06.07.2015

Система зажигания – одна из главных составляющих бензинового двигателя. Ее задача – воспламенение топливной смеси в цилиндрах двигателя путем создания искры между электродами свечи. Как следствие, создается давление в поршневой системе, происходит вращение коленчатого вала и автомобиль движется.

Особенности конструкции

Вне зависимости от типа систем зажигания в них можно выделить несколько основных элементов:

• источники питания. К ним можно отнести аккумуляторную батарею (в период, когда автомобиль не заведен) или генератор;
• выключатель. Данную функцию выполняет замок зажигания. Посредством поворота ключа подается команда на запуск двигателя;
• узел, отвечающий за управление энергией. Он может различаться, в зависимости от системы зажигания (ЭБУ, транзисторный коммутатор или прерыватель);
• узел, отвечающий за накопление энергии. В любой из систем это роль играет катушка зажигания. Именно благодаря ее работе на электродах свечи формируется искра;
• узел, отвечающий за распределение энергии. В различных системах это может быть ЭБУ или распределитель механической конструкции;
• высоковольтные провода. Они всегда присутствуют в системе зажигания и соединяют распределитесь со свечами зажигания;
• свечи зажигания. Являются исполнительным органом и выполняют основную задачу – поджигают топливовоздушную смесь.

К основным этапам работы системы зажигания относится – накопление энергии, высоковольтное преобразование напряжения из 12 в 30 тысяч вольт, распределение заряда и появление искры на электродах. Последний этап – воспламенение смеси.

Основные типы систем зажигания

По способу управления можно выделить три основных системы зажигания:

1. Контактная система – одна из наиболее старых систем, которая уже не применяется на современных авто. Ее суть - в формировании импульсов посредством контактного распределителя. Такое зажигание установлено на отечественных машинах. К преимуществам системы можно отнести максимальную надежность, конструктивную простоту, удобство обслуживания. Такое зажигание редко поломается, а его ремонт (при необходимости) занимает минимум времени.

К основным узлам такой системы можно отнести АКБ или генератор, замок, свечи и катушку зажигания, прерыватель тока, конденсатор и распределитель. По завершении всего цикла на свече проскакивает искра, воспламеняющая топливовоздушную смесь внутри цилиндра.

2. Бесконтактная система установлена на многих современных автомобилях ВАЗ и старых иномарках. К основным плюсам можно отнести – наличие мощной искры, которая более эффективно воспламеняет подготовленную смесь, а также стабильность и бесперебойность поступающих импульсов, что позволяет экономить на топливе и «выжимать» большую мощность из двигателя.

Но и это еще не все. Бесконтактная системе не требует особого подхода к обслуживанию. В отличие от вала трамблера ее не нужно смазывать каждые 8-10 тысяч километров. Из минусов можно выделить низкую надежность и повышенную сложность ремонтных работ (в случае выхода из строя). Если бесконтактная система все-таки отказала, то без дорогостоящей проверки и выполнения ремонтных работ на СТО не обойтись.

3. Электронная система зажигания монтируется почти на всех современных авто. Ее принцип в том, что все управление берет на себя электроника – ЭБУ. Установка таких систем позволила забыть о целом ряде проблем, связанных с окислением контактных соединений, необходимостью регулировки угла опережения, неполным сгоранием топлива и так далее. Минус в том, что проверка электронной системы возможна лишь в автосервисе и с применением специализированного оборудования.

По особенностям питания все виды зажигания можно разделить на:

• Зажигание от магнето. Этот вариант является одним из самых старых. Здесь в роли питающего элемента выступает специальный генератор переменного тока. Его задача – выработка напряжения исключительно для свечи зажигания. Конструктивно система состоит из постоянного магнита и катушки индуктивности. Выводы высоковольтной обмотки находятся на общем магнитопрововоде.

Как правило, магнето является контактным, поэтому параллельно ему подключается прерыватель и конденсатор. В определенный момент времени контактная группа прерывателя размыкания и между электродами свечи пробивает искра. Бывает и бесконтактный вариант магнето. Здесь вместо прерывателя установлена катушка управления, которая время от времени подает импульс на электрическую часть устройства.

Далее тиристоры (транзисторы) открываются и дают путь току к высоковольтной катушке. При этом мощность искры возрастает счет накопления энергии в катушке и емкостях. Плюсы такой системы – простота, низкая цена, исключение из цепи АКБ. Такое зажигание всегда готово завести двигатель. Основная сфера применения – небольшая техника (газонокосилки, бензопилы) или двигатели для самолетов;

• «Батарейное» зажигание – это, по сути, контактный вариант системы. Его смысл – преобразование низкого (12 Вольт) в высокое напряжение (от 15 тысяч вольт и выше). Этот импульс подается к свечам зажигания через распределитель и высоковольтные провода. Особенности, плюсы и минусы системы зажигания мы рассмотрели выше;

• Контактно-транзисторная система – это более продвинутый вариант, который является чем-то средним между контактной и бесконтактной системой. Здесь разработчикам удалось устранить имеющиеся минус контактной системы (повышенный износ контактной группы, ее подгорание, низкое качество искры).

Основным коммутирующим органом здесь является транзистор, управление которым производят контакты прерывателя. Новым узлом в таких системах стал электронный коммутатор, сочетающий в себе группу основных элементов – узлы управления, сам транзистор и систему защиты.

Принцип работы прост. По факту включения зажигания замыкается контактная группа прерывателя и дает команду транзистору. Последний открывается и дает дорогу току, движущемуся к катушке зажигания. Как только контакты прерывателя размыкаются, закрывается и транзистор. Итог – снижение силы тока в первичной цепи и резкий рост напряжения на вторичной (высоковольтной) обмотке. Образованное напряжение подводится к распределителю, через который по высоковольтным проводам напряжение поступает к свечам зажигания. Далее силовой узел продолжает работать по заданному циклу;

Рассмотрим принцип действия бесконтактной системы зажигания на примере системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099. Определим, откуда берется искра для поджига топливной смеси в камере сгорания и почему она проскакивает своевременно для каждого цилиндра.

Бесконтактная система зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099 включает в себя катушку зажигания, свечи зажигания, высоковольтные провода (бронепровода), трамблер с распределителем зажигания, датчиками-регуляторами опережения зажигания (центробежным и вакуумным) и датчиком Холла, также коммутатор и провода низкого напряжения.

Схема бесконтактной системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

схема бесконтактной системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

Откуда поступает ток в систему зажигания?

Электрический ток в систему зажигания поступает с вывода «30» генератора, через монтажный блок предохранителей и реле, реле зажигания и далее на вывод «Б» катушки зажигания. Система запитывается после поворота ключа в замке зажигания.

Принцип действия бесконтактной системы зажигания

— При работе двигателя вращается вал распределителя зажигания (трамблера). В работу вступает . Стальной круглый экран с четырьмя прорезями на валу трамблера, вращаясь, проходит через зазор этого датчика. Когда проходит прорезь экрана, напряжение отдаваемое датчиком ниже бортового на 3 В или равно ему, когда зубец экрана, напряжение падает практически до нуля. Прохождение каждого из четырех зубцов соответствует такту сжатия и моменту зажигания в одном из цилиндров двигателя.

Примечания и дополнения

работа центробежного регулятора опережения зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099
вакуумный регулятор опережения зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах бензиновых двигателей. Основными требованиями к системе зажигания являются:

• Обеспечение искры в нужном цилиндре (находящемся в такте сжатия) в соответствии с порядком работы цилиндров.
• Своевременность момента зажигания. Искра должна происходить в определенный момент (момент зажигания) в соответствии с оптимальным при текущих условиях работы двигателя углом опережения зажигания, который зависит, прежде всего, от оборотов двигателя и нагрузки на двигатель.
• Достаточная энергия искры. Количество энергии, необходимой для надежного воспламенения рабочей смеси, зависит от состава, плотности и температуры рабочей смеси.
• Общим требованием для системы зажигания является ее надежность (обеспечение непрерывности искрообразования).

Неисправность системы зажигания вызывает неполадки как при запуске, так и при работе двигателя:

• трудность или невозможность запуска двигателя;
• неравномерность работы двигателя – “троение” или прекращение работы двигателя при пропусках искрообразования в одном или нескольких цилиндрах;
• детонация, связанная с неверным моментом зажигания и вызывающая быстрый износ двигателя;
• нарушение работы других электронных систем за счет высокого уровня электромагнитных помех и пр.

Существует множество типов систем зажигания, отличающихся и устройством и принципами действия. В основном системы зажигания различаются по:
а) системе определения момента зажигания.
б) системе распределения высоковольтной энергии по цилиндрам.

При анализе работы систем зажигания исследуются основные параметры искрообразования, смысл которых практически не отличается в различных системах зажигания:

• угол замкнутого состояния контактов (УЗСК, Dwell angle) – угол, на который успевает повернуться коленчатый вал от момента начала накопления энергии (конкретно в контактной системе – момента замыкания контактов прерывателя; в других системах – момента срабатывания силового транзисторного ключа) до момента возникновения искры (конкретно в контактной системе – момента размыкания контактов прерывателя). Хотя в прямом смысле данный термин можно применить только к контактной системе – он условно применяется для систем зажигания любых типов.
• угол опережения зажигания (УОЗ, Advance angle) – угол, на который успевает повернуться коленчатый вал от момента возникновения искры до момента достижения соответствующим цилиндром верхней мертвой точки (ВМТ). Одна из основных задач системы зажигания любого типа – обеспечение оптимального угла опережения зажигания (фактически – оптимального момента зажигания). Оптимально поджигать смесь до подхода поршня к верхней мертвой точке в такте сжатия – чтобы после достижения поршнем ВМТ газы успели набрать максимальное давление и совершить максимальную полезную работу на такте рабочего хода. Также любая система зажигания обеспечивает взаимосвязь угла опережения зажигания с оборотами двигателя и нагрузкой на двигатель. При увеличении оборотов, скорость движения поршней увеличивается, при этом время сгорания смеси практически не изменяется – поэтому момент зажигания должен наступать чуть раньше – соответственно при увеличении оборотов, УОЗ надо увеличивать.
  На одной и той же частоте вращения коленчатого вала двигателя, положение дроссельной заслонки (педали газа) может быть различным. Это означает, что в цилиндрах будет образовываться смесь различного состава. А скорость сгорания рабочей смеси как раз и зависит от ее состава. При полностью открытой дроссельной заслонке (педаль газа “в полу”) смесь сгорает быстрее и поджигать ее нужно позже – соответственно при увеличении нагрузки на двигатель, УОЗ надо уменьшать. И наоборот, когда дроссельная заслонка прикрыта, скорость сгорания рабочей смеси падает, поэтому угол опережения зажигания должен быть увеличен.
• напряжение пробоя – напряжение во вторичной цепи в момент образования искры – фактически – максимальное напряжение во вторичной цепи.
• напряжение горения – условно-установившееся напряжение во вторичной цепи в течение периода горения искры.
• время горения – длительность периода горения искры.

Обобщенно структуру системы зажигания можно представить следующим образом:

Рассмотрим подробнее каждый из элементов системы:

1. Источник питания для системы зажигания – бортовая сеть автомобиля и ее источники питания – аккумуляторная батарея (АКБ) и генератор.

2. Выключатель зажигания.

3. Устройство управления накоплением энергии – определяет момент начала накопления энергии и момент “сброса” энергии на свечу (момент зажигания). В зависимости от устройства системы зажигания на конкретном авто может представлять из себя:

Механический прерыватель, непосредственно управляющий накопителем энергии (первичной цепью катушки зажигания). Данный компонент нужен для того, чтобы замыкать и размыкать питание первичной обмотки катушки зажигания. Контакты прерывателя находятся под крышкой распределителя зажигания. Пластинчатая пружина подвижного контакта постоянно прижимает его к неподвижному контакту. Размыкаются они лишь на короткий срок, когда набегающий кулачок приводного валика прерывателя-распределителя надавит на молоточек подвижного контакта.Параллельно контактам включен конденсатор (condenser). Он необходим для того, чтобы контакты не обгорали в момент размыкания. Во время отрыва подвижного контакта от неподвижного, между ними хочет проскочить мощная искра, но конденсатор поглощает в себя большую часть электрического разряда и искрение уменьшается до незначительного. Но это только половина полезной работы конденсатора – когда контакты прерывателя полностью размыкаются, конденсатор разряжается, создавая обратный ток в цепи низкого напряжения, и тем самым, ускоряет исчезновение магнитного поля. А чем быстрее исчезает это поле, тем больший ток возникает в цепи высокого напряжения. При выходе конденсатора из строя двигатель нормально работать не будет – напряжение во вторичной цепи получится недостаточно большим для стабильного искрообразования.Прерыватель располагается в одном корпусе с распределителем высокого напряжения – поэтому распределитель зажигания в такой системе называют прерывателем-распределителем. Такая система зажигания называется классической системой зажигания.Общая схема классической системы:

Это наиболее старая из существующих систем – фактически она является ровесницей самого автомобиля. За границей такие системы прекратили серийно устанавливать в основном к концу 1980-х годов, у нас такие системы на “классику” устанавливаются до сих пор. Кратко принцип работы выглядит следующим образом – питание от бортовой сети подается на первичную обмотку катушки зажигания через механический прерыватель. Прерыватель связан с коленчатым валом, что обеспечивает замыкание и размыкание его контактов в нужный момент. При замыкании контактов начинается зарядка первичной обмотки катушки, при размыкании первичная обмотка разряжается, но во вторичной обмотке наводиться ток высокого напряжения, который, через распределитель, также связанный с коленчатым валом, поступает на нужную свечу.

Также в этой системе присутствуют механизмы корректировки опережения зажигания – центробежный и вакуумный регуляторы.
Центробежный регулятор опережения зажигания предназначен для изменения момента возникновения искры между электродами свечей зажигания, в зависимости от скорости вращения коленчатого вала двигателя.

Центробежный регулятор опережения зажигания находится в корпусе прерывателя-распределителя. Он состоит из двух плоских металлических грузиков, каждый из которых одним из своих концов закреплен на опорной пластине, жестко соединенной с приводным валиком. Шипы грузиков входят в прорези подвижной пластины, на которой закреплена втулка кулачков прерывателя. Пластина с втулкой имеют возможность проворачиваться на небольшой угол относительно приводного валика прерывателя-распределителя. По мере увеличения числа оборотов коленчатого вала двигателя, увеличивается и частота вращения валика прерывателя-распределителя. Грузики, подчиняясь центробежной силе, расходятся в стороны, и сдвигают втулку кулачков прерывателя “в отрыв” от приводного валика. То есть набегающий кулачок поворачивается на некоторый угол по ходу вращения навстречу молоточку контактов. Соответственно контакты размыкаются раньше, угол опережения зажигания увеличивается. При уменьшении скорости вращения приводного валика, центробежная сила уменьшаются и, под воздействием пружин, грузики возвращаются на место – угол опережения зажигания уменьшается.

Вакуумный регулятор опережения зажигания предназначен для изменения момента возникновения искры между электродами свечей зажигания, в зависимости от нагрузки на двигатель. Вакуумный регулятор крепится к корпусу прерывателя – распределителя. Корпус регулятора разделен диафрагмой на два объема. Один из них связан с атмосферой, а другой, через соединительную трубку, с полостью под дроссельной заслонкой. С помощью тяги, диафрагма регулятора соединена с подвижной пластиной, на которой располагаются контакты прерывателя. При увеличении угла открытия дроссельной заслонки (увеличение нагрузки на двигатель) разряжение под ней уменьшается. Тогда, под воздействием пружины, диафрагма через тягу сдвигает на небольшой угол пластину вместе с контактами в сторону от набегающего кулачка прерывателя. Контакты будут размыкаться позже – угол опережения зажигания уменьшится. И наоборот – угол увеличивается, когда вы уменьшаете газ, то есть, прикрываете дроссельную заслонку. Разряжение под ней увеличивается, передается к диафрагме и она, преодолевая сопротивление пружины, тянет на себя пластину с контактами.Это означает, что кулачок прерывателя раньше встретится с молоточком контактов и разомкнет их. Тем самым мы увеличили угол опережения зажигания для плохо горящей рабочей смеси.

Механический прерыватель с транзисторным коммутатором . В этом случае механический прерыватель управляет только транзисторным коммутатором, который, в свою очередь, управляет накопителем энергии. Такая конструкция имеет существенное преимущество перед прерывателем без транзисторного коммутатора – оно заключается в том, что здесь контактный прерыватель обладает большей надежностью за счет того, что в этой системе через него протекает существенно меньший ток (соответственно практически исключается пригорание контактов прерывателя во время размыкания). Соответственно и конденсатор, подключенный параллельно контактам прерывателя стал не нужным. В остальном система полностью аналогична классической системе. Обе описанные системы зажигания с механическим прерывателем имеют общее название – контактные системы зажигания.Управление первичной обмоткой катушки зажигания в системе с механическим прерывателем и транзисторным коммутатором:Транзисторный коммутатор с бесконтактным датчиком – генератором импульсов (индуктивного типа, типа Холла или оптического типа) и преобразователем его сигналов. В этом случае вместо механического прерывателя используется датчик – генератор импульсов с преобразователем сигналов, который управляет только транзисторным коммутатором, который, в свою очередь, управляет накопителем энергии.В системах зажигания с транзисторным коммутатором используются датчики трех типов:

Датчик-генератор импульсов, как правило, конструктивно располагается внутри распределителя зажигания (конструкция самого распределителя от контактной системы не отличается) – поэтому узел в целом называют “датчик-распределитель”.

Коммутатор управляет замыканием первичной цепи катушки зажигания на массу. При этом коммутатор не просто разрывает первичную цепь по сигналу с импульсного датчика – коммутатор должен обеспечить предварительную зарядку катушки необходимой энергией. То есть, до управляющего импульса с датчика, коммутатор должен предугадать, когда нужно замкнуть катушку на землю, для того чтобы её зарядить. Причём, он должен это сделать так, чтобы время заряда катушки было приблизительно постоянным (достигался максимум накопленной энергии, но не допускался перезаряд катушки). Для этого коммутатор вычисляет период импульсов приходящих с датчика. И в зависимости от этого периода, вычисляет время начала замыкания катушки на землю. Другими словами, чем выше обороты двигателя, тем раньше коммутатор будет начинать замыкать катушку на землю, но время замкнутого состояния будет одинаковым.

Одна из модификаций этой системы с механическим распределителем и катушкой зажигания, отдельно стоящей от распределителя и коммутатора получила устоявшееся название “бесконтактная система зажигания (БСЗ)”. Общая схема бесконтактной системы зажигания:

Естественно, существует множество модификаций данной системы – с применением других типов датчиков, с применением нескольких датчиков и пр.

Коммутатор (“воспламенитель”, igniter) – это транзисторные ключи, которые в зависимости от сигнала с ЭБУ включают или отключают питание первичной обмотки катушки (катушек) зажигания. В зависимости от устройства конкретной системы зажигания коммутатор может быть как один, так их может быть и несколько (если в системе зажигания используется несколько катушек).

Существует несколько типов систем с разным расположением ключей:

• ключи объединены в один блок с ЭБУ.
• ключи стоят отдельно для каждой катушки и не объединены ни с ЭБУ, ни с катушками.
• ключи объединены в отдельный блок, но стоят отдельно и от ЭБУ и от катушек.
• ключи объединены с катушками соответствующих цилиндров (особенно характерно для системы COP – см. далее).

4. Накопитель энергии. Накопители энергии, используемые в системах зажигания делятся на две группы:

5. Система распределения зажигания. На автомобилях применяются два типа систем распределения – системы с механическим распределителем и системы статического распределения.

• 

  Системы с механическим распределителем энергии. Распределитель зажигания, трамблер (англ. distributor, нем. ROV – Rotierende hochspannungsVerteilung) – распределяет высокое напряжение по свечам цилиндров двигателя. На контактных системах зажигания, как правило, объединен с прерывателем, на бесконтактных – с датчиком импульсов, на более современных либо отсутствует, либо объединен с катушкой зажигания, коммутатором и датчиками (системы HEI, CID, CIC).После того, как в катушке зажигания образовался ток высокого напряжения, он попадает (по высоковольтному проводу) на центральный контакт крышки распределителя, а затем через подпружиненный контактный уголек на пластину ротора. Во время вращения ротора ток “соскакивает” с его пластины, через небольшой воздушный зазор, на боковые контакты крышки. Далее, через высоковольтные провода, импульс тока высокого напряжения попадает к свечам зажигания. Боковые контакты крышки распределителя пронумерованы и соединены (высоковольтными проводами) со свечами цилиндров в строго определенной последовательности. Таким образом, устанавливается “порядок работы цилиндров”, который выражается рядом цифр. Как правило, для четырехцилиндровых двигателей, применяется последовательность: 1 – 3 – 4 – 2. Это означает, что после воспламенения рабочей смеси в первом цилиндре, следующий “взрыв” произойдет в третьем, потом в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Такой порядок работы цилиндров установлен для равномерного распределения на грузки на коленчатый вал двигателя. С помощью поворота корпуса прерывателя-распределителя выставляется и корректируется первоначальный угол опережения зажигания (угол до коррекции центробежным и вакуумным регуляторами).

• Системы со статическим распределением энергии. В процессе разработки новых систем зажигания одной из главных задач было отказаться от всех наиболее ненадежных компонентов системы – не только от контактного прерывателя, но и от механического распределителя зажигания. От контактного прерывателя удалось отказаться путем внедрения микропроцессорных систем управления (см. выше). От распределителя удалось отказаться разработкой так называемых систем зажигания со статическим распределением энергии или статических систем зажигания (статическим – потому что в этих системах отсутствует движущиеся части, имеющиеся в распределителе). Так как распределитель в этих системах отсутствует, эти системы также имеют общее обозначение DLI (DistributorLess Ignition), DIS (DistributorLess Ignition System) (“система без распределителя”), DI (Direct Ignition), DIS (“система прямого зажигания”, “непосредственное зажигание”).Примечание. Различные авторы используют разную терминологию, мы, чтобы избежать лишней путаницы, предлагаем остановиться на таком варианте: DLI – относиться ко всем систем без высоковольтного распределителя; DI – относиться только к системам с индивидуальными катушками (DI = COP + EFS); DIS – относиться только к системе синхронного зажигания с двухвыводными катушками (DIS = DFS). Такой подход, может быть, и не совсем правильный, но употребляется наиболее часто.С внедрением этих систем пришлось вносить существенные изменения и в конструкцию катушки зажигания (использовать двух- и четырехвыводные катушки) и/или использовать системы с несколькими катушками зажигания. Все системы зажигания без распределителя делятся на два блока – системы независимого зажигания с индивидуальными катушками зажигания на каждый цилиндр двигателя (EFS и COP системы) и системы синхронного зажигания, где одна катушка обслуживает, как правило, два цилиндра (DFS-системы).Систему EFS (нем. Einzel Funken Spule) называют системой независимого зажигания, так как в ней (в отличие от систем синхронного зажигания) каждая катушка и управляется независимо и дает искру только для одного цилиндра. В этой системе каждая свеча имеет свою индивидуальную катушку зажигания. Кроме отсутствия в системе механических движущихся частей, дополнительным преимуществом является то, что при выходе и строя катушки перестанет работать только один “ее” цилиндр, а система в целом сохранит работоспособность.

  Как уже говорилось при рассмотрении микропроцессорных систем управления зажиганием, коммутатор в таких системах может представлять собой один блок для всех катушек зажигания, отдельные блоки (несколько коммутаторов) для каждой катушки зажигания, а, кроме того, он может быть как интегрирован с электронным блоком управления, так и может устанавливаться отдельно. Катушки зажигания также могут стоять как отдельно, так и единым блоком (но в любом случае они стоят отдельно от ЭБУ), а кроме того, могут быть объединены с коммутаторами.

  
  

  Общая схема систем независимого зажигания:

  
  

  Одной из наиболее популярных разновидностей EFS-систем является так называемая COP система (Coil on Plug – “катушка на свече”) – в этой системе катушка зажигания ставится прямо на свечу. Таким образом, стало возможным полностью избавится еще от одного не вполне надежного компонента системы зажигания – от высоковольтных проводов.

  
  

  Устройство катушки зажигания в системе COP (с интегрированным воспламенителем):

  Система статического синхронного зажигания с двухвыводными катушками зажигания (одна катушка на две свечи) – DFS (нем. Doppel Funken Spule) система. Кроме систем, с индивидуальными катушками, используются и системы, где одна катушка обеспечивает высоковольтный разряд на двух свечах одновременно. При этом получается, что в одном из цилиндров, который находится в такте сжатия, катушка дает “рабочую искру”, а в сопряженном с ним, который находится в такте выпуска) дает “холостую искру” (поэтому такая система часто называется системой зажигания с холостой искрой – “wasted spark”). Например, в 6-цилиндровом V-образном двигателе на цилиндрах 1 и 4 поршни занимают одно и то же положение (оба находятся в верхней и нижней мертвой точке одновременно) и движутся в унисон, но находятся на разных тактах. Когда цилиндр 1 находится на компрессионном ходу, цилиндр 4 – на такте выпуска, и наоборот.

  
  

  Высокое напряжение, вырабатываемое во вторичной обмотке, подается напрямую на каждую свечу зажигания. В одной из свечей зажигания искра проходит от центрального электрода к боковому электроду, а в другой свече искра проходит от бокового к центральному электроду:

  Напряжение, необходимое для образования искры, определяется искровым промежутком и давлением сжатия. Если искровой промежуток между свечами обоих цилиндров равен, для разряда необходимо напряжение, пропорциональное давлению в цилиндре. Вырабатываемое высокое напряжение разделяется в соответствии с относительным давлением цилиндров. Цилиндр на ходу сжатия требует и использует больший разряд напряжения, чем на ходу выпуска. Это происходит потому, что цилиндр на ходу выпуска находится примерно под атмосферным давлением, поэтому расход энергии гораздо ниже.

  По сравнению с системой зажигания с распределителем, общий расход энергии в системе без распределителя практически такой же. В системе зажигания без распределителя потеря энергии от искрового промежутка между ротором распределителя и клеммой колпачка заменяется потерей энергии на холостую искру в цилиндре на ходу выпуска.

  Катушки зажигания в системе DFS могут устанавливаться как отдельно от свечей и связываться с ними высоковольтными проводами (как в системе EFS), так и прямо на свечах (как в системе COP, но в этом случае высоковольтные провода все равно используются для передачи разряда на свечи смежных цилиндров – условно такую систему можно назвать “DFS-COP”).

  
  Общая схема системы “DFS-COP”
  Варианты системы “DFS-COP”

  Также в этой системе коммутаторы могут быть объединены с соответствующими катушками – вот как выглядит такой вариант на примере Mitsubishi Outlander:

6. Высоковольтные провода – соединяют накопитель энергии c распределителем или свечами и распределитель со свечами. В системах зажигания COP отсутствуют.

7. Свечи зажигания (spark plug) – необходимы для образования искрового разряда и зажигания рабочей смеси в камере сгорания двигателя. Свечи устанавливаются в головке цилиндра. Когда импульс тока высокого напряжения попадает на свечу зажигания, между ее электродами проскакивает искра – именно она воспламеняет рабочую смесь. Как правило, устанавливается по одной свече на цилиндр. Однако, бывают и более сложные системы с двумя свечами на цилиндр, причем не всегда свечи срабатывают одновременно (например, на Honda Civic Hybrid используется система DSI – Dual Sequential Ignition – при малых оборотах две свечи одного цилиндра срабатывают последовательно – сначала та из них, что ближе к впускному клапану, а затем вторая – чтобы топливовоздушная смесь сгорала быстрее и полнее).

Любая система зажигания четко делится на две части:

• низковольтную (первичную, англ. primary) цепь – включает первичную обмотку катушки зажигания и непосредственно связанные с ней цепи (прерывателя, коммутатора и других компонентов в зависимости от устройства конкретной системы).
• высоковольтную (вторичную, англ. secondary) цепь – включает вторичную обмотку катушки зажигания, систему распределения высоковольтной энергии, высоковольтные провода, свечи.

Учитывая все возможные модификации и комбинации приведенных Выше элементов, на автомобилях используются не менее 15-20 разновидностей систем зажигания.

Система зажигания бензинового двигателя предназначена для обеспечения искрообразования на свечах зажигания в строгом соответствии с порядком работы цилиндров. Одной из первых таких систем является контактная, называемая также классической (она установлена на «классических» моделях автомобилей ВАЗ). С развитием технологий контактное зажигание уступило место электронному, в котором контактная группа заменена на датчики. Это позволило избавиться от контактной схемы, поэтому у многих владельцев классических автомобилей ВАЗ возникло желание поменять систему зажигания, тем более что установить электронное зажигание своими руками совсем несложно.

Для возникновения искры в нужный момент должно произойти замыкание контактов. Последующее их размыкание производится при помощи кулачков вала прерывателя.

Потребность в периодической регулировке зазоров между контактами и угла опережения зажигания, нестабильное искрообразование, подгорание контактов и неисправности конденсатора прерывателя-распределителя предопределили необходимость дальнейшей модернизации подобной схемы.

Преимущества

В чем будут выгоды от такой замены? Помимо избавления от контактной группы, которая склонна к подгоранию и нарушениям зазора, приводящим к необходимости постоянного обслуживания прерывателя-распределителя, она будет способствовать:

• облегчению запуска мотора в холодное время года;
• более ровной работе двигателя;
• уменьшению износа свечей.

Необходимые инструменты и детали

Для того чтобы установить электронное зажигание своими руками понадобятся:

• ключ на «13» для снятия и установки прерывателя-распределителя;
• крестовая отвертка для саморезов;
• дрель и сверло по металлу;
• саморезы;
• ключ на «8» и ключ на «10» для снятия и установки катушки зажигания.

Кроме того, потребуется приобрести следующие детали бесконтактной системы:

• датчик-распределитель («трамблер»);
• коммутатор;
• бесконтактная катушка;
• свечи (для бесконтактной схемы зазор между электродами должен составлять 0,7 − 0,8 мм);
• провода высокого напряжения.

Процесс установки

Порядок установки электронной системы своими руками:

Регулировка

Для регулировки желательно использовать стробоскоп. Но поскольку далеко не у каждого автолюбителя, даже среди выполняющих ремонт автомобиля своими руками, он есть, можно выполнить следующее:

1. Вывернуть свечу первого цилиндра. Заткнуть пальцем свечное отверстие и проворачивать шкив коленчатого вала до тех пор, пока на палец не начнет давить воздух. Это сигнализирует о начале такта сжатия. Далее нужно повернуть прерыватель-распределитель в такое положение, чтобы его бегунок был направлен на первый цилиндр.
2. Прокрутить вал до совмещения метки на шкиве со второй меткой на передней крышке двигателя. Это будет означать, что опережение зажигания будет составлять 5°.
3. Снять центральный провод с крышки распределителя.
4. Включить зажигание.
5. Удерживая провод в руке и разместив или закрепив его над металлической поверхностью («массой»), повернуть бегунок по часовой стрелке до того момента, пока не проскочит искра.

Необходимо «поймать» опережение зажигания. Для этого нужно ослабить крепление корпуса прерывателя и осторожно поворачивать его до тех пор, пока при повороте бегунка искра не будет пропадать, после чего затянуть корпус. Регулировка выполнена.

Принцип работы систем зажигания Для обеспечения работы двигателей внутреннего сгорания необходимо воспламенить топливо–воздушную смесь в его цилиндрах в строго определенный момент времени. Совокупность устройств осуществляющих воспламенение топливо–воздушной смеси называют системой зажигания. В первые двадцать лет ХХ века двигатели автомобилей для целей зажигания обычно оснащались магнето.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Система зажигания

Л е к ц и я

1. Принцип работы систем зажигания

Для обеспечения работы двигателей внутреннего сгорания необходимо воспламенить топливо–воздушную смесь в его цилиндрах в строго определенный момент времени. Совокупность устройств, осуществляющих воспламенение топливо–воздушной смеси, называют системой зажигания.

В первые двадцать лет ХХ века двигатели автомобилей для целей зажигания обычно оснащались магнето. Магнето – это генератор высокого напряжения, который приводится от двигателя и не требует аккумулятора. В настоящее время такое зажигание сохранилось на мотоциклах и авиационных двигателях. В 1908 году К. Ф. Кеттерингом впервые была запатентована катушечная система зажигания, которая, будучи более прогрессивной, вытеснила с автомобилей систему зажигания с магнето.

Требования к системе зажигани я

Система зажигания (СЗ) предназначена для надежного и своевременного воспламенения топливо–воздушной смеси в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания импульсами высокого напряжения, распределяя их по свечам цилиндров в соответствии с фазой работы двигателя. Момент искрообразования, вызванный импульсами высокого напряжения, должен также зависеть от режима работы двигателя (частоты вращения и нагрузкой). В современных системах зажигания на момент искрообразования может влиять температура двигателя (холодный, горячий пуск), состав выхлопных газов (наличие окиси углерода) и другие факторы.

Источником высокого напряжения служит катушка зажигания, потребляя ток низкого напряжения аккумуляторной батареи, она преобразует его в ток высокого напряжения (12  30 кВ).

Искровой разряд, образующийся между электродами свечи зажигания, должен обладать необходимой энергией и длительностью, обеспечивающей надежное воспламенение топливо–воздушной смеси на всех режимах работы двигателя.

Напряжение, при котором происходит искровой разряд между электродами свечи зажигания, называют пробивным. Оно зависит от зазора между электродами свечи, давления топливо–воздушной смеси (степени сжатия) и температуры газов. Пробивное напряжение увеличивается с повышением степени сжатия и расстояния между электродами и снижается с повышением температуры топливо–воздушной смеси. Для степени сжатия  = 7 – 7,5 при пуске необходимо напряжение пробоя U пр равное 16 – 18 кВ, а на установившемся рабочем режиме 12 – 14 кВ. Для  = 8,5 – 10 необходимо соответственно 18 – 20 кВ и 13 – 15 кВ. Система зажигания должна развивать рабочее напряжение, превышающее пробивное не менее чем в 1,5 раза. Необходимо учитывать, что в процессе эксплуатации напряжение пробоя увеличивается за счет округления кромок электродов свечи зажигания и увеличения зазора между ними.

От мощности искры и момента зажигания топливо–воздушной смеси в значительной степени зависит экономичность и устойчивость работы автомобильного двигателя, а также токсичность отработавших газов. На прогретом двигателе к моменту искрообразования топливо–воздушная смесь сжата и имеет температуру, близкую к температуре самовоспламенения. В этом случае достаточно незначительной энергии электрического разряда, порядка 1 – 5 мДж. Однако при пуске холодного двигателя, работе на обедненных смесях (коэффициент избытка воздуха  = 1,1 – 1,2) при частичном открытии дроссельной заслонки, работе на холостом ходу, работе при резких открытиях дроссельной заслонки, требуется значительная энергия искры, порядка 30 – 100 мДж, и она должна иметь продолжительность 2 – 4 мс, чтобы обеспечить устойчивый разряд при зазоре в свече зажигания 0,6 – 1,1 мм.

Момент зажигания характеризуется углом поворота коленчатого вала двигателя, отсчитываемый от положения вала в момент подачи искры до положения, когда поршень проходит верхнюю мертвую точку. Он должен выбираться с таким расчетом, чтобы смесь, сгорая, развивала максимальное давление сразу после прохода поршнем верхней мертвой точки.

Топливо–воздушная смесь сгорает в течение определенного времени. Сразу после электрического разряда происходит скрытый период горения, в течение которого давление в цилиндре, обуславливаемое горением, еще не повышается. Затем следует период видимого горения, при котором фронт пламени распространяется со скоростью 20  40 м/с и резко повышается давление газов.

Угол, между положениями коленчатого вала двигателя в момент искрообразования и в момент прохода поршнем верхней мертвой точки, называют углом опережения зажигания.

От мощности искры в момент зажигания топливо–воздушной смеси в значительной степени зависит экономичность и устойчивость работы двигателя, а также токсичность отработавших газов.

Таким образом, исходя из условий работы двигателя внутреннего сгорания, к системам зажигания предъявляют следующие требования:

• система зажигания должна развивать напряжения, достаточные для пробоя искрового промежутка свечи, обеспечивая при этом бесперебойное искрообразование на всех режимах работы двигателя;
• искра, образующаяся между электродами свечи зажигания, должна обладать достаточной энергией и продолжительностью для воспламенения топливо–воздушной смеси при всех возможных режимах работы двигателя;
• момент зажигания должен быть строго определенным и соответствовать условиям работы двигателя;
• работа всех элементов системы зажигания должна быть надежной при высоких температурах и механических нагрузках, которые имеют место на двигателе внутреннего сгорания.

Основные элементы системы зажигания

Современные системы зажигания получают необходимую для воспламенения топливо–воздушной смеси энергию не непосредственно от аккумуляторной батареи или генератора, а от промежуточного накопителя энергии. Наибольшее распространение получили батарейные системы зажигания с накоплением энергии в индуктивности.

На рис.1 представлена структурная схема батарейной системы зажигания и её основные элементы:

• источник тока ИТ, функцию которого выполняет аккумуляторная батарея или генератор;
• выключатель цепи питания ВЗ, функцию которого выполняет замок зажигания;

– датчик–синхронизатор ДС, механическим способом связанный с коленчатым валом двигателя, который определяет угловое положение коленчатого вала;

– регулятор момента зажигания РМЗ, который механическим или электрическим способом вычисляет и регулирует момент подачи искры в зависимости от частоты вращения коленчатого вала или нагрузки двигателя автомобиля;

• источник высокого напряжения ИВН, содержащий накопитель энергии Н и преобразователь низкого напряжения в высокое П, функцию которых выполняет катушка зажигания;

– датчик управления ДУ, который представляет собой электромеханический ключ (контакты прерывателя) или электронный ключ (мощный транзистор или тиристор), который управляется РМЗ и служит для подключения и отключения ИТ к накопителю ИВН, т.е. управляет процессами накопления и преобразования энергии, коммутируя первичный ток;

• распределитель импульсов высокого напряжения Р, который механическим либо электрическим способом распределяет высокое напряжение по соответствующим цилиндрам двигателя;

– элементы помехоподавления ПП, функции которых выполняют экранированные провода и помехоподавляющие резисторы, размещенные либо в распределителе Р, либо в свечных наконечниках, либо в высоковольтных проводах в виде распределенного сопротивления;

– свечи зажигания СВ, которые служат для образования искрового разряда и зажигания рабочей смеси в камере сгорания двигателя.

Рис. 1. Структурная схема батарейной системы зажигания

Классификация батарейных систем зажигания

В зависимости от промежуточного накопителя энергии различают системы с накоплением энергии в индуктивности и емкости (например, транзисторная и тиристорная).

Классификационная схема батарейных систем зажигания, использующих катушку (или несколько катушек) зажигания в качестве источника импульсов высокого напряжения, представлена на рис. 2.

Рис. 2. Классификационная схема батарейных систем зажигания

Системы зажигания в представленной классификационной схеме подразделены по шести основным признакам:

• по способу управления (синхронизации) системой зажигания;
• по способу регулирования угла опережения зажигания (УОЗ);
• по способу накопления энергии;
• по способу коммутации первичной цепи катушки зажигания;
• по способу распределения импульсов высокого напряжения;
• по типу защиты от радиопомех.

В соответствии с классификационной схемой (рис.2) различают следующие системы зажигания, которые серийно выпускаются в настоящее время у нас в стране и за рубежом:

• контактная с механическим прерывателем и катушкой зажигания, или классическая система зажигания;
• контактно–транзисторная система зажигания;
• контактно–тиристорная с накоплением энергии в емкости:
• бесконтактно–тиристорная с накоплением энергии в емкости и индукционным датчиком;
• бесконтактно–тиристорная с накоплением энергии в емкости с датчиком Холла;
• бесконтактно–транзисторная система зажигания с магнето;
• бесконтактно–транзисторная с накоплением энергии в индуктивности и индукционным датчиком;
• бесконтактно–транзисторная с накоплением энергии в индуктивности с датчиком Холла;
• бесконтактно–транзисторная с накоплением энергии в емкости с датчиком Холла;
• цифровая с механическим распределителем;
• цифровая со статическим распределителем;
• микропроцессорная система управления автомобильным двигателем (МСУАД).

2. Классическая система зажигания

Классическая система батарейного зажигания с одной катушкой и многоискровым механическим распределителем до сих пор широко распространена на находящихся в эксплуатации автомобилях.

Главным достоинством этой системы является ее простота, обеспечиваемая двойной функцией механизма распределителя: прерывание цепи постоянного тока для генерирования высокого напряжения и синхронное распределение высокого напряжения по цилиндрам двигателя.

На рис. 3 представлена принципиальная схема классической (батарейной) системы зажигания.

Схема состоит из следующих элементов:

• источника тока  аккумуляторной батареи 1;
• катушки зажигания (индукционной катушки) 2, которая преобразует токи низкого напряжения в токи высокого напряжения. Между первичной и вторичной обмотками катушки зажигания имеет место автотрансформаторная связь;

Рис. 3 - Принципиальная схема классической системы зажигания

• прерывателя 3, содержащего рычажок 4 с подушечкой 5 из текстолита, поворачивающийся около оси;
• контактов прерывателя 6. Неподвижный контакт прерывателя присоединен к "массе", подвижной контакт укреплен на конце рычажка. Если подушечка не касается кулачка, контакты замкнуты под действием пружины. Когда подушечка находит на грань кулачка, контакты размыкаются. Прерыватель управляет размыканием и замыканием контактов и, соответственно, моментом подачи искры;
• кулачка 7, имеющего число граней, равное числу цилиндров;
• конденсатора первичной цепи 8 (С1), подключенного параллельно контактам 6, который является составным элементом колебательного контура в первичной цепи после размыкания контактов;
• распределителя 9, включающего в себя бегунок 10, крышку 11, на которой расположены неподвижные боковые электроды 12 (число которых равно числу цилиндров двигателя) и неподвижный центральный электрод, который подключается через высоковольтный провод к катушке зажигания. Боковые электроды через высоковольтные провода соединяются с соответствующими свечами зажигания. Высокое напряжение к бегунку 10 подается через центральный электрод с помощью скользящего угольного контакта. На бегунке имеется электрод 13, который отделен воздушным зазором от боковых электродов 12. Бегунок 10 распределителя и кулачок 7 прерывателя находятся на одном валу, который приводится во вращение зубчатой передачей от распределительного вала двигателя с частотой вдвое меньшей частоты вращения коленчатого вала. Прерыватель и распределитель расположены в одном аппарате, называемом распределителем зажигания;
• свечей зажигания 15, число которых равно числу цилиндров двигателя;
• выключателя зажигания 16;
• добавочного резистора 17 (R д), который уменьшает тепловые потери в катушке зажигания, дает возможность усилить зажигание (при пуске двигателя R д шунтируется контактами реле 18 (одновременно с включением стартера). Добавочный резистор изготовляют из нихрома или константана и наматывают на керамический изолятор.

Принцип работы классической системы батарейного зажигания состоит в следующем. При вращении кулачка 7 контакты 6 попеременно замыкаются и размыкаются . После замыкания контактов (в случае замкнутого выключателя зажигания 16) через первичную обмотку катушки зажигания 2 протекает ток, нарастая от нуля до определенного значения (тока разрыва) за данное время замкнутого состояния контактов. При малых частотах вращения валика 14 распределителя 9 ток может нарастать до установившегося значения, определенного напряжением аккумуляторной батареи и омическим сопротивлением первичной цепи (установившийся ток). Протекание первичного тока вызывает образование магнитного потока, сцепленного с витками первичной и вторичной обмоток катушки зажигания 2, и накопление электромагнитной энергии.

После размыкания контактов прерывателя, как в первичной, так и во вторичной обмотке индуцируется ЭДС самоиндукции. Согласно закону индукции вторичное напряжение тем больше, чем быстрее исчезает магнитный поток, созданный током первичной обмотки, больше первичный ток в момент разрыва и больше число витков во вторичной обмотке. В результате переходного процесса во вторичной обмотке возникает высокое напряжение, достигающее 15  20 кВ. В первичной обмотке также индуцируется ЭДС самоиндукции, достигающая 200  400 В, направленная в ту же сторону, что и первичный ток, и стремящаяся задержать его исчезновение. При отсутствии конденсатора 8 ЭДС самоиндукции вызывает образование между контактами прерывателя во время их размыкания сильной искры или, точнее, дуги. При наличии конденсатора 8 ЭДС самоиндукции создает ток, заряжающий конденсатор. В следующий период времени конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки и аккумуляторную батарею. Таким о6разом, конденсатор 8 практически устраняет искрообразование в прерывателе, обеспечивая долговечность контактов и индуцирование во вторичной обмотке достаточно высокой ЭДС.

Вторичное напряжение подводится к бегунку распределителя, а затем через электроды в крышке и высоковольтные провода поступает к свечам зажигания соответствующих цилиндров двигателя.

На рис. 4. приведены характеристики электрических сигналов в первичной и вторичной цепях системы зажигания.

Рис. 4. Характеристики электрических сигналов в первичной и вторичной цепях системы зажигания: 1  первичный ток; 2  импульс первичного напряжения; 3  импульс вторичного напряжения; ЗАМ  контакты замкнуты; РАЗ  контакты разомкнуты

Недостатки классической системы зажигания

Классическая система зажигания обладает рядом достоинств, к которым следует отнести простоту конструкции и невысокую стоимость аппаратов зажигания, а также возможность регулирования угла опережения зажигания в широких пределах без изменения величины вторичного напряжения.

Вместе с тем классическая система зажигания имеет ряд принципиальных недостатков, связанных с работой механического прерывателя и механических автоматов опережения зажигания:

• недостаточная величина вторичного напряжения на высоких и низких частотах вращения коленчатого вала двигателя и, как следствие, малый коэффициент запаса по вторичному напряжению, особенно для многоцилиндровых и высокооборотных двигателей, а также при экранировании высоковольтных проводов;
• недостаточная энергия искрового разряда по причине ограничения уровня запасенной энергии в первичной цепи;
• чрезмерный нагрев катушки зажигания в зоне низких частот вращения коленчатого вала двигателя и особенно при остановившемся двигателе, если замок зажигания включен и контакты прерывателя замкнуты;
• нарушение рабочего зазора в контактах в процессе эксплуатации и, как следствие этого, необходимость зачистки контактов, т. е. систематический уход во время эксплуатации; низкий срок службы контактов прерывателя;
• низкий срок службы контактов прерывателя;
• повышенный асинхронизм момента искрообразования по цилиндрам двигателя при эксплуатации вследствие износа кулачка;
• высокая погрешность момента искрообразования вследствие разброса характеристик механических автоматов опережения зажигания в процессе эксплуатации.

Перечисленные недостатки классической батарейной системы зажигания приводят в итоге к ухудшению процесса сгорания топливо–воздушной смеси, а, следовательно, к потере мощности двигателя и увеличению токсичности отработавших газов.

1. Контактно–транзисторная система зажигания

Развитие современного двигателестроения происходит в направлении повышения экономичности и снижения удельного веса при одновременном увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя и степени сжатия. Степень сжатия составляет 7,0...8,5, но на перспективных автомобилях устанавливаются двигатели со степенью сжатия 9,0...10 и более. Такое повышение степени сжатия требует значительного увеличения вторичного напряжения, необходимого для пробоя искрового промежутка свечи.

Таким образом, к современной системе зажигания предъявляются более высокие требования:

• увеличение вторичного напряжения, развиваемого катушкой зажигания, при одновременном повышении надежности;
• энергия искрового разряда должна быть достаточной для воспламенения топливо–воздушной смеси на всех режимах работы двигателя (15...50 мДж и более);
• устойчивое искрообразование в различных эксплуатационных условиях (загрязнение свечей, колебания температуры, колебания напряжения бортовой сети и т.д.);
• устойчивая работа при значительных механических нагрузках;
• простота обслуживания системы;
• минимальное потребление энергии источников питания;
• минимальные масса, габариты и низкая стоимость.

Такие требования не могут быть удовлетворены при использовании классической системы зажигания, так как в этом случае практически единственным реальным способом увеличения вторичного напряжения является увеличение силы тока разрыва. Однако увеличение силы тока разрыва свыше определенного значения (3,5...4,0 А при 12 В) приводит к ненадежной работе контактов прерывателя и резкому сокращению их срока службы.

Перечисленные требования к системе зажигания вызвали необходимость создания новых устройств, позволяющих улучшить условия воспламенения топливо–воздушной смеси в цилиндрах двигателя.

Одним из путей повышения развиваемого системой зажигания вторичного напряжения является применение полупроводниковых приборов, работающих в качестве управляемых ключей, служащих для прерывания тока в первичной обмотке катушки зажигания. Наиболее широкое использование в качестве полупроводниковых реле нашли мощные транзисторы, способные коммутировать токи амплитудой 10 А и выше в индуктивной нагрузке без какого–либо искрения и механического повреждения, характерных для контактов прерывателя. Функцию электронного реле могут выполнять также и силовые тиристоры, но широкой промышленной реализации в системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности они не нашли.

Принципиальная схема контактно–транзисторной системы зажигания (КТСЗ) (рис. 5) в основном состоит из тех же элементов, которые характерны для обычной контактной (классической) системы зажигания, и отличаются от нее наличием транзистора (транзисторного коммутатора) и отсутствием конденсатора, ранее шунтировавшего контакты прерывателя.

Рис. 5. Принципиальная схема контактно–транзисторной системы зажигания:

8  транзистор; остальные обозначения соответствуют принципиальной схеме классической системы зажигания (рис. 4.10, стр.31).

Как видно из схемы, контакты прерывателя коммутируют только незначительный ток управления транзистором I б , при этом ток силовой цепи (ток разрыва) коммутируется транзистором.

Достоинства и недостатки КТСЗ.

Преимущества транзисторной системы зажигания могут быть реализованы лишь при применении специальной катушки зажигания, имеющей низкоомную первичную обмотку с малой индуктивностью и большой коэффициент трансформации. В этом случае необходимые энергия искрообразования и вторичное напряжение достигаются соответствующим увеличением тока разрыва и коэффициентом трансформации катушки зажигания.

Применять же контактно–транзисторную систему зажигания с обыкновенной катушкой зажигания нецелесообразно, т.к. при этом, кроме увеличения срока службы контактов прерывателя, никаких преимуществ получить не удается. Более того, в результате неизбежного падения напряжения на транзисторе общая энергия искрообразования уменьшится.

1. Тиристорная (конденсаторная) система зажигания

В тиристорных системах зажигания энергия для искрового разряда накапливается в конденсаторе, поэтому их часто называют конденсаторными. В момент искрообразования конденсатор разряжается через тиристор и первичную обмотку катушки зажигания, и во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение.

Энергия Wс, накапливаемая в конденсаторе С1, зависит от его емкости и напряжения U, подводимого к конденсатору: Wс = C·U2/2.

Поэтому конденсатор заряжают до напряжения 300 … 400 В от бортовой сети (12 В) через преобразователь напряжения П и выпрямитель В (рис. 6).

Рис. 6. Принципиальная схема тиристорной системы зажигания с непрерывным накоплением энергии

Время полного заряда накопительного конденсатора значительно меньше времени накопления энергии в индуктивности и может быть доведено до 2 мс. Оно зависит от мощности и выходного сопротивления преобразователя и емкости накопительного конденсатора. Время заряда конденсатора рассчитывается так, чтобы к моменту подачи следующей искры он был полностью заряжен. Это обеспечивает энергию искры постоянной во всем диапазоне частот искрообразования. Тиристоры менее чувствительны к повышенному напряжению, чем транзисторы. Тиристорные системы зажигания могут работать с катушкой контактной системы батарейного зажигания, максимальная величина ЭДС самоиндукции которой примерно соответствует зарядному напряжению накопительного конденсатора. Конденсатор прерывателя не влияет на работу тиристорной системы. Это позволяет в случае ее отказа быстро перейти на батарейную систему зажигания.

Высокое напряжение в тиристорной системе зажигания нарастает примерно в десять раз быстрее, чем в батарейной и контактно — транзисторной системах. Поэтому оно обеспечивает пробой искрового промежутка в свечах с загрязненными, покрытыми нагаром изоляторами. Но продолжительность разряда в искровом промежутке значительно меньше (около 300 мкс), чем в системах с накоплением энергии в индуктивности (около 1 мс), так как частота колебаний контура накопительный конденсатор – первичная обмотка в тиристорной системе значительно выше.

1. Бесконтактные системы зажигания

В бесконтактных системах зажигания контакты прерывателя заменены бесконтактным датчиком, который вырабатывает электрические импульсы в строго заданные моменты времени. Эти импульсы поступают в схему управления током (импульсный усилитель) первичной обмотки катушки зажигания. Бесконтактные датчики не имеют механического контакта и поэтому практически не подвержены износу.

В наиболее простых бесконтактных системах зажигания (рис. 7) устройство управления 4 преобразует сигналы с датчика 1, осуществляя усиление его мощности, и производит коммутацию выходного каскада, нагрузкой которого служит катушка зажигания 5, т. е. реализуются характеристики, присущие ранее рассмотренным системам зажигания.

Рис. 7. Блок схема бесконтактной системы зажигания:

1  бесконтактный датчик углового положения коленчатого вала двигателя; 2  формирующий каскад; 3 выходной каскад;

4  коммутатор; 5  катушка зажигания; 6  распределитель.

Электронное устройство 4, функционально и конструктивно объединяющее формирователь 2 и выходной каскад 3, в отечественной литературе принято называть коммутатором.

При этом используются те же механические автоматы регулирования угла опережения зажигания, что и в классической, и. контактно–транзисторной системах зажигания.

В такой системе увеличение тока разрыва неизбежно приводит к увеличению мощности, рассеиваемой катушкой зажигания, добавочным сопротивлением и транзисторным коммутатором в диапазоне малых и средних частот вращения вала двигателя. Отмеченный недостаток не позволяет в рамках бесконтактных систем зажигания с постоянным углом включенного состояния выходного транзистора вести дальнейшую интенсиф и кацию выходных характеристик.

Таким образом, дальнейшим этапом в развитии бесконтактных систем зажигания явилось создание систем зажигания с нормируемым временем накопления энергии.

В таких системах во всем диапазоне частот вращения вала двигателя и значений питающего напряжения определяется минимальное время, за которое ток разрыва I р достигает величины, необходимой для индуцирования требуемого значения вторичного напряжения.

Нормирование времени накопления энергии позволяет снизить мощность потерь в катушке и коммутаторе при низких и средних частотах вращения вала двигателя при одновременном увеличении тока разрыва и, соответственно, энергии искрового разряда, обеспечить оптимальный закон изменения вторичного напряжения и энергии искры в зависимости от частоты вращения вала двигателя, стабилизировать выходное напряжение системы при колебаниях напряжения питания.

Бесконтактные системы зажигания с нормированием времени накопления энергии реализуются путем введения в коммутатор специального электронного регулятора времени накопления.

Основными недостатками бесконтактных систем зажигания являются механический способ распределения энергии по цилиндрам двигателя, несовершенство механических автоматов угла опережения зажигания, погрешности момента новообразования из–за механической передачи от коленчатого вала двигателя к распределителю. Но, прежде чем рассматривать более эффективные СЗ, изучим современные датчики углового положения коленвала.

6. Датчики углового положения коленчатого вала двигателя

Для работы любой системы зажигания необходима информация о положении коленчатого вала двигателя. При этом датчик углового положения коленвала должен выдерживать достаточно суровые условия работы в отсеке двигателя, обладать высокой надежностью, должен функционировать при очень низкой частоте вращения и иметь низкую стоимость. Известен ряд бесконтактных датчиков, в основу работы которых положены различные физические явления: магнитоэлектрические, индуктивные и взаимноиндуктивные, на эффекте Холла, высокочастотные, оптоэлектронные, токовихревые, на эффекте Виганда, фотоэлектрические, пьезодатчики, датчики на магнисторах и др.

Взаимоидуктивные датчики вырабатывают сигнал управления при изменении магнитной связи между обмотками или их индуктивности.

Датчики на магнисторах изменяют напряжение на выводах обмотки, намотанной на отрезок специально обработанной магнитной проволоки. При перемагничивании этого отрезка проволоки за счет коммутации магнитного потока от неподвижных магнитов или от вращающихся магнитов в обмотке возникают кратковременные импульсы напряжения.

В фотодатчиках используются фотоэлементы, преобразующие энергию световых импульсов в электрическую энергию, а также фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы, сопротивление которых изменяется с изменением силы падающего на них света. Для изменения силы света между источником света и фотодатчиком устанавливается непрозрачная цилиндрическая шторка или диск с прорезями. Число прорезей должно быть равно числу цилиндров двигателя. Привод шторки или диска осуществляется от коленчатого вала двигателя.

В пьезодатчиках управляющим сигналом является импульс ЭДС, возникающий в некоторых кристаллах при механическом воздействии на них.

Исходя из стоимости производства, требований к точности момента искрообразования, помехозащищенности, стойкости к внешним воздействиям магнитоэлектрический датчик и датчик на эффекте Холла получили наибольшее распространение в бесконтактных системах зажигания на автомобилях отечественного производства.

Магнитоэлектрические датчики

Наиболее распространенным типом магнитоэлектрического датчика является генераторный датчик коммутаторного типа с пульсирующим потоком. Принцип действия такого датчика заключается в изменении магнитного сопротивления магнитной цепи, содержащей магнит и обмотку, при изменении зазора с помощью распределителя потока (коммутатора). На рис. 8 показана принципиальная схема магнитоэлектрического датчика коммутаторного типа.

Рис. 8. Принципиальная схема коммутаторного датчика:

1  магнитная цепь (статор); 2  магнит; 3  обмотка,

4  распределитель потока (коммутатор)

При вращении зубчатого ротора в обмотке статора в соответствии с законом индукции возникает переменное напряжение. Когда один из зубцов ротора 4 приближается к полюсу статора 1, в обмотке 3 нарастает напряжение. При совпадении фронта зубца ротора с полюсом статора (со средней линией обмотки) напряжение на обмотке достигает максимума, затем быстро меняет знак и увеличивается в противоположном направлении до максимума (рис. 9) при удалении зубца.

Рис. 9. Магнитный поток Ф и напряжение обмотки Uвых в

зависимости от угла поворота  распределителя потока (коммутатора)

Нетрудно заметить, что выходное напряжение Uвых генераторного датчика коммутаторного типа с пульсирующим потоком очень быстро изменяется от положительного максимума до отрицательного, поэтому точка перехода через ноль между двумя максимумами может быть использован для управления системой зажигания с таким датчиком при получении точного момента искрообразования.

Распределитель потока, или зубчатый ротор, устанавливается на распределительный валик распределителя зажигания и изготавливается из мягкой стали. Число зубцов зависит от числа цилиндров двигателя. Необходимое магнитное поле создает постоянный магнит.

Датчик на эффекте Холла

Благодаря развитию микроэлектроники широкое распространение получили датчики углового положения на эффекте Холла.

Эффект Холла возникает в полупроводниковой пластине, внесенной в магнитное поле, при пропускании через нее электрического тока (рис. 8). Если поместить элемент толщиной h в магнитном поле таким образом, чтобы направление индукции В магнитного поля было перпендикулярно плоскости пластины, и пропустить ток I через пластину, то между противоположными гранями пластины возникает ЭДС Холла.

Рис. 8. Принцип действия полупроводникового элемента Холла

Для изготовления элементов Холла используются германий, кремний, арсенид галлия (GaAs), арсенид индия (InAs), антимонид индия (InSb).

Электродвижущая сила самоиндукции Холла очень мала и поэтому должна быть усилена вблизи кристалла для того, чтобы устранить влияние радиоэлектрических помех. Поэтому конструктивно и технологически элемент Холла и преобразовательная схема выполняются в виде интегральной микросхемы, которая называется магнитоуправляемой интегральной схемой.

Путем изменения магнитного поля от 0 до Вmax с помощью магнитного экрана на выходе магнитоуправляемой интегральной схемы можно получить дискретный сигнал высокого или низкого уровня. Объединив магнитоуправляемую схему с магнитной системой в жестко сконструированный пластмассовый корпус, получают микропереключатель на эффекте Холла, который устанавливается в традиционный распределитель, например, на поворотный механизм вакуумного автомата.

Магнитоуправляемая интегральная схема на эффекте Холла является, как и все электронные компоненты, чувствительной к воздействиям внешних условий. Устанавливаемая в распределитель зажигания схема должна выдерживать жесткие требования для изделий автомобильного применения, устанавливаемых в моторном отсеке на двигателе.

Электронное зажигание с магнитоэлектрическим датчиком

Упрощенная схема бесконтактно–транзисторной системы зажигания (БТСЗ) с МЭД и ненормируемым временем накопления энергии приведена на рис. 9. Формирующий каскад БТСЗ выполнен по схеме усилителя постоянного тока на транзисторах VT1 и VT2.

Рис. 9. Упрощенная схема БТСЗ с МЭД

При замкнутых контактах выключателя S1 зажигания и неподвижном роторе датчика G ток в управляющей цепи база–эмиттер транзистора VT1 отсутствует. Транзистор VT1 находится в состоянии отсечки. Высокое напряжение на коллекторе транзистора VT1 способствует переводу в состояние насыщения транзистора VT2, а затем и выходного коммутирующего транзистора VT3. Через открытый эмиттер–коллекторный переход транзистора VT3 в первичную обмотку L1 катушки зажигания Т поступает ток и в ее магнитном поле начинается процесс накопления энергии.

При вращении ротора МЭД положительная полуволна генерируемого датчиком напряжения переводит транзистор VT1 в состояние насыщения. Переход база–эмиттер транзистора VT2 шунтируется эмиттер–коллекторным переходом транзистора VT1, поэтому транзисторы VT2 и VT1 лавинообразно закрываются. Сила тока в первичной обмотке L1 катушки зажигания Т резко уменьшается, а во вторичной обмотке L2 возникает высоковольтный импульс вторичного напряжения, который распределителем S2 подается к соответствующей свече FV зажигания.

Электронное зажигание с датчиком Холла

В БТСЗ с МЭД и в классических системах зажигания с контактным управлением моментом зажигания при уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя увеличиваются время замкнутого состояния первичной цепи катушки зажигания и тепловые потери в ней. Энергия, накапливаемая в магнитном поле катушки зажигания, возрастает в меньшей степени. Поэтому для более рационального использования энергии, потребляемой от источника электроснабжения, и снижения тепловой нагрузки на элементы системы зажигания время t Н накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания необходимо регулировать.

Принцип регулирования времени t Н накопления энергии в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя и напряжения бортовой сети электрооборудования реализован в БТСЗ автомобиля ВАЗ2108, в состав которой входят электронный коммутатор 36.3734, датчик–распределитель 40.3706 и катушка зажигания 27.3705.

В качестве синхронизатора момента зажигания в БТСЗ с регулируемым временем накопления энергии используется датчик Холла, установленный в датчике–распределителе с центробежным и вакуумным регуляторами опережения зажигания обычной конструкции.

Цифровые системы зажигания

Бесконтактные системы зажигания с механическими центробежным и вакуумным регуляторами угла опережения зажигания (УОЗ) не позволяют воспроизводить сложные характеристики управления по частоте вращения коленчатого вала и нагрузке двигателя с учетом его теплового состояния и различных дестабилизирующих факторов. Кроме того, угловые погрешности привода датчика–распределителя в период эксплуатации автомобиля приводят к повышенному асинхронизму искрообразования. Такие недостатки отсутствуют у бесконтактных систем зажигания, в которых автоматическое регулирование УОЗ осуществляется средствами электроники.

Таким образом, наиболее полно отвечают всем требованиям, предъявляемым к современным системам зажигания, системы с электронным регулированием угла опережения зажигания. Среди способов реализации этих систем можно выделить два основных: аналоговый и цифровой.

Аналоговый способ относится к электронным системам зажигания более раннего поколения, когда элементная база, используемая для их построения, имела малую степень интеграции (системы зажигания II поколения). В аналоговых системах зажигания для преобразования информации от датчиков в соответствии с заданным законом управления моментом искрообразования используются типовые функциональные устройства, широко применяемые в аналоговых вычислительных машинах. Закон регулирования УОЗ определяется свойствами полупроводниковых приборов (диодов, стабилитронов и т.д.). К достоинствам аналоговых систем зажигания с электронным регулированием момента искрообразования относятся простота построения, сравнительно невысокая стоимость и возможность зажигания даже обедненных топливо–воздушных смесей за счет более точного регулирования УОЗ. Однако возможности аналоговых систем зажигания по реализации сложных характеристик управления моментом искрообразования ограничены. Они не могут надежно работать в напряженных температурных условиях подкапотного пространства автомобиля без применения цепей термокомпенсации и, кроме того, требуют подстройки и регулирования в процессе эксплуатации.

Цифровые системы зажигания (системы зажигания III поколения) являются более совершёнными. Они позволяют с большей точностью воспроизводить характеристики управления УОЗ любой сложности при высокой температурной устойчивости и надежности. В основу их работы положены принципы, широко применяемые в вычислительной технике. В цифровых системах зажигания информация от датчиков параметров рабочего процесса двигателя, используемая при выработке сигнала управления УОЗ, преобразуется в серии дискретных электрических импульсов, синхронно связанных с вращательным движением коленчатого вала. Амплитуда импульсов постоянна, а их число пропорционально значению измеряемого параметра. Начальные числа, характеризующие отдельные параметры рабочего процесса двигателя, с помощью импульсных устройств и логических элементов преобразуются в кодовые комбинации, определяющие закон управления моментом искрообразования.

Цифровые системы зажигания представляют собой небольшие, различные по сложности вычислители, порядок работы которых задается специальным алгоритмом. Блок–схема цифровой системы зажигания представлена на рис. 10.

Рис. 10. Блок–схема цифровой системы зажигания со статическим распределением энергии по цилиндрам: 1  датчик положения коленчатого вала двигателя;

2  датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя; 3  датчик нагрузки;

4  датчик температуры; 5  интерфейс; 6  вычислитель:

7  двухканальный коммутатор; 8,9  двухвыводные катушки зажигания

Во время работы двигателя датчики 1  4 передают информацию о частоте вращения и нагрузке двигателя, о положении коленчатого вала, о температуре двигателя и температуре окружающей среды. На основании этой информации, обработанной в интерфейсе 5, вычислительное устройство 6 определяет оптимальный для данного режима угол опережения зажигания. В рамках цифровой системы зажигания возможно применение как традиционного механического распределителя, в функции которого остается лишь высоковольтное распределение энергии по цилиндрам двигателя, так и метода статического распределения энергии. В этом случае для четырехцилиндрового двигателя, например, применяется двухканальный коммутатор 7, два выходных транзистора которого попеременно коммутируют ток в первичных обмотках двухвыводных или одной четырехвыводной катушке зажигания. При этом блок управления формирует два сигнала, управляющих работой коммутатора.

Цифровые системы зажигания подразделяют на системы с аппаратным принципом регулирования УОЗ с блоком памяти и без него, и на системы с программной обработкой поступающей от датчиков информации на базе микропроцессоров и микроЭВМ.

И все же цифровые системы зажигания явились переходным этапом. Последним достижением в этой области стали микропроцессорные системы (системы IV поколения). Они практически не отличаются от управляющих ЭВМ, широко применяемых в настоящее время во многих областях науки и техники. Микропроцессорные системы управления автомобильным двигателем лишь чисто условно можно отнести к системам зажигания, так как функция непосредственного зажигания является в них частью решения вопроса об оптимизации характеристик двигателя, однако именно в комплексных системах управления двигателем и заключен прогресс системы зажигания.

Функцию регулирования УОЗ в цифровых и микропроцессорных системах зажигания выполняет электронный блок управления (БУ) — контроллер на базе цифровых интегральных схем. Коммутацию тока в первичной обмотке катушки зажигания осуществляет другой электронный блок — коммутатор.

1. Аппараты регулирования угла опережения зажигания

Для регулирования угла опережения зажигания в соответствии с режимами работы автомобильного двигателя при различных эксплуатационных условиях системы зажигания снабжаются автоматическими и ручными регуляторами. Автоматическое регулирование угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала обеспечивается центробежным регулятором, а в зависимости от нагрузки  вакуумным регулятором.

Центробежный регулятор опережения зажигания

Центробежный регулятор опережения зажигания представлен на рис. 11. На ведущем валике 4 закреплена пластина с осями 7 для установки грузиков 3 . Грузики могут проворачиваться вокруг осей 7 и связаны между собой пружинами 6 . На каждом грузике имеется штифт 5 , входящий в прорези пластины 2, укрепленной на втулке кулачка 1. Привод кулачка осуществляется от валика через грузики.

Рис. 11. Центробежный регулятор опережения зажигания: а – положение грузиков на холостом ходу двигателя; б – положение грузиков при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя

С увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя, начиная с некоторого ее значения, грузики под действием центробежной силы расходятся. При этом штифты, двигаясь в прорезях пластины, поворачивают ее и связанный с ней кулачок в сторону вращения ведущего валика. Вследствие этого контакты размыкаются раньше. При уменьшении частоты вращения грузики с помощью возвратных пружин возвращаются в исходное положение. Пружины имеют различную жесткость, что позволяет получить требуемый закон изменения угла опережения зажигания при изменении частоты вращения двигателя.

Вакуумный автомат опережения зажигания

Вакуумный автомат опережения зажигания регулирует момент зажигания при изменении угла открытия дроссельной заслонки, т. е. при изменении нагрузки двигателя. При малых нагрузках двигателя уменьшается наполнение цилиндров топливо–воздушной смесью и, следовательно, давление в момент воспламенения. В то же время увеличивается загрязнение смеси остаточными выхлопными газами, что приводит к уменьшению скорости сгорания, а это требует увеличения угла опережения зажигания. С увеличением нагрузки процент остаточных выхлопных газов, наоборот, уменьшается. Коэффициент избытка воздуха находится в пределах  = 0,8...0,9. Такая топливо–воздушная смесь имеет наибольшую скорость сгорания, поэтому угол опережения зажигания должен быть минимальным.

Устройство вакуумного автомата опережения зажигания показано на рис. 12. Полость вакуумного регулятора, в которой размещена пружина 6, соединяется трубкой 5 со смесительной камерой карбюратора над дроссельной заслонкой. Полость регулятора с левой стороны диафрагмы сообщается с атмосферой. К диафрагме 7 прикреплена тяга 9. Она связана шарниром с подвижной пластиной 11, на которой установлен прерыватель.

Рис. 12. Вакуумный регулятор:

1 – крышка корпуса; 2 и 3 – соответственно регулировочная и уплотнительная прокладки; 4 – штуцер трубки, 5 – трубка; 6 – пружина; 7 – диафрагма, 8 – корпус регулятора, 9 – тяга; 10 – ось тяги; 11 – подвижная пластина прерывателя; I – положения диафрагмы вакуумного регулятора при большей (а) и меньшей (б) нагрузках на двигатель

При уменьшении нагрузки двигателя дроссельная заслонка прикрывается и разрежение в месте подсоединения вакуумного регулятора, а следовательно, и в полости правой стороны диафрагмы увеличивается. Под действием разности давлений диафрагма 7, преодолевая усилия пружины 6, перемещается и тягой 9 поворачивает подвижную пластину 11 вместе с прерывателем навстречу направлению вращения кулачка. Таким образом, угол опережения зажигания увеличивается.

С увеличением нагрузки двигателя дроссельная заслонка открывается, разрежение в полости регулятора уменьшается, и пружина 6 перемещает влево диафрагму 7 и связанную с ней тягу 9. Тяга поворачивает подвижную пластину 11 и прерыватель в направлении вращения кулачка, уменьшая, таким образом, угол опережения зажигания.

Октан  корректор

Для установки начального угла опережения или для корректировки угла опережения зажигания в зависимости от октанового числа топлива корпус большинства распределителей делается подвижным и снабжается установочным винтом и шкалой с делениями. В зависимости от октанового числа бензина корпус распределителя закрепляют в нужном положении. Это устройство называют октан–корректором.

При установке начального угла опережения зажигания его можно изменять в пределах ±12° (по углу поворота коленчатого вала) при помощи гаек 4. Так как нижняя пластина остается неподвижной, то при вращении гаек 4 происходит смещение верхней пластины 5, а вместе с ней и корпуса 9 прерывателя–распределителя в пределах овального прореза для заклепки 8. При перемещении корпуса прерывателя–распределителя на одно деление шкалы октан–корректора угол опережения зажигания изменяется на 2° по углу поворота коленчатого вала

1. Катушки и свечи зажигания

Катушка зажигания в батарейных системах зажигания выполняет функции накопителя электромагнитной энергии и преобразователя низкого напряжения (напряжения бортсети) в высокое, необходимое для пробоя искрового промежутка между электродами свечи зажигания.

В тиристорных системах зажигания, где энергия для искрового разряда накапливается в конденсаторе, а в качестве силового реле применяется тиристор, катушка зажигания лишь преобразует напряжение.

В основе работы батарейных систем зажигания лежит открытый в 1881году Майклом Фарадеем закон электромагнитной индукции: в проводнике, находящемся в изменяющемся магнитном поле индуцируется ЭДС самоиндукции, препятствующая этому изменению. Индуцированная ЭДС самоиндукции зависит от:

• длины участка проводника, находящегося в магнитном поле;
• скорости изменения магнитного поля;
• напряженности магнитного поля.

Магнитное поле может быть образовано, например, постоянным магнитом, однако , в системе зажигания магнитное поле образуется вокруг проводника (первичной обмотки катушки зажигания), по которому протекает постоянный ток от источника тока (аккумуляторной батареи или генератора).

При размыкании контактов прерывателя магнитное поле, создаваемое током, протекающим через первичную обмотку катушки зажигания и пересекающее витки обеих обмоток, начнет исчезать. По закону электромагнитной индукции в первичной и вторичной обмотках катушки зажигания будет наводиться ЭДС самоиндукции, препятствующая исчезновению магнитного поля.

Следует отметить, что индуцированная ЭДС не имеет никакой связи с напряжением бортсети автомобиля. Аккумуляторная батарея (или генератор) служит лишь средством создания магнитного поля в катушке зажигания.

По конструкции магнитной цепи катушки зажигания разделяются на два типа: с разомкнутой (рис. 12 а) и замкнутой (рис. 12б) цепями.

Рис. 12. Схемы катушек зажигания:

а) – с разомкнутой магнитной цепью; б) – с замкнутой магнитной цепью:
1 – сердечник; 2 – линии магнитного потока; 3 – вторичная обмотка;
4 – первичная обмотка; 5 – наружный магнитопровод; 6 – воздушный зазор.

В катушках зажигания с разомкнутой магнитной цепью магнитный поток значительную часть пути проходит по воздуху. Поэтому в воздушном пространстве сосредоточивается основная часть запасаемой электромагнитной энергии. В катушках зажигания с замкнутой магнитной цепью основную часть пути магнитный поток проходит через стальной магнитопровод и только лишь незначительную часть пути – через воздушные зазоры в несколько десятых миллиметра каждый. Электромагнитная энергия запасается как в воздушных зазорах, так и в стали. В катушках с замкнутой магнитной цепью затраты меди меньше, чем в катушках с разомкнутой цепью. В отношении затрат стали имеет место обратное явление.

По выполнению обмоток катушки с разомкнутой магнитной цепью разделяются на два типа: с внутренней и наружной первичными обмотками. Последние имеют ряд преимуществ: лучшие условия охлаждения и меньшую массу провода вторичной обмотки, что удешевляет производство; меньшее сопротивление вторичной обмотки. Поэтому катушки отечественного производства выполняются с наружной первичной обмоткой.

При пуске двигателя катушка зажигания питается от аккумуляторной батареи, напряжение которой понижено (до 6...8 В) из–за потребления стартером большого тока, что приводит к снижению тока в первичной обмотке и, соответственно , развиваемого катушкой вторичного напряжения. С учетом этого обстоятельства первичная обмотка катушки зажигания рассчитывается на напряжение 6...8 В, а остальное напряжение источника гасится в добавочном резисторе. Последний при пуске двигателя закорачивается и первичный ток возрастает, что обеспечивает вторичное напряжение, достаточное для пробоя искрового промежутка свечи.

В некоторых современных системах зажигания (например, для автомобилей семейства ВАЗ) добавочный резистор отсутствует, что обусловлено высокими характеристиками электропусковой системы этих автомобилей, благодаря чему напряжение аккумуляторной батареи при пуске снижается незначительно.

Некоторые характерные особенности рассмотрим на примере катушки зажигания 27.3705, которая широко применяется в составе бесконтактных систем зажигания высоких энергий, например, на автомобиле ВАЗ–2108. Катушка 27.3705 является аппаратом зажигания, способным развивать во вторичной обмотке напряжение 35...40 кВ при работе на открытую цепь. Вследствие этого она имеет усиленную высоковольтную изоляцию. Особенностью конструкции является относительно низкое значение сопротивления первичной обмотки (R = 0,45 Ом), что позволяет в достаточной мере стабилизировать выходные характеристики системы зажигания при минимальном значении питающего напряжения (6 В).

Существенно отличаются от традиционных конструкция и технология изготовления катушек зажигания для систем зажигания с низковольтным (статическим) распределением вторичного напряжения.

Например, двухвыводная катушка зажигания 29.3705 (рис. 4.29, б), применяемая в составе микропроцессорной системы управления двигателем на автомобилях семейства ВАЗ–2110, выполнена по специальной технологии, включающей пропитку обмоток эпоксидными компаундами и последующую опрессовку обмоток морозостойким полипропиленом, образующим, собственно, корпус катушки.

Дальнейшее улучшение характеристик катушек зажигания направлено на совершенствование конструкции и технологии производства катушек зажигания с замкнутой магнитной системой, обладающих большими коэффициентами передачи энергии, связи, длительностью искрового разряда по сравнению с катушками зажигания с разомкнутой системой при одинаковой запасаемой энергией в первичной цепи.

Отечественной промышленностью освоен выпуск двухвыводной катушки зажигания 3009.3705 с замкнутым магнитопроводом (рис. 4.29, в). Вторичная обмотка катушки наматывается на многосекционный каркас, выполненный из пластмассы. Внутри каркаса размещается первичная обмотка. Обе обмотки устанавливаются в пластмассовый корпус и заливаются компаундом. Такая же технология применяется и при производстве новых одновыводных катушек зажигания с замкнутой магнитной системой (рис. 4.29, г).

Свечи зажигания

Свеча зажигания предназначена для воспламенения топливо–воздушной смеси в цилиндре двигателя внутреннего сгорания. При подаче высокого напряжения на электроды свечи возникает искровой разряд, воспламеняющий топливо–воздушную смесь. Свеча является важнейшим элементом системы зажигания двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением рабочей смеси. По своему исполнению свечи зажигания бывают экранированные и неэкранированные (отрытого исполнения); по принципу работы – с воздушным искровым промежутком, со скользящей искрой, полупроводниковые, эрозийные, многоискровые (конденсаторные) и комбинированные.

Наибольшее распространение на автомобилях получили свечи зажигания с воздушным искровым промежутком. Это объясняется тем, что они удовлетворительно работают на современных двигателях, наиболее просты по конструкции и технологичны. В последние годы для специальных двигателей (например, роторно–поршневых и газотурбинных) применяют комбинированные свечи, где искровой разряд проходит частично по воздуху, а частично по поверхности изолятора.

В силу своего назначения и специфики работы свеча зажигания влияет на надежность и выходные показатели двигателя. Для правильного выбора конструкции свечи необходимо знать специфические требования, предъявляемые к ней двигателем.

По своему исполнению свечи зажигания бывают экранированные и неэкранированные (отрытого исполнения).

Современная свеча зажигания открытого исполнения (рис. 13) состоит, как правило, из металлического корпуса 4 с резьбой для ввертывания в головку цилиндра 5, бокового электрода 9, изолятора 3 с контактной головкой 2 и центральным электродом 8. Между коническими посадочными местами изолятора и корпуса кладется уплотнительная теплоотводящая шайба 7. Между головкой блока цилиндров и свечой зажигания устанавливается уплотнительное кольцо 6. Для обеспечения контакта между свечой зажигания и высоковольтным проводом иногда применяют контактную гайку 1.

Рис. 13. Свеча зажигания открытого типа

Для специальных целей, в случае необходимости наиболее полного подавления радиопомех или обеспечения работы свечи зажигания в условиях сильного загрязнения, применяют экранированные и герметизированные свечи. Контакт провода со свечой при этом обеспечивается с помощью контактного устройства, а защита от попадания влаги – с помощью резинового уплотнения. Иногда в цепь центрального электрода встраивают подавительное сопротивление 500...10000 Ом.

Материал центрального электрода свечи зажигания должен обладать высокой коррозионной и эрозионной стойкостью, жаростойкостью и хорошей теплопроводностью. Нормальная работа свечи зажигания происходит при температуре теплового конуса изолятора в пределах от 400...500 до 850...900°С. Нагар на конусе исчезает при нагреве его до температуры 400...500°С. Эта температура называется температурой самоочищения свечи зажигания. Если температура деталей свечи зажигания превысит 850...900°С, может возникнуть преждевременное воспламенение топливо–воздушной смеси (калильное зажигание) во время процесса сжатия еще до момента появления искры между электродами свечи зажигания.

Тепло , подведенное к свече зажигания, отводится от нее через различные элементы ее конструкции (корпус, изолятор, центральный электрод) и поступающую в камеру сгорания топливо–воздушную смесь. Доля теплоты, отводимая от свечи зажигания топливо–воздушной смесью, составляет около 20 %. Так как диапазон изменения температуры свечи зажигания для всех свечей практически одинаков, а тепловые условия работы ее на различных двигателях существенно отличаются, свечи зажигания изготавливаются с различной тепловой характеристикой (калильным числом).

Теплоотдача свечи зависит от длины теплового конуса изолятора. При наличии длинного теплового конуса изолятора отвод теплоты от него затрудняется. Такую свечу принято называть «горячей». Короткий тепловой конус изолятора, обеспечивающий хорошую теплопередачу, характерен для «холодных свечей». Критерием для оценки калильного числа свечи зажигания служит отвлеченный показатель, пропорциональный среднему индикаторному давлению и соответствующий порогу калильного зажигания. Калильное число определяют на испытательной установке с одноцилиндровым двигателем путем постоянного повышения тепловой нагрузки на свечу зажигания до момента появления калильного зажигания. Калильное число выбирается из следующего ряда чисел: 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26. Малые значения калильных чисел относятся к «горячим свечам», высокие значения – к «холодным».

Маркировка свечей зажигания должна содержать:

• обозначение резьбы на корпусе (А – резьба 14 х 1,25 или М – резьба М 18 х 1,5);
• калильное число;
• обозначение длины резьбовой части корпуса (Н – 11 мм, Д – 19 мм), длину резьбовой части корпуса 12 мм не обозначают;
• обозначение выступания теплового конуса изолятора за торец корпуса – В, отсутствие выступания не обозначают;
• обозначение герметизации по соединению изолятор – центральный электрод термоцементом – Т, герметизацию иным герметиком не обозначают.

Примером условного обозначения свечи зажигания с резьбой на корпусе М 14 х 1,25, калильным числом 20, длиной резьбовой части корпуса 19 мм, имеющей выступание теплового конуса изолятора за торец корпуса, загерметизированной по соединению изолятор – центральный электрод герметиком (только кроме термоцемента), является свеча зажигания А 20 ДВ.

Свечи зажигания подбирают к двигателю с учетом обеспечения надежной работы свечи и двигателя на верхнем и нижнем пределах тепловой характеристики свечи зажигания.

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
4138.		Система альтернативного голосування. Система кумулятивного голосування. Система балів	4.28 KB
	Система альтернативного голосування. Система кумулятивного голосування. Система балів Способом яким долається нерезультативність системи абсолютної більшості вже у першому турі виборів є альтернативне голосування преференційне або абсолютне голосування за якого виборці голосують за одного кандидата але вказують при цьому порядок своїх переваг для інших. Така система запроваджена у Австралії при виборах Палати представників нижньої палати австралійського парламенту.
9740.		Партийно политическая система Японии и избирательное право и система	47.98 KB
	Основные права человека гарантируются Конституцией Японии. Они определяются как вечные и незыблемые. К этим правам относятся право на равенство, свободу, социальные права, право на защиту основных прав человека. Конституция позволяет ограничивать права человека, если они нарушают общественное совместное благосостояние или права других людей.
2668.		Энергетическая система (энергосистема). Электроэнергетическая (электрическая) система	44.5 KB
	Естественные природные источники из которых энергия черпается для приготовления ее в нужных видах для различных технологических процессов называются энергетическими ресурсами. Различают следующие виды основных энергетических ресурсов: а химическая энергия топлива; б атомная энергия; в водная энергия то есть гидравлическая; г энергия излучения солнца; д энергия ветра. е энергия приливов и отливов; ж геотермальная энергия. Первичный источник энергии или энергоресурс уголь газ нефть урановый концентрат гидроэнергия солнечная...
5899.		Система права и система законодательства	22.78 KB
	Система права и система законодательства Понятие системы права Система права суть внутреннее строение структура права отражающее объединение и дифференциацию юридических норм. Основная цель этого понятия объяснить одновременно интегрирование и деление нормативного массива на отрасли и институты дать системную характеристику позитивного права в целом. Особо здесь нужно подчеркнуть то что структура права его система обусловливает его форму систему законодательства и неразрывно с ней связана. те права и обязанности которые стали...
4136.		Мажоритарна виборча система абсолютної більшості. Мажоритарна виборча система відносної більшості	3.91 KB
	Розглянемо наступний вид уніномінальних мажоритарних систем – систему абсолютної більшості яка на відміну від попередньої системи для обрання кандидата вимагає зібрати більше половини голосів виборців тобто діє формула 50 плюс один голос. Таким чином за системи абсолютної більшості вибори найчастіше всього здійснюються у два тури. При застосуванні цієї системи як правило є обов’язковий нижній поріг участі виборців у голосуванні. Головним недоліком мажоритарної системи абсолютної більшості є певна нерезультативність виборів.
5780.		Правовая система	14.89 KB
	Право как система характеризуется следующими признаками: Вопервых система права характеризуется объективностью. Вовторых для системы права характерны единство и взаимосвязь норм ее составляющих. Любой структурный элемент извлеченный из системы права лишается системных функций а следовательно и социальной значимости. Втретьих система права как целостное образование охватывает все нормы действующие в той или иной стране и представляет собой сложный многоуровневый комплекс состоящий из норм права правовых институтов и отраслей...
9300.		Система акцизов	13.4 KB
	О порядке исчисления и уплаты акцизов В законодательных актах Российской Федерации: взимание акцизов с подакцизных товаров ввозимых на территорию Российской Федерации порядок уплаты акцизов на нефть включая газовый конденсат на отдельные виды минерального сырья закон О недрах.
2238.		КРОВЕНОСНАЯ СИСТЕМА	16.95 KB
	Артерии – сосуды по которым кровь движется от сердца. В зависимости от соотношения тканевых элементов в стенке артерий выделяют артерии 3х типов: эластического типа аорта легочной ствол – в средней оболочке преобладают эластические волокна в них кровь поступает под большим давлением и с большой скоростью могут сильно растягиваться прочные; мышечного типа большинство артерий позвоночная плечевая лучевая артерии мозга – в средней оболочке хорошо развиты миоциты закручены по типу пружины которые сокращаясь регулируют...
2436.		Система фонем	5.73 KB
	Система Фонем распадается на: Вокализм подсистема гласных фонем Консонантизм подсистема согласных фонем Гласные различаются по: степени подъема языка высокая уиы средняя эо низкая а наличию или отсутствию лабиализации огубления лабеал: уо нелабиализованные: все остальные Согласные делятся на: сонорные шумные. Классификация: Смычные...
17398.		Система Сатурна	1.58 MB
	Если принять во внимание, что кольца состоят из глыб льда, то может ли это помешать пролёту космического корабля через них? Думаю, что да, так как может повредиться обшивка корабля, или корабль может отклониться от курса. Следовательно, траектория должна быть рассчитана так, чтобы миновать кольца.