Система зажигания. Контактная система зажигания: схема, принцип работы

Система зажигания двигателя нужна для воспроизводства токов повышенного значения и раздачи его на контактные свечи воспламенения топлива. С учетом изменения оборотов коленчатого вала и нагрузок на мотор импульс высоковольтного напряжения подается к свечам в заданный период. В наше время автомобили оборудуют контактными и бесконтактными системами момента воспламенения.

Устройство контактной системы зажигания

Низковольтные токи служат источником питания и исходят от генератора и аккумулятора автомобиля.

Как правило, значение такого напряжения равно двенадцати-четырнадцати вольтам. А для воспроизводства момента искры в свечах запала нужно подать на них до двадцати тысяч вольт. Учитывая этот фактор, система воспламенения имеет в своей конструкции две различные электрические цепи. Схема системы зажигания собрана из следующих устройств и элементов: АКБ, катушки, трамблера, регуляторов опережения воспламенения вакуумного и центробежного типов, контактных свечек, электропроводов, замкового устройства включения.

Отдельные элементы системы

Для преобразования токов низкого вольтажа в высокие в конструкции предусмотрена установка устройства катушки зажигания. Расположена она в подкапотном пространстве, как и большая часть элементов и механизмов воспламенения. Главный способ работы таковой следующий: по виткам обмотки не высокого вольтажа проходят электротоки, и в этот момент около обмотки преобразуется магнитное поле. В том случае, если прекратить подачу напряжения в витках, исчезнувшее магнитное поле возбуждает токи уже непосредственно в витках высокого напряжения. Процесс преобразования двенадцати вольт в двадцать тысяч происходит за счет разности витков в обмотках катушек. Именно такой высокий показатель напряжения необходим для образования искры между контактами свечей.

Работа прерывателя

Правильная работа системы зажигания невозможна без такого механизма, как прерыватель токовых напряжений не высоких показателей. Его работа заключается в том, чтобы прерывать токи в обмотках малого напряжения. Это, в свою очередь, способствует образованию высокого напряжения.

Далее ток направляется на основной контакт, расположенный под крышкой устройства распределителя. Гибкая пружина передвижного контакта все время прижимает его к неподвижному элементу, а расходятся они лишь на короткий промежуток времени. Это происходит в момент, когда кулачок валика привода механизма прерывателя воздействует на молоточек передвижного контакта.

Конденсатор

Чтобы исключить факт подгорания контактов в момент их размыкания, к ним параллельно подключен конденсатор. В период расхождения контактов механизма распределителя между кулачками возможно искрообразование. В этом случае конденсатор служит для поглощения большей части электроэнергии и сводит возможность образования искры к минимуму. Дополнительно он сопутствует увеличению напряжения во вторичных витках обмотки катушки. В момент срабатывания контактов прерывателя конденсирующее устройство отдает свой ток и таким образом создает обратные токи в цепи низкого напряжения. Это способствует ускорению исчезновения магнитных полей. И чем скорее это произойдет, тем выше будут токи в линии высоких напряжений. В том случае, когда конденсатор трамблера выйдет из строя, мотор также не будет запускаться и работать. Параметры напряжения витков будут слишком малы для возникновения оптимального искрообразования. Искра между электродами свечи будет «бедной», а этого недостаточно для воспламенения топливной смеси. Контакты прерывателя низких токов и распределитель высоких напряжений установлены в корпусе трамблера и приводятся в действие за счет коленчатого вала мотора.

Крышка трамблера

Раздача высокого напряжения на свечи цилиндров силового агрегата осуществляется за счет распределительной крышки трамблера. После образования в катушке токов высоких показателей они поступают на основной контакт колпака распределителя-прерывателя, а уже затем, через подвижной элемент, на пластину ротора. В то время, когда ротор вращается, напряжение проскакивает с пластины на контакты распределительной крышки.

Затем короткие импульсы по бронепроводам высокого напряжения поступают непосредственно на Контакты распределительной крышки имеют определенную нумерологию, которая соответствует определенному цилиндру двигателя.

Именно так и устанавливается момент работы цилиндров. Определенный порядок работы предусматривает равномерное распределение нагрузки на коленвал. В основном четырехцилиндровые моторы имеют следующий порядок работы: 1-3-4-2. Но он может несущественно изменяться в зависимости от производителя. В данном случае формула порядка работы означает, что изначально воспламенение происходит в первом цилиндре, затем в третьем, четвертом и втором. При этом система зажигания двигателя предусматривает подачу напряжения на свечи в момент окончания такта сжатия. Это происходит за счет установки

Опережение момента искрообразования необходимо из-за высокой скорости перемещения поршней в цилиндрах. В том случае, когда топливная смесь будет воспламеняться несколько позже или раньше предусмотренного, коэффициент полезного действия расширяющихся газов значительно снизится. Поэтому воспламенение топлива должно осуществляться в заданный момент, когда поршень подходит к ВМТ. При правильно установленном угле опережения на поршень будет воздействовать оптимальное количество газов, необходимое для нормальной работы двигателя. Угол опережения выставляется путем проворачивания корпуса прерывателя. Так подбирается определенный момент, когда контакты прерывателя разводятся.

Регулятор центробежный

Центробежный регулятор обеспечивает установку правильного угла опережения воспламенения в зависимости от оборотов двигателя. Конструкция механизма регулятора представляет собой пару грузов, которые вращаясь, воздействуют на пластину с контактами прерывателя.

Вакуумный регулятор

В зависимости от степени нагрузки на двигатель момент образования искры корректируется вакуумным регулятором. Это устройство монтируется на корпус трамблера. Вакуумный регулятор состоит из двух камер, разделенных диафрагмой. Одна камера взаимодействует с атмосферой, а вторая при помощи патрубка с емкостью дросселя. При помощи штока диафрагма имеет соединение с пластиной, которая оснащена контактами прерывателя.

С увеличением угла поворота дроссельной заслонки происходит уменьшение разряжения в полости дросселя. При этом диафрагма перемещает пластину на незначительный угол совместно с контактами по направлению к кулачку привода прерывателя. Исходя из этого, размыкание происходит с задержкой, и, соответственно, меняется угол.

Свечи искрообразования (система зажигания контактная)

Система зажигания оснащена стандартными элементами запала. Контактные элементы искрообразования нужны для преобразования электрической энергии в искру, для воспламенения топливной смеси в цилиндрах двигателя. В тот период, когда электрический импульс передается на свечи, ее контакты способствуют образованию искрового пробоя. Эта деталь является неотъемлемым элементом системы зажигания.

Бронепровода

Система зажигания контактная, система зажигания других типов в своем комплекте имеют оснащение бронепроводами, которые могут без повреждений и потерь пропускать через себя высоковольтное напряжение. В частности это электрический гибкий провод, с одной медной жилой и многослойной изоляцией.

При этом контактный провод выполнен в форме спирали, что исключает радиопомехи. Как правило, данные провода устанавливаются на свечи. При длительном использовании изоляция проводов может приобрести микротрещины, через которые возможны потери импульсов высоких значений.

Неисправности системы зажигания и их устранение

Первой и наиболее распространенной поломкой может быть отсутствие искры на свечах. Причинами такой неисправности могут служить следующие моменты:

• Обрыв электропроводов в цепи низкого напряжения или же окисление их соединительных контактов.
• Подгорание контактов распределителя и их разрегулировка.
• Выход из строя катушки, перегорание конденсатора, дефекты крышки распределителя, повреждение бронепроводов и самих свечей.
• Излишняя влага в устройствах.

Устранение неисправностей возможно следующим методом:

• Проверка контрольно-измерительным прибором всей цепи и проводки.
• Очистка контактов трамблера от нагара и регулировка зазора.
• Замена неисправных и подозрительного состояния деталей системы.

Случается, что когда проворачивается ключ зажигания, не срабатывает стартер, а все системы визуально работают, в этом случае необходимо обратить внимание на блок предохранительных элементов, так как возможно перегорание или окисление посадочного места предохранителя, отвечающего за включение стартера.

Если двигатель автомобиля работает нестабильно и не развивает полной мощности, то причины могут крыться в следующем:

• Выход из строя одной из свечей зажигания.
• Слишком большой или, наоборот, маленький зазор на свечах и контактах распределителя.
• Механическое повреждение ротора или крышки трамблера.
• Неверно установлен угол опережения.

Ремонт заключается в следующем:

• Установка новых деталей.
• Регулировка необходимых зазоров.
• Регулировка угла искрообразования.

Схема контактной системы зажигания довольно проста и широко применяется на различных автомобилях.

С применением новых технологий элементов зажигания автомобили постоянно усовершенствуются и модифицируются. К примеру, более новые модели машин различных производителей давно применяют электронные системы зажигания. При появлении неполадок в системе можно легко определить причину их возникновения и провести ремонт. Контактная система зажигания автомобиля ВАЗ не имеет кардинальных отличий от элементов иных производителей и обладает высокой эксплуатационной надежностью. При этом недорога в ремонте.

Контактно-транзисторная система

По сравнению с обычной контактной системой контактно-транзисторная имеет в своем оснащении транзистор. Применение его способствует улучшению рабочих характеристик и показателей. С установкой транзистора систему стали оснащать коммутатором.

Устройство контактно-транзисторной системы зажигания не сильно отличается от обычного зажигания и его принципа работы. Но все же она имеет некоторые незначительные отличия.

Ее главной отличительной особенностью является возможность воздействия прерывателя на устройство транзистора, а не на обмотку катушки. Во время прерывания токов в обмотке низкого напряжения в витках обмотки высокого напряжения происходит его образование.

Контактная система зажигания (ВАЗа в том числе) имеет ряд положительных характеристик.

Управление процессами, которые присущи катушке зажигания, способствует возможности повышения значений токов в первичной витковой обмотке, а в результате этого возможно:

• Увеличение значений вторичного напряжения.
• Увеличение зазоров между электродами свечей.
• Улучшение и более стабильный момент искрообразования.
• Облегчить запуск мотора в холодное время года.
• Увеличение оборотов и мощности двигателя.

Подобная контактно-транзисторная система зажигания, предусматривает подключение катушки с отдельной первичной и вторичной обмотками.

При этом данная система снижает нагрузку на контакты прерывателя и уменьшает риск их подгорания. Это возможно из-за уменьшения показателей проходящих токов. Благодаря этому факту повышается степень надежности и долговечности всей системы.

К недостаткам такого зажигания можно отнести следующее: напряжение токов, поступающих к транзистору, оказывает значительное влияние на его работу. Понижение показаний токов, связанных с состоянием контактов прерывателя, сильно влияет на эксплуатационные показатели контактно-транзисторного зажигания. Неисправности системы зажигания данного типа идентичны неисправностям обычной контактной системы и устраняются таким же образом. Но дополнительно могут возникнуть проблемы с нарушением нормальной работы транзистора и коммутатора.

Система запуска двигателя

Запуск двигателя невозможно осуществить без дополнительных электронных устройств. В данном контексте речь пойдет о таком механизме, как стартер автомобиля. Этот механизм представляет собой электродвигатель, который приводит в первоначальное движение коленчатый вал мотора до момента воспламенения в цилиндрах и пуска двигателя. В работу стартер включается поворотом ключа в замке в соответствующее положение. Токи через реле зажигания поступают от аккумулятора к виткам стартера и приводят его в действие.

Если рассматривать подробно, то процесс пуска двигателя производится в три этапа:

1. Втягивающий механизм стартера заводит пусковую шестерню в зацепление с венцом маховика.
2. Далее происходит вращение ротора стартера совместно с приводной шестерней, а та, в свою очередь, передает крутящий момент на коленчатый вал, что приводит к запуску силового агрегата.
3. После того как двигатель запускается, а ключ зажигания возвращается в исходное положение, втягивающий механизм выводит приводную шестерню стартера из зацепления с маховиком.

Назначение реле

Любое электрическое реле - это предохранительное устройство, которым оснащается система зажигания. Контактная система зажигания в этом плане тоже не исключение. Основным его назначением является размыкание и замыкание разнообразных участков в электрических цепях автомобиля. Устройства имеют различия по конструкции и способу управляющего сигнала, а также по установке. В данный момент широкое применение получили

Говоря простыми словами, этот вид электрооборудования авто предохраняет различные элементы от высоких токовых нагрузок. Попросту оно служит переключателем. В частности в системе зажигания реле предохраняет стартер автомобиля и генератор от воздействия на них высоких токов. К примеру, для запуска двигателя нужно провернуть и включить стартер в работу, который, в свою очередь, потребляет от 80 до 300А.

В этом случае если не использовать реле, то замок может сгореть, а также и некоторые элементы проводки. Для того чтобы этого не произошло, в систему включают реле зажигания. Когда на корпусе устройства имеется изображение значка диода, то это означает, что при его подключении важно соблюдать полярность клемм. В противном случае поломка неизбежна.

Заключение

В итоге стоит отметить, что первой, получившей широкое распространение на автомобильном рынке, была система зажигания контактная. Система зажигания эта использовалась достаточно уверенно, но на данный момент считается морально устаревшей. Самым слабым местом ее как раз и оказалось наличие в конструкции трамблера контактной пары. Ведь она требовала периодического обслуживания, сводившегося к потребности в проверке и регулировке зазора между контактами, чистке поверхности контактов от различного рода следов подгорания, которые могли значительно повлиять на работоспособность элементов в целом. На смену данной системе пришла бесконтактная, которая таких обслуживающих работ не требует и характеризуется автомобилистами как более надежная.

Итак, мы выяснили, какой имеет принцип работы контактно-транзисторная система зажигания автомобиля.

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

Рис. Схема батарейной системы зажигания

Система зажигания состоит из следующих основных элементов:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Д.Соснин

На легковых автомобилях, оборудованных бензиновым двигателем внутреннего сгорания, применяются различные системы электроискрового зажигания: контактные, контактно-транзисторные, бесконтактно-транзисторные, электронно-цифровые, микропроцессорные.

1. Транзисторные системы зажигания

Транзисторные системы зажигания принято подразделять на две группы:

Контактно-транзисторные (КТСЗ) и бесконтактно-транзисторные (БТСЗ). В контактно-транзисторной системе зажигания контактная пара прерывателя в первичной цепи катушки зажигания отсутствует и заменена транзисторным ключом КТ. Но сам транзисторный ключ управляется по базе контактной парой механического прерывателя К прежней конструкции. Это позволило уменьшить ток разрыва в контактной паре и за счет усиления в транзисторе увеличить ток разрыва в индуктивном накопителе (в первичной обмотке катушки зажигания). При этом коэффициент запаса по вторичному (выходному) напряжению увеличился. Эксплуатационная надежность системы зажигания стала несколько выше. Наряду с контактно-транзисторными системами зажигания были разработаны также и контактно-тиристорные системы с емкостным накопителем, которые не нашли широкого практического применения.

Бесконтактно-транзисторная система зажигания (БТСЗ) - это первая система с чисто электронным устройством управления первичным током катушки зажигания и с бесконтактным электроимпульсным датчиком момента зажигания, который, как и контактная пара в классическом прерывателе-распределителе, расположен на подвижной площадке приводного валика механического высоковольтного распределителя. Положение подвижной площадки относительно оси приводного валика (угол разворота) может регулироваться аппаратами опережения зажигания (центробежным и вакуумным). Подвижная площадка и установленный на ней активатор бесконтактного датчика представляют собой электромеханическое устройство управления моментом зажигания. Такое устройство управления в совокупности с высоковольтным распределителем образуют так называемый датчик-распределитель .

Электронное устройство управления первичным током в БТСЗ конструктивно выполнено в виде отдельного блока, который называется коммутатором. По выходу коммутатор соединен с катушкой зажигания, а по входу - управляется электроимпульсным входным датчиком на распределителе.

Таким образом, бесконтактно-транзисторная система зажигания (рис. 1) -

Это совокупность электронного коммутатора К, датчика-распределителя РР, катушки зажигания КЗ и традиционной выходной исполнительной периферии: высоковольтных проводов ВВП и свечей зажигания.

Бесконтактно-транзисторные системы зажигания (БТСЗ) стали устанавливаться на легковых автомобилях в конце 60-х годов и с тех пор постоянно совершенствовались.

В качестве бесконтактных входных датчиков с механическим приводом от распредвала ДВС были испытаны магнитоэлектрические, индукционные, электромагнитные генераторные, параметрические, оптоэлектронные и прочие преобразователи механического вращения в электрический сигнал (рис. 2).

Бесконтактный датчик выполняет в системе зажигания следующие функции: задает установочный угол* опережения зажигания; управляет моментом зажигания при изменении частоты вращения и нагрузки двигателя; определяет тактность работы ДВС. По совокупности перечисленных функций бесконтактный датчик выдает на вход коммутатора оптимальную величину

* Установочным называется угол опережения зажигания на предельно низких (холостых) оборотах двигателя, когда центробежный и вакуумный регуляторы еще не работают. текущего значения угла опережения зажигания для различных режимов работы двигателя.

Вначале, как более простой и достаточно надежный, широкое практическое применение получил магнитоэлектрический датчик. Но с разработкой активатора на эффекте Холла последний стал основным элементом для всех последующих бесконтактных датчиков электронных систем зажигания.

Не менее значительной модернизации подвергались электронные коммутаторы БТСЗ. От тиристорных коммутаторов быстро отказались, так как система зажигания с емкостным накопителем выдает на свечи очень короткий импульс высокого напряжения (не более 250...300 мкс), что не приемлемо для большинства современных бензиновых автомобильных двигателей.

Первые простейшие транзисторные коммутаторы работали без ограничения амплитуды первичного тока, т.е. в режиме постоянной скважности импульсов зарядного тока для индуктивного накопителя (отечественный коммутатор 13.3734).

В системах зажигания с такими коммутаторами амплитуда высоковольтного импульса на вторичной обмотке катушки зажигания, как и в контактной системе, зависит от частоты вращения двигателя, а также от напряжения в бортсети автомобиля.

На смену коммутаторам с постоянной скважностью (КПС) пришли коммутаторы с нормируемой скважностью (КНС), в которых ток заряда индуктивного накопителя поддерживается в заданных пределах ограничения путем управляемого насыщения выходного транзистора. Это защищает выходной транзистор коммутатора от перегрузки по току, а также стабилизирует амплитуду тока заряда при изменении напряжения в бортсети. Выходное напряжение U2 при этом также стабилизируется.
Но ограничение тока мощного транзистора насыщением приводит к значительному выделению тепловой энергии на коллекторно-эмиттерном переходе и, как следствие, к низкой функциональной надежности системы зажигания в целом.

Исключить этот недостаток в коммутаторах с нормируемой скважностью можно введением в схему электронного регулятора времени накопления энергии (времени протекания тока заряда через индуктивный накопитель). Так появились коммутаторы с программным регулятором времени накопления (коммутатор 36.3734), а вслед за ними и более совершенные коммутаторы с адаптивным регулированием (коммутатор 3620.3734). Последние, помимо основной функции регулирования времени, обеспечивают более высокую точность поддержания параметров тока заряда при воздействии на систему зажигания различных дестабилизирующих факторов (неустойчивая работа двигателя, окружающая среда, старение и уход номиналов радиоэлементов и пр.).

Электронные коммутаторы БТСЗ исключительно разнообразны не только по схемотехническому, но и по технологическому исполнению. Электронные схемы коммутаторов,первоначально аналоговые и на дискретных радиоэлементах, были вытеснены интегральными микросхемами с цифровым принципом действия. Стали появляться коммутаторы на так называемых заказных (специально разработанных для АСЗ) больших интегральных и монокристальных схемах.

Известно более 60-ти разновидностей бесконтактных систем зажигания с электронными коммутаторами, серийно выпускаемых за рубежом. Из отечественных транзисторных коммутаторов наиболее распространены одноканальные 36.3734 и 3620.3734, а также двухканальный 6420.3734 .

В качестве примера схемной реализации бесконтактно-транзисторной системы зажигания рассмотрим один из вариантов ее принципиальной электрической схемы (рис. 3).

Выходной каскад ВК, помимо традиционной катушки зажигания и транзисторного ключа VT3, содержит ряд дополнительных элементов. VD1 - диод для защиты транзисторного ключа VT3 от обратного прохождения тока (от инверсного включения) во время емкостной фазы разряда, когда имеет место обратная полу волна напряжения в первичной обмотке катушки зажигания (инверсное включение VT3 образуется и при случайном обратном включении аккумуляторной батареи). VD2 - стабилизирующий диод для ограничения величины падения напряжения на участке эмиттер-коллектор закрытого (разомкнутого) транзистора VT3 (защита от перенапряжения). Конденсатор С1 с первичной обмоткой катушки зажигания образует последовательный колебательный контур ударного возбуждения, что увеличивает скорость нарастания выходного напряжения системы зажигания. Резистор R3 ограничивает ток разряда конденсатора С1 через открытый (замкнутый) ключ VT3. Для того чтобы ключ VT3 работал стабильно, т.е. при включении и выключении обеспечивал крутые фронты и постоянство амплитуды импульса первичного тока в катушке зажигания, управляющий (базовый) импульс тока транзистора VT3 должен быть с крутыми фронтами и достаточно большим по амплитуде для глубокого насыщения транзистора. На формирование управляющего импульса тока работает предварительный усилитель-ограничитель на транзисторе VT1 и стабилизирующий транзистор обратной связи VT2.

Перечисленные элементы составляют электрическую схему коммутатора ТСЗ.

Датчик-распределитель содержит механическое устройство управления моментом зажигания, в кото рое входят магнитная система М датчика Холла с индукцией поля В, активатор ЭХ датчика Холла, усилительограничитель УО, триггер Шмитта ТШ, разделительный транзистор VT и стабилизатор напряжения СТ.

В датчик-распределитель входят также центробежный (ЦБР) и вакуумный (ВР) регуляторы, магнитный атенюатор А датчика Холла и собственно сам ротационный высоковольтный распределитель РР. Следует отметить, что электронный коммутатор в БТСЗ является лишь формирователем формы импульса тока в первичной обмотке катушки зажигания, а значит и скорости нарастания вторичного напряжения но к формированию момента зажигания коммутатор прямого отношения не имеет. Момент зажигания в БСЗ, как и в контактных системах, формируется электромеханическим устройством управления - бесконтактным датчиком на распределителе. Это обстоятельство является принципиальным недостатком всех бесконтактно-электронных систем зажигания. Второй недостаток - наличие в системе ротационного высоковольтного распределителя. Дальнейшее совершенствование автомобильных систем зажигания шло по пути устранения этих недостатков.

2. Электронные и микропроцессорные системы зажигания

Рассмотренные выше системы зажигания (КТСЗ, БТСЗ) в настоящее время имеют ограниченное применение, а на импортных легковых автомобилях высокого потребительского класса, начиная с середины 90-х годов, вообще не используются. Им на смену пришли системы зажигания четвертого поколения - это системы с электронно-вычислительными устройствами управления и без высоковольтного распределителя энергии по свечам в выходном каскаде. Такие системы принято подразделять на электронно-вычислительные или просто на электронные (ЭСЗ) и микропроцессорные (МСЗ).

Электронные и микропроцессорные системы зажигания имеют три принципиальных отличия от предшествующих систем:

1. Их устройства управления (УУ) являются электронно-вычислительными блоками дискретного принципа действия, выполнены с применением микроэлектронной технологии (на универсальных или на больших интегральных микросхемах) и предназначены для автоматического управления моментом зажигания. Эти устройства называются контроллерами.

2. Применение микроэлектронной технологии, помимо получения преимуществ по надежности, позволяет значительно расширить функции электронного управления. Стало возможным внедрение в автомобильную систему зажигания бортовой самодиагностики и принципов схемотехнического резервирования.

3. Выходные каскады этих систем в подавляющем большинстве случаев многоканальные и, как следствие, не содержат высоковольтного распределителя зажигания.

Электронные и микропроцессорные системы зажигания отличаются друг от друга способами формирования основного сигнала зажигания, т.е. того сигнала, который от ЭБУ подается на спусковое устройство накопителя.

В ЭСЗ основной сигнал зажигания формируется с применением время-импульсного способа преобразования информации от входных датчиков. Это когда контролируемый процесс задается временем его протекания, с последующим преобразованием времени в длительность электрического импульса. Таким образом, в ЭСЗ контроллер содержит электронный хронометр и управляется аналоговыми сигналами. Компонентный состав современной ЭСЗ показан на рис. 4.

В МСЗ, структурная схема которой показана на рис. 5, для формирования сигнала зажигания применяется число-импульсное преобразование, при котором параметр процесса задается не временем протекания, а непосредственно числом электрических импульсов.

Функции электронного вычислителя здесь выполняет число-импульсный микропроцессор, который работает от электрических импульсов, стабилизированных по амплитуде и длительности (от цифровых сигналов). Поэтому между микропроцессором и входными датчиками в ЭБУ МСЗ устанавливаются число-импульсные преобразователи аналоговых сигналов в цифровые (ЧИПы).

В отличие от электронной, микропроцессорная система зажигания работает по заранее заданной для данного двигателя внутреннего сгорания программе управления. Поэтому в вычислителе микропроцессорной системы зажигания имеется электронная память (постоянная и оперативная).

Программа управления для конкретной конструкции двигателя определяется экспериментально, в процессе его разработки. На испытательном стенде имитируются все возможные режимы двигателя при всех возможных условиях его работы. Для каждой экспериментальной точки подбирается и регистрируется оптимальный угол опережения зажигания. Получается набор многочисленных значений угла для момента зажигания, каждое из которых отвечает строго определенной совокупности сигналов от входных датчиков. Графическое изображение такого множества представляет собой трехмерную характеристику зажигания, которая в виде матрицы показана на рис. 6.

Координаты трехмерной характеристики "зашиваются" в постоянную память микропроцессора и в дальнейшем служат опорной информацией для определения угла опережения зажигания в реальных условиях эксплуатации двигателя на автомобиле. Изменение опорного (взятого из памяти) угла 8 опережения зажигания осуществляется автоматически. Увеличение угла 8 происходит: при повышении оборотов, при уменьшении нагрузки и при понижении температуры ДВС. Уменьшение угла 8 имеет место при увеличении нагрузки, при падении оборотов и при повышении температуры ДВС.

Если в МСЗ помимо основных датчиков используются дополнительные (например, датчик детонации в цилиндрах ДВС), то в микропроцессоре осуществляется коррекция опорного значения угла опережения зажигания по сигналам этих датчиков. При этом корректировка производится по каждому цилиндру в отдельности.

Электронные блоки управления для ЭСЗ и МСЗ, помимо функциональных и схемотехнических, имеют и принципиальные конструктивные различия.

В ЭСЗ блок управления является самостоятельным конструктивным узлом и называется контроллером (рис. 7).

На входы контроллера подаются сигналы от входных датчиков системы зажигания, а по выходу - контроллер работает на электронный коммутатор выходного каскада (см. рис. 4). Все электронные схемы контроллера низкоуровневые (потенциальные), что позволяет включать их в состав других бортовых электронных блоков управления (например, в ЭБУ системы впрыска топлива).

В МСЗ все функции управления интегрированы в центральный бортовой компьютер автомобиля и персональный блок управления для системы зажигания может отсутствовать. Функции входных датчиков МСЗ выполняют универсальные датчики комплексной системы автоматического управления двигателем. Основной сигнал зажигания подается на электронный коммутатор выходного каскада МСЗ непосредственно от центрального бортового компьютера.

Несмотря на значительные различия электронных и микропроцессорных систем зажигания, по устройствам управления выходные каскады этих систем имеют идентичное схемотехническое и конструктивное исполнение, при котором каждая свеча зажигания на многоцилиндровом ДВС получает энергию для искрообразования по отдельному каналу. Такое распределение называется статическим или многоканальным.

Что это дает автомобильной системе зажигания?

Надо вспомнить, что кроме обычных недостатков механического переключателя (низкая надежность и малая наработка на отказ вращающихся и трущихся частей) классический распределитель зажигания имеет и тот, что в нем реализуется коммутация высоковольтной энергии через электрическую искру. Это, помимо дополнительных потерь энергии, приводит к неравномерному выгоранию контактов в изоляционной крышке распределителя и, как следствие, к явлению разброса искр по цилиндрам и к низкой функциональной надежности системы зажигания. Разброс искр между выводами даже исправного механического распределителя может достигать 2...3 угловых градусов по повороту коленвала ДВС.

Ясно, что в электронных и особенно в микропроцессорных системах зажигания, высоконадежных и высокоточных в функциональном отношении, формирование момента зажигания в которых реализуется с точностью 0,3...0,5° для каждого цилиндра в отдельности, применение высоковольтного механического распределителя совершенно недопустимо. Здесь приемлемы электронные способы переключения каналов на низкопотенциальном уровне непосредственно в электронном блоке управления с дальнейшим статическим разделением каналов по высокому напряжению на многовыводных или индивидуальных катушках зажигания. Это неизбежно приводит к многоканальности выходного каскада системы зажигания.

3. Выходные каскады с многовыводными катушками зажигания

Реализация многоканального распределения энергии может быть осуществлена в системах зажигания несколькими способами. Наиболее простой из них - применение двухвыводного высоковольтного выходного трансформатора или двухвыводной катушки зажигания в выходном каскаде. Такой способ разделения каналов приемлем для реализации в системе зажигания с любым типом накопителя.

Откуда пришла такая идея? Известно, что в системе зажигания, на выходе которой установлен высоковольтный распределитель, во время разряда накопителя имеют место две искры: одна основная (рабочая) в свече зажигания и другая вспомогательная - между бегунком распределителя и контактом одного из его свечных выводов. Вторичная обмотка выходного трансформатора (катушки зажигания) высоковольтным выводом соединена с центральным бегунком распределителя, а другой вывод обмотки является нулевым, так как во время разряда накопителя соединяется с "массой" автомобиля (см. рис. 3, ). Энергия вспомогательной искры в распределителе тратится бесполезно, и эту искру стремятся всячески подавить. Отсюда ясно, что вспомогательную искру из-под крышки распределителя можно перенести во вторую свечу зажигания, соединив ее с первой через массу головки блока цилиндров последовательно. Для этого достаточно исключить распределитель из выходного каскада, отсоединить от массы автомобиля заземляемый вывод катушки зажигания и подключить к нему вторую электроискровую свечу (рис. 8).

При одновременном искрообразовании в двух свечах зажигания одна искра является высоковольтной (12...20 кВ) и воспламеняет топливовоздушную смесь в конце такта сжатия (рабочая искра). При этом другая искра низковольтная (5...7 кВ), холостая. Явление перераспределения высокого напряжения от общей вторичной обмотки между искровыми промежутками в двух свечах зажигания есть следствие глубоких различий условий, при которых происходит искрообразование. В конце такта сжатия незадолго до появления рабочей искры температура топливовоздушного заряда еще недостаточно высокая (200...300°С), а давление, наоборот - значительное (10...12 атм). В таких условиях пробивное напряжение между электродами свечи - максимально. В конце такта выпуска, когда имеет место искрообразование в среде отработавших газов, пробивное напряжение минимально, так как температура выхлопных газов высокая (800...1000°С), а давление низкое (2...3 атм). Таким образом, при статическом распределении высокого напряжения с помощью двухвыводной катушки зажигания (на двух последовательно соединенных свечах - одновременно) почти вся энергия высоковольтного электроискрового разряда приходится на рабочую искру.

Впервые двухвыводная катушка была применена в контактной батарейной системе зажигания для двухцилиндрового 4-х тактного двигателя. Примером может служить система зажигания для двигателя польского автомобиля ФИАТ-126Р (рис. 9). Аналогичная по принципу действия система зажигания установлена на отечественном автомобиле ОКА (с электронным управлением).

Если в ДВС четыре цилиндра, потребуется две двухвыводных катушки зажигания и два раздельных энергетических канала коммутации в выходном каскаде (см. рис. 5). На рис. 10 приведена диаграмма последовательности искрообразования в цилиндрах 4-х цилиндрового четырехтактного двигателя, оснащенного системой зажигания с двумя двухвы-водными катушками зажигания. Для шестицилиндрового двигателя потребуется три двухвыводных катушки зажигания и три энергетических канала.

В настоящее время разработан ряд автомобильных систем зажигания, в которых две двухвыводных катушки зажигания собираются на общем Ш-образном магнитопроводе и тем самым образуется одна 4-выводная катушка зажигания (например для автомобиля ВАЗ-2110). Такая катушка имеет две первичных и две вторичных обмотки и управляется от двухканального коммутатора. Четырехвыводная катушка зажигания может иметь и одну вторичную двухвыводную обмотку при двух первичных. Вторичная обмотка такой катушки дооборудована четырьмя высоковольтными диодами - по два на каждый высоковольтный вывод .

Недостатком любой системы зажигания с двухвыводными катушками является то, что в одной свече искра развивается от центрального электрода к массовому (боковому), а во второй свече - в обратном направлении (см. рис. 8). Так как центральный электрод заострен и всегда значительно горячее бокового, то истечение носителей заряда с его острия при искрообразовании требует затраты меньшего количества энергии, чем при истечении с бокового электрода (на центральном электроде начинает проявляться термоэлектронная эмиссия). Это приводит к тому, что пробивное напряжение на свече, работающей в прямом направлении, становится несколько ниже (на 1,5.2 кВ), чем на свече с обратным включением полярности. Для современных электронных и микропроцессорных систем зажигания с большим коэффициентом запаса по вторичному напряжению и с управляемым временем накопления энергии это не имеет принципиального значения.

4. Выходные каскады с индивидуальным статическим распределением

В современных электронных и микропроцессорных системах зажигания широко используются выходные каскады с индивидуальными катушками зажигания для каждой свечи в отдельности. Примером может служить система зажигания фирмы BOSCH, интегрированная в электронную систему автоматического управления (ЭСАУ) двигателем, которая известна под названием Motronic.

На рис. 11 показана функциональная схема ЭСАУ Motronic М-3,2,

Которая устанавливается на четырехцилиндровых двигателях автомобилей AUDI-A4 (выпуск после 1995 года).

В контроллере J220 имеется микропроцессор с блоком памяти, в котором хранится трехмерная характеристика зажигания (см. рис. 6). По этой характеристике, а также по сигналам датчика ДО G-28 (датчик частоты вращения двигателя) и датчика ДН G-69 (датчик нагрузки двигателя) устанавливается начальный угол Q(кю) = F(n) опережения зажигания. Далее по сигналам датчиков ДХ G-40, ДТ G-62 и ДД G-66 в цифровом микропроцессоре производится вычисление текущего (необходимого для данного режима работы ДВС) значения угла опережения зажигания, который с помощью электронной схемы переключения каналов подается в виде основного импульса S зажигания в соответствующий канал электронного коммутатора К-122. К этому времени в этом канале индуктивный накопитель N находится в заряженном (от бортсети +12 В) состоянии и по сигналу S разряжается на соответствующую свечу зажигания. Через 180° поворота коленвала описанные процессы будут иметь место в следующем (по порядку работы двигателя) канале коммутатора.

Основные преимущества системы зажигания, интегрированной в ЭСАУ Motronic, состоят в следующем:

- индивидуальное статическое распределение высокого напряжения по свечам зажигания;
- катушки зажигания с заземленной вторичной обмоткой;
- все входные датчики (датчик Холла, датчик частоты вращения ДВС, датчик температуры ДВС, датчики дроссельной заслонки, датчик детонации) - это формирователи электрических сигналов из неэлектрических воздействий бесконтактного принципа действия. Аналоговые сигналы от этих датчиков преобразуются в контроллере в цифровые сигналы;
- селективная коррекция угла опережения зажигания по детонации (в каждом цилиндре в отдельности);
- отключение цилиндров ДВС при перебоях в искрообразовании (защита дорогостоящих компонентов - кислородного датчика и каталитического газонейтрализатора экологической системы автомобиля от повреждений);
- наличие в контроллере функций самодиагностики и резервирования.

5. Выходной каскад с управляемым трансформатором зажигания

Известны попытки применить в многоканальном выходном каскаде автомобильной системы зажигания высоковольтный трансформатор с насыщающимися сердечниками.
Если магнитопровод трансформатора ввести в режим насыщения, то его коэффициент трансформации резко падает и энергия из первичной обмотки во вторичную не трансформируется.

Электрическая схема выходного каскада с трансформатором насыщения показана на рис. 12.

Выходной трансформатор имеет два магнитопровода - М1 и М2, охваченных общей первичной обмоткой Каждый магнитопровод оснащен отдельной обмоткой управления Wв и Wв") и отдельной двухвыводной вторичной обмоткой (W2" и W2""). Когда по управляющей обмотке Wв" протекает ток, достаточный для насыщения сердечника М1, а обмотка Wв" обесточена, то высокое напряжение будет наводиться только во вторичной обмотке W2". Если обесточить управляющую обмотку Wв" и пропустить ток насыщения по обмотке Wв", то насытится сердечник М2 и высокое напряжение будет трансформировано только в обмотку W2"".

Система зажигания с трансформатором насыщения обладает высокой надежностью, малыми габаритами и весом, но ее промышленный выпуск пока не реализован из-за значительных технических трудностей изготовления (для трансформатора насыщения требуются тороидальные сердечники из высококачественного пермалоя. Намотка многовитковых обмоток на такие сердечники крайне затруднена).

6. Высоковольтные провода

В системах зажиганиях с высоковольтным механическим распределителем длина высоковольтных проводов всегда значительна (20...60 см). И так как по проводам в момент электроискрового разряда в свечах протекает высокочастотный ток высокого напряжения, то длинные провода излучают радиопомехи. Источниками радиопомех являются также свечи зажигания.

Есть три способа подавления радиопомех от АСЗ: экранизация высоковольтных проводов, свечей, катушки зажигания и высоковольтного распределителя; введение в центральный токовод высоковольтного провода распределенной индуктивности и распределенного сопротивления; установка помехоподавительного резистора непосредственно в изолятор свечи зажигания.

Экранизация требует увеличения запаса по вторичному напряжению и делает выходной каскад АСЗ громоздким. Высоковольтный провод с распределенными параметрами имеет недостаточно высокую конструктивную надежность, сложную технологию изготовления и высокую стоимость.

В современных системах зажигания применяют свечи с помехоподавительным резистором 4...10 кОм, а длину высоковольтных проводов стремятся свести к минимуму. Последнее становится возможным благодаря применению индивидуальных катушек зажигания, установленных непосредственно на свечах (см. рис. 11).

Высоковольтные провода подразделяют на низкоомные (до 0,5 Ом/м - в устаревших конструкциях проводов) и высокоомные (1...10 кОм/м). Провода маркируются двумя способами: цветом и текстовой надписью вдоль провода.

Отечественные провода светло-коричневой или пестрой расцветки - низкоомные. Провода красного или розового цвета ПВВП-8 обладают распределенным сопротивлением 2000+200 Ом/м; синего цвета ПВППВ-40 - 2550±250 Ом/м. На высоковольтных проводах импортного производства электрические параметры чаще обозначаются текстом вдоль провода. Содержание текста можно расшифровать по фирменному каталогу.

Любой из трех указанных способов подавления радиопомех приводит к некоторому падению высоковольтного выходного напряжения системы зажигания, что иногда сказывается при пуске холодного двигателя в слякотную зимнюю погоду, когда провода покрываются тонким инеем. Чтобы устранить этот недостаток, в современных микропроцессорных системах зажигания стали применять грязевлагозащиту высоковольтных проводов и свечей зажигания (укрытие проводов в изоляционную трубку или под пластмассовую крышку вместе со свечами).

* В заключение следует отметить, что автомобили с центральным бортовым компьютером (ЦБК) - пока редкость. Но перспектива очевидна. В недалеком будущем ЦБК станет единым электронным блоком управления, общим для всех функциональных систем на борту автомобиля, таких как: впрыск топлива, электроискровое зажигание, антиблокировка тормозов, управление дифференциалами ведущих колес, антипробуксовка колес и т.д. и т.п. Но даже при полной интеграции функций управления в центральный бортовой компьютер принципы построения электронных схем для электроискровых систем зажигания надолго останутся такими же, как и в современных микропроцессорных системах.

Литература

1. Д.Соснин. Современные автомобильные системы зажигания. Ремонт&Сервис, №10, 1999 г., с. 45-47
2. Д.Соснин, А.Фещенко. Автомобильные катушки зажигания. Ремонт&Сервис, №9, 1999 г., с. 46-53
3. В.Е.Ютт. Электрооборудование автомобилей. М. Транспорт. 1995 г. Продолжение следует

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:

Cистема зажигания двигателя

К атегория:

Техническое обслуживание автомобилей

Cистема зажигания двигателя

Приборы зажигания. Для надежного получения искрового разряда при расстоянии между электродами свечи зажигания 0,5…0,7 мм и давлении сжатой в цилиндре рабочей смеси, достигающем 1,0… 1,2МПа (10… 12 кгс/см2), к электродам должен быть подведен ток напряжением не ниже 10 000… 12 000 В.

У карбюраторных двигателей отечественных автомобилей применяют систему батарейного зажигания.

В систему зажигания входят: катушка зажигания, распределитель, конденсатор, свечи зажигания, выключатель (замок) зажигания и провода. Указанные приборы и детали образуют две электрические цепи - низкого и высокого напряжения.

Действует система зажигания следующим образом. При включенном зажигании и замкнутых контактах прерывателя по цепи низкого напряжения проходит ток от аккумуляторной батареи. Цепь тока низкого напряжения, положительный выводной штырь батареи - зажим тягового реле стартера - выключатель зажигания - зажим ВКБ катушки зажигания - добавочный резистор - зажим ВК - первичная обмотка - зажим Р - подвижной контакт прерывателя - неподвижный контакт - масса - отрицательный выводной штырь батареи.

Ток низкого напряжения, протекающий по первичной обмотке катушки зажигания (первичный ток), создает в ее сердечнике магнитное поле, пронизывающее витки обеих обмоток. Когда выступ вращающегося кулачка, нажимая рычаг подвижного контакта прерывателя, отведет этот контакт от неподвижного контакта, цепь первичного тока прервется и сердечник катушки размагнитится. Вследствие этого во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется ЭДС, величина которой благодаря быстрому уменьшению магнитного потока в сердечнике и большому числу витков этой обмотки достигает 15…16 кВ. Под действием индуцированной во вторичной обмотке ЭДС на электродах свечи возникает искровой разряд, воспламеняющий

Когда (при средних и больших частотах вращения двигателя) система зажигания питается от генератора, в соответствующие участки цепей низкого и высокого напряжения вместо батареи входит генератор.

В момент размыкания цепи тока низкого напряжения в первичкои обмотке катушки индуцируется ЭДС самоиндукции величиной 200… ..300 В. Под ее действием в цепи низкого напряжения возникает ток самоиндукции. Поскольку направление тока самоиндукции совпадает с направлением прерванного первичного тока, он противодействует размагничиванию сердечника катушки и этим снижает напряжение вторичного тока.

Кроме того, ток самоиндукции, проходя через начинающие размыкаться контакты прерывателя, вызывает искрение между ними и быстрое подгорание контактов.

Это вредное влияние тока самоиндукции устраняет конденсатор. Возникающий в момент начала размыкания контактов прерывателя кратковременный ток самоиндукции заряжает конденсатор. Так как конденсатор включен параллельно контактам прерывателя, они почти не подгорают.

Конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки зажигания. При этом разрядный ток конденсатора, протекая по этой обмотке в направлении, противоположном направлению первичного тока, способствует более резкому исчезновению магнитного поля, созданного первичным током, благодаря чему повышается напряжение вторичного тока.

Катушка зажигания состоит из стального корпуса, сердечника, первичной и вторичной обмоток, карболитовой крышки с центральным контактом и зажимами В К-Б, В К и Р и добавочного резистора.

Корпус катушки при помощи хомута и винтов укреплен в моторном отсеке автомобиля.Сердечник изготовлен из отдельных пластин электротехнической стали, благодаря чему ослабляются индуцируемые в нем вихревые токи. Вторичная обмотка состоит из 18…20 тыс. витков эмалированного провода диаметром 0,07…0,10 мм и намотана на картонную трубку, установленную на сердечнике. Первичная обмотка, имеющая 300…350 витков изолированного провода диаметром 0,7…0,85 мм, намотана поверх вторичной и изолирована от нее слоем специальной бумаги. Чтобы повысить надежность изоляции, обе обмотки пропитаны трансформаторным маслом. С этой же целью все свободные полости в корпусе катушки залиты специальной изоляционной массой, а у некоторых катушек зажигания (например, Б-13 автомобилей ЗИЛ-130) заполнены трансформаторным маслом.

Добавочный резистор (вариатор), включенный в цепь низкого напряжения последовательно с первичной обмоткой катушки зажигания, улучшает работу катушки зажигания при большой частоте вращения коленчатого вала двигателя, а также облегчает пуск двигателя стартером. Когда двигатель работает при малой частоте вращения, контакты прерывателя остаются замкнутыми сравнительно длительное время, и в течение него сила тока в первичной обмотке успевает достигнуть максимальной величины. При этом стальная спираль вариатора нагревается и ее электрическое сопротивление возрастает, ограничивая силу тока в первичной цепи. Во время работы при больших частотах вращения время замкнутого состояния контактов уменьшается, и сила тока в первичной обмотке не успевает возрасти до максимальной величины. Нагрев и сопротивление вариатора уменьшаются, что частично компенсирует ослабление тока в первичной обмотке. Поэтому напряжение вторичного тока остается достаточно высоким.

При пуске двигателя стартером вариатор выключается (замыкается накоротко) дополнительным реле стартера. Поэтому, несмотря на падение напряжения аккумуляторной батареи в момент включения стартера, сила тока в первичной обмотке катушки зажигания и напряжение во вторичной обмотке достаточны.

Распределитель состоит из прерывателя и собственно распределителя, объединенных в один прибор с общим приводом (рис. 37).

Прерыватель разрывает в требуемые моменты цепь первичного тока. Он состоит из чугунного корпуса, неподвижного опорного и подвижного дисков, вольфрамовых контактов, валика, кулачка, центробежного и вакуумного регуляторов опережения зажигания и октан-корректора.

Распределитель устанавливают на двигателе и крепят к нему пластиной. Валик прерывателя приводится во вращение от распределительного (у некоторых двигателей, например АЗЛК-412, от коленчатого) вала двигателя. Частота вращения валика прерывателя в два раза ниже частоты вращения коленчатого вала. Кулачок, установленный на валике сверху, связан с ним центробежным регулятором. Число выступов на боковой поверхности кулачков равно числу цилиндров двигателя.

Соединенный с массой неподвижный контакт («наковальня») и изолированный от массы качающийся рычаг («молоточек») с контактом смонтированы на подвижном диске, установленном на диске, на шариковом подшипнике. Рычаг через гибкий проводник, зажим прерывателя и наружный провод соединен с зажимом Р первичной обмотки катушки зажигания.

Действующая на рычаг пластинчатая пружина стремится удерживать контакты замкнутыми. За два оборота коленчатого вала кулачок прерывателя сделает один оборот и его выступы разомкнут контакты, а следовательно, прервут цепь тока низкого напряжения столько раз, сколько двигатель имеет цилиндров. При каждом размыкании во вторичной обмотке катушки индуцируется ток высокого напряжения.

Рис. 37. Распределитель:

Распредел ител ь служит для распределения тока высокого напряжения по свечам в соответствии с порядком работы цилиндров. Его основные части: карболитовая крышка и ротор. Крышку крепят к корпусу распределителя пружинными застежками. Чтобы ротор не провертывался относительно кулачка, его фиксируют на лыске кулачка. В гнездо центрального контакта крышки распределителя вставляют провод высокого напряжения, соединяющий распределитель со вторичной обмоткой катушки, а гнезда боковых контактов, число которых равно числу цилиндров, - провода от свечей, которые присоединяют к боковым контактам в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Так, если порядок работы цилиндров 1-5-4-2-6-3-7-8 (ЗИЛ-130, 3M3-53), то провод от первой свечи присоединяют к первому по вращению ротора боковому контакту распределителя, провод от пятой свечи - ко второму контакту, от четвертой - к третьему контакту, от второй - к четвертому и т. д.

Конденсатор состоит из двух тонких алюминиевых лент (обкладок), изолированных друг от друга конденсаторной бумагой, пропитанной трансформаторным маслом. Применяют также малогабаритные конденсаторы, изготовленные из металлизированной бумаги. Роль обкладок в таких конденсаторах выполняют очень тонкие слои олова, покрытого цинком, нанесенного с одной стороны на ленты лакированной конденсаторной бумаги. Преимущество этих конденсаторов - способность самовосстанавливаться при пробое изоляции между обкладками, поскольку слой металла около места пробоя выгорает и замыкание устраняется. Алюминиевые и бумажные или металлизированные бумажные ленты свернуты в рулон и помещены в цилиндрический корпус из оцинкованной стали. Одна обкладка конденсатора соединена с его корпусом, а другая - с выводным проводом. Корпус конденсатора крепят к корпусу распределителя, а его провод - к зажиму 20, соединенному с рычагом подвижного контакта. Емкость конденсатора 0,17…0,25 мкФ.

Опережение зажигания. Искровой разряд (искра) должен появляться между электродами свечи, когда поршень несколько не доходит до ВМТ в конце сжатия, т. е. с опережением. Это необходимо, чтобы к моменту прохождения поршнем ВМТ рабочая смесь успела полностью воспламениться.

Величину опережения зажигания измеряют углом поворота коленчатого вала от момента появления искры до прихода поршня в ВМТ. Этот угол должен изменяться в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки двигателя и октанового числа топлива. Если угол опережения мал (позднее зажигание), двигатель не развивает полной мощности, расходует много топлива и перегревается; иногда наблюдаются вспышки в карбюраторе. При чрезмерно большом угле опережения (раннее зажигание) возникают детонационные стуки, мощность двигателя снижается, а при пуске происходят обратные удары, что особенно опасно при пользовании рукояткой.

Чем выше частота вращения коленчатого вала, тем больше должен быть угол опережения зажигания, так как за время (примерно 0,002 с), необходимое для воспламенения всего объема рабочей смеси в цилиндре, при большой частоте вращения коленчатый вал успевает повернуться на больший угол, чем при малой частоте вращения. Угол опережения зажигания при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя автоматически изменяет центробежный регулятор (рис. 38).

На валике прерывателя жестко укреплена ведущая пластина с грузиками, шарнирно установленными на запрессованных в пластину осях. Сверху на валик свободно надет кулачок, удерживаемый от перемещения вверх винтом, над которым в отверстие кулачка вставлена войлочная шайба. Вырезами пластина надета на штифты грузиков. Вращение валика передается кулачку через пластину, грузики, их штифты и ведомую пластину.

При малых частотах вращения коленчатого вала грузики удерживаются пружинами в близи оси валика. Когда частота вращения увеличивается, грузики по инерции расходятся (рис. 38, б). Силы упругости растягиваемых при этом пружин увеличиваются, и когда они станут достаточными для удерживания грузиков на постоянном расстоянии от оси вращения, расхождение грузиков прекратится. Каждой частоте вращения соответствует определенная степень расхождения грузиков.

Штифты расходящихся грузиков, действуя на стенки вырезов ведомой пластины, повертывают ее и кулачок прерывателя относительно валика 9 в сторону его вращения (вперед) на определенный угол, зависящий от частоты вращения. При этом выступы кулачка раньше размыкают контакты прерывателя, и угол опережения зажигания увеличивается. Угол опережения зажигания, достигаемый за счет действия центробежного регулятора опережения, составляет 0,2-0,25 рад (11-14°).

С увеличением нагрузки двигателя (степени открытия дросселя карбюратора) угол опережения зажигания должен уменьшаться, так как при этом в цилиндры поступает больше горючей смеси, давление при ее сжатии и скорость горения возрастают.

При уменьшении нагрузки угол опережения должен, наоборот, увеличиваться. Изменяется угол опережения зажигания в зависимости от нагрузки также автоматически вакуумным регулятором. Его корпус прикреплен винтами к корпусу распределителя. Между завальцованными частями корпуса регулятора зажата диафрагма из специальной ткани, соединенная тягой с подвижным диском распределителя. Трубкой, присоединенной к отверстию, полость наружной (правой) части корпуса регулятора сообщена с нижней частью смесительной камеры карбюратора, поэтому в этой полости во время работы двигателя создается разрежение.

При малой нагрузке (дроссель карбюратора прикрыт) разрежение усиливается, диафрагма выгибается вправо и тягой повертывает диск прерывателя против движения часовой стрелки (навстречу направлению вращения кулачка), В результате контакты размыкаются раньше и угол опережения зажигания увеличивается. С возрастанием нагрузки разрежение становится меньше, пружина выгибает диафрагму влево и повертывает диск по движению часовой стрелки, вследствие чего угол опережения зажигания уменьшается. В зависимости от нагрузки вакуумный регулятор опережения зажигания изменяет угол опережения на величину до 0,2 рад (11°).

Рис. 38. Центробежный регулятор опережения зажигания:
а - детали регулятора; б - действие грузиков;1 - войлочная шайба; 2 - винт; 3 - кулачок; 4 - ведомая пластина; 5 - штифт грузика; 6 - грузики; 7 - ось грузика; 3 - ведущая пластина; 9 - валик прерывателя; 10 - пружина; 11 - вырез ведомой пластины.

Высокое октановое число бензина позволяет устанавливать больший угол опережения зажигания и этим повышать мощность двигателя без появления детонации. При низком октановом числе угол опережения необходимо уменьшить. Угол опережения изменяют в зависимости от антидетонационных свойств топлива вручную при помощи октан-корректора. Он состоит из снабженной шкалой а неподвижной нижней пластины, прикрепленной винтом к головке цилиндров двигателя или корпусу привода распределителя, и жестко прикрепленной винтом к корпусу распределителя верхней пластины, имеющей заостренный выступ в, скользящий по делениям шкалы а. Пластины прижаты друг к другу винтом и, кроме того, соединены тягой, один конец которой шарнирно соединен с нижней пластиной, а другой, снабженный резьбой, пропущен через отверстие вертикально отогнутого края (отбортовки) верхней пластины. На тягу навинчены рифленые гайки, располагающиеся по обе стороны отбортовки верхней пластины.

Пределы изменения угла опережения октан-корректором составляют ± 0,21 рад (12°) от среднего (нулевого) деления шкалы, нанесенной на пластине.

Свечи зажигания. В стальном корпусе свечи (рис. 39) помещен керамический изолятор с центральным электродом. Изолятор зажат между медными кольцевыми прокладкамии укреплен путем завальцовывания верхней кромки корпуса свечи. В нижнюю часть корпуса запрессован боковой электрод. Нижняя часть центрального электрода и боковой электрод изготовлены из сплава никеля с марганцем. Между электродами должен быть зазор 0,6… …0,7 мм.

Свечу ввертывают по резьбе в отверствие головки цилиндров. Для уплотнения под заплечики ее корпуса ставят медно-асбестовую прокладку. К наконечнику присоединяют провод от распределителя.

Свечи для автомобильных двигателей имеют следующую маркировку: А11У (3M3-53), А7, 5БС (ГАЗ-24), А15Б (ЗИЛ-130). Буква вначале определяет диаметр резьбовой части корпуса: М - 18 мм; А - 14 мм. Числа указывают длину нижней части (юбки) изолятора в миллиметрах.

Рис. 39. Свеча зажигания:
1 и 2 -электроды; 3, 5 и 6 - прокладки; 4 - корпус; 7 - изолятор центрального электрода; 8 - наконечник центрального электрода.

Выключатель зажигания. Им разъединяют цепь тока низкого напряжения для остановки двигателя. Кроме того, выключатель зажигания используют для включения и выключения стартера, электрических приборов (указателя температуры воды, давления масла и уровня топлива в баке автомобиля), а иногда и для включения радиоприемника (легковые автомобили). Выключатель снабжен замком, допускающим включение только при помощи индивидуального ключа.

В корпусе выключателя (рис. 40, а) расположены: панель с зажимами AM (амперметр), КЗ (катушка зажигания), СТ (стартер), ПР (приборы) и контактами, ротор с контактной пластиной, имеющей три выступа, и шариковым фиксатором; цилиндр с запорным устройством.

Рис. 40. Выключатель зажигания:
а - устройство; б - схема положений ключа зажигания (в таблице заштрихованы зажимы, соединенные с питающим зажимом AM при различных положениях ключа);
ПР - зажимы; 1 - вращающаяся контактная пластина; 2 - неподвижный контакт; 3 - пружина ротора; 4 - цилиндр замка; 5 - хромированная гайка корпуса; 6- корпус; 7 - ротор; 8 - шариковый фиксатор ротора; 9 - панель с неподвижными контактами и зажимами.

Устройства для подавления помех радиоприему. При работе двигателя провода высокого напряжения системы зажигания излучают электромагнитные волны и этим создают помехи в работе радиоприемников, расположенных вблизи автомобиля. Уменьшения (подавления) этих помех достигают, применяя в цепях тока высокого напряжения подавительные резисторы, которые помещают в наконечнике провода, соединяющего вторичную обмотку катушки зажигания с распределителем, а также в наконечниках проводов, идущих от распределителя к свечам зажигания.

Помимо подавительных резисторов, для уменьшения помех радиоприему за последнее время применяют также провода высокого напряжения с распределенным по всей их длине (25-40 кОм на 1 м) сопротивлением, у которых вместо металлической жилы используют жилу из волокна, пропитанного токопроводящим составом, содержащим ацетиленовую сажу.

Контактно-транзисторная система зажигания. В описанной выше системе батарейного зажигания с ростом частоты вращения коленчатого вала двигателя происходит снижение напряжения во вторичной цепи, вызываемое (особенно у двигателей с большим числом цилиндров) сокращением времени замкнутого состояния контактов прерывателя, вследствие чего уменьшается магнитный поток в катушке зажигания. Этого можно было бы избежать, увеличивая ток в первичной цепи, однако такое увеличение приводит к быстрому (после 10…15 тыс. км пробега) подгоранию контактов прерывателя.

В связи с этим стала получать распространение контактно-транзисторная система, позволяющая получить более высокое вторичное напряжение, чем при обычной системе батарейного зажигания. Контактно-транзисторная система применяется, в частности, на двигателях ЗИЛ-130, 3M3-53.

Помимо приборов и деталей, входящих в обычную систему батарейного зажигания, контактно-транзисторная система имеет транзисторный коммутатор и блок добавочных резисторов. Прерыватель контактно-транзисторной системы размыкает не первичную цепь системы зажигания, а цепь сравнительно слабого (0,7 А) тока управления германиевым транзистором, являющимся основной составной частью транзисторного коммутатора. В свою очередь, транзистор прерывает более сильный ток первичной обмотки катушки зажигания. Поскольку контакты прерывателя разгружены от первичного тока, срок их службы увеличивается до 100 тыс. км и более.

Катушка зажигания Б114 контактно-транзисторной системы отличается меньшим, чем у обычных катушек, сопротивлением первичной обмотки, благодаря чему максимальный ток первичной цепи достигает 8А, тогда как в обычной катушке он не превышает 4А. Блок добавочных резисторов контактно-транзисторной системы, состоящий из двух резисторов, по 0,52 Ом каждый, включен между выключателем и катушкой. Во время пуска двигателя стартером один из этих резисторов замыкается накоротко.

Неисправности приборов зажигания. Неисправности в системе зажигания приводят к нарушению моментов воспламенения рабочей смеси в цилиндрах, перебоям в работе свечей или полному прекращению искрообразования. Основные из этих неисправностей следующие.

Прерыватель: подгорание контактов, ненормальный зазор между ними, нарушение момента размыкания контактов (слишком раннее или позднее зажигание), износ валика и втулок прерывателя.

Подгоревшие контакты прерывателя зачищают. Зазор между контактами доводят до нормального регулировкой. При нарушении правильного момента размыкания контактов уточняют установку зажигания. Изношенные валик и втулки заменяют.

Распределитель: трещины в крышке или роторе распределителя, вызывающие утечку (пробой на массу) тока высокого напряжения; изнсс или утеря угольного контакта. В этих случаях неисправные детали распределителя заменяют новыми.

Конденсатор: пробой изоляции между обкладками или обрыв выводного проводника изолированной обкладки. Признак этих неисправностей - быстрое подгорание контактов прерывателя и перебои в работе двигателя. Неисправный конденсатор заменяют.

Катушка зажигания: обрыв; междувитковые замыкания в обмотках или пробой на массу из-за появления трещин в карболитовой крышке. Катушку проверяют на специальном стенде в мастерской, неисправную заменяют.

Свечи зажигания: нарушение нормальной величины зазора между электродами; нагар на изоляторе центрального электрода, являющийся причиной утечки тока помимо искрового промежутка; трещины изолятора, вызывающие пробой тока высокого напряжения на корпус свечи.