Электронное зажигание на зарубежных лодочных моторах

Для того чтобы оценить преимущества и перспективы электронного зажигания, а им уже оснащаются подвесные моторы средней и большой мощности (пока главным образом американские), необходимо обратиться к истории, напомнить устройство обычного электрического зажигания, отметить его преимущества и недостатки.

За полстолетия развития бензиновых двигателей в электрическом зажигании ничто существенно не изменилось. В основном видоизменялась сама свеча в связи с ростом температуры в цилиндре в результате повышения степени сжатия. Была создана свеча с изолятором из окиси алюминия, которая вполне обеспечивает нормальную работу современного двигателя. Для получения необходимой искры верой и правдой служит аккумуляторная батарея (напряжение обычно составляет 12 в при силе тока 4—5 а) или магнето, которые в общем-то работают надежно и исправно. Разве что приходится часто чистить или менять контакты прерывателя.

Главной причиной обгорания контактов является «инертность» индуктивной нагрузки (бобины), приводящая к смещению во времени между током и напряжением, вызывающая коммутационные перенапряжения в несколько сот вольт. Полная сила тока в катушке зажигания устанавливается постепенно; по мере подачи в катушку напряжения создается магнитное поле, на что необходимо какое-то время. При замыкании прерывателя это поле мгновенно прекращает свое существование, во вторичной обмотке катушки возникает высокое напряжение, необходимое для работы свечи. В первичной обмотке это исчезающее магнитное поле тоже вызовет рост напряжения, которое будет значительно выше (несколько сот вольт), чем полученное от батареи, и обратной полярности. Медленное нарастание силы тока в первичной обмотке при замыкании прерывателя приводит к тому, что с увеличением числа оборотов величина высокого напряжения падает.


При зажигании от магнето высокое напряжение — около 1000 в — создается в первичной и вторичной обмотках при помощи постоянного магнита. Однако этого напряжения еще недостаточно для образования эффективной искры в свече. Поэтому и здесь повышение напряжения во вторичной обмотке достигается за счет прерывания тока в первичной. С увеличением числа оборотов двигателя повышается число оборотов магнето, и, следовательно, возрастает напряжение.

Итак, для получения достаточно высокого напряжения, которое может обеспечить быстрое и четкое зажигание, необходимо быстрое и четкое прерывание тока в цепи первичной обмотки. Для этой цели приходится устанавливать подключенный параллельно прерывателю гасительный конденсатор, где как бы «скапливаются» электроны во время срабатывания прерывателя, в результате чего и возникает искра,

С появлением около четверти века назад полупроводниковых приборов — диодов и транзисторов, могущих работать в режиме переключения, т. е. выполнять роль электронного прерывателя, появилась возможность заменить ими ненадежный механический прерыватель или хотя бы облегчить его работу. Естественно, переход на еще не вполне изученное электронное зажигание долгое время тормозило то, что мощные (кремниевые) транзисторы были очень дороги. Тем не менее начало было положено и накапливался соответствующий опыт.


Рассмотрим схему простейшего электронного зажигания (рис. 1) с транзистором, облегчающим режим работы механического прерывателя. Конечно, электронной в полном смысле слова такую систему назвать можно с большой натяжкой: как мы видим, в этой схеме по-прежнему существуют и механический прерыватель, и батарея питания, но собственно прерывателем, разрывающим ток в первичной обмотке, является уже транзистор. Контакты механического прерывателя служат только для переключения тока базы транзистора — электронного прерывателя. До тех пор, пока эти контакты разомкнуты, база заряжена положительно, транзистор заперт. Как только прерыватель замкнется, уменьшится положительное напряжение базы, транзистор отпирается в направлении эмиттер — коллектор, и через первичную обмотку катушки зажигания проходит ток.

К контактам механического прерывателя приложено только напряжение батареи, да и ток базы транзистора в несколько раз меньше тока коллектора, Благодаря этому срок службы прерывателя, определяемый только его механическим износом, увеличивается.

Важно подчеркнуть, что транзистор переключает мгновенно, благодаря чему импульс в первичной обмотке катушки зажигания возникает соответственно быстрее и, следовательно, происходит быстрое нарастание высокого напряжения зажигания. Это достоинство электронного зажигания особенно ценно при использовании его на двухтактных двигателях, где скорость новообразования вдвое выше, чем на четырехтактных, и свеча должна зажечь бензо-воздушную смесь, содержащую еще и масло, за вдвое меньший отрезок времени.

Другое достоинство электронного зажигания состоит в том, что высокое напряжение почти не зависит от числа оборотов самого двигателя.

Тем не менее, несмотря на эти преимущества, транзисторная схема зажигания именно из-за необходимости иметь источник питания и механический прерыватель не нашла широкого применения на лодочных моторах (хотя в автомобилях достаточно распространена). Сказанное относится и к более сложным схемам транзисторного зажигания, где механический прерыватель упразднен, а его роль выполняет электромагнитный или фотоэлектрический импульс, который и управляет транзистором.

Общим недостатком схем транзисторного зажигания (пожалуй, основным) является недостаточная надежность работы при повышенной влажности окружающей среды, особенно при малых сопротивлениях утечки на стороне высокого напряжения (в пределах 0,1÷1 мегом). Сопротивления утечки указанной величины всегда наблюдаются на изоляторах свечей зажигания, на увлажненных с внутренней стороны крышках распределителей или свинцовых и угольных перемычках на электродах свечи, где должна образоваться искра.

Несколько более усложненная схема, осуществленная фирмой «Бош» для шестицилиндрового двигателя (рис. 2), малочувствительна к утечкам, но существенно дороже, в связи с чем ее также нельзя рекомендовать для применения на лодочных двигателях.

Подчеркнем еще, что переделать любую «обыкновенную» систему с батарейным зажиганием на систему с электронным транзисторным зажиганием не представляет большого труда; для этого нужно смонтировать всего лишь одни дополнительный узел, который содержит транзистор и два добавочных резистора в линии прерывателя, определяющих ток и напряжение базы транзистора.

В настоящее время в конструкции подвесных моторов наиболее часто применяют электронное зажигание с накопительным конденсатором, сравнительно мало чувствительное к указанным утечкам. Есть и фирмы, которые применяют этот вид зажигания в сочетании с магдино.

Следует также упомянуть получившие некоторое распространение системы с высоковольтным конденсаторным батарейным зажиганием. На первых схемах такого зажигания обычно применялся механический прерыватель для трансформатора зажигания; в современных же системах вместо этого прерывателя применяются управляемые диоды — тиристоры.

Фирма «ОМС» разработала и использует электрическую схему с конденсаторным зажиганием и питанием от батареи, представленную на рис. 3. Постоянный ток батареи преобразовывается при помощи вибропреобразователя в переменный напряжением 12 в. Затем трансформатор повышает напряжение до 300 в; в выпрямителе этот ток вновь превращается в постоянный (с тем же напряжением 300 в), которым и заряжается конденсатор зажигания, подключенный через тиристор к первичной обмотке трансформатора зажигания. Как только на тиристор поступает управляющий импульс, он отпирается, во вторичной обмотке трансформатора в течение 3 микросекунд возникает напряжение порядка 25 кв.

В моторах «Эвинруд» и «Джонсон» мощностью 50 л. с. применено магнетно-конденсаторное зажигание, не требующее источника питания и обеспечивающее еще более крутое нарастание импульса тока зажигания: 15 кв возникает за 0,2 микросекунды, т. е. две десятитысячных секунды! Если даже представить, что свеча в масле, внутренний ее изолятор увлажнен бензином, а на наружный попала вода, то и при таком сочетании, вызывающем очень большую утечку, напряжение будет еще настолько велико, что вполне сможет обеспечить надежное искрообразование.

Управляющий импульс для тиристора чаще всего создается электромагнитным способом, благодаря чему характеристика этого импульса может быть получена достаточно крутой. Остается упомянуть еще одно важное для применения на подвесных моторах преимущество магнетно-конденсаторнсго зажигания: оно обеспечивает бесперебойную работу двухтактного двигателя на холостом ходу в течение сколь угодно долгого времени. Если даже после очень длительной работы двухтактного мотора на холостом ходу дать полный газ, мотор почти мгновенно набирает обороты, чего не бывает при обычном зажигании. При этом свечи зажигания с кольцевым зазором, которые рекомендуются для рассматриваемой системы зажигания, служат в три-четыре раза дольше нормальных свечей для подвесных моторов (в четырехтактных двигателях они могут «пережить» даже сам двигатель).