В автомобилях необходимость системы зажигания заключается в том, чтобы принудительно воспламенить рабочую топливовоздушную смесь в камерах сгорания. Воспламенение осуществляется при помощи электрической искры, которая возникает между электродами свечей. Образование искры происходит после того, как будет подано высокое напряжение на электроды.
Катушка зажигания
Генератором импульсов является катушка. По сути, это обычный трансформатор, у которого имеется первичная и вторичная обмотки. Сердечник изготовлен из железа, на него сначала наматывается первичная обмотка очень толстым проводом с небольшим количеством витков. Поверх нее произведена намотка вторичной обмотки очень тонким проводом и большим количеством витков.
В то время, когда по первичной обмотке протекает ток, начинает создаваться вокруг сердечника магнитное поле. После размыкания цепи питания катушки зажигания магнитное поле исчезает. Но силовые линии все еще продолжают пересекать обе обмотки. При этом во вторичной обмотке происходит вырабатывание тока с высоким напряжением.
В контактных (классических) системах зажигания напряжение составляет около 25 кВ. В первичной обмотке возникает ток самоиндукции. Напряжение при этом возрастает примерно до 300 В. С вторичной обмотки можно снять напряжение, которое будет напрямую зависеть от того, какая величина магнитного поля, а также от того, с какой интенсивностью происходит его убывание.
Другими словами, напряжение во вторичной обмотке зависит от скорости и силы убывания тока в первичной цепи. Вот здесь вот можно выделить одну особенность контактной системы зажигания. В момент, когда исчезает магнитное поле, в первичной обмотке ток самоиндукции начинает вызывать искренние контактной группы прерывателя в трамблере. Из-за этого происходит обгорание контактной группы.
Несколько слов о контактной группе
Чтобы увеличить вторичное напряжение, а, следовательно, уменьшить обгорание этой группы, необходимо произвести подключение конденсатора. Его вы можете увидеть в нижней части корпуса трамблера на любом автомобиле, оснащенном классической системой зажигания.
Когда контакты начинают размыкаться, а зазор в них очень маленький, в этот момент между ними может образоваться небольшая, но очень сильная искра. Именно в это время конденсатор заряжается. После того, как контакты полностью разомкнутся, риск образования искры минимальный, а конденсатор начинает процесс разрядки. Происходит отдача тока в катушку зажигания, в ее первичную обмотку.
При этом создается импульс тока, который позволяет исчезнуть магнитному потоку, а самое главное – с его помощью можно добиться более высокого напряжения на вторичной обмотке. Стоит отметить, что в разных автомобилях емкость конденсатора может меняться. Как правило, она находится в диапазоне 0,17..0,35 мкФ. Если говорить про автомобили ВАЗ классической серии, то у них емкость этого конденсатора колеблется в диапазоне 0,2..0,25 мкФ.
Если увеличить или уменьшить значение емкости этого конденсатора, то это неизбежно приведет к тому, что на вторичной обмотке упадет напряжение. Во время заряда и разряда конденсатора во вторичной обмотке напряжение составляет порядка 5 кВ (максимум).
Вторичное напряжение
Теперь нужно немного поговорить о вторичном напряжении, ведь именно от него зависит то, насколько качественно будет воспламеняться топливовоздушная смесь. Само собой, напряжение пробоя должно быть высоким, если в электродах свечей зазор большой. Также нужно обращать внимание на то, какое в камерах сгорания давление. Как правило, напряжение пробоя колеблется в интервале 8..12 кВ. Это минимальное значение, при котором топливовоздушная смесь должна воспламеняться.
Для того чтобы она загорелась наверняка, необходимо повысить напряжение в два раза. В итоге получается, что во вторичной цепи развивается напряжение в интервале 16..25 кВ. Запас очень большой, ведь при эксплуатации автомобиля постоянно происходят какие-либо изменения. В частности, зазор в свечах зажигания может постепенно увеличиваться, так как центральный электрод начинает выгорать. Также может изменяться состав топливовоздушной смеси.
Если она окажется слишком бедной, то для воспламенения в камерах сгорания бензина необходимо развить напряжение как минимум 20 кВ. На фото приведены катушки зажигания, которые используются в автомобилях ВАЗ классической серии. Они могут быть с тремя выводами или с четырьмя. Наиболее надежными являются последние, в которых имеется один вывод, с которого снимается высокое напряжение, а также три для подключения к низковольтной цепи.
Подключение катушки и ее работа
Надежность запуска в этом типе катушек довольно высокая. У неё один вывод идет к аккумуляторной батарее, второй – к выключателю стартера, третий – питание от замка зажигания. Другими словами, эта катушка будет работать тогда, когда происходит запуск двигателя, более усердно. Причина выбора именно такой схемы подключения заключается в том, что во время запуска двигателя в первичной цепи протекает очень большой ток.
Следовательно, на вторичной обмотке происходит вырабатывание высокого напряжения. Но в таком «жестком» режиме функционировать очень мало будет катушка зажигания. Происходит чрезмерный нагрев и, как правило, более быстрый выход из строя. После того, когда двигатель запустится, на катушку зажигания подается питание через понижающий резистор, который способен уменьшить величину поступающего тока. Кроме того, этот резистор может изменять свое сопротивление, в зависимости от температуры внутри катушки.
Когда обороты двигателя очень маленькие, ток в первичной цепи возрастает, а это для нормального функционирования трамблера и всей системы зажигания крайне нежелательно. В трамблере зажигания контактная группа обгорает, усиливается ее износ. Кроме того, во вторичной цепи происходит увеличение напряжения, это может привести к тому, что в самом незащищенном месте распределителя произойдет пробой.
Искрение контактной группы
К сожалению, избавиться от искры между в контактом переключателе не получается полностью. Но, как было сказано ранее, значительное уменьшение искрения достигается путем подключения небольшого конденсатора. Кроме того, необходимо устанавливать нормальный зазор. Контакты должны размыкаться максимум на 0,4 мм. Если говорить про автомобили ВАЗ классической серии, то у них максимальный зазор контактов прерывателя – это 0,45 мм. В том случае, если этот зазор изменить в любую сторону, происходит уменьшение вторичного напряжения.
Конечно, если сделать зазор намного больше, чем рекомендуется, вы избавитесь от искрения. Но при этом значительно уменьшится угол, при котором контактная группа замкнута. Вследствие этого в первичной цепи уменьшается ток, вторичное напряжение тоже падает. Если же установить зазор намного меньше, нежели рекомендуется, то в первичной цепи начнет возрастать ток. Но очень сильное искрение будет наблюдаться между контактами прерывателя.
Именно по этой причине во вторичной цепи напряжение будет становиться меньше, так как магнитное поле не может достичь максимального значения, ведь не происходит резкого падения тока питания. Стоит заметить, что искрение наблюдается не только в контактах прерывателя. На роторе, а именно, на его бегунке, имеется два контакта. Первый находится в самом центре, а второй с краю.
Когда ротор вращается, от центрального контакта к крайнему передается ток с высоким напряжением. Вторичная цепь катушки зажигания соединена с центральным выводом крышки распределителя. Если вы задались целью произвести значительное уменьшение искрения в группе контактов, это приведет к тому, что на первичную обмотку катушки будет подаваться значительно меньший ток. Как следствие – во вторичной цепи напряжение уменьшается.
Замок зажигания
Нужно также обратить внимание на то, что в случае с классической системой зажигания через замок, расположенный в салоне автомобиля, протекает очень большой ток. Причем максимальная сила тока может достигать почти 12 А. Поэтому если у вас установлена контактная система зажигания, необходимо следить внимательно за состоянием замка. На некоторых автомобилях, начиная со второй половины 80-х годов, производится установка электромеханического реле. При этом через замок зажигания пропущен ток с небольшим значением, он необходим исключительно для целей управления реле.
Помехи для электроприборов
Также стоит учитывать, что в системе зажигания автомобиля происходит многократное размыкание и замыкание различных контактов, постоянно проскакивают искры, генерируются электромагнитные колебания.
Само собой, все это распространяется вокруг автомобиля, могут создаваться помехи для радиоприема и телевидения, а также для любой другой бытовой техники. Конечно, максимальное расстояние, на которое способно распространиться такое электромагнитное колебание, не очень большое. Наверняка, вы помните, какие помехи по телевизору создавали старые мопеды и мотоциклы. Но все зависит от частоты.
Если она от 15 МГц и выше, то вполне возможно, что радиус излучения будет составлять несколько сотен метров или даже пару километров. А это довольно много. Причем самые мощные помехи вырабатывает именно вторичная цепь в системе зажигания. Генератор и различные электродвигатели тоже являются источниками помех, но в меньшей степени. Что касается стартера или указателей поворотов, звукового сигнала, то радиопомех от них практически нет.
В контактной системе зажигания имеется несколько мест, в которых производится искрение. Во-первых, в самом прерывателе, который включает и отключает питание на обмотку катушки. Во-вторых, в распределителе, который направляет высокое напряжение на свечи зажигания. В-третьих, как было уже сказано, сам ротор трамблера может искрить. В-четвертых, непосредственно в свечах зажигания.
Причем частота этих помех очень высокая, порой она может достигать 100 МГц. Это самый мощный источник радиопомех, следующим по списку идет низковольтная цепь, так как в ней происходит искрение контактов группы во время прерывания подачи напряжения. Лучше всего помогает избавиться от помех экранирование абсолютно всех источников. Для этого необходимо использовать специальные элементы, которые изготовлены из металла.
Защита от помех
Все бронепровода, крышка распределителя, его корпус, катушка, свечи зажигания, они имеют в своей конструкции специальные экраны. Отдельно стоит сказать про высоковольтные провода. Чтобы исключить возникновение помех, они изготавливаются специальным образом, при котором происходит распределение по всей длине сопротивления.
Внутри распределителя зажигания, а именно на бегунке, между центральным и крайним контактом включено постоянное сопротивление, которое позволяет существенно снизить уровень помех. Даже угольный контакт, который находится на пружине в крышке трамблёра, позволяет нам существенно снизить уровень радиопомех.
Недостатки классической контактной системы зажигания
Среди недостатков классических систем зажигания можно выделить то, что через контактную группу прерывателя проходит большой по величине ток. Следовательно, происходит очень быстрый износ этого элемента. Также происходит искрение высоковольтных контактов непосредственного корпуса распределителя зажигания. На других системах такое не наблюдается.
Все это в сумме значительно снижает ресурс, а самое главное – надежность всей конструкции. Что касается надежности, то она зависит от многих составляющих. В частности, на нее влияет энергия искры, вторичное напряжение, форма и длина ее. А так же время, в течение которого происходит горение искры. Энергию можно вычислить, если знать три параметра:
- напряжение;
- силу тока;
- время пробоя.
Но надежность можно определить по напряжению. В том случае, если в цилиндрах двигателя нормальные условия для горения, топливовоздушная смесь воспламеняется от искры, которая имеет энергию всего 10 мДж.
Надежность классической системы
Но на всех автомобилях с классической системой зажигания происходит увеличение энергии искры, дабы добиться максимальной надежности. Например, в «классических» автомобилях ВАЗ этот показатель порой доходит до 23 мДж. Но это при средних оборотах двигателя. Энергия постепенно уменьшается, когда частота вращения коленвала увеличивается.
Опять же, если в цилиндре условия нормальные, то в окончании такта сжатия можно заметить одну особенность. При условии, что в этот момент давление возрастает до 10. Зазор в электродах свечей примерно 1 мм. В этом случае необходимо напряжение значением около 10 кВ. Опять же, чтобы увеличить надежность всей системы, искусственно происходит увеличение этого значения в два с половиной раза, а иногда больше.
Отсюда можно сделать разумный вывод, что при увеличении напряжения вся система становится менее чувствительной к тому, какое состояние имеют электроды свечей, либо к качественному составу топливо-воздушной смеси. Известно, что через контактную группу прерывателя зажигания протекает определенный ток. Если он становится менее чем 1 А, то самоочищения контактов не происходит.
Конечно, бензиновые двигатели внутреннего сгорания постепенно совершенствовались. Постоянно происходило увеличение оборотов двигателя, увеличивалась степень сжатия, приходилось специально обеднять топливовоздушную смесь. В результате всего этого контактная система зажигания попросту стала одним большим недостатком, она только стопорила развитие автомобильной техники.
Пример работы системы зажигания
Нужно привести пример. Если увеличить частоту вращения двигателя, а также число цилиндров, происходит значительное снижение энергии искры. Другими словами, если взять двигатель ВАЗ 2106, модернизировать его, облегчив все узлы, в результате чего он начнет развивать обороты намного выше, нежели было задумано проектировщиками, а после установить систему зажигания, которая была смонтирована на моторе ранее, то попросту не получится достичь нормального режима работы.
Нужна очень большая энергия искры. Также необходимо выполнить два основных требования, которые друг другу противоречат. Во-первых, нужно произвести увеличение первичного тока. Во-вторых, нужно значительно снизить ток, который проходит через контактную группу прерывателя зажигания. Сделать это одновременно попросту не получается. Поэтому в случае с более высокооборотистыми двигателями, в которых высокая компрессия, необходимо использовать любую другую систему, но не классическую.
В заключение хотелось бы сказать, что по контактам прерывателя необходимо пропускать ток с минимальным значением, который будет управлять, а не производить переключение в первичной цепи. Но намного эффективнее, конечно же, вообще отказаться от контактов, произвести установку датчика Холла или другого бесконтактного устройства.
