Как работает батарейная система зажигания?

Батарейная система зажигания

Второй, наиболее распространённой системой является батарейная система зажигания. В этом случае электропитание осуществляется от автомобильной аккумуляторной батареи, а когда двигатель работает — электроэнергию вырабатывает автомобильный генератор, подключенный параллельно аккумулятору.

Это наиболее простая и часто применяемая система зажигания карбюраторного двигателя. Она состоит из:

• катушки зажигания;
• прерывателя-распределителя 4;
• свечей 1 (зажигания);
• выключателя зажигания.

Система зажигания получает питание от аккумуляторной батареи 10 или генератора, включаемого в схему параллельно батарее (схема подключения генератора и стартера приведена на рисунке).

Система зажигания служит для обеспечения воспламенения горючей смеси в цилиндрах двигателя в нужный момент и изменения момента зажигания (угла опережения зажигания) в зависимости от частоты вращения вала и нагрузки двигателя. В системе батарейного зажигания имеются цепи низкого и высокого напряжения.

В цепь низкого напряжения кроме источников тока входят прерыватель тока низкого напряжения, первичная обмотка катушки зажигания с добавочным сопротивлением и выключатель зажигания.

Цепь высокого напряжения содержит вторичную обмотку индукционной катушки зажигания, распределитель тока высокого напряжения по свечам, провода высокого напряжения и свечи зажигания. Прерыватель и распределитель объединены в одном устройстве — прерывателе-распределителе.

Рис. Схема батарейного зажигания:
а — расположение приборов; б — цепи низкого и высокого напряжения; 1 — свечи зажигания; 2, 15 — помехоподавляющие резисторы; 3, 9 — провода высокого и низкого напряжения соответственно; 4 — прерыватель-распределитель; 5 — конденсатор; 6 — катушка зажигания; 7 — добавочный резистор; 8 — выключатель (замок) зажигания; 10 — аккумуляторная батарея; 11 — реле включения стартера; 12 — стартер; 13 — крышка распределителя; 14 — ротор; 16 — кулачок; 17 — контакты; 18 — рычажок; 19 — клемма прерывателя; 20, 21 — первичная и вторичная обмотки соответственно; ВК,BK—Б — клеммы катушки зажигания; VA — вольтамперметр

При замкнутых контактах 17 и включенном выключателе 8 зажигания в цепи низкого напряжения течет ток силой I1. Из-за значительной индуктивности катушки 6 I1 нарастает до некоторого установившегося значения не мгновенно, а в течение определенного промежутка времени. Быстрому нарастанию силы тока препятствует ЭДС самоиндукции катушки. В момент размыкания контактов сила тока быстро падает до нуля, а созданное им магнитное поле исчезает. В результате исчезновения (уменьшения) магнитного поля во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, которая будет тем выше, чем больше скорость уменьшения магнитного потока.

Таким образом, в момент изменения магнитного силового поля ЭДС возникает в витках не только вторичной, но и первичной обмотки 20 катушки зажигания. Это явление называется самоиндукцией. Ток самоиндукции замедляет процесс исчезновения тока в первичной обмотке, что нежелательно, так как в момент размыкания контактов возникает искра, вызывающая их подгорание. В результате снижаются эффективность и надежность системы зажигания. С целью устранения искрообразования параллельно контактам прерывателя подключают конденсатор. В момент размыкания цепи низкого напряжения он заряжается током самоиндукции, а при замыкании контактов разряжается через первичную обмотку.

Добавочный резистор служит для автоматического поддержания постоянной силы тока в первичной обмотке при изменении частоты вращения двигателя. При его пуске катушка зажигания питается от аккумуляторной батареи, напряжение которой понижено вследствие потребления стартером тока большой силы. Пониженное напряжение на катушке зажигания приводит к снижению силы тока I1 и напряжения вторичной обмотки. Для устранения этого явления при пуске двигателя добавочный резистор закорачивается контактами реле включения стартера или тягового реле. Поэтому, несмотря на снижение напряжения аккумуляторной батареи, первичная обмотка катушки зажигания получает необходимое для ее нормальной работы напряжение.

Свеча зажигания служит для воспламенения рабочей смеси в камере сгорания карбюраторного двигателя за счет искрового разряда. Она имеет стержень с центральным электродом, отделенный от «массы» изолятором, и боковой электрод, соединенный через корпус свечи с «массой». Свечи зажигания вворачивают в головку блока цилиндров. Поскольку максимальное давление в цилиндре весьма значительно, под свечи подкладывают уплотнительные шайбы.

Изолятор свечи выполнен из материала (уралит, кристалло-борокорунд и др.), выдерживающего напряжение не менее 30 кВ. Свечи изготавливают с разными тепловыми свойствами. Калильное число характеризует способность свечи работать без «калильного зажигания» смеси, когда последняя воспламеняется не от электрической искры между электродами свечи, а от контакта с раскаленными электродами. Чем выше это число, тем надежнее свеча будет работать в двигателе с высокой степенью сжатия. Калильные числа имеют следующие значения: 8, 11, 14, 17, 20, 23 и 26.

Катушка зажигания предназначена для преобразования тока низкого напряжения в ток высокого напряжения и состоит из стального корпуса, сердечника, собранного из листов трансформаторного железа, изолированных друг от друга и помещенных в картонную трубку. На эту трубку навита сначала вторичная обмотка, состоящая из большого числа (18 000—20 000) витков медной проволоки диаметром около 0,1 мм, а затем через слой изоляционной бумаги — первичная обмотка (содержащая около 300 витков проволоки диаметром 0,7…0,85 мм). Концы первичной обмотки выведены к клеммам крышки. Внутри катушки к первичной обмотке подсоединен один конец вторичной обмотки, а ее другой конец подведен к центральной клемме катушки. Сердечник с обмотками закрепляется в корпусе катушки с помощью изоляторов. Пространство между обмоткой, изоляторами и корпусом залито специальной мастикой, защищающей обмотки от проникновения влаги.

Прерыватель-распределитель предназначен для периодического размыкания цепи низкого напряжения и распределения возникающего во вторичной обмотке тока высокого напряжения по свечам цилиндров двигателя в необходимой последовательности. Прерыватель-распределитель снабжен центробежным и вакуумным регулятором.

Центробежный регулятор служит для изменения угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Вакуумный регулятор, предназначенный для изменения угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки двигателя, т.е. степени открытия дроссельной заслонки, работает независимо от центробежного регулятора.

Октан-корректор, имеющийся в прерывателе-распределителе, служит для ручной регулировки угла опережения зажигания в зависимости от сорта применяемого топлива (его октанового числа). Октан-корректор позволяет изменять угол опережения зажигания в пределах ± 12° по углу поворота коленчатого вала двигателя. Изменение угла осуществляется при помощи специальных гаек поворотом корпуса прерывателя-распределителя относительно ведущего валика и контролируется по шкале со стрелкой. После регулировки угла устанавливают крепящие болты и регулировочные гайки.

При повороте корпуса прерывателя по часовой стрелке, т.е. в направлении вращения кулачка, угол опережения зажигания уменьшается (что обеспечивает более позднее зажигание). Угол опережения зажигания необходимо уменьшить, если сгорание топлива с малым октановым числом сопровождается детонацией.

Принцип работы батарейной системы зажигания

Такая электромеханическая система служит для выработки импульсов высокого напряжения, образующих искру между электродами свечей зажигания, синхронизации этих импульсов с фазой работы двигателя и распределения высоковольтных импульсов по цилиндрам двигателя в необходимой последовательности.

Принципиальная электрическая схема классической батарейной системы зажигания представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1 Принципиальная электрическая схема классической батарейной системы зажигания: 1 — аккумуляторная батарея; 2 — замок зажигания; 3 — прерыватель; 4 — катушка зажигания; 5 — добавочный резистор (вариатор) с замыкателем; 6 — распределитель; 7 — свечи зажигания.

Пунктирными линиями обозначены параметры нагрузки вторичной цепи: С2 — распределенная емкость вторичной цепи; Rш — шунтирующее сопротивление, обусловленное нагарообразованием на свече.

Конструктивно прерыватель тока 3 объединен с высоковольтным распределителем 6 в единый прибор — распределитель зажигания, на корпусе которого обычно установлен и искрогасительный конденсатор С1. Кулачок прерывателя и ротор распределителя расположены на общем валике, который вращается в два раза медленнее коленчатого вала двигателя.

Катушка зажигания 4 представляет собой трансформатор с сердечником, собранным из отдельных пластин, на котором намотана первичная обмотка w1, содержащая небольшое число витков толстого провода, и вторичная обмотка w2, состоящая из большого числа витков очень тонкого провода.

Катушка зажигания выполнена по автотрансформаторной схеме, что упрощает конструкцию, а также несколько увеличивает вторичное напряжение.

Добавочный резистор 5 (вариатор) ограничивает силу тока в первичной цепи и предохраняет катушку зажигания от тепловых перегрузок. При пуске двигателя на период включения стартера замыкатель закорачивает резистор 5, что приводит к уменьшению сопротивления первичной цепи катушки зажигания. Этим компенсируется снижение напряжения аккумуляторной батареи при работе стартера.

Принцип работы батарейной системы зажигания заключается в следующем. При вращении кулачка распределителя контакты прерывателя 3 попеременно замыкаются и размыкаются. После их замыкания через первичную обмотку w1 катушки зажигания 4 протекает ток, нарастающий от нуля по экспоненциальному закону. Этот ток определяется временем замкнутого состояния контактов и параметрами первичной цепи.

При малых оборотах двигателя ток в первичной обмотке успевает возрасти до максимального значения (Iр = Iмакс), а на больших оборотах вследствие уменьшения амплитуды первичного тока (тока разрыва) он значительно снижается.

Протекая через первичную обмотку, ток вызывает образование магнитного потока в сердечнике катушки зажигания и накопление электромагнитной энергии, которая равна:

Поскольку скорость нарастания первичного тока достаточно мала, ЭДС, наводимая во вторичной обмотке катушки зажигания в этот момент, также мала (1,5- 2 кВ), и пробоя искрового промежутка свечи не происходит.

При размыкании контактов прерывателя первичный ток резко уменьшается, что приводит к исчезновению магнитного потока в катушке зажигания. Уменьшающийся магнитный поток, пересекая витки первичной обмотки, наводит в ней ЭДС самоиндукции, которая задерживает моментальное исчезновение тока в первичной цепи. Длительность задержки тока пропорциональна индуктивности L1 первичной обмотки катушки зажигания. Кроме того, благодаря постепенному размыканию контактов прерывателя поддерживаемый в первичной обмотке ток в течение некоторого времени продолжает протекать через дугу, образовавшуюся в зазоре между контактами. Это явление приводит к разрушению контактов и к дополнительному затягиванию тока, что эквивалентно уменьшению скорости исчезновения магнитного потока в первичной обмотке.

Для предохранения контактов прерывателя от дугового разряда параллельно им включен конденсатор С1. В момент размыкания контактов прерывателя во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение U 2 макс» достигающее амплитуды 15-26 кВ.

В тот момент когда это напряжение достигает величины пробивного напряжения свечи зажигания, происходит искровой разряд. Длительность его в первом приближении зависит от количества энергии WL, накопленной в первичной обмотке катушки зажигания, и обычно имеет величину 1-3 мс. Далее контакты прерывателя замыкаются, весь цикл работы повторяется, и рабочая смесь воспламеняется уже в следующем цилиндре. Вторичное напряжение уменьшается при увеличении оборотов двигателя (и числа его цилиндров) из-за уменьшения величины тока разрыва Iр вследствие сокращения времени замкнутого состояния контактов прерывателя. Это первый принципиальный недостаток батарейной системы зажигания.

Снижение вторичного напряжения Us макс наблюдается и при малых оборотах двигателя, хотя теоретически в соответствии с последним уравнением оно должно было бы оставаться постоянным, поскольку при малых оборотах двигателя ток разрыва достигает установившегося значения. Это снижение объясняется дуговым paзрядом между контактами прерывателя вследствие уменьшения скорости размыкания контактов.

В этом случае напряжение на контактах возрастает быстрее, чем увеличивается электрическая прочность междуконтактного пространства.

Дугообразование на контактах прерывателя и снижение вторичного напряжения при малых оборотах двигателя — второй принципиальный недостаток батарейной системы зажигания. Напряжение U2макс значительно снижается и при загрязнении свечей зажигания. Дело в том, что параллельно искровому промежутку образуются токопроводящие мостики из нагара, создающие шунтирующее сопротивление Rш, по которому протекает часть вторичного тока. Величина Rш обычно находится в пределах 3-6 МОм.

При сильно загрязненных свечах (Rш 0,25-0,5 МОм) утечки и вызываемые ими потери могут настолько уменьшить напряжение U2макс, что оно станет ниже пробивного напряжения свечи и воспламенения рабочей смеси в цилиндре не произойдет. Напряжение U2макс уменьшается и с увеличением емкости вторичной цепи С2.

Снижение вторичного напряжения при уменьшении RШ и увеличении С2 является третьим принципиальным недостатком батарейной системы зажигания.

Из выше рассмотренной формулы вытекает, что величина вторичного напряжения прямо пропорциональна току разрыва. Однако увеличение этого тока ограничивается электроэрозионной стойкостью контактов прерывателя. Все современные системы батарейного зажигания имеют ток разрыва не более 4-4,5 А. Но и при таком токе контакты прерывателя настолько сильно нагружены, что на восьмицилиндровых двигателях, например, их хватает всего на 30-40 тыс. км пробега.

Степень влияния коэффициента трансформации w2/w1 на величину U2макс зависит от шунтирующего сопротивления Rш. При Rш =0,5 МОм увеличение коэффициента трансформации выше определенного значения не приводит к увеличению вторичного напряжения.

Наконец, величину U2макс казалось бы, можно увеличить, увеличивая индуктивность первичной обмотки L1. Однако на практике это неизбежно приводит к уменьшению тока разрыва при больших оборотах двигателя, а следовательно, к значительному уменьшению U2макс.

Все это позволяет заключить, что батарейная система зажигания достигла в своем развитии принципиального предела и дальнейшее существенное улучшение ее параметров не представляется возможным.

Система электрооборудования автомобиля

Контактная система батарейного зажигания

Для создания искрового разряда между электродами свечи зажигания необходимо высокое напряжение (15000-30000 В), так как газы, находящиеся в цилиндре, не проводят ток низкого напряжения. На современных автомобильных двигателях применяют однопроводную систему соединения источников тока с потребителями. Вторым проводником электрической энергии служит масса (корпус) – все соединенные между собой металлические части автомобиля.

При однопроводной системе включения приборов электрооборудования уменьшается число проводов, упрощается техническое обслуживание и уменьшается стоимость системы. Отрицательные выводы генератора, аккумуляторной батареи и всех потребителей электроэнергии соединены с массой, а положительные изолированы от нее. В эксплуатации необходимо внимательно следить за состоянием изоляции на проводах и за их креплением, так как нарушение изоляции может привести к возникновению короткого замыкания.

Устройство контактной системы батарейного зажигания :

Схема устройства контактной системы батарейного зажигания :

а) схема ; б) положения ключа выключателя зажигания и стартера ; 1 – рычажок прерывателя ; 2 – подвижный контакт ; 3 – неподвижный контакт ; 4 — кулачок ; 5 – прерыватель низкого напряжения ; 6 — конденсатор ; 7, 14, 23 – провода ; 8 – выключатель зажигания ; 9 – добавочный резистор ; 10 – первичная обмотка ; 11 – вторичная обмотка ; 12 – катушка зажигания ; 13 — магнитопровод ; 15 – выключатель добавочного резистора ; 16 — амперметр ; 17 – аккумуляторная батарея (АКБ) ; 18 – выключатель электродом ; 19 – ротор с электродом ; 20 — распределитель ; 21, 24 – подавительные резисторы ; 25 – свеча зажигания ; 26 – ключ выключателя зажигания.

Контактная система батарейного зажигания состоит из : аккумуляторной батареи 17, катушки зажигания 12, прерывателя 5 низкого напряжения с конденсатором 6, распределителя импульсов высокого напряжения 20, свечей зажигания 25, выключателя зажигания 8, амперметра 16. Прерыватель 5 имеет два контакта : неподвижный 3 соединенный с массой и подвижный 2, расположенный на рычажке 1 и соединенный с проводом 7 с первичной обмоткой 10 катушки зажигания. В прерывателе установлен вращающийся валик с кулачком 4, при помощи которого размыкаются контакты. В системе зажигания в качестве источника электрического тока используется генератор переменного тока.

При замыкании контактов прерывателя ток от АКБ проходит по первичной обмотке катушки зажигания, создавая вокруг нее магнитное поле.

Цепь низкого напряжения следующая : положительный вывод АКБ 17 – амперметр 16 – выключатель зажигания 8 добавочный резистор 9 – первичная обмотка 10 — провод 7 – подвижный контакт 2 – неподвижный контакт 3 – масса – выключатель 18 цепи АКБ – отрицательный вывод АКБ.

При размыкании контактов прерывателя обесточивается первичная обмотка катушки зажигания и резко уменьшается магнитное поле. Магнитный поток исчезающего поля пересекает витки вторичной и первичной обмоток, при этом индуктируется электродвижущая сила (ЭДС) высокого напряжения во вторичной и ЭДС самоиндукции в первичной обмотках. Возникающие во вторичной обмотке импульсы высокого напряжения подводятся к свечам зажигания в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Вращающийся ротор 19 своим электродом распределяет импульсы высокого напряжения по электродам крышки распределителя. Частота вращения ротора в 2 раза меньше частоты вращения коленчатого вала и, таким образом, совпадает с частотой вращения кулачка прерывателя.

Положение пластины ротора напротив каждого из электродов крышки распределителя соответствует разомкнутому состоянию контактов прерывателя.

Цепь высокого напряжения : вторичная обмотка11 – провод 14 высокого напряжения – подавительный резистор 21 – электрод ротора 19 – один из электродов крышки распределителя 20 – провод 23 — подавительный резистор 24 – свеча зажигания 25 – центральный электрод свечи – боковой электрод свечи – масса – выключатель 18 цепи АКБ – отрицательный вывод АКБ 17 – положительный вывод АКБ 17 – амперметр 16 — выключатель зажигания 8 – добавочный резистор 9 – первичная обмотка 10 – вторичная обмотка катушки зажигания 12.

В первичной обмотке ток самоиндукции возникает при замыкании контактов прерывателя. Ток самоиндукции замедляет процесс исчезновения тока в первичной обмотке, нежелательно, так как при размыкании контактов увеличивается период искрообразования между ними, снижаются эффективность и надежность системы зажигания. Параллельно контактам прерывателя включен конденсатор 6. В момент размыкания цепи низкого напряжения конденсатор заряжается током самоиндукции, а затем при разомкнутых контактах разряжается через первичную обмотку.

Выключатель зажигания 8 необходим для остановки работающего двигателя размыканием первичной обмотки катушки зажигания. Он нужен и для включения зажигания перед пуском двигателя. Ключ 26 выключателя зажигания может занимать четыре положения : 0 – зажигания выключено ; 1 – зажигание включено ; 2 – включены зажигание и стартер ; 3 – подведено питание к радиоприемнику. В положении 0 ключ можно вставить и вынуть из замка зажигания. После пуска двигателя ключ выключателя зажигания переводят в положение 1.

Выключатель 18 цепи АКБ нужен для отключения батареи от массы при выполнении электротехнических работ и для остановки автомобиля на длительное время. Выключатель 18 защищает электрооборудование от короткого замыкания или от пожара при неисправной проводке, а также позволяет отключить батарею от всех потребителей электрической энергии, непосредственно не отсоединяя провода, отходящие от нее. В этом случае остается включенным аварийное освещение – плафон кабины и розетка переносной лампы.

Почему контактная система батарейного зажигания не используется на современных автомобилях?

Постепенно контактную систему батарейного зажигания вытеснили другие системы, такие как контактно транзисторная или бесконтактная системы зажигания. Этому предшествовало ряд недостатков контактной системы батарейного зажигания :

• Быстрый износ и обгорание контактов прерывателя ;
• Увеличение зазора между контактами прерывателя, соответственно увеличение угла опережения зажигания ;
• Уменьшение тока в цепях низкого и высокого напряжения ;
• Частые перебои с воспламенением рабочей смеси ;
• Затрудненный пуск двигателя ;
• Снижение экономичности и мощности двигателя.

Сайт о внедорожниках УАЗ, ГАЗ, SUV, CUV, кроссоверах, вездеходах

Классическая система батарейного зажигания с одной катушкой и многоискровым механическим распределителем до сих пор используется на некоторых автомобилях. Главным достоинством классической системы батарейного зажигания является ее простота, обеспечиваемая двойной функцией механизма распределителя. Прерывание цепи постоянного тока для генерирования высокого напряжения и синхронное распределение высокого напряжения по цилиндрам двигателя.

Устройство классической системы батарейного зажигания автомобилей, принцип работы, принципиальная схема, характеристики электрических сигналов, недостатки системы.

Классическая система батарейного зажигания состоит из следующих элементов:

— Источника тока — аккумуляторной батареи 1.
— Катушки зажигания (индукционной катушки) 2. Она преобразует ток низкого напряжения в ток высокого напряжения. Между первичной и вторичной обмотками имеет место автотрансформаторная связь.
— Прерывателя 3, содержащего рычажок 4 с подушечкой 5 из текстолита, поворачивающийся около оси.
— Контактов прерывателя 6.
— Кулачка 7, имеющего число граней, равное числу цилиндров.

Неподвижный контакт прерывателя присоединен к «массе». Подвижной контакт укреплен на конце рычажка. Если подушечка не касается кулачка, контакты замкнуты под действием пружины. Когда подушечка находит на грань кулачка, контакты размыкаются. Прерыватель управляет размыканием и замыканием контактов и моментом подачи искры.

— Конденсатора первичной цепи 8 (С1), подключенного параллельно контактам 6, который является составным элементом колебательного контура в первичной цепи после размыкания контактов.
— Распределителя 9, включающего в себя бегунок 10, крышку 11, на которой расположены неподвижные боковые электроды 12 (число которых равно числу цилиндров двигателя) и неподвижный центральный электрод, который подключается через высоковольтный провод к катушке зажигания.

Принципиальная схема классической системы батарейного зажигания автомобилей.

Боковые электроды через высоковольтные провода соединяются с соответствующими свечами зажигания. Высокое напряжение к бегунку 10 подается через центральный электрод с помощью скользящего угольного контакта. На бегунке имеется электрод 13, который отделен воздушным зазором от боковых электродов 12.

Бегунок 10 распределителя и кулачок 7 прерывателя находятся на одном валу, который приводится во вращение зубчатой передачей от распределительного вала двигателя с частотой вдвое меньшей частоты вращения коленчатого вала. Прерыватель и распределитель расположены в одном аппарате, называемом распределителем зажигания.

— Свечей зажигания 15, число которых равно числу цилиндров двигателя.
— Выключателя зажигания 16.
— Добавочного резистора 17 (Rд), который уменьшает тепловые потери в катушке зажигания. Дает возможность усилить зажигание. При пуске двигателя резистор шунтируется контактами реле 18 одновременно с включением стартера. Добавочный резистор изготовляют из нихрома или константана и наматывают на керамический изолятор.

Принцип работы классической системы батарейного зажигания автомобилей.

При вращении кулачка 7 контакты 6 попеременно замыкаются и размыкаются. После замыкания контактов (в случае замкнутого выключателя 16) через первичную обмотку катушки зажигания 2 протекает ток, нарастая от нуля, до определенного значения за данное время замкнутого состояния контактов. При малых частотах вращения валика 14 распределителя 9 ток может нарастать до установившегося значения, определенного напряжением аккумуляторной батареи и омическим сопротивлением первичной цепи (установившийся ток).

Протекание первичного тока вызывает образование магнитного потока, сцепленного с витками первичной и вторичной обмоток, и накопление электромагнитной энергии. После размыкания контактов прерывателя, как в первичной, так и во вторичной обмотке индуцируется ЭДС самоиндукции. Согласно закону индукции вторичное напряжение тем больше, чем быстрее исчезает магнитный поток, созданный током первичной обмотки, больше первичный ток в момент разрыва и больше число витков во вторичной обмотке.

Характеристики электрических сигналов в первичной и вторичной цепях классической системы батарейного зажигания автомобилей.

В результате переходного процесса во вторичной обмотке возникает высокое напряжение, достигающее 15-20 кВ. В первичной обмотке также индуцируется ЭДС самоиндукции, достигающая 200-400 В, направленная в ту же сторону, что и первичный ток, и стремящаяся задержать его исчезновение. При отсутствии конденсатора 8 ЭДС самоиндукции вызывает образование между контактами прерывателя во время их размыкания сильной искры или, точнее, дуги.

При наличии конденсатора 8 ЭДС самоиндукции создает ток, заряжающий конденсатор. В следующий период времени конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки и аккумуляторную батарею. Таким образом, конденсатор 8 практически устраняет искрообразование в прерывателе, обеспечивая долговечность контактов и индицирование во вторичной обмотке достаточно высокой ЭДС. Вторичное напряжение подводится к бегунку распределителя, а затем через электроды в крышке и высоковольтные провода поступает к свечам соответствующих цилиндров.

Рабочий процесс классической системы батарейного зажигания автомобилей.

Нормальным рабочим режимом любой классической системы батарейного зажигания, использующей индукционную катушку в качестве источника высокого напряжения, является переходный режим. В результате чего образуется искровой разряд в свече зажигания. Рабочий процесс может быть разбит на три этапа:

Замыкание контактов прерывателя — первый этап рабочего процесса классической системы батарейного зажигания.

На этом этапе происходит подключение первичной обмотки катушки зажигания (накопителя) к источнику тока. Этап характеризуется нарастанием первичного тока и, как следствие этого, накоплением электромагнитной энергии, запасаемой в магнитном поле катушки.

Размыкание контактов прерывателя — второй этап рабочего процесса классической системы батарейного зажигания.

Источник тока отключается от катушки зажигания. Первичный ток исчезает, в результате чего накопленная электромагнитная энергия превращается в электростатическую. Возникает ЭДС высокого напряжения во вторичной обмотке.

Пробой искрового промежутка свечи зажигания — третий этап рабочего процесса классической системы батарейного зажигания.

В рабочих условиях при определенном значении напряжения происходит пробой искрового промежутка свечи зажигания с последующим разрядным процессом.

Недостатки классической системы батарейного зажигания автомобилей.

Классическая система батарейного зажигания обладает рядом достоинств. К ним следует отнести простоту конструкции и невысокую стоимость аппаратов зажигания, возможность регулирования угла опережения зажигания в широких пределах без изменения величины вторичного напряжения. Вместе с тем классическая система батарейного зажигания имеет ряд принципиальных недостатков, связанных с работой механического прерывателя и механических автоматов опережения зажигания:

— Недостаточная величина вторичного напряжения на высоких и низких частотах вращения коленчатого вала двигателя. Как следствие, малый коэффициент запаса по вторичному напряжению. Особенно для многоцилиндровых и высокооборотных двигателей, а также при экранировке высоковольтных проводов.
— Недостаточная энергия искрового разряда по причине ограничения уровня запасенной энергии в первичной цепи.
— Чрезмерный нагрев катушки зажигания в зоне низких частот вращения коленчатого вала двигателя и особенно при остановившемся двигателе. Если замок зажигания включен и контакты прерывателя замкнуты.
— Нарушение рабочего зазора в контактах в процессе эксплуатации. Как следствие этого, необходимость зачистки контактов, т. е. систематический уход во время эксплуатации.
— Низкий срок службы контактов прерывателя.
— Повышенный асинхронизм момента искрообразования по цилиндрам двигателя при эксплуатации вследствие износа кулачка.
— Высокая погрешность момента искрообразования вследствие разброса характеристик механических автоматов опережения в процессе эксплуатации.

Перечисленные недостатки классической системы батарейного зажигания приводят в итоге к ухудшению процесса сгорания рабочей смеси. И следовательно, к потере мощности двигателя и увеличению эмиссии отработавших газов.

По материалам книги «Справочник по устройству, применению и ремонту электронных приборов автомобилей».
Ходасевич А. Г., Ходасевич Т. И.

Виды, устройство и принцип работы системы зажигания

Система зажигания двигателя – это комплекс устройств, приборов и датчиков, необходимых для его запуска. Ее главной задачей является создание высокого напряжения для формирование искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь, в точно определенный момент времени. Это обеспечивает правильный режим работы мотора, а потому от исправности системы зажигания зависит расход топлива, мощность и безопасность движения автомобиля.

1. Устройство и принцип действия типовой системы зажигания
2. Виды систем зажигания
3. Характерные особенности контактной системы
4. В чем отличия контактно-транзисторной системы зажигания
5. Принцип работы бесконтактной системы
6. Электронная и микропроцессорная системы

Устройство и принцип действия типовой системы зажигания

С технической стороны система зажигания входит в комплекс электрооборудования двигателя. Конструктивно она состоит из следующих элементов:

• Аккумулятор или другой источник питания. Он подает в сеть низкое напряжение 12 вольт.
• Переключатель. При повороте ключа переключатель замыкается и низкое напряжение поступает в накопитель энергии.
• Накопитель энергии. Бывает двух видов: индуктивный (катушка зажигания трансформаторного типа, преобразующая низкое напряжение в высокое до 30 тысяч вольт) и емкостной (конденсатор).
• Блок управления аккумулированием и распределением энергии. В зависимости от типа системы зажигания это может быть прерыватель, транзисторный коммутатор или ЭБУ (электронный блок управления).
• Распределитель. Этот узел может быть механическим или электронным. Он осуществляет снабжение определенных свечей энергией в заданный момент времени.
• Провода цепи высокого напряжения. По ним поступает высокое напряжение к электродам свечей.
• Свечи зажигания.

Работа системы зажигания основана на следующем принципе: при подаче в сеть низковольтного напряжения, происходит накопление и преобразование энергии, что затем распределяется по свечам, на электродах которых формируется искра, провоцирующая воспламенение топливовоздушной смеси.

Виды систем зажигания

В современном автомобилестроении системы зажигания классифицируют в зависимости от способа управления процессом. При этом выделяют три основных типа схем:

• контактная (контактно-транзисторная);
• бесконтактная (транзисторная);
• электронная (микропроцессорная).

Характерные особенности контактной системы

Исторически контактная система является одной из первых и сегодня ее можно встретить лишь на старых моделях автомобилей. В таких конструкциях формирование высокого напряжения происходит в трансформаторной катушке, а распределение его на свечи реализуется механическим способом – замыканием и размыканием контактов цепи прерывателем-распределителем.

Устройство контактной системы зажигания

Помимо основных элементов, такие системы включают в себя центробежный регулятор опережения зажигания, необходимый для преобразования угла опережения зажигания относительно частоты вращения коленвала. Он представляет собой два груза, воздействующих на мобильную пластину, контактирующую с кулачковым механизмом прерывателя.

Угол опережения зажигания – определенное положение коленвала, при котором осуществляется подача высокого напряжения на свечи. В таком режиме зажигание происходит до момента достижения поршнем верхней мертвой точки, что позволяет обеспечить максимально эффективное сгорание топливовоздушной смеси.

Также в контактных схемах применяется вакуумный регулятор опережения зажигания, изменяющий угол опережения соответственно режиму работы (нагрузке) мотора. Он соединен с полостью, находящейся за дроссельной заслонкой, и при нажатии на педаль газа изменяет угол опережения в зависимости от величины разрежения.

При замыкании контактов низкое напряжение подается на первичную обмотку катушки, где аккумулируется энергия и в момент размыкания контакта происходит формирование высокого напряжения на вторичной обмотке. Затем энергия поступает к распределителю зажигания и далее на соответствующую свечу.

Если нагрузка на силовой агрегат повышается, увеличивается частота вращения вала прерывателя-распределителя, и грузы центробежного регулятора расходятся, изменяя положение пластины. Это способствует более раннему размыканию контактов, что увеличивает угол опережения. При снижении нагрузки на двигатель происходит обратный процесс.

В чем отличия контактно-транзисторной системы зажигания

Следующим поколением системы зажигания стала контактно-транзисторная, предполагающая установку в первичной цепи катушки транзисторного коммутатора. Он позволяет снизить силу тока в обмотке низкого напряжения, что повышает срок эксплуатации контактов.

Контактно-транзисторная система зажигания

За счет установки транзистора напряжение, поступающее на свечи, больше, чем в классической контактной системе на 30%. Зазор между электродами и, как следствие, длина искры при этом также больше, а значит возрастает и площадь контакта с топливовоздушной смесью, что способствует ее полному сгоранию. В контактно-транзисторной системе зажигания прерыватель воздействует не на катушку, а на коммутатор.

При повороте ключа через транзистор начинают проходить два типа токов:

• управления;
• основной ток первичной обмотки.

Когда контакты размыкаются, ток цепи управления исчезает, а транзистор запирается, препятствуя протеканию тока первичной обмотки. В этот момент магнитное поле формирует высокое напряжение на вторичной обмотке. Для ускорения запирания транзистора в контактной системе зажигания этого типа может устанавливаться импульсный трансформатор.

Принцип работы бесконтактной системы

Эволюционным продолжением транзисторно-контактной системы, является бесконтактное зажигание. В таких конструкциях вместо прерывателя устанавливается специальный датчик импульсов. Это дает возможность увеличить срок службы системы зажигания за счет отсутствия неисправностей, связанных с контактами прерывателя.

Датчик формирует электрические импульсы низкого напряжения. Он бывает трех типов:

• Датчик Холла. Конструкция такого датчика включает в себя постоянный магнит, и пластину-полупроводник, оснащенную микросхемой.
• Индуктивный. Принцип его работы основан на изменении величины индукции чувствительного элемента в зависимости от величины зазора между датчиком и движущимся пластинчатым ротором, воздействующим на магнитное поле.
• Оптический. Он состоит из светодиода, фототранзистора и микросхемы согласования. При попадании света от диода на фототранзистор датчик подает массу (минус питания) на коммутатор. Перекрытие потока света провоцирует исчезновение тока в катушке и способствует дальнейшему формированию искры.

Конструктивно датчик импульсов интегрирован в распределитель и регулируется режимом вращения коленвала двигателя. Прерывание тока в первичной обмотке катушки зажигания бесконтактной системы осуществляется также транзисторным коммутатором, но реагирующим на сигналы датчика.

В момент вращения коленвала датчик посылает импульсы напряжения на коммутатор. Последний, соответственно, формирует импульсы тока в обмотке низкого напряжения катушки. Когда ток не поступает, на вторичной обмотке возникает высокое напряжение, которое передается распределителю и далее по высоковольтным проводам к нужной свече. Изменение угла опережения в бесконтактной системе зажигания также выполняется центробежным и вакуумным регуляторами.

Электронная и микропроцессорная системы

Самой современной системой считается электронная. Она не имеет механических контактов, а потому ее также можно назвать бесконтактной. Электронное зажигание является частью системы управления двигателем.

Электронная система зажигания

Выделяют два типа электронных бесконтактных систем зажигания:

• С распределителем. В подобной схеме применяется механический распределитель зажигания, подающий высокое напряжение на заданную свечу.
• Прямого зажигания. При такой схеме высокое напряжение поступает к электродам свечи напрямую с катушки.

Помимо базовых элементов электронная система зажигания включает:

• Входные датчики. Они регистрируют данные о текущем режиме работы мотора и подают их в виде электронных сигналов блоку управления.
• Электронный блок управления. Он выполняет обработку сигналов и передает соответствующие команды на воспламенитель.
• Исполнительное устройство, или воспламенитель. Фактически является транзисторной платой, обеспечивающей в открытом режиме поступление напряжения на первичную обмотку, а в закрытом – отсечку и формирование высокого напряжения на вторичной обмотке катушки.

Такие системы могут оснащаться одной общей (в конструкциях с распределителем), индивидуальными (при подаче энергии прямо на свечу) или сдвоенными катушками зажигания.

Разновидностью электронной системы является микропроцессорная. В ней применяется целый комплекс датчиков, сигналы которых обрабатываются ЭБУ. Он рассчитывает оптимальный режим работы системы в заданный момент времени. Преимуществами такой конструкции является снижение расхода топлива и улучшение динамических характеристик автомобиля.