Общая схема системы зажигания. Электронное зажигание своими руками: переоборудование, регулировка

Рассмотрим принцип действия бесконтактной системы зажигания на примере системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099. Определим, откуда берется искра для поджига топливной смеси в камере сгорания и почему она проскакивает своевременно для каждого цилиндра.

Бесконтактная система зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099 включает в себя катушку зажигания, свечи зажигания, высоковольтные провода (бронепровода), трамблер с распределителем зажигания, датчиками-регуляторами опережения зажигания (центробежным и вакуумным) и датчиком Холла, также коммутатор и провода низкого напряжения.

Схема бесконтактной системы зажигания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

Откуда поступает ток в систему зажигания?

Электрический ток в систему зажигания поступает с вывода «30» генератора, через монтажный блок предохранителей и реле, реле зажигания и далее на вывод «Б» катушки зажигания. Система запитывается после поворота ключа в замке зажигания.

Принцип действия бесконтактной системы зажигания

— При работе двигателя вращается вал распределителя зажигания (трамблера). В работу вступает . Стальной круглый экран с четырьмя прорезями на валу трамблера, вращаясь, проходит через зазор этого датчика. Когда проходит прорезь экрана, напряжение отдаваемое датчиком ниже бортового на 3 В или равно ему, когда зубец экрана, напряжение падает практически до нуля. Прохождение каждого из четырех зубцов соответствует такту сжатия и моменту зажигания в одном из цилиндров двигателя.

Примечания и дополнения

Д.Соснин

На легковых автомобилях, оборудованных бензиновым двигателем внутреннего сгорания, применяются различные системы электроискрового зажигания: контактные, контактно-транзисторные, бесконтактно-транзисторные, электронно-цифровые, микропроцессорные.

1. Транзисторные системы зажигания

Транзисторные системы зажигания принято подразделять на две группы:

Контактно-транзисторные (КТСЗ) и бесконтактно-транзисторные (БТСЗ). В контактно-транзисторной системе зажигания контактная пара прерывателя в первичной цепи катушки зажигания отсутствует и заменена транзисторным ключом КТ. Но сам транзисторный ключ управляется по базе контактной парой механического прерывателя К прежней конструкции. Это позволило уменьшить ток разрыва в контактной паре и за счет усиления в транзисторе увеличить ток разрыва в индуктивном накопителе (в первичной обмотке катушки зажигания). При этом коэффициент запаса по вторичному (выходному) напряжению увеличился. Эксплуатационная надежность системы зажигания стала несколько выше. Наряду с контактно-транзисторными системами зажигания были разработаны также и контактно-тиристорные системы с емкостным накопителем, которые не нашли широкого практического применения.

Бесконтактно-транзисторная система зажигания (БТСЗ) - это первая система с чисто электронным устройством управления первичным током катушки зажигания и с бесконтактным электроимпульсным датчиком момента зажигания, который, как и контактная пара в классическом прерывателе-распределителе, расположен на подвижной площадке приводного валика механического высоковольтного распределителя. Положение подвижной площадки относительно оси приводного валика (угол разворота) может регулироваться аппаратами опережения зажигания (центробежным и вакуумным). Подвижная площадка и установленный на ней активатор бесконтактного датчика представляют собой электромеханическое устройство управления моментом зажигания. Такое устройство управления в совокупности с высоковольтным распределителем образуют так называемый датчик-распределитель .

Электронное устройство управления первичным током в БТСЗ конструктивно выполнено в виде отдельного блока, который называется коммутатором. По выходу коммутатор соединен с катушкой зажигания, а по входу - управляется электроимпульсным входным датчиком на распределителе.

Таким образом, бесконтактно-транзисторная система зажигания (рис. 1) -

Это совокупность электронного коммутатора К, датчика-распределителя РР, катушки зажигания КЗ и традиционной выходной исполнительной периферии: высоковольтных проводов ВВП и свечей зажигания.

Бесконтактно-транзисторные системы зажигания (БТСЗ) стали устанавливаться на легковых автомобилях в конце 60-х годов и с тех пор постоянно совершенствовались.

В качестве бесконтактных входных датчиков с механическим приводом от распредвала ДВС были испытаны магнитоэлектрические, индукционные, электромагнитные генераторные, параметрические, оптоэлектронные и прочие преобразователи механического вращения в электрический сигнал (рис. 2).

Бесконтактный датчик выполняет в системе зажигания следующие функции: задает установочный угол* опережения зажигания; управляет моментом зажигания при изменении частоты вращения и нагрузки двигателя; определяет тактность работы ДВС. По совокупности перечисленных функций бесконтактный датчик выдает на вход коммутатора оптимальную величину

* Установочным называется угол опережения зажигания на предельно низких (холостых) оборотах двигателя, когда центробежный и вакуумный регуляторы еще не работают. текущего значения угла опережения зажигания для различных режимов работы двигателя.

Вначале, как более простой и достаточно надежный, широкое практическое применение получил магнитоэлектрический датчик. Но с разработкой активатора на эффекте Холла последний стал основным элементом для всех последующих бесконтактных датчиков электронных систем зажигания.

Не менее значительной модернизации подвергались электронные коммутаторы БТСЗ. От тиристорных коммутаторов быстро отказались, так как система зажигания с емкостным накопителем выдает на свечи очень короткий импульс высокого напряжения (не более 250...300 мкс), что не приемлемо для большинства современных бензиновых автомобильных двигателей.

Первые простейшие транзисторные коммутаторы работали без ограничения амплитуды первичного тока, т.е. в режиме постоянной скважности импульсов зарядного тока для индуктивного накопителя (отечественный коммутатор 13.3734).

В системах зажигания с такими коммутаторами амплитуда высоковольтного импульса на вторичной обмотке катушки зажигания, как и в контактной системе, зависит от частоты вращения двигателя, а также от напряжения в бортсети автомобиля.

На смену коммутаторам с постоянной скважностью (КПС) пришли коммутаторы с нормируемой скважностью (КНС), в которых ток заряда индуктивного накопителя поддерживается в заданных пределах ограничения путем управляемого насыщения выходного транзистора. Это защищает выходной транзистор коммутатора от перегрузки по току, а также стабилизирует амплитуду тока заряда при изменении напряжения в бортсети. Выходное напряжение U2 при этом также стабилизируется.
Но ограничение тока мощного транзистора насыщением приводит к значительному выделению тепловой энергии на коллекторно-эмиттерном переходе и, как следствие, к низкой функциональной надежности системы зажигания в целом.

Исключить этот недостаток в коммутаторах с нормируемой скважностью можно введением в схему электронного регулятора времени накопления энергии (времени протекания тока заряда через индуктивный накопитель). Так появились коммутаторы с программным регулятором времени накопления (коммутатор 36.3734), а вслед за ними и более совершенные коммутаторы с адаптивным регулированием (коммутатор 3620.3734). Последние, помимо основной функции регулирования времени, обеспечивают более высокую точность поддержания параметров тока заряда при воздействии на систему зажигания различных дестабилизирующих факторов (неустойчивая работа двигателя, окружающая среда, старение и уход номиналов радиоэлементов и пр.).

Электронные коммутаторы БТСЗ исключительно разнообразны не только по схемотехническому, но и по технологическому исполнению. Электронные схемы коммутаторов,первоначально аналоговые и на дискретных радиоэлементах, были вытеснены интегральными микросхемами с цифровым принципом действия. Стали появляться коммутаторы на так называемых заказных (специально разработанных для АСЗ) больших интегральных и монокристальных схемах.

Известно более 60-ти разновидностей бесконтактных систем зажигания с электронными коммутаторами, серийно выпускаемых за рубежом. Из отечественных транзисторных коммутаторов наиболее распространены одноканальные 36.3734 и 3620.3734, а также двухканальный 6420.3734 .

В качестве примера схемной реализации бесконтактно-транзисторной системы зажигания рассмотрим один из вариантов ее принципиальной электрической схемы (рис. 3).

Выходной каскад ВК, помимо традиционной катушки зажигания и транзисторного ключа VT3, содержит ряд дополнительных элементов. VD1 - диод для защиты транзисторного ключа VT3 от обратного прохождения тока (от инверсного включения) во время емкостной фазы разряда, когда имеет место обратная полу волна напряжения в первичной обмотке катушки зажигания (инверсное включение VT3 образуется и при случайном обратном включении аккумуляторной батареи). VD2 - стабилизирующий диод для ограничения величины падения напряжения на участке эмиттер-коллектор закрытого (разомкнутого) транзистора VT3 (защита от перенапряжения). Конденсатор С1 с первичной обмоткой катушки зажигания образует последовательный колебательный контур ударного возбуждения, что увеличивает скорость нарастания выходного напряжения системы зажигания. Резистор R3 ограничивает ток разряда конденсатора С1 через открытый (замкнутый) ключ VT3. Для того чтобы ключ VT3 работал стабильно, т.е. при включении и выключении обеспечивал крутые фронты и постоянство амплитуды импульса первичного тока в катушке зажигания, управляющий (базовый) импульс тока транзистора VT3 должен быть с крутыми фронтами и достаточно большим по амплитуде для глубокого насыщения транзистора. На формирование управляющего импульса тока работает предварительный усилитель-ограничитель на транзисторе VT1 и стабилизирующий транзистор обратной связи VT2.

Перечисленные элементы составляют электрическую схему коммутатора ТСЗ.

Датчик-распределитель содержит механическое устройство управления моментом зажигания, в кото рое входят магнитная система М датчика Холла с индукцией поля В, активатор ЭХ датчика Холла, усилительограничитель УО, триггер Шмитта ТШ, разделительный транзистор VT и стабилизатор напряжения СТ.

В датчик-распределитель входят также центробежный (ЦБР) и вакуумный (ВР) регуляторы, магнитный атенюатор А датчика Холла и собственно сам ротационный высоковольтный распределитель РР. Следует отметить, что электронный коммутатор в БТСЗ является лишь формирователем формы импульса тока в первичной обмотке катушки зажигания, а значит и скорости нарастания вторичного напряжения но к формированию момента зажигания коммутатор прямого отношения не имеет. Момент зажигания в БСЗ, как и в контактных системах, формируется электромеханическим устройством управления - бесконтактным датчиком на распределителе. Это обстоятельство является принципиальным недостатком всех бесконтактно-электронных систем зажигания. Второй недостаток - наличие в системе ротационного высоковольтного распределителя. Дальнейшее совершенствование автомобильных систем зажигания шло по пути устранения этих недостатков.

2. Электронные и микропроцессорные системы зажигания

Электронные и микропроцессорные системы зажигания имеют три принципиальных отличия от предшествующих систем:

2. Применение микроэлектронной технологии, помимо получения преимуществ по надежности, позволяет значительно расширить функции электронного управления. Стало возможным внедрение в автомобильную систему зажигания бортовой самодиагностики и принципов схемотехнического резервирования.

3. Выходные каскады этих систем в подавляющем большинстве случаев многоканальные и, как следствие, не содержат высоковольтного распределителя зажигания.

Электронные и микропроцессорные системы зажигания отличаются друг от друга способами формирования основного сигнала зажигания, т.е. того сигнала, который от ЭБУ подается на спусковое устройство накопителя.

В ЭСЗ основной сигнал зажигания формируется с применением время-импульсного способа преобразования информации от входных датчиков. Это когда контролируемый процесс задается временем его протекания, с последующим преобразованием времени в длительность электрического импульса. Таким образом, в ЭСЗ контроллер содержит электронный хронометр и управляется аналоговыми сигналами. Компонентный состав современной ЭСЗ показан на рис. 4.

В МСЗ, структурная схема которой показана на рис. 5, для формирования сигнала зажигания применяется число-импульсное преобразование, при котором параметр процесса задается не временем протекания, а непосредственно числом электрических импульсов.

Функции электронного вычислителя здесь выполняет число-импульсный микропроцессор, который работает от электрических импульсов, стабилизированных по амплитуде и длительности (от цифровых сигналов). Поэтому между микропроцессором и входными датчиками в ЭБУ МСЗ устанавливаются число-импульсные преобразователи аналоговых сигналов в цифровые (ЧИПы).

В отличие от электронной, микропроцессорная система зажигания работает по заранее заданной для данного двигателя внутреннего сгорания программе управления. Поэтому в вычислителе микропроцессорной системы зажигания имеется электронная память (постоянная и оперативная).

Программа управления для конкретной конструкции двигателя определяется экспериментально, в процессе его разработки. На испытательном стенде имитируются все возможные режимы двигателя при всех возможных условиях его работы. Для каждой экспериментальной точки подбирается и регистрируется оптимальный угол опережения зажигания. Получается набор многочисленных значений угла для момента зажигания, каждое из которых отвечает строго определенной совокупности сигналов от входных датчиков. Графическое изображение такого множества представляет собой трехмерную характеристику зажигания, которая в виде матрицы показана на рис. 6.

Координаты трехмерной характеристики "зашиваются" в постоянную память микропроцессора и в дальнейшем служат опорной информацией для определения угла опережения зажигания в реальных условиях эксплуатации двигателя на автомобиле. Изменение опорного (взятого из памяти) угла 8 опережения зажигания осуществляется автоматически. Увеличение угла 8 происходит: при повышении оборотов, при уменьшении нагрузки и при понижении температуры ДВС. Уменьшение угла 8 имеет место при увеличении нагрузки, при падении оборотов и при повышении температуры ДВС.

Если в МСЗ помимо основных датчиков используются дополнительные (например, датчик детонации в цилиндрах ДВС), то в микропроцессоре осуществляется коррекция опорного значения угла опережения зажигания по сигналам этих датчиков. При этом корректировка производится по каждому цилиндру в отдельности.

Электронные блоки управления для ЭСЗ и МСЗ, помимо функциональных и схемотехнических, имеют и принципиальные конструктивные различия.

В ЭСЗ блок управления является самостоятельным конструктивным узлом и называется контроллером (рис. 7).

На входы контроллера подаются сигналы от входных датчиков системы зажигания, а по выходу - контроллер работает на электронный коммутатор выходного каскада (см. рис. 4). Все электронные схемы контроллера низкоуровневые (потенциальные), что позволяет включать их в состав других бортовых электронных блоков управления (например, в ЭБУ системы впрыска топлива).

В МСЗ все функции управления интегрированы в центральный бортовой компьютер автомобиля и персональный блок управления для системы зажигания может отсутствовать. Функции входных датчиков МСЗ выполняют универсальные датчики комплексной системы автоматического управления двигателем. Основной сигнал зажигания подается на электронный коммутатор выходного каскада МСЗ непосредственно от центрального бортового компьютера.

Несмотря на значительные различия электронных и микропроцессорных систем зажигания, по устройствам управления выходные каскады этих систем имеют идентичное схемотехническое и конструктивное исполнение, при котором каждая свеча зажигания на многоцилиндровом ДВС получает энергию для искрообразования по отдельному каналу. Такое распределение называется статическим или многоканальным.

Что это дает автомобильной системе зажигания?

Ясно, что в электронных и особенно в микропроцессорных системах зажигания, высоконадежных и высокоточных в функциональном отношении, формирование момента зажигания в которых реализуется с точностью 0,3...0,5° для каждого цилиндра в отдельности, применение высоковольтного механического распределителя совершенно недопустимо. Здесь приемлемы электронные способы переключения каналов на низкопотенциальном уровне непосредственно в электронном блоке управления с дальнейшим статическим разделением каналов по высокому напряжению на многовыводных или индивидуальных катушках зажигания. Это неизбежно приводит к многоканальности выходного каскада системы зажигания.

3. Выходные каскады с многовыводными катушками зажигания

Откуда пришла такая идея? Известно, что в системе зажигания, на выходе которой установлен высоковольтный распределитель, во время разряда накопителя имеют место две искры: одна основная (рабочая) в свече зажигания и другая вспомогательная - между бегунком распределителя и контактом одного из его свечных выводов. Вторичная обмотка выходного трансформатора (катушки зажигания) высоковольтным выводом соединена с центральным бегунком распределителя, а другой вывод обмотки является нулевым, так как во время разряда накопителя соединяется с "массой" автомобиля (см. рис. 3, ). Энергия вспомогательной искры в распределителе тратится бесполезно, и эту искру стремятся всячески подавить. Отсюда ясно, что вспомогательную искру из-под крышки распределителя можно перенести во вторую свечу зажигания, соединив ее с первой через массу головки блока цилиндров последовательно. Для этого достаточно исключить распределитель из выходного каскада, отсоединить от массы автомобиля заземляемый вывод катушки зажигания и подключить к нему вторую электроискровую свечу (рис. 8).

При одновременном искрообразовании в двух свечах зажигания одна искра является высоковольтной (12...20 кВ) и воспламеняет топливовоздушную смесь в конце такта сжатия (рабочая искра). При этом другая искра низковольтная (5...7 кВ), холостая. Явление перераспределения высокого напряжения от общей вторичной обмотки между искровыми промежутками в двух свечах зажигания есть следствие глубоких различий условий, при которых происходит искрообразование. В конце такта сжатия незадолго до появления рабочей искры температура топливовоздушного заряда еще недостаточно высокая (200...300°С), а давление, наоборот - значительное (10...12 атм). В таких условиях пробивное напряжение между электродами свечи - максимально. В конце такта выпуска, когда имеет место искрообразование в среде отработавших газов, пробивное напряжение минимально, так как температура выхлопных газов высокая (800...1000°С), а давление низкое (2...3 атм). Таким образом, при статическом распределении высокого напряжения с помощью двухвыводной катушки зажигания (на двух последовательно соединенных свечах - одновременно) почти вся энергия высоковольтного электроискрового разряда приходится на рабочую искру.

Впервые двухвыводная катушка была применена в контактной батарейной системе зажигания для двухцилиндрового 4-х тактного двигателя. Примером может служить система зажигания для двигателя польского автомобиля ФИАТ-126Р (рис. 9). Аналогичная по принципу действия система зажигания установлена на отечественном автомобиле ОКА (с электронным управлением).

Если в ДВС четыре цилиндра, потребуется две двухвыводных катушки зажигания и два раздельных энергетических канала коммутации в выходном каскаде (см. рис. 5). На рис. 10 приведена диаграмма последовательности искрообразования в цилиндрах 4-х цилиндрового четырехтактного двигателя, оснащенного системой зажигания с двумя двухвы-водными катушками зажигания. Для шестицилиндрового двигателя потребуется три двухвыводных катушки зажигания и три энергетических канала.

В настоящее время разработан ряд автомобильных систем зажигания, в которых две двухвыводных катушки зажигания собираются на общем Ш-образном магнитопроводе и тем самым образуется одна 4-выводная катушка зажигания (например для автомобиля ВАЗ-2110). Такая катушка имеет две первичных и две вторичных обмотки и управляется от двухканального коммутатора. Четырехвыводная катушка зажигания может иметь и одну вторичную двухвыводную обмотку при двух первичных. Вторичная обмотка такой катушки дооборудована четырьмя высоковольтными диодами - по два на каждый высоковольтный вывод .

Недостатком любой системы зажигания с двухвыводными катушками является то, что в одной свече искра развивается от центрального электрода к массовому (боковому), а во второй свече - в обратном направлении (см. рис. 8). Так как центральный электрод заострен и всегда значительно горячее бокового, то истечение носителей заряда с его острия при искрообразовании требует затраты меньшего количества энергии, чем при истечении с бокового электрода (на центральном электроде начинает проявляться термоэлектронная эмиссия). Это приводит к тому, что пробивное напряжение на свече, работающей в прямом направлении, становится несколько ниже (на 1,5.2 кВ), чем на свече с обратным включением полярности. Для современных электронных и микропроцессорных систем зажигания с большим коэффициентом запаса по вторичному напряжению и с управляемым временем накопления энергии это не имеет принципиального значения.

4. Выходные каскады с индивидуальным статическим распределением

На рис. 11 показана функциональная схема ЭСАУ Motronic М-3,2,

Которая устанавливается на четырехцилиндровых двигателях автомобилей AUDI-A4 (выпуск после 1995 года).

В контроллере J220 имеется микропроцессор с блоком памяти, в котором хранится трехмерная характеристика зажигания (см. рис. 6). По этой характеристике, а также по сигналам датчика ДО G-28 (датчик частоты вращения двигателя) и датчика ДН G-69 (датчик нагрузки двигателя) устанавливается начальный угол Q(кю) = F(n) опережения зажигания. Далее по сигналам датчиков ДХ G-40, ДТ G-62 и ДД G-66 в цифровом микропроцессоре производится вычисление текущего (необходимого для данного режима работы ДВС) значения угла опережения зажигания, который с помощью электронной схемы переключения каналов подается в виде основного импульса S зажигания в соответствующий канал электронного коммутатора К-122. К этому времени в этом канале индуктивный накопитель N находится в заряженном (от бортсети +12 В) состоянии и по сигналу S разряжается на соответствующую свечу зажигания. Через 180° поворота коленвала описанные процессы будут иметь место в следующем (по порядку работы двигателя) канале коммутатора.

Основные преимущества системы зажигания, интегрированной в ЭСАУ Motronic, состоят в следующем:

5. Выходной каскад с управляемым трансформатором зажигания

Электрическая схема выходного каскада с трансформатором насыщения показана на рис. 12.

Выходной трансформатор имеет два магнитопровода - М1 и М2, охваченных общей первичной обмоткой Каждый магнитопровод оснащен отдельной обмоткой управления Wв и Wв") и отдельной двухвыводной вторичной обмоткой (W2" и W2""). Когда по управляющей обмотке Wв" протекает ток, достаточный для насыщения сердечника М1, а обмотка Wв" обесточена, то высокое напряжение будет наводиться только во вторичной обмотке W2". Если обесточить управляющую обмотку Wв" и пропустить ток насыщения по обмотке Wв", то насытится сердечник М2 и высокое напряжение будет трансформировано только в обмотку W2"".

Система зажигания с трансформатором насыщения обладает высокой надежностью, малыми габаритами и весом, но ее промышленный выпуск пока не реализован из-за значительных технических трудностей изготовления (для трансформатора насыщения требуются тороидальные сердечники из высококачественного пермалоя. Намотка многовитковых обмоток на такие сердечники крайне затруднена).

6. Высоковольтные провода

Есть три способа подавления радиопомех от АСЗ: экранизация высоковольтных проводов, свечей, катушки зажигания и высоковольтного распределителя; введение в центральный токовод высоковольтного провода распределенной индуктивности и распределенного сопротивления; установка помехоподавительного резистора непосредственно в изолятор свечи зажигания.

Экранизация требует увеличения запаса по вторичному напряжению и делает выходной каскад АСЗ громоздким. Высоковольтный провод с распределенными параметрами имеет недостаточно высокую конструктивную надежность, сложную технологию изготовления и высокую стоимость.

В современных системах зажигания применяют свечи с помехоподавительным резистором 4...10 кОм, а длину высоковольтных проводов стремятся свести к минимуму. Последнее становится возможным благодаря применению индивидуальных катушек зажигания, установленных непосредственно на свечах (см. рис. 11).

Высоковольтные провода подразделяют на низкоомные (до 0,5 Ом/м - в устаревших конструкциях проводов) и высокоомные (1...10 кОм/м). Провода маркируются двумя способами: цветом и текстовой надписью вдоль провода.

Отечественные провода светло-коричневой или пестрой расцветки - низкоомные. Провода красного или розового цвета ПВВП-8 обладают распределенным сопротивлением 2000+200 Ом/м; синего цвета ПВППВ-40 - 2550±250 Ом/м. На высоковольтных проводах импортного производства электрические параметры чаще обозначаются текстом вдоль провода. Содержание текста можно расшифровать по фирменному каталогу.

Любой из трех указанных способов подавления радиопомех приводит к некоторому падению высоковольтного выходного напряжения системы зажигания, что иногда сказывается при пуске холодного двигателя в слякотную зимнюю погоду, когда провода покрываются тонким инеем. Чтобы устранить этот недостаток, в современных микропроцессорных системах зажигания стали применять грязевлагозащиту высоковольтных проводов и свечей зажигания (укрытие проводов в изоляционную трубку или под пластмассовую крышку вместе со свечами).

* В заключение следует отметить, что автомобили с центральным бортовым компьютером (ЦБК) - пока редкость. Но перспектива очевидна. В недалеком будущем ЦБК станет единым электронным блоком управления, общим для всех функциональных систем на борту автомобиля, таких как: впрыск топлива, электроискровое зажигание, антиблокировка тормозов, управление дифференциалами ведущих колес, антипробуксовка колес и т.д. и т.п. Но даже при полной интеграции функций управления в центральный бортовой компьютер принципы построения электронных схем для электроискровых систем зажигания надолго останутся такими же, как и в современных микропроцессорных системах.

Литература

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.

Простейшая схема

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.

Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах бензиновых двигателей. Основными требованиями к системе зажигания являются:

• Обеспечение искры в нужном цилиндре (находящемся в такте сжатия) в соответствии с порядком работы цилиндров.
• Своевременность момента зажигания. Искра должна происходить в определенный момент (момент зажигания) в соответствии с оптимальным при текущих условиях работы двигателя углом опережения зажигания, который зависит, прежде всего, от оборотов двигателя и нагрузки на двигатель.
• Достаточная энергия искры. Количество энергии, необходимой для надежного воспламенения рабочей смеси, зависит от состава, плотности и температуры рабочей смеси.
• Общим требованием для системы зажигания является ее надежность (обеспечение непрерывности искрообразования).

Неисправность системы зажигания вызывает неполадки как при запуске, так и при работе двигателя:

• трудность или невозможность запуска двигателя;
• неравномерность работы двигателя – “троение” или прекращение работы двигателя при пропусках искрообразования в одном или нескольких цилиндрах;
• детонация, связанная с неверным моментом зажигания и вызывающая быстрый износ двигателя;
• нарушение работы других электронных систем за счет высокого уровня электромагнитных помех и пр.

Существует множество типов систем зажигания, отличающихся и устройством и принципами действия. В основном системы зажигания различаются по:
а) системе определения момента зажигания.
б) системе распределения высоковольтной энергии по цилиндрам.

При анализе работы систем зажигания исследуются основные параметры искрообразования, смысл которых практически не отличается в различных системах зажигания:

• угол замкнутого состояния контактов (УЗСК, Dwell angle) – угол, на который успевает повернуться коленчатый вал от момента начала накопления энергии (конкретно в контактной системе – момента замыкания контактов прерывателя; в других системах – момента срабатывания силового транзисторного ключа) до момента возникновения искры (конкретно в контактной системе – момента размыкания контактов прерывателя). Хотя в прямом смысле данный термин можно применить только к контактной системе – он условно применяется для систем зажигания любых типов.
• угол опережения зажигания (УОЗ, Advance angle) – угол, на который успевает повернуться коленчатый вал от момента возникновения искры до момента достижения соответствующим цилиндром верхней мертвой точки (ВМТ). Одна из основных задач системы зажигания любого типа – обеспечение оптимального угла опережения зажигания (фактически – оптимального момента зажигания). Оптимально поджигать смесь до подхода поршня к верхней мертвой точке в такте сжатия – чтобы после достижения поршнем ВМТ газы успели набрать максимальное давление и совершить максимальную полезную работу на такте рабочего хода. Также любая система зажигания обеспечивает взаимосвязь угла опережения зажигания с оборотами двигателя и нагрузкой на двигатель. При увеличении оборотов, скорость движения поршней увеличивается, при этом время сгорания смеси практически не изменяется – поэтому момент зажигания должен наступать чуть раньше – соответственно при увеличении оборотов, УОЗ надо увеличивать.
  На одной и той же частоте вращения коленчатого вала двигателя, положение дроссельной заслонки (педали газа) может быть различным. Это означает, что в цилиндрах будет образовываться смесь различного состава. А скорость сгорания рабочей смеси как раз и зависит от ее состава. При полностью открытой дроссельной заслонке (педаль газа “в полу”) смесь сгорает быстрее и поджигать ее нужно позже – соответственно при увеличении нагрузки на двигатель, УОЗ надо уменьшать. И наоборот, когда дроссельная заслонка прикрыта, скорость сгорания рабочей смеси падает, поэтому угол опережения зажигания должен быть увеличен.
• напряжение пробоя – напряжение во вторичной цепи в момент образования искры – фактически – максимальное напряжение во вторичной цепи.
• напряжение горения – условно-установившееся напряжение во вторичной цепи в течение периода горения искры.
• время горения – длительность периода горения искры.

Обобщенно структуру системы зажигания можно представить следующим образом:

Рассмотрим подробнее каждый из элементов системы:

1. Источник питания для системы зажигания – бортовая сеть автомобиля и ее источники питания – аккумуляторная батарея (АКБ) и генератор.

2. Выключатель зажигания.

3. Устройство управления накоплением энергии – определяет момент начала накопления энергии и момент “сброса” энергии на свечу (момент зажигания). В зависимости от устройства системы зажигания на конкретном авто может представлять из себя:

Механический прерыватель, непосредственно управляющий накопителем энергии (первичной цепью катушки зажигания). Данный компонент нужен для того, чтобы замыкать и размыкать питание первичной обмотки катушки зажигания. Контакты прерывателя находятся под крышкой распределителя зажигания. Пластинчатая пружина подвижного контакта постоянно прижимает его к неподвижному контакту. Размыкаются они лишь на короткий срок, когда набегающий кулачок приводного валика прерывателя-распределителя надавит на молоточек подвижного контакта.Параллельно контактам включен конденсатор (condenser). Он необходим для того, чтобы контакты не обгорали в момент размыкания. Во время отрыва подвижного контакта от неподвижного, между ними хочет проскочить мощная искра, но конденсатор поглощает в себя большую часть электрического разряда и искрение уменьшается до незначительного. Но это только половина полезной работы конденсатора – когда контакты прерывателя полностью размыкаются, конденсатор разряжается, создавая обратный ток в цепи низкого напряжения, и тем самым, ускоряет исчезновение магнитного поля. А чем быстрее исчезает это поле, тем больший ток возникает в цепи высокого напряжения. При выходе конденсатора из строя двигатель нормально работать не будет – напряжение во вторичной цепи получится недостаточно большим для стабильного искрообразования.Прерыватель располагается в одном корпусе с распределителем высокого напряжения – поэтому распределитель зажигания в такой системе называют прерывателем-распределителем. Такая система зажигания называется классической системой зажигания.Общая схема классической системы:

Это наиболее старая из существующих систем – фактически она является ровесницей самого автомобиля. За границей такие системы прекратили серийно устанавливать в основном к концу 1980-х годов, у нас такие системы на “классику” устанавливаются до сих пор. Кратко принцип работы выглядит следующим образом – питание от бортовой сети подается на первичную обмотку катушки зажигания через механический прерыватель. Прерыватель связан с коленчатым валом, что обеспечивает замыкание и размыкание его контактов в нужный момент. При замыкании контактов начинается зарядка первичной обмотки катушки, при размыкании первичная обмотка разряжается, но во вторичной обмотке наводиться ток высокого напряжения, который, через распределитель, также связанный с коленчатым валом, поступает на нужную свечу.

Также в этой системе присутствуют механизмы корректировки опережения зажигания – центробежный и вакуумный регуляторы.
Центробежный регулятор опережения зажигания предназначен для изменения момента возникновения искры между электродами свечей зажигания, в зависимости от скорости вращения коленчатого вала двигателя.

Центробежный регулятор опережения зажигания находится в корпусе прерывателя-распределителя. Он состоит из двух плоских металлических грузиков, каждый из которых одним из своих концов закреплен на опорной пластине, жестко соединенной с приводным валиком. Шипы грузиков входят в прорези подвижной пластины, на которой закреплена втулка кулачков прерывателя. Пластина с втулкой имеют возможность проворачиваться на небольшой угол относительно приводного валика прерывателя-распределителя. По мере увеличения числа оборотов коленчатого вала двигателя, увеличивается и частота вращения валика прерывателя-распределителя. Грузики, подчиняясь центробежной силе, расходятся в стороны, и сдвигают втулку кулачков прерывателя “в отрыв” от приводного валика. То есть набегающий кулачок поворачивается на некоторый угол по ходу вращения навстречу молоточку контактов. Соответственно контакты размыкаются раньше, угол опережения зажигания увеличивается. При уменьшении скорости вращения приводного валика, центробежная сила уменьшаются и, под воздействием пружин, грузики возвращаются на место – угол опережения зажигания уменьшается.

Вакуумный регулятор опережения зажигания предназначен для изменения момента возникновения искры между электродами свечей зажигания, в зависимости от нагрузки на двигатель. Вакуумный регулятор крепится к корпусу прерывателя – распределителя. Корпус регулятора разделен диафрагмой на два объема. Один из них связан с атмосферой, а другой, через соединительную трубку, с полостью под дроссельной заслонкой. С помощью тяги, диафрагма регулятора соединена с подвижной пластиной, на которой располагаются контакты прерывателя. При увеличении угла открытия дроссельной заслонки (увеличение нагрузки на двигатель) разряжение под ней уменьшается. Тогда, под воздействием пружины, диафрагма через тягу сдвигает на небольшой угол пластину вместе с контактами в сторону от набегающего кулачка прерывателя. Контакты будут размыкаться позже – угол опережения зажигания уменьшится. И наоборот – угол увеличивается, когда вы уменьшаете газ, то есть, прикрываете дроссельную заслонку. Разряжение под ней увеличивается, передается к диафрагме и она, преодолевая сопротивление пружины, тянет на себя пластину с контактами.Это означает, что кулачок прерывателя раньше встретится с молоточком контактов и разомкнет их. Тем самым мы увеличили угол опережения зажигания для плохо горящей рабочей смеси.

Механический прерыватель с транзисторным коммутатором . В этом случае механический прерыватель управляет только транзисторным коммутатором, который, в свою очередь, управляет накопителем энергии. Такая конструкция имеет существенное преимущество перед прерывателем без транзисторного коммутатора – оно заключается в том, что здесь контактный прерыватель обладает большей надежностью за счет того, что в этой системе через него протекает существенно меньший ток (соответственно практически исключается пригорание контактов прерывателя во время размыкания). Соответственно и конденсатор, подключенный параллельно контактам прерывателя стал не нужным. В остальном система полностью аналогична классической системе. Обе описанные системы зажигания с механическим прерывателем имеют общее название – контактные системы зажигания.Управление первичной обмоткой катушки зажигания в системе с механическим прерывателем и транзисторным коммутатором:Транзисторный коммутатор с бесконтактным датчиком – генератором импульсов (индуктивного типа, типа Холла или оптического типа) и преобразователем его сигналов. В этом случае вместо механического прерывателя используется датчик – генератор импульсов с преобразователем сигналов, который управляет только транзисторным коммутатором, который, в свою очередь, управляет накопителем энергии.В системах зажигания с транзисторным коммутатором используются датчики трех типов:

Датчик-генератор импульсов, как правило, конструктивно располагается внутри распределителя зажигания (конструкция самого распределителя от контактной системы не отличается) – поэтому узел в целом называют “датчик-распределитель”.

Коммутатор управляет замыканием первичной цепи катушки зажигания на массу. При этом коммутатор не просто разрывает первичную цепь по сигналу с импульсного датчика – коммутатор должен обеспечить предварительную зарядку катушки необходимой энергией. То есть, до управляющего импульса с датчика, коммутатор должен предугадать, когда нужно замкнуть катушку на землю, для того чтобы её зарядить. Причём, он должен это сделать так, чтобы время заряда катушки было приблизительно постоянным (достигался максимум накопленной энергии, но не допускался перезаряд катушки). Для этого коммутатор вычисляет период импульсов приходящих с датчика. И в зависимости от этого периода, вычисляет время начала замыкания катушки на землю. Другими словами, чем выше обороты двигателя, тем раньше коммутатор будет начинать замыкать катушку на землю, но время замкнутого состояния будет одинаковым.

Одна из модификаций этой системы с механическим распределителем и катушкой зажигания, отдельно стоящей от распределителя и коммутатора получила устоявшееся название “бесконтактная система зажигания (БСЗ)”. Общая схема бесконтактной системы зажигания:

Естественно, существует множество модификаций данной системы – с применением других типов датчиков, с применением нескольких датчиков и пр.

Коммутатор (“воспламенитель”, igniter) – это транзисторные ключи, которые в зависимости от сигнала с ЭБУ включают или отключают питание первичной обмотки катушки (катушек) зажигания. В зависимости от устройства конкретной системы зажигания коммутатор может быть как один, так их может быть и несколько (если в системе зажигания используется несколько катушек).

Существует несколько типов систем с разным расположением ключей:

• ключи объединены в один блок с ЭБУ.
• ключи стоят отдельно для каждой катушки и не объединены ни с ЭБУ, ни с катушками.
• ключи объединены в отдельный блок, но стоят отдельно и от ЭБУ и от катушек.
• ключи объединены с катушками соответствующих цилиндров (особенно характерно для системы COP – см. далее).

4. Накопитель энергии. Накопители энергии, используемые в системах зажигания делятся на две группы:

5. Система распределения зажигания. На автомобилях применяются два типа систем распределения – системы с механическим распределителем и системы статического распределения.

• 

  Системы с механическим распределителем энергии. Распределитель зажигания, трамблер (англ. distributor, нем. ROV – Rotierende hochspannungsVerteilung) – распределяет высокое напряжение по свечам цилиндров двигателя. На контактных системах зажигания, как правило, объединен с прерывателем, на бесконтактных – с датчиком импульсов, на более современных либо отсутствует, либо объединен с катушкой зажигания, коммутатором и датчиками (системы HEI, CID, CIC).После того, как в катушке зажигания образовался ток высокого напряжения, он попадает (по высоковольтному проводу) на центральный контакт крышки распределителя, а затем через подпружиненный контактный уголек на пластину ротора. Во время вращения ротора ток “соскакивает” с его пластины, через небольшой воздушный зазор, на боковые контакты крышки. Далее, через высоковольтные провода, импульс тока высокого напряжения попадает к свечам зажигания. Боковые контакты крышки распределителя пронумерованы и соединены (высоковольтными проводами) со свечами цилиндров в строго определенной последовательности. Таким образом, устанавливается “порядок работы цилиндров”, который выражается рядом цифр. Как правило, для четырехцилиндровых двигателей, применяется последовательность: 1 – 3 – 4 – 2. Это означает, что после воспламенения рабочей смеси в первом цилиндре, следующий “взрыв” произойдет в третьем, потом в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Такой порядок работы цилиндров установлен для равномерного распределения на грузки на коленчатый вал двигателя. С помощью поворота корпуса прерывателя-распределителя выставляется и корректируется первоначальный угол опережения зажигания (угол до коррекции центробежным и вакуумным регуляторами).

• Системы со статическим распределением энергии. В процессе разработки новых систем зажигания одной из главных задач было отказаться от всех наиболее ненадежных компонентов системы – не только от контактного прерывателя, но и от механического распределителя зажигания. От контактного прерывателя удалось отказаться путем внедрения микропроцессорных систем управления (см. выше). От распределителя удалось отказаться разработкой так называемых систем зажигания со статическим распределением энергии или статических систем зажигания (статическим – потому что в этих системах отсутствует движущиеся части, имеющиеся в распределителе). Так как распределитель в этих системах отсутствует, эти системы также имеют общее обозначение DLI (DistributorLess Ignition), DIS (DistributorLess Ignition System) (“система без распределителя”), DI (Direct Ignition), DIS (“система прямого зажигания”, “непосредственное зажигание”).Примечание. Различные авторы используют разную терминологию, мы, чтобы избежать лишней путаницы, предлагаем остановиться на таком варианте: DLI – относиться ко всем систем без высоковольтного распределителя; DI – относиться только к системам с индивидуальными катушками (DI = COP + EFS); DIS – относиться только к системе синхронного зажигания с двухвыводными катушками (DIS = DFS). Такой подход, может быть, и не совсем правильный, но употребляется наиболее часто.С внедрением этих систем пришлось вносить существенные изменения и в конструкцию катушки зажигания (использовать двух- и четырехвыводные катушки) и/или использовать системы с несколькими катушками зажигания. Все системы зажигания без распределителя делятся на два блока – системы независимого зажигания с индивидуальными катушками зажигания на каждый цилиндр двигателя (EFS и COP системы) и системы синхронного зажигания, где одна катушка обслуживает, как правило, два цилиндра (DFS-системы).Систему EFS (нем. Einzel Funken Spule) называют системой независимого зажигания, так как в ней (в отличие от систем синхронного зажигания) каждая катушка и управляется независимо и дает искру только для одного цилиндра. В этой системе каждая свеча имеет свою индивидуальную катушку зажигания. Кроме отсутствия в системе механических движущихся частей, дополнительным преимуществом является то, что при выходе и строя катушки перестанет работать только один “ее” цилиндр, а система в целом сохранит работоспособность.

  Как уже говорилось при рассмотрении микропроцессорных систем управления зажиганием, коммутатор в таких системах может представлять собой один блок для всех катушек зажигания, отдельные блоки (несколько коммутаторов) для каждой катушки зажигания, а, кроме того, он может быть как интегрирован с электронным блоком управления, так и может устанавливаться отдельно. Катушки зажигания также могут стоять как отдельно, так и единым блоком (но в любом случае они стоят отдельно от ЭБУ), а кроме того, могут быть объединены с коммутаторами.

  
  

  Общая схема систем независимого зажигания:

  
  

  Одной из наиболее популярных разновидностей EFS-систем является так называемая COP система (Coil on Plug – “катушка на свече”) – в этой системе катушка зажигания ставится прямо на свечу. Таким образом, стало возможным полностью избавится еще от одного не вполне надежного компонента системы зажигания – от высоковольтных проводов.

  
  

  Устройство катушки зажигания в системе COP (с интегрированным воспламенителем):

  Система статического синхронного зажигания с двухвыводными катушками зажигания (одна катушка на две свечи) – DFS (нем. Doppel Funken Spule) система. Кроме систем, с индивидуальными катушками, используются и системы, где одна катушка обеспечивает высоковольтный разряд на двух свечах одновременно. При этом получается, что в одном из цилиндров, который находится в такте сжатия, катушка дает “рабочую искру”, а в сопряженном с ним, который находится в такте выпуска) дает “холостую искру” (поэтому такая система часто называется системой зажигания с холостой искрой – “wasted spark”). Например, в 6-цилиндровом V-образном двигателе на цилиндрах 1 и 4 поршни занимают одно и то же положение (оба находятся в верхней и нижней мертвой точке одновременно) и движутся в унисон, но находятся на разных тактах. Когда цилиндр 1 находится на компрессионном ходу, цилиндр 4 – на такте выпуска, и наоборот.

  
  

  Высокое напряжение, вырабатываемое во вторичной обмотке, подается напрямую на каждую свечу зажигания. В одной из свечей зажигания искра проходит от центрального электрода к боковому электроду, а в другой свече искра проходит от бокового к центральному электроду:

  Напряжение, необходимое для образования искры, определяется искровым промежутком и давлением сжатия. Если искровой промежуток между свечами обоих цилиндров равен, для разряда необходимо напряжение, пропорциональное давлению в цилиндре. Вырабатываемое высокое напряжение разделяется в соответствии с относительным давлением цилиндров. Цилиндр на ходу сжатия требует и использует больший разряд напряжения, чем на ходу выпуска. Это происходит потому, что цилиндр на ходу выпуска находится примерно под атмосферным давлением, поэтому расход энергии гораздо ниже.

  По сравнению с системой зажигания с распределителем, общий расход энергии в системе без распределителя практически такой же. В системе зажигания без распределителя потеря энергии от искрового промежутка между ротором распределителя и клеммой колпачка заменяется потерей энергии на холостую искру в цилиндре на ходу выпуска.

  Катушки зажигания в системе DFS могут устанавливаться как отдельно от свечей и связываться с ними высоковольтными проводами (как в системе EFS), так и прямо на свечах (как в системе COP, но в этом случае высоковольтные провода все равно используются для передачи разряда на свечи смежных цилиндров – условно такую систему можно назвать “DFS-COP”).

  
  Общая схема системы “DFS-COP”
  Варианты системы “DFS-COP”

  Также в этой системе коммутаторы могут быть объединены с соответствующими катушками – вот как выглядит такой вариант на примере Mitsubishi Outlander:

6. Высоковольтные провода – соединяют накопитель энергии c распределителем или свечами и распределитель со свечами. В системах зажигания COP отсутствуют.

7. Свечи зажигания (spark plug) – необходимы для образования искрового разряда и зажигания рабочей смеси в камере сгорания двигателя. Свечи устанавливаются в головке цилиндра. Когда импульс тока высокого напряжения попадает на свечу зажигания, между ее электродами проскакивает искра – именно она воспламеняет рабочую смесь. Как правило, устанавливается по одной свече на цилиндр. Однако, бывают и более сложные системы с двумя свечами на цилиндр, причем не всегда свечи срабатывают одновременно (например, на Honda Civic Hybrid используется система DSI – Dual Sequential Ignition – при малых оборотах две свечи одного цилиндра срабатывают последовательно – сначала та из них, что ближе к впускному клапану, а затем вторая – чтобы топливовоздушная смесь сгорала быстрее и полнее).

Любая система зажигания четко делится на две части:

• низковольтную (первичную, англ. primary) цепь – включает первичную обмотку катушки зажигания и непосредственно связанные с ней цепи (прерывателя, коммутатора и других компонентов в зависимости от устройства конкретной системы).
• высоковольтную (вторичную, англ. secondary) цепь – включает вторичную обмотку катушки зажигания, систему распределения высоковольтной энергии, высоковольтные провода, свечи.

Учитывая все возможные модификации и комбинации приведенных Выше элементов, на автомобилях используются не менее 15-20 разновидностей систем зажигания.

06.07.2015

Система зажигания – одна из главных составляющих бензинового двигателя. Ее задача – воспламенение топливной смеси в цилиндрах двигателя путем создания искры между электродами свечи. Как следствие, создается давление в поршневой системе, происходит вращение коленчатого вала и автомобиль движется.

Особенности конструкции

Вне зависимости от типа систем зажигания в них можно выделить несколько основных элементов:

• источники питания. К ним можно отнести аккумуляторную батарею (в период, когда автомобиль не заведен) или генератор;
• выключатель. Данную функцию выполняет замок зажигания. Посредством поворота ключа подается команда на запуск двигателя;
• узел, отвечающий за управление энергией. Он может различаться, в зависимости от системы зажигания (ЭБУ, транзисторный коммутатор или прерыватель);
• узел, отвечающий за накопление энергии. В любой из систем это роль играет катушка зажигания. Именно благодаря ее работе на электродах свечи формируется искра;
• узел, отвечающий за распределение энергии. В различных системах это может быть ЭБУ или распределитель механической конструкции;
• высоковольтные провода. Они всегда присутствуют в системе зажигания и соединяют распределитесь со свечами зажигания;
• свечи зажигания. Являются исполнительным органом и выполняют основную задачу – поджигают топливовоздушную смесь.

К основным этапам работы системы зажигания относится – накопление энергии, высоковольтное преобразование напряжения из 12 в 30 тысяч вольт, распределение заряда и появление искры на электродах. Последний этап – воспламенение смеси.

Основные типы систем зажигания

По способу управления можно выделить три основных системы зажигания:

1. Контактная система – одна из наиболее старых систем, которая уже не применяется на современных авто. Ее суть - в формировании импульсов посредством контактного распределителя. Такое зажигание установлено на отечественных машинах. К преимуществам системы можно отнести максимальную надежность, конструктивную простоту, удобство обслуживания. Такое зажигание редко поломается, а его ремонт (при необходимости) занимает минимум времени.

К основным узлам такой системы можно отнести АКБ или генератор, замок, свечи и катушку зажигания, прерыватель тока, конденсатор и распределитель. По завершении всего цикла на свече проскакивает искра, воспламеняющая топливовоздушную смесь внутри цилиндра.

2. Бесконтактная система установлена на многих современных автомобилях ВАЗ и старых иномарках. К основным плюсам можно отнести – наличие мощной искры, которая более эффективно воспламеняет подготовленную смесь, а также стабильность и бесперебойность поступающих импульсов, что позволяет экономить на топливе и «выжимать» большую мощность из двигателя.

Но и это еще не все. Бесконтактная системе не требует особого подхода к обслуживанию. В отличие от вала трамблера ее не нужно смазывать каждые 8-10 тысяч километров. Из минусов можно выделить низкую надежность и повышенную сложность ремонтных работ (в случае выхода из строя). Если бесконтактная система все-таки отказала, то без дорогостоящей проверки и выполнения ремонтных работ на СТО не обойтись.

3. Электронная система зажигания монтируется почти на всех современных авто. Ее принцип в том, что все управление берет на себя электроника – ЭБУ. Установка таких систем позволила забыть о целом ряде проблем, связанных с окислением контактных соединений, необходимостью регулировки угла опережения, неполным сгоранием топлива и так далее. Минус в том, что проверка электронной системы возможна лишь в автосервисе и с применением специализированного оборудования.

По особенностям питания все виды зажигания можно разделить на:

• Зажигание от магнето. Этот вариант является одним из самых старых. Здесь в роли питающего элемента выступает специальный генератор переменного тока. Его задача – выработка напряжения исключительно для свечи зажигания. Конструктивно система состоит из постоянного магнита и катушки индуктивности. Выводы высоковольтной обмотки находятся на общем магнитопрововоде.

Как правило, магнето является контактным, поэтому параллельно ему подключается прерыватель и конденсатор. В определенный момент времени контактная группа прерывателя размыкания и между электродами свечи пробивает искра. Бывает и бесконтактный вариант магнето. Здесь вместо прерывателя установлена катушка управления, которая время от времени подает импульс на электрическую часть устройства.

Далее тиристоры (транзисторы) открываются и дают путь току к высоковольтной катушке. При этом мощность искры возрастает счет накопления энергии в катушке и емкостях. Плюсы такой системы – простота, низкая цена, исключение из цепи АКБ. Такое зажигание всегда готово завести двигатель. Основная сфера применения – небольшая техника (газонокосилки, бензопилы) или двигатели для самолетов;

• «Батарейное» зажигание – это, по сути, контактный вариант системы. Его смысл – преобразование низкого (12 Вольт) в высокое напряжение (от 15 тысяч вольт и выше). Этот импульс подается к свечам зажигания через распределитель и высоковольтные провода. Особенности, плюсы и минусы системы зажигания мы рассмотрели выше;

• Контактно-транзисторная система – это более продвинутый вариант, который является чем-то средним между контактной и бесконтактной системой. Здесь разработчикам удалось устранить имеющиеся минус контактной системы (повышенный износ контактной группы, ее подгорание, низкое качество искры).

Основным коммутирующим органом здесь является транзистор, управление которым производят контакты прерывателя. Новым узлом в таких системах стал электронный коммутатор, сочетающий в себе группу основных элементов – узлы управления, сам транзистор и систему защиты.

Принцип работы прост. По факту включения зажигания замыкается контактная группа прерывателя и дает команду транзистору. Последний открывается и дает дорогу току, движущемуся к катушке зажигания. Как только контакты прерывателя размыкаются, закрывается и транзистор. Итог – снижение силы тока в первичной цепи и резкий рост напряжения на вторичной (высоковольтной) обмотке. Образованное напряжение подводится к распределителю, через который по высоковольтным проводам напряжение поступает к свечам зажигания. Далее силовой узел продолжает работать по заданному циклу;