Батарейная система зажигания

Такая электромеханическая система служит для выработки импульсов высокого напряжения, образующих искру между электродами свечей зажигания, синхронизации этих импульсов с фазой работы двигателя и распределения высоковольтных импульсов по цилиндрам двигателя в определенной последовательности.

В контактной системе зажигания коммутация в первичной цепи зажигания осуществляется механическим кулачковым прерывательным механизмом.

Принципиальная схема классической контактной системы зажигания:

1 —аккумуляторная батарея; 2, 3 —контакты выключателя зажигания; 4 — добавочный резистор; 5 —катушка зажигания; 6 —прерыватель; 7, 8 —подвижный и неподвижный контакты прерывателя; 9 —кулачок; 10 —распределитель; 11 —ротор (бегунок); 12 —неподвижный электрод; 13 —свечи зажигания; 14 —конденсатор

Добавочный резистор 4 устраняет влияние снижения напряжения в бортовой сети при включении стартера. Для этого он при пуске закорачивается, при нормальной работе на нем падает часть напряжения так, что к ка-тушке зажигания подходит напряжение 7–8 В, на которое она рассчитана.

Добавочный резистор выполняется из никелевой или константановой проволоки, имеет сопротивление 1–1,9 Ом и располагается либо на катушке зажигания, либо отдельно.

Изготовление добавочного резистора из никелевой проволоки позволяет ему выполнить дополнительные функции - защиту первичной цепи от перегрузки, возможной на малой частоте вращения коленчатого вала. Сопротивление никелевого резистора с ростом силы тока возрастает. Там, где напряжение при пуске понижается мало, добавочный резистор не применяется. Распределительный механизм, который объединен в один узел «прерыватель-распределитель» с прерывателем, подводит вывод вторичной обмотки катушки зажигания через контактный уголек к вращающемуся электроду (бегунку), установленному на одном валу с кулачком прерывателя. При вращении ротора высокое напряжение последовательно через воздушный промежуток приблизительно в 0,5 мм, электроды распределителя и высоковольтные провода подается на свечи. Момент прохождения бегунка мимо каждого электрода распределителя синхронизирован с размыканием контактов прерывателя.

Конструктивное исполнение элементов контактной системы зажигания:

а —кулачково-прерывательный механизм; б —центробежный регулятор опережения зажигания и его характеристика; в —вакуумный регулятор опережения зажигания и его характеристика; Θ—угол опережения зажигания; п —частота вращения приводного вала распределителя; 1 —кулачок; 2 —неподвижный контакт; 3 —подвижный контакт; 4 —рычажок прерывателя; 5 —подвижная пластина; 6 —грузики; 7 —траверса; 8 —диафрагма; 9 —шток; 10 —вакуумная камера; 11 —пружина

Угол опережения зажигания устанавливается изменением положения кулачка относительно приводного вала или углового положения пластины прерывателя, на которой закреплена ось его подвижного рычажка. Время замкнутого и разомкнутого состояния контактов определяется конфигурацией кулачка, частотой вращения и зазором между контактами. Закономерность изменения угла опережения зажигания по частоте вращения коленчатого вала двигателя и его нагрузке различна для разных типов двигателя и подбирается экспериментально. Однако во всех случаях с увеличением частоты вращения коленчатого вала увеличивается скорость движения поршня, и для того, чтобы смесь успела сгореть при увеличении частоты вращения, угол опережения зажигания должен быть увеличен.Для изменения положения кулачка относительно приводного вала в зависимости от частоты вращения служит центробежный регулятор. Своеобразными датчиками частоты вращения в регуляторе являются грузики, оси вращения которых закреплены на пластине, связан-ной с приводным валом.

Для этого кулачок прерывателя связан с коленчатым валом двигателя через зубчатую, цепную или зубчато-ременную передачу, причем частота вращения вала кулачка вдвое меньше частоты вращения вала двигателя.

Под действием центробежной силы, зависящей от частоты вращения, грузики стремятся разойтись и повернуть траверсу, жестко связанную с кулачком, при этом центробежная сила преодолевает силу противодействующей пружины. Пример зависимости угла опережения зажигания Θ, устанавливаемого центробежным регулятором при изменении частоты вращения n. Ломаный характер зависимости определяется подбором жесткости пружины, массы и конфигурации грузиков. Максимальное значение Θ ограничивается упором и лежит в пределах 30–40° по углу поворота коленчатого вала (этот угол вдвое меньше по углу поворота приводного вала распределителя ). С увеличением нагрузки двигателя, т. е. с увеличением угла открытия дроссельной заслонки, наполнение цилиндров и давление в конце такта сжатия увеличивается, процесс сгорания ускоряется. Следовательно, с увеличением открытия дроссельной заслонки угол Θ должен уменьшаться. Изменение угла опережения зажигания по нагрузке двигателя осуществляет вакуумный регулятор (рис. 6.5, в). Вакуумная камера регулятора соединена со впускным трактом двигателя за дроссельной заслонкой. При увеличении нагрузки дроссельная заслонка открывается, давление за ней снижается, и гибкая мембрана через шток поворачивает пластину с контактным механизмом относительно ку-лачка в сторону уменьшения угла опережения зажигания. Максимальный угол опережения зажигания по нагрузке также ограничивается упором и лежит в С увеличением нагрузки двигателя, т. е. с увеличением угла открытия дроссельной заслонки, наполнение цилиндров и давление в конце такта сжатия увеличивается, процесс сгорания ускоряется. Следовательно, с увеличением открытия дроссельной заслонки угол Θ должен уменьшаться. Изменение угла опережения зажигания по нагрузке двигателя осуществляет вакуумный регулятор. Вакуумная камера регулятора соединена со впускным трактом двигателя за дроссельной заслонкой. При увеличении нагрузки дроссельная заслонка открывается, давление за ней снижается, и гибкая мембрана через шток поворачивает пластину с контактным механизмом относительно кулачка в сторону уменьшения угла опережения зажигания. Максимальный угол опережения зажигания по нагрузке также ограничивается упором и лежит в С увеличением нагрузки двигателя, т. е. с увеличением угла открытия дроссельной заслонки, наполнение цилиндров и давление в конце такта сжатия увеличивается, процесс сгорания ускоряется. Следовательно, с увеличением открытия дроссельной заслонки угол Θ должен уменьшаться. Изменение угла опережения зажигания по нагрузке двигателя осуществляет вакуумный регулятор. Вакуумная камера регулятора соединена со впускным трактом двигателя за дроссельной заслонкой. При увеличении нагрузки дроссельная заслонка открывается, давление за ней снижается, и гибкая мембрана через шток поворачивает пластину с контактным механизмом относительно ку-лачка в сторону уменьшения угла опережения зажигания. Максимальный угол опережения зажигания по нагрузке также ограничивается упором и лежит в пределах 15–25° по углу поворота коленчатого вала. Пример характеристики вакуумного регулятора представлен на рис. 6.5, в (угол указан по валу распределителя). В реальной эксплуатации центробежный и вакуумный регуляторы работают совместно.

Если октановое число топлива не соответствует степени сжатия двигателя, то даже при оптимальной установке угла опережения зажигания, соответствующей максимальной мощности двигателя, в нем может возникнуть детонация - чрезвычайно быстрое сгорание рабочей смеси, подобное взрыву. Для предотвращения детонации служит октан-корректор, позволяющий вручную повернуть корпус прерывателя-распределителя в ту или другую сторону. При применении топлива с меньшим октановым числом корпус поворачивается в сторону уменьшения угла опережения зажигания.

При одинаковом принципе работы системы зажигания по своим конструктивным и схемным выполнениям делятся на контактную систему (иначе ее называют классической), контактно-транзисторную и бесконтактную электронные системы зажигания.

КОНТАКТНО-ТРАНЗИСТОРНАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

Контактно-транзисторная система зажигания явилась переходным этапом от контактной к бесконтактным электронным системам. В ней устраняется не-достаток контактной системы —подгорание и износ контактов прерывателя, коммутирующих цепь с индуктивностью и значительной силой тока. В контактно-транзисторной системе первичную цепь обмотки возбуждения коммутирует транзистор, управляемый контактами прерывателя. С применением контактно-транзисторной системы на автомобиле появился новый блок - электронный коммутатор, объединяющий в себе силовой коммутирующий транзистор и элементы схемы его управления и защиты.

В конденсаторных системах зажигания энергия искрообразования накапливается не в магнитном поле катушки зажигания, а в электрическом поле специального накопительного конденсатора, который в нужные моменты времени подключается к катушке зажигания. Конденсаторные системы зажигания подразделяются на системы с импульсным и системы с непрерывным накоплением энергии. В системах с импульсным накоплением энергии процессы зарядки и разрядки накопительного конденсатора разделены паузами, а в системах с непрерывным накоплением таких пауз нет.

Системы с импульсным накоплением позволяют простыми средствами стабилизировать напряжение зарядки накопительного конденсатора, т. е. сделать его независящим от изменения напряжения питания и других дестабилизирующих факторов. Однако при малой пусковой частоте вращения вала двигателя в этих системах вследствие увеличения времени паузы накопительный конденсатор к моменту искрообразования успевает несколько разрядиться, и напряжение искрообразования уменьшается. Это налагает жесткие требования на величину силы токов утечки в элементах вторичной цепи — тиристоре, накопительном конденсаторе, выпрямительном диоде, и является недостатком систем с импульсным накоплением.

Системы с непрерывным накоплением энергии свободны от данного недостатка. Эти системы практически нечувствительны к утечкам в элементах вторичной цепи и обеспечивают независимость напряжения искрообразования от частоты вращения вала двигателя.

Схема конденсаторной системы зажигания с непрерывным накоплением энергии. Здесь новыми элементами по сравнению с классической системой зажигания являются преобразователь напряжения ПН, накопительный конденсатор С1, коммутатор S2 и схема управления СУ.

Преобразователь преобразует напряжение аккумуляторной батареи (12 В) в высокое напряжение (350 В).

При росте частоты вращения время замкнутого состояния контактов уменьшается, а, значит, уменьшается величина силы тока в момент разрыва контактов 11р и, как следствие, снижается вторичное напряжение. Снижение U2m при малой частоте вращения объясняется искрением контактов при медленном их размыкании. Срок службы контактов прерывателя в контактно-транзисторной системе больше, чем в контактной, так как базовый ток, коммутируемый ими, невелик. Однако механический износ прерывательного механизма, влияние вибраций на работу контактов в системе не устранены. В настоящее время выпускаются раз-личные электронные блоки, улучшающие работу контактной системы зажигания и фактически превращающие ее в контактно-транзисторную (ТАНДЕМ-2, БУЗ-06, ОКТАН-1, ЭРУОЗ и др.)

9. Электронные системы зажигания – методика поиска основных

неисправностей. Способы их устранения.

В электронных системах зажигания контактный прерыватель заменен бесконтактными датчиками. В качестве датчиков используются оптоэлектронные датчики, датчики Виганда, но наиболее часто магнитоэлектрические датчики (МЭД) и датчики Холла (ДХ).

Датчики бесконтактной системы зажигания: а —магнитоэлектрический генераторный с когтеобразным статором; б —магнитоэлектрический коммутаторного типа; в —датчик Холла; 1 —катушка; 2, 3 —клювообразные половины статора; 4 —магнит; 5, 6 —клювообразные половины ротора; 7 — приводная втулка; 8 —зубчатый ротор; 9 —зубчатый статор; 10 —экран (шторки); 11 —чувствительный элемент датчика Холла; 12 —микросхема

МЭД бывают генераторного (рис. 6.8, а) и коммутаторного (рис. 6.8, б) типов. В генераторном датчике вращается постоянный магнит, помещенный внутрь клювообразного магнитопровода. При этом в катушке, надетой на свой клювообразный магнитопровод, наводится ЭДС. В МЭД коммутаторного типа вращается зубчатый ротор из магнитомягкого материала, а магнит неподвижен. ЭДС в катушке наводится за счет изменения величины ее магнитного потока при совпадении и расхождении выступов статора и ротора. Недостатком МЭД является зависимость величины выходного сигнала от частоты вращения, а также значительная величина индуктивности катушки, вызывающая запаздывание в прохождении сигнала.

От этих недостатков избавлен датчик Холла. Особенность состоит в том, что ЭДС, снимаемая с двух граней его чувствительного элемента, пропорциональна произведению силы тока, подводимого к двум другим граням, на величину индукции магнитного поля, пронизывающего датчик. В реальных системах магнитное поле создается неподвижным магнитом, который отделен отдатчика магнитомягким экраном с прорезями (рис. 6.8, в). Если между магнитом и чувствительным элементом попадает стальной выступ, магнитный поток им шунтируется и на датчик не попадает, ЭДС на выходе чувствительного элемента отсутствует. Прорезь беспрепятственно пропускает магнитный поток, и на выходе элемента появляется ЭДС. Обычно датчик Холла совмещают с микро-схемой, стабилизирующей ток его питания и усиливающей выходной сигнал. В реальном датчике эта схема инвертирует сигнал, т. е. напряжение на его выходе появляется, когда выступ экрана проходит мимо чувствительного элемента.

Наиболее простой в схемном и функциональном исполнении является бесконтактная система зажигания с нерегулируемым временем накопления энергии.