Меню

Цепь тока высокого напряжения системы зажигания

Цепь тока низкого и высокого напряжения

Цепь тока низкого напряжения

« + » аккумуляторной батареи — амперметр — выключатель зажигания — дополнительные резисторы — первичная обмотка катушки зажигания — переход эмиттер-коллектор транзистора — корпус — « — » аккумуляторной батареи

Сила тока в первичной цепи при открытом транзисторе достигает 8 А при неработающем двигателе и снижается до ЗА при увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя.

При пуске двигателя стартером контакты реле PC включения стартера замыкаются и первичная обмотка катушки зажигания подключается к аккумуляторной батарее, кроме одного резистора (левого по схеме). Происходит увеличение силы тока в первичной цепи, а вместе с этим увеличивается напряжение во вторичной цепи зажигания.

Размыкание контактов прерывателя сопровождается прерыванием тока управления, что вызывает резкое повышение сопротивления транзистора и он, закрываясь, выключает цепь тока первичной цепи зажигания. Благодаря резкому запиранию транзистора во вторичной обмотке катушки индуктируется э. д. с. от 17 до 30 кВ, вызывающая ток высокого напряжения.

Цепь тока высокого напряжения:

вторичная обмотка катушки — распределитель — свеча зажигания — корпус — вторичная обмотка

В первичной обмотке катушки индуктируется э. д. с. самоиндукции до 100 В, вызывающая заряд конденсатора С1, что снижает потерю мощности тока в транзисторе в период его запирания, а следовательно, уменьшает его нагрев.

В дальнейшем при разомкнутых контактах прерывателя конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки и в этом контуре создается затухающий колебательный разряд, как и в контактной системе зажигания.

В момент прерывания тока управления в первичной 1 и во вторичной 2 (см. рис.) обмотках импульсного трансформатора индуктируется э. д. с. Импульс э. д. с. вторичной обмотки трансформатора действует на переход эмиттер-база транзистора в направлении, противоположном току управления, из-за чего ускоряется запирание транзистора за время 3—5 мкс, а поэтому ускоряется прерывание тока в первичной обмотке катушки зажигания. Энергия вторичной обмотки трансформатора расходуется на нагрев резистора R.


«Автомобиль категории «В»,
В.М.Кленников, Н.М.Ильин, Ю.В.Буралев

Источник



Батарейная система зажигания

Второй, наиболее распространённой системой является батарейная система зажигания. В этом случае электропитание осуществляется от автомобильной аккумуляторной батареи, а когда двигатель работает — электроэнергию вырабатывает автомобильный генератор, подключенный параллельно аккумулятору.

Это наиболее простая и часто применяемая система зажигания карбюраторного двигателя. Она состоит из:

  • катушки зажигания;
  • прерывателя-распределителя 4;
  • свечей 1 (зажигания);
  • выключателя зажигания.

Система зажигания получает питание от аккумуляторной батареи 10 или генератора, включаемого в схему параллельно батарее (схема подключения генератора и стартера приведена на рисунке).

Система зажигания служит для обеспечения воспламенения горючей смеси в цилиндрах двигателя в нужный момент и изменения момента зажигания (угла опережения зажигания) в зависимости от частоты вращения вала и нагрузки двигателя. В системе батарейного зажигания имеются цепи низкого и высокого напряжения.

В цепь низкого напряжения кроме источников тока входят прерыватель тока низкого напряжения, первичная обмотка катушки зажигания с добавочным сопротивлением и выключатель зажигания.

Цепь высокого напряжения содержит вторичную обмотку индукционной катушки зажигания, распределитель тока высокого напряжения по свечам, провода высокого напряжения и свечи зажигания. Прерыватель и распределитель объединены в одном устройстве — прерывателе-распределителе.

Схема батарейного зажигания

Рис. Схема батарейного зажигания:
а — расположение приборов; б — цепи низкого и высокого напряжения; 1 — свечи зажигания; 2, 15 — помехоподавляющие резисторы; 3, 9 — провода высокого и низкого напряжения соответственно; 4 — прерыватель-распределитель; 5 — конденсатор; 6 — катушка зажигания; 7 — добавочный резистор; 8 — выключатель (замок) зажигания; 10 — аккумуляторная батарея; 11 — реле включения стартера; 12 — стартер; 13 — крышка распределителя; 14 — ротор; 16 — кулачок; 17 — контакты; 18 — рычажок; 19 — клемма прерывателя; 20, 21 — первичная и вторичная обмотки соответственно; ВК,BK—Б — клеммы катушки зажигания; VA — вольтамперметр

При замкнутых контактах 17 и включенном выключателе 8 зажигания в цепи низкого напряжения течет ток силой I1. Из-за значительной индуктивности катушки 6 I1 нарастает до некоторого установившегося значения не мгновенно, а в течение определенного промежутка времени. Быстрому нарастанию силы тока препятствует ЭДС самоиндукции катушки. В момент размыкания контактов сила тока быстро падает до нуля, а созданное им магнитное поле исчезает. В результате исчезновения (уменьшения) магнитного поля во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, которая будет тем выше, чем больше скорость уменьшения магнитного потока.

Таким образом, в момент изменения магнитного силового поля ЭДС возникает в витках не только вторичной, но и первичной обмотки 20 катушки зажигания. Это явление называется самоиндукцией. Ток самоиндукции замедляет процесс исчезновения тока в первичной обмотке, что нежелательно, так как в момент размыкания контактов возникает искра, вызывающая их подгорание. В результате снижаются эффективность и надежность системы зажигания. С целью устранения искрообразования параллельно контактам прерывателя подключают конденсатор. В момент размыкания цепи низкого напряжения он заряжается током самоиндукции, а при замыкании контактов разряжается через первичную обмотку.

Читайте также:  Преобразователь напряжения 24 12в acv dcp 15 ток до 15а

Добавочный резистор служит для автоматического поддержания постоянной силы тока в первичной обмотке при изменении частоты вращения двигателя. При его пуске катушка зажигания питается от аккумуляторной батареи, напряжение которой понижено вследствие потребления стартером тока большой силы. Пониженное напряжение на катушке зажигания приводит к снижению силы тока I1 и напряжения вторичной обмотки. Для устранения этого явления при пуске двигателя добавочный резистор закорачивается контактами реле включения стартера или тягового реле. Поэтому, несмотря на снижение напряжения аккумуляторной батареи, первичная обмотка катушки зажигания получает необходимое для ее нормальной работы напряжение.

Свеча зажигания служит для воспламенения рабочей смеси в камере сгорания карбюраторного двигателя за счет искрового разряда. Она имеет стержень с центральным электродом, отделенный от «массы» изолятором, и боковой электрод, соединенный через корпус свечи с «массой». Свечи зажигания вворачивают в головку блока цилиндров. Поскольку максимальное давление в цилиндре весьма значительно, под свечи подкладывают уплотнительные шайбы.

Изолятор свечи выполнен из материала (уралит, кристалло-борокорунд и др.), выдерживающего напряжение не менее 30 кВ. Свечи изготавливают с разными тепловыми свойствами. Калильное число характеризует способность свечи работать без «калильного зажигания» смеси, когда последняя воспламеняется не от электрической искры между электродами свечи, а от контакта с раскаленными электродами. Чем выше это число, тем надежнее свеча будет работать в двигателе с высокой степенью сжатия. Калильные числа имеют следующие значения: 8, 11, 14, 17, 20, 23 и 26.

Катушка зажигания предназначена для преобразования тока низкого напряжения в ток высокого напряжения и состоит из стального корпуса, сердечника, собранного из листов трансформаторного железа, изолированных друг от друга и помещенных в картонную трубку. На эту трубку навита сначала вторичная обмотка, состоящая из большого числа (18 000—20 000) витков медной проволоки диаметром около 0,1 мм, а затем через слой изоляционной бумаги — первичная обмотка (содержащая около 300 витков проволоки диаметром 0,7…0,85 мм). Концы первичной обмотки выведены к клеммам крышки. Внутри катушки к первичной обмотке подсоединен один конец вторичной обмотки, а ее другой конец подведен к центральной клемме катушки. Сердечник с обмотками закрепляется в корпусе катушки с помощью изоляторов. Пространство между обмоткой, изоляторами и корпусом залито специальной мастикой, защищающей обмотки от проникновения влаги.

Прерыватель-распределитель предназначен для периодического размыкания цепи низкого напряжения и распределения возникающего во вторичной обмотке тока высокого напряжения по свечам цилиндров двигателя в необходимой последовательности. Прерыватель-распределитель снабжен центробежным и вакуумным регулятором.

Центробежный регулятор служит для изменения угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Вакуумный регулятор, предназначенный для изменения угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки двигателя, т.е. степени открытия дроссельной заслонки, работает независимо от центробежного регулятора.

Октан-корректор, имеющийся в прерывателе-распределителе, служит для ручной регулировки угла опережения зажигания в зависимости от сорта применяемого топлива (его октанового числа). Октан-корректор позволяет изменять угол опережения зажигания в пределах ± 12° по углу поворота коленчатого вала двигателя. Изменение угла осуществляется при помощи специальных гаек поворотом корпуса прерывателя-распределителя относительно ведущего валика и контролируется по шкале со стрелкой. После регулировки угла устанавливают крепящие болты и регулировочные гайки.

При повороте корпуса прерывателя по часовой стрелке, т.е. в направлении вращения кулачка, угол опережения зажигания уменьшается (что обеспечивает более позднее зажигание). Угол опережения зажигания необходимо уменьшить, если сгорание топлива с малым октановым числом сопровождается детонацией.

Источник

Распределение и система зажигания двигателя.

Существует несколько способов распределение высокого напряжения по свечам зажигания в бензиновом двигателе. Ранее самым распространённым и единственным было роторное или высоковольтное распределение. Его основным узлом являлся трамблёр (прерыватель-распределитель или датчик-распределитель). Распределитель состоит из крышки трамблёра и бегунка (ротора).

Со вторичной обмотки катушки зажигания на центральный электрод распределителя подаётся высокое напряжение, которое при помощи бегунка передаётся на боковые электроды распределителя. Скорость вращения бегунка равна скорости вращения распредвала и относится к оборотам коленвала в отношении 1:2.. боковые электроды крышки трамблёра соединены со свечами зажигания по средствам высоковольтных проводов. Основным недостатком этой системы является трудности в обеспечении своевременной подачи напряжения на свечи зажигания при разных оборотах и режимах работы двигателя. Частично эта проблема решалась применением центробежного и вакуумного регулятора угла опережения зажигания, а в последствии применением электронных блоков, но полностью проблему не решало. Кроме того система имеет множество соединений и изнашивающихся контактов, что значительно снижает надёжность.

Читайте также:  Как правильно обозначить напряжение сети

Типовая система зажигания

Компоненты системы зажигания

С технической стороны система зажигания входит в комплекс электрооборудования двигателя.

Конструктивно она состоит из следующих элементов:

  • Аккумулятор или другой источник питания. Он подает в сеть низкое напряжение 12 вольт.
  • Переключатель. При повороте ключа переключатель замыкается и низкое напряжение поступает в накопитель энергии.
  • Накопитель энергии. Бывает двух видов: индуктивный (катушка зажигания трансформаторного типа, преобразующая низкое напряжение в высокое до 30 тысяч вольт) и емкостной (конденсатор).
  • Блок управления аккумулированием и распределением энергии. В зависимости от типа системы зажигания это может быть прерыватель, транзисторный коммутатор или ЭБУ (электронный блок управления).
  • Распределитель. Этот узел может быть механическим или электронным. Он осуществляет снабжение определенных свечей энергией в заданный момент времени.
  • Провода цепи высокого напряжения. По ним поступает высокое напряжение к электродам свечей.
  • Свечи зажигания.

Работа системы зажигания основана на следующем принципе: при подаче в сеть низковольтного напряжения, происходит накопление и преобразование энергии, что затем распределяется по свечам, на электродах которых формируется искра, провоцирующая воспламенение топливовоздушной смеси.

Виды систем зажигания

В современном автомобилестроении системы зажигания классифицируют в зависимости от способа управления процессом. При этом выделяют три основных типа схем:

  • контактная (контактно-транзисторная);
  • бесконтактная (транзисторная);
  • электронная (микропроцессорная).

Особенности контактной системы

Исторически контактная система является одной из первых и сегодня ее можно встретить лишь на старых моделях автомобилей. В таких конструкциях формирование высокого напряжения происходит в трансформаторной катушке, а распределение его на свечи реализуется механическим способом — замыканием и размыканием контактов цепи прерывателем-распределителем.

Устройство контактной системы зажигания

Помимо основных элементов, такие системы включают в себя центробежный регулятор опережения зажигания, необходимый для преобразования угла опережения зажигания относительно частоты вращения коленвала. Он представляет собой два груза, воздействующих на мобильную пластину, контактирующую с кулачковым механизмом прерывателя.

Угол опережения зажигания — определенное положение коленвала, при котором осуществляется подача высокого напряжения на свечи. В таком режиме зажигание происходит до момента достижения поршнем верхней мертвой точки, что позволяет обеспечить максимально эффективное сгорание топливовоздушной смеси.

Также в контактных схемах применяется вакуумный регулятор опережения зажигания, изменяющий угол опережения соответственно режиму работы (нагрузке) мотора. Он соединен с полостью, находящейся за дроссельной заслонкой, и при нажатии на педаль газа изменяет угол опережения в зависимости от величины разрежения.

При замыкании контактов низкое напряжение подается на первичную обмотку катушки, где аккумулируется энергия и в момент размыкания контакта происходит формирование высокого напряжения на вторичной обмотке. Затем энергия поступает к распределителю зажигания и далее на соответствующую свечу.

Если нагрузка на силовой агрегат повышается, увеличивается частота вращения вала прерывателя-распределителя, и грузы центробежного регулятора расходятся, изменяя положение пластины. Это способствует более раннему размыканию контактов, что увеличивает угол опережения. При снижении нагрузки на двигатель происходит обратный процесс. В чем отличия контактно-транзисторной системы зажигания Следующим поколением системы зажигания стала контактно-транзисторная, предполагающая установку в первичной цепи катушки транзисторного коммутатора. Он позволяет снизить силу тока в обмотке низкого напряжения, что повышает срок эксплуатации контактов.

Контактно-транзисторная система зажигания

Следующим поколением системы зажигания стала контактно-транзисторная, предполагающая установку в первичной цепи катушки транзисторного коммутатора. Он позволяет снизить силу тока в обмотке низкого напряжения, что повышает срок эксплуатации контактов.

С развитием электронных систем появились низковольтные или статические системы распределения зажиганием, то есть не подвижные. Это стало возможным благодаря коммутации высоковольтных катушек электронными блоками. Эта система полностью подстраивает момент искрообразования в зависимости от оборотов и нагрузки на двигатель. Существует несколько схем исполнения статического распределения. В первом варианте два цилиндра с моментом зажигания, смещённым на 360 гр. по коленчатому валу одновременно получают высокое напряжение от катушки зажигания. В этом случае в двух цилиндрах одновременно происходит искрообразование. Так как свечи соединены последовательно с вторичной обмоткой катушки зажигания, то искровой разряд на свечах будет являться одним и тем же разрядом в последовательно соединённых искровых промежутках, и протекать будет в одном направлении. Следовательно, если на одной свече из пары дуга искрового разряда направлена от центрального электрода к боковому, то на другой свече, наоборот, от бокового к центральному. В то же время энергия искры будет различна. Это связано со средой, в которой образовалась искра. Когда одна свеча зажигания находится в цилиндре, в котором происходит такт сжатия, другая находится в цилиндре, где происходит конец такта выпуска. На одну из свечей воздействует высокое давление, и она воспламеняет смесь, искра на другой свече проскакивает в холостую. Энергия искрового разряда, не воспламеняющего смесь, такая же, как суммарная потеря тока в искровых промежутках между ротором и боковыми контактами при высоковольтном распределении зажигания. Картина меняется на противоположную через один такт. При этом способе используется одна катушка в двухцилиндровом двигателе и две катушки в четырёх цилиндровом, работающие попарно 1 – 4 и 2 – 3 цилиндры. Управление катушками осуществляется двухканальным коммутатором по команде контроллера. Часто ключ управления катушками встраивают в контроллер.

Читайте также:  Определить потерю напряжения кабельной линии

Контактно-транзисторная система зажигания

За счет установки транзистора напряжение, поступающее на свечи, больше, чем в классической контактной системе на 30%. Зазор между электродами и, как следствие, длина искры при этом также больше, а значит возрастает и площадь контакта с топливовоздушной смесью, что способствует ее полному сгоранию. В контактно-транзисторной системе зажигания прерыватель воздействует не на катушку, а на коммутатор.

При повороте ключа через транзистор начинают проходить два типа токов:

  • управления;
  • основной ток первичной обмотки.

Когда контакты размыкаются, ток цепи управления исчезает, а транзистор запирается, препятствуя протеканию тока первичной обмотки. В этот момент магнитное поле формирует высокое напряжение на вторичной обмотке. Для ускорения запирания транзистора в контактной системе зажигания этого типа может устанавливаться импульсный трансформатор.

Принцип работы бесконтактной системы

Эволюционным продолжением транзисторно-контактной системы, является бесконтактное зажигание. В таких конструкциях вместо прерывателя устанавливается специальный датчик импульсов. Это дает возможность увеличить срок службы системы зажигания за счет отсутствия неисправностей, связанных с контактами прерывателя.

Датчик формирует электрические импульсы низкого напряжения. Он бывает трех типов:

  • Датчик Холла. Конструкция такого датчика включает в себя постоянный магнит, и пластину-полупроводник, оснащенную микросхемой.
  • Индуктивный. Принцип его работы основан на изменении величины индукции чувствительного элемента в зависимости от величины зазора между датчиком и движущимся пластинчатым ротором, воздействующим на магнитное поле.
  • Оптический. Он состоит из светодиода, фототранзистора и микросхемы согласования. При попадании света от диода на фототранзистор датчик подает массу (минус питания) на коммутатор. Перекрытие потока света провоцирует исчезновение тока в катушке и способствует дальнейшему формированию искры.

Конструктивно датчик импульсов интегрирован в распределитель и регулируется режимом вращения коленвала двигателя. Прерывание тока в первичной обмотке катушки зажигания бесконтактной системы осуществляется также транзисторным коммутатором, но реагирующим на сигналы датчика. В момент вращения коленвала датчик посылает импульсы напряжения на коммутатор. Последний, соответственно, формирует импульсы тока в обмотке низкого напряжения катушки. Когда ток не поступает, на вторичной обмотке возникает высокое напряжение, которое передается распределителю и далее по высоковольтным проводам к нужной свече. Изменение угла опережения в бесконтактной системе зажигания также выполняется центробежным и вакуумным регуляторами.

Электронная и микропроцессорная системы

Самой современной системой считается электронная. Она не имеет механических контактов, а потому ее также можно назвать бесконтактной. Электронное зажигание является частью системы управления двигателем.

В этой системе практически не существует потерь напряжения, как в предыдущих, и работа каждой свечи не зависит от работы других свечей, как в первом и втором вариантах статического зажигания. Кроме того в этом случае осуществляется точная подстройка угла опережения зажигания непосредственно в каждом цилиндре, что позволяет осуществлять полное сжигание топлива снижая тем самым выброс вредных веществ в атмосферу.

Электронная система зажигания

Выделяют два типа электронных бесконтактных систем зажигания:

  • С распределителем. В подобной схеме применяется механический распределитель зажигания, подающий высокое напряжение на заданную свечу.
  • Прямого зажигания. При такой схеме высокое напряжение поступает к электродам свечи напрямую с катушки.

Помимо базовых элементов электронная система зажигания включает:

  • Входные датчики. Они регистрируют данные о текущем режиме работы мотора и подают их в виде электронных сигналов блоку управления.
  • Электронный блок управления. Он выполняет обработку сигналов и передает соответствующие команды на воспламенитель.
  • Исполнительное устройство, или воспламенитель. Фактически является транзисторной платой, обеспечивающей в открытом режиме поступление напряжения на первичную обмотку, а в закрытом — отсечку и формирование высокого напряжения на вторичной обмотке катушки.

Такие системы могут оснащаться одной общей (в конструкциях с распределителем), индивидуальными (при подаче энергии прямо на свечу) или сдвоенными катушками зажигания.

Разновидностью электронной системы является микропроцессорная. В ней применяется целый комплекс датчиков, сигналы которых обрабатываются ЭБУ. Он рассчитывает оптимальный режим работы системы в заданный момент времени. Преимуществами такой конструкции является снижение расхода топлива и улучшение динамических характеристик автомобиля.

Источник