Системы зажигания бензиновых двигателей
Виды, устройство и принцип работы системы зажигания
Система зажигания двигателя — это комплекс устройств, приборов и датчиков, необходимых для его запуска. Ее главной задачей является создание высокого напряжения для формирование искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь, в точно определенный момент времени. Это обеспечивает правильный режим работы мотора, а потому от исправности системы зажигания зависит расход топлива, мощность и безопасность движения автомобиля.
Устройство и принцип действия типовой системы зажигания
С технической стороны система зажигания входит в комплекс электрооборудования двигателя. Конструктивно она состоит из следующих элементов:
- Аккумулятор или другой источник питания. Он подает в сеть низкое напряжение 12 вольт.
- Переключатель. При повороте ключа переключатель замыкается и низкое напряжение поступает в накопитель энергии.
- Накопитель энергии. Бывает двух видов: индуктивный (катушка зажигания трансформаторного типа, преобразующая низкое напряжение в высокое до 30 тысяч вольт) и емкостной (конденсатор).
- Блок управления аккумулированием и распределением энергии. В зависимости от типа системы зажигания это может быть прерыватель, транзисторный коммутатор или ЭБУ (электронный блок управления).
- Распределитель. Этот узел может быть механическим или электронным. Он осуществляет снабжение определенных свечей энергией в заданный момент времени.
- Провода цепи высокого напряжения. По ним поступает высокое напряжение к электродам свечей.
- Свечи зажигания.
Работа системы зажигания основана на следующем принципе: при подаче в сеть низковольтного напряжения, происходит накопление и преобразование энергии, что затем распределяется по свечам, на электродах которых формируется искра, провоцирующая воспламенение топливовоздушной смеси.
Виды систем зажигания
В современном автомобилестроении системы зажигания классифицируют в зависимости от способа управления процессом. При этом выделяют три основных типа схем:
- контактная (контактно-транзисторная);
- бесконтактная (транзисторная);
- электронная (микропроцессорная).
Характерные особенности контактной системы
Исторически контактная система является одной из первых и сегодня ее можно встретить лишь на старых моделях автомобилей. В таких конструкциях формирование высокого напряжения происходит в трансформаторной катушке, а распределение его на свечи реализуется механическим способом — замыканием и размыканием контактов цепи прерывателем-распределителем.
Устройство контактной системы зажигания
Помимо основных элементов, такие системы включают в себя центробежный регулятор опережения зажигания, необходимый для преобразования угла опережения зажигания относительно частоты вращения коленвала. Он представляет собой два груза, воздействующих на мобильную пластину, контактирующую с кулачковым механизмом прерывателя.
Угол опережения зажигания — определенное положение коленвала, при котором осуществляется подача высокого напряжения на свечи. В таком режиме зажигание происходит до момента достижения поршнем верхней мертвой точки, что позволяет обеспечить максимально эффективное сгорание топливовоздушной смеси.
Также в контактных схемах применяется вакуумный регулятор опережения зажигания, изменяющий угол опережения соответственно режиму работы (нагрузке) мотора. Он соединен с полостью, находящейся за дроссельной заслонкой, и при нажатии на педаль газа изменяет угол опережения в зависимости от величины разрежения.
При замыкании контактов низкое напряжение подается на первичную обмотку катушки, где аккумулируется энергия и в момент размыкания контакта происходит формирование высокого напряжения на вторичной обмотке. Затем энергия поступает к распределителю зажигания и далее на соответствующую свечу.
Если нагрузка на силовой агрегат повышается, увеличивается частота вращения вала прерывателя-распределителя, и грузы центробежного регулятора расходятся, изменяя положение пластины. Это способствует более раннему размыканию контактов, что увеличивает угол опережения. При снижении нагрузки на двигатель происходит обратный процесс.
В чем отличия контактно-транзисторной системы зажигания
Следующим поколением системы зажигания стала контактно-транзисторная, предполагающая установку в первичной цепи катушки транзисторного коммутатора. Он позволяет снизить силу тока в обмотке низкого напряжения, что повышает срок эксплуатации контактов.
Контактно-транзисторная система зажигания
За счет установки транзистора напряжение, поступающее на свечи, больше, чем в классической контактной системе на 30%. Зазор между электродами и, как следствие, длина искры при этом также больше, а значит возрастает и площадь контакта с топливовоздушной смесью, что способствует ее полному сгоранию. В контактно-транзисторной системе зажигания прерыватель воздействует не на катушку, а на коммутатор.
При повороте ключа через транзистор начинают проходить два типа токов:
- управления;
- основной ток первичной обмотки.
Когда контакты размыкаются, ток цепи управления исчезает, а транзистор запирается, препятствуя протеканию тока первичной обмотки. В этот момент магнитное поле формирует высокое напряжение на вторичной обмотке. Для ускорения запирания транзистора в контактной системе зажигания этого типа может устанавливаться импульсный трансформатор.
Принцип работы бесконтактной системы
Эволюционным продолжением транзисторно-контактной системы, является бесконтактное зажигание. В таких конструкциях вместо прерывателя устанавливается специальный датчик импульсов. Это дает возможность увеличить срок службы системы зажигания за счет отсутствия неисправностей, связанных с контактами прерывателя.
Датчик формирует электрические импульсы низкого напряжения. Он бывает трех типов:
- Датчик Холла. Конструкция такого датчика включает в себя постоянный магнит, и пластину-полупроводник, оснащенную микросхемой.
- Индуктивный. Принцип его работы основан на изменении величины индукции чувствительного элемента в зависимости от величины зазора между датчиком и движущимся пластинчатым ротором, воздействующим на магнитное поле.
- Оптический. Он состоит из светодиода, фототранзистора и микросхемы согласования. При попадании света от диода на фототранзистор датчик подает массу (минус питания) на коммутатор. Перекрытие потока света провоцирует исчезновение тока в катушке и способствует дальнейшему формированию искры.
Конструктивно датчик импульсов интегрирован в распределитель и регулируется режимом вращения коленвала двигателя. Прерывание тока в первичной обмотке катушки зажигания бесконтактной системы осуществляется также транзисторным коммутатором, но реагирующим на сигналы датчика.
В момент вращения коленвала датчик посылает импульсы напряжения на коммутатор. Последний, соответственно, формирует импульсы тока в обмотке низкого напряжения катушки. Когда ток не поступает, на вторичной обмотке возникает высокое напряжение, которое передается распределителю и далее по высоковольтным проводам к нужной свече. Изменение угла опережения в бесконтактной системе зажигания также выполняется центробежным и вакуумным регуляторами.
Электронная и микропроцессорная системы
Самой современной системой считается электронная. Она не имеет механических контактов, а потому ее также можно назвать бесконтактной. Электронное зажигание является частью системы управления двигателем.
Электронная система зажигания
Выделяют два типа электронных бесконтактных систем зажигания:
- С распределителем. В подобной схеме применяется механический распределитель зажигания, подающий высокое напряжение на заданную свечу.
- Прямого зажигания. При такой схеме высокое напряжение поступает к электродам свечи напрямую с катушки.
Помимо базовых элементов электронная система зажигания включает:
- Входные датчики. Они регистрируют данные о текущем режиме работы мотора и подают их в виде электронных сигналов блоку управления.
- Электронный блок управления. Он выполняет обработку сигналов и передает соответствующие команды на воспламенитель.
- Исполнительное устройство, или воспламенитель. Фактически является транзисторной платой, обеспечивающей в открытом режиме поступление напряжения на первичную обмотку, а в закрытом — отсечку и формирование высокого напряжения на вторичной обмотке катушки.
Такие системы могут оснащаться одной общей (в конструкциях с распределителем), индивидуальными (при подаче энергии прямо на свечу) или сдвоенными катушками зажигания.
Разновидностью электронной системы является микропроцессорная. В ней применяется целый комплекс датчиков, сигналы которых обрабатываются ЭБУ. Он рассчитывает оптимальный режим работы системы в заданный момент времени. Преимуществами такой конструкции является снижение расхода топлива и улучшение динамических характеристик автомобиля.
10.4 Система зажигания (только бензиновые двигатели)
Система зажигания предназначена для поджигания топливовоздушной смеси в бензиновых и газовых двигателях внутреннего сгорания. Поджог осуществляется за счет электрического разряда между электродами свечи при подведении к ней напряжения в 18000 – 20000 Вольт.
Основные составные части системы зажигания (каждый из элементов описан подробно ниже):
- выключатель зажигания;
- катушка зажигания;
- прерыватель-распределитель;
- регуляторы опережения зажигания;
- свечи зажигания;
- провода, соединяющие данные элементы.
Система зажигания с распределителем
На рисунке 10.6 приведена типичная схема системы зажигания с распределителем.
Рисунок 10.6 Контактная система зажигания двигателя с распределителем.
Выключатель зажигания
Выключатель зажигания собран в сборе с замком зажигания. Основная функция данного выключателя — запитывание потребителей электрическим током от источников питания. Система зажигания в целом — это тоже потребитель электротока. Как видно из схемы ниже, через выключатель от источника питания запитывается первичная обмотка катушки зажигания.
Катушка зажигания
По сути, катушка зажигания — это трансформатор, который преобразует низкое напряжение от бортовых источников питания (12 В) в напряжение, достаточное для получения мощной искры между электродами свечи, необходимой для поджигания топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя. Достаточное напряжение – это 20 – 30, а то и 60 тысяч вольт.
Для такого рода преобразования в корпусе катушки имеются две обмотки – первичная и вторичная, а также сердечник. Каждая обмотка имеет различное количество витков и сечение проводов.
Когда вы поворачиваете ключ и включаете зажигание от аккумуляторной батареи, электрический ток поступает на первичную обмотку и через контакты замыкается на «массу». При прохождении через первичную обмотку тока вокруг катушки создается электромагнитное поле. Как только контакты разомкнутся и течение тока через первичную катушку резко прекратится, во вторичной катушке возникнет необходимое напряжение и ток. И уже ток в 30 и более тысяч вольт от вторичной обмотки катушки зажигания потечет через распределитель к свече зажигания.
Прерыватель-распределитель
Прерыватель-распределитель (в простонародии — «трамблер») предназначен для того, чтобы прерывать и распределять: прерывать — ток, текущий через первичную обмотку катушки зажигания, распределять – ток от вторичной катушки зажигания между свечами зажигания в той последовательности, которая предусмотрена порядком работы двигателя. В центр крышки распределителя подсоединен высоковольтный провод от вторичной обмотки катушки зажигания, а по периметру крышки расположены выводы, которые через высоковольтные провода соединены со свечами зажигания.
Прерыватель может быть контактным и бесконтактным. В контактном прерывателе разрыв цепи первичной обмотки катушки зажигания происходит за счет контактов, что очень ненадежно.
Примечание
Причина ненадежности контактов в том, что исчезающее магнитное поле пересекает витки не только вторичной, но и первичной обмотки, вследствие чего в ней возникает ток самоиндукции и напряжение около 250-300 вольт. Это приводит к искрению и обгоранию контактов, кроме того, замедляется прерывание тока в первичной обмотке, что приводит к уменьшению напряжения во вторичной обмотке. Конечно, это решается установкой конденсатора (обычно емкостью в 0,25 мкф). Однако все-таки имеет место такое явление, как эрозия – постепенное разрушение поверхности контактов, вследствие которого контакты прилегают неплотно и понижается напряжение, возникающее во вторичной обмотке катушки зажигания.
Чтобы исключить механическую составляющую прерывателя, вместо контактов установили специальное устройство, называемое датчиком Холла. Никаких контактов, только управляющие импульсы, которые контролируют работу катушки зажигания.
Регуляторы опережения зажигания
Для того чтобы топливовоздушная смесь успела сгореть, пока поршень движется от верхней мертвой точки к нижней, ее необходимо поджигать немного раньше. Основным показателем момента зажигания является угол опережения зажигания, который говорит нам о том, за сколько градусов до ВМТ на такте сжатия возникнет пробой между электродами свечи.
В распределителях описанного выше типа изменение угла опережения зажигания осуществляется механическим путем — проворачиванием контактов относительно приводного вала в ту или иную сторону.
Свечи зажигания
Элемент, благодаря которому в цилиндре поджигается топливовоздушная смесь, называется свечой зажигания. Устройство этого элемента простейшее (смотрите рисунок 10.7): корпус с нарезанной резьбой и электродом (отрицательным, так как контактирует с «массой» — головкой блока цилиндров), изолятор, внутри которого проходит положительный электрод. К этому электроду с одной стороны через наконечник подсоединен высоковольтный провод системы зажигания. Положительный электрод расположен рядом с отрицательным электродом (воздушный зазор между ними составляет 0,8-1,2 мм — в зависимости от модели свечи). Когда от распределителя зажигания высоковольтный разряд по проводу подводится к положительному электроду, воздушный зазор пробивается, то есть возникает искра — довольно мощная, чтобы поджечь топливовоздушную смесь.
Рисунок 10.7 Свеча зажигания.
Микропроцессорная система зажигания
Как уже не раз было сказано, развитие автомобилестроения движется семимильными шагами и на смену системе зажигания с распределителем пришли микропроцессорные системы. В них нет каких-либо вращающихся и подвижных частей (смотрите рисунок 10.8), но есть катушки зажигания (все чаще — по катушке на каждый цилиндр), электронный блок управления (с интегрированным блоком зажигания) и коммутатор (если блок катушки зажигания один) или коммутаторы (если катушек зажигания несколько).
Рисунок 10.8 Система зажигания с микропроцессорным управлением.
В электронный блок управления стекаются данные от ряда датчиков, обрабатывая которые ЭБУ выдает управляющий сигнал на коммутатор (или коммутаторы), определяющий, в какой момент поджечь в цилиндре топливовоздушную смесь. Получение каждого искрового разряда производится по электронным сигналам с очень высокой точностью и без использования каких-либо подвижных частей. Во многих двигателях искра образуется не только во время такта сжатия (это значит, что каждая свеча генерирует искровой разряд каждый раз, когда поршень доходит до ВМТ). Содержание вредных компонентов в отработавших газах при этом несколько снижается.
Система зажигания
Свеча зажигания бензинового двигателя:
1 — контактная гайка;
2 — оребрение изолятора (барьеры для тока утечки);
3 — контактный стержень;
4 — керамический изолятор;
5 — металлический корпус;
6 — токопроводящий стеклогерметик;
7 — уплотнительное кольцо;
8 — теплоотводящая шайба;
9 — центральный электрод;
10 — тепловой конус изолятора;
11 — рабочая камера;
12 — боковой электрод «масса»;
h — искровой зазор
Работоспособность бензинового двигателя зависит не только от своевременной подачи в его цилиндры топливно-воздушной горючей смеси и последующего удаления продуктов сгорания, но и воспламенения в нужный момент горючей смеси от искры с помощью системы зажигания. Искра проскакивает между электродами свечи зажигания. Свеча вворачивается в резьбовое отверстие, выполненное в головке блока.
Свечи зажигания за многие годы своего существования принципиально мало изменились, но за счет применения новейших материалов и современных технологий стали более надежными и долговечными. Некоторые свечи с платиновыми электродами могут прослужить до 100 тыс. км пробега автомобиля.
Рабочая часть свечи зажигания с платиновыми электродами
Для того чтобы между электродами свечи зажигания проскочила искра, на нее нужно подать высокое напряжение (не менее 20 000 В). На автомобилях, в которых используются источники электрического тока с напряжением 12 В, для получения высокого напряжения применяется катушка зажигания — трансформатор с двумя обмотками (первичной и вторичной), отличающимися числом витков.
Конструкция катушки зажигания:
1 — крышка;
2 — контактное гнездо;
3 — винт;
4 — вывод низкого напряжения;
5 — уплотнительная прокладка;
6 — кольцевой магнитопровод;
7 — первичная обмотка;
8 — вторичная обмотка;
9 — фарфоровый изолятор;
10 — кожух катушки;
11 — трансформаторное масло;
12 — сердечник;
13 — картонная прокладка;
14 — контактная пружина
Катушка зажигания имеет внутренний сердечник. Вторичная обмотка, имеющая большее число витков, намотана вокруг сердечника. Один ее конец соединен с центральным выводом катушки, а второй — с низковольтной клеммой. Первичная обмотка (с меньшим числом витков) намотана поверх вторичной, и ее выводы соединены с низковольтными клеммами.
На вторичной обмотке катушки зажигания высокое напряжение возникает после того, как через первичную обмотку пройдет импульс тока низкого напряжения.
Конструкция датчика-распределителя зажигания:
1 — корпус;
2 — грузик центробежного регулятора;
3 — винт крепления подшипника;
4 — вакуумный регулятор;
5 — пружина вакуумного регулятора;
6 — диафрагма;
7 — штуцер;
8 — магнитопровод ротора;
9 — постоянный магнит;
10 — ротор;
11 — крышка;
12 — помехоподавительный резистор;
13 — выводы;
14 — центральный контакт;
15 — бегунок;
16 — фильц;
17 — винт крепления ротора;
18 — обмотка статора;
19 — винт крепления статора;
20 — статор;
21 — магнитопровод обмотки статора;
22 — опора статора;
23 — подшипник;
24 — пружина грузика;
25 — упорные шайбы;
26 — втулка;
27 — валик;
28 — пластина октан-корректора;
29 — шайба;
30 — пружинное кольцо;
31 — штифт;
32 — муфта привода
Момент опережения зажигания является весьма важным параметром и должен регулироваться в соответствии с изменениями оборотов и нагрузки двигателя. На первых автомобильных двигателях опережение зажигания регулировалось вручную, для чего на приборном щитке автомобиля располагалась специальная рукоятка. Затем на смену ручному регулятору пришел распределитель зажигания.
Под крышкой распределителя, в которую входит один высоковольтный провод от катушки зажигания и выходит несколько проводов, по одному к каждой свече зажигания, расположен центробежный механизм. В этом механизме имеется два грузика, уравновешенные пружинами, которые расходятся при вращении вала распределителя и увеличивают угол опережения зажигания при увеличении оборотов двигателя путем поворота опорной пластины, на которой расположены контакты прерывателя системы зажигания. В дополнение к этому устанавливается вакуумный регулятор, который изменяет момент зажигания в соответствии с нагрузкой (чем выше нагрузка, тем ниже давление во впускном трубопроводе).
Схема контактной системы зажигания:
G — источник энергии (генератор или аккумуляторная батарея);
С1 — конденсатор;
1 — прерыватель;
2 — катушка зажигания;
3 — распределитель зажигания;
4 — искровые свечи
Такая конструкция просуществовала довольно долго. Со временем, механическую контактную систему зажигания заменили на более надежную, бесконтактную.
118. Бесконтактная система зажигания
В бесконтактной системе распределитель зажигания заменен на датчик-распределитель и коммутатор. Датчик-распределитель выдает управляющие импульсы низкого напряжения и распределяет импульсы высокого напряжения по отдельным свечам зажигания. Работа бесконтактного датчика основана на использовании эффекта Холла. В этой системе еще существовали механические детали, которые не обеспечивали высокой надежности.
Индивидуальная катушка зажигания:
1 — печатная плата;
2 — задающий каскад;
3 — диод EFU;
4 — элемент вторичной обмотки;
5 — провод вторичной обмотки;
6 — контактная металлическая пластина;
7 — стержень высокого напряжения;
8 — разъем первичной цепи;
9 — провод первичной обмотки;
10 — I-образный сердечник (внутренний);
11 — постоянный магнит;
12 — о-образный сердечник (внешний);
13 — пружина;
14 — силиконовая изолирующая оболочка
В современных двигателях механический распределитель уступил место электронным системам. Сейчас его функцию выполняют или отдельные электронные модули, или, чаще, электронный блок управления. Катушки зажигания индивидуальные для каждого цилиндра, иногда для пары цилиндров. Это позволяет обойтись без высоковольтных проводов, повысить напряжение и увеличить надежность системы зажигания. Получение каждого искрового разряда производится по электронным сигналам с очень высокой точностью и без использования каких-либо подвижных частей. Во многих двигателях искра образуется не только во время такта сжатия (это значит, что каждая свеча генерирует искровой разряд каждый раз, когда поршень доходит до ВМТ). Cодержание вредных компонентов в отработавших газах при этом несколько снижается.
Система электрооборудования автомобиля
Замена замка зажигания
Как заменить замок зажигания самому.
Как проверить контактную группу замка зажигания.
Устройство системы зажигания автомобиля
Для чего нужна система зажигания?
Система зажигания нужна для создания и подачи искрового разряда к свечам зажигания. Искра подается к свечам зажигания в определенные моменты – такты работы бензинового двигателя.
Зажигания в дизельных двигателях как такого не существует, там есть самовоспламенение. Самовоспламенение горючей смеси происходит при такте сжатия.
Основные виды систем зажигания:
- Контактная система зажигания;
- Бесконтактная система зажигания;
- Микропроцессорная система зажигания.
 Контактная система батарейного зажигания подразумевает подачу тока низкого напряжения в катушку зажигания для создания тока высокого напряжения при разрыве контактов. Контактная система батарейного зажигания имеет сравнительно простую конструкцию. но в связи с тенденцией увеличения частоты вращения коленчатого вала и числа цилиндров двигателя, а также внедрением форсированных автомобильных двигателей контактная система батарейного зажигания выявила свои недостатки. |
|
|
Контактно транзисторная система зажигания это новая система, связанная с использованием полупроводниковых приборов, система зажигания, в которой источником электроэнергии также является аккумуляторная батарея с генератором. Преимущества контактно транзисторной системы… Бесконтактная система зажигания подразумевает создание импульсов управления специальным электронным транзистором – его называют транзисторное управляющее устройство или коммутатор. Если предположить, что коммутатор генерирует импульсы, то можно сказать, что это генератор импульсов.
Микропроцессорная система зажигания – это электронное устройство, которое служит для управления моментом зажигания горючей смеси. Принцип работы микропроцессорной системы зажигания состоит в создании электродвижущей силы (ЭДС). ЭДС создается при вращении магнита по заднему фронту импульса в катушке зажигания.
Как устроена система зажигания автомобиля?
Все виды систем зажигания предназначены для одного – создание тока высокого напряжения, а отличаются лишь способами создания управляющего импульса.
Загрузка...
