Новые системы зажигания

4.3.1. Повышение требований к системе зажигания современных двигателей

Повышение степени сжатия и рабочего числа оборотов, которое происходит по мере совершенствования двигателей, влечет за собой повышение необходимого пробивного напряжения свечей а, следовательно, и напряжения, которое должна развивать система зажигания.

Для надежной работы напряжение должно с достаточным запасом превышать необходимое пробивное напряжение свечей на всех рабочих режимах двигателя. На рис.4.4. показана характеристика вторичного напряжения, развиваемого системой батарейного зажигания, и величина пробивного напряжения свечей U_пр, в зависимости от числа оборотов двигателя.

С увеличением числа оборотов вторичное напряжение снижается. Время замкнутого состояния первичной цепи сокращается и при этом уменьшается величина тока разрыва а, следовательно, и вторичное напряжение. Кроме того, при больших числах оборотов первичный ток за время замкнутого состояния первичной цепи не успевает возрасти до максимального значения и его величина в момент размыкания с ростом числа оборотов уменьшается. Поскольку напряжение катушки зажигания пропорционально величине первичного тока в момент размыкания, то с увеличением числа оборотов кулачка прерывателя оно также уменьшается. С увеличением числа оборотов пробивное напряжение также уменьшается из-за ухудшения наполнения цилиндров двигателя, вызывающего снижение давления в конце такта сжатия.

Соответствие характеристик системы зажигания параметрам двигателя оценивается коэффициентом запаса по напряжению

(4.8)

где U₂ – напряжение, развиваемое системой зажигания; U_пр – пробивное напряжение свечей.

Рис. 4.4 Зависимость вторичного напряжения и пробивного напряжения от частоты вращения коленчатого вала двигателя

В процессе эксплуатации пробивное напряжение возрастает из-за обгорания электродов свечей и увеличения зазора между ними.

Обгорание элетродов свечи нарушает их форму, которая стабилизируется через 10 – 20 тыс. км пробега, и это изменение их формы, даже если величина зазора между электродами поддерживается неизменной, вызывает увеличение пробивного напряжения на 10 – 15 %.

Вследствие обгорания электродов увеличивается также и зазор между ними. Увеличение зазора составляет 0,25 – 0,45 мм на 30 тыс. км пробега, а так как зазор регулируется редко, то у свечей, находящихся в эксплуатации, он увеличен и находится в пределах 0,9 – 1 мм против 0,6 – 0,7 мм для новых свечей в эксплуатации.

С другой стороны, износ механизма распределителя, старение изоляции катушки зажигания и повышение переходного сопротивления всех контактов первичной цепи вызывают постепенное снижение напряжения, развиваемого системой зажигания. Величина этого снижения после 50 тыс. км составляет от 10 до 20 %. На рис.4.4. даны кривые вторичного напряжения, пробивного напряжения свечей и коэффициента запас сплошными линиями – для новой системы зажигания и штриховыми – для той же системы после пробег 50 тыс. км. Как видно из сопоставления кривых, коэффициент запаса по напряжению в процессе эксплуатации значительно снижается.

Необходимо иметь в виду, что неизбежный при массовом производстве разброс характеристик отдельных экземпляров изделий, доходящий для случайно подобранных комплектов распределитель – катушка зажигания до 20 %, также отрицательно влияет на величину вторичного напряжения.

Отсюда следует, что коэффициент запаса по напряжению для новых комплектов системы зажигания должен иметь достаточную величину, чтобы обеспечить полную надежность работы двигателя, несмотря на ухудшение характеристик зажигания в процессе эксплуатации и возможные отклонения параметров отдельных экземпляров изделий от номинального значения.

Вследствие непрерывного повышения степени сжатия в процессе усовершенствования автомобильных двигателей величина необходимого пробивного напряжения увеличивается, а это вызывает необходимость соответственно повышать и вторичное напряжение системы зажигания. Между тем в классической систем зажигания возможности дальнейшего повышения напряжения исчерпаны.

Это вызвало необходимость создания новых систем зажигания, у которых возможность повышения первичного тока не ограничивалась бы надежностью работы контактов прерывателя или каких-либо других конструктивных элементов. Применение полупроводниковых приборов позволяет решить возникшую проблему. Они могут быть использованы в качестве усилителя, включенного между первичной обмоткой системы зажигания и прерывателя с тем, чтобы уменьшить ток, разрываемый его контактами, при одновременном увеличении первичного тока катушки. По этому принципу выполняются контактно-транзисторные системы зажигания, в которых применяется распределитель обычной конструкции, но между ним и катушкой зажигания включается полупроводниковый усилитель, называемый коммутатором.

Дальнейшим шагом усовершенствования систем зажигания является замена прерывателя-распределителя генератором импульсов, которые усиливаются полупроводниковой схемой и управляют прерыванием тока в первичной цепи катушки зажигания. На таком принципе основаны схемы бесконтактных транзисторных систем зажигания, которые вследствие отсутствия контактов имеют более высокую надежность.

В настоящее время известен ряд бесконтактных датчиков углового положения коленчатого вала, в основу работы которых положены различные физические явления: магнитоэлектрические, на эффекте Холла, высокочастотные, оптоэлектрические, токовихревые, на эффекте Виганда, фотоэлектрические.

Средства электроники позволили также осуществить распределение высоковольтных импульсов по цилиндрам двигателя путем коммутации низковольтных цепей катушки зажигания. Такой способ распределения высоковольтных импульсов может быть назван низковольтным или статическим, поскольку отсутствуют вращающиеся элементы. Применение статического распределения позволяет существенно снизить уровень радиопомех при работе системы зажигания.