Устройство и принцип работы генератора скутера. Генератор зажигания двигателя


Система зажигания: генератор

Неотъемлемой частью всей электросистемы автомобиля является система зажигания. Данная система служит для воспламенения рабочей смеси. Мощность двигателя и вдобавок уровень содержания в отработанных газах вредных веществ, непосредственно зависит от правильной работы системы зажигания. Срок эксплуатации автомобиля значительно увеличится, если система зажигания будет исправно работать. Именно эту тему мы и обсудим в статье «Система зажигания: генератор и стартер».

Основной функцией генератора является зарядка аккумулятора во время работы двигателя и обеспечение питанием электрооборудования всей машины.

В последнее время устройство генератора основательно поменялось. В салонах автомобилей стали присутствовать более комфортные приборы, а это говорит о том, что необходимо применять ведущие технологии при использовании авто.

Если сравнивать старые генераторы с новым поколением, то можно отметить, что раньше они были больших размеров, обладали меньшей отдаваемой мощностью, элементы защиты были не столь надежны. Сегодня в генераторах показатель выходного тока равен примерно 140А, что позволяет установить в салоне автомобиля дополнительные энергоемкие устройства. Генератор необходимо подключать параллельно аккумулятору. Генератор начинает  работать от шкива коленчатого вала, через ременную передачу. В определенных автомобилях этот ремень вращает вентилятор системы охлаждения мотора и водяной насос, реже – отдельный ремень. Натяжение ремня регулируется наклоном корпуса генератора.

Основные неисправности генератора

Наиболее существенные неисправности генератора:

1. Разряжена аккумуляторная батарея. Вероятнее всего это произошло из-за того, что перегорел предохранитель в цепи возбуждения генератора, в проводке произошло короткое замыкание, проблемы с регулятором напряжения или с приводным ремнем;

2. Аккумулятор разрядился во время работы. Возможно, в гнездах пропал контакт предохранителей, или натяжение приводного ремня ослабло, или же проблемы с генератором напряжения;

3. Аккумуляторная батарея разряжается в процессе эксплуатации. Причиной является неисправность регулятора напряжения;

4. Во время работы от генератора исходит повышенный шум. Причины тому: на креплениях шкива ослабли гайки, неисправность выпрямительного блока, в подшипниках отсутствует смазка, загрязнились контактные кольца и щетки и т. д.

Обычно, если генератор выходит из строя, на панели приборов загорается красный индикатор, который предупреждает о том, что заряд аккумулятора недостаточен - значит требуется ремонт генератора машины. Хороший автомобиль имеет приличную стоимость, собственно так же, как и комплектующие детали и узлы. Не стоит доверять ремонт своего автомобиля сомнительным мастерам; также не рекомендуется производить ремонт там, где Вам дадут гарантию, например в автосервисе Марьино.

В случае неправильной эксплуатации генератора, срок его службы заметно сократится.

Чтобы не столкнуться с этим, не допускайте, чтоб на генератор попала вода. Во время работы генератор нагревается до 160°С. Если же на него попадет вода, он резко охладится, что в дальнейшем станет причиной его неработоспособности. Также необходимо следить за ременным натяжением. Когда ремень перетянут, может произойти перегрев и перегрузка подшипников генератора, из-за чего в ближайшем будущем подшипники придется менять. Также при этом произойдет деформация шкива генератора. Ни в коем случае нельзя путать минус и плюс генератора. Генератор нужно беречь!

Автосервис Марьино

remontauto.by

Генератор импульсов систем зажигания двигателей внутреннего сгорания

 

Использование: генераторы импульсов систем зажигания двигателей внутреннего сгорания, содержащие ротор с постоянными магнитами и размещенный в немагнитном корпусе магнитный датчик. Сущность изобретения: корпус снабжен немагнитным кольцом с боковым полым выступом, внутри которого размещен упругий элемент, фиксирующий магнитный датчик, и полость выступа заполнена диэлектрическим компаундом. 2 ил.

Изобретение относится к транспортным средствам, точнее к устройствам для получения электрических импульсов, зависящих от поворота агрегатов транспортного средства, и может быть использовано в прерывателях систем зажигания двигателей внутреннего сгорания.

Известен генератор импульсов прерывателя, являющийся частью распределителя и содержащий корпус, установленный в корпусе ротор с постоянными магнитами, имеющими полюсы на боковой поверхности ротора, и закрепленные в корпусе против полюсов магнитные датчики с элементами Холла, включенные в электроцепь прерывателя [1] Недостаток аналога сложность конструкции, ибо магнитные датчики закреплены на плате винтом на внутреннем выступе стенки корпуса, корпус имеет сложную форму. Это вызвало сложность изготовления и снизило надежность, ибо на датчики действуют вредные факторы окружающей среды. В качестве прототипа принят генератор импульсов систем зажигания двигателей внутреннего сгорания, содержащий немагнитный корпус, ротор с постоянными магнитами, магнитопровод и магнитный датчик [2] Корпус выполнен в виде короткого цилиндра сложной формы из полимера и прикреплен к головке блока цилиндров непосредственно, а к нему крышка. Внутри корпуса выполнен полый выступ, в котором размещен магнитопровод в виде концентратора и магнитный датчик с элементом Холла. Полый выступ имеет узкий канал, выходящий на наружную поверхность корпуса. Ротор с постоянными магнитами закреплен на вале в виде полого цилиндра, закрепленного непосредственно на конце распредвала. Вал выполнен из смеси металлического порошка с пластиком, причем методом экструзии, и скреплен с распредвалом во время изготовления. Недостаток прототипа сложность конструкции. Корпус имеет сложную форму, ибо внутри его выполнен полый прилив, образующий полость, соединенную с атмосферой узким каналом. В полости расположен магнитопровод с магнитным датчиком. Сложность конструкции вызвала сложность изготовления. Корпус, вал изготавливаются на двигателе с помощью специально разработанного технологического оборудования методом экструзии. Ротор намагничивается (после его закрепления на вале) также с помощью специального оборудования. Эти сложности вызывают снижение надежности: сложность форм вызывает увеличение допусков, в том числе на положение датчика относительно ротора, что ведет к изменению магнитной индукции, пронизывающей элемент Холла в датчике. На датчик действуют вредные факторы окружающей атмосферы, изменяя его характеристики, что также снижает надежность генератора. Целью изобретения является упрощение конструкции генератора благодаря простой форме корпуса и размещению магнитопровода и магнитного датчика снаружи корпуса, но защищенными от окружающей среды, что упрощает изготовление и повышает надежность генератора. Достигается это тем, что в генераторе импульсов систем зажигания двигателей внутреннего сгорания, содержащем немагнитный корпус, ротор с постоянными магнитами, магнитопровод и магнитный датчик, корпус снабжен закрепленным на нем немагнитным кольцом с полым боковым выступом и упругим элементом, внутри полости выступа размещены магнитопровод, магнитный датчик и упругий элемент, причем упругий элемент размещен между магнитопроводом и стенкой полого выступа и все гнездо заполнено диэлектрическим компаундом. На фиг. 1 показан генератор импульсов в осевом разрезе; на фиг.2 разрез по А-А на фиг.1. В металлическом немагнитном прочном и жестком корпусе 1 простейшей формы в виде стакана размещен ротор 2, закрепленный на вале 3, установленном в подшипниках 4 и 5, закрепленных в корпусе 1 и крышке 6 корпуса. В роторе 2 выполнены постоянные магниты 7, полюсы 8 которых расположены в основном на боковой поверхности 9 ротора 2. Против полюсов 8 на наружной поверхности корпуса 1 выполнено местное утонение стенки корпуса 1 в виде лыски 10, например, выбранной по большему радиусу, чем поверхность корпуса 1. В самом тонком месте стенки к ней снаружи прижат магнитный датчик, состоящий из платы 11, на которой закреплен корпус 12 с микросхемой с элементом Холла. Изолирующая плата 11 служит для крепления корпуса 12 и выводов 13 датчика. Датчик прижат своей платой 11 к лыске 10 стенки корпуса 1 средним башмаком 14 V-образного магнитопровода 15, имеющего крайние башмаки 16 и 17. На среднюю часть магнитопровода 15 сверху давит средняя часть упругого элемента в виде двухопорной упругой балки 18 с толстыми концами 19, опертыми на полку 20 выступающего гнезда в полом боковом выступе 21, выполненном в виде полого прилива немагнитного диэлектрического кольца 22, например полимерного, прочно охватывающего корпус 1. Над полкой 20 закреплен конец кабеля 23, к которому присоединены выводы 13 датчика. Весь полый выступ 21 заполнен немагнитным диэлектрическим полимерным компаундом 24, который после отверждения дополнительно скрепляет кольцо 22 со стенкой корпуса 1 и все детали в полости выступа 21 в единый блок и защищает датчик от всех внешних воздействий, кроме температуры и магнитных полей. Варианты конструкции. В корпусе 12 может быть другой магниточувствительный элемент (магниторезистор, магнитодиод и т.д.), причем без упомянутой микросхемы, которая может быт вне генератора сигналов. Корпус 12 может быть приклеен к концу башмака 14 или врезан в него. Магнитопровод 15 должен иметь форму, соответствующую расположению полюсов 8 на роторе 2, например, если середины полюсов расположены по одной окружности, то магнитопровод 15 может иметь два башмака. Изготовление датчика. Корпус 1 и крышка 6 имеют простейшую форму, поэтому их радиальные размеры просто выполнить с большой точностью. После установки ротора 2 в корпус 1 на лыску 10 устанавливается датчик, на него магнитопровод 15 и балка 18, и на них по корпусу 1 надвигается вдоль оси кольцо 22, при этом концы 19 балки 18 полкой 20 несколько опускаются и средняя часть балки 18 прижимает датчик и башмаки 16 и 17 к корпусу 1. В полый выступ 21 вставляют конец кабеля 23 и соединяют с ним выводы 13 датчика. Выступ 21 заполняют компаундом 24. Благодаря размерной обработке при одной установке воздушный зазор зависит практически только от радиальной игры подшипников 4 и 5, т.е. его увеличение на погрешность изготовления и на деформацию стенок корпуса 1 значительно меньше, чем в прототипе. Поскольку металл прочнее полимера, толщину утоньченной стенки корпуса 1 можно сделать меньше, чем в прототипе. Следовательно, магнитный зазор, составленный воздушным зазором и стенкой корпуса 1, будет меньше, чем в прототипе, что увеличит чувствительность датчика. Операций юстировки не требуется, ибо датчик сразу устанавливается с заданным зазором от ротора 2 и в заданном положении, определенном толщиной стенки корпуса 1 и воздушным зазором. Поскольку датчик закреплен на металлической детали, магнитный зазор не изменяется в эксплуатации и характеристики датчика не ухудшаются. Генератор импульсов крепится в заданном месте известным образом, например с помощью крепящих хомутов, его вал 3 устанавливается в соответствии с положением коленвала ДВС и соединяется с приводом от коленвала. Датчик работает следующим образом. При вращении коленвала синхронно вращается ротор 2, полюсы 8 магнитов 7, расположенные на боковой поверхности 9, проходят мимо башмаков 14, 16 и 17, изменяя магнитный поток, пронизывающий элемент Холла в датчике, от небольшой индукции в одном направлении до максимальной в противоположном, и датчик дает импульсный сигнал. Поскольку магнитные зазоры имеют небольшой разброс, характеристики генераторов также имеют небольшой разброс, что облегчает унификацию всей измерительной цепи. Датчик расположен в полом выступе 21, однако это гнездо заполнено затвердевшим компаундом, поэтому датчик герметично изолирован от окружающего пространства. Датчик зажат между металлическими деталями, поэтому тепло от энергии питания хорошо отводится от датчика в стенку корпуса 1 как непосредственно, так и по магнитопроводу 15, а корпус 1 охлаждается окружающим воздухом, поэтому условия теплоотвода от датчика в заявленном генераторе, хотя датчик 11 (12) залит компаундом, лучше, чем в прототипе.

Формула изобретения

ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ СИСТЕМ ЗАЖИГАНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий немагнитный корпус, ротор с постоянными магнитами, магнитопровод и магнитный датчик, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, корпус снабжен закрепленным на нем немагнитным кольцом с полым боковым выступом и упругим элементом, внутри полости выступа размещены магнитопровод, магнитный датчик и упругий элемент, причем упругий элемент размещен между магнитопроводом и стенкой полого выступа, и полость выступа заполнена диэлектрическим компаундом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

Система зажигания автомобиля – доработка для лучшего пуска двигателя

Самым ответственным моментом при эксплуатации автомобиля является пуск двигателя. Особенно актуален этот вопрос в зимнее время года, когда на улице стоят большие морозы. Все смазочные материалы, в том числе и масло в картере двигателя внутреннего сгорания, теряют вязкость, и создают чрезмерную дополнительную механическую нагрузку на стартер.

Рекомендаций по решения этой проблемы в Интернете представлено великое множество, от подогрева масла в картере двигателя дополнительным нагревателем, до впрыскивания в цилиндры двигателя перед пуском легко воспламеняющихся веществ. Совершенствуются коммутаторы системы зажигания, делают много искровой режим зажигания, оптимизируют взаимное расположение и форму электродов свечей.

Но все это не дает максимального эффекта по одной простой причине, во время пуска двигателя напряжение бортовой сети автомобиля падает до 9,5 V и соответственно значительно падает величина высокого напряжения на выходе катушки зажигания. Предложенная доработка системы зажигания позволяет устранить этот недостаток.

Принцип работы системы зажигания автомобиля

Рассмотрим часть схемы электрооборудования автомобиля, составляющую систему зажигания. От аккумулятора напряжение положительной полярности, через предохранитель поступает на контакты замка зажигания и реле зажигания.

Когда ключ из замка зажигания автомобиля вынут, все контакты в замке зажигания разомкнуты, и напряжение на систему зажигания не подается. Если ключ вставить в замок зажигания и повернуть его по часовой стрелке на один сектор, контакты в замке зажигания замкнутся и напряжение поступит на обмотку реле зажигания, по обмотке потечет ток, создаст магнитное поле, которое притянет якорь реле.

Контакты реле замкнутся, напряжение питания поступит на низковольтную обмотку катушки зажигания и через нее на коллектор транзистора VT коммутатора. Пока вал двигателя не вращается, на базу транзистора не поступают открывающие импульсы управления, и он закрыт, ток дальше не течет. В применяемых в настоящее время схемах зажигания автомобилей, элементов начерченных синим цветом (диод VD1 и конденсатор С1) нет.

Для пуска двигателя необходимо повернуть ключ в замке зажигания по часовой стрелке еще на один сектор. Стартер начнет вращаться и на коммутатор с датчика вращения поступят управляющие импульсы. Транзистор VT на время 1-2,5 мс откроется и через низковольтную обмотку катушки зажигания пойдет ток. Сердечник катушки начнет намагничиваться, и создаст в высоковольтной обмотке катушки зажигания высокое напряжение. Величина напряжения будет зависеть от соотношения количества витков в катушках.

Для надежной работы двигателя система зажигания должна создавать высокое напряжение с запасом, величиной не менее 25 кВ. Напряжение, при котором происходит пробой (образуется искра) между электродами в свече составляет 14-17 кВ. Таким образом, должен обеспечивается запас по высокому напряжению около 7 кВ, что гарантирует стабильную искру в свечах при любых условиях запуска двигателя.

Величина высокого напряженияв момент запуска двигателя автомобиля

При работе двигателя, за счет работы генератора, напряжение в бортовой сети автомобиля обычно составляет 14,1±0,2 В. На первичную обмотку катушки зажигания, за вычетом падения напряжения (1,2 В) на транзисторе VT, поступают импульсы величиной 14,1 В-1,2 В=12,9 В. В этом режиме величина импульсов на вторичной обмотке катушки зажигания для образования искры в свечах составляет 27 кВ.

В момент пуска двигателя напряжение на выводах заряженного аккумулятора может снижаться до 9,5 В, если аккумулятор заряжен не полностью, то напряжение может быть и меньше. Тогда с учетом падения напряжения на транзисторе VT, величина напряжения на первичной обмотке катушки составит 9,5 В-1,2 В=8,3 В, это на 35% меньше, чем напряжение при работающем двигателе. При этом величина высокого напряжения тоже уменьшится на 35% и составит 17 кВ. Новая свеча создает искру при напряжении 12-17 кВ. Если установлены свечи с напряжением пробоя 17 кВ, то в таком случае искрообразование может быть нестабильным. Расчеты показали, что даже для нового автомобиля с узлами и деталями системы зажигания, находящимися в исправном состоянии, запаса по высокому напряжению может и не быть.

Что же тогда говорить о системе зажигания автомобиля, находящегося в эксплуатации не один год. Происходит старение изоляции свечей и выгорание ее электродов. В высоковольтных проводах и катушке зажигания тоже происходит старение изоляции, что приводит к дополнительным потерям. Несколько лет эксплуатируемый аккумулятор тоже вносит свою лепту. Путь тока от аккумулятора к катушке зажигания проходит по проводам через контакты предохранителя, реле зажигания, соединительные колодки и клеммы. На них тоже происходит падение напряжения.

В дополнение для устойчивого возникновения искры в зазоре свечи при сильно охлажденной воздушно бензиновой смеси требуется подавать на нее более высокое напряжение. Таким образом, запуск двигателя старого автомобиля с первой попытки при больших морозах существующая схема зажигания обеспечить с гарантией не может. Последующие попытки запуска двигателя могут полностью разрядить аккумулятор, с чем большинству автолюбителей доводилось сталкиваться.

Доработка схемы зажигания

С проблемой запуска двигателя в дни с большими морозами я столкнулся давно, когда ездил на автомобиле «Ока». Так как двигатель у «Оки» двух цилиндровый, то запустить его, из-за наличия мертвой точки, гораздо сложнее, чем четырех цилиндровый. Менял датчик холла, коммутатор, катушку зажигания, высоковольтные провода, свечи, но достичь уверенного запуска двигателя в морозы так и не получилось.

Проанализировав электрическую схему зажигания, пришел к выводу, что если подключить электролитический конденсатор к выводу катушки зажигания, на который подается +12 В, то все плохие контакты, через которые подается питающее на катушку напряжение наоборот, буду играть положительную роль, так как будут уменьшать разряд конденсатора. Сначала я установил только конденсатор С1, не хотелось резать провода для впайки диода VD. Пуск двигателя значительно улучшился. После установки диода, который не позволяет разряжаться конденсатору в электропроводку автомобиля при пуске двигателя, «Ока» стала с первого раза, на удивление многим, заводится даже при 25 градусном морозе.

Работает схема следующим образом. Когда вставляется ключ зажигания и поворачивается до первого фиксированного положения, конденсатор С1 через диод VD быстро зарядится от аккумуляторной батареи с учетом падения напряжения на диоде около 1,2 В, до напряжения 11,5 В. При пуске двигателя, на катушку зажигания будет подано не напряжение с аккумулятора величиной 9,5 В, а напряжение с заряженного конденсатора 11,5 В. Таким образом высокое напряжение упадет не на 35%, а всего на 20% и высокое напряжение составит не менее 23 кВ, что вполне достаточно для уверенного возникновения в свечах искры.

Эффективность работы схемы можно еще улучшить, если поставить дополнительно автомобильное реле, подключить его обмотку параллельно реле пуска стартера, а пару нормально замкнутых контактов параллельно диоду. Тогда, когда стартер будет выключен, напряжение с аккумулятора на катушку зажигания будет подаваться, минуя диод. Если в реле стартера есть свободная пара нормально замкнутых контактов, то можно использовать их и не устанавливать дополнительное реле. Замыкание с помощью реле выводов диода еще повысит высокое напряжение на выходе катушки зажигания на несколько киловольт.

Конструкция и детали

Диод VD1 подойдет любого типа, рассчитанный на ток не менее 8 А и обратное напряжение не менее 25 В. Еще лучше применить диод Шоттки, например 90SQ045 (45 В, 9 А). Тогда необходимость в установке дополнительного реле отпадет, так как падение на диоде Шоттки составит всего 0,2 В, что и без установки дополнительного реле увеличит высокое напряжение на несколько киловольт. Такие диоды используют в низковольтном выпрямителе блоков питания компьютеров.

Электролитический конденсатор подойдет любого типа, рассчитанный на напряжение не менее 25 В и емкостью не менее 20000 мкф. Конденсатор должен быть рассчитан на работу в широком диапазоне температур, минус 30-65 градусов Цельсия. Лучше всего подходит конструкция конденсатора с выводами, рассчитанными на винтовое подключение. Я устанавливал конденсатор как на фото.

Если нет подходящего по емкости конденсатора, то можно подключить параллельно, соблюдая полярность, несколько конденсаторов меньшей емкости. При параллельном соединении плюсовые выводы конденсаторов соединяются с плюсовыми, а минусовые с минусовыми. Общая емкость тогда составит сумму всех соединенных параллельно конденсаторов.

Например, есть 4 конденсатора емкостью 4700 мкФ, соединив их параллельно, получим конденсатор емкостью 18800 мкФ.

Что касается реле, то можно применить любое автомобильное реле, имеющее нормально замкнутые контакты.

Конденсатор желательно установить в непосредственной близости с катушкой зажигания, но, для предотвращения его перегрева, на максимально возможном удалении от двигателя. Место установки должно не допускать попадания влаги на выводы конденсатора во время движения автомобиля. Предложить готовое решение по размещению диода и конденсатора сложно, так как каждая марка автомобиля имеет оригинальную конструкцию, и место установки деталей приходится выбирать индивидуально.

Вместо конденсатора можно применить кислотный аккумулятор небольшой емкости, например от UPS компьютера. Это еще более лучший вариант, чем установка конденсатора. Дополнительный аккумулятор будет при работе двигателя постоянно подзаряжаться и благодаря тому, что система зажигания будет питаться от двух аккумуляторов, дополнительный аккумулятор всегда будет полностью заряжен. При пуске двигателя на систему зажигания будет всегда подаваться напряжение питания более 12 В.

Порядок запуска двигателя автомобиля при морозе

Для безотказного запуска двигателя автомобиль перед наступлением холодов должен быть подготовлен к зимней эксплуатации. Необходимо залить масло в двигатель и коробку передач, предназначенное для работы при низких температурах. Необходимо в обязательном порядке заменить свечи и фильтры, масляный, воздушный и бензиновый. И конечно самое главное это техническое состояние аккумулятора. Даже если аккумулятор новый, его обязательно нужно зарядить от внешнего зарядного устройства. Если все эти требования заблаговременно выполнены, то с пуском двигателя в холодное время года проблем не будет.

Двигатель автомобиля рекомендуется запускать в следующем порядке:

  • Необходимо вставить ключ в замок зажигания, повернуть по часовой стрелке на один сектор и убедиться, что все электроприборы отключены. Хотя они при работе стартера должны отключаться автоматически, но, тем не менее, лучше их отключить, чтобы не создавать дополнительную нагрузку на двигатель в первый момент после его пуска.
  • Для приведения холодного аккумулятора в боевое состояние, его нужно прогреть, включив на 20-30 секунд форы или габаритные огни.
  • Если коробка не автоматическая, то обязательно выжать педаль сцепления до упора. При этом будет отключена от двигателя коробка передач, что существенно снизит нагрузку на стартер. 4. Включить зажигание на пол секунды, чтобы вал двигателя сдвинулся с мертвой точки, и масло смазало трущиеся поверхности двигателя.
  • Повторно включаем зажигание на время не более 3 секунд. Если двигатель не запустился, необходимо выждать до повторного запуска не менее 15 секунд. За это время подогретый еще за счет неудачного пуска двигателя аккумулятор наберется силы. Если за 5-6 попыток с паузами двигатель запустить не удалось и при этом аккумулятор не сел, значит, либо попавшая в механизмы вода замерзла и необходимо отогреть автомобиль, поместив его в теплый гараж. Или возникла неисправность и необходимо обращаться в сервис.
  • Если двигатель автомобиля запустился, то необходимо плавно отпустить педаль сцепления. После прогрева машина готова к поездке.

ydoma.info

Системы зажигания | Система зажигания

Для принудительного воспламенения топливовоздушной смеси, поступившей в цилиндр бензинового двигателя, используется энергия искры высоковольтного электрического разряда, возникающего между электродами свечи зажигания. Системы зажигания предназначены для того, чтобы увеличить напряжение автомобильной аккумуляторной батареи до величины, необходимой для возникновения электрического разряда и, в требуемый момент, подать это напряжение на соответствующую свечу зажигания. Сведём основные системы в таблицу и опишем работу таких систем.

Обозначение Описание
Отечественное Зарубежное
ксз KSZ Классическая контактная с прерывателем-распределителем
ктсз HKZk, JFU4 Электронная с накоплением энергии в системе и контактным датч.
БТСЗ HKZi, TSZ-2 Бесконтактная транзисторная с индукционным датчиком
БТСЗ HKZh, EZK,TZ28H Бесконтактная транзисторная с накоплением энергии в ёмкости с датчиком Холла
КТСЗ TSZk Контактная транзисторная с накоплением энергии в индуктивн.
БТСЗ TSZi Бесконтактная транзисторная с накоплением энергии в индуктивности с индукционным датчиком
БТСЗ TSZh Бесконтактная транзисторная с накоплением энергии в индуктивности с датчиком Холла
МСУД VSZ, EZL Электронная система зажигания статического типа

Подробно рассмотрим работу только использующихся в настоящее время систем зажигания.

В первой блок-схеме отдельно выделен Блок Управления Зажиганием (БУЗ). Раскроем этот прямоугольник и приведём несколько структурных схем построения систем зажигания.

В таких системах датчиком первичных импульсов (датчик вращения) являются контакты механического прерывателя, расположенного в распределителе зажигания(трамблёра), который механически связан коленвалом двигателя через шестерни. Один оборот вала трамблёра осуществляется за два оборота коленвала двигателя. Электрический разряд создаётся при помощи механического прерывателя, приводимого в действие двигателем. Для получения высокого напряжения применяется катушка зажигания. В зависимости от способа размыкания первичной цепи катушки зажигания, по которой проходит большой ток, различают классической батарейное зажигание, транзисторное зажигание и тиристорно-конденсаторное зажигание. В таких системах роль силового реле выполняют контакты прерывателя, транзистор или тиристор.

Рис. Схема контактной системы зажигания: 1 — свечи зажигания, 2 — прерыватель-распределитель, 3 — выступ кулачка, 4 — упор, 5 — аккум. батарея, 6 — генератор, 7 — выключатель зажигания, 8 — катушка зажигания, 9 — конденсатор.

Нa приведённом выше рисунке показана схема самой простой контактной системы зажигания (КСЗ). Устройство катушки зажигания рассмотрим отдельно, а сейчас напомним, что катушка — это трансформатор с двумя обмотками намотанными на специальный сердечник. Вначале намотана вторичная обмотка тонким проводом и большим количеством витков, а сверху на неё намотана первичная обмотка толстым проводом и небольшим количеством витков. При замыкании контактов первичный ток постепенно нарастает и достигает максимального значения, определяемого напряжением аккумуляторной батареи и омическим сопротивлением первичной обмотки. Нарастающий ток первичной обмотки встречает сопротивление э.д.с. самоиндукции, направленное встречно напряжению аккумуляторной батареи.

Когда контакты замкнуты, по первичной обмотке протекает ток и создает в ней магнитное поле, которое пересекает и вторичную обмотку и в ней индуцируется ток высокого напряжения. В момент размыкания контактов прерывателя как в первичной, так и во вторичной обмотках индуцируется э.д.с. самоиндукции. Согласно закону индукции вторичное напряжение тем больше, чем быстрее исчезает магнитный поток, созданный током первичной обмотки, чем больше отношение чисел витков и чем больше первичный ток в момент разрыва.

Для повышения вторичного напряжения и уменьшения обгорания контактов прерывателя параллельно контактам включают конденсатор.

Ниже представлены осциллограммы электрических сигналов в цепях зажигания.

Рис. Осциллограммы электрических сигналов в цепях зажигания: 1 — первичный ток, 6 — контакты прерывателя разомкнуты, 7 — контакты замкнуты.

При некотором значении вторичного напряжения между электродами свечи зажигания возникает электрический разряд. Из-за возрастания тока во вторичной цепи вторичное напряжение резко падает до, так называемого, напряжения дуги, которое поддерживает дуговой разряд. Напряжение дуги остается почти постоянным до тех пор, пока запас энергии не станет меньше некоторой минимальной величины. Средняя продолжительность батарейного зажигания составляет 1,4 мс. Обычно этого достаточно для воспламенения топливовоздушной смеси. После этого дуга исчезает, а остаточная энергия расходуется на поддержание затухающих колебаний напряжения и тока. Продолжительность дугового разряда зависит от величины запасённой энерги, состава смеси, частоты вращения коленвала, степени сжатия и пр. При увеличении частоты вращения коленвала время замкнутого состояния контактов прерывателя уменьшается и первичный ток не успевает нарасти до максимальной величины. Из-за этого уменьшается запас энергии, накопленной в магнитной системе катушки зажигания и понижается вторичное напряжение.

Отрицательные свойства систем зажигания с механическими контактами проявляются при очень малых и высоких частотах вращения юленвала. При малых частотах вращения между контактами прерывателя возникает дуговой разряд, поглощающий часть энергии, а при высоких частотах вращения вторичное напряжение уменьшается из-за «дребезга» контактов прерывателя. «Дребезг» возникает когда при замыкании контактов подвижный контакт ударяется о неподвижный с энергией, определяемой массой и скоростью подвижного контакта, а затем после незначительной упругой деформации соприкасающихся поверхностей отскакивает, разрывая уже замкнутую цепь. После размыкания, подвижный контакт под дейсткием пружины, снова ударяется о неподвижный контакт Из-за такого «дребезга» контактов уменьшается действительное время замкнутого состояния и, соответственно, энергия зажигания и величина вторичного напряжения.

Контактные системы зажигания перестали справляться со своими функциями при увеличении оборотов двигателей, числа цилиндров, использовании более бедных рабочих смесей. Появилась необходимость применения электронных систем зажигания. Формирование момента ценообразования может осуществляться как обычной контактной группой (КТСЗ), так и с использованием специальных датчиков(бесконтактные системы).

Рис. Схема контактно-транзисторной системы зажигания: 1 — свечи зажигания, 2 — распределитель зажигания, 3 — коммутатор, 4 — катушка зажигания, К — коллектор, Э — эмиттер, Б — база, R — резистор.

Рассмотрим функциональную схему контактнотранзисторной системы зажигания. На рисунке, приведённом рядом показан фрагмент такой схемы. Механические контакты переключают только управляющий ток базы транзистора, который значительно меньше первичного тока, протекающего между эмиттером и коллектором. Для защиты полупроводникового устройства, названного коммутатором, приходилось уменьшать величину э.д.с. самоиндукции в первичной цепи путём снижения индуктивности первичной обмотки. Индуктивность первичной обмотки уменьшается быстрее, чем сё сопротивление. Уменьшается э.д.с. самоиндукции и меньше препятствует увеличению первичного тока.

Из-за уменьшения индуктивности первичной обмотки и величины э.д.с. самоиндукции для получения неизменного вторичного напряжения увеличивают и коэффициент трансформации катушки зажигания.

Изменение скорости нарастания и максимальной величины первичного тока в классической и транзисторной системах зажигания представлено наследующем графике.

Рис. График: 1 — транзисторное зажигание, 2 — катушечное зажигание, 3 — момент размыкания

Поскольку контакты прерывателя находятся под напряжением только аккумуляторной батареи, то образующаяся при размыкании незначительная дуга позволяет обойтись без конденсатора. Контакты подвержены механическому износу и сохраняется возможность «дребезга».

Отличие электронных систем зажигания состоит в том, что коммутирование и разрыв тока в первичной обмотке катушки зажигания осуществляется не замыканием и размыканием контактов, а открыванием(проводящее состояние) и запиранием (отсечкой) мощного выходного транзистора. Это позволяет увеличить значение тока разрыва до 8 — 10 А, что позволяет в несколько раз увеличить энергию, запасаемую катушкой зажигания. Бесконтактные системы зажигания используют для подачи сигнала различные типы датчиков. Ниже приведём блок-схемы построения систем зажигания.

В приведенных выше системах зажигания коммутатор находится внутри ЭБУ двигателем.

Приведённые выше схемы систем управления зажиганием применяют многокатушечное построение. Катушки могут быть индивидуальными, вставленными в свечной туннель(СОР) с коммутатором встроенным в ЭБУ двигателем. Иногда одна встроенная в свечной туннель катушка обслуживает два цилиндра (к другой свече идёт ВВ провод). Встречаются системы, в которых коммутатор интегрирован в единый МОДУЛЬ ЗАЖИГАНИЯ, причём такой модуль может быть индивидуальным на цилиндр или отдельным блоком обслуживающим все цилиндры. Встречаются системы у которых на свечи одевается единый модуль, объединяющий в себе систему зажигания и датчики вращения и детонации (СААБ, МЕРСЕДЕС). У каждой системы есть свой достоинства и недостатки и только производитель решает какую систему или симбиоз разных систем применить и создать головную боль диагностам и пользователям автомобилей.

Опишем кратко только основные типы датчиков:

  • индукционный (генераторного типа)
  • датчик Холла (на одноимённом эффекте)
  • оптический датчик

Функциональная схема системы зажигания, построенная на использовании индукционного датчика показана рядом.

Рис. Схема системы зажигания с использованием индукционного датчика: 1 — свечи зажигания, 2 — датчик-распределитель, 3 — коммутатор, 4 — катушка зажигания.

Индукционный датчик представляет собой однофоазный генератор переменного тока с ротором на постоянных магнитах, число которых равно числу цилиндров. Мощность выходного сигнала датчика мала, поэтому выходные сигналы предварительно формируются и усиливаются. Обычно такие датчики устанавливаются в распределителе зажигания. В настоящее время такие датчики не применяются.

Часто применяемым датчиком частоты вращения или положения является датчик на эффекте Холла. Рядом приведён фрагмент электросхемы системы зажигания, использующей такой датчик.

Рис. Схема системы зажигания с использованием датчика на эффекте Холла: 1 — свечи зажигания, 2 — датчик Холла, 3 — коммутатор, 4 — распределитель зажигания, 5 — катушка зажигания.

Принцип действия такого датчика основан на изменении выходного сигнала в результате прерывания магнитного потока (экранирование), воздействующего на чувствительный элемент Холла (электросхема с питающим напряжением 5 или 12 В). Расположен обычно в распределителе зажигания, но может быть установлен и в других местах (маркерный диск коленвала или распредвала).

Распространенными являются и оптические датчики (особенно на а\м производства Японии). Принцип действия оптических датчиков основан на периодическом прерывании светового потока, излучаемого светодиодом. Маркерный диск с отверстиями механически связан с механизмом ГРМ. Отверстия на диске проходят мимо излучателя и поток света попадает на фотодиод. После усиления напряжения фотодиода получается напряжение импульсной формы — обычно прямоугольные импульсы.

Разрабатывалась и ранее использовалась тиристорная система зажигания. Энергия для искрового разряда в тиристорных системах накапливается в конденсаторе, а в качестве силового реле применялся тиристор. Катушка зажигания в этих системах не накапливает энергию, а лишь преобразует напряжение. Тиристорные системы применялись на мощных и высокооборотных двигателях. Скорость нарастания вторичного напряжения в тиристорной системе примерное 10 раз больше, чем в классической или транзисторной системах зажигания, поэтому пробой искрового промежутка свечи надёжно обеспечивается даже при загрязненных и покрытых нагаром изоляторах свечи. Сравнивать различные системы зажигания можно по различным характеристикам:

  • зависимость вторичного напряжения от частоты вращения коленвала двигателя;
  • продолжительность электрического разряда;
  • расход мощности;
  • надёжность схемы;
  • потребность в обслуживании;
  • чувствительность к шунтированию искрового промежутка свечи.

На рядом приведённом графике показано изменение вторичного напряжения U2 в зависимости от частоты следования разрядов f для различных систем зажигания.

При тиристорной системе зажигания вторичное напряжение можно считать постоянным во всём диапазоне частот вращения, а наибольшее снижение вторичного напряжения наблюдается в классической системе зажигания. При сравнении потребляемой мощности различными системами, можно констатировать, что электронные системы потребляют значительно большую мощность, чем классическая система. В классической и транзисторной системах зажигания продолжительность электрического разряда почти одинакова (около 1 мс) и является достаточной, а при конденсаторной (тиристорно-транзисторной) очень мала и составляет около 300 мкс.

Рис. Тирристорная система зажигания — график

Наименее чувствительна к шунтированию искрового промежутка свечи тиристорная (конденсаторная) система благодаря быстрому нарастанию вторичного напряжения.

В современных системах управления система зажигания не выделяется, а является частью единой системы управления двигателем. В таких системах используются индивидуальные или парные (работающие на два цилиндра одновременно) катушки зажигания, позволяющие создавать искровой разряд в цилиндре в конкретный вычисленный момент времени. При расчёте момента ценообразования учитывается температура двигателя, состав отработанных газов, скорость движения и другие параметры двигателя, а также учитывается информация полученная по сетевой шине от других электронных блоков управления. Одновременно с моментом искрообразования ЭБУ двигателем управляет моментом открытия впускных и выпускных клапанов, положением дроссельной заслонки, моментом и длительностью впрыска топлива и другими параметрами.

В заключении общего описания принципов построения систем зажигания отметим, что во всех системах используются катушки зажигания для формирования высоковольтного напряжения на электродах свечи зажигания. Более подробно описание процессов, проходящих в ЭБУ зажиганием, коммутаторах, катушках зажигания и формы осциллограмм будут приведены при описании конкретных элементов систем управления. У каждой системы есть свои преимущества и недостатки, поэтому различные разработчики и производители для конкретных систем управления и конкретных двигателей применяют те или иные системы зажигания. Иногда это синтез различных систем.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Устройство и принцип работы генератора скутера

Не искушенному в электрических делах обывателю — генератор скутера может показаться очень сложным девайсом. Отчасти это верно: электрический ток — вещь глазу не видимая и, если механические неисправности мы можем увидеть или пощупать, то об неисправностях в электрике скутера мы можем только догадываться или выявить их с помощью специальных измерительных устройств.

Впрочем, «не Боги горшки обжигают» и если у человека есть к чему-то желание, то эта статья будет неплохим подспорьем, а тем кто ничего не хочет — не стоит и продолжать.

Генератор скутера относится к генераторам маховичного типа с возбуждением от постоянных магнитов. Данный тип генераторов применяется на подавляющем большинстве скутеров, а также мопедов и малокубатурных мотоциклов.

Обозначение основных элементов генератора

Генератор скутера состоит из ротора (по-колхозному — «якорь») и статора. Ротор устанавливается непосредственно на коленчатый вал и во время работы двигателя ротор совершает вращательные движения вокруг катушек статора

Статор крепится непосредственно к картеру двигателя. И при работе двигателя остается неподвижным. Статор представляет собой металлическую основу выполненную из нескольких пластин специального трансформаторного железа. На основании статора есть специальные выступы (катушки) поверх которых в строго определенном порядке намотан медный провод — образующий собой обмотки генератора.

В зависимости от модели генератора — обмоток может быть две или три. На генераторе представленном ниже — обмоток три: питающая, управляющая и высоковольтная

На внутренней поверхности ротора установлены постоянные магниты. Магниты имеют разную полярность. В стоке магниты закрыты крышкой, если ее снять, то их можно увидеть

Каждый из магнитов образует вокруг себя статическое (постоянное) магнитное поле. В свою очередь — поле каждого магнита будет разное: синее — отрицательное («север»), красное — положительное («юг»)

Если вложить статор в ротор таким образом как это сделано на двигателе, то мы увидим, что катушки статора будут находится в магнитном поле расположенных рядом с ними магнитов

После того как мы запустим двигатель — магниты ротора начнут вращаться вокруг катушек статора. Во время вращения ротора к катушкам, которые всегда стоят неподвижно будут подходить разные по своей полярности магниты и поле в котором находятся катушки будет меняться с очень большой скоростью.  За счет быстрой смены магнитных полей в катушках генератора возникнет магнитная индукция и генератор начнет вырабатывать электрический ток.

Ток — это хорошо. Но ток генератора с возбуждением от постоянных магнитов величина непостоянная и напрямую зависит от оборотов двигателя: чем выше обороты двигателя тем чаще меняется поле катушек — индукция нарастает как следствие растет напряжение в катушках. Вот и получается, что на холостых оборотах двигателя напряжение генератора будет 8-10V, а на максимальных 60-70V.

Чтобы стабилизировать напряжение генератора до заданных пределов в систему энергообеспечения скутера внедрили специальный модуль регулирующий напряжения генератора. Он так и называется: реле-регулятор генератора

Принцип работы реле-регулятора очень простой: на статоре генератора есть три обмотки: питающая, высоковольтная и управляющая. Питающая обмотка является основной и предназначена для питания лампочек, звукового сигнала и зарядки аккумуляторной батареи.

Управляющая обмотка является вспомогательной и в случае повышения напряжения в питающей обмотке — реле-регулятор подает напряжение на управляющую обмотку — индукция сбивается и как следствие падает напряжение в питающей обмотке генератора.

При понижении напряжения происходит обратное: реле-регулятор прекращает подачу тока на управляющею обмотку, индукция восстанавливается, напряжение в питающей обмотке возрастает.

Управляющая и вспомогательная обмотка генератора намотана на одни и те же катушки

Высоковольтная обмотка намотана на отдельные катушки или катушку. Высоковольтная катушка нужна для формирования искры на свече зажигания и отношение к генератору имеет лишь от части. Скорее, она относится к системе зажигания, а это отдельный модуль и к работе генератора он имеет мало отношения

Еще одним вспомогательным модулем генератора является нагрузочный резистор. Он нужен для того, чтобы генератор не работал без нагрузки. Для устройств обеспечивающих генерацию тока — работа без нагрузки смерти подобна. Конструкторы заранее предусмотрели эту вероятность и чтобы исключить работу генератора вхолостую немного подгрузили питающую обмотку на резистор

Помимо вышеописанных элементов в систему энергообеспечения скутера внесен датчик зажигания, который, в нужный момент обеспечивает формирование искры на свече зажигания.

Данный модуль представляет из-себя тот же самый генератор только в миниатюре и и работает он точно по такому же принципу

На внешней стороне ротора есть небольшой магнитик в виде прямоугольного выступа. Этот магнит точно также как и его большие собратья формирует вокруг себя постоянное магнитное поле, а что происходит дальше вы уже наверное догадались: во время работы двигателя поле проходит через катушку датчика и в нем генерируется небольшой ток, который идет напрямую к коммутатору управляя в нем моментом искрообразования

alisa-motors.ru

Система зажигания - это... Что такое Система зажигания?

Систе́ма зажига́ния — это совокупность всех приборов и устройств, обеспечивающих появление электрической искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания в нужный момент. Эта система является частью общей системы электрооборудования.

История

В первых двигателях (например, двигатель Даймлера, а также так называемый полудизель) смесь топлива с воздухом воспламенялась в конце такта сжатия от раскалённой калильной головки — камеры, сообщающейся с камерой сгорания (синоним — калильная трубка). Перед запуском калильную головку надо было разогреть паяльной лампой, далее её температура поддерживалась сгоранием топлива при работе двигателя. В настоящее время по такому принципу работают калильные двигатели, используемые в различных моделях (авиа-, авто-, судомодели). Калильное зажигание в данном случае выигрывает своей простотой и непревзойдённой компактностью.

Дизельные двигатели также не имеют систему зажигания, топливо воспламеняется в конце такта сжатия от сильно нагретого в цилиндрах воздуха.

Не нуждаются в системе зажигания компрессионные карбюраторные двигатели, топливовоздушная смесь воспламеняется от сжатия. Данные двигатели также применяются в моделизме.[1]

Но по-настоящему на бензиновых моторах прижилась искровая система зажигания, то есть система, отличительным признаком которой является воспламенение смеси электрическим разрядом, пробивающем воздушный промежуток между электродами свечи зажигания.

В настоящее время существуют три системы зажигания: с использованием магнето, батарейное зажигание с автомобильным аккумулятором и система зажигания без аккумулятора с использованием мотоциклетного генератора переменного тока.

Можно выделить: схемы без использования радиоэлектронных компонентов («классические») и электронные.

Схемы с электронным зажиганием разделяются на:

  1. с наличием контактов прерывателя
  2. бесконтактные

Магнето

Одной из первых появилась система зажигания на основе магнето.

Магнето — специализированный генератор переменного тока, вырабатывающий электроэнергию только для свечи зажигания. Конструкция представляет собой постоянный магнит, получающий вращение от коленчатого вала бензинового двигателя и неподвижную генераторную обмотку с малым количеством витков толстого провода (катушка индуктивности). На общем магнитопроводе с генераторной обмоткой находится высоковольтная (с большим количеством витков тонкого провода). Генерируемое низковольтное напряжение трансформируется в высоковольтное, способное «пробить» искровой промежуток свечи накаливания. Один из выводов каждой катушки связан с «массой» (корпусом двигателя), другой вывод высоковольтной обмотки присоединяется к центральному электроду свечи зажигания. Если магнето контактное — параллельно другому выводу низковольтной обмотки на «массу» подключён прерыватель с параллельно подключенным конденсатором (необходим для уменьшения искрения и подгорания контактов). В нужный момент времени (момент опережения зажигания) кулачок размыкает контакты прерывателя и на свече проскакивает искра. В электронных бесконтактных магнето прерыватель отсутствует, имеется управляющая катушка, в нужный момент генерируется управляющий импульс на электронный блок. Транзисторы или тиристоры открывается, ток поступает на высоковольтную катушку. Энергия дополнительно накапливается в конденсаторах или в катушках индуктивности, что повышает мощность искры.

Достоинством магнето является простота, компактность и лёгкость, низкая стоимость, аккумуляторная батарея не нужна. Магнето всегда готово к работе. Применяется в основном на малогабаритной технике — например, на бензопилах, газонокосилках, переносных бензогенераторах и др. Магнето также применялось на поршневых авиационных двигателях.

Батарейное зажигание

Классическая (контактная) батарейная система зажигания

Второй, наиболее распространённой системой является батарейная система зажигания. В этом случае электропитание осуществляется от автомобильной аккумуляторной батареи, а когда двигатель работает — электроэнергию вырабатывает автомобильный генератор, подключенный параллельно аккумулятору.

Последовательно источникам тока подключен выключатель зажигания, прерыватель и первичная обмотка катушки зажигания с добавочным сопротивлением.

Катушка зажигания представляет собой импульсный трансформатор. Основная функция катушки зажигания — трансформирование низкого (12 вольт) напряжения в высоковольтный (десятки тысяч вольт) импульс, способный «пробить» искровой промежуток на свече.

Цепь высокого напряжения — вторичная обмотка катушки зажигания, распределитель, высоковольтные провода и свечи зажигания.

Если двигатель одноцилиндровый — тогда высоковольтный распределитель отсутствует, он также не нужен на двухцилиндровых двигателях при применении двухискровых катушек зажигания. В последнее время становится катушка на каждый цилиндр (что позволяет разместить катушку непосредственно на свече как наконечник и отказаться от высоковольтных проводов) или двухискровая катушка на пару цилиндров.

Принцип действия

Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции.

От аккумуляторной батареи при включенном зажигании и замкнутых контактах прерывателя ток низкого напряжения проходит по первичной обмотке катушки зажигания, образуя вокруг неё магнитное поле. Размыкание контактов прерывателя приводит к исчезновению тока в первичной обмотке и магнитного поля вокруг неё. Исчезающее магнитное поле индуктирует во вторичной обмотке высокое напряжение (около 20—25 киловольт). Распределитель поочерёдно подводит ток высокого напряжения к высоковольтным проводам и свечам зажигания, между электродами которых проскакивает искровой заряд, топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя воспламеняется.

Исчезающее магнитное поле пересекает не только витки вторичной, но и первичной обмотки, вследствие чего в ней возникает ток самоиндукции напряжением около 250—300 вольт. Это приводит к искрению и обгоранию контактов, кроме того, замедляется прерывание тока в первичной обмотке, что приводит к уменьшению напряжения во вторичной обмотке. Поэтому параллельно контактам прерывателя подключен конденсатор (как правило, ёмкостью 0,25 мкф).

Последовательно первичной обмотке катушки зажигания включается добавочное сопротивление (или дополнительный резистор). На низких оборотах контакты прерывателя оказываются бо́льшую часть времени в замкнутом состоянии и через обмотку протекает ток, более чем достаточный для насыщения магнитопровода. Избыточный ток бесполезно нагревает катушку. При запуске двигателя добавочное сопротивление шунтируется контактами реле стартера, тем самым повышается энергия электрической искры на свече зажигания.

Зажигание с использованием генератора переменного тока (без аккумуляторов)

На лёгких мотоциклах (например, мотоциклы «Минск», «Восход»), мопедах и подвесных лодочных моторах устанавливаются генераторы переменного тока с самовозбуждением (с вращающимся постоянным магнитом). Одна из статорных обмоток генерирует электроэнергию для свечи зажигания, остальные — для питания электрооборудования транспортного средства (фары, ходовые огни маломерного судна, освещение каюты). Статорная обмотка может быть совмещена с катушкой зажигания, а сам генератор — с узлом прерывателя. Аккумуляторная батарея на транспортном средстве не нужна (но на судне может присутствовать для освещения на стоянке, заряжается генератором на ходу, при работе лодочного мотора).

Электронное зажигание

Блок электронного зажигания, СССР, 1980-е годы. Самостоятельно подключался к «классической» батарейной системе зажигания автомобиля. Тумблером электроннное зажигание могло быть отключено, переменным резистором водитель регулировал опережение зажигания (например, уменьшал при запуске холодного двигателя).

Через контакты прерывателя «классической» системы зажигания протекает большой ток, вызывающий их быстрый износ, а также сила тока низкого напряжения зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. После появления полупроводниковых элементов (тиристоров и транзисторов) стали выпускаться электронные системы зажигания, вначале контактные, как дополнение к «классической», затем бесконтактные.

В контактной электронной системе зажигания через прерыватель проходит малый ток, собственно прерыватель вызывает срабатывание электронной схемы коммутатора, формирующей импульс в первичной обмотке катушки зажигания. Благодаря электронным компонентам напряжение в первичной обмотке может быть повышено, при запуске двигателя коммутатор может выдавать несколько импульсов подряд, облегчая воспламенение топливной смеси, водитель может со своего места легко регулировать момент зажигания.

Так, на автомобилях ЗИЛ-130, ЗИЛ-131 и ГАЗ-53 штатно устанавливалась контактно-транзисторная система зажигания. В СССР в продажу поступали блоки электронного зажигания («Ока», «Искра», «Искра-2» и др.), которые автолюбители самостоятельно устанавливали на свои «Запорожцы», «Жигули» и «Москвичи». Блок электронного зажигания мог быть легко отключен при его неисправности.

Системы с накоплением энергии в индуктивности

Системы с накоплением энергии в индуктивности (транзисторные) занимают доминирующее положение в технике. Принцип действия — при протекании электрического тока от внешнего источника через первичную обмотку катушки зажигания катушка запасает энергию в своём магнитном поле, при прекращении этого тока ЭДС самоиндукции генерирует в обмотках катушки мощный импульс, который снимается со вторичной (высоковольтной) обмотки, и подаётся на свечу. Напряжение импульса достигает 20—40 тысяч вольт без нагрузки. Реально, на работающем двигателе напряжение высоковольтной части определяется условиями пробоя искрового промежутка свечи зажигания в конкретном рабочем режиме, и колеблется от 3 до 30 тысяч вольт в типичных случаях. Прерывание тока в обмотке долгие годы осуществлялось обычными механическими контактами, сейчас стандартом стало управление электронными устройствами, где ключевым элементом является мощный полупроводниковый прибор: биполярный или полевой транзистор.

Системы с накоплением энергии в ёмкости

Системы с накоплением энергии в ёмкости (они же «конденсаторные» или «тиристорные», CDI) появились в середине 1970-х годов в связи с появлением доступной элементной базы и возросшим интересом к роторно-поршневым двигателям. Конструктивно они практически аналогичны описанным выше системам с накоплением энергии в индуктивности, но отличаются тем, что вместо пропускания постоянного тока через первичную обмотку катушки к ней подключается конденсатор, заряженный до высокого напряжения (типично от 100 до 400 вольт). То есть обязательными элементами таких систем являются преобразователь напряжения того или иного типа, чья задача — зарядить накопительный конденсатор, и высоковольтный ключ, подключающий данный конденсатор к катушке. В качестве ключа, как правило, используются тиристоры. Недостатком данных систем является конструктивная сложность, и недостаточная длительность импульса в большинстве конструкций, достоинством — крутой фронт высоковольтного импульса, делающий систему менее чувствительной к забрызгиванию свечей зажигания, характерному для роторно-поршневых двигателей.

Принципиальная схема транзисторного электронного контактного зажигания. При размыкании контактов прерывателя S1 электронная схема формирует импульс электрического тока в первичной обмотке катушки зажигания
  • Существуют также конструкции, объединяющие оба принципа, и имеющие их достоинства, но, как правило, это любительские или экспериментальные конструкции, отличающиеся высокой сложностью изготовления.

Момент зажигания

Важнейшим параметром, определяющим работу системы зажигания, является так называемый момент зажигания, — то есть время, в которое система поджигает искровым разрядом сжатую рабочую смесь. Определяется момент зажигания как положение коленвала двигателя в момент подачи импульса на свечу опережением относительно верхней мёртвой точки в градусах (типично от 1 градуса до 30).

Это связано с тем, что для сгорания рабочей смеси в цилиндре требуется некоторое время (скорость распространения фронта пламени около 20-30 м/с). Если поджигать смесь в положении поршня в верхней мёртвой точке (ВМТ), смесь будет сгорать уже на такте расширения и частично на выпуске и не обеспечит эффективного давления на поршень (попросту говоря, догоняя поршень, вылетит в выхлопную трубу). Поэтому (оптимальный) момент зажигания подбирают таким образом (опережают относительно ВМТ), чтобы максимальное давление сгоревших газов приходилось на ВМТ.

Оптимальный момент (опережения) зажигания зависит от скорости движения поршня (оборотов двигателя), степени обогащения/обеднения смеси и немного от фракционного состава топлива (влияет на скорость горения смеси). Для автоматического приведения момента зажигания к оптимальному применяются центробежный и вакуумный регуляторы, или электронный блок управления.

Следует отметить, что на нагрузочных режимах в бензиновых двигателях при оптимальных (по скорости горения смеси) углах зажигания часто возникает детонация (взрывное горение смеси), поэтому, для её избежания, реальный угол опережения зажигания делают чуть больше, до порога возникновения детонации (подводом начального угла опережения вручную, или электроникой блока управления — автоматически, в движении).

Как «позднее зажигание», так и «раннее зажигание» (относительно оптимального) приводит к падению мощности двигателя и снижению экономичности из-за снижения КПД, а также избыточному нагреву и нагрузкам на детали двигателя. «Раннее зажигание», кроме того, приводит к сильной детонации, особенно при резком нажатии на педаль газа. Регулировка опережения зажигания на автомобилях обычно заключается в выставлении наиболее раннего момента зажигания, еще не приводящего к детонации при разгоне.

Узлы системы зажигания

Бесконтактная электронная система зажигания; распределитель совмещён с катушкой зажигания, виден вакуумный регулятор и высоковольтные провода со свечными наконечниками.

Датчик момента искрообразования

В старых двигателях использовался вращающийся кулачок и контактная группа (прерыватель), разрывающая цепь при определённом положении вала. Это упрощало низковольтную электрическую схему системы зажигания до двух проводов — от аккумулятора до катушки, и от катушки до прерывателя. Недостатком этой системы была низкая надёжность контактов прерывателя и параллельно им подключенного конденсатора (возможно, самое ненадёжное место в двигателе как целом), уязвимость контактов для нагара и влаги.

С развитием электроники от прерывателя отказались, заменив его бесконтактными датчиками — индуктивными, оптическими, либо наиболее распространёнными датчиками Холла, основанными на эффекте изменения проводимости полупроводника в магнитном поле. Преимущество бесконтактных схем — отсутствие необходимости в периодическом обслуживании, — за исключением замены свечей зажигания. В таком случае, для выдачи резкого фронта/спада напряжения на катушку необходима электронная схема, делающая это на основании сигнала с датчика. Отсюда происходит название такого варианта: «бесконтактное электронное зажигание». Электронная схема обычно исполнена в виде единого; зачастую — неремонтопригодного узла, известного в просторечии как «коммутатор».

На советских лодочных[2] и мотоциклетных[3] двигателях бесконтактное электронное зажигание применялось с 1970-х годов; на автомобилях — начиная с ВАЗ-2108 (1984).

В современных автомобилях на его смену пришли датчик положения коленвала и датчик фаз. Точный момент искрообразования вычисляется электронным блоком управления в зависимости от показаний многих иных датчиков (датчик детонации, датчик положения дроссельной заслонки и т. п.) и в зависимости от режима движения и работы двигателя.

Центробежный регулятор

Центробежный регулятор — устройство, изменяющее положение шторки бесконтактного датчика или кулачка контактного (а значит, и момент зажигания) в зависимости от оборотов двигателя.

Состоит из грузиков (обычно — двух), которые, с увеличение оборотов двигателя, расходятся, преодолевая сопротивление пружинок, поворачивая при этом часть вала со шторкой или кулачком вперёд (увеличивая опережение зажигания при увеличении оборотов).

Вакуумный регулятор

Вакуумный регулятор — устройство, изменяющее положение датчика относительно начального (а, значит, и момент зажигания) в зависимости от разрежения во впускном коллекторе, то есть от степени открытия дроссельных заслонок и оборотов двигателя. Обычно включает в себя шланг от узла прерывателя/датчика до карбюратора или впускного коллектора. На прерывателе разрежение воздействует на мембрану, которая, преодолевая сопротивление пружины, сдвигает датчик (контакты прерывателя) навстречу движению кулачка (шторок), то есть, увеличивая опережение зажигания при большом разрежении во впускном коллекторе (в этом случае смесь горит дольше, это режимы малых нагрузок при высоких оборотах двигателя).

Центробежный и вакуумный регуляторы позволяют добиться оптимального момента зажигания во всех режимах работы двигателя. В современных двигателях они уже не используются, — поскольку задача определения оптимального момента искрообразования переложена на микропроцессор (в электронном блоке управления, или контроллере), учитывающий в вычислениях также положение дросселей, обороты двигателя, сигналы датчика детонации и т. п.

Катушка зажигания

Схема включения двухискровой катушки зажигания

Катушка зажигания (часто называется «бобина») — импульсный трансформатор, преобразующий резкий фронт/спад напряжения от прерывателя/коммутатора в высоковольтный импульс. В одноцилиндровых двигателях (лодочные, мотоциклетные) используется по одной катушке на каждый цилиндр, соединённой со свечой высоковольтным проводом. В многоцилиндровых двигателях традиционно использовалась одна катушка и распределитель; однако в большинстве современных двигателей используется несколько катушек зажигания, либо объединённых в едином корпусе с электронными коммутаторами (т. н. «модуль зажигания»), при этом каждая катушка обеспечивает искру в конкретном цилиндре, либо в группах цилиндров, что позволяет отказаться от распределителя зажигания, либо отдельные катушки устанавливаются непосредственно на каждую свечу; при этом, катушки выполнены в виде надеваемых на свечи наконечников, конструктивно объединяющих собственно высоковольтный трансформатор и силовой ключ управления, что позволяет отказаться также и от высоковольтных проводов. Нередко — в случае большеобъёмных двигателей или двигателей, работающих на обеднённых смесях, — используют двух- или многоточечный по́джиг для уменьшения фазы горения смеси или для повышения надёжности (авиадвигатели). В этом случае устанавливается либо два комплекта катушек зажигания и распределителей, либо используется схема с индивидуальными катушками (например, двигатели Honda серии LxxA). Также, в двигателях с четным числом цилиндров часто применяется схема с двухискровой катушкой зажигания, содержащей выводы от обоих концов высоковольтной обмотки и соответственно питающей две свечи зажигания, находящихся в цилиндрах, циклы в которых сдвинуты друг относительно друга так, чтобы ненужная в данный момент искра попадала на такт выпуска или продувки. Преимущество: позволяет упростить схему зажигания; причём, в случае двухцилиндровых двигателей — кардинально. Двухискровые катушки зажигания применяются на автомобилях «Ока», мотоциклах «Днепр».

Распределитель зажигания

Прерыватель-распределитель в сборе

Распределитель зажигания (обиходное название — «трамблёр») — высоковольтный переключатель, бегунок которого получает вращение от распределительного вала двигателя, подключает катушку зажигания к нужной в данный момент свече. Обычно исполняется в одном корпусе и на одном валу с прерывателем/датчиком положения вала. Состоит из подвижного контакта (бегунка) и крышки, к которой подключаются один высоковольтный провод от катушки и несколько — далее к свечам.

Вполне надёжен, но требует периодической чистки; также, трещины крышки часто приводят к неработоспособности двигателя, — особенно во влажную погоду. Бегунок имеет тенденцию к подгоранию.

В современных двигателях распределитель не используется, уступив место модулям зажигания, использующим отдельные катушки для отдельных групп свечей, или катушкам установленным непосредственно на свечи.

Высоковольтные провода

Высоковольтные провода соединяют катушку зажигания с центральным контактом крышки распределителя и боковые контакты распределителя со свечами зажигания. Если двигатель одноцилиндровый или применяется двухискровая катушка зажигания — тогда провод идёт от катушки непосредственно к свече. Высоковольтный провод — это многожильный провод, окружённый многослойной изоляцией, способной выдержать разность потенциалов до 40 киловольт. Характеризуются распределённым активным сопротивлением (порядка нескольких килоом на метр), либо так называемым «нулевым сопротивлением» (порядка нескольких ом на метр). В последнее время стала применяться изоляция из силикона, как более надёжная и долговечная. Также применяются экранированные провода (с металлической оплёткой), например, на автомобилях с радиостанциями для уменьшения радиопомех. На концах высоковольтных проводов находятся наконечники для подключения к катушке зажигания, крышке распределителя и свечам зажигания.

В некоторых современных автомобилях катушки зажигания устанавливаются непосредственно на свечи и высоковольтные провода не используются.

Свеча зажигания

Свеча зажигания вворачивается в головку цилиндра (или в головку блока цилиндров), к контактному выводу при помощи наконечника подключается высоковольтный провод. Через воздушный промежуток между центральным и боковым электродами проскакивает электрическая искра, воспламеняя топливовоздушную смесь. Также существуют системы зажигания бензиновых двигателей с двумя свечами, и, соответственно, двумя катушками на каждый цилиндр (или двумя магнето, как на авиационных поршневых двигателях). Две свечи на цилиндр применяются, исходя из соображений сокращения длины пробега фронта горения в цилиндре, что позволяет немного сдвинуть момент зажигания в раннюю сторону, и получить немного бо́льшую отдачу от двигателя. Также повышается надёжность системы.

Неисправности системы зажигания

Все неисправности систем зажигания можно разделить на категории:

  • Неправильная регулировка и/или неисправность центробежного и/или вакуумного регулятора опережения зажигания (при их наличии), в современных системах — неоптимальная программа электронного блока управления. На практике употребляются термины «раннее зажигание» и «позднее зажигание».
  • Периодический пропуск искры в одном или нескольких цилиндрах (в просторечии — перебои). Может быть следствием слабой энергии импульса или повреждением изоляции высоковольтных частей системы (искра сбегает).
  • Полное отсутствие искры в одном или нескольких цилиндрах (соответственно двигатель троит или не заводится).
  • Замасливание свечей. Возникает при попытке запуска в мороз совершенно холодного двигателя на полностью закрытой воздушной заслонке («включенном подсосе»). Если такое уже возникло, то единственный способ ремонта — выворачивание свечи и очистка электродов от масла бумагой, тряпкой или щеткой, а также прокаливание. Для предотвращения предлагается перед запуском дернуть шнуровой стартер 10-15-20 раз (в зависимости от температуры), не пользуясь подсосом. Это приводит к разогреву двигателя компрессией. В современных инжекторных автомобильных двигателях почти не возникает.

Большинство узлов системы зажигания неремонтопригодны и в случае отказа заменяются на исправные. Наиболее часто выходящие из строя узлы:

  • Контакты механического прерывателя, если он есть — срок службы большой, но требует достаточно частой периодической зачистки контактов и регулировки зазора.
  • Свечи зажигания. На практике, их меняют превентивно, с некоторой периодичностью, заведомо меньшей, чем средний срок службы свечи до отказа.
  • Высоковольтные провода — по причине старения изоляции, высокого передаваемого напряжения и постоянного механического воздействия (соединение неподвижной катушки зажигания и вибрирущего двигателя).
  • Катушка (или модуль) зажигания — старение изоляции в обмотках. Замечен больший ресурс маслонаполненных катушек.
  • Электронный коммутатор — по причине старения электронных компонентов.
  • Прочие компоненты — как правило, рассчитаны на полный срок службы автомобиля и отказывают или в результате нарушения условий эксплуатации (температура, напряжение, загрязнение и т. п.), или по причине низкого качества изготовления. Сюда же относятся и проводка.

Примечания

Ссылки

biograf.academic.ru

Назначение систем зажигания | Система зажигания

Система зажигания предназначена для воспламенения топливовоздушной смеси в цилиндрах бензинового двигателя. Топливовоздушная смесь воспламеняется в камере сгорания двигателя посредством электрического разряда между электродами свечи зажигания, установленной в головке цилиндров. Для создания искры между электродами свечи зажигания применяют системы зажигания от магнето и батарейные системы зажигания, источниками высокого напряжения в которых являются индукционные катушки.

Рис. Схема батарейной системы зажигания

Система зажигания состоит из следующих основных элементов:

  • источник тока ИТ, функцию которого выполняет аккумуляторная батарея или генератор
  • выключатель ВК цепи электроснабжения (выключатель зажигания)
  • датчик Д углового положения коленчатого вала
  • регуляторы момента зажигания РМЗ, которые задают определенный момент подачи высокого напряжения на свечу в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, разрежения Δрк во впускном трубопроводе и октанового числа бензина
  • источник высокого напряжения ИВН, содержащий промежуточный накопитель энергии НЭ и преобразователь низкого напряжения в высокое
  • силовое реле СР, в качестве которого могут служить механические контакты прерывателя или электронный ключ (транзистор или тири­стор)
  • распределитель Р импульсов высокого напряжения по свечам
  • помехоподавительные устройства ПП (экранирующие элементы системы зажигания или помехоподавительные резисторы)
  • свечи зажигания СВ, на которые подается высокое вторичное напряжение

В батарейной системе зажигания источником энергии является аккумуляторная батарея или генератор (в зависимости от режима работы двигателя). Система зажигания от магнето принципиально отличается от батарейной тем, что источник электроэнергии в ней — магнитоэлектрический генератор, конструктивно объединенный с индукционной катушкой. Система зажигания от магнето в настоящее время на автомобилях практически не применяется, однако находит применение на пусковых бензиновых двигателях тракторных дизелей.

Система зажигания обеспечивает генерацию импульсов высокого напряжения в нужный момент времени на тактах сжатия в цилиндрах двигателя и их распределение по цилиндрам в соответствии с порядком их работы. Момент зажигания характеризуется углом опережения зажигания УОЗ, который представляет собой угол поворота коленчатого вата от положения в момент подачи искры до положения, когда поршень проходит через верхнюю мертвую точку ВМТ.

Электрическая искра вызывает появление в ограниченном объеме топливовоздушной смеси первых активных центров, от которых на­чинается развитие химической реакции оксидирования топлива, со­провождающейся выделением теплоты. Процесс сгорания рабочей смеси разделяют на три фазы:

  • начальная, в которой формируется пламя, инициированное ис­кровым разрядом в свече
  • основная, в которой пламя распространяется на большую часть камеры сгорания
  • конечная, в которой пламя догорает у стенок цилиндра

Рис. Система зажигания с накоплением энергии:а — в магнитном поле; б — в электрическом поле

Для бесперебойного искрообразования на свечу зажигания необходимо подать напряжение до 30 кВ.

Высокий уровень напряжения обеспечивает промежуточный источник энергии. По способу накопления энергии в промежуточном источнике различают системы с накоплением энергии в магнитном поле (в индуктивности) или в электрическом поле конденсатора (в емкости). В обоих случаях для получения импульса высокого напряжения используется катушка зажигания, представляющая собой трансформатор (или автотрансформатор), содержащий две обмотки: первичную L1 с малым числом витков и электросопротивле­нием в доли и единицы ома и вторичную обмотку L2 с большим числом витков и сопротивлением в единицы и десятки килоом.

Автотрансформаторная связь обмоток упрощает конструкцию и технологию изготовления катушки, а также несколько увеличивает вторичное напряжение. Коэффициент трансформации катушек зажигания находится в пределах 50—225.

В системах зажигания с накоплением энергии в катушках зажигания (в индуктивности) первичная обмотка L1 катушки подключается к источнику электроснабжения последовательно через механический или электронный прерыватель S2. В системах зажигания с накоплением энергии в электрическом поле конденсатора (в емкости) первичная обмотка катушки периодически подключается к конденсатору управляемым электронным переключателем S2. Конденсатор предварительно за­ряжается от источника электроснабжения на автомобиле через статический преобразователь напряжения.

ustroistvo-avtomobilya.ru