Какая система зажигания значительно снижает токовую нагрузку на контакты прерывателя

В бесконтактной системе зажигания высокое напряжение образуется. Бесконтактное зажигание — как оно работает? Конструкция системы зажигания

Чтобы обеспечить воспламенение горючей смеси в цилиндрах бензиновой силовой установки, используется внешний источник — электрическая искра, проскакивающая между электродами свечи накаливания. Но между этими электродами имеется определенный зазор, который электрическое напряжение должно пробить. Потому на свечу должно подаваться напряжение большого значения, составляющего десятки тысяч вольт.

Классическая катушка зажигания

Естественно, бортовая сеть авто не то что не рассчитана, она даже не способна выдать такое напряжение, поскольку не существует портативного источника питания с такими выходными параметрами.

Данная проблема была решена путем включения в систему зажигания специальной катушки, генерирующей высокое напряжение. По сути, катушка зажигания – это устройство преобразующее напряжение низкого значения (6-12 В) в большие значения (до 35 000 В).

Это и является основной функцией данного элемента – генерация импульса высокого вольтажа, подающегося накаливания.

Достигается генерация напряжения значительных показаний конструкцией . Устроена катушка зажигания просто, она состоит она из двух видов обмоток.

Конструкция катушки зажигания

Устройство катушки зажигания

Первичная обмотка, она же низковольтная, принимает напряжение, подающееся от аккумулятора или . Она состоит из витков проволоки крупного сечения, изготовленной из меди. Из-за этого количество витков данной обмотки незначительное – до 150 витков. Чтобы предупредить возможные скачки напряжения и возникновение короткого замыкания, данная проволока сверху покрыта изоляционным слоем. Концы этой обмотки выведены на крышку катушки, к ним и подсоединяется проводка с напряжением в 12 В.

Вторичная обмотка помещена внутри первичной. Она состоит из проволоки мелкого сечения, что обеспечивает большое количество витков – до 30000. Один из концов данной обмотки соединен с минусовым выводом первой обмотки. Второй вывод, являющийся положительным, подсоединен к центральному выводу катушки. От этого вывода высокое напряжение подается дальше.

Принцип работы катушки зажигания

Работает катушка зажигания по такому принципу: напряжение, подающееся от источника питания, проходит по виткам первичной обмотки, из-за чего образуется магнитное поле, которое воздействует на вторичную обмотку. Благодаря этому полю в ней формируется импульс напряжения высокого значения. На это значение сказывается большое количество витков данной обмотки, поскольку индукция магнитного поля первой обмотки умножается на количество витков вторичной обмотки. Отсюда и высокое выходное напряжение.

Чтобы увеличить магнитное поле внутри катушки, тем самым обеспечив более высокое выходное напряжение, внутрь катушки помещен железный сердечник.

Видео: Индивидуальная катушка зажигания ВАЗ

Ещё кое-что полезное для Вас:

Поскольку во время работы катушки возможен токовый нагрев обмоток, для охлаждения используется трансформаторное масло, которым заполняется полость корпуса. Крышка ее прилегает к корпусу герметично, поэтому катушка является неразборной. В случае неисправности ремонту она так же не подлежит.

Входное и выходное напряжение катушки не являются главными характеристиками, при помощи которой можно проверить исправность ее. Проверку работоспособности катушки производят по сопротивлению ее витком. При этом у каждой из катушек сопротивление может быть разным. К примеру, катушка может обладать сопротивлением первой обмотки на уровне 3,0 Ом, а вторичной – 7000-9000 Ом. Отклонение при замере от данных значений будет указывать на неисправность катушки. А поскольку она неремонтируемая, то она попросту заменяется.

Выше была описана конструкция катушки общего типа. Устанавливается она на все автомобили имеющие батарейную, бесконтактную и электронную систему зажигания, и оснащаются распределителем, который импульс от катушки направляет на нужный цилиндр.

Двухвыводная катушка

Существует еще два типа катушек – двухвыводные и индивидуальные. Двухвыводные катушки применяются в электронной системе зажигания с прямой подачей искры на свечу.

Двухвыводная катушка. Очень часто применяется на мотоциклах с электронной системой зажигания. Особенностью является наличие двух высоковольтных выводов. Они могут синхронно получать искру от двух цилиндров.

Внутренняя конструкция ее практически не отличается от катушки общего типа. Но выводов для подачи импульса у такой катушки – два. То есть, при работе катушки импульс подается сразу на две свечи. Поскольку при работе силовой установки одновременно конец такта сжатия в двух цилиндрах не может быть, а только в одном цилиндре, то во втором искровой разряд, который проскочит между электродами свечи не будет нести никакой полезной функции – холостая искра. Но при дальнейшей работе мотора ситуация поменяется – во втором цилиндре будет конец такта сжатия и искра необходима, а в первом цилиндре она будет холостой.

Двухвыводная катушка может иметь разные способы подключения к свечам накаливания. Один из способов – подача импульсов посредством двух высоковольтных проводов. Второй – использование одного наконечника и одного высоковольтного провода.

Такая катушка позволяет обойтись без распределителя, но подавать искру она может только на два цилиндра. А обычно у авто используется по 4 цилиндра. Для таких авто используется четырехвыводная катушка, которая сама по себе представляет две двухвыводные катушки, объединенные в один блок.

Индивидуальная катушка зажигания

В зависимости от устройства сердечника, индивидуальные катушки зажигания делятся на два типа – компактные, и стержневые
Компактная (слева) и стержневая (справа) индивидуальные катушки зажигания, устанавливаемые непосредственно над свечами зажигания.

Последний тип используемых на авто катушек – индивидуальные. Такие катушки работают только с одной , но при их использовании из передающей искру цепи исключен один из элементов – высоковольтный провод, поскольку катушка размещается .

Она имеет несколько иную конструкцию, но при этом принцип работы остался неизменным.

Устройство индивидуальной катушки зажигания

В ней имеется два сердечника. Поверх внутреннего располагаются две обмотки. Но в этой катушке вторичная обмотка располагается поверх первичной. Внешний сердечник располагается поверх обмоток.

Выходы вторичной обмотки подсоединены к наконечнику, который одевается на свечу. Этот наконечник состоит из стержня, рассчитанного на работу с высоким напряжением, пружины и изолятора.

Чтобы предохранить обмотки от значительных нагрузок, ко вторичной подсоединен диод, рассчитанный на работу со значительным напряжением.

Такая конструкция катушки очень компактна, что дает возможность использовать по одному элементу на каждый цилиндр. А отсутствие ряда других элементов, использующихся в системах, которые оснащаются первыми двумя типами катушек позволяет значительно снизить потери напряжения в цепи.

Это и все выпускающиеся на данный момент катушки зажигания, которыми оснащаются автомобили.

Наблюдая за диагностикой электрооборудования на СТО, многие хотят знать, что показывает та или иная картинка на экране мотортестера .

Рис. 1. Нормальные величины напряжения на свечах четырехцилиндрового двигателя.

Рис. 2. Осциллограмма напряжения в свечных проводах.

Рис. 3. Участки ”ненормальной” осциллограммы: а – напряжение пробоя и длительность искры слишком велики; б – напряжение пробоя слишком велико и отсутствует участок горения; в – напряжения пробоя и искры ниже, а длительность искры выше нормы.

Продолжаем знакомить с методами диагностики автомобиля любительскими и профессиональными измерительными приборами (см. ЗР, 1998, № 10). Как по величине высокого напряжения судить о работе зажигания, расскажут разработчики известных минских мотортестеров . Более 1000 приборов, созданных этим предприятием, успешно эксплуатируются на предприятиях автосервиса России, Белоруссии, Украины, стран Балтии.

В основе работы всех бензиновых двигателей лежат одни и те же физические процессы, поэтому многие внешние параметры очень схожи.

Чтобы не нарушать работу системы зажигания, врезаясь в нее при измерении высокого напряжения, в мотортестерах применяют специальный накладной датчик емкостного типа. Его можно представить как вторую обкладку конденсатора, первой обкладкой которого служит центральная жила высоковольтного провода, а диэлектриком между пластинами выступает изоляция этого же провода. Образованная таким образом емкость достаточна, чтобы зафиксировать величину напряжения, которое пропорционально высокому . Эта картина представлена на рис. 1, где столбики изображают величину напряжения в высоковольтной цепи каждого из четырех цилиндров. Здесь оно одинаково на всех свечах.

Напомним суть процессов в системе зажигания. Воспламеняет смесь в двигателе искра, которая возникает между электродами свечи. При оптимальном зазоре между ними (0,6–0,8 мм) и нормальном составе топливно-воздушной смеси в цилиндре искровой разряд начинается, когда разность потенциалов между электродами достигает около десяти киловольт (рис. 2, желтая зона). Искра пробивает пространство между электродами, среда между ними ионизируется, а затем смесь воспламеняется.

Электрическое сопротивление среды и напряжение между электродами в последний момент резко падает до 1–2 кВ (рис. 2, красная зона). Через некоторое время (0,7–1,5 миллисекунды) по окончании процесса горения смеси становится все меньше ионизированных частиц вблизи электродов, поэтому сопротивление среды возрастает и напряжение между электродами растет до 3–5 кВ (рис. 2, синяя зона). Этого для пробоя недостаточно, и высокое напряжение, колеблясь в соответствии с затухающими переходными процессами в катушке зажигания, опускается к нулю – до следующего импульса (рис. 2, зеленая зона).

Когда зазор между электродами свечи меньше, то и пробой происходит при меньшем напряжении. Это не самый лучший вариант. Энергия искры меньше, хуже условия для поджига смеси, а в конечном итоге снижаются мощностные и экономические характеристики двигателя.

Если же в свече зазор больше нормы, то пробой происходит, наоборот, при более высоком напряжении. В энергетическом отношении это вроде бы неплохо, но при этом растет вероятность пробоя диэлектрических деталей (крышки распределителя, ”бегунка”, изолятора свечи и т. д.) и утечек тока. Это может в самый неподходящий момент привести к перебоям в работе двигателя, невозможности его пустить, особенно во влажную погоду и т. п.

Если при нормальном зазоре в свечах напряжение ниже нормы (всего 4–6 кВ), то, возможно, переобогащена смесь, поступающая в цилиндры. Ведь чем она богаче, тем лучше проводит ток, – и, следовательно, при меньшем напряжении будет происходить пробой между электродами. Значит, надо заняться карбюратором или системой впрыска.

Если же, наоборот, высокое напряжение выше нормы (например, 13–15 кВ) – смесь слишком бедная. Двигатель может останавливаться на холостых оборотах, не развивать полной мощности и т. д. Другие причины кроме смеси: обрыв или отсутствие полного контакта в центральном проводе высокого напряжения, трещина в крышке распределителя, пробой ”бегунка”.

Если высокое напряжение больше нормы в одном из цилиндров, то в число возможных причин можно включить и подсос воздуха в этот цилиндр.

Для полной диагностики системы зажигания важны еще два параметра – напряжение и длительность искры. В идеальном случае напряжение составляет около 10 кВ, а длительность – 0,7–1,5 миллисекунды. Эти два параметра тесно связаны между собой, так как определяют энергию искры. Поскольку энергия, накапливаемая катушкой, – величина постоянная, то чем больше напряжение искры, тем меньше становится ее длительность, и наоборот. Чтобы детально проанализировать эти параметры, увеличивают масштаб на экране мотортестера .

Если напряжения пробоя и искры значительно выше, а длительность больше 1,5 мс (осциллограмма выглядит, как на рис. 3, а), причину можно найти, последовательно проверяя свечи, ”бегунок”, крышку распределителя и катушку зажигания.

Если на экране мы видим, что участок горения вообще отсутствует (рис. 3, б), амплитуда напряжения пробоя выше нормы и идет высоковольтный колебательный процесс (как зеркало повторяющий колебания в первичной обмотке катушки зажигания) – значит, оборван провод, идущий к свече этого цилиндра.

Если процесс горения наблюдается, но напряжение пробоя и искры раза в два выше нормы, а на осциллограмме виден колебательный процесс на всем участке горения, значит, надо искать трещину в корпусе свечи.

Если же, наоборот, эти напряжения значительно ниже нормы, длительность искры больше 2,5–3 мс, скорее всего пробивает на ”массу” (закорочен) высоковольтный провод (рис. 3, в).

Конечно, мы расшифровали только самые основные, наиболее часто встречающиеся варианты показаний и осциллограммы высоких напряжений. Другие, более сложные описаны в руководствах по эксплуатации мотортестеров.

Главной функцией системы зажигания в бензиновом двигателе, является подача искры на свечи зажигания во время определенного такта его работы. Система зажигания дизельного двигателя устроена по-другому, оно происходит момент, когда топливо впрыскивается в такт сжатия.

Виды

В зависимости от того, как происходит процесс образования искры, выделяют несколько систем: бесконтактная (с участием транзистора), электронная (с помощью микропроцессора) и контактная.

Важно! В бесконтактной схеме, для взаимодействия с датчиком импульсов, использован транзисторный коммутатор, выполняющий функцию прерывателя. Высокое напряжение регулирует механический распределитель.

Электронная система зажигания двигателя накапливает и распределяет электрическую энергию с помощью электронного блока управления. Ранее конструктивная особенность этого варианта позволяла электронному блоку отвечать одновременно за систему зажигания и за систему впрыска топлива. Сейчас система зажигания является элементом системы управления двигателем.

В контактной системе электрическая энергия распределяется с помощью механического устройства — прерывателя-распределителя. Дальнейшим ее распространением занимается контактная транзисторная система.

Конструкция системы зажигания

Все виды системы зажигания автомобиля разные, но все же у них есть и общие элементы, из которых образуется система:

Принцип работы

Рассмотрим подробнее распределитель зажигания, чтобы определить технологию направления электрического импульса на каждый цилиндр отдельно. Сняв крышку трамблера можно увидеть вал с пластиной в центре и расположенные по кругу медные контакты. Эта пластина и есть бегунок, он обычно пластиковый или текстолитовый и в нем стоит предохранитель. Медный наконечник с одного края бегунка по очереди касается медных контактов, раздавая электрические разряды на провода к цилиндрам в необходимое время такта работы двигателя. Пока бегунок совершает свое движение от одного контакта к другому, в цилиндрах готовится новая порция горючей смеси для воспламенения.

Важно! исключить постоянную подачу тока, в трамблер устанавливается прерыватель — контактная группа. Кулачки расположены на валу эксцентрично, и при вращении замыкают и размыкают электрическую сеть.

Необходимым условием правильной работы и эффективного сгорания смеси является произошедшее строго в определенный момент самовозгорание. Процесс возгорания очень сложен с технической точки зрения, так как в цилиндрах образуется большое количество дуговых разрядов, которые зависят от оборотов двигателя. Разряды должны быть так же равны определенным значениям: от 0,2 мдж и выше (в зависимости от топливной смеси). В случае недостаточной энергии, смесь не загорится, и появятся перебои в работе двигателя, он может не запуститься или заглохнуть. Работа катализатора так же зависит от исправности системы зажигания двигателя. Если система работает с перебоями, остатки топлива будут попадать в катализатор и догорать там, что приведет к перегреву и прогоранию металла катализатора как снаружи, так и выходу из строя внутренних перегородок. Прогоревший внутри катализатор не сможет выполнять свои функции и потребуется замена.

Возможные неисправности

Установка различных систем: контактной, бесконтактной, электронной, на современные автомобили, все же подчиняется общим правилам, поэтому можно выделить следующие основные неисправности системы зажигания:

• нерабочие свечи;
• не работает катушка;
• нарушено соединение цепи (прогорание провода, окисление контакта, плохое соединение).

Для бесконтактной системы зажигания двигателя характерны также и поломки коммутатора, крышки датчика распределителя, вакуума трамблера, датчика Холла.

Внимание! Электронный блок управления сам может выйти из строя. Также к неправильной работе приведут неисправные входные датчики.

Признаки

Самыми частыми причинами поломки в системе зажигания являются:

• установка некачественных запчастей (свечей, катушек, свечных проводов, кулачков трамблера, крышек распределителя, датчиков);
• механические повреждения узлов деталей;
• неправильная эксплуатация (низкокачественное топливо, непрофессиональное обслуживание).

Диагностировать неисправность системы зажигания возможно и по внешним признакам. Хотя симптомы могут быть схожи с проблемами в топливной системе и системе впрыска.

Совет! Правильнее будет диагностировать эти две системы параллельно.

Определить самостоятельно, что поломка касается именно зажигания, можно по следующим внешним признакам:

• двигатель запускается не с первых кручений стартера;
• на холостом ходу (иногда и под нагрузкой) работа двигателя неустойчивая, как говорят мастера — мотор «троит»;
• приемистость двигателя снижается;
• увеличивается расход топлива.

Если нет возможности сразу обратиться в сервис, то можно попробовать самостоятельно определить причину сбоя и отремонтировать систему зажигания, так как некоторые запчасти относятся к расходным материалам и продаются в любом магазине автозапчастей. Первым делом можно выкрутить и проверить свечи. Если электроды обгорели и между ними образовался нагар, то необходимо заменить свечи. Для работы понадобится один свечной ключ и новый набор свечей, которые подбираются по необходимым параметрам зазора и размерам резьбы.

Также в темное время суток или в закрытом гараже можно открыть капот и при пробивании высоковольтных проводов увидеть слабое свечение и искрение в одном или нескольких проводах. Тогда потребуется их замена, которую несложно провести самостоятельно. Главное, выбрать нужные по длине, с чем без труда справится продавец-консультант, если вы назовете ему марку машины.

Остальные виды диагностики системы зажигания (проверка датчиков, катушки и прочих электронных приборов) лучше доверить профессионалам.

Заключение

При самостоятельной диагностике помните, что нельзя касаться элементов двигателя, когда он запущен. Не проверяйте искрообразование на включенном моторе. Если зажигание включено, не снимайте штекерный разъем коммутатора, так как это может вывести из строя конденсатор.

Для точного выявления неисправности можно воспользоваться осциллографом, с помощью которого вывести на экран осциллограмму всей системы зажигания. О том, как правильно пользоваться прибором узнаем в следующем видео:

Без чего никогда не обойдется бензиновый двигатель, так это без искры, в момент когда нужно поджечь топливную смесь в цилиндре. Для этого создана система зажигания автомобиля. Еще её называют Искровая система зажигания.

Эволюция этой системы происходила от простой контактной системы зажигания, затем с развитием технического прогресса появились бесконтактная, транзисторная. И венцом нашего времени пока является электронная система зажигания.
Все эти способы управления искрой мы рассмотрим в статьях.

А пока кратко пробежимся по основным принципам каждой системы.

Главный узел в этой системе, это прерыватель-распределитель. В этой системе происходит все механическим способом.

Контактная группа (прерыватель), пробегая по выступам кулачкового вала, прерывает контакты. В зависимости от того, какова частота вращения вала, импульсы низкого напряжения подаются на катушку-преобразователь, напряжение преобразуется в высокое и подается на свечи зажигания.

Этот ток распределяется на каждый цилиндр тоже механическим узлом – распределителем. Скомпонован этот узел в один механизм прерыватель-распределитель (трамблер)

Контактно-транзисторная система зажигания

Следующим этапом развития искрообразования явилась транзисторная схема управления высоким напряжением.

Транзистор, пропуская через себя низкое напряжение, идущее от контактной группы, управляет работой преобразователя токов (катушка) и преобразует их в ток до 30 тыс. вольт, для получения мощной искры.

Такая система позволила снизить напряжение на контактах, увеличив срок их службы. Позволила увеличить мощь искры и её стабильность, что соответственно сказалось на надежности и стабильности работы двигателя.

Бесконтактная система зажигания автомобиля

В этой системе зажигания роль прерывателя выполняет специальный коммутатор, который взаимодействуя с датчиком, генерирует импульсы управляющего низкого напряжения.

Затем эти импульсы подаются, как в контактной и контактно-транзисторной системах, на преобразователь напряжения (катушку) и далее через механический распределитель к свечам.

Такая система по сути исключила всякий механический контакт при прерывании тока. Контакты прерывателя, доставлявшие не мало хлопот автомобилистам, оказались не нужны и следовательно отпала необходимость в их обслуживании.

А надежность и стабильность работы двигателя увеличилась в разы. Повысилась мощность и экологичность бензиновых двигателей.

Но прогресс не стоит на месте, и с развитием электроники, появилась система высочайшего уровня – электронная.

Электронная система зажигания

Такая система уже работает вместе с другими системами управления двигателем.

Многочисленные датчики отслеживают все режимы работы двигателя, вплоть до состояния выхлопных газов, фиксируют и выдают информацию блоку управления двигателем.

Электронный блок управления обрабатывает сигналы и посылает управляющее наряжение на управляющий транзистор, который в свою очередь осуществляет в нужное время отсечки в первичной обмотке катушки. Во вторичной обмотке наводится высокое напряжение и образуется искра.

Датчики, следящие за частотой вращения коленчатого вала и датчики положения распредвалов передают информацию ЭБУ, которая перерабатывается и выдается команда на соответствующий угол опережения зажигания.

Так же, если на двигатель увеличивается нагрузка, датчик расхода воздуха посылает команду на ЭБУ, который расчитывает оптимальный угол опережения зажигания на соответствующую нагрузку.

Такая система совершенна во всех отношениях. Она позволяет:

• использовать её на любых карбюраторных двигателях;
• увеличить в полтора раза напряжение искры, мощность которой будет до 30 киловатт, на любых режимах работы двигателя;
• исключить износ прерывателей;
• увеличить зазор на контактах свечей до 1,2 мм.;
• облегчить заводку в холодное время года;
• исключает регулировочные и профилактические работы.

Единственный недостаток такой системы, это удорожание. Хотя оно того стоит!

На этом всё, надеюсь понятно что такое система зажигания автомобиля.

Будьте здоровы и следите за публикациями!

Основными условиями воспламенения смеси являются превышение высокого (вторичного) напряжения над напряжением пробоя и достаточность энергии искрового разряда, выделяемой в искровом промежутке зажигательной свечи. Искровой разряд имеет емкостную и индуктивную фазы. Длительность емкостной фазы невелика и составляет 1-3 мкс. Поэтому энергия, выделяемая в данной фазе искрового разряда, обеспечивает воспламенение лишь однородной и полностью газифицированной рабочей смеси. При пуске холодного двигателя, когда паровой части топлива в смеси недостаточно, а температура ее низка, для воспламенения рабочей смеси кроме емкостной фазы разряда требуется индуктивная. Длительность индуктивной фазы искрового разряда существенно больше, чем емкостной, что способствует улучшению прогрева смеси и ее испарению. Это обеспечивает более качественное воспламенение смеси, находящейся по своему составу у границ воспламеняемости.

У систем зажигания, предназначенных для двигателей с Э > 9, энергия искрового разряда достигает 0,05 Дж, а длительность 2,5 мс. При этом повышение вторичного напряжения над напряжением пробоя, характеризуемого коэффициентом запаса, составляет 1,4-1,5.

Величина напряжения пробоя при пуске двигателя (особенно холодного) всегда больше, чем на его рабочих режимах. Это связано с низкой температурой электрода свечи и рабочей смеси в цилиндре. Напряжение пробоя зависит от давления сжатия в момент пробоя искрового промежутка и расстояния между электродами свечи. На величину напряжения пробоя влияет форма электродов свечи (результат электрической эрозии), при изменении которой оно увеличивается на 3-4 кВ за первые 25 тыс. км пробега автомобиля.

Величина вторичного напряжения, развиваемого системой зажигания, зависит от конструктивных и эксплуатационных факторов.

При пусковых частотах вращения коленчатого вала двигателя время замкнутого состояния контактов прерывателя достаточно велико, и сила тока в первичной электроцепи достигает максимального значения. При малой частоте размыкания контактов и большой силе тока разрыва, индуктируемого в первичной обмотке катушки, возможен пробой искрового воздушного промежутка между контактами, что вызывает ухудшение параметров искрового разряда.

Вторичное напряжение уменьшается при снижении напряжения на зажимах аккумуляторной батареи, которое обусловливается низкой температурой аккумуляторной батареи и степенью ее разряженности. Для компенсации снижения напряжения в первичную электроцепь систем зажигания у отечественных автомобилей вводится дополнительный резистор, замыкаемый накоротко в момент включения стартера.

Необходимо отметить влияние неравномерности электрострартерного прокручивания коленчатого вала на снижение вторичного напряжения систем зажигания. Вторичное напряжение падает при неравномерном прокручивании коленчатого вала на 0,2-1,5 кВ по сравнению с равномерным прокручиванием. Уменьшение вторичного напряжения возможно и при увеличении шунтирующего сопротивления и зазора между электродами . Шунтирование свечей при пуске двигателя происходит в результате переобогащения смеси и попадания между электродами влаги и остатков продуктов сгорания. Наибольшее шунтирование свечей наблюдается у роторно-поршневых двигателей (в силу конструктивных особенностей расположения свечи) и у двухтактных двигателей из-за плохой организации процесса смесеобразования и плохой очистки цилиндров от остаточных газов. Увеличить энергию искрового разряда и величину вторичного напряжения у систем зажигания можно только увеличением силы тока разрыва первичной электроцепи катушки зажигания. В классических электромеханических системах такая возможность ограничивается сроком службы контактов прерывателя. Наибольшая эксплуатационная надежность контактов имеет место при силе тока 1 А.

Проблема роста вторичного напряжения и энергии искрового разряда за счет увеличения силы тока разрыва первичной цепи решается с помощью схем контактно-транзисторных и бесконтактных систем зажигания.

Обеспечивают более легкие условия работы контактов прерывателя при одновременном повышении силы тока разрыва первичной цепи.

Вторичное напряжение, развиваемое контактно-транзисторной системой зажигания двигателя ЗИЛ-508.1000400, составляет 25 кВ, что обеспечивает коэффициент запаса 1,7-1,8 (1,35 для классической системы). Сила тока в первичной цепи катушки зажигания составляет около 7 А и разрываемого контактами прерывателя — 0,7-0,9 А. Положительным качеством контактно-транзисторной системы является увеличение по сравнению с классической длительностью и энергии искрового разряда (энергия до 0,024-0,025 Дж и длительность до 2,0-2,3 мс). К недостаткам данных систем относится влияние на их характеристики напряжения в первичной цепи и л, хотя оно несколько меньше, чем у классической системы.

Лучшими системами с точки зрения пуска являются электронные бесконтактные системы с электронными или электромеханическими автоматами опережения зажигания, имеющие бесконтактное управление моментом зажигания с нормированным временем накопления энергии в магнитном поле. В таких системах время накопления энергии почти не зависит от п, что улучшает условия пуска двигателя. Энергия индуктивной фазы на пусковых режимах двигателя для отечественных электронных систем (бесконтактной и микропроцессорной) составляет от 0,03 до 0,05 Дж, а длительность разряда от 2,0 до 1,7 мс.

Широко применяются электронные системы с накоплением энергии в электростатическом поле конденсатора и коммутирующем элементе (тиристоре). Резкий рост вторичного напряжения обеспечивает малую чувствительность к шунтированию свечей зажигания. Такой характер возрастания напряжения тиристорной системы, несмотря на малую длительность индуктивной составляющей, позволяет повысить надежность воспламенения топливомасляных смесей двухтактных и роторно-поршневых двигателей, а также газовоздушных смесей газовых двигателей.

Двухтактные пусковые двигатели оборудуются системами зажигания от магнето, особенностью которых являются более низкие вторичное напряжение и энергия искрового разряда по сравнению с батарейной системой зажигания, особенно в интервале пусковых частот вращения коленчатого вала 200-300 мин-1. Для повышения коэффициента запаса по вторичному напряжению приходится повышать пусковую частоту вращения коленчатого вала, что ухудшает экономические показатели пусковой системы.

Неравномерность вращения коленчатого вала пусковых двигателей при электростартерном пуске (5 достигает 1,85-1,90) приводит к снижению вторичного напряжения на 0,3-4,5 кВ. Это необходимо учитывать при выборе параметров систем зажигания от магнето.

Улучшить пуск пусковых двигателей можно за счет применения электронных систем зажигания, минимальная частота устойчивого искрообразования которых должна составлять не более 100-150 мин

Похожие статьи

• Объясните Пожалуйста Что Это За Организация Департамент Принудительного Взыскания Ооо»Кредитэкспресс Финанс»
• Есть ли срок исковой давности по кредитным картам?
• Автокредит: все законные способы забрать ПТС из банка Законно ли банк забирает птс
• Как работают судебные приставы по исполнительному листу

Какая система зажигания значительно снижает токовую нагрузку на контакты прерывателя

Главная Статьи Система зажигания Классификация систем зажигания

Классификация систем зажигания

В бензиновом двигателе воспламенение топливной смеси осуществляется искровым разрядом, возникающем между электродами свечи зажигания под действием высокого напряжения.
К системам зажигания предъявляют следующие требования:

1. напряжение во вторичной цепи должно быть достаточным для пробоя искрового промежутка свечи, обеспечивая при этом бесперебойное искрообразование (не менее 16 кВ при пуске холодного и 12 кВ при работе прогретого двигателя);
2. искра, образующаяся между электродами свечи, должна обладать до­статочными энергией и продолжительностью для воспламенения рабочей смеси (зависит от ее состава, плотности и температуры);
3. момент зажигания должен быть строго определенным и соответствовать режиму работы двигателя;
4. работа всех элементов системы зажигания должна быть надежной при высоких температурах и механических нагрузках;
5. низкий уровень радиопомех при работе системы.

Исходя из этих требований, любая система зажигания характеризуется следующими основными параметрами:

Время накопления энергии катушкой (угол замкнутого состояния контактов) – время от момента начала накопления энергии (конкретно в контактной системе — момента замыкания контактов прерывателя; в других системах — момента срабатывания силового транзистора) до момента возникновения искры (конкретно в контактной системе — момента размыкания контактов прерывателя либо отсечки тока транзистором). Данная величина характеризует величину энергии, накапливаемой катушкой.

Напряжение пробоя — напряжение во вторичной цепи в момент образования искры, фактически, максимальное напряжение во вторичной цепи. Системы зажигания рассчитываются с учетом коэффициента запаса по вторичному напряжению, это значит, что максимально развиваемое катушкой напряжение всегда превышает напряжение пробоя в наихудших условиях работы двигателя, может достигать 20 кВ.

Напряжение горения – напряжение горения электрической дуги, установившееся во вторичной цепи после пробоя электродного зазора. Эта величина значительно меньше напряжения пробоя и составляет единицы кВ.

Время горения — длительность горения электрической дуги. Поджиг топливной смеси происходит при горении дуги, поэтому определение ее характеристик дает очень важную информацию при оценке исправности системы.

Угол опережения зажигания (УОЗ) — угол, на который успевает повернуться коленчатый вал от момента возникновения искры до момента достижения соответствующим цилиндром верхней мертвой точки (ВМТ). 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.

Любая система зажигания четко делится на две части:

— низковольтную (первичную) 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) цепь — включает вторичную обмотку катушки зажигания, систему распределения высоковольтной энергии, высоковольтные провода, свечи.

Схема простейшей системы зажигания
1. источник питания — аккумуляторная батаррея (АКБ) или генератор;
2. преобразователь напряжения — преобразует постоянное напряжение бортовой сети автомобиля в высоковольтный импульс;
3. устройство управления накоплением энергии — определяет момент начала накопления энергии и момент зажигания;
4. распределитель зажигания — коммутирует катушку зажигания с одной из свечей в соответствии порядку работы цилиндров;
5. свечи зажигания — необходимы для образования искрового разряда и зажигания топливной смеси в камере сгорания двигателя.

Свечи устанавливаются в головке цилиндра. Когда импульс высокого напряжения подается на свечу, между ее электродами проскакивает искра, которая и воспламеняет рабочую смесь. Как правило, устанавливается по одной свече на цилиндр. Однако бывают и более сложные системы с двумя свечами на цилиндр.

Системы с механическим распределителем энергии

Классическая (трамблерная) система зажигания, довольно распространенная среди устаревших авто.

Принципиальная схема классической системы зажигания
1. выключатель зажигания;
2. источник питания;
3. конденсатор;
4. катушка зажигания;
5. механический прерыватель;
6. вал прерывателя;
7. свечи зажигания;
8. распределитель.

Распределитель зажигания, трамблер(distributor) — распределяет высокое напряжение от катушки к свечам цилиндров двигателя. На контактных системах зажигания, как правило, объединен с прерывателем, на бесконтактных — с датчиком импульсов, на более современных либо отсутствует, либо объединен с катушкой зажигания (при этом центральный провод может отсутствовать), коммутатором и датчиками.

Распределитель работает следующим образом. Высокое напряжение, создаваемое во вторичной обмотке катушки зажигания, подается на центральную клемму распределителя зажигания. Вращающийся ротор распределителя (бегунок) образует коммутацию этой центральной клеммы и внешних электродов в такой последовательности, что высокое напряжение направляется к свече зажигания того цилиндра, поршень в котором находится в конце такта сжатия, и там создает искру. Как правило, для четырехцилиндровых двигателей, последовательность работы цилиндров 1-3-4-2. Такой порядок работы цилиндров установлен для равномерного распределения нагрузки на коленчатый вал двигателя. Синхронизация с коленчатым валом обеспечивается за счет постоянной механической связи распределителя зажигания с распределительным валом или любым другим валом, связанным с коленчатым валом при передаточном отношении между ними, равном 2:1.

Механический прерыватель – устройство управления накоплением энергии, замыкает и размыкает питание первичной обмотки катушки зажигания в зависимости от угла поворота распредвала. Контакты прерывателя находятся под крышкой распределителя зажигания.

Параллельно контактам включен конденсатор. Он необходим для того, чтобы контакты не обгорали в момент размыкания. Во время разрыва контактов, между ними образуется высокое напряжение, которое приводит к образованию искры, но конденсатор поглощает в себя большую часть энергии и искрение уменьшается до незначительного. При выходе конденсатора из строя, будут сильно обгорать контакты прерывателя.

В этой системе также присутствуют механизмы корректировки опережения зажигания: центробежный и вакуумный регуляторы.

Описанная система отличается простотой конструкции. Недостатками является наличие ненадежных механических элементов, прерыватель коммутирует большие токи, что со временем приводит к выходу его из строя, искрение в прерывателе и распределителе приводит к радиопомехам.

Одной из разновидностей классической системы, частично лишенной недостатков прерывателя, является классическая система с транзисторным коммутатором.

Коммутатор — это транзисторный ключ, который в зависимости от управляющего сигнала, включают или отключают питание первичной обмотки катушки зажигания. В зависимости от устройства конкретной системы зажигания, коммутатор может быть как один, так их может быть и несколько (если в системе зажигания используется несколько катушек).

В этом случае механический прерыватель управляет только транзисторным коммутатором, который, в свою очередь, управляет катушкой. Такая конструкция имеет существенное преимущество перед прерывателем без транзисторного коммутатора — оно заключается в том, что контактный прерыватель коммутирует значительно меньший ток. Следовательно, практически исключается пригорание контактов прерывателя во время размыкания, отсутствует необходимость в конденсаторе. В остальном система полностью аналогична классической системе. Обе описанные системы зажигания с механическим прерывателем имеют общее название — контактные системы зажигания.

Принципиальная схема системы зажигания с механическим прерывателем и транзисторным коммутатором VT – силовой транзистор.

Бесконтактные системы зажигания (БСЗ). В этом случае вместо механического прерывателя используется датчик — генератор импульсов с преобразователем сигналов, который управляет только транзисторным коммутатором, который, в свою очередь, управляет катушкой зажигания.

В системах зажигания с транзисторным коммутатором используются датчики трех типов:

— датчик Холла;
— индуктивный датчик;
— оптический.

Со временем, дополнительной задачей коммутатора зажигания стала зарядка катушки необходимой энергией, т.е. до момента зажигания коммутатор должен предугадать, когда нужно начать зарядку катушки, чтобы получить максимальную энергию искры и избежать перегрева катушки. Причём, он должен это сделать так, чтобы время заряда катушки было приблизительно постоянным.

Для этого коммутатор вычисляет скорость вращения двигателя и в зависимости от нее вычисляет момент замыкания катушки на землю. Другими словами, чем выше обороты двигателя, тем раньше коммутатор будет начинать замыкать катушку на землю, но время замкнутого состояния будет одинаковым.

Общая схема бесконтактной системы зажигания К – коммутатор;
БД – бесконтактный датчик;

Системы зажигания со статическим распределением энергии

Данные системы имеют принципиальное отличие от выше описанных. В системах зажигания со статическим распределением энергии DLI (DistributorLess Ignition) отсутствует механический распределитель. Катушки зажигания напрямую соединены со свечами зажигания и распределение напряжения осуществляется на первичной стороне катушек зажигания. Исключается и применение элементов, которые подвержены потерям энергии в них, а также износу. Такой способ распределения напряжения применяется в двух вариантах: с одно- и двухискровыми катушками зажигания.

Системы с одноискровыми катушками зажигания

В одноискровой системе каждая свеча имеет свою индивидуальную катушку зажигания. Блок управления двигателем включает в работу катушки зажигания в соответствии с установленным порядком работы цилиндров. Так как отсутствуют потери энергии в распределителе, то эти катушки зажигания могут быть очень компактных размеров. В основном, они располагаются непосредственно над свечами зажигания.

Неподвижное распределение напряжения с одноискровыми катушками зажигания применимо универсально для любого количества цилиндров. Нет ограничений на диапазоны регулировки опережения угла зажигания. Дополнительным преимуществом является то, что при выходе и строя катушки, перестанет работать только один цилиндр, а система в целом сохранит работоспособность. Однако, здесь необходимо применение датчика вращения коленвала с целью синхронизации работы всей системы с частотой вращения этого вала.

Коммутатор в таких системах может представлять собой один блок для всех катушек зажигания или отдельные блоки для каждой катушки зажигания, кроме того, он может быть интегрирован в электронный блок управления, а также может устанавливаться отдельно. Катушки зажигания также могут стоять как отдельно, так и единым блоком (но в любом случае отдельно от ЭБУ), а кроме того, могут быть объединены с коммутаторами.

Общая схема систем независимого зажигания

1. высоковольтные провода;
2. свечи зажигания;
ЭБУ – электронный блок управления двигателем;
К – коммутатор;
КЗ – катушка зажигания.

Одной из наиболее популярных разновидностей таких систем является COP система (Coil on Plug — «катушка на свече»), в ней катушка зажигания ставится прямо на свечу. Таким образом, стало возможным полностью избавится еще от одного ненадежного компонента системы зажигания — высоковольтных проводов.

Общая схема системы COP

В системах с двухискровыми катушками (DIS) на каждые два цилиндра приходися по одной катушке зажигания. Концы вторичной обмотки подключены к свечам зажигания в разных цилиндрах. Цилиндры выбраны так, что при такте сжатия в одном цилиндре во втором происходит такт выпуска (при четном количестве цилиндров). В момент зажигания на обеих свечах зажигания образуется искра на первой катушка дает «рабочую искру», а на второй – «холостую».

Например, в классическом 4-х цилиндровом двигателе в цилиндрах 1 и 4 поршни занимают одно и то же положение (оба находятся в верхней или нижней мертвых точках одновременно) и движутся синхронно, но находятся на разных тактах. Когда цилиндр 1 находится на компрессионном ходу, цилиндр 4 — на такте выпуска, и наоборот.

Общая схема системы DIS

Катушки зажигания в системе DIS могут устанавливаться как отдельно от свечей и связываться с ними высоковольтными проводами, 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).

Общая схема системы «DIS-COP»

Неисправности в системе зажигания приводят к пропускам воспламенения топливной смеси в цилиндрах, в результате двигатель не развивает мощность, работает нестабильно, «троит», повышается нагрузка на рабочие цилиндры, что приводит к снижению их времени эксплуатации, увеличению расхода топлива.

Принцип действия и проверка работоспособности контактной системы зажигания

— знакомство с конструкцией катушки зажигания и принципом работы прерывателя контактной системы зажигания.

2. Общие сведения Назначение и принцип действия контактной системы зажигания

Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах бензиновых двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Развитие автомобилей первоначально было связано с системой зажигания от магнето, но оно достаточно быстро было вытеснено батарейной системой зажигания, которая в различных вариантах и применяется на современных автомобилях.

Тенденции развития ДВС связаны с повышением их экономичности, снижением токсичности отработавших газов, уменьшением массы и габаритных размеров, повышением частоты вращения коленчатого вала и степени сжатия.

Это оказывает влияние на конструкцию и схемное исполнение систем зажигания, не затрагивая, однако, основного принципа их действия, — накопления энергии в магнитном или электрическом поле с последующим мгновенным выделением ее в искровом промежутке свечи в нужный момент такта сжатия в рабочем цилиндре и в соответствии с заданным порядком работы цилиндров двигателя.

Разряд в искровом промежутке вызывается импульсом напряжения, величина которого зависит от температуры и давления в камере сгорания, конфигурации и размеров искрового промежутка. Величина импульса должна обеспечиваться системой зажигания с определенным запасом, с учетом износа электродов свечи в эксплуатации. Обычно коэффициент запаса составляет 1,5 — 1,8, а величина импульса напряжения лежит в пределах 20 — 30 кВ.

Процесс сгорания рабочей смеси разделяется на три фазы: начальную, когда формируется пламя, возникающее от искрового разряда в свече, основную, ко­гда пламя распространяется на большей части камеры сгорания, и конечную, когда пламя догорает у стенок камеры. Этот процесс требует определенного времени. Наиболее полное сгорание рабочей смеси достигается своевременной подачей сигнала на воспламенение, т.е. установкой оптимального угла опере­жения зажигания в зависимости от режима работы двигателя.

Угол опережения зажигания определяется по углу поворота коленчатого вала двигателя от момента возникновения искры до момента достижения порш­нем верхней мертвой точки.

Если угол опережения зажигания больше оптимального, то зажигание ран­нее. Давление в камере сгорания при этом достигает максимума до достиже­ния поршнем верхней мертвой точки и оказывает противодействующее воз­действие на поршень. Раннее зажигание может явиться причиной возникнове­ния детонации. Если угол опережения зажигания меньше оптимального, зажи­гание позднее, в этом случае двигатель перегревается.

На начальную фазу сгорания влияет энергия и длительность искрового разряда в свече. В современных системах энергия разряда достигает 50 мДж, а длительность 1 — 2,5 мс. По способу накопления энергии различаются системы с накоплением энергии в индуктивности и в емкости. В обоих случаях для получения импульса высокого напряжения используется катушка зажигания, представляющая собой высоковольтный трансформатор, содержащий две обмотки: первичную с малым числом витков и омическим сопротивлением в доли и единицы Ома и вторичную с большим числом витков и омическим сопротивлением в единицы и десятки кОм. Коэффициент трансформации катушки лежит в пределах 50 — 150. Значительное количество энергии, которое требуется для воспламенения рабочей смеси, накопить в конденсаторе приемлемых размеров при достаточно низком напряжении бортовой сети невозможно. Такую систему требуется оборудовать высоковольтным преобразователем напряжения, что приводит к усложнению схемы и не дает существенных преимуществ. Поэтому системы с накоплением энергии в емкости на автомобилях практически не применяются.

П ринцип работы схемы с накоплением энергии в индуктив­ности, изображенной на рис. 1, характерен для всех систем зажигания, устанавливаемых на автомобилях.

Выключатель зажигания S1 включает систему в сеть питания. В некоторых системах роль выклю­чателя S1 играют контакты реле, управляемого выключателем зажи­гания. При вращении вала двигателя происходит замыкание контактов прерывательного меха­ни­зма S2, и ток начинает нарастать в первичной цепи катушки зажига­ния по экспоненте, как показано на рис. 2, а.

В момент, необходимый для подачи искрового импульса на зажигание, прерыватель S2 разрывает свои контакты, после чего возникает колебательный процесс, связанный с обменом энергией между магнитным полем катушки и электрическим полем в емкостях С1 и С2. Амплитуда колебаний напряжения, приложенного к электродам свечи U₂, убывает по экспоненте, как показано на рис. 2 пунктиром. Интерес представляет лишь первая полуволна напряжения, т.к., если ее максимальное значение U_2m превышает напряжение пробоя искрового промежутка U_n, то возникает необходимая для зажигания искра. Величина U_2m зависит от коэффициента трансформации катушки зажигания К_Т = w₂/w₁ (w₂ и w₁ соответственно число витков вторичной и первичной обмоток катушки), величины тока первичной обмотки в момент разрыва I_1р, а также индуктивности L₁ и емкости С₁ первичной и С₂ вторичной цепей

К оэффициент К_П учитывает потерю энергии в активных сопротивлениях первичной R₁ и вторичной R₂ цепей, в сопро­тивлении нагара, шунтирующего искровой промежуток, а также в сердечнике катушки при его перемагничивании. Обычно К_П лежит в пределах 0,7 — 0,8. Влияние нагара на свечах на процесс искрообразования зна­чительно сни­жается с увеличе­нием скоро­сти нарастания вто­ричного напряже­ния. В совре­менных системах эта скорость лежит в пределах 200- 700 В/мкс.

После пробоя искрового промежутка вторичное напряже­ние резко уменьшается (рис. 2). При этом в искровом промежут­ке сначала искра имеет емкост­ную фазу, связанную с разрядом емкостей на промежуток, а затем индуктивную, во время которой в искре выделяется энергия, накопленная в магнитном поле катушки. Емкостная составляю­щая искры обычно кратковре­менна, очень ярка, имеет голубоватое свечение. Сила тока в искре велика даже при малом количестве протекающего в ней электричества. Индуктивная составляющая отличается значительной продолжительностью, небольшой силой тока, большим количеством электричества и неярким красноватым свечением. Осциллограмма вторичного напряжения, соответствующая рис. 2, является признаком нормальной работы системы зажигания. О нормальной работе свидетельствует и вид искры между электродами свечи. В исправной системе она имеет яркое ядро, окруженное пламенем красноватого цвета.

Системы зажигания по своим конструктивным и схемным выполнениям делятся на контактную систему (ее называют классической), контактно-транзисторную и бесконтактную электронные си­стемы зажигания.

Контактная система зажигания

В контактной системе зажигания (рис. 3) коммутация в первичной цепи за­дания осуществляется механическим кулачковым прерывательным механизмом. Кулачок прерывателя связан с коленчатым валом двигателя через зубчатую или зубчато-ременную передачу, причем частота вращения вала кулачка вдвое меньше частоты вращения вала двигателя. Угол опережения зажигания устанавливается изменением положения кулачка относи­тельно приводного вала или углового положения пластины прерывателя, на которой закреплена ось его подвижного рычажка. Время замкнутого и разомкнутого состояния контактов определяется конфигурацией кулачка, частотой вращения и зазором между контактами.

Закономерность изменения угла опережения зажигания по частоте вращения коленчатого вала двигателя и его нагрузке различна для разных типов двигателя и подбирается экспериментально. Однако во всех случаях с увеличением частоты вращения коленчатого вала увеличивается скорость движения поршня, и для того, чтобы смесь успела сгореть при увеличении частоты вращения угол опережения зажигания должен быть увеличен. Для изменения положения кулачка относительно приводного вала в зависимости от частоты вращения служит центробежный регулятор. Своеобразным датчиками частоты вращения в регу­ляторе являются грузики, оси вращения которых закреплены на пластине связанной с приводным валом. Под действием центробежной силы, зависящей от частоты вращения, грузики стремятся разойтись и повернуть траверсу, жестко связанную с кулачком, при этом центробежная сила преодолевает силу противодействующей пружины.

С увеличением нагрузки двигателя, т.е. с увеличением угла открытия дроссельной заслонки, наполнение цилиндров и давление в конце такта сжатия уве­личивается, процесс сгорания ускоряется. Следовательно, с увеличением от­крытия дроссельной заслонки угол опережения зажигания должен уменьшаться. Изменение угла опережения зажигания по нагрузке двигателя осуществляет вакуумный регулятор. Вакуумная камера регулятора соединена со впускным трактом дви­гателя за дроссельной заслонкой. При увеличении нагрузки дроссельная заслонка открывается, давление за ней снижается, и гибкая мембрана через шток поворачивает пластину с контактным механизмом относительно кулачка в сто­рону уменьшения угла опережения зажигания. Максимальный угол опережения зажигания по нагрузке также ограничивается упором и лежит в пределах 15-25º по углу поворота коленчатого вала. В реальной эксплуатации центробежный и вакуумный регуляторы работают совместно.

Если октановое число топлива не соответствует степени сжатия двигателя, то даже при оптимальной установке угла опережения зажигания, соответствующей максимальной мощности двигателя, в нем может возникнуть детонация — чрезвычайно быстрое сгорание рабочей смеси, подобное взрыву. Для предотвращения детонации служит октан-корректор, позволяющий вручную повернуть корпус прерывателя-распределителя в ту или другую сторону. При применении топлива с меньшим октановым числом корпус поворачивается в сторону уменьшения угла опережения зажигания.

Добавочный резистор R (рис. 3) служит для защиты первичной цепи катушки зажигания от токовой перегрузки, возможной на малой частоте вращения коленчатого вала, а также при неработающем двигателе. При этом на катушку подается напряжение 7– 8 В, на которое она и рассчитана.

При пуске двигателя и включении стартера добавочный резистор закорачивается и, тем самым, устраняется влияние снижения напряжения в цепи катушки зажигания.

Добавочный резистор выполняется из никелевой или константановой проволоки, имеет сопротивление 1–1,9 Ом и располагается либо на катушке зажигания, либо отдельно. Сопротивление никелевого резистора с ростом силы тока возрастает. В цепях, где напряжение при пуске понижается мало, добавочный резистор не применяется.

Распределительный механизм, который объединен в один узел «прерыватель-распределитель» с прерывателем, подводит вывод вторичной обмотки катушки зажигания через контактный уголек к вращающемуся электроду (бегунку), установленному на одном валу с кулачком прерывателя. При вращении ротора высокое напряжение последовательно через воздушный промежуток в 0,5 мм поступает на электроды распределителя и по высоковольтным проводам подается на свечи. Мо­мент прохождения бегунка мимо каждого электрода распределителя синхрони­зирован с размыканием контактов прерывателя.

Зависимость вторичного напряжения от величины емкости С1 конденсатора, включаемого параллельно контактам прерывателя и служащего для формирования импульса напряжения в первичной цепи катушки зажигания, характеризуется формулой (1).

Время замкнутого состояния контактов прерывателя определяется выражением: , (2)

где п_кв – частота вращения коленчатого вала двигателя (об/мин);

z – число цилиндров двигателя;

k – коэффициент, зависящий от профиля кулачка (k = 0,8 – 0,9).

Условия формирования импульса, при котором энергия электрической дуги достаточна для воспламенения в межэлектродном пространстве свечи топливо-воздушной смеси, будут соблюдены, если процесс в первичной цепи катушки зажигания носит колебательный характер. Это происходит, если величина волнового сопротивления >> R_1∑/2,

где L – индуктивность первичной обмотки катушки зажигания;

С – емкость в цепи первичной обмотки катушки зажигания;

R_1∑ – суммарное сопротивление первичной цепи катушки зажигания.

Характер процесса в цепи первичной обмотки катушки зажигания в момент разрыва контактов можно установить по то процесс носит колебательный характер.

При росте частоты вращения время замкнутого состояния контактов уменьшается. Для того, чтобы магнитная энергия, которая накапливается в катушке, зажигания была достаточна для формирования электрической дуги величина тока первичной обмотки катушки зажигания в момент разрыва контактов должна быть близка уровню . В этом случае время замкнутого состояния контактов t_ЗАМ >3,

где – постоянная времени первичной обмотки катушки зажигания.

Обычно емкость конденсатора С1 лежит в пределах 0,17-0,35 мкФ. При малой величине емкости С1 энергия дуги низка, а ее увеличение приводит к снижению вторичного напряжения, поэтому конденсатор подбирается к каждой системе индивидуально. Амплитуда вторичного напряжения сни­жается также с ростом емкости вторичной цепи С2, согласно выражению (1). Это создает проблему в случае применения экранированной системы, предназначенной для снижения уровня радиопомех, создаваемых системой зажигания, так как экранирование вызывает повышение вторичной емкости. В ряде случаев отказываются от применения экранирования и используют высоковольтные провода с распределен­ным сопротивлением (2-15 кОм/м).

Табл.1. Характеристики катушек зажигания

Какая система зажигания значительно снижает токовую нагрузку на контакты прерывателя

Принцип действия системы зажигания

При включенном зажигании и замкнутых контактах прерывателя в первичной цепи проходит ток низкого напряжения. Цепь тока низкого напряжения: плюсовой вывод батареи — амперметр — зажим AM выключателя 14 зажигания — контактная пластина 15 — контакт 16 — зажим КЗ выключателя — дополнительный резистор 13 — первичная обмотка 11 катушки зажигания — зажим 10 прерывателя — рычажок 8 — контакты 7 прерывателя — корпус автомобиля — минусовый вывод батареи.

Ток, проходящий по первичной обмотке катушки зажигания, создает вокруг витков обмотки нарастающий по величине магнитный поток, который, пересекая витки первичной обмотки, индуктирует в них э. д. с. самоиндукции (рис. 1), направленную против тока и, следовательно, замедляющую его нарастание, вследствие чего магнитный поток будет нарастать также относительно медленно, и поэтому в витках вторичной обмотки будет индуктироваться э. д. с. взаимоиндукции величиной не более 2000 В.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

• Электродвигатели в автомобиле
• Установка зажигания
• Техника безопасности при техническом обслуживании автомобильного электрооборудования
• Анализатор двигателя К461
• Диагностический прибор Э214
• Система управления экономайзером принудительного холостого хода автомобилеи ВАЗ-2108, -2109
• Система управления экономайзером принудительного холостого хода автомобиля ВАЗ-2105
• Система ступенчатого впуска воздуха
• Стеклоочиститель

Рис. 1. Процессы, происходящие в обмотках катушки зажигания за один период работы прерывателя: а — изменение силы тока, в первичной цепи и напряжения U2 во вторичной цепи при замкнутом и разомкнутом состоянии контактов прерывателя (масштаб времени с момента размыкания контактов прерывателя увеличен в 10 раз); б — направление токов и э. д. с. при замыкании и размыкании контактов прерывателя

Прерывание цепи низкого напряжения происходит в момент, когда кулачок, набегая выступом на рычажок 8 прерывателя, вызовет размыкание контактов. В это время магнитный поток резко уменьшается, пересекая витки первичной и вторичной обмоток, сердечник и наружный магнитопровод. При этом в первичной обмотке будет индуктироваться э. д. с. самоиндукции величиной около 200—300 В, а во вторичной обмотке будет индуктироваться э. д. с. до 24 кВ и более; в сердечнике и кольцевом магнитопроводе появятся вихревые токи. Электродвижущая сила, индуктируемая во вторичной обмотке, создает между электродами свечи зажигания искровой разряд, при котором во вторичной цепи появляется ток.

Путь тока высокого напряжения: вторичная обмотка 12 катушки зажигания — подавительный резистор 5 крышки распределителя—электрод ротора 4 распределителя—искровой промежуток—электрод крышки 3—подавительный резистор 2—центральный электрод свечи зажигания—искровой зазор—боковой электрод—корпус—аккумуляторная батарея—амперметр—зажим AM выключателя зажигания— контактная пластина 15 выключателя зажигания—контакт 16 выключателя—зажим КЗ—зажим В К Б катушки зажигания—дополнительный резистор 13 — зажим ВК—первичная обмотка — вторичная обмотка.

Э. д. с. самоиндукции, индуктируемая в первичной обмотке при размыкании контактов прерывателя, направлена в сторону действия первичного тока и будет стремиться задержать его исчезновение. В момент размыкания контактов прерывателя э.д. с. самоиндукции создает между ними искру.

Для уменьшения искрения между контактами прерывателя параллельно им включают конденсатор, вследствие чего уменьшается окисление контактов и повышается э. д. с. во вторичной обмотке катушки зажигания. В начальный момент размыкания контактов конденсатор заряжается, что уменьшает искрение между ними. При заряде на обкладках конденсатора появится постепенно возрастающая разность потенциалов. При разомкнутых контактах заряженный конденсатор будет разряжаться через первичную обмотку катушки, создавая в начальный момент импульс тока обратного направления, что ускоряет исчезновение магнитного потока, вследствие чего э. д. е., индуктируемая во вторичной обмоТке катушки зажигания, значительно повышается.

При пуске двигателя стартером напряжение аккумуляторной батареи снижается, следовательно, уменьшится и сила тока в первичной обмотке катушки зажигания, что приводит к уменьшению величины высокого напряжения.

В момент пуска двигателя выключателем зажигания замыкают цепь обмотки реле включения стартера и тогда ток, проходящий по обмотке реле, намагничивает сердечник,что вызывает притяжение якорька. Контакты реле замыкаются и закорачивают дополнительный резистор 13, что снижает сопротивление первичной цепи, а следовательно, сила тока в ней увеличивается. Цепь тока низкого напряжения в первичной цепи при закороченном резисторе показана на рис. 40 пунктирными стрелками.

Рассмотрим подробнее процесс образования искрового разряда в системе батарейного зажигания.

Следовательно, сила тока разрыва в первичной цепи зависит от напряжения в системе энергоснабжения, сопротивления первичной цепи, индуктивности первичной обмотки катушки зажигания и времени замкнутого состояния контактов.

После размыкания контактов прерывателя первичная цепь, состоящая из конденсатора Съ индуктивности Lx и сопротивления Ru представляет собой колебательный контур. В этом контуре возникает затухающий колебательный разряд конденсатора, и первичный ток совершит несколько периодов колебаний, создавая переменный магнитный поток.

В действительности, как только напряжение во вторичной цепи достигает значения Uup, достаточного для пробоя искрового промежутка между электродами свечи, произойдет электрический разряд. Электрический разряд имеет две фазы: емкостную и индуктивную.

Емкостная фаза искрового разряда представляет собой разряд энергии, накопленной во вторичной цепи, сопровождающийся резким падением напряжения. Оставшаяся часть энергии выделяется в индуктивной фазе разряда. Большая продолжительность индуктивной фазы благоприятно отражается на работе двигателя, особенно при пуске и на режиме неполных нагрузок.

Величина максимального напряжения во вторичной цепи прямо пропорциональна силе тока разрыва. Сила тока разрыва при эксплуатации автомобиля зависит от напряжения в системе энергоснабжения U, сопротивления первичной цепи Rx и времени замкнутого состояния контактов.

Сопротивление первичной цепи Rt в процессе эксплуатации автомобиля увеличивается за счет подгорания контактов прерывателя, что приводит к уменьшению силы тока разрыва и напряжения во вторичной цепи U2 max.

Влияние времени замкнутого состояния контактов на напряжение.

Время замкнутого состояния контактов определяется углом поворота вала прерывателя от момента замыкания до момента размыкания контактов, который зависит от величины зазора между ними. Чем больше зазор между контактами, тем меньше угол их замкнутого состояния, и наоборот.

При увеличении зазора между контактами уменьшается время замкнутого состояния контактов, следовательно, уменьшаются сила тока разрыва и напряжение во вторичной цепи.

При уменьшении зазора между контактами время их замкнутого состояния увеличивается, однако при малом зазоре увеличивается искрение на контактах, что приводит к снижению напряжения во вторичной цепи.

Оптимальная величина зазора между контактами прерывателя 0,30—0,45 мм.

Влияние емкости конденсатора в первичной цепи на напряжение. Емкость конденсатора оказывает существенное влияние на напряжение во вторичной цепи. При повышении емкости конденсатора искрение между контактами будет малым, однако период заряда и разряда конденсатора увеличивается, что замедлит размагничивание сердечника и уменьшит э. д. е., индуктируемую во вторичной цепи и напряжение, что может стать причиной перебоев при работе двигателя на большой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

При очень малой емкости конденсатора между контактами прерывателя будет сильное искрение, что замедляет прерывание тока, а вместе с этим — магнитного потока первичной обмотки, вследствие чего уменьшится индуктируемая э. д. с. во вторичной обмотке, и даже при малой частоте вращения коленчатого вала двигателя между электродами свечи зажигания могут появиться перебои в ценообразовании. Кроме того, увеличатся окисление контактов и перенос металла с одного контакта на другой.

Необходимая емкость конденсатора подбирается такой величины, чтобы искрение между контактами прерывателя было наименьшим, а напряжение во вторичной цепи достигало наибольшей величины. В системе батарейного зажигания применяют конденсаторы емкостью 0,17—0,35 мкФ.

Влияние нагара на изоляторе на напряжение, подводимое к электродам свечи зажигания. При работе двигателя из-за неполного сгорания топлива и масла на изоляторе свечи происходит отложение нагара, который, являясь проводником, шунтирует электроды свечи.

В момент размыкания контактов прерывателя магнитный поток первичной обмотки исчезает не мгновенно; следовательно, и индуктируемая э. д. с. во вторичной обмотке не может мгновенно нарастать до максимальной величины. Так как вторичная цепь замыкается через слой нагара (шунтирующий резистор), то в период индуктирования э. д. с. во вторичной цепи до появления искры между электродами свечи создается ток (ток утечки). Вследствие этого большая часть э. д. с. затрачивается на преодоление сопротивления вторичной обмотки и напряжение, подводимое к электродам свечей, уменьшается.

Если сопротивление нагара более 1 мОм, то он не оказывает существенного влияния на напряжение во вторичной цепи. При сопротивлении нагара менее 0,5 мОм ток утечки и вызываемые им потери настолько уменьшают напряжение во вторичной цепи, что оно окажется недостаточным для создания искрового разряда между электродами свечи, и воспламенения рабочей смеси в цилиндре не произойдет.