Система зажигания используется только в бензиновых и газовых двигателях. С ее помощью топливовоздушная смесь, попавшая в цилиндры двигателя, поджигается в строго определенный момент времени. Воспламенение смеси внутри цилиндра происходит при образовании искры между электродами свечи зажигания при подаче к ней тока напряжением 18 000-20 000 В.
Известны три разновидности систем зажигания: контактная, бесконтактная
и микропроцессорная. Контактная система на современных автомобилях не применяется. Однако ранее она была широко распространена. Отдадим ей должное, так как она верой и правдой служила на протяжении многих лет, и рассмотрим ее принципиальное устройство.
Контактная система зажигания (рис. 2.34) состоит из следующих основных элементов:
— катушки зажигания;
— прерывателя-распределителя;
— вакуумного и центробежного регуляторов опережения зажигания;
— свечей зажигания;
— выключателя (замка) зажигания.
Рис. 2.34. Контактная система зажигания:
1 — генератор; 2 — выключатель (замок) зажигания; 3 — прерыватель; 4 — распределитель; 5 — свеча зажигания; 6 — катушка зажигания; 7 — аккумуляторная батарея
Начнем с выключателя зажигания Он объединен с замком зажигания и служит сразу для нескольких целей: для включения стартера, системы зажигания, питания контрольно-измерительных приборов, подачи питания на переключатели света, на стеклоочистители и другие приборы. В данный момент нас интересует то, что с его помощью включается система зажигания и ток низкого напряжения (12 В), вырабатываемый бортовой сетью автомобиля, поступает от аккумуляторной батареи и генератора на катушку зажигания, которая преобразует его в ток высокого напряжения. Этот ток передается в трамблер (механический распределитель зажигания), подающий ток на свечи зажигания
В автомобиле есть два источника электрического тока: аккумуляторная батарея и генератор. Эти два источника вырабатывают ток низкого напряжения (12-14 В). Но для того, чтобы между электродами свечи проскочила искра и смогла поджечь рабочую смесь, необходим ток высокого напряжения — около 20 000 В, а в некоторых двигателях и до 70 000 В. Для этого в системе зажигания предусмотрены две электрические цепи — низкого и высокого напряжения.
Обратите внимание, что принцип образования тока высокого напряжения одинаков во всех видах систем зажигания. Рассмотрим его.
Катушка зажигания (иногда ее называют бобиной) преобразует ток низкого напряжения в ток высокого напряжения, т.е. она используется в качестве повышающего трансформатора. В ней расположены сердечник и вокруг него две обмотки — первичная и вторичная. Когда по первичной обмотке низкого напряжения проходит электрический ток напряжением всего 12 В, вокруг нее создается мощное магнитное поле. В момент прекращения подачи тока магнитное поле исчезает и пересекает витки вторичной обмотки высокого напряжения, в результате чего в ней возникает ток высокого напряжения, примерно в две тысячи раз больший, чем в первичной обмотке.
Ток высокого напряжения направляется в нужный момент к свече того цилиндра в котором в данный момент необходимо поджечь топливовоздушную смесь. Для этого используется устройство, называемое распределителем. На рис. 2.34 вы видите, что из центра катушки зажигания выходит провод высокого напряжения и по нему ток направляется в распределитель. Там расположен вращающийся бегунок (на рис. 2.34 он показан в виде стрелки). При его повороте происходит последовательный контакт с проводами каждой свечи, и тогда между их электродами проскакивает искра. Естественно, что все это происходит в определенной последовательности, соответствующей порядку работы цилиндров двигателя. Т.е. если перепутать провода, соединив их со свечами без учета порядка работы цилиндров, двигатель работать не будет.
Для получения необходимого высокого напряжения в катушке зажигания рассчитывают сечение проводов обмотки и количество их витков. Прекращением подачи тока в первичной обмотке руководит специальное устройство — прерыватель. Он состоит из двух контактов, которые то разъединяются, то соединяются. Именно поэтому данная система зажигания и названа контактной. Для правильной работы системы зажигания между разомкнутыми контактами должен быть определенный зазор, а при замыкании их поверхности должны плотно прилегать друг к другу. В процессе эксплуатации постоянно выдерживать эти условия сложно, например, из-за того, что контакты подгорают. Приходится довольно часто их зачищать и восстанавливать требуемый зазор между ними.
Это «слабое звено» ликвидировали, создав бесконтактную систему зажигания.
Бесконтактная система зажигания (рис. 2.35) отличается от контактной системы отсутствием прерывателя (того самого, при размыкании контактов которого во вторичной обмотке катушки зажигания образовывался ток высокого напряжения).
Рис. 2.35. Бесконтактная система зажигания:
1 — датчик-распределитель зажигания- 2 — свеча зажигания; 3 — катушка зажигания; 4 — коммутатор; 5 — выключатель (замок) зажигания.
В бесконтактной системе прерыватель заменен специальным устройством (бесконтактным электронным датчиком), посылающим импульсы тока низкого напряжения и распределяющим ток высокого напряжения в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Его называют коммутатором. Теперь именно он руководит моментами прекращения подачи тока в первичную обмотку катушки зажигания.
В современном автомотостроении широко применяется микропроцессорная система зажигания, входящая в систему управления инжекторными двигателями (рис. 2.36). Здесь полностью исключены механические приспособления.
Рис. 2.36. Микропроцессорная система зажигания
Такая система зажигания состоит из модуля зажигания, высоковольтных проводов и свечей зажигания. Устройство управления системой впрыска представляет собой автономный микропроцессорный блок управления зажиганием или блок управления двигателем с подсистемой управления зажиганием. Это устройство, пользуясь обратной связью, автоматически рассчитывает момент зажигания При этом учитываются частота вращения коленчатого вала двигателя и его положение, положение распределительного вала, нагрузка двигателя, определяемая по положению дроссельной заслонки, а также температура охлаждающей жидкости и данные датчика детонации. Регулировка опережения зажигания реализована программно в блоке управления.
Коммутаторы в микропроцессорных системах зажигания также называются воспламенителями.
Электронный блок управления выполняет в микропроцессорной системе зажигания функции головного мозга. Его работа состоит в сборе информации от датчиков. Для определения необходимого момента зажигания считывается информация с датчика положения коленчатого вала, датчика положения распределительного вала, датчика детонации, датчика угла открытия дроссельной заслонки. На основании полученной информации рассчитываются оптимальный момент зажигания, время зарядки катушки и через коммутатор выдаются команды управления первичной цепью катушки. Как уже говорилось, блок управления системой зажигания часто объединяют с блоком управления впрыском топлива, устройство которого рассмотрено ранее.
Итак, несколько слов о датчиках.
Датчики положения коленчатого и распределительного валов дают информацию о текущих оборотах двигателя, а также текущем положении распределительного вала.
Датчик детонации во время работы двигателя генерирует сигнал с частотой и амплитудой, зависящей от частоты и амплитуды вибрации двигателя. Этот датчик устанавливают на блоке двигателя. При возникновении детонации электронный блок управления корректирует угол опережения зажигания.
Датчик положения дроссельной заслонки определяет нагрузку на двигатель. Его работа рассмотрена в подразделе, посвященном устройству и работе системы питания инжекторного двигателя.
Коммутатор (воспламенитель) — это транзисторные ключи, которые в зависимости от сигнала с электронного блока управления включают или отключают питание первичной обмотки катушки зажигания. Если в системе зажигания используется несколько катушек, то и коммутаторов может быть несколько.
Таким образом, ток высокого напряжения в нужный момент доставляется к конкретной свече зажигания.
Устройство свечи зажигания показано на рис. 2.37. С помощью свечи зажигания образуется искровой разряд, необходимый для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. Главными рабочими элементами свечи являются контактный стержень с центральным электродом, отделенный от «массы» изолятором, и боковой электрод, контактирующий с «массой» через металлический корпус свечи. Свечи устанавливают (вворачивают) специальным свечным ключом в головку блока цилиндров. Как вы уже знаете, при работе двигателя в его цилиндрах создается высокое давление. Для надежного уплотнения свечи с головкой блока цилиндров используется уплотнительное кольцо.
Рис. 2.37. Устройство свечи зажигания:
1 — боковой электрод; 2 — центральный электрод; 3 — теплоотводящая шайба; 4 — уплотнительное кольцо; 5 — корпус свечи зажигания; 6 — изолятор; 7 — контактный стержень
Изоляторы свечей выполняют из материалов, выдерживающих напряжение не менее 30 кВ (уралит, кристаллокорунд, борокорунд и т.п.). Свечи изготавливаются с различной тепловой характеристикой и характеризуются калильным числом Калильное число определяется как величина, пропорциональная среднему давлению, при котором начинает появляться калильное зажигание, т.е. неуправляемый процесс воспламенения рабочей смеси не только искровым разрядом, но и раскаленными элементами свечи или только ими (после выключения зажигания). Калильное зажигание возникает при достижении температуры свечей примерно 900 °С. Чем выше калильное число, тем надежнее работает свеча в двигателе с высокой степенью сжатия. Калильные числа свечей зажигания имеют следующие значения: 8,11,14,17, 20, 23, 26. В рамках данной книги не будем останавливаться на маркировке свечей. Скажем лишь, что водитель должен знать, какие свечи должны использоваться на его автомобиле, а для этого достаточно заглянуть в инструкцию по эксплуатации вашего железного коня.
Ресурс современных свечей зажигания составляет около 20 миллионов искр, что соответствует примерно 15 тысячам километров пробега автомобиля. Поэтому заводы-изготовители предписывают замену свечей через 15-20 тысяч километров пробега. Здесь же заметим, что низкокачественный бензин значительно сокращает жизнь свечи.
Удобно и целесообразно заменять свечи при переходе на зимний режим эксплуатации (и наоборот). Бывалые водители рекомендуют возить с собой запасной комплект свечей. Много места в машине он не займет, зато в случае необходимости (при выходе из строя какой-либо свечи или значительном ухудшении ее работы) вы сможете быстро восстановить работоспособность двигателя.