Система зажигания

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.

Контактная система 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).

Бесконтактная система зажигания

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.

Микропроцессорная система зажигания

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.

Устройство свечи зажигания

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.