Классификация батарейных систем зажигания

Основные типы батарейных систем зажигания представлены на рис. 3.2 В настоящее время серийно выпускаются и готовятся к производству следующие системы зажигания: классические (с ме­ханическим прерывателем), контактно-транзисторные, контактно-тиристорные. бесконтактно-транзисторные, электронные с механичес­ким распределителем, микропроцессорные системы управления ав­томобильным двигателем.

Рис. 3.2. Основные типы батарейных систем зажигания

Требования, предъявляемые к системам зажигания

Для надежной работы ДВС на всех режимах работы двигателя система зажигания должна удовлетворять следующим требованиям:

Ø энергия идлительность искры в свече зажигания должны быть
достаточными для надежного воспламенения рабочей смеси;

Ø момент зажигания должен выбираться таким образом, чтобы обеспечить оптимальное соотношение мощностных, экономических и экологических характеристик двигателя;

Ø высокая надежность системы зажигания.

Работа системы зажигания характеризуется следующими пара­метрами.

Вторичное напряжение U2_m - напряжение на вторичной обмотке катушки зажигания.

Пробивное напряжение U_np- напряжение пробоя искрового промежутка свечи. Пробивное напряжение для однородных полей прямо пропорционально давлению смеси р и зазору между элект­родами 5 и обратно пропорционально температуре смеси Т:

U = f

Кроме того, на напряжение U_np оказывают влияние состав смеси, длительность и форма приложенного напряжения, по­лярность пробивного напряжения, материал электродов и условия работы двигателя. Это напряжение имеет максимальное значение при пуске и разгоне двигателя и минимальное — при работе в уста­новившемся режиме при максимальной мощности. В течение первых 2 тыс. км пробега пробивное напряжение повышается на 20-25% за счет округления кромок электродов свечи. В дальнейшем напряжение растет за счет износа электродов и увеличения зазора, что требует проверки и регулировки зазора в свечах каждые 10-15 тыс. км пробега.

Коэффициент запаса по вторичному напряжению К₃ = U2_m/U_пр. Для современных систем зажигания принимают К₃ > 1,5,

Энергия W_p и длительность τ_р искрового разряда.

Зазор между электродами свечей8 (рис. 3.3). Зазор между электродами проверяется с помощью круглого щупа, т.к. плоский щуп не учитывает неодинаковость износа электродов.

Рис. 3.3. Проверка зазоров между электродами свечи: а

А - правильно; Б - неправильно

Угол опережения зажигания Θ. Угол опережения подбирается в за­висимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки двигателя, температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха, атмосферного давления, состава отработавших газов, скорости изменения положения дроссельной заслонки (разгон, торможение). С возрас­танием частоты вращения коленчатого вала угол опережения должен увеличиваться, а с возрастанием нагрузки — уменьшаться.

Классическая система зажигания

Основными элементами классической системы зажигания (рис. 3.4) являются: источник тока (аккумуляторная батарея); катушка зажи­гания 1, свечи б и прерыватель-распределитель, объединяющий в себе регуляторы угла опережения зажигания, прерыватель и механический распределитель импульсов высокого напряжения. Кулачок 4 прерыва­теля, количество граней которого равно числу цилиндров, и бегунок 5 распределителя закреплены на общем валу, который вращается с часто­той, вдвое меньшей, чем частота вращения коленчатого вала. Это объяс­няется тем, что в каждом цилиндре необходимо воспламенить топливо один раз за два оборота коленчатого вала. Кулачок 4 при вращении воздействует на рычажок 3 прерывателя, размыкая и замыкая контак­ты 2. Параллельно контактам включен конденсатор С, предотвра­щающий образование электрической дуги между контактами при их размыкании. Бегунок 5 распределителя проходит по неподвижным электродам распределителя, количество которых равно количеству ци­линдров двигателя. Каждый электрод соединен проводом с соответ­ствующей свечой.

Рис. 3.4. Схема классической системы зажигания:

1 - катушка зажигания; 2 - контакты; 3 - рычажок; 4 - кулачок;

5 — бегунок; 6 — свечи

Катушка зажигания 1 представляет собой трансформатор, имею­щий две обмотки: первичную и вторичную. Один вывод у них об­щий, соединенный с подвижным контактом прерывателя. Второй вывод вторичной обмотки соединен с бегунком распределителя, а второй вывод первичной обмотки через добавочный резистор R_u (не во всех системах зажигания) соединен с «+» аккумуляторной ба­тареи. Добавочный резистор R_д предназначен для ограничения тока в первичной обмотке катушки зажигания до и после пуска двига­теля. При пуске двигателя напряжение батареи сильно уменьшается из-за включения стартера. Поэтому при включении стартера с по­мощью специальных контактов резистор R_a шунтируется. Это обес­печивает на время пуска необходимый ток в первичной обмотке не­смотря на понижение напряжения батареи.

При включении зажигания и замкнутых контактах прерывателя в цепи первичной обмотки катушки зажигания появляется ток. Ко­гда в одном из цилиндров заканчивается такт сжатия рабочей смеси, кулачок своей гранью размыкает контакты прерывателя. В резуль­тате этого ток в первичной обмотке резко уменьшается до нулевого значения. Это вызывает появление в первичной обмотке ЭДС само­индукции, практически равной напряжению U на выводах этой обмотки (рис. 3.5). Во вторичной обмотке индуцируется напряже­ние U =15-20 кВ. В результате между электродами свечи происхо­дит электрический разряд.

Рис. 3.5. Характеристики электрических сигналов в первичной и вторичной цепях системы зажигания

Катушки зажигания

По конструкции магнитной цепи катушки зажигания разделяются на два типа: с разомкнутой и замкнутой цепями. В катушках с разомк­нутой магнитной цепью магнитный поток большую часть пути прохо­дит по воздуху. В катушках с замкнутой магнитной цепью основную часть пути магнитный поток проходит по стальному магаитопроводу и только несколько десятых долей миллиметра - по воздуху. Достоинст­вом катушек с замкнутой магнитной цепью является малый расход ме­ди, их недостатком - большой расход стали. Достоинством катушек с разомкнутой магнитной цепью является малый расход стали, а недос­татком — большой расход меди.

Все катушки отечественного производства выполняются с наруж­ной первичной обмоткой. Это обеспечивает эффективное охлажде­ние и снижение массы провода вторичной обмотки.

Крышка типовой катушки зажигания имеет четыре выходных клеммы: центральную высоковольтную и три низковольтных — безы­мянную, «ВК» и «ВК-Б». Один конец вторичной обмотки выводится к центральной высоковольтной клемме, которая соединяется с цен­тральным электродом распределителя. Другой конец вторичной об­мотки и соединенный с ним конец первичной обмотки подведены к бе­зымянной клемме на крышке. Эта клемма соединяется с клеммой «Р» прерывателя-распределителя (контактом прерывателя). Второй конец первичной обмотки соединен с клеммой «ВК», к которой присоединен одноименный вывод добавочного резистора (в катушках, работающих без добавочного резистора, клемма, соединенная со вторым выводом вторичной обмотки, обозначается по-другому, например в катушке Б117 - <<+Б». Она соединяется с положительным выводом аккумуля­торной батареи). Добавочный резистор может крепиться как на самой катушке, так и отдельно от нее. Клемма «ВК-Б» соединяется со вто­рым выводом добавочного резистора и с положительным выводом ак­кумуляторной батареи.

По числу высоковольтных выводов катушки зажигания могут быть одновыводными, двухвыводными и четырехвыводными. Тра­диционные катушки зажигания являются одновыводными. В двухвыводных катушках зажигания каждый из выводов вторичной об­мотки соединяется с соответствующей свечой зажигания (см. рис. 3.22). В четырехвыводных катушках зажигания каждый из выводов вторичной обмотки соединяется с двумя соответствующими свечами зажигания через диоды (см. рис. 3.23).

Искровые свечи зажигания

Искровые свечи зажигания предназначены для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя электрической искрой на элек­тродах свечи.

Наибольшее распространение получили свечи с воздушным искро­вым промежутком (рис. 3.6), что объясняется их удовлетворительными рабочими характеристиками и технологичностью. В последнее время в специальных двигателях (роторно-поршневых и газотурбинных) при­меняют комбинированные свечи, где искровой разряд, проходит частично по воздуху, а частично - по поверхности изолятора.

Рис. 3.6. Свеча зажигания открытого типа:

1 - контактная гайка; 2 - стальной стержень; 3 - керамический изолятор;

4 - металлический корпус; 5 - центральный электрод;

6 - боковой электрод; 7 — уплотнительная прокладка;

8 - теплоотводящая шайба; 9 - токопроводящий герметик

Современные свечи зажигания представляют собой неразборную конструкцию, в которой изоляция электродов друг от друга осу­ществляется керамическим изолятором 3 (см. рис. 3.6). Металлический корпус 4 с приваренным к нему боковым электродом 6 имеет в нижней части резьбу для ввертывания свечи в отверстие головки двигателя. Герметичность резьбового соединения обеспечивается уплотнительной прокладкой 7. В корпусе 4 путем завальцовки его верхнего края закреплен керамический изолятор 3 с центральным электродом 5. Вывод этого электрода наружу осуществляется через токопроводящий герметик 9 и стальной стержень 2. Теплоотводящая шайба 8, кроме отвода тепла от изолятора, герметизирует корпус свечи.