Система зажигания инжекторного и дизельного двигателя автомобиля: виды (контактная и другие)

Дизельный двигатель

Главным принципиальным отличием дизельного двигателя от бензинового является способ приготовления рабочей горючей смеси и дальнейшего ее воспламенения. В большинстве карбюраторных и инжекторных бензиновых двигателей рабочая смесь приготавливается во впускном тракте. Хотя и в некоторых бензиновых двигателях смесь, образуется, как и в дизеле прямо в цилиндре. Воспламенение смеси в бензиновом моторе происходит в нужный момент от электрического пробоя (искры), а в дизеле от высокой температуры находящегося в цилиндре воздуха.

Работает дизель так: при ходе поршня вниз происходит всасывание в цилиндр чистого воздуха, который нагревается при ходе поршня вверх. При этом температура работы дизельного двигателя доходит до 700-900°с, что вызвано высокой степенью сжатия. Когда поршень подходит в верхнюю мертвую точку в камеру сгорания впрыскивается под высоким давлением дизельное топливо и, соприкасаясь с разогретым воздухом, самовоспламеняется. Самовоспламенившееся дизтопливо, расширяясь, приводит к резкому нарастанию давления в цилиндре, чем в принципе и вызвана повышенная шумность работы дизеля.

Описанный выше принцип работы позволяет дизелю использовать очень бедную смесь при сравнительно дешевом дизельном топливе, а это в свою очередь определяет его высокую экономичность и неприхотливость. Дизель имеет на 10% выше КПД и крутящий момент больше, чем у бензинового двигателя. Основными недостатками дизельных моторов являются повышенная шумность и вибрация, трудности холодного пуска и, безусловно, меньшая мощность на единицу объема, хотя современные модели этих недостатков практически не имеют.

Система зажигания

Топливовоздушная рабочая смесь “закачана” в цилиндр двигателя внутреннего сгорания, сжата, теперь для того, чтобы на поршень начала давить сила, смесь необходимо воспламенить. Именно для этой цели и предназначена система зажигания автомобиля. Качество всего процесса сгорания топлива в немалой мере зависит от настройки системы зажигания, воспламенившаяся в нужное время топливовоздушная смесь обеспечивает оптимальную реализацию превращения тепловой энергии в механическую энергию движения поршня [1].

Вообще сегодня существуют три системы зажигания: действующие с применением магнето, батарейное зажигание и безаккумуляторная система, использующая мотоциклетный генератор переменного тока.

На автомобилях же широко применяется батарейное зажигание с классической контактной системой, контактно-транзисторной и бесконтактной электронной системами зажигания.

Рис. 6. Бесконтактная система зажигания

Контактная система состоит из следующих элементов:

· Регулятор опережения зажигания;

Принцип работы контактной системы зажигания основывается на законе электромагнитной индукции. Ток, проходящий в первичной цепи катушки зажигания, образует вокруг магнитное поле. С размыканием контактов ток прекращается, исчезающее магнитное поле индуктирует высоковольтное напряжение (порядка 20-25 киловольт), которое подаётся через распределитель по проводам высокого напряжения к свечам зажигания. Возникающий между электродами свечи искровой разряд воспламеняет топливовоздушную смесь в камере сгорания.

Контактно-транзисторная система зажигания явилась эволюционным продолжением контактной системы. Здесь в первичную цепь включён транзисторный коммутатор, который управляется контактами прерывателя, а коммутатор, в свою очередь, управляет токами первичной цепи. Токи, проходящие через контакты прерывателя в такой системе, намного меньше, чем при контактной, что существенно продлевает срок их службы.

Принцип работы бесконтактной системы зажигания схож с работой контактно-транзисторной системы, с той лишь разницей, что контактный узел прерывателя заменен бесконтактным датчиком Холла, который нашёл наибольшее применение в электронных бесконтактных системах. Его устройство: постоянный магнит, полупроводниковая пластина с микросхемой и экран с прорезями из стали. При прохождении стального “зуба” мимо магнита экран препятствует распространению магнитного поля, и напряжение в пластине из полупроводника не возникает. Поворот экрана прорезью открывает магнитный поток, создаётся напряжение в полупроводнике. При переменном чередовании экрана и зубьев создаются импульсы низкого напряжения.

Бесконтактная система зажигания обеспечивает передачу гораздо большего количества энергии для создания искры по сравнению с контактной, более высокую стабильность импульсов во всём диапазоне оборотов двигателя, чем достигается улучшенное искрообразование. К тому же значительно снижается потребность в обслуживании.

Автоазбука: типы и принцип действия системы зажигания

Эффективная работа автомобильного двигателя достигается только за счет нормальной работоспособности основных систем и узлов. Одной из таковых является система зажигания. Какие функции она выполняет, какие существуют виды СЗ, из каких механизмов и элементов она состоит? Ответы на эти и многие другие вопросы вы можете найти ниже.

Характеристика системы зажигания двигателя

Автомобильные бензиновые инжекторные и дизельные моторы не могут работать при неисправностях в работе системы зажигания. Если хотя бы один составляющий элемент СЗ по каким-то причинам выходит из строя, это приведет к некорректной работе мотора в целом. Для начала рассмотрим основные характеристики СЗ, начнем с предназначения.

Предназначение и функции

Предназначение СЗ заключается в подаче высоковольтного разряда (искры) на свечи в определенный так работы двигателя автомобиля. В частности, речь идет о бензиновых силовых агрегатах. Что касается дизельных моторов, то в данном случае под зажигание подразумевают момент впрыска горючего и такт сжатия.

Если с назначением все понятно, то перейдем к видам:

Контактные СЗ , в данном случае процесс управления за процедурой накопления и распределения высоковольтного разряда по цилиндрам производится с помощью распределительного механизма. Более совершенствованные контактные СЗ стали транзисторными, в них в первичной цепи катушки используется специальный транзисторный коммутатор.
Бесконтактные СЗ. В таких системах управление зарядом осуществления с помощью транзисторного коммутатора, который взаимодействует с бесконтактным датчиком Холла. Многоискровое коммутаторное устройство используется в качестве прерывателя, а процесс распределения энергии производится с помощью механического распределительного узла.
Электронные СЗ. В таких системах применяются специальные управляющие модули, которые осуществляют накопление и дальнейшее распределение разряда одно- или двухконтурной СЗ.

Конструкция

Теперь перейдем к вопросу конструкции СЗ:

Основным элементом считается источник питания, используется батарейное устройство (АКБ), а также генераторный узел. Первый применяется для запуска мотора, а второй — для питания оборудования во время езды.
Выключатель, то есть замок, в который водитель вставляет ключ. Этот механизм используется для подачи напряжения на электросеть авто, а также на втягивающее реле стартерного узла.
Катушка или модуль зажигания. Этот элемент используется непосредственно для накопления, а также дальнейшего преобразования электрической энергии в высоковольтный разряд. Накопители могут быть емкостными или индуктивными.
Не менее важный элемент — это свечи. Эти элементы представляют собой устройства, оснащенные электродами, их количество может варьироваться в зависимости от типа свечей и их производителя. На центральной части конструкции расположен специальный проводниковый элемент.
Механизм распределения. Его предназначение заключается в подачи высоковольтного заряда на определенный цилиндр в определенное время, то есть в самый оптимальный момент. Такие механизмы состоят из распределительных устройств (трамблеров), коммутаторов и управляющих модулей, но их состав может быть разным в зависимости от типа СЗ.
Высоковольтные провода. По сути, это одножильный кабель, оснащенный надежной изоляцией. Проводник, расположенный внутри изоляции, может быть выполнен в виде спирали, это позволят предотвратить образование помех в радиодиапазоне.

Принцип работы и порядок зажигания

Как работает СЗ:

На первом этапе происходит накопление электрической энергии, а также дальнейшая подача заряда нужного уровня.
Далее, осуществляется преобразование накопленной энергии в высоковольтный разряд.
На следующем этапе осуществляется распределение заряда по цилиндрам. Здесь же следует упомянуть о порядке. Порядок зажигания — это процесс подачи заряда на определенные цилиндры, данный параметр определяется производителем для каждого конкретного автомобиля. К примеру, в отечественных ВАЗ 2109 порядок такой — сначала заряд подается на первый цилиндр, затем на третий, четвертый, а потом на второй.
В Газелях порядок немного другой — сначала в работу вступает первый цилиндр, затем второй, потом четвертый и третий. Если вам нужно точно узнать о порядке работы цилиндров, уточните эту информацию в сервисной книжке.
Далее, с помощью свечей в цилиндрах образовывается искра.
На завершающем этапе осуществляется возгорание топливовоздушной смеси, что приводит к запуску силового агрегата (автор видео — Михаил Нестеров).

Следует отметить, что на каждом из этапов важно, чтобы все компоненты системы работали слаженно, только это позволит добиться наиболее эффективной работы.

Характерные неисправности зажигания двигателя

Поскольку по своей конструкции СЗ — это достаточно сложная система, выход из строя одного из ее компонентов может привести к невозможности запуска мотора.

Если двигатель не запускается, причины могут быть следующими:

Окислились контакты на прерывателе, возможно, между ними отсутствует зазор. В данном случае люфт следует отрегулировать, а сами контакты качественно очистить.
Произошло замыкание на массу конденсаторного элемента или проводки контактов. Замыкание необходимо устранить для ликвидации неисправности, а конденсаторный компонент — поменять на работоспособный. Также причина может заключаться в его пробое.
Произошел обрыв в электроцепи высоковольтного напряжения катушки, на ней могла появиться трещина. В данном случае катушка подлежит замене.
В некоторых случаях причина кроется в неправильной установке момента, тогда его следует проверить и при необходимости — отрегулировать.
Еще одна проблема — не включается замок, она актуальна для авто с замком, в машинах, где запуск мотора осуществляется путем нажатия на кнопку, такой проблемы не бывает. Необходимо полностью снять и разобрать механизм, зачистить его, а если нужно — поменять контактную группу (автор видео — канал Мир Матизов).

Если силовой агрегат функционирует неустойчиво на небольших и средних оборотах, причины могут быть такими:

На крышке трамблера появилась трещина, загрязнился роторный механизм. Устройство необходимо протереть, а если трещина серьезная — то крышка подлежит замене.
Заедает уголек крышки или этот компонент износился. Если есть возможность, то заедание следует устранить, а уголек можно поменять.
Перегорело сопротивление, неисправность решается путем замены.
Еще одна причина — пробой изоляции высоковольтных проводов. Неисправность нельзя решить путем дополнительного изолирования провода изолентой, это не тот случай. Нужно точно убедиться в том, что пробой имеет место, если есть необходимость, провод следует поменять.
На свечах по каким-то причинам уменьшился или увеличился зазор, также сами свечи могли замаслиться. Если проблема в зазоре, то его следует отрегулировать. В том случае, если электроды перегорели, то свечи подлежат замене. Проблема замасливания решается путем очистки свечей, но также следует определить причину, по которым это произошло.
Произошло подгорание распределительной пластины роторного механизма. В данном случае пластина подлежит очистке.

Фотогалерея «Неисправности СЗ»

Может быть такое, что мотор не позволяет развивать полную мощность, при этом нет приемистости двигателя, в некоторых случаях проблема может сопровождаться стуком поршневых колец.

На прерывательном механизме ослабла пружина подвижного контакта, можно попытаться произвести регулировку ее натяжения либо просто поменять.
Выставлено позднее или ранее зажигание, необходимо его отрегулировать.
Произошли перебои в образовании искры между электродами. Такая проблема, как правило, требует полной замены вышедшей из строя свечи.
Если причина неисправности заключается в износе подшипниковых элементов прерывателя распределителя, то эти детали также полежат замене, поскольку отремонтировать их не получится.
Проблема может быть обусловлена износом втулки подвижного контакта на прерывательном механизме. Необходимо произвести диагностику, а если есть необходимость, полностью поменять стойку с контактами.

Видео «Самостоятельно чистим свечи»

Как в домашних условиях произвести очистку свечей зажигания — подробная инструкция с описанием основных нюансов приведена в ролике ниже (автор видео — Oleg Ars).

Виды, устройство и принцип работы системы зажигания

Система зажигания двигателя — это комплекс устройств, приборов и датчиков, необходимых для его запуска. Ее главной задачей является создание высокого напряжения для формирование искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь, в точно определенный момент времени. Это обеспечивает правильный режим работы мотора, а потому от исправности системы зажигания зависит расход топлива, мощность и безопасность движения автомобиля.

Устройство и принцип действия типовой системы зажигания

С технической стороны система зажигания входит в комплекс электрооборудования двигателя. Конструктивно она состоит из следующих элементов:

Аккумулятор или другой источник питания. Он подает в сеть низкое напряжение 12 вольт.
Переключатель. При повороте ключа переключатель замыкается и низкое напряжение поступает в накопитель энергии.
Накопитель энергии. Бывает двух видов: индуктивный (катушка зажигания трансформаторного типа, преобразующая низкое напряжение в высокое до 30 тысяч вольт) и емкостной (конденсатор).
Блок управления аккумулированием и распределением энергии. В зависимости от типа системы зажигания это может быть прерыватель, транзисторный коммутатор или ЭБУ (электронный блок управления).
Распределитель. Этот узел может быть механическим или электронным. Он осуществляет снабжение определенных свечей энергией в заданный момент времени.
Провода цепи высокого напряжения. По ним поступает высокое напряжение к электродам свечей.
Свечи зажигания.

Работа системы зажигания основана на следующем принципе: при подаче в сеть низковольтного напряжения, происходит накопление и преобразование энергии, что затем распределяется по свечам, на электродах которых формируется искра, провоцирующая воспламенение топливовоздушной смеси.

Виды систем зажигания

В современном автомобилестроении системы зажигания классифицируют в зависимости от способа управления процессом. При этом выделяют три основных типа схем:

контактная (контактно-транзисторная);
бесконтактная (транзисторная);
электронная (микропроцессорная).

Характерные особенности контактной системы

Исторически контактная система является одной из первых и сегодня ее можно встретить лишь на старых моделях автомобилей. В таких конструкциях формирование высокого напряжения происходит в трансформаторной катушке, а распределение его на свечи реализуется механическим способом — замыканием и размыканием контактов цепи прерывателем-распределителем.

Устройство контактной системы зажигания

Помимо основных элементов, такие системы включают в себя центробежный регулятор опережения зажигания, необходимый для преобразования угла опережения зажигания относительно частоты вращения коленвала. Он представляет собой два груза, воздействующих на мобильную пластину, контактирующую с кулачковым механизмом прерывателя.

Угол опережения зажигания — определенное положение коленвала, при котором осуществляется подача высокого напряжения на свечи. В таком режиме зажигание происходит до момента достижения поршнем верхней мертвой точки, что позволяет обеспечить максимально эффективное сгорание топливовоздушной смеси.

Также в контактных схемах применяется вакуумный регулятор опережения зажигания, изменяющий угол опережения соответственно режиму работы (нагрузке) мотора. Он соединен с полостью, находящейся за дроссельной заслонкой, и при нажатии на педаль газа изменяет угол опережения в зависимости от величины разрежения.

При замыкании контактов низкое напряжение подается на первичную обмотку катушки, где аккумулируется энергия и в момент размыкания контакта происходит формирование высокого напряжения на вторичной обмотке. Затем энергия поступает к распределителю зажигания и далее на соответствующую свечу.

Если нагрузка на силовой агрегат повышается, увеличивается частота вращения вала прерывателя-распределителя, и грузы центробежного регулятора расходятся, изменяя положение пластины. Это способствует более раннему размыканию контактов, что увеличивает угол опережения. При снижении нагрузки на двигатель происходит обратный процесс.

В чем отличия контактно-транзисторной системы зажигания

Следующим поколением системы зажигания стала контактно-транзисторная, предполагающая установку в первичной цепи катушки транзисторного коммутатора. Он позволяет снизить силу тока в обмотке низкого напряжения, что повышает срок эксплуатации контактов.

Контактно-транзисторная система зажигания

За счет установки транзистора напряжение, поступающее на свечи, больше, чем в классической контактной системе на 30%. Зазор между электродами и, как следствие, длина искры при этом также больше, а значит возрастает и площадь контакта с топливовоздушной смесью, что способствует ее полному сгоранию. В контактно-транзисторной системе зажигания прерыватель воздействует не на катушку, а на коммутатор.

При повороте ключа через транзистор начинают проходить два типа токов:

управления;
основной ток первичной обмотки.

Когда контакты размыкаются, ток цепи управления исчезает, а транзистор запирается, препятствуя протеканию тока первичной обмотки. В этот момент магнитное поле формирует высокое напряжение на вторичной обмотке. Для ускорения запирания транзистора в контактной системе зажигания этого типа может устанавливаться импульсный трансформатор.

Принцип работы бесконтактной системы

Эволюционным продолжением транзисторно-контактной системы, является бесконтактное зажигание. В таких конструкциях вместо прерывателя устанавливается специальный датчик импульсов. Это дает возможность увеличить срок службы системы зажигания за счет отсутствия неисправностей, связанных с контактами прерывателя.

Датчик формирует электрические импульсы низкого напряжения. Он бывает трех типов:

Датчик Холла. Конструкция такого датчика включает в себя постоянный магнит, и пластину-полупроводник, оснащенную микросхемой.
Индуктивный. Принцип его работы основан на изменении величины индукции чувствительного элемента в зависимости от величины зазора между датчиком и движущимся пластинчатым ротором, воздействующим на магнитное поле.
Оптический. Он состоит из светодиода, фототранзистора и микросхемы согласования. При попадании света от диода на фототранзистор датчик подает массу (минус питания) на коммутатор. Перекрытие потока света провоцирует исчезновение тока в катушке и способствует дальнейшему формированию искры.

Конструктивно датчик импульсов интегрирован в распределитель и регулируется режимом вращения коленвала двигателя. Прерывание тока в первичной обмотке катушки зажигания бесконтактной системы осуществляется также транзисторным коммутатором, но реагирующим на сигналы датчика.

В момент вращения коленвала датчик посылает импульсы напряжения на коммутатор. Последний, соответственно, формирует импульсы тока в обмотке низкого напряжения катушки. Когда ток не поступает, на вторичной обмотке возникает высокое напряжение, которое передается распределителю и далее по высоковольтным проводам к нужной свече. Изменение угла опережения в бесконтактной системе зажигания также выполняется центробежным и вакуумным регуляторами.

Электронная и микропроцессорная системы

Самой современной системой считается электронная. Она не имеет механических контактов, а потому ее также можно назвать бесконтактной. Электронное зажигание является частью системы управления двигателем.

Электронная система зажигания

Выделяют два типа электронных бесконтактных систем зажигания:

С распределителем. В подобной схеме применяется механический распределитель зажигания, подающий высокое напряжение на заданную свечу.
Прямого зажигания. При такой схеме высокое напряжение поступает к электродам свечи напрямую с катушки.

Помимо базовых элементов электронная система зажигания включает:

Входные датчики. Они регистрируют данные о текущем режиме работы мотора и подают их в виде электронных сигналов блоку управления.
Электронный блок управления. Он выполняет обработку сигналов и передает соответствующие команды на воспламенитель.
Исполнительное устройство, или воспламенитель. Фактически является транзисторной платой, обеспечивающей в открытом режиме поступление напряжения на первичную обмотку, а в закрытом — отсечку и формирование высокого напряжения на вторичной обмотке катушки.

Такие системы могут оснащаться одной общей (в конструкциях с распределителем), индивидуальными (при подаче энергии прямо на свечу) или сдвоенными катушками зажигания.

Разновидностью электронной системы является микропроцессорная. В ней применяется целый комплекс датчиков, сигналы которых обрабатываются ЭБУ. Он рассчитывает оптимальный режим работы системы в заданный момент времени. Преимуществами такой конструкции является снижение расхода топлива и улучшение динамических характеристик автомобиля.

Электронная система зажигания инжекторного двигателя

Устройство электронной системы зажигания

В электронной системе зажигания инжектора используется принцип статического распределения высокого напряжения, то есть в системе отсутствуют подвижные детали. На инжекторных авто высокое напряжение с катушки зажигания подается в два цилиндра, поршни которых в данный момент движутся к верхней мертвой точке. В одном из цилиндров происходит такт сжатия смеси, во втором — такт выпуска.

Такой принцип распределения высокого напряжения называется “методом холостой искры”. На современных инжекторных двигателях устанавливают индивидуальные катушки зажигания на каждый из цилиндров.

Управление углом опережения зажигания

Состав системы зажигания инжекторного двигателя

Модуль зажигания

Катушка зажигания служит для накопления энергии, достаточной для воспламенения топливовоздушной смеси, в ее вторичной цепи формируется высокое напряжение, которое далее подается на свечи зажигания. Катушка зажигания состоит из двух индуктивно связанных обмоток (первичной и вторичной).

Коммутатор служит для включения и выключения тока в первичной обмотке катушки зажигания. Контроллер рассчитывает необходимое время включенного состояния в зависимости от текущих оборотов коленвала и напряжения бортсети и подает на коммутатор управляющий сигнал. В течение времени включенного состояния (времени накопления) ток в первичной обмотке катушки зажигания возрастает до заданного оптимального значения, при котором величина запасаемой энергии достигает максимума. Если время накопления слишком велико, то катушка зажигания будет работать с насыщением, что приведет к ее перегреву и снижению КПД.

Высоковольтные провода зажигания

С помощью высоковольтных проводов высокое напряжение с катушки зажигания подается на свечи зажигания. Высоковольтный провод представляет собой токопроводящую жилу в силиконовой изоляции, на концах которой и находятся высоковольтные контактные наконечники. Высоковольтный провод обладает сопротивлением 6—15 кОм. Это делается специально для снижения уровня электромагнитных помех, которые возникают в момент искрообразования.

Свечи зажигания

Свеча зажигания: 1 — контакт; 2 — изолятор; 3 — корпус; 4 — электропроводное стекло; 5 — уплотнение; 6 — центральный электрод; 7 — боковой электрод

Свечи зажигания служат для воспламенения топливовоздушной смеси. При увеличении напряжения вторичной цепи до величины пробоя искровой промежуток между центральным и боковым электродами свечи зажигания становится токопроводящим, запасенная энергия катушки зажигания преобразуется в искру, воспламеняющую топливовоздушную смесь.

Величина напряжения пробоя искрового промежутка зависит от зазора между электродами, от геометрии электродов, от давления в камере сгорания и от коэффициента избытка воздуха смеси в момент воспламенения. С ростом давления в камере сгорания напряжение пробоя увеличивается.

Длина искрового промежутка влияет на качество сгорания топливовоздушной смеси. Чем больше искровой промежуток, тем увереннее происходит ее воспламенение. Но максимальное значение межэлектродного расстояния ограничивается максимально допустимым значением вторичного напряжения катушки зажигания, скоростью нарастания вторичного напряжения, которое, в свою очередь, определяется конструктивными особенностями катушки зажигания, высоковольтных проводов и свечей зажигания.

Датчик положения коленвала (ДПКВ)

Чтобы обеспечить оптимальное управление двигателем, контроллер системы управления должен всегда знать точное положение поршней в цилиндрах двигателя относительно ВМТ. Для этой цели шкив привода генератора дополнили зубчатым венцом. Расчетное количество зубьев на венце 60, при этом два из них отсутствуют. Угловое расстояние между зубьями составляет 6°.

В паре с зубчатым шкивом работает ДПКВ. Воздушный зазор между ДПКВ и зубчатым венцом составляет 0,7—1,1 мм.

Работа системы зажигания инжекторного двигателя

Процесс воспламенения топливовоздушной смеси

Когда поршень сжимает топливовоздушную смесь, давление в камере сгорания достигает 20-40 бар, а температура смеси 400 – 600°С. Но чтобы смесь загорелась, т.е. произошел бы процесс горения этого недостаточно и нужно на нее воздействовать. Для этого служит искра, которая возникает между центральным и боковым электродами свечи зажигания. Но если искровой заряд будет маломощным, то возгорание может и не произойти.

Чтобы смесь поджигалась нужен очень мощный разряд. К примеру, для стехиометрической смеси он составляет 0.2 мДж, а для ‘бедной’ или ‘богатой’ смеси он должен быть равным 3.0 мДж. Необходимо, чтобы около искры находилось оптимальное количество топливовоздушной смеси. Именно это количество и поджигает всю оставшуюся смесь в цилиндре, а дальше начинается процесс сгорания топлива.

В системе зажигания автомобиля присутствует катушка зажигания, которая накапливает энергию и передает ее на свечу зажигания для возникновения напряжения. Особенность катушки зажигания состоит в том, что напряжение, которая она создает, намного превышает величину пробоя в зазоре свечи зажигания. Катушки зажигания способны накапливать энергию в районе 60 – 120 мДж и обеспечивают напряжение равное 25 – 40 кВ.

Условия для качественного горения топлива:

Достаточная продолжительность искрового разряда,
Оптимальное распыление топливовоздушной смеси,
Однородность топливовоздушной смеси,

Стехиометрический состав топливовоздушной смеси.

На процесс горения также влияет величина искрового разряда между электродами свечи зажигания. Увеличение зазора способствует увеличению длины искры, что приводит к более лучшему процессу сгорания топлива. Величину зазора в свечи зажигания надо выставлять согласно данным производителя мотора.

Угол опережения зажигания (УОЗ). Что это такое?

Три миллисекунды – именно столько проходит между моментом начала воспламенения смеси и ее полным сгоранием.
При повышении частоты вращения коленвала время сгорания остается постоянным, но средняя скорость перемещения поршня возрастает. Это ведет к тому, что когда поршень отходит от ВМТ, сгорание смеси произойдет в большем объеме и давление газов на поршень уменьшиться. Из-за этого упадет мощность двигателя.

Кроме того, при одной и той же частоте вращения коленвала с увеличением нагрузки на двигатель момент воспламенения должен наступать позже. Это объясняется тем, что увеличивается количество горючей смеси, поступающей в цилиндры, и одновременно уменьшается количество примешиваемых к ней остаточных отработавших газов, вследствие чего повышается скорость сгорания. Искра должна возникнуть в тот момент, когда давление сгорания при разных рабочих режимах будет наиболее оптимальным.

Это вызывает необходимость воспламенять рабочую смесь с опережением (до прихода поршня к ВМТ) с таким расчетом, чтобы смесь полностью сгорела к моменту перехода поршнем ВМТ.

Момент зажигания является важным показателем в работе двигателя. От него зависит экономичность мотора, максимальная мощность и содержание вредных веществ в выхлопных газах.

В инжекторных моторах система самостоятельно рассчитывает угол опережения зажигания в зависимости от работы мотора в определенный период. Угол опережения зажигания определяется на основании скорости вращения коленвала, режима работы мотора и нагрузки на двигатель. На основании этих данных система управления двигателем подбирает оптимальный УОЗ.

Детонация двигателя. Что это такое?

Детонация – это непредсказуемые взрыв в моторе, который происходит в неположенное время и может загубить двигатель. Детонация возникает при высокой степени сжатия двигателя и носит опасный характер для мотора. Детонация бывает из-за самопроизвольного сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания.

Детонация свидетельствует о том, что момент зажигания очень ранний. Вследствие могут пострадать детали двигателя из-за повышенной температуры и давления паров. В первую очередь страдают поршни, прокладка головки цилиндров и головка в зоне клапанов. Детонация может приводить к ремонту двигателя.

Детонация мотора можно возникать:

При большой нагрузки на двигатель и повышенных (близким к критическим) оборотов коленчатого вала.
При разгоне. Она слышна как металлический звон и стуки в двигателе (‘стучат пальчики’). Она бывает при повышенной нагрузке, но при малых оборотах мотора. Именно она считается как самая опасная детонация, т.к. ее вовсе не слышно из-за повышенного шума мотора на больших оборотах.

Из-за конструкции двигателя, а также от плохого топлива.

Системы зажигания автомобиля

Автомобильный мотор еще в первых своих модификациях представлял собой сложную конструкцию, состоящую из ряда систем, работающих воедино. Одним из основных компонентов любого бензинового мотора является система зажигания. Об ее устройстве, разновидностях и особенностях мы сегодня и поговорим.

Система зажигания

Система зажигания автомобиля представляет собой комплекс из приборов и устройств, которые работают на обеспечение своевременного появления электрического разряда, воспламеняющего смесь в цилиндре. Она является неотъемлемой деталью электронного оборудования и в своем большинстве завязана на работе механических компонентов мотора. Этот процесс присущ всем моторам, которые не используют для воспламенения сильно нагретый воздух (дизель, компрессионные карбюраторные). Искровое воспламенение смеси применяется и в гибридных моторах, работающих на бензине и газу.

Принцип работы системы зажигания зависит от ее вида, но если обобщать ее работу, можно выделить следующие этапы:

процесс накопления высоковольтного импульса;
проход заряда через повышающий трансформатор;
синхронизация и распределения импульса;
возникновение искры на контактах свечи;
поджог топливной смеси.

Важным параметром является угол или момент опережения – это время, в которое осуществляется поджог воздушно-топливной смеси. Подбор момента происходит так, чтобы предельное давление возникало при попадании поршня в верхнюю точку. В случае с механическими системами его придется выставлять вручную, а в электронно-управляемых системах настройка происходит автоматически. На оптимальный угол опережения влияет скорость движения, качество бензина, состав смеси и другие параметры.

Классификация систем зажигания

Основываясь на методе синхронизации зажигания, различают схемы контактные и бесконтактные. По технологии формирования угла опережения зажигания можно выделить системы с механической регулировкой и полностью автоматические или электронные.

Исходя из типа накопления заряда, для пробития искрового промежутка, рассматривают устройства с накоплением в индуктивности и с накоплением в емкости. По способу коммутации первичной цепи катушки бывают – механические, тиристорные и транзисторные разновидности.

Узлы систем зажигания

Все существующие виды систем зажигания различаются способом создания контролирующего импульса, в остальном их устройство практически не отличается. Поэтому можно указать общие элементы, которые являются неотъемлемой частью любой вариации системы.

Питание – первичным, служит аккумулятор (задействуется при пуске), а при работе – эксплуатируется напряжение, которое производит генератор.

Выключатель – устройство, которое необходимо для подачи питания на всю систему или его отключения. Выключателем служит замок зажигания или управляющий блок.

Накопитель заряда – элемент необходимый для концентрации энергии в нужном объеме, для воспламенения смеси. Существует два типа компонентов для накопления:

Индуктивный – катушка, внутри которой расположился повышающий трансформатор который создает достаточный импульс для качественного поджога. Первичная обмотка устройства питается от плюса батареи и приходит через прерыватель к ее минусу. При размыкании первичного контура прерывателем на вторичном создается высоковольтный заряд, который и передается на свечу.
Емкостный – конденсатор, который заряжается повышенным напряжением. В нужное время накопленный заряд по сигналу передается на катушку.

Схема работы в зависимости от вида накопления энергии

Свечи – изделие, состоящее из изолятора (основа свечи), контактного вывода для подключения высоковольтного провода, металлической оправы для крепления детали и двух электродов, между которыми и образуется искра.

Система распределения – подсистема, предназначенная для направления искры на нужный цилиндр. Состоит из нескольких компонентов:

Распределитель или трамблер – устройство, сопоставляющее обороты коленвала и соответственно – рабочее положение цилиндров с кулачковым механизмом. Компонент может быть механическим или электронным. Первый – передает вращение мотора и посредством специального бегунка распределяет напряжение от накопителя. Второй (статический) исключает наличие вращающихся частей, распределение происходит благодаря работе блока управления.
Коммутатор – прибор, генерирующий импульсы заряда катушки. Деталь присоединяется к первичной обмотке и разрывает питание, генерируя напряжение самоиндукции.
Блок управления – устройство на микропроцессорах, определяющее момент передачи тока в катушку на основании показаний датчиков.

Провод – одножильный высоковольтный проводник в изоляции, соединяющий катушку с распределителем, а также контакты коммутатора со свечами.

Магнето

Одной из первых систем зажигания является – магнето. Она состоит из генератора тока, который создает разряд исключительно для искрообразования. Состоит система из постоянного магнита, который приводится в движение коленчатым валом и катушки индуктивности. Искру, способную пробить искровой промежуток генерирует повышающий трансформатор, одной частью которого служит грубая обмотка катушки индуктивности. Для повышения напряжения используют часть обмотки генератора, которая соединена с электродом свечи.

Система зажигания с магнето

Контроль за подачей искры может быть контактный, выполненный в виде прерывателя или бесконтактный. При бесконтактном методе подачи искры применяются конденсаторы, которые улучшают качество искры. В отличие от представленных далее схем зажигания, магнето не требуется аккумулятор, оно легкое и активно применяется в компактной технике – мотокосах, бензопилах, генераторах и т.д.

Контактная система зажигания

Устаревшая, распространенная схема воспламенения топливной смеси. Отличительной особенностью системы является создание высокого напряжения, вплоть до 30 тысяч В на свечи. Создает такое высокое напряжение катушка, которая соединена с распределительным механизмом. Импульс на катушку передается благодаря специальным проводам, соединенным с контактной группой. При размыкании кулачков происходит формирование разряда и искры. Устройство также выполняет роль синхронизатора, так как момент образования искры должен совпадать с нужным моментом такта сжатия. Данный параметр устанавливается посредством механической регулировки и сдвига искры на более раннюю или позднюю точку.

Уязвимой частью такого варианта является естественный механический износ. Из-за него меняется момент образования искры, он нестабильный для различных положений бегунка. Ввиду чего появляются вибрации мотора, падает его динамика, ухудшается равномерность работы. Тонкие настройки позволяют избавиться от явных неисправностей, но проблема может возникнуть повторно.

Преимуществом контактного зажигания является его надежность. Даже при серьезном износе деталь будет работать безотказно, позволяя мотору работать. Схема не прихотлива к температурным режимам, практически не боится влаги или воды. Такой вид зажигания распространен на старых автомобилях и по сей день используется на ряде серийных моделей.

Бесконтактное зажигание

Принципиальная схема работы бесконтактной системы несколько отличается. Она сохраняет трамблер, как элемент конструкции, но он лишь выполняет функцию синхронизации цилиндров и отсылает импульс на коммутатор. В свою очередь транзисторный элемент, синхронизируется с показателем датчика и определяет угол зажигания, а также другие настройки – автоматически.

Преимущество системы – стабильность качества искрообразования, которое не зависит от ручных настроек или сохранности поверхности контактов. Если рассматривать превосходство данного варианта над контактной схемой, можно выделить:

система генерирует искру высокого качества постоянно;
устройство системы зажигания исключает ухудшение ее работы вследствие износа или загрязнения;
отсутствует необходимость производить тонкие настройки угла зажигания;
не приходится следить за состоянием контактов, контролировать их угол замыкания и другие настройки.

В результате использования бесконтактной системы можно наблюдать снижение расхода топлива, улучшение динамических характеристик, отсутствие сильных вибраций мотора, стабильная искра позволяет облегчить холодный пуск.

Электронное зажигание

Современная, наиболее совершенная схема, которая полностью исключает наличие подвижных частей. Для получения необходимых данных о положении коленвала и других применяются специальные датчики. Далее электронный блок управления производит расчеты и посылает соответствующие импульсы на рабочие компоненты. Такой подход позволяет максимально точно определить момент подачи искры, благодаря чему смесь разжигается своевременно. Это позволяет получить больше мощности, улучшить продувку цилиндра и снизить вредные выбросы, благодаря лучшему дожигу топлива.

Схема электронной системы

Электронная система зажигания автомобиля отличается высокой стабильностью работы и устанавливается на большинство современных авто. Такая популярность определена преимуществами данной схемы:

Снижение расхода топлива во всех режимах работы мотора.
Улучшение динамических показателей – отклик на педаль газа, скорость разгона и т.д.
Более плавная работа мотора.
Выравнивается график момента и лошадиных сил.
Минимизируются потери мощности на низких оборотах.
Совместима с газобаллонным оборудованием.
Программируемый электронный блок позволяет настроить двигатель на экономию топлива или наоборот, на повышение динамических показателей.

Назначение системы зажигания достаточно простое, она является неотъемлемой частью бензинового двигателя, а также моторов, оснащенных ГБО. Этот компонент постоянно меняется и приобретает новые формы, соответствующие современным требованиям. Несмотря на это даже самые простые модели зажигания все еще используются на различной технике, успешно выполняя свою работу, как и десятки лет назад.