Войти
Модуль CDI Зажигание разряда конденсатора (CDI ) или тиристор зажигание - это тип автомобильной электронной системы зажигания, которая широко используется в подвесных моторах, мотоциклах, газонокосилках, бензопилы, малые двигатели, турбины, самолеты и некоторые легковые автомобили. Первоначально он был разработан для преодоления длительного времени зарядки, связанного с катушками с высокой индуктивностью, используемыми в системах зажигания с индуктивным разрядом (IDI), что делает систему зажигания более подходящей для высокие обороты двигателя (для небольших двигателей, гоночных двигателей и роторных двигателей). Для зажигания емкостным разрядом используется конденсатор разряд ток на катушку для зажигания свечей зажигания.
История Система 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 разряд через цепь цепь в индуктивном отношении к вторичной цепи, ведущей к клеммам, между которыми должен произойти разряд, так что через желаемые интервалы времени конденсатор может разряжаться через свою цепь и индуцировать в другом замкните ток с высоким потенциалом, который вызывает требуемый разряд ». В патенте также в очень общем виде с помощью чертежа описываются механические средства для достижения своей цели.
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., производства 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 момент переключения в автомобиль он набирает скорость и без изменения положение рычага управления зажиганием, будет работать как минимум на десять миль в час быстрее ».
Именно компания Роберт Бош была пионером в создании первых электронных устройств зажигания компакт-дисков. (Компания Bosch также отвечает за изобретение высоковольтного магнето.) Во время Второй мировой войны компания Bosch установила зажигание CD тиратрона (лампового типа) 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 вместе с хрупкой ламповой схемой и не подходила 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 Институт инженерных исследований Мичиганского университета в сотрудничестве с Chrysler Corporation в Соединенных Штатах работал над поиском метода для получения жизнеспособного решения.
Они потерпели неудачу, но предоставили много данных о преимуществах такой системы, если она будет построена. А именно; быстрое время нарастания напряжения для возгорания загрязненных или влажных свечей зажигания, высокая энергия во всем диапазоне об / мин, что приводит к лучшему запуску, большей мощности и экономия, и более низкие выбросы. Несколько инженеров, ученых и энтузиастов в 1950-х годах создали системы зажигания 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-диска модели 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 модели Wankel NSU Spider 1964 года компания Bosch возродила свой тиратронный метод зажигания от компакт-диска и использовала его по крайней мере до 1966 года. У него были те же проблемы с надежностью, что и у Tung-Sol. ЭИ-4.
Именно SCR, выпрямитель с кремниевым управлением или тиристор, изобретенные в конце 1950-х годов, заменили проблемный тиратрон и положили начало способ надежного зажигания твердотельного компакт-диска. 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 использования тиристоров для зажигания компакт-дисков были вызваны электрическими помехами, но главным виновником оказался «отскок точек». Отскок баллов - это особенность системы, запускаемой баллами. В стандартной системе с точками, распределителем, катушкой зажигания, точкой зажигания (система Кеттеринга) отскок точек предотвращает полное насыщение катушки, поскольку RPM увеличивается, 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, не синхронизированных искр, которые вызывали крайние пропуски зажигания. У проблемы было два возможных решения. Во-первых, необходимо разработать другое средство инициирования разряда конденсатора до одного разряда за один рабочий ход путем замены точек чем-то другим. 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. Винтерберн работает 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.
F.L. Winterburn В Оттаве в начале 1963 года была образована компания Hyland Electronics, производящая системы зажигания с компакт-диском по 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 (4цил). Испытания динамометра в 1963 и 1964 годах показали минимальное увеличение лошадиных сил на 5% с системой, с 10% нормой. В одном 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 колодок (толкателя кулачка) и срока службы пружины , который длился почти 100 000 миль.
Отряд Хайленда терпимо относился к разным пробелам в очках. 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 в розницу по канадской цене 39,95 доллара. Патенты были поданы Винтерберном 23 сентября 1963 г. (патент США № 3,564,581). Дизайн просочился в Соединенные Штаты летом 1963 года, когда Хайленд 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 Винтерберна.
Журнал UK Wireless World в январе 1970 года опубликовал подробную систему зажигания с конденсаторным разрядом в качестве электронного хобби-проекта, разработанного Р.М. Марстон. 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 запуска 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, устойчивость к дребезгу контактора (точек) и экономия топлива от 2% до 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 года г-н А.П. Харрис, студент Лондонского городского университета, провел подробный электротехнический анализ конструкции Marston, а также испытание 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.
По разным причинам, вероятно, в основном из-за стоимости, большинство имеющихся в настоящее время систем зажигания на вторичном рынке, по-видимому, относятся к типу индуктивного разряда, хотя в 1970-х и 1980-х годах было множество емкостных разгрузочные устройства были легко доступны, некоторые сохраняли точки, в то время как другие обеспечивали альтернативный тип датчика времени.
Большинство систем зажигания, используемых в автомобилях, - это системы зажигания с индуктивным разрядом (IDI), которые основаны исключительно на электрической индуктивности на катушке для выработки высокого напряжения электричества на свечи зажигания, поскольку магнитное поле схлопывается, когда ток к первичной обмотке катушки отключена (пробивной разряд ). В системе CDI a 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.
Типичный модуль CDI состоит из небольшого трансформатора, цепи зарядки, цепи запуска и главного 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. Выпрямитель внутри цепи зарядки предотвращает разряд конденсатора до момента воспламенения. 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.
Количество энергии, которое система CDI может сохранить для генерации искры, зависит от напряжения и емкости используемых конденсаторов, но обычно это составляет около 50 мДж или более. Стандартное зажигание по точкам / катушке / распределителю, более правильное название которого - система зажигания с индуктивным разрядом или система зажигания Кеттеринга, вырабатывает 25 мДж на низкой скорости и быстро падает 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.
Большинство модулей CDI обычно бывает двух типов:
Модуль AC-CDI получает свой источник электроэнергии исключительно от переменного тока производится генератором . 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 вращался при проверке формы волны на выходе катушки с помощью осциллографа, это могло бы быть переменным током. 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.
Модуль DC-CDI питается от батареи, поэтому в модуль CDI включена дополнительная схема инвертора постоянного / переменного тока для повышения напряжения 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.
Система CDI имеет короткое время зарядки, быстрое повышение напряжения (между 3 ~ 10 кВ / мкс) по сравнению с типичными индуктивными системами (300 ~ 500 В / мкс) и короткая продолжительность искры, ограниченная примерно 50-600 мкс. 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 возможность зажигания нескольких искр могут обеспечить улучшенную способность холодного пуска.
Поскольку система CDI обеспечивает только искру уменьшенной продолжительности, также можно комбинировать 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.
