Искровое зажигание подготовленной горючей смеси в цилиндрах является основой работы бензинового двигателя. Другие способы воспламенения тут не годятся из-за низкой антидетонационной способности лёгких нефтяных фракций. Надо инициировать горение строго в определённое время и очень надёжно. Для этого разработана и непрерывно совершенствуется система зажигания.
Принцип работы
Двух- и четырёхтактные двигатели требуют воспламенения в конце такта сжатия заранее загруженной смеси паров бензина с воздухом. В определённой концентрации, за соблюдением которой строго следит система питания, смесь воспламеняется достаточно легко, кроме экстремальных случаев предельного режима или сверхбедного состава особо экономичных моторов.
В любом случае, искра должна быть достаточно мощной. Для этого к искровому промежутку подводится очень высокое напряжение, составляющее десятки киловольт. При атмосферном давлении было бы достаточно и меньшего напряжения, но в конце такта сжатия при солидной компрессии двигателя с высоким КПД оно будет превышено на порядок и более.
Это интересно: Как прогреть салон автомобиля в зимний период
Искровой разряд создаёт некоторое количество плазмы, то есть ионизированного газа со сверхвысокой температурой. Подобные условия и инициирует горение, после чего фронт пламени с большой скоростью распространяется по всему объёму камеры сгорания.
Высокое напряжение должно быть создано в точно заданный момент и иметь характеристики импульса, иначе разряд будет поддерживаться постоянно, что неприемлемо. Для этого создаются высоковольтные импульсные источники энергии поджога, которые могут иметь самую различную конфигурацию и принципы построения.
Разновидности систем зажигания
Разные способы построения системы не существуют параллельно, они сменяют одна другую в процессе эволюции. Как должна выглядеть идеальная система инженеры знали всегда, но не сразу в мире появилась необходимая элементная база, материалы и технологии.
Контактные
Контактная система зажигания, иначе называемая батарейной, выглядит наиболее просто.
В её состав входят:
- контактный прерыватель, представляющий собой пару металлических площадок, соединяющихся между собой в момент прохождения управляющего кулачка;
- катушка зажигания, это высоковольтный трансформатор, имеющий две обмотки, одну на малой количество витков толстого провода, а вторую многовитковую, соединённую с выходным высоковольтным наконечником;
- высоковольтные провода с прочной изоляцией, соединяющие выход катушки с распределителем и его выходные контакты со свечами;
- распределитель зажигания, содержащий ротор, вращающийся в такт с двигателем и указывающий на контакт нужного цилиндра, когда в нём поршень подходит к верхней мёртвой точке такта сжатия;
- конденсатор, накапливающий энергию паразитных выбросов на обмотках катушки;
- автоматические корректоры момента зажигания, обычно центробежный и вакуумный.
Система далека от совершенства, значительную мощность разряда обеспечить в ней сложно, а контакты склонны к обгоранию и износу. В настоящее время устарела и не используется.
Бесконтактные
Практически устроена так же, но в ней механические контакты заменены на датчик, управляющий работой мощного импульсного усилителя, нагруженного на первичную обмотку катушки.
Проблем с таким построением значительно меньше, а мощность увеличена. Рабочий ток катушки протекает не через обгорающие контакты, а через силовой транзистор, не подверженный износу или проблемам с регулируемым зазором.
Укрупнённо все бесконтактные системы можно разделить на транзисторные и тиристорные, отличающиеся режимами работы силового ключа.
Если транзистор полностью функционально имитирует контакты с улучшением характеристик, то тиристор открывается для разряда специально установленного высоковольтного конденсатора, который разряжается на катушку, многократно увеличивая напряжение. В
настоящее время тиристоры в зажигании забыты, а транзисторы используются лишь как силовые драйверы контроллеров управления двигателем.
Микропроцессорная
Следующим этапом развития бесконтактных систем стало внедрение быстродействующих микропроцессорных блоков в качестве посредников между датчиками и катушками.
С их помощью стало возможно создание адаптивных систем, учитывающих текущий режим двигателя без применения громоздких и ненадёжных механических регуляторов.
Читайте также: Как самому отремонтировать бескамерную шину
Электронный блок, построенный по структуре микрокомпьютера, собирает информацию от многочисленных датчиков:
- обороты двигателя;
- мгновенное угловое положение коленвала;
- степень открытия дроссельной заслонки;
- температура охлаждающей жидкости;
- расход воздуха или абсолютное давление во впускном коллекторе;
- температура всасываемого воздуха;
- содержание кислорода в выхлопных газах;
- появление детонационных процессов.
Более сложные системы учитывают и многое другое, а конечным выходом системы будет точно вычисленный момент подачи искры в каждый цилиндр. Наличие нескольких катушек зажигания избавляет от механического распределителя.
Устройство
Технически система содержит ряд узлов, расположенных в моторном отсеке, на двигателе или в салоне автомобиля.
Источник питания
Питается система зажигания от бортовой сети автомобиля, обычно без предохранителя, чтобы не снижать надёжность. Включение питания происходит от замка с ключом, который управляет мощным реле, поскольку ток потребляется значительный.
Выключатель
В последнее время выключатель зажигания лишь инициирует рабочий режим электронного блока управления двигателем (ЭБУ), который сам подаёт питание на реле отдельных устройств, платы управления, силовые ключи, бензонасос и вентилятор охлаждения. Если зажигание включено, а двигатель не запущен, то потребление тока автоматически сводится к минимуму.
Накопитель энергии
В качестве накопителя сейчас почти повсеместно используется магнитное поле сердечников катушек зажигания. В нужный момент силовой ключ открывается, по первичной цепи трансформатора начинает протекать нарастающий ток, что вызывает увеличение магнитного потока.
После закрывания транзистора вся накопленная энергия через вторичную обмотку расходуется на искровой разряд в свече.
Свечи
Свеча выступает в роли важнейшего элемента, поскольку трудится в очень сложных условиях. Искру надо обеспечит при высоком давлении в точно определённый момент, при этом выступающие в цилиндр части не должны перегреваться или охлаждаться до такой степени, что их забросает смесью, маслом или продуктами горения. Поэтому свечи подбираются по калильному числу под конкретный двигатель.
Для увеличения срока службы в состав электродов вводятся платина или иридий. Такие свечи могут выполняться с заострённым тонким центральным электродом, что повышает напряжённость поля и улучшает искрообразование. Традиционные сплавы при такой конфигурации быстро изнашиваются от электрической и тепловой эрозии.
Система распределения зажигания
Распределение икры по цилиндрам выполняется различными способами, механическими и электронными. Иногда искра с целью упрощения подаётся одновременно в два цилиндра сразу, но поскольку в одном из них в этот момент происходит такт выпуска, то это ни на что не повлияет.
Распределитель (трамблёр)
Самый простой распределитель содержит бегунок с контактом, вращающийся через привод от коленвала. Синхронизация обеспечивает его положение точно напротив нужного выходного высоковольтного наконечника, куда и уходит разряд. Гальванического контакта тут нет, небольшой промежуток легко пробивается мощным выходом катушки.
Коммутатор
Так принято называть транзисторный блок, принимающий сигнал датчика, установленного вместо контактов прерывателя. На самом деле блок ничего не коммутирует, а просто усиливает слабый сигнал до величины, способной запасти нужную энергию в катушке. Состоит из управляющей электронной схемы и силового транзисторного ключа.
Блок управления
В сложных системах все элементы, кроме катушек и датчиков, объединены в управляющем блоке. Он содержит приёмные усилители сигналов датчиков, микропроцессорное устройство обработки информации, обычно совмещающее управление впрыском и зажиганием, а также драйверы – мощные выходные транзисторные ключи.
Высоковольтные провода
В последние десятилетия от высоковольтных проводов, ранее соединявших выходы катушек с наконечниками свечей зажигания, отказываются.
Ненадёжная изоляция и трудности с обеспечением перезаряда паразитных ёмкостей, поэтому на современном автомобиле этих проводов нет, а на каждую свечу надета персональная одноконтактная катушка.
Основные неисправности
Блок управления постоянно отслеживает равномерность вращения вала двигателя. В случае неполадок с зажиганием он выдаёт сигнал о наличии пропусков зажигания в отдельных цилиндрах. При полном отказе двигатель вообще не запускается или работает не на всех цилиндрах.
Причины могут быть разными:
- отказ свечей из-за брака или несвоевременной замены, о чём не все водители знают;
- пробой изоляции катушек зажигания, как следствие несвоевременной замены свечей и нештатного увеличения их искрового зазора;
- выгорание силовых транзисторных ключей в блоке управления по разным причинам, обычно заводской брак;
- отказ основных датчиков, в современных системах это датчик положения коленвала, в устаревших – датчик Холла в трамблёре;
- в батарейных системах обгорание контактов и пробой конденсатора;
- в системах с распределителем зажигания часто пробивает бегунок, крышку с контактами или выгорает помехозащитный резистор;
- полный отказ наступает при обгорании контактной группы в замке зажигания, вся система остаётся без питания.
Обслуживание системы сводится к плановой замене свечей. Обычные медноникелевые следует менять каждые 10-15 тысяч километров пробега, а с содержанием благородных металлов – примерно через 60 тысяч. Иначе придётся вместе с ними заменить и катушки зажигания, что значительно дороже.
