Достоинства и недостатки классической системы зажигания

Достоинствами классической системы зажигания являются:

1) простота конструкции;

2) невысокая стоимость аппаратов зажигания.

К недостаткам классической системы зажигания можно отнести следующие:

1) с увеличением частоты вращения и числа цилиндров двига­теля уменьшается вторичное напряжение;

2) механические контакты в механизме прерывателя ограничи­вают уровень первичного тока, а следовательно, и энергию искро­вого разряда;

3) эрозия (перенос металла с одного контакта на другой) и кор­розия контактов прерывателя приводят к уменьшению срока их службы и к нарушению установленного УЗСК;

4) повышенная погрешность момента зажигания по цилиндрам двигателя при эксплуатации вследствие износа кулачка;

5) чрезмерный нагрев катушки зажигания при низкой частоте вращения коленчатого вала двигателя;

6) контактная система зажигания является источником радио­ помех (для их снижения применяется экранирование, которое при­водит к значительному увеличению емкости вторичной цепи, и по­этому при экранировании нельзя обеспечить надежность на всех режимах работы двигателя).

Электронные системы зажигания

Современные двигатели внутреннего сгорания не могут надежно и эффективно работать с контактной системой зажигания, т.к. она не может обеспечить большой энергией разряда. Для этого ей необходимо увеличение тока разрыва, что недопустимо, так как при боль­шом токе работа контактов прерывателя становится ненадежной.

Улучшить характеристики систем зажигания удалось в электрон­ных системах зажигания - системах, в состав которых входят эле­менты полупроводниковой техники, в частности транзисторы.

Контактно-транзисторные системы зажигания

Первыми из электронных систем зажигания начали применяться контактно-транзисторные системы зажигания. В этих системах пер­вичный ток протекает не через контакты прерывателя, а через тран­зистор (рис.3.10).

Рис. 3.10. Принципиальная схема контактно-транзисторной системы зажигания с силовым реле на одном транзисторе

При замыкании контактов 1 прерывателя по цепи базы транзистора 2 идет ток. В результате этого транзистор открывается, обеспечивая пи­тание первичной обмотки катушки зажигания 3. При размыкании кон­тактов прерывателя транзистор закрывается и разрывает цепь питания обмотки. Во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется вы­сокое напряжение, подаваемое на распределитель.

Контактно-транзисторная система зажигания имеет недостатки, присущие контактной системе зажигания. В частности, у многоци­линдрового двигателя возникает вибрация рычажка прерывателя при высоких частотах вращения. При этом вместо одной появля­ются несколько искр, но значительно меньшей мощности, наруша­ется момент зажигания. Такое явление называется дребезгом кон­тактов. При наличии контактного прерывателя остается необходи­мость периодической регулировки угла замкнутого состояния кон­тактов. Указанные недостатки исключены в бесконтактных системах зажигания, в которых вместо контактного прерывателя использу­ется бесконтактный датчик.

Транзисторные коммутаторы

В реальной контактно-транзисторной системе зажигания вместо транзистора 2 (см. рис. 3.10) применяется транзисторный комму­татор, в котором, кроме транзистора, имеется ряд элементов, слу­жащих для защиты транзистора от перенапряжений и улучшения условий его переключения. Основной функцией транзисторного коммутатора является своевременное замыкание и размыкание пер­вичной цепи катушки зажигания.

Одним из таких коммутаторов является коммутатор ТК102 (рис.3.11). Система зажигания с этим коммутатором работает ана­логично рассмотренной ранее. Отличия вызваны наличием дополни­тельных элементов для управления транзистором. Импульсный трансформатор ИТ обеспечивает ускорение закрывания транзистора. Резистор R служит для формирования запирающего импуль­са. Диод VD1 препятствует прохождению через стабилитрон тока от аккумуляторной батареи. Стабилитрон VD2 ограничивает на­пряжение, предотвращая пробой транзистора. Конденсатор С1 сни­жает потери мощности в транзисторе в период его запирания и, следовательно, уменьшает нагрев транзистора. Добавочный резис­тор выполнен из двух секций R1 и R2. Секция R2 постоянно вклю­чена в цепь первичной обмотки катушки зажигания. Секция R1 при пуске закорачивается. Это необходимо из-за снижения напряжения аккумуляторной батареи при питании стартера

Рис. 3.11. Принципиальная схема контактно-транзисторной системы зажигания с транзисторным коммутатором ТК102

Контроллеры

Для управления углом опережения зажигания в зависимости от ря­да параметров двигателя (углового положения и частоты вращения ко­ленчатого вала, разрежения в околодроссельном пространстве кар­бюратора, температуры охлаждающей жидкости и др.), для управления электроклапаном экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ), для управления накоплением энергии в катушке зажигания используются специальные электронные устройства - контроллеры. На вход контроллеров подается информация с датчиков начала отсчета, частоты вращения, разрежения в околодросселъном пространстве и тем­пературы охлаждающей жидкости. Конструктивно контроллер может быть выполнен автономно или в едином блоке с транзисторным комму­татором. Перспективное направление развития контроллеров связано с применением микропроцессоров и микроЭВМ. Эти устройства спо­собны быстро анализировать большой объем информации и, следо­вательно, эффективно управлять не только системой зажигания, но и другими системами, влияющими на работу автомобиля в целом.

3.4.2. Системы зажигания с накоплением энергии в емкости (тиристорные системы зажигания)

Системы зажигания с накоплением энергии в емкости делятся на системы зажигания с импульсным накоплением энергии и системы зажигания с непрерывным накоплением энергии.

Система зажигания с импульсным накоплением энергии пред­ставлена на рис. 3.12. На выходе преобразователя постоянного на­пряжения в импульсное напряжение (ПН) формируется импульсное напряжение с амплитудой 200-300 В. Оно подается через диод VD1 на накопительный конденсатор С1. Система работает в циклическом режиме. Рабочий цикл можно разбить на три этапа.

Рис. 3.12. Система зажигания с импульсным накоплением энергии в емкости

1этап. Этот этап начинается в момент размыкания контактов прерывателя (по сигналу с регулятора момента зажигания). При этом одновременно начинаются два процесса: процесс накопления энергии в ПН и процесс искрообразования. Образование искры
происходит, потому что по сигналу с устройства управления открывается тиристор VS1 и через него на свечу зажигания подается вы­сокое напряжение с накопительного конденсатора С1. Энергия, на­
капливаемая в ПН, измеряется измерительным устройством. Информация о количестве этой энергии подается с измерительного устройства на устройство управления. Когда в ПН накапливается достаточное количество энергии, устройство управления подает сиг­нал на ПН, по которому начинается второй этап рабочего цикла.

2 этап. На этом этапе энергия, накопленная в ПН, сбрасывается в накопительный конденсатор (импульсное накопление энергии).

3 этап. На этом этапе происходит хранение энергии в накопительном конденсаторе С1. Для предотвращения утечки энергии в цепь питания конденсатора включен диод VD1.

Следует отметить, что в многоискровых системах зажигания по сигналу с регулятора момента зажигания реализуется сначала не­сколько двухэтапных циклов (оптимально - два цикла), состоящих только из первого и второго этапов, а затем один полный, трехэтапный, цикл. Система зажигания с непрерывным накоплением энергии пред­ставлена на рис.3.13. Данная система работает следующим образом. Преобразователь напряжения преобразует напряжение аккумуля­торной батареи 12 В в высокое напряжение 300-400 В. В нако­пительном конденсаторе С1 накапливается энергия искрообразова­ния. При замыкании контактов прерывателя (или по соответст­вующему сигналу с регулятора момента зажигания) устройство уп­равления формирует сигнал, по которому электронный коммутатор подключает накопительный конденсатор к выходу ПН, где имеется высокое напряжение 300-400 В. Конденсатор заряжается до этого напряжения. В момент размыкания контактов прерывателя уст­ройство управления формирует сигнал, по которому электронный коммутатор подключает накопительный конденсатор к первичной обмотке катушки зажигания. В контуре, образованном конденса­тором d и первичной обмоткой катушки зажигания, возникают за­тухающие синусоидальные колебания. Амплитуда напряжения пер­вой полуволны этих колебаний близка к напряжению заряда накопительного конденсатора. При этом во вторичной обмотке катушки за­жигания индуцируется высокое напряжение, достигающее 20-30 кВ.

Рис. 3.13. Система зажигания с непрерывным накоплением энергии в емкости

Системы зажигания с накоплением в емкости имеют перед систе­мами зажигания с накоплением в индуктивности ряд преимуществ: 1) меньшее потребление энергии при хранении энергии в накопите­ле; 2) более крутое нарастание вторичного напряжения, а значит, меньшее рассеяние из-за утечки тока во вторичной цепи.

Основными недостатками систем зажигания с накоплением в ем­кости являются: 1) небольшая длительность искры; 2) наведение мощных радиопомех. Первый недостаток устраняется использовани­ем дополнительных источников энергии для поддержания искры (аккумуляторная батарея, автомобильный генератор, дополнитель­ные накопительные конденсаторы). Второй недостаток частично устраняется сокращением длины проводов во вторичной цепи, при­менением помехоподавительных резисторов, экранированием.