Система зажигания

В ДВС с внешним смесеобразованием воспламенение рабочей смеси (горючая смесь и остатки отработанных газов) происходит электрической искрой, которую «выдает» система зажигания.

Система зажигания служит для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя в соответствии с принятым порядком (последовательностью чередования одноименных тактов, обычно, рабочего хода, в различных цилиндрах) и режима его работы.

Например, у четырехтактных двигателей с рядным расположением цилиндров (устанавливаемых на большинстве отечественных легковых автомобилей) такты чередуются через 180^о поворота коленчатого вала в последовательности 1-3-4-2.

Таким образом, системой зажигания называется совокупность приборов и устройств, обеспечивающих воспламенение рабочей смеси в цилиндрах ДВС, с внешним смесеобразованием, в соответствии с порядком и режимом работы двигателя.

До недавнего времени на автомобильных ДВС доминировала так называемая контактная система зажигания.

Она включает в себя:

- катушку зажигания;

- прерыватель-распределитель, состоящий из прерывателя тока низкого напряжения и распределителя тока высокого напряжения;

- свечей зажигания;

- выключателя зажигания;

- проводов низкого и высокого напряжения;

- а также источников тока.

Для преобразования тока низкого напряжения (12 В) в ток высокого напряжения (15000-30000 В), необходимого для создания искрового разряда между электродами свечи зажигания, служит катушка зажигания.

Она представляет собой электрический автотрансформатор с разомкнутой магнитной цепью. Когда по обмотке низкого напряжения протекает электриче­ский ток, то вокруг нее создается магнитное поле. В тот момент, когда пре­рыватель резко прерывает ток, то исчезающее магнитное поле индуцирует ток уже в другой обмотке (высокого напряжения). За счет разницы в количестве витков обмоток катушки из тока 12 В получается ток до 30000 В, который затем распределитель распределяет по свечам цилиндров ДВС в соответст­вии с его порядком работы.

Для предотвращения искрения между контактами прерывателя и ускорения процесса исчезновения тока в первичной обмотке параллельно контактам прерывателя подсоединяется конденсатор, который способствует своей работой повышению напряжения тока вторичной обмот­ки. Для создания искрового промежутка в камере сгорания служат свечи за­жигания. Свеча состоит из металлического корпуса с наружной резьбой и бо­ковым электродом; сердечника, представляющего собой керамический изо­лятор, внутри которого размещен центральный электрод. В момент, когда свеча находится под высоким напряжением, между электродами (зазор 0,6 – 1 мм) создается искра, воспламеняющая рабочую смесь.

Свечи, выпускаемые отечественной промышленностью, разработаны для конкретных типов авто­мобильных двигателей и имеют различную маркировку (А11НТ, А17ДВ, М8Т, А14ДВР и др.). В работе нижняя часть теплового конуса изолятора должна иметь температуру 500 – 600 °С.

При меньшем нагреве электроды све­чи покроются нагаром, и свеча будет работать с перебоями, а при нагреве более 800 °С возникает так называемое калийное зажигание, когда рабочая смесь зажигается значительно раньше требуемого времени. И в том, и в дру­гом случае это отражается на эффективности работы двигателя.

ДВС разви­вает наибольшую мощность и обеспечивает наивысшую экономичность то­гда, когда сгорание рабочей смеси в каждом цилиндре заканчивается при повороте соответствующего кривошипа коленвала на угол 10 – 15° после верхней мерт­вой точки (ВМТ) при рабочем такте.

В связи с тем, что если смесь поджечь не в строго определенный момент, и с учетом того, что она сгорает в течение некоторого времени, ее нужно поджигать до подхода поршня к В.М.Т. Поэтому подача высокого напряжения на электроды свечи зажигания должна происходить в конце акта сжатия, когда поршень не доходит до В.М.Т. Угол, на величину которого кривошип коленчатого вала не доходит до В.М.Т. при воспламенении рабочей смеси в камере сгорания, называется углом опереже­ния зажигания, а угол, обеспечивающий наибольшую мощность ДВС и наименьший удельный расход топлива, называется оптимальным углом опережения зажигания. Его численная величина зависит от частоты вращения коленвала, нагрузки на ДВС, сорта применяемого топлива, теплового режима работы двигателя и ряда других факторов и варьирует в пределах 4 – 45°. Так, напри­мер, чем больше частота вращения коленвала, тем больше требуется угол опережения зажигания. Чем больше горючей смеси поступает в цилиндр, тем быстрее сгорает рабочая смесь и поэтому угол опережения зажигания нужно уменьшать, а при переходе к малым нагрузкам и уменьшением подачи горючей смеси, рабочая смесь будет сгорать медленнее, и поэтому угол опе­режения зажигания следует увеличить.

В зависимости от типа двигателя первоначальную установку угла опе­режения зажигания устанавливают положением прерывателя-распределителя согласно заводской инструкции к данному конкретному двигателю. В зави­симости от качества топлива (с различными значениями октанового числа) угол опережения зажигания корректируется октан-корректором. В зависимости от частоты вращения ко­ленвала при работе ДВС на разных режимах угол опережения зажигания ре­гулируется автоматически при помощи центробежного регулятора прерыва­теля-распределителя. Также автоматически с помощью вакуумного регуля­тора опережения зажигания изменяется угол опережения зажигания в зависимости от нагрузки двигателя.

Таким образом, реальный угол опережения зажигания складывается из угла начальной установки и углов, устанавливаемых октан-корректором, центробежным и вакуумным регуляторами.

Изменение зазора в контактах прерывателя (оптимальный зазор 0,35 – 0,45 мм) приводит к уменьшению или увеличению угла опережения зажига­ния. Поэтому прежде чем устанавливать угол опережения зажигания, необ­ходимо проверить и установить зазор между контактами прерывателя в соот­ветствии с рекомендациями завода-изготовителя.

Контактная (батарейная) система зажигания (классическая), применяемая на автомобильных двигателях с 1925 года, сравнительно проста.

В связи с форсированием двигателей, увеличением частоты вращения и цилиндров ДВС стали выявляться существенные недос­татки этой системы:

- быстро обгорают и изнашиваются контакты прерывате­ля, так как через них проходит ток значительной силы;

- увеличивается зазор между контактами прерывателя, а следовательно, и угол опережения зажига­ния, что снижает надежность работы системы зажигания;

- резко уменьшается величина тока в цепи низкого напряжения, вследствие чего снижается и ток в цепи высокого напряжения, возникают перебои с воспламенением рабочей смеси;

- затрудняется пуск двигателя;

- быстро изнашиваются детали привода и автоматической регулировки угла опережения зажигания и как следствие всех перечисленных причин, наблюдается снижение экономичности и мощ­ности ДВС.

С целью устранения указанных недостатков и повышения надежности и долговечности работы приборов системы зажигания на большинстве со­временных автомобильных двигателей в настоящее время применяют новые системы зажигания.

Контактно-транзисторная и комплексная микропроцессорная система управления работой двигателя.

Рассмотрим неко­торые из них.

Контактно-транзисторная система зажигания, включает в себя кроме прерывателя-распределителя и катушки зажигания (как и в «классической») еще полупроводниковый усилитель-коммутатор, который включается в цепь между первичной обмоткой катушки зажигания и прерывателем. В этом случае через контакты прерывателя проходит ток управления (0,8 – 0.3А), что предотвращает подгорание контактов. Катушка зажигания этой системы, в отличие от катушки зажигания «классической» имеет меньшее число вит­ков в первичной обмотке и увеличенное число витков вторичной обмотки, а поэтому повышается значение высокого напряжения не менее чем на 25% и достигает 30 кВ. Повышение энергии искрового разряда способствует более полному сгоранию даже обедненной рабочей смеси, обеспечивается пуск ДВС, улучшается преемственность и экономичность. Однако и эта система имеет ряд существенных недостатков и главный из них – наличие прерывате­ля с контактами.

В настоящее время на многих автомобилях и особенно на легковых, применяют бесконтактную систему зажигания.

Бесконтактная система зажигания имеет ряд существенных преиму­ществ по сравнению с контактно-транзисторной «классической» (контактной).

Здесь надежность значительно повышается в связи с отсутствием в ней контактов со всеми их «прелестями» в процессе эксплуатации. В бесконтактных системах зажигания момент подачи искры определяется моментом подачи сигнала, который вырабатывает бесконтакт­ный датчик.

На отечественных автомобилях в основном применяются магни­тоэлектрические или полупроводниковые датчики. В многоцилиндровых двигателях число пар полюсов магнита датчика равно числу цилиндров дви­гателя.

Являясь конструктивным усовершенствованием контактно-транзисторной системы зажигания, бесконтактная система включает в себя:

- источники электрического тока;

- замок зажигания;

- датчик-распределитель зажигания, состоящий из бесконтактного микроэлектронного датчика и рас­пределителя тока высокого напряжения;

- электронный коммутатор;

- катушку зажигания;

- свечи зажигания;

- провода низкого и высокого напряжения.

Основные узлы бесконтактной системы зажигания изготовлены настолько на­дежно, что в процессе эксплуатации практически не требуют обслуживания.

Совершенствованием электронной бесконтактной системы зажигания является микропроцессорная система зажигания, включающая в себя:

- свечи зажигания;

- катушку зажигания второго и третьего цилиндров;

- катушку зажи­гания первого и четвертого цилиндров;

- коммутатор;

- колодку диагностики;

- выключатель зажигания;

- монтажный блок;

- контролер;

- датчик температуры;

- датчик угловых импульсов;

- датчик начала отсчетов и др.

Микропроцессорные системы зажигания обычно являются составными частями комплексной системы управления работой двигателя.

Например, на последних марках отечественных автомобилей ГАЗ-3110 «Волга» устанавливается двигатель ЗМЗ – 4062.10.

Основными конструктивными особенностями двигателя ЗМЗ – 4062.10 являются: верхнее (в головке блока) расположение двух распределительных валов с установкой по четыре клапана на цилиндр (двух впускных и двух выпускных), повышение степени сжатия до 9,3 (вместо 8,2 на моделе 402.10 – карбюраторного), за счет камеры сгорания с центральным расположением свечи, применение системы распределенного (поочередно в соответствии с порядком работы цилиндров) впрыска топлива во впускную трубу электромагнитными форсунками (вместо карбюраторного питания) и главное то, что двигатель снабжен комплексной системой управления впрыском топлива и зажигания (КМСУД).

Эти и другие технические решения позволили значительно повысить максимальную мощность (примерно в 1,5 раза) и максимальный крутящий момент, снизить расход топлива и уменьшить токсичность отработавших га­зов.

Комплексная микропроцессорная система управления работой двигате­ля предназначена для выработки оптимального состава рабочей смеси, пода­чи топлива через форсунки в цилиндры двигателя, а также своевременного его вос­пламенения с учетом оптимального угла опережения зажигания. В своей ра­боте эта система использует данные, полученные от датчиков системы, и программы, заложенной в памяти блока управления. В случае выхода из строя определенных датчиков или их цепей блок управления переходит на режим работы, используя данные, заложенные в его памяти. При переходе блока управления в резервный режим в комбинации загорается сигнализатор КМСУД. Работа системы в резервном режиме ухудшает приемистость, ток­сичность и увеличивает расход топлива, но в то же время позволяет эксплуа­тацию автомобиля до проведения квалифицированных ремонтных работ.