Как устроена система зажигания в автомобиле?

Как устроена система зажигания в автомобиле?

Главной задачей системы зажигания является воспламенение рабочей смеси двигателей внутреннего сгорания. Давайте выясним, как конкретно она работает.

• 27.01.2020
• /
• Полезное , Как это устроено
• /
• Яков Фрудгарт

Базовые принципы

• Искра должна появляться в нужном цилиндре, в соответствии с порядком работы цилиндров.
• Искра должна возникать своевременно, в нужный момент и с необходимым углом опережения зажигания.
• Она должна гарантировано воспламенять смесь.
• Надёжность

Как вы понимаете, у такой системы могут возникать и неполадки, к примеру, пропуски искрообразования, детонация и трудности с запуском двигателя.

В сегодняшнем мире есть несколько видов систем зажигания для автомобилей, контактная, бесконтактная и электронная. Эти системы имеют общие особенности, к примеру, отсутствие распределителя зажигания, который давно уступил место катушке.

В контактной системе зажигания управление накоплением и распределение электрической энергии по цилиндрам осуществляется механическим устройством – прерывателем-распределителем. Витком дальнейшего развития контактной системы зажигания является контактная транзисторная система зажигания, в первичной цепи катушки зажигания которой применен транзисторный коммутатор.

В отличии от контактной, в бесконтактной системе зажигания для управления накоплением энергии используется транзисторный коммутатор, взаимодействующий с бесконтактным датчиком импульсов. Транзисторный коммутатор в данной системе выполняет роль прерывателя. Распределение тока высокого напряжения осуществляется механическим распределителем.

В электронной системе зажигания используется электронный блок управления, с помощью которого производится управление процессом накопления и распределения электрической энергии. В ранних конструкциях электронной системы зажигания электронный блок одновременно управлял системой зажигания и системой впрыска топлива (т.н. объединенная система впрыска и зажигания).

Устройство

Принцип работы системы зажигания заключается в накоплении и преобразовании катушкой зажигания низкого напряжения (12В) электрической сети автомобиля в высокое напряжение (до 30000В), распределении и передаче высокого напряжения к соответствующей свече зажигания и образовании в нужный момент искры на свече зажигания. В работе системы зажигания можно выделить следующие этапы: накопление электрической энергии, преобразование энергии, распределение энергии по свечам зажигания, образование искры, воспламенение топливно-воздушной смеси.

Механический прерыватель осуществляет непосредственное управление процессом накопления (первичной цепью) и отвечает за замыкание/размыкание питания первичной обмотки. Контакты прерывателя можно увидеть, заглянув под крышку распределителя. Пластичная пружина подвижного контакта прижимает его к недвижимому контакту. Их размыкание выполняется только на короткий срок, а конкретно, в момент, когда набегающий кулачок валика привода оказывает давление на молоточек подвижного контакта.

К контактам подключен конденсатор, который не даёт им обгорать. Электроразряд поглощается и искрение уменьшается. Параллельно в цепи создаётся низкое напряжение обратного тока, которое положительно сказывается на исчезновении магнитного поля.

Прерыватель находится в корпусе распределителя зажигания, и это части классической системы зажигания.

Ещё один важный узел – центробежный регулятор опережения зажигания, механизм, предназначенный для автоматического изменения угла опережения зажигания в зависимости от числа оборотов коленчатого вала двигателя.

Центробежный регулятор размещён внутри корпуса прерывателя-распределителя. Как правило, он работает совместно с вакуумным регулятором, оба являются составной частью прерывателя-распределителя. Называется он центробежным от вида силы, использующейся для реализации изменения опережения.

На приводном валу прерывателя расположена пластина, на которой размещены два грузика. Грузики свободно сидят на осях и стянуты пружинами. Причём пружины обладают разной жёсткостью, что необходимо для предотвращения резонанса. При этом, кулачок прерывателя и планка с двумя продольными прорезями надеты на верхнюю часть приводного валика. В продольные прорези планки входят штифты грузиков.

Вращение передаётся от приводного валика к кулачку через грузики, штифты и планку с прорезями. Чем быстрее вращается приводной вал, тем больше расходятся грузики, тем на бо́льший угол проворачивается кулачок по ходу вращения относительно контактной группы прерывателя. С увеличением оборотов угол опережения зажигания увеличивается. С уменьшением числа оборотов центробежная сила уменьшается, пружины стягивают грузики, кулачок поворачивается против хода его вращения, контакты прерывателя замыкаются позже и угол опережения зажигания уменьшается.

Если на двигателе применено бесконтактное электронное зажигание — тогда вместо кулачка проворачивается экран бесконтактного датчика момента искрообразования.

Если механический прерыватель оборудован транзисторным коммутатором, то, в этом случае, он управляет только им, а тот, в свою очередь, отвечает за управление процессом накопления энергии. Такая конструкция существенно превосходит аналогичные устройства без транзисторного коммутатора, так как здесь контактный прерыватель более надежный, чему способствует протекание сквозь него тока меньшей силы, а значит, пригорание контактов во время размыкания практически полностью исключается. Соответственно, конденсатор, параллельно подключенный к контактам прерывателя, тут просто не нужен, а в остальном – система полностью идентична классическому варианту. Обе системы, имеющие механический прерыватель, обладают общим названием — «контактные системы зажигания».

Системы с транзисторным коммутатором, оборудованные бесконтактным датчиком (импульсным генератором), могут быть индуктивного типа, основанными на эффекте Холла или относиться к оптическому типу. В данном случае, место механического прерывателя занимает импульсный датчик-генератор с преобразователем сигналов, который, посредством транзисторного коммутатора, осуществляет управление накопителем энергии. Как правило, датчик-генератор расположен внутри распределителя, конструкция которого ничем не отличается от конструкции аналогичной детали в контактной системе, поэтому указанный узел получил название «датчика-распределителя».

Как оно работает?

Несмотря на то, к какому типу относится та или иная система зажигания, все они имеют несколько общих рабочих этапов, предусматривающих накопление нужного заряда, его высоковольтное преобразование, распределение, образование на свечах искр и возгорание топливной смеси. Любой из них требует слаженной и точной работы, а значит, стоит выбирать только проверенные устройства, доказавшие свою надежность. В этом плане, наилучшим вариантом принято считать электронную систему зажигания, где всем рабочим процессом (подачей искры и ее распределением по свечам) управляет электроника.

Электронная система зажигания – это не отдельный, самостоятельный компонент, а составляющая часть системы управления мотором, которая основывается на работе датчика положения коленвала, датчика, фиксирующего частоту его вращения и датчика массового расхода воздуха. Получив от них нужную информацию, ЭБУ принимает решение касательно момента подачи искры и распределения зажигания. Естественно, в блоке управления уже прописаны определенные команды, выполняющиеся после получения и анализа данных с упомянутых датчиков.

В такой системе воспламенения топливной смеси полностью исключены механические движущиеся части, а благодаря специальным датчикам и особому блоку управления, образование и подача искры проходят намного быстрее и надежнее, нежели у аналогичных систем контактного и бесконтактного типа. Этот факт позволяет улучшить работу мотора, увеличив его мощность и снизив потребление топлива. Более того, нельзя не отметить высокую рабочую надежность устройств данного типа.

Бесконтактное зажигание отличается тем, что не зависит напрямую от размыкания контактов, а главную роль в процессе образования искры здесь выполняет транзисторный коммутатор и специальный датчик. Отсутствие прямой зависимости от качества и чистоты поверхности контактной группы гарантирует более эффективное искрообразование. Однако как и в контактном варианте системы зажигания, здесь также используется прерыватель-распределитель, отвечающий за своевременную передачу тока на свечу зажигания. Рабочий принцип бесконтактной системы предусматривает выполнение некоторых действий.

Когда коленвал двигателя приходит в движение, датчик-распределитель формирует соответствующие импульсы напряжения и направляет их на транзисторный коммутатор, задача которого – создавать импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания. В момент прерывания во вторичной обмотке катушки проходит индуцирование тока высокого напряжения. Он подается на центральный контакт распределителя, а оттуда, посредством проводов высокого напряжения, поступает на свечи зажигания. Последние и осуществляют воспламенение топливовоздушной смеси.

В случае увеличения оборотов коленвала, за регулировку угла опережения зажигания отвечает центробежный регулятор, а при изменении нагрузки на силовой агрегат эта задача возлагается на вакуумный регулятор опережения зажигания.

Принцип работы контактного зажигания несколько отличается от вариантов, приведенных выше. Когда контакт прерывателя пребывает в замкнутом состоянии, ток низкого напряжения проходит по первичной обмотке катушки. В процессе их размыкания, во второй катушке происходит индуцирование тока высокого напряжения, и, посредством высоковольтных проводов, он передается на крышку распределителя, после чего расходится по свечам зажигания с определенным углом опережения зажигания.

Как только обороты коленвала увеличиваются, возрастают и обороты вала прерывателя-распределителя, вследствие чего грузики центробежного регулятора начинают расходиться, перемещая подвижную пластину вместе с кулачками прерывателя. Это приводит к тому, что размыкание контактов происходит несколько раньше, из-за чего увеличивается угол опережения зажигания. С уменьшением оборотов коленвала угол опережения зажигания тоже уменьшается.

Более модернизированным типом контактной системы является ее контактно-транзисторный вариант. Он отличается наличием транзисторного коммутатора в цепи первичной обмотки катушки, управление которым выполняется посредством контактов прерывателя. За счет его использования удалось добиться снижения силы тока в цепи первичной обмотки, что положительно сказалось на длительности эксплуатации контактов прерывателя.

Вам будет интересно

Дирижабли: что это такое и почему их до сих пор используют

• 21.05.2020

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.

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.

• Водителю на заметку
• Устройство автомобиля

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.

• 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.

Источник https://somanyhorses.ru/kak-ustroena-sistema-zazhiganiya-v-avtomobile/

Источник https://auto.vercity.ru/magazine/13763_kak_rabotaet_sistema_zazhiganiya_avtomobilya/

Источник https://topmekhanik.ru/printsip-raboty-sistemy-zazhiganiya/