Как работает система зажигания автомобиля?

Системы зажигания автомобиля

Автомобильный мотор еще в первых своих модификациях представлял собой сложную конструкцию, состоящую из ряда систем, работающих воедино. Одним из основных компонентов любого бензинового мотора является система зажигания. Об ее устройстве, разновидностях и особенностях мы сегодня и поговорим.

Система зажигания

Система зажигания автомобиля представляет собой комплекс из приборов и устройств, которые работают на обеспечение своевременного появления электрического разряда, воспламеняющего смесь в цилиндре. Она является неотъемлемой деталью электронного оборудования и в своем большинстве завязана на работе механических компонентов мотора. Этот процесс присущ всем моторам, которые не используют для воспламенения сильно нагретый воздух (дизель, компрессионные карбюраторные). Искровое воспламенение смеси применяется и в гибридных моторах, работающих на бензине и газу.

Принцип работы системы зажигания зависит от ее вида, но если обобщать ее работу, можно выделить следующие этапы:

  • процесс накопления высоковольтного импульса;
  • проход заряда через повышающий трансформатор;
  • синхронизация и распределения импульса;
  • возникновение искры на контактах свечи;
  • поджог топливной смеси.


Важным параметром является угол или момент опережения – это время, в которое осуществляется поджог воздушно-топливной смеси. Подбор момента происходит так, чтобы предельное давление возникало при попадании поршня в верхнюю точку. В случае с механическими системами его придется выставлять вручную, а в электронно-управляемых системах настройка происходит автоматически. На оптимальный угол опережения влияет скорость движения, качество бензина, состав смеси и другие параметры.

Классификация систем зажигания

Основываясь на методе синхронизации зажигания, различают схемы контактные и бесконтактные. По технологии формирования угла опережения зажигания можно выделить системы с механической регулировкой и полностью автоматические или электронные.

Исходя из типа накопления заряда, для пробития искрового промежутка, рассматривают устройства с накоплением в индуктивности и с накоплением в емкости. По способу коммутации первичной цепи катушки бывают – механические, тиристорные и транзисторные разновидности.

Узлы систем зажигания

Все существующие виды систем зажигания различаются способом создания контролирующего импульса, в остальном их устройство практически не отличается. Поэтому можно указать общие элементы, которые являются неотъемлемой частью любой вариации системы.

Питание – первичным, служит аккумулятор (задействуется при пуске), а при работе – эксплуатируется напряжение, которое производит генератор.

Выключатель – устройство, которое необходимо для подачи питания на всю систему или его отключения. Выключателем служит замок зажигания или управляющий блок.

Накопитель заряда – элемент необходимый для концентрации энергии в нужном объеме, для воспламенения смеси. Существует два типа компонентов для накопления:

  • Индуктивный – катушка, внутри которой расположился повышающий трансформатор который создает достаточный импульс для качественного поджога. Первичная обмотка устройства питается от плюса батареи и приходит через прерыватель к ее минусу. При размыкании первичного контура прерывателем на вторичном создается высоковольтный заряд, который и передается на свечу.
  • Емкостный – конденсатор, который заряжается повышенным напряжением. В нужное время накопленный заряд по сигналу передается на катушку.

Схема работы в зависимости от вида накопления энергии

Свечи – изделие, состоящее из изолятора (основа свечи), контактного вывода для подключения высоковольтного провода, металлической оправы для крепления детали и двух электродов, между которыми и образуется искра.

Система распределения – подсистема, предназначенная для направления искры на нужный цилиндр. Состоит из нескольких компонентов:

  • Распределитель или трамблер – устройство, сопоставляющее обороты коленвала и соответственно – рабочее положение цилиндров с кулачковым механизмом. Компонент может быть механическим или электронным. Первый – передает вращение мотора и посредством специального бегунка распределяет напряжение от накопителя. Второй (статический) исключает наличие вращающихся частей, распределение происходит благодаря работе блока управления.
  • Коммутатор – прибор, генерирующий импульсы заряда катушки. Деталь присоединяется к первичной обмотке и разрывает питание, генерируя напряжение самоиндукции.
  • Блок управления – устройство на микропроцессорах, определяющее момент передачи тока в катушку на основании показаний датчиков.

Провод – одножильный высоковольтный проводник в изоляции, соединяющий катушку с распределителем, а также контакты коммутатора со свечами.

Магнето

Одной из первых систем зажигания является – магнето. Она состоит из генератора тока, который создает разряд исключительно для искрообразования. Состоит система из постоянного магнита, который приводится в движение коленчатым валом и катушки индуктивности. Искру, способную пробить искровой промежуток генерирует повышающий трансформатор, одной частью которого служит грубая обмотка катушки индуктивности. Для повышения напряжения используют часть обмотки генератора, которая соединена с электродом свечи.

Система зажигания с магнето

Контроль за подачей искры может быть контактный, выполненный в виде прерывателя или бесконтактный. При бесконтактном методе подачи искры применяются конденсаторы, которые улучшают качество искры. В отличие от представленных далее схем зажигания, магнето не требуется аккумулятор, оно легкое и активно применяется в компактной технике – мотокосах, бензопилах, генераторах и т.д.

Контактная система зажигания

Устаревшая, распространенная схема воспламенения топливной смеси. Отличительной особенностью системы является создание высокого напряжения, вплоть до 30 тысяч В на свечи. Создает такое высокое напряжение катушка, которая соединена с распределительным механизмом. Импульс на катушку передается благодаря специальным проводам, соединенным с контактной группой. При размыкании кулачков происходит формирование разряда и искры. Устройство также выполняет роль синхронизатора, так как момент образования искры должен совпадать с нужным моментом такта сжатия. Данный параметр устанавливается посредством механической регулировки и сдвига искры на более раннюю или позднюю точку.

Уязвимой частью такого варианта является естественный механический износ. Из-за него меняется момент образования искры, он нестабильный для различных положений бегунка. Ввиду чего появляются вибрации мотора, падает его динамика, ухудшается равномерность работы. Тонкие настройки позволяют избавиться от явных неисправностей, но проблема может возникнуть повторно.

Преимуществом контактного зажигания является его надежность. Даже при серьезном износе деталь будет работать безотказно, позволяя мотору работать. Схема не прихотлива к температурным режимам, практически не боится влаги или воды. Такой вид зажигания распространен на старых автомобилях и по сей день используется на ряде серийных моделей.

Бесконтактное зажигание

Принципиальная схема работы бесконтактной системы несколько отличается. Она сохраняет трамблер, как элемент конструкции, но он лишь выполняет функцию синхронизации цилиндров и отсылает импульс на коммутатор. В свою очередь транзисторный элемент, синхронизируется с показателем датчика и определяет угол зажигания, а также другие настройки – автоматически.

Преимущество системы – стабильность качества искрообразования, которое не зависит от ручных настроек или сохранности поверхности контактов. Если рассматривать превосходство данного варианта над контактной схемой, можно выделить:

  • система генерирует искру высокого качества постоянно;
  • устройство системы зажигания исключает ухудшение ее работы вследствие износа или загрязнения;
  • отсутствует необходимость производить тонкие настройки угла зажигания;
  • не приходится следить за состоянием контактов, контролировать их угол замыкания и другие настройки.

В результате использования бесконтактной системы можно наблюдать снижение расхода топлива, улучшение динамических характеристик, отсутствие сильных вибраций мотора, стабильная искра позволяет облегчить холодный пуск.

Электронное зажигание

Современная, наиболее совершенная схема, которая полностью исключает наличие подвижных частей. Для получения необходимых данных о положении коленвала и других применяются специальные датчики. Далее электронный блок управления производит расчеты и посылает соответствующие импульсы на рабочие компоненты. Такой подход позволяет максимально точно определить момент подачи искры, благодаря чему смесь разжигается своевременно. Это позволяет получить больше мощности, улучшить продувку цилиндра и снизить вредные выбросы, благодаря лучшему дожигу топлива.

Схема электронной системы

Электронная система зажигания автомобиля отличается высокой стабильностью работы и устанавливается на большинство современных авто. Такая популярность определена преимуществами данной схемы:

  • Снижение расхода топлива во всех режимах работы мотора.
  • Улучшение динамических показателей – отклик на педаль газа, скорость разгона и т.д.
  • Более плавная работа мотора.
  • Выравнивается график момента и лошадиных сил.
  • Минимизируются потери мощности на низких оборотах.
  • Совместима с газобаллонным оборудованием.
  • Программируемый электронный блок позволяет настроить двигатель на экономию топлива или наоборот, на повышение динамических показателей.

Назначение системы зажигания достаточно простое, она является неотъемлемой частью бензинового двигателя, а также моторов, оснащенных ГБО. Этот компонент постоянно меняется и приобретает новые формы, соответствующие современным требованиям. Несмотря на это даже самые простые модели зажигания все еще используются на различной технике, успешно выполняя свою работу, как и десятки лет назад.

StasonchyK › Блог › Система зажигания и все о ней

Систему зажигания, которая обеспечивает работу двигателя, придется рассмотреть в этом разделе, хотя она и является составной частью «Электрооборудования автомобиля».
Когда мы с вами изучали рабочий цикл двигателя, то было отмечено, что в самом конце такта сжатия, рабочую смесь необходимо поджечь. А это означает, что между электродами свечи должна проскочить высоковольтная искра.

Система зажигания предназначена для создания тока высокого напряжения и распределения его по свечам цилиндров. Импульс тока высокого напряжения подается на свечи в строго определенный момент времени, который меняется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель.
В настоящее время на автомобилях может устанавливаться контактная система зажигания или бесконтактная электронная система.

Контактная система зажигания.

Источники электрического тока (аккумуляторная батарея и генератор, подробный разговор о которых будет в разделе «Электрооборудование автомобиля») вырабатывают ток низкого напряжения. Они «выдают» в бортовую электрическую сеть автомобиля 12 — 14 вольт. Для возникновения же искры между электродами свечи на них необходимо подать 18 — 20 тысяч вольт! Поэтому в системе зажигания имеются две электрические цепи – низкого и высокого напряжений .

Контактная система зажигания состоит из:

• катушки зажигания,
• прерывателя тока низкого напряжения,
• распределителя тока высокого напряжения
вакуумного и центробежного регуляторов опережения зажигания,
• свечей зажигания,
• проводов низкого и высокого напряжения,
• включателя зажигания.

Крышка распределителя и распределитель (ротор) тока высокого напряжения предназначены для распределения тока высокого напряжения по свечам цилиндров двигателя.
После того, как в катушке зажигания образовался ток высокого напряжения, он попадает (по высоковольтному проводу) на центральный контакт крышки распределителя, а затем через подпружиненный контактный уголек на пластину ротора. Во время вращения ротора ток «соскакивает» с его пластины, через небольшой воздушный зазор, на боковые контакты крышки. Далее, через высоковольтные провода, импульс тока высокого напряжения попадает к свечам зажигания.
Боковые контакты крышки распределителя пронумерованы и соединены (высоковольтными проводами) со свечами цилиндров в строго определенной последовательности.

Читайте также  Как правильно подключить светодиодную ленту в автомобиле?

Таким образом устанавливается «порядок работы цилиндров», который выражается рядом цифр. Как правило, для четырехцилиндровых двигателей, применяется последовательность: 1 – 3 – 4 – 2. Это означает, что после воспламенения рабочей смеси в первом цилиндре, следующий «взрыв» произойдет в третьем, потом в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Такой порядок работы цилиндров установлен для равномерного распределения нагрузки на коленчатый вал двигателя.
Подача высокого напряжения на электроды свечи зажигания должна происходить в конце такта сжатия, когда поршень не доходит до верхней мертвой точки примерно 4О — 6О, измеряя по углу поворота коленчатого вала. Этот угол называют углом опережения зажигания.

Необходимость опережения момента зажигания горючей смеси обусловлена тем, что поршень движется в цилиндре с огромной скоростью. Если смесь поджечь несколько позже, то расширяющиеся газы не будут успевать делать свою основную работу, то есть давить на поршень в должной степени. Хотя горючая смесь и сгорает в течение 0,001 – 0,002 секунды, поджигать ее надо до подхода поршня к верхней мертвой точке. Тогда в начале и середине рабочего хода поршень будет испытывать необходимое давление газов, а двигатель будет обладать той мощностью, которая требуется для движения автомобиля.
Первоначальный угол опережения зажигания выставляется и корректируется с помощью поворота корпуса прерывателя-распределителя. Тем самым мы выбираем момент размыкания контактов прерывателя, приближая их или наоборот, удаляя от набегающего кулачка приводного валика прерывателя-распределителя.
Однако, в зависимости от режима работы двигателя, условия процесса сгорания рабочей смеси в цилиндрах постоянно меняются. Поэтому для обеспечения оптимальных условий, необходимо постоянно менять и указанный выше угол (4О – 6О ). Это обеспечивают центробежный и вакуумный регуляторы опережения зажигания.

Центробежный регулятор опережения зажигания предназначен для изменения момента возникновения искры между электродами свечей зажигания, в зависимости от скорости вращения коленчатого вала двигателя.
При увеличении оборотов коленчатого вала двигателя, поршни в цилиндрах увеличивают скорость своего возвратно-поступательного движения. В тоже время скорость сгорания рабочей смеси остается практически неизменной. Это означает, что для обеспечения нормального рабочего процесса в цилиндре, смесь необходимо поджигать чуть раньше. Для этого искра между электродами свечи должна проскочить раньше, а это возможно лишь в том случае, если контакты прерывателя разомкнутся тоже раньше. Вот это и должен обеспечить центробежный регулятор опережения зажигания

Вакуумный регулятор опережения зажигания предназначен для изменения момента возникновения искры между электродами свечей зажигания, в зависимости от нагрузки на двигатель.
На одной и той же частоте вращения коленчатого вала двигателя, положение дроссельной заслонки (педали газа) может быть различным. Это означает, что в цилиндрах будет образовываться смесь различного состава. А скорость сгорания рабочей смеси как раз и зависит от ее состава.
При полностью открытой дроссельной заслонке (педаль газа «в полу») смесь сгорает быстрее, и поджигать ее можно и нужно попозже. То есть угол опережения зажигания надо уменьшать.
И наоборот, когда дроссельная заслонка прикрыта, скорость сгорания рабочей смеси падает, поэтому угол опережения зажигания должен быть увеличен.

Основные неисправности контактной системы зажигания.

❌ Отсутствует искра между электродами свечей из-за обрыва или плохого контакта проводов в цепи низкого напряжения, обгорания контактов прерывателя или отсутствия зазора между ними, «пробоя» конденсатора. Также искра может отсутствовать при неисправности катушки зажигания, крышки распределителя, ротора, высоковольтных проводов или самой свечи.
Для устранения этой неисправности необходимо последовательно проверить цепи низкого и высокого напряжения. Зазор в контактах прерывателя следует отрегулировать, а неработоспособные элементы системы зажигания заменить.

❌ Двигатель работает с перебоями и (или) не развивает полной мощности из-за неисправной свечи зажигания, нарушения величины зазора в контактах прерывателя или между электродами свечей, повреждении ротора или крышки распределителя, а также при неправильной установке начального угла опережения зажигания.
Для устранения неисправности необходимо восстановить нормальные зазоры в контактах прерывателя и между электродами свечей, выставить начальный угол опережения зажигания в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя, ну а неисправные детали следует поменять на новые.

🔎 Электронная бесконтактная система зажигания.

Преимущество электронной бесконтактной системы зажигания заключается в возможности увеличения подаваемого напряжения на электроды свечи (увеличение «мощности» искры). Это означает, что улучшается процесс воспламенения рабочей смеси. Тем самым облегчается запуск холодного двигателя, повышается устойчивость его работы на всех режимах. И это имеет особое значение для наших суровых зимних месяцев.

Немаловажным фактом является то, что при использовании электронной бесконтактной системы зажигания, двигатель становится более экономичным.
Как и у своего «младшего брата» (контактного и не электронного), у бесконтактной системы есть цепи низкого и высокого напряжения. Цепи высокого напряжения у них практически ничем не отличаются. А вот в цепи низкого напряжения, бесконтактная система в отличие от своего контактного предшественника, использует электронные устройства – коммутатор и датчик-распределитель (датчик Холла)

🔎 Электронная бесконтактная система зажигания включает в себя следующие узлы:

• источники электрического тока,
• катушку зажигания,
• датчик — распределитель,
• коммутатор,
• свечи зажигания,
• провода высокого и низкого напряжения,
• выключатель зажигания.

🔎 Основные неисправности электронной бесконтактной системы зажигания.

❌ Если «заглох» и не хочет заводиться двигатель с электронной бесконтактной системой зажигания, то в первую очередь стоит проверить… подачу бензина. Может быть, к вашей радости, причина была именно в этом. Если же с бензином все в порядке, а искры на свече нет, то у вас есть три варианта решения проблемы.
Начнем с третьего – надо хлопнуть дверцей машины, сказать нехорошие слова и опоздать на работу, добираясь туда на общественном транспорте.
Первый вариант предполагает попытку проверить на практике мнение о том, что «электроника – наука о контактах». Открываем капот и проверяем, зачищаем, подергиваем и подпихиваем на свои места все провода и проводочки, которые попадаются под руку. Если до этих судорожных телодвижений где-то были ненадежные электрические соединения, то двигатель заведется. А если нет, то остается еще и второй вариант.

❌ Для возможности воплощения в жизнь второго варианта, вам следует быть запасливым водителем. Из резерва необходимых вещей, которые вы возите с собой в машине, в первую очередь надо взять запасной коммутатор и заменить им прежний. Как правило, после этой процедуры двигатель оживает. Если же он все еще не хочет запускаться, то имеет смысл, последовательно меняя на новые, проверить крышку распределителя, ротор, бесконтактный датчик и катушку зажигания. В процессе этой «меняльной» процедуры двигатель все-таки заведется, а позже дома, вместе со специалистом вы сможете разобраться, какой конкретно узел вышел из строя и почему.

❌ Из опыта эксплуатации машины в наших условиях могу сказать, что большая часть проблем, возникающих в системе зажигания, связана с «чистотой» родных дорог. Зимой жидкая «каша» из грязного снега и солевого раствора лезет во все щели и разъедает все, что только можно. А летом вездесущая пыль, в которую в частности превращается зимняя «соленая каша», забивается еще глубже и весьма тлетворно влияет на все электрические соединения.

🔎 Эксплуатация системы зажигания.

При нормальной эксплуатации автомобиля и периодическом его обслуживании система зажигания не доставляет водителю больших хлопот. Однако некоторые «нерадивые» водители вообще забывают о том, что кроме пепельницы и магнитолы в автомобиле есть еще и многострадальный двигатель, и в частности его система зажигания.
Наступает момент и машина «говорит» вам о том, что у нее тоже есть нервы и предел терпения. Двигатель начинает фыркать и дымить, глохнуть и не заводиться. Это могут быть крупные поломки или мелкие неисправности в системах и механизмах двигателя, но, как правило, проблема кроется всего лишь в нарушенных регулировках и соединениях.

Так как мы уже знаем, что «электроника – наука о контактах», то в первую очередь необходимо следить за чистотой и надежностью электрических соединений. Поэтому при эксплуатации автомобиля иногда приходится зачищать клеммы проводов и штекерные разъемы.
Периодически следует контролировать зазор в контактах прерывателя (рис. 19) и при необходимости его регулировать. Если зазор в контактах прерывателя больше нормы (0,35 — 0,45 мм), то наблюдается неустойчивая работа двигателя на больших оборотах. Если меньше — неустойчивая работа на оборотах холостого хода. Все это происходит по причине того, что нарушенный зазор изменяет время замкнутого состояния контактов. А это уже влияет и на мощность искры, проскакивающей между электродами свечи, и на сам момент ее возникновения в цилиндре (опережение зажигания).

К сожалению, качество нашего бензина оставляет желать лучшего. Поэтому, если сегодня вы заправили свой автомобиль плохим бензином, то в следующий раз он может быть еще хуже. Естественно это не может не влиять на качество приготавливаемой карбюратором горючей смеси и процесс ее сгорания в цилиндре. В таких случаях, чтобы двигатель безотказно продолжал выполнять свою работу, необходимо подстраивать систему зажигания под сегодняшний бензин.
Если первоначальный угол опережения зажигания не соответствует оптимальному, то можно наблюдать и ощущать следующие явления.

Угол опережения зажигания слишком велик (раннее зажигание):

• затрудненный запуск холодного двигателя,
• «хлопки» в карбюраторе (обычно хорошо слышны из-под капота при попытках запуска двигателя),
• потеря мощности двигателя (машина плохо «тянет»),
• перерасход топлива,
• перегрев двигателя (индикатор температуры охлаждающей жидкости активно стремится к красному сектору),
• повышенное содержание вредных выбросов в выхлопных газах.

Угол опережения зажигания меньше нормы (позднее зажигание):
• «выстрелы» в глушителе,
• потеря мощности двигателя,
• перерасход топлива,
• перегрев двигателя.

Короче говоря, при неправильно выставленном зажигании двигатель хочет «умереть», а машина не хочет ехать. Перечень вышеописанных «кошмаров» можно было бы и продолжить, но надеюсь и этого достаточно для того, чтобы вы поняли, что двигатель и его системы требуют периодических регулировок. А кто будет этим заниматься, зависит от вас. Можно самостоятельно овладеть некоторыми навыками в не очень трудоемких и не очень сложных операциях по регулировкам. Или можно обращаться к специалисту, которому вы будете доверять свою «ласточку».

Как работает система зажигания автомобиля?

Система зажигания автомобиля является одной из наиболее важных систем, используемых в двигателях ВС. Для двигателя внутреннего сгорания требуется специальное устройство для зажигания сжатой воздушно-топливной смеси. Воспламенение происходит внутри цилиндра в конце такта сжатия. Система зажигания служит этой цели. Это дает искру, чтобы зажечь топливовоздушную смесь в нужное время.

Читайте также  Что дает компьютерная диагностика автомобиля?

Цель этой системы заключается в создании очень высокого вольтажа батареи, и его направления в каждую свечу зажигания, воспламенения топливной смеси в двигательной камере сгорания.

Из чего состоит система зажигания?

1- Катушка

Она представляет собой компонент, который производит напряжение. Это электромагнитное устройство, которое преобразует ток низкого напряжения от аккумулятора в ток высокого напряжения каждый раз, когда размыкаются контакты выключателя распределителя.

2- Распределительный блок

Он состоит из металлической чаши, содержащей центральный вал, который приводится в движение распределительным валом или, иногда, коленчатым валом. В чаше находятся точки размыкания контактов, рычаг ротора и устройство для изменения момента зажигания.

Как распределяется ток?

  1. Крышка распределителя выполнена из непроводящего пластика, и ток подается на центральный электрод с помощью ВТ-провода от центра катушки.
  2. Внутри колпачка находится несколько электродов, часто называемых сегментами, к которым подключены провода свечей зажигания, по одному на цилиндр.
  3. Роторный рычаг установлен сверху центрального вала и соединяется с центральным электродом с помощью металлической пружины или подпружиненной щетки в верхней части крышки распределителя.
  4. Ток поступает в колпачок через центральный электрод, проходит в центр рычага ротора через щетку и распределяется по каждой пробке при вращении рычага ротора.
  5. Далее когда плечо ротора приближается к нужному сегменту, размыкатель контакта размыкается, и ток проходит через плечо ротора к соответствующему проводу свечи зажигания.
  6. Внутри распределителя установлены точки размыкания контактов. Они действуют как выключатель, синхронно с двигателем, который отключает и повторно подключает 12-вольтовую цепь низкого напряжения к катушке.
  7. Эти точки открываются кулачками на центральном валу и снова закрываются пружинным рычагом на подвижном контакте. При закрытых точках ток течет от батареи к первичным обмоткам катушки, а затем к земле.

Примечание: когда точки открыты, магнитное поле в первичной обмотке разрушается, и во вторичной обмотке индуцируется ток высокого напряжения. Этот ток передается на свечи зажигания через крышку распределителя.

  1. Положение точек и корпуса распределителя относительно центрального вала можно регулировать вручную. Это изменяет синхронизацию искры, чтобы получить точную настройку.
  2. Дальнейшие изменения происходят автоматически, поскольку частота вращения двигателя изменяется в зависимости от открытия дроссельной заслонки.
  3. Ток проходит от каждого сегмента на колпачке распределителя вниз, к штепсельной вилке ведет к колпачкам штепсельной вилки, а затем идет вниз по центральному электроду, который изолирован по всей своей длине, к носику пробки.

Примечание: в некоторых современных системах зажигания микроэлектроника обеспечивает оптимальную синхронизацию зажигания для всех скоростей и условий нагрузки двигателя.

При этом некоторые системы зажигания используют транзисторы для снижения нагрузки на точки контакта распределителя. Другие используют комбинацию транзисторов и магнитного датчика в распределителе.

Типы системы зажигания

В современных автомобилях используются три типа систем зажигания:

  1. Система зажигания батареи (или система зажигания катушки).
  2. Система магнитного зажигания.
  3. Система зажигания аккумулятора.

Обе этих системы основаны на принципе общей электромагнитной индукции.

Система зажигания аккумулятора используется в основном в легковых автомобилях и небольших грузовиках. В системе зажигания аккумулятора ток в первичной обмотке подается от аккумулятора. В магнитной системе зажигания, которая производит и подает ток в первичной обмотке.

Примечание: искрение должно происходить в правильное время в конце такта сжатия в каждом цикле работы. К тому же система зажигания должна эффективно функционировать на высоких и низких оборотах двигателя. Она должна быть простой в обслуживании, легкой и компактной.

Система зажигания аккумулятора

Напряжение аккумулятора зависит от количества витков в каждой катушке. Это вызывает высокоинтенсивную искру, которая перепрыгивает через промежуток. Тем самым воспламенение топливовоздушной смеси происходит во всех цилиндрах. Система зажигания аккумуляторов широко используется в автомобилях, легких грузовиках, автобусах и т. д.

Система магнитного зажигания

Такая система состоит из вращающихся магнитов в неподвижных катушках или вращающихся катушек в неподвижных магнитах. Ток, создаваемый магнитом, протекает к индукционной катушке, которая работает так же, как и в системе зажигания аккумулятора. При этом батарея не требуется, поскольку магнит сам действует как генератор.

Этот тип системы зажигания используется в небольших двигателях с искровым зажиганием, например для мотороллеров, мотоциклов и небольших моторных лодок.

Электромеханическая система зажигания

Стандартная электромеханическая система зажигания использует механические контактные прерыватели и поэтому имеет множество недостатков:

  1. Часто точки замыкания контактов не выдерживают сильный ток — это приводит к выгоранию контактных точек. Таким образом, требуется периодическое обслуживание и настройки.
  2. Механическое управление контактным выключателем имеет инерционный эффект. Следовательно, на высоких скоростях замыкание или размыкание контакта может не произойти.
  3. На высоких скоростях не хватает времени для нарастания тока в катушке до своего максимального значения.

Для преодоления вышеуказанных недостатков в автомобилях используются электронные системы зажигания. Они обладают лучшими характеристиками при любых условиях и скоростью, в отличие от электромеханических систем.Система электронного зажигания состоит из транзисторов, конденсаторов, диодов и резисторов. Она действует как сверхмощный переключатель в управлении первичным током для катушки зажигания высокого напряжения.

История системы зажигания

Считается что первая система зажигания была создана в 1780 году, когда Алессандро Вольта собрал игрушечный электрический пистолет, который использовал электрическую искру для зажигания смеси водорода и воздуха, чтобы выстрелить пробкой.

И хотя Алессандро Вольта продемонстрировал, как может использоваться электрическая игра, необходимо было еще разработать два компонента, прежде чем разработать систему зажигания. Первым компонентом был магнит для генерации электрического тока (Фарадей впервые продемонстрировал, как движущееся магнитное поле может генерировать ток в 1831 году, но первая система магнитного зажигания появилась только в 1890-х годах).

Другим переломным моментом в истории системы зажигания стало изобретение свечи зажигания в 1860 году. Этот используемый в двигателях компонент с искровым зажиганием, был разработан бельгийским инженером Этьеном Ленуаром для своего бензинового двигателя.

На рубеже веков Рудольф Дизель разработал цикл Дизеля. В отличие от бензиновых двигателей, которые используют цикл Отто, дизельные двигатели используют сжатие вместо искры, чтобы воспламенить смесь воздуха и топлива. Это привело к разработке совершенно другого типа системы зажигания, которая использует свечи накаливания.

Следующее крупное событие в истории системы зажигания произошло в 1910 году, когда Cadillac представил двигатель, который использовал батарею и катушку зажигания. Эта система имела все те же основные части, которые использовались ранее, включая катушку с батарейным питанием, конденсатор, точки и распределитель. Как и в современных системах зажигания, катушка генерировала ток, необходимый для получения искры, точки выступали в качестве переключателя для запуска катушки, а распределитель посылал искру в соответствующий цилиндр в нужное время.

Примечание: современные системы используют электронное зажигание вместо механических устройств. Первая электронная система зажигания была разработана Delco-Remy в 1948 году, но тогда их было решено не ставить на автомобили. Популярность они начали набирать лишь в 1990-х годах, и теперь используются во всей автомобильной промышленности. Вместо распределителя для маршрутизации тока от одной катушки, в электронных системах зажигания используются управляемые компьютером блоки катушек, каждый из которых подключен к одной или двум свечам зажигания.

Как устроена система зажигания, её назначение и принцип действия

Система зажигания устанавливается на бензиновые двигатели. Ее главная задача – воспламенить топливно-воздушную смесь в тот момент, когда поршень находится в верхнем положении, максимально сжимая ее. Бензин в цилиндре двигателя воспламеняется с искрой, которая возникает в специальной свече, в чем и состоит назначение системы зажигания в автомобиле.

Общие сведения о системе зажигания

При такте сжатия поршень двигается вверх, повышая давление воздушно-топливной смеси, поступающей в цилиндр через впускной клапан. Как только он доходит до мертвой точки, между электродами свечи проскакивает электрическая искра, которая и воспламенит горючую смесь. Чтобы бензиновые пары гарантированно воспламенились, длина искры должна быть не менее 1 мм, именно такой зазор должен быть между центральным и боковым электродом свечи.

Чтобы получить такую искру, напряжение или разница потенциалов между свечными электродами должна быть не менее 20 кВ. При этом аккумуляторная батарея выдает напряжение в 12 В, поэтому устройство системы зажигания должно позволять трансформировать высокие напряжения, чтобы получить нужную длину искры. Важно, что искра должна проскакивать именно в нужный момент, когда поршень находится в верхней точке.

Работа системы зажигания

Для получения тока высокого напряжения применяется специальная катушка, которая называется модуль зажигания. Она получает информацию от электронного блока управления или «мозгов», подавая ток высокого напряжения на свечу точно в нужный момент.

Команду на подачу искры в рабочий цилиндр подает датчик положения коленчатого вала, который располагается возле задающего диска, закрепленного на конце коленвала. На этом диске нет одного зубчика, что является меткой для датчика. При подходе этой метки к датчику, она подает сигнал ЭБУ, что поршень находится в верхней точке и можно подавать разряд на свечу зажигания.

Поэтому при выходе из строя датчика коленчатого вала автомобиль не заводится, поскольку непонятно, в каком положении находится поршень. В случае такой поломки придется вызывать эвакуатор и доставлять автомобиль на СТО, своим ходом он туда не доберется.

Устройство

Конструкция системы зажигания в различных автомобилях может различаться, но несмотря на это, в общем, система зажигания состоит из следующих узлов:

  • аккумулятора;
  • электронный блок управления;
  • катушки или модуля зажигания;
  • свечей;
  • распределительного устройства;
  • датчика положения коленчатого вала;
  • высоковольтных проводов.

Модуль зажигания имеет четыре выводных контакта для каждого цилиндра, к которым подсоединяются свечи через свечные наконечники. Соединительные провода имеют надежную толстую изоляцию, поэтому автомобилисты называют их бронепроводами. Чтобы правильно присоединить провода к свечам, на модуле зажигания напротив выводных штырей нанесены цифры, соответствующие номерам цилиндров.

На более современных авто модуль зажигания, а также высоковольтные провода заменяются отдельными катушками зажигания, которые устанавливают на каждую свечу. Управляющие провода с током низкого напряжения идут непосредственно на каждую из таких катушек. При этом за очередность работы свечей отвечает тот же электронный блок управления или мозги автомобиля.

Виды систем зажигания

Важный элемент — распределяющее устройство, по типу которого различается контактная или бесконтактная система зажигания, а на новых автомобилях устанавливается более технологичная электронная система зажигания. Каждая из них имеет свои преимущества, которые нужно знать владельцу автомобиля.

  • Контактная система зажигания распределяет ток высокого напряжения по соответствующим цилиндрам при помощи механического устройства – прерывателя-распределителя. В нем располагается ротор трамблера, который поочередно прикасаясь к контактам, замыкает их на катушку высокого напряжения. На таких принципах работает система зажигания карбюраторного двигателя старых автомобилей.
Читайте также  Xlr или jack что лучше?

  • Повышение скорости вращения коленвала и поиск новых технологий, повышающих надежность, привело к тому, что появилась контактно-транзисторная система зажигания. В ней механический прерыватель-распределитель соединяет транзисторный коммутатор, по которому протекает ток низкого напряжения, что приводит к продлению срока службы контактов. Такая комбинированная система зажигания позволила отказаться от конденсатора, запараллеленного с контактами прерывателя. В остальном – это та же классическая система зажигания.
  • Бесконтактная система зажигания – более современная альтернатива устаревшим контактным конструкциям. В ней контактный распределитель системы зажигания заменяется аналогичным устройством, работающим на оптическом, индуктивном сенсоре или датчике Холла. Импульс от него идет на транзисторный коммутатор, который и управляет повышающей обмоткой катушки зажигания, выступая прерывателем импульсов. Такая конструкция повышает КПД всей системы, позволяет экономить топливо при увеличении мощности двигателя, улучшает холодный запуск.

  • Электронная система работает непосредственно через установленный в ЭБУ микропроцессор при помощи специализированного программного обеспечения. Такая система зажигания служит долго и устанавливается на самые современные автомобили. В первых версиях она объединялась с системой впрыска топлива, но теперь она является составной частью единой системы управления двигателем.

Проблемы с зажиганием

Основная проблема любой системы зажигания — отсутствие разряда в камере сгорания из-за поломки свечей. Это приводит к отключению одного или нескольких цилиндров. Чтобы этого не случилось, свечи требуется менять каждые 30-40 тыс. км пробега. На старых автомобилях отечественного производства это можно сделать самостоятельно. Более современные модели требуют специального ключа, поэтому данную операцию лучше делать на СТО.

Назначение системы зажигания в автомобиле, основные неисправности

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.

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.

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.