Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах бензиновых двигателей. Основными требованиями к системе зажигания являются:
1. Обеспечение искры в цилиндре находящемся в такте сжатия в соответствии с порядком работы цилиндров.
2. Своевременность момента зажигания. Искра должна происходить в 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.
3. Достаточная энергия искры. Количество энергии, необходимой для надежного воспламенения рабочей смеси, зависит от состава, плотности и температуры рабочей смеси.
4. Общим условием для системы зажигания является её надежность (обеспечение непрерывности искрообразования).
Неисправность системы зажигания вызывает неполадки как при запуске, так и при работе двигателя:
o трудность или невозможность запуска двигателя;
o неравномерность работы двигателя - "троение" или прекращение работы двигателя - при пропусках искрообразования в одном или нескольких цилиндрах;
o детонация, связанная с неверным моментом зажигания и вызывающая очень быстрый износ двигателя;
o нарушение работы других электронных систем за счёт высокого уровня электромагнитных помех и прочее.
Обобщенно структуру системы зажигания можно представить следующим образом:
Рассмотрим подробнее каждый из элементов системы:
1. Источник питания для системы зажигания - бортовая сеть автомобиля и её 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:
o 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.
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.
o 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.
o 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 Холла (такая модификация системы называется TI-h) содержит пластинку кремния, к двум боковым граням которой приложено небольшое напряжение. Если пластинку поместить в магнитное поле, то на двух других гранях пластинки также появится напряжение в этом состоит эффект Холла.
индуктивный датчик (такая модификация системы называется TI-i) - включает в себя постоянный электромагнит с обмоткой и зубчатый диск. При вращении диска магнитное поле замыкается либо через зуб, либо через впадину. Магнитный поток, проходящий через обмотку, то увеличивается, то уменьшается, в результате чего в обмотке индуцируется ЭДС переменного знака. Сигналы датчика проходят через формирователь импульсов и далее поступают в коммутатор для управления первичной обмоткой катушки зажигания. При увеличении скорости возрастет частота импульсов, а также само выходное напряжение датчика - с долей вольта до сотни вольт.
оптический датчик (такая модификация системы называется TI-o) - представляет из себя сегментированный диск, закрепленный на валу распределителя, который перекрывает инфракрасный луч, направленный на фототранзистор. В течение промежутка времени, пока фототранзистор освещен, через первичную обмотку катушки идет ток. Когда диск перекрывает луч, датчик посылает в коммутатор импульс, который прерывает ток в катушке и таким образом генерирует искру.
Существует несколько разновидностей такого рода устройств: запуск искры может происходить как при открытии так и наоборот, при закрытии светового источника. Обычно такие генераторы задают постоянный угол включенного состояния катушки, но качество зажигания от этого не страдает, поскольку на это не оказывает влияния динамика подвижного контакта и он остается всегда постоянный, независимо от скорости.
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".
Одна из модификаций этой системы с механическим распределителем и катушкой зажигания, отдельно стоящей от распределителя и коммутатора получила устоявшееся название "бесконтактная система зажигания (БСЗ)".
o микропроцессорный блок управления зажиганием (или блок управления двигателем с подсистемой управления зажиганием) - с датчиками и коммутатором. Системы зажигания, в которых применяется такой вариант управления зажиганием, имеют общее название микропроцессорные системы зажигания. В этом случае блок управления получает информацию о работе двигателя (обороты, положение коленчатого вала, положение распределительного вала, нагрузка на двигатель, температура охлаждающей жидкости и пр.) от датчиков и по результатам алгоритмической обработки этих данных управляет коммутатором, который, в свою очередь, управляет накопителем энергии. Регулировка опережения зажигания реализована программно в блоке управления.
Коммутаторы в микропроцессорных системах зажигания также называются "воспламенитель" (igniter).
Электронный блок управления (ЭБУ, ECU, PCM) - именно он выполняет в системе главную роль. Его работа состоит в сборе информации от датчиков (для управления зажиганием основными датчиками являются датчик положения коленчатого вала, датчик положения распределительного вала, датчик детонации, датчик угла открытия дроссельной заслонки), расчете оптимального момента зажигания и времени зарядки катушки и конкретно управление через коммутатор первичной цепью катушки. На современных автомобилях блок управления системой зажигания объединен с блоком управления впрыском топлива.
Кратко рассмотрим основные датчики микропроцессорной системы управления зажиганием:
Датчики положения коленчатого и распределительного вала. Эти датчики необходимы ЭБУ для определения текущих оборотов двигателя, а также текущего положения распределительного вала (для идентификации цилиндра, который находится в такте сжатия). В разных модификациях электронных систем управления используется разный набор датчиков для решения этих задач. При этом также используются датчики разных типов - но наиболее часто индуктивные датчики и датчики Холла.
Датчик детонации - устанавливается на блоке двигателя. Во время работы двигателя датчик генерирует сигнал с частотой и амплитудой, зависящей от частоты и амплитуды вибрации двигателя. При возникновении детонации электронный блок корректирует угол опережения зажигания.
Датчик угла открытия дроссельной заслонки - определяет нагрузку на двигатель.
Коммутатор ("воспраменитель", 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).
Микропроцессорная система управления зажиганием может применяться практически с любыми модификациями систем накопления и распределения энергии.
4. Накопитель энергии. Накопители энергии, используемые в системах зажигания делятся на две группы:
o С накоплением энергии в индуктивности - катушка или катушки зажигания (разг. бобина, англ. ignition coil, inductor). В этом случае энергия накапливается в первичной обмотке катушки зажигания и при размыкании первичной цепи во вторичной цепи индуцируется высокое напряжение, подаваемое на свечи. Это наиболее распространенная система.
o С накоплением энергии в емкости - конденсаторе. В этом случае энергия накапливается в конденсаторе, а в необходимый момент проходит через катушку зажигания как через трансформатор. Во вторичной цепи также индуцируется высокое напряжение, подаваемое на свечи. Такое устройство накопителя энергии получило аббревиатуру CDI - Capacitor Discharge Ignition ("зажигание от разряда конденсатора") или конденсаторное зажигание или тиристорное зажигание (по названию радиоэлемента выполняющего функции коммутации). На автомобилях эта система используется, но не широко (очень широко эта система применяется на мотоциклах, гидроциклах, скутерах и пр.). Отличительным преимуществом данной системы является то, что энергия искры не зависит от оборотов двигателя и пр.
5. Система распределения зажигания. На автомобилях применяются два типа систем распределения - системы с механическим распределителем и системы статического распределения.
o Системы с механическим распределителем энергии. Распределитель зажигания, трамблер - 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).
o 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. 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").
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.
9. контактная гайка
10. изолятор
11. корпус
12. уплотнительное кольцо
13. центральный электрод
14. боковой электрод
Свеча зажигания
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 новейшем 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.
Проверка свечей
Если двигатель с трудом запускается, наблюдаются сбои в работе, следует проверить исправность свечей зажигания.
Свеча зажигания сохраняет работоспособность при не изношенных электродах, герметичном корпусе, неповрежденных тепловом конусе и изоляторе.
Существует несколько способов определения работоспособности свечей зажигания:
• испытания «на искру»,
• внешний осмотр,
• проверка электроцепи.
Проверить свечу первым способом можно только в условиях СТО с применением спецоборудования.Специальные тестеры позволяют проверить «на искру» свечи, установленные на двигателе, при запущенном двигателе. К высоковольтному проводу свечи подсоединяется датчик, по данным которого специалист определяет состояние свечи зажигания.
Проверка свечи внешним осмотром предполагает определение видимых изменений в свечи. Нормальная свеча должна быть с легким светло-желтым налетом.
Проверка электроцепи производится специальными тестерами, еще данный вид тестов называют проверкой высоковольтных проводов.
Период замены свечей во многом зависит от качества бензина и самой свечи. Рекомендуется для нашего региона производить замену свечей каждые 15-20 т. км или при видимых дефектах свечи
Учитывая все возможные комбинации вышеописанных элементов, на автомобилях используется не менее 20 разновидностей систем зажигания.
