Общее устройство системы зажигания. Транзисторные системы зажигания. Как работает система зажигания
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:
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.
Работа любого бензинового двигателя внутреннего сгорания была бы невозможна без специальной системы зажигания. Именно она отвечает за воспламенение смеси в цилиндрах в строго определенный момент. Различают несколько возможных вариантов:
- контактная;
- бесконтактная;
- электронная.
Одинаковы элементы разных систем зажигания автомобиля
Незаменимым и наиболее востребованным является наличие аккумуляторной батареи. Даже в отсутствие или при поломке генератора при помощи неё можно ещё некоторое время продолжать движение. Генератор также есть неотъемлемой частью, без которой нормальное функционирование любой из систем невозможно. Свечи зажигания, бронепровода, высоковольтная и управляющие элементы дополняют любую из упомянутых систем. Основное различие меду ними заключается в типе, управляющего моментом зажигания и отвечающего за искрообразование устройства.
Контактный прерыватель-распределитель зажигания
Это устройство инициирует возникновение искры высокого, до 30000 В, вольтажа на контактах свечей зажигания. Для этого он соединяется с высоковольтной катушкой, благодаря которой происходит образование высокого напряжения. Сигнал на катушку передается при помощи проводов от специальной контактной группы. При её размыкании кулачковым механизмом происходит образование искры. Момент её возникновения должен строго соответствовать требуемому положению поршней в цилиндрах. Это достигается благодаря четко рассчитанному механизму, передающему вращательное движение на прерыватель-распределитель. Одним из недостатков устройства является влияние механического износа на время возникновения искры и на её качество. Это влияет на качество работы двигателя, а значит может требовать частых вмешательств в регулировку его работы.
Бесконтактное зажигание
Этот тип устройств не зависит на прямую от размыкания контактов. Основную роль в моменте искрообразования здесь играет транзисторный коммутатор и особый датчик. Отсутствие зависимости от чистоты и качества поверхности контактной группы может гарантировать более качественное искрообразование. Однако этот тип зажигания тоже использует прерыватель-распределитель, который отвечает за передачу тока на нужную свечу в нужный момент.
Электронное зажигание
В этой системе воспламенения смеси полностью отсутствуют механические движущиеся части. Благодаря наличию специальных датчиков и особого блока управления, образование искры и момент её раздачи на цилиндры выполняются гораздо более точно и надежно, чем у вышеупомянутых систем. Это дает возможность улучшить работу двигателя, увеличить его мощность и снизить расход топлива. Кроме того, радует и высокая надежность устройств такого типа.
Основные этапы работы системы зажигания
Различают несколько основных этапов работы любых систем зажигания:
- накопление необходимого заряда;
- высоковольтное преобразование;
- распределение;
- искрообразование на свечах зажигания;
- возгорание смеси.
Видео про принцип работы системы зажигания:
Cистема зажигания двигателя
К атегория:
Техническое обслуживание автомобилей
Cистема зажигания двигателя
Приборы зажигания. Для надежного получения искрового разряда при расстоянии между электродами свечи зажигания 0,5…0,7 мм и давлении сжатой в цилиндре рабочей смеси, достигающем 1,0… 1,2МПа (10… 12 кгс/см2), к электродам должен быть подведен ток напряжением не ниже 10 000… 12 000 В.
У карбюраторных двигателей отечественных автомобилей применяют систему батарейного зажигания.
В систему зажигания входят: катушка зажигания, распределитель, конденсатор, свечи зажигания, выключатель (замок) зажигания и провода. Указанные приборы и детали образуют две электрические цепи - низкого и высокого напряжения.
Действует система зажигания следующим образом. При включенном зажигании и замкнутых контактах прерывателя по цепи низкого напряжения проходит ток от аккумуляторной батареи. Цепь тока низкого напряжения, положительный выводной штырь батареи - зажим тягового реле стартера - выключатель зажигания - зажим ВКБ катушки зажигания - добавочный резистор - зажим ВК - первичная обмотка - зажим Р - подвижной контакт прерывателя - неподвижный контакт - масса - отрицательный выводной штырь батареи.
Ток низкого напряжения, протекающий по первичной обмотке катушки зажигания (первичный ток), создает в ее сердечнике магнитное поле, пронизывающее витки обеих обмоток. Когда выступ вращающегося кулачка, нажимая рычаг подвижного контакта прерывателя, отведет этот контакт от неподвижного контакта, цепь первичного тока прервется и сердечник катушки размагнитится. Вследствие этого во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется ЭДС, величина которой благодаря быстрому уменьшению магнитного потока в сердечнике и большому числу витков этой обмотки достигает 15…16 кВ. Под действием индуцированной во вторичной обмотке ЭДС на электродах свечи возникает искровой разряд, воспламеняющий
Когда (при средних и больших частотах вращения двигателя) система зажигания питается от генератора, в соответствующие участки цепей низкого и высокого напряжения вместо батареи входит генератор.
В момент размыкания цепи тока низкого напряжения в первичкои обмотке катушки индуцируется ЭДС самоиндукции величиной 200… ..300 В. Под ее действием в цепи низкого напряжения возникает ток самоиндукции. Поскольку направление тока самоиндукции совпадает с направлением прерванного первичного тока, он противодействует размагничиванию сердечника катушки и этим снижает напряжение вторичного тока.
Кроме того, ток самоиндукции, проходя через начинающие размыкаться контакты прерывателя, вызывает искрение между ними и быстрое подгорание контактов.
Это вредное влияние тока самоиндукции устраняет конденсатор. Возникающий в момент начала размыкания контактов прерывателя кратковременный ток самоиндукции заряжает конденсатор. Так как конденсатор включен параллельно контактам прерывателя, они почти не подгорают.
Конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки зажигания. При этом разрядный ток конденсатора, протекая по этой обмотке в направлении, противоположном направлению первичного тока, способствует более резкому исчезновению магнитного поля, созданного первичным током, благодаря чему повышается напряжение вторичного тока.
Катушка зажигания состоит из стального корпуса, сердечника, первичной и вторичной обмоток, карболитовой крышки с центральным контактом и зажимами В К-Б, В К и Р и добавочного резистора.
Корпус катушки при помощи хомута и винтов укреплен в моторном отсеке автомобиля.Сердечник изготовлен из отдельных пластин электротехнической стали, благодаря чему ослабляются индуцируемые в нем вихревые токи. Вторичная обмотка состоит из 18…20 тыс. витков эмалированного провода диаметром 0,07…0,10 мм и намотана на картонную трубку, установленную на сердечнике. Первичная обмотка, имеющая 300…350 витков изолированного провода диаметром 0,7…0,85 мм, намотана поверх вторичной и изолирована от нее слоем специальной бумаги. Чтобы повысить надежность изоляции, обе обмотки пропитаны трансформаторным маслом. С этой же целью все свободные полости в корпусе катушки залиты специальной изоляционной массой, а у некоторых катушек зажигания (например, Б-13 автомобилей ЗИЛ-130) заполнены трансформаторным маслом.
Добавочный резистор (вариатор), включенный в цепь низкого напряжения последовательно с первичной обмоткой катушки зажигания, улучшает работу катушки зажигания при большой частоте вращения коленчатого вала двигателя, а также облегчает пуск двигателя стартером. Когда двигатель работает при малой частоте вращения, контакты прерывателя остаются замкнутыми сравнительно длительное время, и в течение него сила тока в первичной обмотке успевает достигнуть максимальной величины. При этом стальная спираль вариатора нагревается и ее электрическое сопротивление возрастает, ограничивая силу тока в первичной цепи. Во время работы при больших частотах вращения время замкнутого состояния контактов уменьшается, и сила тока в первичной обмотке не успевает возрасти до максимальной величины. Нагрев и сопротивление вариатора уменьшаются, что частично компенсирует ослабление тока в первичной обмотке. Поэтому напряжение вторичного тока остается достаточно высоким.
При пуске двигателя стартером вариатор выключается (замыкается накоротко) дополнительным реле стартера. Поэтому, несмотря на падение напряжения аккумуляторной батареи в момент включения стартера, сила тока в первичной обмотке катушки зажигания и напряжение во вторичной обмотке достаточны.
Распределитель состоит из прерывателя и собственно распределителя, объединенных в один прибор с общим приводом (рис. 37).
Прерыватель разрывает в требуемые моменты цепь первичного тока. Он состоит из чугунного корпуса, неподвижного опорного и подвижного дисков, вольфрамовых контактов, валика, кулачка, центробежного и вакуумного регуляторов опережения зажигания и октан-корректора.
Распределитель устанавливают на двигателе и крепят к нему пластиной. Валик прерывателя приводится во вращение от распределительного (у некоторых двигателей, например АЗЛК-412, от коленчатого) вала двигателя. Частота вращения валика прерывателя в два раза ниже частоты вращения коленчатого вала. Кулачок, установленный на валике сверху, связан с ним центробежным регулятором. Число выступов на боковой поверхности кулачков равно числу цилиндров двигателя.
Соединенный с массой неподвижный контакт («наковальня») и изолированный от массы качающийся рычаг («молоточек») с контактом смонтированы на подвижном диске, установленном на диске, на шариковом подшипнике. Рычаг через гибкий проводник, зажим прерывателя и наружный провод соединен с зажимом Р первичной обмотки катушки зажигания.
Действующая на рычаг пластинчатая пружина стремится удерживать контакты замкнутыми. За два оборота коленчатого вала кулачок прерывателя сделает один оборот и его выступы разомкнут контакты, а следовательно, прервут цепь тока низкого напряжения столько раз, сколько двигатель имеет цилиндров. При каждом размыкании во вторичной обмотке катушки индуцируется ток высокого напряжения.
Рис. 37. Распределитель:
Распредел ител ь служит для распределения тока высокого напряжения по свечам в соответствии с порядком работы цилиндров. Его основные части: карболитовая крышка и ротор. Крышку крепят к корпусу распределителя пружинными застежками. Чтобы ротор не провертывался относительно кулачка, его фиксируют на лыске кулачка. В гнездо центрального контакта крышки распределителя вставляют провод высокого напряжения, соединяющий распределитель со вторичной обмоткой катушки, а гнезда боковых контактов, число которых равно числу цилиндров, - провода от свечей, которые присоединяют к боковым контактам в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Так, если порядок работы цилиндров 1-5-4-2-6-3-7-8 (ЗИЛ-130, 3M3-53), то провод от первой свечи присоединяют к первому по вращению ротора боковому контакту распределителя, провод от пятой свечи - ко второму контакту, от четвертой - к третьему контакту, от второй - к четвертому и т. д.
Конденсатор состоит из двух тонких алюминиевых лент (обкладок), изолированных друг от друга конденсаторной бумагой, пропитанной трансформаторным маслом. Применяют также малогабаритные конденсаторы, изготовленные из металлизированной бумаги. Роль обкладок в таких конденсаторах выполняют очень тонкие слои олова, покрытого цинком, нанесенного с одной стороны на ленты лакированной конденсаторной бумаги. Преимущество этих конденсаторов - способность самовосстанавливаться при пробое изоляции между обкладками, поскольку слой металла около места пробоя выгорает и замыкание устраняется. Алюминиевые и бумажные или металлизированные бумажные ленты свернуты в рулон и помещены в цилиндрический корпус из оцинкованной стали. Одна обкладка конденсатора соединена с его корпусом, а другая - с выводным проводом. Корпус конденсатора крепят к корпусу распределителя, а его провод - к зажиму 20, соединенному с рычагом подвижного контакта. Емкость конденсатора 0,17…0,25 мкФ.
Опережение зажигания. Искровой разряд (искра) должен появляться между электродами свечи, когда поршень несколько не доходит до ВМТ в конце сжатия, т. е. с опережением. Это необходимо, чтобы к моменту прохождения поршнем ВМТ рабочая смесь успела полностью воспламениться.
Величину опережения зажигания измеряют углом поворота коленчатого вала от момента появления искры до прихода поршня в ВМТ. Этот угол должен изменяться в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки двигателя и октанового числа топлива. Если угол опережения мал (позднее зажигание), двигатель не развивает полной мощности, расходует много топлива и перегревается; иногда наблюдаются вспышки в карбюраторе. При чрезмерно большом угле опережения (раннее зажигание) возникают детонационные стуки, мощность двигателя снижается, а при пуске происходят обратные удары, что особенно опасно при пользовании рукояткой.
Чем выше частота вращения коленчатого вала, тем больше должен быть угол опережения зажигания, так как за время (примерно 0,002 с), необходимое для воспламенения всего объема рабочей смеси в цилиндре, при большой частоте вращения коленчатый вал успевает повернуться на больший угол, чем при малой частоте вращения. Угол опережения зажигания при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя автоматически изменяет центробежный регулятор (рис. 38).
На валике прерывателя жестко укреплена ведущая пластина с грузиками, шарнирно установленными на запрессованных в пластину осях. Сверху на валик свободно надет кулачок, удерживаемый от перемещения вверх винтом, над которым в отверстие кулачка вставлена войлочная шайба. Вырезами пластина надета на штифты грузиков. Вращение валика передается кулачку через пластину, грузики, их штифты и ведомую пластину.
При малых частотах вращения коленчатого вала грузики удерживаются пружинами в близи оси валика. Когда частота вращения увеличивается, грузики по инерции расходятся (рис. 38, б). Силы упругости растягиваемых при этом пружин увеличиваются, и когда они станут достаточными для удерживания грузиков на постоянном расстоянии от оси вращения, расхождение грузиков прекратится. Каждой частоте вращения соответствует определенная степень расхождения грузиков.
Штифты расходящихся грузиков, действуя на стенки вырезов ведомой пластины, повертывают ее и кулачок прерывателя относительно валика 9 в сторону его вращения (вперед) на определенный угол, зависящий от частоты вращения. При этом выступы кулачка раньше размыкают контакты прерывателя, и угол опережения зажигания увеличивается. Угол опережения зажигания, достигаемый за счет действия центробежного регулятора опережения, составляет 0,2-0,25 рад (11-14°).
С увеличением нагрузки двигателя (степени открытия дросселя карбюратора) угол опережения зажигания должен уменьшаться, так как при этом в цилиндры поступает больше горючей смеси, давление при ее сжатии и скорость горения возрастают.
При уменьшении нагрузки угол опережения должен, наоборот, увеличиваться. Изменяется угол опережения зажигания в зависимости от нагрузки также автоматически вакуумным регулятором. Его корпус прикреплен винтами к корпусу распределителя. Между завальцованными частями корпуса регулятора зажата диафрагма из специальной ткани, соединенная тягой с подвижным диском распределителя. Трубкой, присоединенной к отверстию, полость наружной (правой) части корпуса регулятора сообщена с нижней частью смесительной камеры карбюратора, поэтому в этой полости во время работы двигателя создается разрежение.
При малой нагрузке (дроссель карбюратора прикрыт) разрежение усиливается, диафрагма выгибается вправо и тягой повертывает диск прерывателя против движения часовой стрелки (навстречу направлению вращения кулачка), В результате контакты размыкаются раньше и угол опережения зажигания увеличивается. С возрастанием нагрузки разрежение становится меньше, пружина выгибает диафрагму влево и повертывает диск по движению часовой стрелки, вследствие чего угол опережения зажигания уменьшается. В зависимости от нагрузки вакуумный регулятор опережения зажигания изменяет угол опережения на величину до 0,2 рад (11°).
Рис. 38. Центробежный регулятор опережения зажигания:
а - детали регулятора; б - действие грузиков;1 - войлочная шайба; 2 - винт; 3 - кулачок; 4 - ведомая пластина; 5 - штифт грузика; 6 - грузики; 7 - ось грузика; 3 - ведущая пластина; 9 - валик прерывателя; 10 - пружина; 11 - вырез ведомой пластины.
Высокое октановое число бензина позволяет устанавливать больший угол опережения зажигания и этим повышать мощность двигателя без появления детонации. При низком октановом числе угол опережения необходимо уменьшить. Угол опережения изменяют в зависимости от антидетонационных свойств топлива вручную при помощи октан-корректора. Он состоит из снабженной шкалой а неподвижной нижней пластины, прикрепленной винтом к головке цилиндров двигателя или корпусу привода распределителя, и жестко прикрепленной винтом к корпусу распределителя верхней пластины, имеющей заостренный выступ в, скользящий по делениям шкалы а. Пластины прижаты друг к другу винтом и, кроме того, соединены тягой, один конец которой шарнирно соединен с нижней пластиной, а другой, снабженный резьбой, пропущен через отверстие вертикально отогнутого края (отбортовки) верхней пластины. На тягу навинчены рифленые гайки, располагающиеся по обе стороны отбортовки верхней пластины.
Пределы изменения угла опережения октан-корректором составляют ± 0,21 рад (12°) от среднего (нулевого) деления шкалы, нанесенной на пластине.
Свечи зажигания. В стальном корпусе свечи (рис. 39) помещен керамический изолятор с центральным электродом. Изолятор зажат между медными кольцевыми прокладкамии укреплен путем завальцовывания верхней кромки корпуса свечи. В нижнюю часть корпуса запрессован боковой электрод. Нижняя часть центрального электрода и боковой электрод изготовлены из сплава никеля с марганцем. Между электродами должен быть зазор 0,6… …0,7 мм.
Свечу ввертывают по резьбе в отверствие головки цилиндров. Для уплотнения под заплечики ее корпуса ставят медно-асбестовую прокладку. К наконечнику присоединяют провод от распределителя.
Свечи для автомобильных двигателей имеют следующую маркировку: А11У (3M3-53), А7, 5БС (ГАЗ-24), А15Б (ЗИЛ-130). Буква вначале определяет диаметр резьбовой части корпуса: М - 18 мм; А - 14 мм. Числа указывают длину нижней части (юбки) изолятора в миллиметрах.
Рис. 39. Свеча зажигания:
1 и 2 -электроды; 3, 5 и 6 - прокладки; 4 - корпус; 7 - изолятор центрального электрода; 8 - наконечник центрального электрода.
Выключатель зажигания. Им разъединяют цепь тока низкого напряжения для остановки двигателя. Кроме того, выключатель зажигания используют для включения и выключения стартера, электрических приборов (указателя температуры воды, давления масла и уровня топлива в баке автомобиля), а иногда и для включения радиоприемника (легковые автомобили). Выключатель снабжен замком, допускающим включение только при помощи индивидуального ключа.
В корпусе выключателя (рис. 40, а) расположены: панель с зажимами AM (амперметр), КЗ (катушка зажигания), СТ (стартер), ПР (приборы) и контактами, ротор с контактной пластиной, имеющей три выступа, и шариковым фиксатором; цилиндр с запорным устройством.
Рис. 40. Выключатель зажигания:
а - устройство; б - схема положений ключа зажигания (в таблице заштрихованы зажимы, соединенные с питающим зажимом AM при различных положениях ключа);
ПР - зажимы; 1 - вращающаяся контактная пластина; 2 - неподвижный контакт; 3 - пружина ротора; 4 - цилиндр замка; 5 - хромированная гайка корпуса; 6- корпус; 7 - ротор; 8 - шариковый фиксатор ротора; 9 - панель с неподвижными контактами и зажимами.
Устройства для подавления помех радиоприему. При работе двигателя провода высокого напряжения системы зажигания излучают электромагнитные волны и этим создают помехи в работе радиоприемников, расположенных вблизи автомобиля. Уменьшения (подавления) этих помех достигают, применяя в цепях тока высокого напряжения подавительные резисторы, которые помещают в наконечнике провода, соединяющего вторичную обмотку катушки зажигания с распределителем, а также в наконечниках проводов, идущих от распределителя к свечам зажигания.
Помимо подавительных резисторов, для уменьшения помех радиоприему за последнее время применяют также провода высокого напряжения с распределенным по всей их длине (25-40 кОм на 1 м) сопротивлением, у которых вместо металлической жилы используют жилу из волокна, пропитанного токопроводящим составом, содержащим ацетиленовую сажу.
Контактно-транзисторная система зажигания. В описанной выше системе батарейного зажигания с ростом частоты вращения коленчатого вала двигателя происходит снижение напряжения во вторичной цепи, вызываемое (особенно у двигателей с большим числом цилиндров) сокращением времени замкнутого состояния контактов прерывателя, вследствие чего уменьшается магнитный поток в катушке зажигания. Этого можно было бы избежать, увеличивая ток в первичной цепи, однако такое увеличение приводит к быстрому (после 10…15 тыс. км пробега) подгоранию контактов прерывателя.
В связи с этим стала получать распространение контактно-транзисторная система, позволяющая получить более высокое вторичное напряжение, чем при обычной системе батарейного зажигания. Контактно-транзисторная система применяется, в частности, на двигателях ЗИЛ-130, 3M3-53.
Помимо приборов и деталей, входящих в обычную систему батарейного зажигания, контактно-транзисторная система имеет транзисторный коммутатор и блок добавочных резисторов. Прерыватель контактно-транзисторной системы размыкает не первичную цепь системы зажигания, а цепь сравнительно слабого (0,7 А) тока управления германиевым транзистором, являющимся основной составной частью транзисторного коммутатора. В свою очередь, транзистор прерывает более сильный ток первичной обмотки катушки зажигания. Поскольку контакты прерывателя разгружены от первичного тока, срок их службы увеличивается до 100 тыс. км и более.
Катушка зажигания Б114 контактно-транзисторной системы отличается меньшим, чем у обычных катушек, сопротивлением первичной обмотки, благодаря чему максимальный ток первичной цепи достигает 8А, тогда как в обычной катушке он не превышает 4А. Блок добавочных резисторов контактно-транзисторной системы, состоящий из двух резисторов, по 0,52 Ом каждый, включен между выключателем и катушкой. Во время пуска двигателя стартером один из этих резисторов замыкается накоротко.
Неисправности приборов зажигания. Неисправности в системе зажигания приводят к нарушению моментов воспламенения рабочей смеси в цилиндрах, перебоям в работе свечей или полному прекращению искрообразования. Основные из этих неисправностей следующие.
Прерыватель: подгорание контактов, ненормальный зазор между ними, нарушение момента размыкания контактов (слишком раннее или позднее зажигание), износ валика и втулок прерывателя.
Подгоревшие контакты прерывателя зачищают. Зазор между контактами доводят до нормального регулировкой. При нарушении правильного момента размыкания контактов уточняют установку зажигания. Изношенные валик и втулки заменяют.
Распределитель: трещины в крышке или роторе распределителя, вызывающие утечку (пробой на массу) тока высокого напряжения; изнсс или утеря угольного контакта. В этих случаях неисправные детали распределителя заменяют новыми.
Конденсатор: пробой изоляции между обкладками или обрыв выводного проводника изолированной обкладки. Признак этих неисправностей - быстрое подгорание контактов прерывателя и перебои в работе двигателя. Неисправный конденсатор заменяют.
Катушка зажигания: обрыв; междувитковые замыкания в обмотках или пробой на массу из-за появления трещин в карболитовой крышке. Катушку проверяют на специальном стенде в мастерской, неисправную заменяют.
Свечи зажигания: нарушение нормальной величины зазора между электродами; нагар на изоляторе центрального электрода, являющийся причиной утечки тока помимо искрового промежутка; трещины изолятора, вызывающие пробой тока высокого напряжения на корпус свечи.
Чтобы воспламенить топливовоздушную смесь, в нужный момент в цилиндр должна быть подана электрическая искра. Эту задачу выполняет электронная система зажигания.
Устройство электронной системы зажигания
В электронной системе зажигания инжектора используется принцип статического распределения высокого напряжения, то есть в системе отсутствуют подвижные детали. На инжекторных авто высокое напряжение с катушки зажигания подается в два цилиндра, поршни которых в данный момент движутся к верхней мертвой точке. В одном из цилиндров происходит такт сжатия смеси, во втором - такт выпуска.Такой принцип распределения высокого напряжения называется "методом холостой искры" . На современных инжекторных двигателях устанавливают индивидуальные катушки зажигания на каждый из цилиндров.
Управление углом опережения зажигания
В электронных системах зажигания моментом искрообразования управляет контроллер. Определив значение оборотов коленвала в данный момент и нагрузку на двигатель, контроллер рассчитывает базовый угол опережения зажигания. Далее этот угол может быть скорректирован (например, уменьшен, если обнаружена детонация). Рассчитав окончательное значение угла опережения зажигания, контроллер выдает управляющий сигнал на модуль зажигания в момент, когда поршень, движущийся к ВМТ, займет требуемое положение.Состав системы зажигания инжекторного двигателя
В электронной системе зажигания можно выделить следующие детали:- Контроллер;
- Датчик положения коленчатого вала (ДПКВ);
- Шкив с зубчатым венцом;
- Модуль зажигания;
- Высоковольтные провода;
- Свечи зажигания.
Модуль зажигания
Модуль зажигания включает в себя две катушки зажигания и два высоковольтных ключа-коммутатора.
Катушка зажигания служит для накопления энергии, достаточной для воспламенения топливовоздушной смеси, в ее вторичной цепи формируется высокое напряжение, которое далее подается на свечи зажигания. Катушка зажигания состоит из двух индуктивно связанных обмоток (первичной и вторичной).
Коммутатор служит для включения и выключения тока в первичной обмотке катушки зажигания. Контроллер рассчитывает необходимое время включенного состояния в зависимости от текущих оборотов коленвала и напряжения бортсети и подает на коммутатор управляющий сигнал. В течение времени включенного состояния (времени накопления) ток в первичной обмотке катушки зажигания возрастает до заданного оптимального значения, при котором величина запасаемой энергии достигает максимума. Если время накопления слишком велико, то катушка зажигания будет работать с насыщением, что приведет к ее перегреву и снижению КПД.
Высоковольтные провода зажигания
С помощью высоковольтных проводов высокое напряжение с катушки зажигания подается на свечи зажигания. Высоковольтный провод представляет собой токопроводящую жилу в силиконовой изоляции, на концах которой и находятся высоковольтные контактные наконечники. Высоковольтный провод обладает сопротивлением 6-15 кОм. Это делается специально для снижения уровня электромагнитных помех, которые возникают в момент искрообразования.Свечи зажигания
Свеча зажигания: 1 - контакт; 2 - изолятор; 3 - корпус; 4 - электропроводное стекло; 5 - уплотнение; 6 - центральный электрод; 7 - боковой электрод
Свечи зажигания служат для воспламенения топливовоздушной смеси. При увеличении напряжения вторичной цепи до величины пробоя искровой промежуток между центральным и боковым электродами свечи зажигания становится токопроводящим, запасенная энергия катушки зажигания преобразуется в искру, воспламеняющую топливовоздушную смесь.
Величина напряжения пробоя искрового промежутка зависит от зазора между электродами, от геометрии электродов, от давления в камере сгорания и от коэффициента избытка воздуха смеси в момент воспламенения. С ростом давления в камере сгорания напряжение пробоя увеличивается.
Длина искрового промежутка влияет на качество сгорания топливовоздушной смеси. Чем больше искровой промежуток, тем увереннее происходит ее воспламенение. Но максимальное значение межэлектродного расстояния ограничивается максимально допустимым значением вторичного напряжения катушки зажигания, скоростью нарастания вторичного напряжения, которое, в свою очередь, определяется конструктивными особенностями катушки зажигания, высоковольтных проводов и свечей зажигания.
Датчик положения коленвала (ДПКВ)
Чтобы обеспечить оптимальное управление двигателем, контроллер системы управления должен всегда знать точное положение поршней в цилиндрах двигателя относительно ВМТ. Для этой цели шкив привода генератора дополнили зубчатым венцом. Расчетное количество зубьев на венце 60, при этом два из них отсутствуют. Угловое расстояние между зубьями составляет 6°.В паре с зубчатым шкивом работает ДПКВ. Воздушный зазор между ДПКВ и зубчатым венцом составляет 0,7-1,1 мм.
С началом прокрутки двигателя контроллер анализирует сигнал ДПКВ, пытаясь выделить два пропущенных зуба на венце шкива (после пропущенных идет первый зуб). Как только это происходит, становится возможным расчет угла опережения зажигания, расчет фаз впрыска топлива и управление модулем зажигания и форсунками. Сигнал ДПКВ используется также для расчетов скорости вращения коленвала и его ускорения.
Назначение устройства и принцип работы.
Основное назначение системы зажигания автомобиля является подача искрового разряда на свечи зажигания в определённый такт работы бензинового двигателя. Для дизельных двигателей под зажиганием понимают момент впрыска топлива в такт сжатия. В некоторых моделях автомобилей система зажигания, а именно ее импульсы подаются на блок управления погружным топливным насосом. Систему зажигания, по мере своего развития, можно разделить на три типа. Контактная система зажигания, импульсы у которой создаются во время работы контактов на разрыв. Бесконтактная система зажигания, управляющие импульсы создаются электронным транзисторным управляющим устройством – коммутатором, (хотя правильно его назвать генератором импульсов). Микропроцессорная система зажигания - это электронное устройство, которое управляет моментом зажигания, а также другими системами автомобиля. Для двухтактных двигателей, без внешнего источника питания используются системы зажигания типа магнето. Основана на принципе создания ЭДС при вращении постоянного магнита в катушке зажигания по заднему фронту импульса.
Устройство системы зажигания
Все вышеперечисленные виды систем зажигания похожи между собой, отличаются только методом создания управляющего импульса. Так в систему зажигания входят:
1.Источник питания для системы зажигания, это аккумуляторная батарея (в момент запуска двигателя), и генератор (во время работы двигателя).
2.Выключатель зажигания – это механическое или электрическое контактное устройство подачи напряжения на систему зажигания, или по-другому – замок зажигания. Как правило, выполняет две функции: подачи напряжения на бортовую сеть и систему зажигания, подачи напряжения на втягивающее реле стартера автомобиля.
3.Накопитель энергии – узел предназначенный для накопления, преобразования энергии достаточной для возникновения электрического разряда между электродами свечи зажигания. Условно накопители энергии можно разделить на индуктивный и емкостный.
Простейший индуктивный накопитель – это катушка зажигания, которая представляет собой автотрансформатор, первичная обмотка у него подключается к плюсовому полюсу и через устройство разрыва к минусовому. Во время работы устройства разрыва, например кулачков зажигания, в первичной обмотке возникает напряжение самоиндукции. Во вторичной обмотке образуется повышенное напряжение, достаточное для пробоя воздушного зазора свечи.
Емкостный накопитель представляет собой емкость, которая заряжается повышенным напряжением и в нужный момент отдает свою энергию на свечу зажигания
4.Свечи зажигания, представляют собой устройство с двумя электродами находящимися друг от друга на расстоянии 0,15-0,25 мм. Представляет собой фарфоровый изолятор, насаженный на металлическую резьбу, в центре находится центральный проводник, который служит электродом, вторым электродом является резьба.
5.Система распределения зажигания предназначена для подачи в нужный момент энергии от накопителя к свечам зажигания. В состав системы входят распределитель, и(или) коммутатор, блок управления системой зажигания.
Распределитель зажигания (трамблёр) – устройство распределения высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам цилиндров. Обычно в распределителе собран и кулачковый механизм. Распределение зажигания может быть механическим и статическим. Механический распределитель представляет собой вал, который приводится в действие от двигателя и при помощи «бегунка» распределяет напряжение по высоковольтным проводам. Статическое распределение зажигания подразумевает под собой отсутствие вращающихся деталей. При таком варианте катушка зажигания присоединятся непосредственно к свече, а управление происходит от блока управления зажиганием. Если, например, двигатель автомобиля имеет четыре цилиндра, то и катушек будет четыре. Высоковольтные провода в данной системе отсутствуют.
Коммутатор – электронное устройство для генерации импульсов управления катушкой зажигания, включается в цепь питания первичной обмотки катушки и по сигналу от блока управления разрывает питание, в результате чего возникает напряжение самоиндукции.
Блок управления системой зажигания – микропроцессорное устройство, которое определяет момент подачи импульса в катушку зажигания, в зависимости от данных датчиков положения коленвала, лямбда-зондов, температурных датчиков и датчика положения распредвала.
6.Высоковольтный провод - это одножильный провод с повышенной изоляцией. Внутренний проводник может иметь форму спирали, для исключения помех в радиодиапазоне.
Принцип работы системы зажигания
Рассмотрим принцип действия классической системы зажигания. При вращении вала привода трамблёра в действие приводятся кулачки, которые «разрывают» подаваемые на первичную обмотку автотрансформатора (бобину) 12 вольт. При пропадании напряжения на трансформаторе, в обмотке появляется ЭДС самоиндукции, соответственно на вторичной обмотке возникает напряжение порядка 30000 вольт. Высокое напряжение подается в распределитель зажигания (бегунок), который вращаясь попеременно подает напряжение на свечи в зависимости от такта работы двигателя внутреннего сгорания. Высокого напряжения достаточно для пробоя искровым разрядом воздушного зазора между электродами свечи зажигания.
Опережение зажигания нужно для более полного сгорания топливной смеси. Из-за того, что топливо сгорает не сразу, поджечь его необходимо немного раньше, до прихода в ВМТ. Момент подачи искры должен быть точно отрегулирован, потому что в ином случае (раннее или позднее зажигание) двигатель потеряет свою мощность, возможна повышенная детонация.
