именно компания Robert Bosch была пионером первых электронных устройств зажигания компакт-дисков. (Bosch также несет ответственность за изобретение магнето высокого напряжения .) Во время Второй мировой войны Bosch установил зажигание тиратронного (лампового) типа CD на некоторые истребители с поршневыми двигателями. С зажиганием от компакт-диска двигатель самолета не нуждался в периоде прогрева для надежного зажигания, и в результате истребитель мог быстрее взлетать. Эта ранняя немецкая система использовала вращающийся преобразователь постоянного тока.наряду с хрупкой ламповой схемой и не подходил для жизни в истребителе. Сбои произошли всего за несколько часов. Поиски надежных электронных средств зажигания компакт-дисков начались всерьез в 1950-х годах. В середине 1950-х годов Институт инженерных исследований Мичиганского университета в сотрудничестве с Chrysler Corporation в США работал над поиском метода для получения жизнеспособного решения.
Тиратрон [ править ]
Они не увенчались успехом, но предоставили много данных о преимуществах такой системы, если она будет построена. А именно; быстрое время нарастания напряжения для зажигания загрязненных или влажных свечей зажигания , высокая энергия во всем диапазоне оборотов, что приводит к лучшему запуску, большей мощности и экономичности, а также снижению выбросов . Несколько инженеров, ученых и энтузиастов в 1950-х годах создавали зажигания от компакт-дисков, используя тиратроны.. Однако тиратроны непригодны для использования в автомобилях по двум причинам. Им требовался период разогрева, что было неприятно, и они были уязвимы для вибрации, которая резко сокращала их срок службы. В автомобильной промышленности зажигание компакт-диска тиратрона выйдет из строя через несколько недель или месяцев. Ненадежность этих ранних зажиганий компакт-дисков тиратрона сделала их непригодными для массового производства, несмотря на то, что они давали краткосрочные выгоды. По крайней мере, одна компания, Tung-Sol (производитель электронных ламп), в 1962 году продавала тиратронное зажигание от компакт-дисков, модель Tung-Sol EI-4, но это было дорого. Несмотря на недостатки зажигания компакт-дисков тиратрона, улучшенное зажигание, которое они дали, сделало их стоящим дополнением для некоторых драйверов. Для NSU Spider с приводом от Ванкеля В 1964 году компания Bosch возродила свой тиратронный метод зажигания компакт-диска и использовала его по крайней мере до 1966 года. Он имел те же проблемы с надежностью, что и Tung-Sol EI-4.
Тиристор [ править ]
Именно SCR, выпрямитель с кремниевым управлением или тиристор, изобретенные в конце 1950-х годов, заменили проблемный тиратрон и проложили путь для надежного твердотельного зажигания компакт-дисков. Это произошло благодаря Биллу Гуцвиллеру и его команде в General Electric . SCR был прочным с неограниченным сроком службы, но был очень подвержен нежелательным импульсам запуска, которые могли бы включить SCR. Нежелательные триггерные импульсы в ранних попытках использовать тиристоры для зажигания компакт-дисков были вызваны электрическими помехами, но главным виновником оказался «отскок точек». Отскок баллов - это особенность системы, запускаемой баллами. В штатной системе с очками , трамблером , катушкой зажигания , зажиганием(Система Кеттеринга) отскок точек предотвращает полное насыщение катушки при увеличении числа оборотов в минуту, что приводит к слабой искре, что ограничивает потенциал высокой скорости. При зажигании компакт-диска, по крайней мере, в этих ранних попытках, отскок точек создавал нежелательные пусковые импульсы на тиристор (тиристор), что приводило к серии слабых, несинхронизированных искр, которые вызывали крайние пропуски зажигания. У проблемы было два возможных решения. Во-первых, нужно разработать другое средство, запускающее разряд конденсатора.к одному разряду за рабочий ход, заменив точки на что-то другое. Это можно было сделать магнитным или оптическим способом, но для этого потребовалось бы больше электроники и дорогой дистрибьютор. Другой вариант заключался в том, чтобы сохранить баллы, поскольку они уже использовались и были надежными, и найти способ преодолеть проблему «отскока баллов». Это было сделано в апреле 1962 года канадским офицером RCAF Ф.Л. Винтерберном, работавшим в своем подвале в Оттаве , Онтарио . В конструкции использовался недорогой метод, который распознавал бы только первое открытие точек и игнорировал последующие открытия, когда точки отскакивали.
Hyland Electronics [ править ]
В начале 1963 года в Оттаве была образована компания Hyland Electronics, производящая системы зажигания компакт-дисков с использованием конструкции Винтерберна. Разрядный конденсатор в системе зажигания CD имел способность обеспечивать мощную искру, в 4 раза превышающую мощность искры системы Кеттеринга, использующей ту же катушку, за исключением того, что энергия искры могла поддерживаться на высоких оборотах, в отличие от системы Кеттеринга. Устройство Hyland потребляло всего четыре ампера при 5000 об / мин (8-цил.) Или 10000 об. / Мин. (4-цил.). Испытания динамометра в 1963 и 1964 годах показали, что мощность системы увеличилась минимум на 5% , при норме 10%. Один из примеров - Ford Falcon., мощность увеличилась на 17%. Срок службы свечей зажигания был увеличен как минимум до 50 000 миль, а срок службы точек значительно увеличился с 8 000 миль до не менее 60 000 миль. Срок службы очков стал фактором износа трущихся блоков (толкателей кулачка) и срока службы пружины, а некоторые из них длились почти 100 000 миль.
Подразделение Хайланд терпимо к различным пробелам в баллах. Систему можно было переключить обратно на стандартное зажигание индукционным разрядом , поменяв местами два провода. Система зажигания Hyland CD была первой коммерчески производимой твердотельной системой зажигания CD и продавалась по канадской цене 39,95 долларов. Патенты были поданы Винтерберном 23 сентября 1963 г. (патент США № 3,564,581). Дизайн просочился в Соединенные Штаты летом 1963 года, когда Хайланд представил дизайн американской компании в попытке расширить продажи. После этого многие компании начали строить свои собственные в течение 1960-х и 1970-х годов без лицензии. Некоторые были прямыми копиями трассы Винтерберна. В 1971 году Bosch приобрел европейские патентные права (немецкие, французские, британские) у Winterburn.
Беспроводной мир [ править ]
В январе 1970 года журнал UK Wireless World опубликовал подробную систему зажигания с конденсаторным разрядом в качестве электронного хобби-проекта РМ Марстона. Схема этой системы была похожа на патент Винтерберна в том, что в ней использовался двухтактный преобразованный импульсный генератор для передачи энергии накопительному конденсатору и обычные контактные выключатели для инициирования тиристорного инициирующего разряда заряженного конденсатора CD. Было заявлено, что он дает несколько преимуществ по сравнению с обычным зажиганием. Среди них: лучшее сгорание, легкий запуск даже при отрицательных температурах, невосприимчивость к ударам контактора (точек) и экономия топлива 2–5%. В последующих письмах в Wireless World (март и май 1970 г.) с ответами г-на Марстона далее обсуждались аспекты дизайна и сборки. В июле 1971 г. г-н А. П. Харрис,Студент Лондонского городского университета провел подробный электротехнический анализ конструкции Марстона, а также провел испытания автомобильных двигателей для проверки экономии топлива. Это подтвердило преимущества системы зажигания CD. Однако он обнаружил, что основной компонент конструкции компакт-дисков основан на аккуратной ручной намотке импульсного трансформатора и соответствующем выборе транзисторов генератора и выборе частоты генератора.он обнаружил, что основной компонент конструкции компакт-дисков основан на тщательной ручной намотке импульсного трансформатора и соответствующем выборе транзисторов генератора и выборе частоты генератора.он обнаружил, что основной компонент конструкции компакт-дисков основан на тщательной ручной намотке импульсного трансформатора и соответствующем выборе транзисторов генератора и выборе частоты генератора.
Текущие системы вторичного рынка [ править ]
По разным причинам, вероятно, в основном из-за стоимости, большинство доступных в настоящее время систем зажигания на вторичном рынке, по-видимому, относятся к типу индуктивного разряда, хотя в 1970-х и 1980-х годах были легко доступны различные емкостные разрядные устройства, некоторые из которых сохранили свои достоинства, а другие предоставили альтернативу. тип датчика времени.
Основной принцип [ править ]
Большинство систем зажигания, используемых в автомобилях, представляют собой системы зажигания с индуктивным разрядом (IDI), которые полагаются исключительно на электрическую индуктивность в катушке для выработки электричества высокого напряжения для свечей зажигания, поскольку магнитное поле коллапсирует, когда ток в первичной обмотке катушки отключен ( пробивной разряд ). В системе CDI цепь зарядки заряжает высоковольтный конденсатор , и в момент зажигания система прекращает зарядку конденсатора, позволяя конденсатору разрядить свой выход на катушку зажигания до того, как достигнет свечи зажигания.
Типовой модуль CDI [ править ]
Типичный модуль CDI состоит из небольшого трансформатора , цепи зарядки, цепи запуска и основного конденсатора. Во-первых, напряжение в системе повышается до 250–600 вольт за счет источника питания внутри модуля CDI. Затем электрический ток течет в цепь зарядки и заряжает конденсатор. выпрямительвнутри цепи зарядки предотвращает разряд конденсатора до момента зажигания. Когда схема запуска получает сигнал запуска, схема запуска останавливает работу схемы зарядки, позволяя конденсатору быстро разряжать свой выходной сигнал на катушку зажигания с низкой индуктивностью. При зажигании от компакт-дисков катушка зажигания действует как импульсный трансформатор, а не как накопитель энергии, как в индуктивной системе. Выходное напряжение на свечи зажигания в значительной степени зависит от конструкции зажигания компакт-диска. Напряжения, превышающие изоляционные возможности существующих компонентов системы зажигания, могут привести к преждевременному отказу этих компонентов. Большинство устройств зажигания CD предназначены для получения очень высоких выходных напряжений, но это не всегда полезно. Когда нет сигнала запуска, цепь зарядки повторно подключается для зарядки конденсатора.
Накопленная энергия [ править ]
Количество энергии, которое система CDI может хранить для генерации искры, зависит от напряжения и емкости используемых конденсаторов, но обычно составляет около 50 мДж или более. Стандартное зажигание по точкам / катушке / распределителю, более правильно называемое системой зажигания с индуктивным разрядом или системой зажигания Кеттеринга , дает 25 мДж на низкой скорости и быстро спадает с увеличением скорости.
Одним из факторов, часто не принимаемых во внимание при обсуждении искровой энергии CDI, является фактическая энергия, подаваемая на искровой промежуток, по сравнению с энергией, подаваемой на первичную сторону катушки. В качестве простого примера, типичная катушка зажигания может иметь сопротивление вторичной обмотки 4000 Ом и вторичный ток 400 миллиампер. После возникновения искры напряжение на искровом промежутке работающего двигателя падает до относительно низкого значения, порядка 1500–2000 вольт. Это, в сочетании с тем фактом, что вторичный ток катушки в 400 мА теряет приблизительно 1600 вольт через сопротивление вторичной обмотки 4000 Ом, означает, что полностью 50% энергии теряется при нагреве вторичной обмотки. Фактические измерения показывают, что реальный КПД составляет всего от 35 до 38% с учетом потерь в первичной обмотке катушки.
Типы [ править ]
Большинство модулей CDI обычно бывает двух типов:
- AC-CDI
Модуль AC-CDI получает свой источник электроэнергии исключительно от переменного тока, вырабатываемого генератором переменного тока . Система AC-CDI - это самая базовая система CDI, которая широко используется в небольших двигателях.
Обратите внимание, что не все системы зажигания малых двигателей имеют CDI. Некоторые двигатели, такие как более старые модели Briggs и Stratton, используют зажигание от магнето. Вся система зажигания, катушка и точки находятся под намагниченным маховиком.
Другой тип системы зажигания, обычно используемый на небольших внедорожных мотоциклах в 1960-х и 1970-х годах, назывался Energy Transfer. Катушка под маховиком генерировала сильный импульс постоянного тока, когда магнит маховика перемещался по ней. Этот постоянный ток протекал по проводу к катушке зажигания, установленной вне двигателя. Острие иногда находились под маховиком для двухтактных двигателей и обычно на распределительном валу для четырехтактных двигателей. Эта система работала так же, как и все системы зажигания Кеттеринга (точки / катушка) ... точки открытия вызывают коллапс магнитного поля в катушке зажигания, создавая импульс высокого напряжения, который проходит через провод свечи зажигания к свече зажигания.
Если бы двигатель вращали во время исследования формы волны на выходе катушки с помощью осциллографа, он бы выглядел как переменный ток. Поскольку время заряда катушки соответствует времени, намного меньшему, чем полный оборот кривошипа, катушка действительно «видит» только постоянный ток для зарядки внешней катушки зажигания.
Существуют некоторые электронные системы зажигания, не являющиеся CDI. В этих системах используется транзистор для отключения и включения зарядного тока катушки в нужное время. Это устранило проблему обгоревших и изношенных точек и обеспечило более горячую искру из-за более быстрого нарастания напряжения и времени схлопывания в катушке зажигания.
- DC-CDI
Модуль DC-CDI питается от батареи, поэтому в модуль CDI включена дополнительная схема инвертора постоянного / переменного тока, которая увеличивает напряжение с 12 В постоянного тока до 400-600 В постоянного тока, что делает модуль CDI немного больше. Однако автомобили, использующие системы DC-CDI, имеют более точное время зажигания, и двигатель легче запускается в холодном состоянии.
Преимущества и недостатки CDI [ править ]
Система CDI имеет короткое время зарядки, быстрое повышение напряжения (от 3 до 10 кВ / мкс) по сравнению с типичными индуктивными системами (300 ~ 500 В / мкс) и короткую длительность искры, ограниченную примерно 50-600 мкс. [ необходима цитата ] Быстрый рост напряжения делает системы CDI нечувствительными к шунтирующему сопротивлению, но ограниченная продолжительность искры для некоторых приложений может быть слишком короткой для обеспечения надежного зажигания. Нечувствительность к шунтирующему сопротивлению и способность зажигать несколько искр могут обеспечить улучшенную способность холодного пуска. [ необходима цитата ]
Поскольку система CDI обеспечивает только искру уменьшенной продолжительности, также возможно объединить эту систему зажигания с измерением ионизации. Это делается путем подключения к свече зажигания низкого напряжения (около 80 В), за исключением зажигания. Затем ток, протекающий через свечу зажигания, можно использовать для расчета температуры и давления внутри цилиндра. [ необходима цитата ]
Ссылки [ править ]
- Справочник Bosch по автомобильной промышленности, 5-е издание
- Патентное ведомство США - 3 564 581
- Wireless World, январь 1970: система зажигания конденсаторного разряда, Р. М. Марстон
- Wireless World, март 1970: Письма в редакцию
- Wireless World, май 1970: Письма в редакцию
- Лондонский городской университет, 14-07-1971, бакалавр. Диплом с отличием - Специальный отчет - Электронная система зажигания для автомобилей. А. П. Харрис
