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.

В последние годы электронные приборы находят все большее применение в автомобильном транспорте, в том числе и приборы электронного зажигания. Прогресс автомобильных карбюраторных двигателей неразрывно связан с их дальнейшим совершенствованием. Кроме того, сейчас к приборам зажигания предъявляются новые требования, направленные на радикальное повышение надежности, обеспечение топливной экономичности и экологической чистоты двигателя.

Существуют две системы устройств электронного зажигания - транзисторные и тринисторные. Сравнивая их между собой, можно отметить характерные преимущества и недостатки.

Транзисторные устройства проще и дешевле, обеспечивают большую длительность искрового разряда в свечах, достигающую 2.Б…З мс. Однако при сравнительно небольшой скорости нарастания высоковольтного напряжения на свечах эффективность работы их значительно падает от появления шунтирующих нагрузок, которые обусловлены дополнительными утечками тока, вызванными загрязнением электропроводки, самого распределителя, работающего под высоким напряжением, изоляторов свечей и нагара в них, а со временем и старения изолирующих деталей системы зажигания. Кроме того, транзисторные устройства требуют применения специальной катушки зажигания.

Тринисторные устройства несколько сложнее и позволяют получить высокую скорость нарастания высоковольтного напряжения на свечах, практически не критичны к шунтирующим нагрузкам. Ток утечки не влияет существенно на качество искрового разряда при крутом фронте его нарастания. Но, имея малую длительность искры, в лучших конструкциях - до 0,6 мс, тринисторные устройства также не обеспечивают эффективной работы двигателя в свете новых требований.

Тринисторная система зажигания принципиально отличается от транзисторной тем, что в ней энергия накапливается не в катушке зажигания, а в накопительном конденсаторе. Такой принцип действия позволяет в наибольшей степени устранить недостатки, присущие как классической контактной, так и транзисторной системам. Поэтому тринисторная система была взята за основу с целью доработки ее таким образом, чтобы увеличить длительность искрового разряда и свече до 1,1…1,3 мс, так как типичная для таких систем длительность 0,25 мс явно недостаточна для стабильной работы двигателя на разных режимах, полного сгорания топливной смеси и особенно для надежного пуска двигателя в зимнее время.

Как было установлено автором, на автомобиле ЗАЗ для надежного пуска двигателя в зимнее время длительность искрового разряда должна быть как минимум 0,8 мс с экспериментально измеренной амплитудой напряжения 1 В на сопротивлении 14 Ом в цепи свечи при минимальном напряжении бортовой сети 5…6 В, что обусловлено работой стартера. Эти условия были исходными для разработки усовершенствованного блока. Известно, что выпускаемые промышленностью тринистор-ные электронные устройства, имеющие длительность искрового разряда 0,25…0,6 мс, обеспечивают стабильную работу устройства при снижении напряжения питания до 8 В, что явно недостаточно для надежного пуска двигателя в зимнее время.

Технически задача была сформулирована следующим образом: при пуске двигателя необходимо подавать довольно мощную серию импульсов длительностью не менее 0,8 мс во время нахождения поршня цилиндра в верхней мертвой точке. Следовало также попытаться использовать этот принцип и для основного режима работы двигателя.

В результате разработки был создан блок тринисторного зажигания (БТЗ) со следующими параметрами:

Напряжение питания, В 12±50 %

Начальный потребляемый ток, А ….. 0,55

Максимальный потребляемый ток, А. . . . 2,2…2,5

Максимальная частота вращения 4-цилиндрового двигателя, об/мин 5000

Начальная амплитуда 1-го разрядного импульса на сопротивлении 14 Ом, В 3±0,2

Длительность искрового разряда в свече, мс. 1,1…1,3

Напряжение на накопительном конденсаторе, В 400

Нестабильность напряжения на накопительном
конденсаторе при минимальной и максимальной частоте вращения, %. 10

Рабочая частота генератора, Гц ….. 800

Принципиальная электрическая схема БТЗ приведена на рис. 1. Во многом она повторяет известные разработки, поэтому ниже приведено описание работы отличающихся узлов. Подключение БТЗ к системам зажигания автомобилей приведено на рис. 2, 3.

Основным отличием БТЗ является введение обратной связи на управляющий электрод тринистора VS1 через цепочку C5R7R8VD12, в результате чего за один цикл работы БТЗ на управляющий электрод подается не только импульс по цепи запуска от контактного прерывателя, как раньше, а пакет из 4…5 импульсов (рис.4). В итоге после размыкания контактов прерывателя тринистор дополнительно открывается соответственное число раз, обеспечивая тем самым более полную разрядку накопительного конденсатора С4 на первичную обмотку катушки зажигания, т. е. более полное использование запасенной энергии на создание разряда в искровом промежутке.

Дополнительная серия искровых разрядных импульсов в свече после первых двух (импульсы 3… на рис 5) образуется за счет накопленной от разрядки конденсатора С4 электромагнитной энергии в катушке зажигания при пробое искрового промежутка свечи и трансформации этой энергии в первичную обмотку с подзарядкой накопительного конденсатора. Эти же импульсы воздействуя с уменьшающейся амплитудой через цепочку C5R7R8VD12 на управляющий электрод тринистора VS1, заставляют его открываться через каждые 150…200 мкс, что обеспечивает повторную разрядку накопительного конденсатора С4 на первичную обмотку. Так продолжается до тех пор, пока не израсходуется вся энергия, запасенная в катушке зажигания от первого разрядного импульса. Таким образом, добавлением цепочки C5R7R8 с диодом VD12 удалось увеличить длительность искрового разряда в свече до 1,3 мс. В известных разработках тринисторных систем обеспечено лишь частичное использование энергии, запасенной емкостным накопителем. Искровой разряд БТЗ имеет колебательный затухающий характер с изменением полярности полуволн. Такой характер разрядного процесса положительно влияет на увеличение срока службы свечей, так как происходит равномерное выгорание металла как центрального, так и бокового электродов в искровом промежутке.

Многократное искрообразование в течение одного цикла создает дополнительную нагрузку на преобразователь постоянного тока и увеличивает время запуска автогенератора после срыва колебаний при включении тринистора. При испытании модернизированного заводского блока зажигания (типа Электроника) напряжение на накопительном конденсаторе снижалось с 400 до 80 В на большой частоте вращения коленчатого вала двигателя. Такое устройство не могло нормально работать. С целью устранения этого недостатка был изготовлен более мощный преобразователь с удвоением выходного напряжения. Это схемное решение, являясь второй отличительной чертой усовершенствованного блока зажигания, привело к уменьшению времени пуска автогенератора с 1 до 0,25 мс, так как обеспечивалась более мягкая связь между тринисторным коммутатором и автогенератором. При неизменном напряжении питания устройство позволяет обеспечивать на минимальной и максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя довольно постоянное напряжение на накопительном конденсаторе С4, колеблющееся в пределах лишь 8…10%. Напряжение на накопительном конденсаторе выбрано таким же, как и у заводского блока - 400 В при номинальном напряжении питания.

Элементы R5 и СЗ в цепи высокого напряжения +400 В служат для сглаживания и стабилизации высокого напряжения на выходе выпрямителей, а также для уменьшения времени запуска автогенератора.

В связи с уменьшением количества витков вторичной обмотки трансформатора Т1 в два раза увеличилась его надежность, так как напряжение на вторичной обмотке уменьшилось с 400 до 200 В.

Усовершенствованный таким образом блок обеспечивает значительное улучшение пуска двигателя в зимнее время, надежную работу на скоростях до 90… 100 км/ч. На автомобиле ЗАЗ-968 был неоднократно проверен расход бензина на 100 км пробега. Экономия составила 7,2 %. Наряду с установкой БТЗ был также увеличен зазор в свечах до 1,5 мм, а положение регулятора качества смеси для ее обеднения было изменено с 1,5…2,0 оборотов (720°) до 180…2000 от своего начального полностью закрученного положения.

Выясняя причины плохого пуска двигателя в зимнее время, было обнаружено следующее: при падении напряжения в бортсети автомобиля до 5…6 В во время работы стартера БТЗ, как и другие блоки зажигания, не обеспечивал стабильной подачи искры в цилиндры. Причиной тому оказалось следующее: при таком значительном снижении напряжения питания амплитуда управляющих импульсов, которые поступают в т.А при размыкании контактов прерывателя (рис. 1), оказывается недостаточной для надежного запуска тринистора VS1, становясь соизмеримой с уровнем помех от работающего стартера и транзисторного автогенератора. Это вызывает пропуски искрообразования. Используемый фильтр L1C7 выполняет две функции. Основная из них: после размыкания прерывателя в обмотке дросселя L1 за счет накопленной магнитной энергии возникают затухающие колебания из-за переходного процесса, по принципу равносильного тому, как это происходит в классической батарейной системе зажигания. Амплитуда этих колебаний в зависимости от индуктивности дросселя L1 может достигать нескольких десятков вольт. Положительные полуволны колебаний длительностью до 10… 15 мкс через диод VD11 накладываются на передние фронты основных импульсов и обеспечивают надежный запуск тринистора VS1 (в описываемом устройстве их амплитуда составляла 7…9 В).

Второе назначение фильтра L1C7 - уменьшение влияния помех от работы стартера и транзисторного автогенератора на пусковую цепь тринистора.

Конструктивно БТЗ может быть выполнен в двух модификациях: в виде объемного модуля с расположением деталей на платах с монтажными лепестками или изготовлением общей печатной платы блока, одновременно являющейся и несущей конструкцией. По мнению автора, для индивидуального изготовления проще первый вариант, так как платы с монтажными лепестками могут быть использованы от старых, отслуживших свой срок радиоприборов. В качестве разъема для подключения БТЗ к бортсети автомобиля подойдут панельки и цоколи от старых радиоламп. Переход от электронного зажигания на обычное (контактное) производится простой перестановкой разъема - цоколя из одной панельки в другую (см. рис. 1). В БТЗ использованы резисторы типа МЛТ, кроме проволочных R1 и R4, которые намотаны на каркасах резисторов типа ВС-0,5. В качестве накопительного конденсатора С4 использованы два конденсатора МБГ на 1 мкФ, 500 В.

Выпрямительный сдвоенный диодный блок КЦ-403Б может быть заменен диодами, например МД218, но это несколько увеличит размеры устройства из-за монтажа восьми диодов. В таком случае лучше использовать диоды КД105В.

Конденсатор С5 должен быть высокого качества, герметизированным, рассчитанным на напряжение не менее 1000 В, например КБГ-М2. В качестве дросселя L1 можно использовать вторичную обмотку малогабаритного выходного трансформатора транзисторных радиоприёмников ВЭФ, Альпинист и др. Индуктивность дросселя составляет 0,07…0,1 Гн.

Трансформатор Т1 должен быть выполнен на кольцевом сердечнике из феррита марки 2000 НМ типоразмера К45Х28Х12, составленном из двух колец, или на Ш-образном ферритовом сердечнике Ш12Х15, составленном из двух половин без зазора. Использование трансформаторного железа исключается.

Данные обмоток (в порядке их намотки):

III - 500 + 50+50 витков (с отводами проводом ПЭЛШО 0,23 в случае тороида (кольца). Для Ш-образного сердечника можно использовать провод ПЭВ-1 0,23. Намотку вести с межслойной изоляцией из кабельной или конденсаторной бумаги;

Иа + Пб - 35+35 витков проводом ПЭЛШО-0,75 (намотка в два провода) в случае тороида, а для Ш-об-разного сердечника - ПЭВ-1 0,75;

la+ I6-11 + 11 витков проводом ПЭЛШО-0,28 (намотка в два провода) для обоих сердечников.

Транзисторы П210А…Г желательно подобрать в паре, т. е. с равными или по возможности близкими значениями обратных токов коллекторных переходов и коэффициентов усиления по току. Транзисторы установлены на унифицированных радиаторах по ТУ.8.650.022.

Настройка. Правильно собранный блок БТЗ обычно в дополнительной наладке не нуждается. Если же после сборки и проверки правильности монтажа блок не будет нормально работать, то основными причинами могут быть следующие:

если устройство зажигания переходит в режим непрерывной генерации искр и не управляется контактами прерывателя, то либо в нем применен тринистор с низким напряжением переключения, либо пробит диод VD11;

если отсутствует генерация преобразователя напряжения при заведомо исправных транзисторах, необходимо проверить правильность (полярность) подключения базовых обмоток трансформатора;

если работа преобразователя сопровождается хриплым или шипящим звуком, надо проверить диоды выпрямителя и правильность их включения, а затем транзисторов. Причиной большой нагрузки на преобразователь может быть также неисправность накопительного конденсатора С4. В случае исправности тринистора надо убедиться в отсутствии замыкания его корпуса на общую (минусовую) шину устройства.

Необходимо помнить, что корпус тринистора является анодом и в рабочем состоянии всегда будет находиться под высоким напряжением +400 В.

При проверке устройства зажигания вне автомобиля на стенде следует обязательно соединить корпус катушки зажигания с корпусом электронного блока (общая минусовая шина), так как в противном случае может произойти пробой катушки и повреждение деталей электронного блока.

Необходимо помнить, что напряжение на выходе катушки зажигания значительно более высокое, чем в обычной системе зажигания, поэтому надо соблюдать осторожность и правила техники безопасности.

Перед установкой устройства на автомобиль желательно проверить его работоспособность с катушкой зажигания при напряжении питания 12,6 В от аккумулятора. При этом следует помнить, что без подключенной свечи к высоковольтному выходу катушки зажигания нельзя испытывать устройство, так как это грозит выходом катушки из строя. Напряжение на накопительном конденсаторе проверяют в контрольной точке Б относительно корпуса блока (общей минусовой шины). Оно должно быть равно 400±20 В.

В случае большего отклонения напряжения следует переключить выводы вторичной обмотки трансформатора. Схема измерения напряжения на конденсаторе G4 приведена на рис. 6.

Желательно также убедиться, работает ли дополнительная цепочка C5R7R8VD12. Для этого ее вначале отключают. При имитации работы прерывателя искра просматривается в виде одной тонкой жилки толщиной до 0,2 мм с параметрами искрового разряда по рис. 5, где длительность импульсов 1 - 2 составляет около 0,4 мс. С подключением цепочки искра становится более яркой и широкой, видно много искровых разрядов в прямом и обратном направлениях - так называемая мохнатая искра.

Измерение амплитуды и длительности выходного импульса. Этот параметр блока является основным, определяющим его эффективность. Большинство авторов, представивших свои конструкции в технических изданиях за период 1976-1983 гг., не приводили данных о длительности искрового разряда, его характере, а также о схеме и методике его измерения.

Для измерения необходим генератор импульсов управления с регулируемой частотой следования в пределах 200 Гц. При отсутствии его потребуется автономный распределитель зажигания, вращаемый электродвигателем постоянного тока с переходной муфтой. Электродвигатель запитывают от зарядного устройства через реостат, для того чтобы регулировать скорость вращения валика распределителя.

Схема измерения параметров разряда представлена на рис. 7. Выбор измерительного сопротивления продиктован удобством масштаба отсчета и рассмотрения осциллограммы, а также соображениями техники безопасности. Зазор искрового промежутка свечи - не менее 1,5 мм.

Для реальной оценки длительности искрового разряда с учетом компрессии двигателя были проведены дополнительные измерения на разряднике с зазором 7 мм и на работающем двигателе, когда на вход осциллографа подавался сигнал с трех витков изолированного провода, намотанного на высоковольтный провод первого цилиндра. Результаты измерений примерно совпали. На режиме холостого хода двигателя длительность искрового разряда, равная 1,3 мс, сохраняется. На большей частоте вращения коленчатого вала двигателя остается шесть импульсов с длительностью 1,1 мс, а напряжение на накопительном конденсаторе уменьшается с 400 до 350 В. Амплитуда разрядных импульсов уменьшилась также на 10 %.

Автор имел возможность проверить БТЗ на стенде при частоте вращения валика распределителя до 720 об/мин с подключенным разрядником с зазором 7 мм. Длительность искрового разряда при этом уменьшалась до 1,0 мс, напряжение на накопительном конденсаторе снижалось до 320 В, а амплитуда разрядных импульсов падала на 25 %.

Для сравнения усовершенствованного блока БТЗ с другими известными устройствами были сняты осциллограммы характера искрового разряда на одном и том же сопротивлении в цепи свечи, равном 14 Ом. На рис. 5 они изображены с соблюдением масштаба амплитуд и длительности искры.

Заключение. Предлагаемая модификация БТЗ была собрана в виде макетного образца и испытана в 1984-1985 гг. на автомобилях ЗАЗ, Москвич-412, ВАЗ-2101. В общей сложности пройдено 15 000 км без каких-либо замечаний и отказов в работе. Блок зажигания в автомобиле ЗАЗ располагается в салоне за задним сиденьем на подставке для улучшения его охлаждения. Размещать его в моторном отсеке не следует из-за высокой температуры в летнее время, а также большой запыленности. В автомобилях Жигули и Москвич блок может быть укреплен под приборным щитком или в другом более удобном месте. Жгут, соединяющий БТЗ с системой зажигания автомобиля, может быть длиной до 1,5 м. На передней панели блока имеются гнезда под штепсельную вилку, куда выведено напряжение +210 В от первого выпрямительного мостика (до удвоения) для пользования в пути электробритвой типа Харьков или другой с коллекторным приводом.

Были проведены измерения содержания СО в выхлопных газах двигателя ЗАЗ с контактной системой зажигания и с блоком БТЗ. С контактной системой после оптимальной подрегулировки карбюратора содержание СО составило 3,3 %. При работе двигателя с блоком БТЗ и выполненных регулировках карбюратора согласно приведенной выше рекомендации с зазором в свечах 1,5 мм содержание СО составило 2,1 %.

Система зажигания предназначена для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндрах бензинового двигателя. Топливовоздушная смесь воспламеняется в камере сгорания двигателя посредством электрического разряда между , установленной в головке цилиндров. Для создания искры между электродами свечи зажигания применяют системы зажигания от магнето и батарейные системы зажигания, источниками высокого напряжения в которых являются индукционные катушки.

Рис. Схема батарейной системы зажигания

Система зажигания состоит из следующих основных элементов:

• источник тока ИТ, функцию которого выполняет или генератор
• выключатель ВК цепи электроснабжения (выключатель зажигания)
• датчик Д углового положения коленчатого вала
• регуляторы момента зажигания РМЗ, которые задают определенный момент подачи высокого напряжения на свечу в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, разрежения Δрк во впускном трубопроводе и октанового числа бензина
• источник высокого напряжения ИВН, содержащий промежуточный накопитель энергии НЭ и преобразователь низкого напряжения в высокое
• силовое реле СР, в качестве которого могут служить механические контакты прерывателя или электронный ключ (транзистор или тири­стор)
• распределитель Р импульсов высокого напряжения по свечам
• помехоподавительные устройства ПП (экранирующие элементы системы зажигания или помехоподавительные резисторы)
• свечи зажигания СВ, на которые подается высокое вторичное напряжение

В батарейной системе зажигания источником энергии является аккумуляторная батарея или генератор (в зависимости от режима работы двигателя). принципиально отличается от батарейной тем, что источник электроэнергии в ней - магнитоэлектрический генератор, конструктивно объединенный с индукционной катушкой. Система зажигания от магнето в настоящее время на автомобилях практически не применяется, однако находит применение на пусковых бензиновых двигателях тракторных дизелей.

Система зажигания обеспечивает генерацию импульсов высокого напряжения в нужный момент времени на тактах сжатия в цилиндрах двигателя и их распределение по цилиндрам в соответствии с порядком их работы. Момент зажигания характеризуется углом опережения зажигания УОЗ, который представляет собой угол поворота коленчатого вата от положения в момент подачи искры до положения, когда поршень проходит через верхнюю мертвую точку ВМТ.

Электрическая искра вызывает появление в ограниченном объеме топливовоздушной смеси первых активных центров, от которых на­чинается развитие химической реакции оксидирования топлива, со­провождающейся выделением теплоты. Процесс сгорания рабочей смеси разделяют на три фазы:

• начальная, в которой формируется пламя, инициированное ис­кровым разрядом в свече
• основная, в которой пламя распространяется на большую часть камеры сгорания
• конечная, в которой пламя догорает у стенок цилиндра

Рис. Система зажигания с накоплением энергии:
а - в магнитном поле; б - в электрическом поле

Для бесперебойного искрообразования на свечу зажигания необходимо подать напряжение до 30 кВ.

Высокий уровень напряжения обеспечивает промежуточный источник энергии. По способу накопления энергии в промежуточном источнике различают системы с накоплением энергии в магнитном поле (в индуктивности) или в электрическом поле конденсатора (в емкости). В обоих случаях для получения импульса высокого напряжения используется катушка зажигания, представляющая собой трансформатор (или автотрансформатор), содержащий две обмотки: первичную L1 с малым числом витков и электросопротивле­нием в доли и единицы ома и вторичную обмотку L2 с большим числом витков и сопротивлением в единицы и десятки килоом.

Автотрансформаторная связь обмоток упрощает конструкцию и технологию изготовления катушки, а также несколько увеличивает вторичное напряжение. Коэффициент трансформации катушек зажигания находится в пределах 50-225.

В системах зажигания с накоплением энергии в катушках зажигания (в индуктивности) первичная обмотка L1 катушки подключается к источнику электроснабжения последовательно через механический или электронный прерыватель S2. В системах зажигания с накоплением энергии в электрическом поле конденсатора (в емкости) первичная обмотка катушки периодически подключается к конденсатору управляемым электронным переключателем S2. Конденсатор предварительно за­ряжается от источника электроснабжения на автомобиле через статический преобразователь напряжения.

Благодаря системе зажигания авто в определенный момент работы двигателя производится подача на свечи зажигания искрового разряда. Данная схема системы зажигания применяется в бензиновых моторах. В дизельных двигателях система зажигания работает следующим образом, в момент сжатия происходит впрыск топлива. Существуют некоторые , в которых система зажигания, а точнее ее импульсы подаются непосредственно в блок управления погружаемым топливным насосом.

Все существующие системы зажигания разделяются на три вида:

• Контактная схема, в которой импульсы создаются непосредственно во время работы на разрыв контактов;
• Бесконтактная схема, где при помощи электронно-транзисторного устройства (коммутатора) создаются управляющие импульсы. Коммутатор нередко еще называют генератором импульсов.
• Микропроцессорная схема, в которой электронное устройство управляет моментом зажигания.

В двухтактных двигателях без внешнего источника питания применяется система зажигания типа «магнето». Принцип работы «магнето» заключается в создании ЭДС, в момент вращения в катушке зажигания постоянного магнита по заднему фронту импульса.

Все описанные типы систем зажигания отличаются только способом создания управляющего импульса.

На рисунке представлена система зажигания, которая применяется в бензиновых автомобилях.

Рассмотрим более подробно устройство и схему системы зажигания авто.

Основные элементы:

• источник питания (аккумуляторная батарея и автомобильный генератор);
• накопитель энергии;
• выключатель зажигания;
• блок управления накоплением энергии (микропроцессорный блок управления, прерыватель, транзисторный коммутатор);
• блок распределения энергии по цилиндрам (электронный блок управления, механический распределитель);
• свечи зажигания;
• высоковольтные провода.

Источником питания для системы зажигания выступает аккумуляторная батарея непосредственно в момент запуска мотора, и генератор во время работы двигателя.

Накопитель применяется для аккумуляции и преобразования достаточного количества энергии, которая используется на создание электрического разряда в электродах свечи зажигания. Современная система зажигания автомобиля может применять емкостной или индуктивный накопитель.

Индуктивный накопитель представляет собой катушку зажигания (автотрансформатор), первичная обмотка у которой, подключается к полюсу плюсовому, а минусовой полюс подключается через устройство разрыва. В процессе работы устройства разрыва, возьмем для примера кулачки зажигания, в первичной обмотке наводится напряжение самоиндукции. В это время во вторичной обмотке создается повышенное напряжение, необходимое для пробоя на свече воздушного зазора.

Емкостной накопитель представлен в виде емкости, которая заряжается при помощи повышенного напряжения. В нужный момент отдает всю энергию на свечу зажигания.

Блок управления накоплением энергии предназначен для определения начального момента накопления энергии, а также момента его передачи на свечу зажигания.

Выключатель зажигания – электрический или механический контактный блок для подачи в систему зажигания напряжения. Выключатель зажигания многим автомобилистам известен, как «замок зажигания». Ему отводится две функции: подача напряжения непосредственно на втягивающее реле стартера и подача напряжения в бортовую сеть автомобиля.

Устройство распределения по цилиндрам применяется для подачи в определенный момент энергии к свечам зажигания от накопителя. Данный элемент системы зажигания двигателя состоит из блока управления, коммутатора и распределителя.

Автомобилистам наиболее известно это устройство, как «трамблер», который является распределителем зажигания. Трамблер распределяет по проводам высокое напряжение на свечи цилиндров. Как правило, в распределителе присутствует кулачковый механизм.

Свеча зажигания – устройство с двумя электродами, которые находятся друг от друга на определенном расстоянии от 0.15 до 0,25 мм. Свеча состоит из фарфорового изолятора, который плотно насажен на металлическую резьбу, электродом служит центральный проводник, а вторым электродом выступает резьба.

Высоковольтные провода представляют собой одножильные кабеля с усиленной изоляцией. Проводник может быть выполнен в виде спирали, что поможет избавиться от помех в радиодиапазоне.

Принцип работы системы зажигания

Разделим работу системы зажигания на следующие этапы:

• аккумуляция электрической энергии;
• трансформация (преобразование) энергии;
• разделение по свечам зажигания энергии;
• образование искры;
• разжигание топливно-воздушной смеси.

На примере классической системы зажигания рассмотрим принцип работы. В процессе вращения вала привода трамблера приводятся в действие кулачки, подаваемые на обмотку первичную автотрансформатора напряжение 12 вольт.

В момент подачи напряжения на трансформатор, наводится ЭДС самоиндукции в обмотке и вследствие этого, возникает высокое напряжение до 30000 вольт на вторичной обмотке. После чего в распределитель зажигания (бегунок) подается высокое напряжение, который в момент вращения подает напряжение на свечи. 30000 вольт достаточно, чтобы пробить воздушный зазор свечи искровым зарядом.

Система зажигания автомобиля должна быть идеально отрегулирована. Если будет позднее или раннее зажигание, то

Автомобили используются для достаточно быстрого транспортирования пассажиров и грузов в определенные пункты назначения. Без автомобиля очень сложно представить работу любого предприятия или завода. Главным элементом является двигатель, ему, в свою очередь, для нормальной работы нужна система зажигания, которая должна быть исправной и по своим характеристикам подходить данной силовой установке машины.

Система зажигания

Система зажигания автомобиля - это достаточно сложная совокупность приборов, отвечающая за появление искры в тот момент, который соответствует режиму работы силовой установки. Данная система является частью электрооборудования. Самые первые двигатели, такие как агрегат Даймлера, в качестве системы для зажигания применяли калильную головку - это первое устройство системы зажигания, которое не лишено было недостатков. Их суть заключалась в том, что воспламенение осуществлялось в самом конце такта, так как камера раскалялась до достаточно высокой температуры. Перед стартом всегда нужно было прогреть саму калильную головку и только потом запускать двигатель. В дальнейшем головка разогревалась за счет поддержания температуры от сгораемого топлива. В современных условиях такой принцип системы зажигания может использоваться только в микродвигателях, применяемых в моделях авто и прочей техники, используемой ДВС. Такое исполнение позволяет уменьшить габаритные размеры, но при этом вся конструкция может быть дороже. В небольших моделях это малозаметно, а вот в полноразмерном автомобиле может очень сильно сказаться на цене. Во всех авто схема системы зажигания практически одинаковая. Некоторые отличия диктуются только видом исполнения.

Общая схема системы зажигания выглядит следующим образом.

Система, работающая с использованием принципа магнето

После калильной головки одной из первых систем зажигания были созданы устройства, которые работали на основе магнето. Главная идея такой установки - это генерация необходимого импульса для зажигания за счет прохождения возле неподвижной катушки небольшого магнитного поля от установленного постоянного магнита, который в свою очередь был связан с одной из вращающихся деталей мотора. Главным достоинством такой системы была максимальная простота конструкции и отсутствие необходимости устанавливать какие-либо элементы питания и батареи. Она всегда готова к работе.

В современном мире ее применяют в основном для двигателей, которые установлены на бензопилах, небольших бензиновых генераторах и другой похожей технике. Не лишена система и недостатков, главный из которых - очень высокая стоимость производства. Нужна была катушка, обладающая большим количеством витков очень тонкой проволоки. Магниты также должны быть высокого качества. Исходя из всех недостатков, от такой системы отказались, заменив на более простые и более надежные.

Виды систем

Для нормальной работы бензинового двигателя обязательно нужна система зажигания. Благодаря ей происходит воспламенение смеси в необходимый момент. Существует три вида систем:

• бесконтактная;
• электронная.

Все три вида отличаются по конструкции. Несмотря на это, принцип работы у них практически одинаковый.

Общее строение и устройство зажигания

Все системы зажигания, независимо от вида, состоят из пяти основных конструктивных элементов:

• Источник питания. При запуске мотора машины источником необходимой энергии служит аккумулятор. После того как двигатель начал работать, эту функцию выполняет генератор.
• Замок зажигания - специальное устройство, которое используется для передачи напряжения. Замок, он же - выключатель, бывает как механический, так и более современный - электрический.
• Накопитель необходимой энергии. Данный элемент создан для накопления, а также преобразования энергии в достаточном количестве. В современных авто возможно использование двух видов накопителей: индукционных либо емкостных. Индукционный - более распространён и имеет вид некой катушки зажигания. Преобразование осуществляется за счет прохождения тока через две обмотки этой катушки.
• Свеча . Непосредственно рабочий элемент, который создает необходимую искру для воспламенения. Представляет собой небольшой фарфоровый изолятор, который накручен на резьбу, и имеет два электрода, которые располагаются на небольшом расстоянии друг от друга. При прохождении тока между контактами за счет малого расстояния создается искра.
• Система, применяемая для распределения зажигания. Главное предназначение - это снабжение в нужный момент свечей зажигания энергией. Состоит из некоего распределителя (либо коммутатора) и отдельного блока для его управления. Вид распределителя зависит от выбранной системы, он может быть либо электронным, либо механическим, который использует для своей работы вращающийся бегунок.

Контактный тип зажигания

Самая распространенная схема - система зажигания «Газ», используемая для воспламенения топливной смеси, более известная как прерывательно-распределительная система. Данное устройство создает искру очень высокого вольтажа, до 30 тысяч В, на контактах свечей. Для того чтобы это выполнить, свечи соединяются с катушкой, благодаря которой и происходит образование необходимого напряжения. Сигнал на катушку подается при помощи специальных проводов, обладающих необходимыми характеристиками. При размыкании контактной группы при помощи специального кулачка как раз и происходит создание искры.

Стоит отметить, что момент ее возникновения должен четко соответствовать специальному положению поршней. Это достигается в результате установки четко рассчитанного распределителя, который передает вращательное движение на специальный прерыватель-распределитель. Главным недостатком такой системы является присутствие механического износа, и как результат - изменяется время создания искры, а также ее качество. Если искра не будет подаваться своевременно, это повлияет на правильную работу двигателя, а значит, потребуется довольно частое вмешательство в его работу и регулировку.

Несмотря на это, контактно-транзисторная система зажигания используется и по сегодняшний день. Такая система воспламенения горючей смеси популярна благодаря отличным характеристикам и высокими показателями надежности работы.

Бесконтактное зажигание

Бесконтактная система зажигания - это более сложная система, которая напрямую зависит только от размыкания специальных контактов. Самую главную роль в ее работе играет коммутатор, который создан на основе транзисторного типа работы. Для нормальной подачи искры применяется еще и отдельный датчик. Эта система хороша тем, что отсутствует некая зависимость от уровня качества выполнения поверхности контактов и может быть гарантировано более высокого качества искрообразование. Но и этот тип системы зажигания использует распределитель, который необходим для передачи на нужную свечу определенного количества тока. Внешне система чем-то похожа на контактную схему зажигания.

Передача тока необходимой величины осуществляется за счет использования специальных высоковольтных проводов.

Достоинства бесконтактного устройства зажигания

По сравнению с контактной, данная схема обладает рядом своих преимуществ:

• Не обгорают контакты на прерывателе, а также они не подвержены загрязнению. Отсутствует необходимость очень долго выбирать и устанавливать момент, когда будет выполняться подача тока. Нет надобности контролировать или регулировать положение контактов, а также их угол замыкания и размыкания, все потому, что бесконтактная система зажигания исключает присутствие механических контактов в системе. В итоге двигатель не теряет своей мощности.
• Благодаря тому, что отсутствует размыкание контактов посредством специального кулачка, также нет вибрации и биения ротора внутри распределителя - не нарушается равномерность подачи искры на каждую свечу зажигания.
• Обеспечивается уверенный запуск даже холодного двигателя, несмотря на температуру окружающей среды.

Электронное зажигание

Данная система исключает использование движущихся механических деталей. Достигается это благодаря применению специальных датчиков и блока управления. Создание искры, а также момент ее подачи на определенную свечу осуществляются более точно, чем в системах, которые используют механические распределители. В сумме это дает хорошую возможность улучшить работу силовой установки автомобиля, а также существенно увеличить мощность, не увеличивая расхода топлива. Система отличается очень высокой надежностью и качеством исполнения поставленных задач. Такая электронная система зажигания используется на многих современных автомобилях, благодаря высокой надежности и отличным рабочим параметрам.

Микропроцессорный вид зажигания

Микропроцессорная система зажигания - это одна из разновидностей электронного зажигания. Используется для создания некой зависимости опережения зажигания в установках с карбюраторной системой питания от давления воздуха в коллекторе, а также от частоты вращения в двигателе коленчатого вала.

Микропроцессорная электронная система зажигания обладает очень большим количеством достоинств по сравнению со стандартной комплектацией автомобилей с карбюраторной системой питания.

Существенно уменьшается уровень расхода. Это происходит благодаря оптимизации сгорания подаваемой смеси.

Улучшаются все динамические характеристики автомобиля.

Улучшается работа двигателя, переходы между передачами становятся более плавными. Нет потерь мощности на низких оборотах.

Микропроцессорная система зажигания подразумевает установку ГБО, в результате этого и происходит экономия топлива, а также уменьшается стоимость каждого километра пути.

Есть возможность установки дополнительного переключателя для смены режимов. К примеру, между видами топлива.

Сегодня система зажигания ВАЗ позволяет установить данную схему для улучшения всех динамических показателей. Такая возможность снова возвращает ВАЗ в строй актуальных автомобилей, благодаря низкой цене, но при этом с неплохими скоростными характеристиками.

Основные этапы в работе зажигания

Существует несколько самых основных этапов при работе системы зажигания, они не зависят от вида и конструкционного исполнения:

Накопление и подача необходимого уровня заряда.

Специальное высоковольтное преобразование.

Этап распределения.

Образование искры при помощи свечей.

Воспламенение топливной смеси.

На каждом из этапов необходима максимально точная и слаженная работа всех элементов. В таком случае лучше выбирать наиболее надежные и давно проверенные системы. По статистике, лучшей считается электронная система зажигания двигателя, благодаря отсутствию механических узлов.

Свечи зажигания

Ни одна система зажигания не способна работать без главного элемента - свечи. Данная деталь способна преобразовать импульсы, получаемые от высокого напряжения, в специальный искровой заряд для воспламенения паров топлива в камере сгорания. Для хорошей работы свечи уровень температуры ее нижнего изолятора должен быть в районе 500-600 градусов. Стоит отметить, что при температуре в 500 градусов может быть отложение нагара на поверхности изолятора. Как результат - перебои в работе, плохая передача искры. При температуре 600 градусов возможно так называемое калильное зажигание - это преждевременное зажигание смеси за счет высокой температуры изолятора.

При выборе свечей руководствуются так называемым калильным числом, величина которого изначально устанавливается заводом-изготовителем. Чем больше калильное числ, тем меньше свеча подвержена нагреванию, ее еще называют более холодной свечой.

Проверка состояния и исправности зажигания

Время от времени система зажигания автомобиля для нормальной работы требует проверки целостности и слаженности элементов системы воспламенения. Только правильный подход обеспечит долговечность и надежность работы двигателя. В частности, проверяют следующие параметры:

Опережение зажигания и его угол. При необходимости производится регулировка и установка стандартного значения для данного автомобиля.

Проверка цепей напряжения. Для этого снимаются провода высокого напряжения и при помощи специального тестера проверяется их пропускная способность и наличие пробоя.

Для того чтобы получить максимально точную информацию о состоянии цепей зажигания, а также обо всех процессах, протекающих внутри, применяют специализированные стенды, оборудованные осциллографами. Благодаря этому можно получить максимально точное значение и очень быстро определить уровень работоспособности систем. Все эти действия нужны, чтобы определить неисправности системы зажигания. На начальном этапе можно обойтись минимальными потерями, к примеру, заменой проводов. При этом сохраняется работоспособность двигателя, что очень важно, так как его ремонт стоит гораздо больше, чем замена одного из элементов системы зажигания.

Наиболее характерные неисправности зажигания

Неисправности системы зажигания могут повлечь за собой выход из строя и остальных устройств, используемых для нормальной работы машины. Выделяют отдельный список часто встречаемых неисправностей, при которых затрудняется работа системы воспламенения рабочей смеси:

Возможны замыкания первичной обмотки катушки зажигания на массу, а также замыкание вторичной на первичную. В результате происходит перегорание дополнительного резистора и появляются характерные трещины в изоляторе, а также в крышке катушки. В этом случае необходима замена поврежденных элементов, если же катушка практически разрушена - то замена всего узла.

Характерные неисправности прерывателя: возможно обгорание либо загрязнение маслом контактов внутри прерывателя; нарушение стандартного зазора между контактами, что приводит к перебоям в переключении между свечами.

Обгорание либо замасливание контактов может вызвать очень резкое увеличение уровня сопротивления между ними, из-за этого уменьшается ток, создаваемый в первичной обмотке, и как результат - снижается мощность искры, которую создают свечи.

Нарушение зазора также приводит к ухудшению образованию искры, которая создается между электродами свечи. Как результат - перебои в нормальной работе двигателя.

Свечи: возможно появление нагара на внутренней поверхности, а также обильное загрязнение снаружи. Нарушение зазора между электродами, различные трещины в изоляторе, неисправность бокового электрода - все это приводит к плохой подаче искры либо вовсе ее отсутствию. Это вызывает нестабильную, неравномерную и неустойчивую работу мотора, снижает его мощность. Возможна и остановка при повышении нагрузки.

Нормальная работа свечей зажигания возможна только в случае, если:

Поверхность резьбы сухая (ни в коем случае не мокрая);

Присутствует очень тонкий слой нагара либо копоти;

Цвет электродов, а также изолятора должен быть от светло-коричневого до светло-серого, почти белого.

Обо всех неисправностях может рассказать мокрая поверхность резьбы - это может быть как бензин, так и масло. У неисправной свечи электроды и часть изолятора покрыты толстым слоем нагара и мокрые.

Замасленные свечи и другие признаки неисправности

Если двигатель обладает очень большим пробегом, и при этом все свечи были заменены в одно и то же время, то главной виной такого состояния является повышенный износ цилиндров, колец или поршней. Возможно появление масла на поверхности свечи в период, когда автомобиль проходит обкатку. Это со временем проходит. Если же масло было обнаружено только на одной свече, то причиной этого, скорее всего, может быть неисправность выпускного клапана, он может прогореть. Чтобы это определить, нужно хорошо прислушаться к работе двигателя, на холостом ходу он работает неравномерно. В этом случае нельзя откладывать с проведением ремонтных работ, так как потом прогорит и седло, и ремонт будет еще дороже.

Выгоревшие либо очень сильно корродированные электроды говорят только о перегреве свечи. Такое возможно, если был использован низкооктановый бензин, либо была неправильная установка момента произведения зажигания. Слишком обедненная смесь - тоже результат оплавки электродов.

Возможны различные механические повреждения на поверхности свечи. Она может иметь изогнутый вид, или же будет деформирован электрод, расположенный в боковой части свечи. Последствия такой работы - перебои в зажигании. Причиной возникновения таких неприятностей может быть неправильно выбранная длина свечи, либо же длина резьбы не соответствует посадочному месту в головке мотора. В таком случае стоит подобрать стандартную свечу, рекомендуемую заводом-изготовителем. Если ее длина была выбрана правильно, стоит обратить внимание на присутствие посторонних механических элементов во внутренней части цилиндра.

После того как свечи были поменяны местами, можно узнать очень большое количество информации об их состоянии. Если свеча продолжает покрываться нагаром уже в другом цилиндре - это говорит о её неисправности. Но если нормальная и исправная свеча одного из соседних цилиндров также начинает покрываться нагаром, как и её предшественница, тогда это неисправность непосредственно в кривошипно-шатунном устройстве этого цилиндра.

Выводы

Все системы, используемые для воспламенения топливной смеси, хороши в определенных областях машиностроения. Все не лишены своих недостатков. Не всегда нужно создавать сложную и высоконадежную систему, иногда гораздо дешевле использовать простые и более дешевые. Нет необходимости устанавливать дорогую систему зажигания на автомобиль, который по своей стоимости гораздо ниже, чем остальные в его классе. Такими действиями можно только поднять его стоимость, но качество, к сожалению, останется прежним. Зачем что-то менять, если работа системы зажигания показала только лучшие результаты на многих тестах?