Вопрос. Назначение и классификация систем зажигания.

Рабочая смесь воспламеняется в камере сгорания автомобильного бензинового двигателя как в период пуска, так и во время его работы посредством электрического разряда между электродами свечи, ввер­нутой в головку цилиндра двигателя. На прогретом двигателе к момен­ту искрообразования рабочая смесь сжата и имеет температуру, близ­кую к температуре самовоспламенения. В этом случае достаточно не­значительной энергии электрического разряда - около 5 мДж.

Однако имеется ряд режимов работы двигателя, когда требуется значительная энергия искры – 30-100 мДж.

К таким режимам сле­дует отнести:

· пусковой режим;

· работу на бедных смесях при частич­ном открытии дросселя;

· работу на холостом ходу;

· работу при рез­ких открытиях дросселя.

Электрическая искра вызывает появление в ограниченном объ­еме рабочей смеси первых активных центров, от которых начина­ется развитие химической реакции окисления топлива. Воспламе­нение рабочей смеси является началом бурной реакции окисления топлива, сопровождающейся выделением тепла.

Система зажигания двигателя предназначена:

· для генерации им­пульсов высокого напряжения, вызывающих вспышку рабочей сме­си в камере сгорания двигателя;

· для синхронизации этих импульсов с требуемой фазой двигателя;

· для распределения импульсов зажига­ния по цилиндрам двигателя.

От энергии искры в момент зажигания рабочей смеси в значительной степени зависят экономичность и устойчивость работы двигателя, а также токсичность отработав­ших газов.

В настоящее время на автомобильных бензиновых двигателях широко применяют батарейные системы зажигания, которые по­зволяют преобразовать напряжение автомобильной аккумулятор­ной батареи в высокое напряжение, необходимое для возникнове­ния электрического разряда, и в требуемый момент подать это на­пряжение на соответствующую свечу зажигания. Момент зажигания характеризуется углом опережения зажигания , который представ­ляет собой угол поворота коленчатого вала, отсчитываемый от по­ложения вала в момент подачи искры до положения, когда поршень приходит в верхнюю мертвую точку (ВМТ). Известные ныне систе­мы зажигания получают необходимую энергию не непосредственно от аккумуляторной батареи, а от промежуточного накопителя энергии.

Рис. 1.1. Структурная схема батарейной системы зажигания.

В зависимости от накопителя различают системы с накоплением энергии в индуктивности и емкости.

Батарейная система зажигания (рис. 1.1) состоит из следующих основных элементов:

- источника тока ИТ, функцию которого выполняет аккумуляторная батарея или генератор;

- выключателя цепи питания ВК, функцию которого выполняет
выключатель зажигания;

- датчика синхронизатора Д, который механическим способом
связан с коленчатым валом двигателя и определяет угловое положение коленчатого вала;

- регулятора момента зажигания РМЗ, который механическим
или электрическим способом управляет моментом подачи искры в
зависимости от частоты вращения n или нагрузки двигателя (∆Р_К -
разрежение в коллекторе);

- источника высокого напряжения ИВН, содержащего накопитель
энергии Н и преобразователь П низкого напряжения в высокое;

- силового реле СР, которое представляет собой электромеха­нический ключ (контакты прерывателя) или электронный ключ
(мощный транзистор), управляется РМЗ и служит для подключения
и отключения ИТ к накопителю ИВН, т. е. управляет процессами
накопления и преобразования энергии;

- распределителя импульсов высокого напряжения Р, который
механическим, либо электрическим способом распределяет высокое напряжение по соответствующим цилиндрам двигателя;

элементов помехоподавления ПП, функции которых выполняют экранированные провода и помехоподавительные резисторы, размещенные либо в распределителе Р, либо в свечных наконечниках, либо в высоковольтных проводах в виде распределенного сопротивления;

- свечей зажигания СВ, которые служат для образования искрово­го разряда и зажигания рабочей смеси в камере сгорания двигателя.

Системы зажигания классифицируются по следующим основным признакам:

1. По способу управления (синхронизации) системы зажига­ния:

· контактные;

· бесконтактные.

2. По способу регулирования угла опережения зажигания:

· с механическим регулированием;

· с электронным регулированием.

3. По способу накопления энергии:

· с накоплением в индуктивности;

· с накоплением в емкости.

4. По типу силового реле (способу коммутации пер­вичной цепи катушки зажигания):

· механические;

· транзисторные;

· тиристорные.

5. По способу распределения импульсов высокого напряжения по цилиндрам двигателя:

· с механическим распределением;

· с электронным распределением.

6. По типу защиты от радиопомех:

· неэкранированные;

· экранированные.

Системам с контактным управлени­ем присущи недостатки, связанные с износом и разрегулировкой контактов, ограниченные скоростные режимы из-за вибрации контактов и т. п. В бесконтактных системах зажигания управление осуществляется специальными бесконтактными датчиками, что позволяет избежать указанных недостатков систем с контактным управлением.

Внутри этих двух классов системы отличаются как схемными конструктивными решениями, так и применяемыми электронными коммутирующими приборами, датчиками, способами накопления энергии, регулирования угла опережения зажигания, распределе­нием импульсов высокого напряжения по цилиндрам.

В более простых системах зажигания для регулирования угла опережения используются механические центробежный и вакуум­ный автоматы, которые реализуют весьма простые зависимости. Механические автоматы со временем изнашиваются, что приводит к погрешности момента искрообразования и ухудшению процесса сгорания рабочей смеси.

Дополнительные погрешности возникают также и в результате использования механической понижающей передачи от коленчато­го вала двигателя к распределителю.

В последнее время благодаря большим достижениям в области электроники и микроэлектроники создаются системы зажигания, в которых полностью отсутствуют механические устройства управле­ния, следовательно, и недостатки, свойственные им. Эти системы, осуществляющие управление моментом зажигания по большому числу параметров, приближая угол опережения к оптимальному, получили общее название - системы с электронным регулированием угла опережения зажигания. Среди способов реализации этих систем можно выделить два: аналоговый и цифровой.

Цифровые системы зажигания благодаря развитию технологии производства цифровых интегральных схем средней и большой степеней интеграции являются наиболее совершенными. Одним из последних достижений в этой области являются микропроцессорные системы.

Применение электроники позволяет полностью исключить механические узлы, например вращающийся высоковольтный распре делитель энергии. Функцию распределителя исполняют многовы­водные (на 2, 4, 6 выводов) катушки зажигания или катушечные мо­дули, управляемые контроллером. В системах со статическим рас­пределением энергии благодаря отсутствию вращающегося бегунка и связанного с ним искрения значительно ниже уровень электро­магнитных помех.

В ряде случаев, например на автомобилях высокого класса, требуется максимальное снижение уровня помех радиоприему, те­левидению и средствам связи как на самом автомобиле, так и на внешних объектах. С этой целью высоковольтные детали и прово­да, а также сами узлы системы зажигания экранируются. Такие сис­темы зажигания называются экранированными.