3. СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Данная система существует лишь в бензиновых ДВС. В дизелях зажигание горючей смеси в цилиндрах производится посредством ее самовоспламенения при сильном сжатии.

3.1. Назначение и основные требования к системе зажигания

Система зажигания (СЗ) предназначена для принудительного воспламенения топливно-воздушной смеси (ТВС) в цилиндрах бензинового двигателя в соответствии с порядком его работы. Данное воспламенение производится посредством электрического разряда между электродами свечи зажигания, ввернутой в головку цилиндра двигателя.

объем камеры сгорания.

Данная реакция окисления идет с выделением большого количества теплоты, часть которой расходуется на механическую работу расширения горючей смеси. Эта работа приводит в движение поршень (рабочий ход поршня) и через кривошипношатунный механизм передает это движение на коленчатый вал двигателя.

Данная работа будет тем эффективнее, чем ближе момент максимального давления газов на поршень к моменту, когда угол между осью цилиндра и осью шатуна будет равен 10° после прохождения поршнем верхней мертвой точки (ВМТ).

57

От точности определения момента зажигания ТВС в значительной степени зависят экономичность и устойчивость работы ДВС, а также токсичность отработавших газов. Для каждого цилиндра существует свой оптимальный момент зажигания. Синхронность работы цилиндров ДВС – необходимое требование для наиболее полного использования работы расширения ТВС. Величину момента зажигания в каждом цилиндре измеряют углом опережения зажигания (УОЗ), который зависит от частоты вращения коленчатого вала, составом ТВС и нагрузки на двигатель.

Из вышесказанного следуют такие требования к СЗ:

1)СЗ должна обеспечить надежное воспламенение рабочей смеси независимо от температуры, давления, оборотов коленчатого вала и т.д.;

2)СЗ должнаСибАДИобеспечить изменение угла опережения зажигания в оптимальных пределах в зависимости от оборотов коленчатого вала и нагрузки на двигатель;

3)приборы (аппараты) СЗ должны обладать надежностью и долговечностью в эксплуатации, иметь относительно небольшие габариты, массу, стоимость;

4)СЗ не должна создавать радиопомех выше допустимых

норм;

5)СЗ должна о ладать о щетехническими требованиями (относительно небольш м о ъемом работ по техническому обслуживанию, доступностью в ремонте и диагностировании).

4) электронная (микропроцессорная) СЗ.

Далее рассмотрим каждый из этих видов отдельно.

Контрольные вопросы и задания:

1.Как обеспечивается воспламенение в бензиновом ДВС?

2.Из каких соображений определяется оптимальный момент воспламенения ТВС?

3.Что называют углом опережения зажигания?

4.Перечислите условия, при которых работа расширения ТВС будет использоваться максимально полезно.

5.Повторите все требования, предъявляемые к СЗ.

58

3.2. Устройство классической системы зажигания

Классическая система зажигания (все виды кроме микропроцессорной СЗ) состоит из следующих основных элементов:

1)источника постоянного тока с напряжением 12 В;

2)реле зажигания;

3)катушки зажигания;

4)распределителя зажигания;

5)прерывателя;

6)свечей зажигания, соединенных с распределителем высоковольтными кабелями.

Структура такой системы представлена на рис. 3.1.

5 – катушка зажигания; 6 – монтажный блок; 7 – реле зажигания; 8 – выключатель зажигания; А – выход к клемме «30» генератора

Рис. 3.1. СхемаСибАДИкласс ческой системы зажигания: 1 – свечи зажигания; 2 – распределитель заж ган я; 3 – конденсатор; 4 – кулачок прерывателя;

Электронный блок управления двигателем (ЭБУ-Д) обеспечивает подключение СЗ к питанию через монтажный блок 6 и реле зажигания 7 (см. рис. 3.1), подавая соответствующий управляющий сигнал (электрический импульс). Катушка зажигания 5 имеет две обмотки. Первичная обмотка включена в цепь низкого напряжения с ключом-прерывателем. В контактной СЗ ключ-прерыватель замыкает и размыкает первичную цепь в результате вращения кулачка прерывателя 4. Профиль кулачка правильный z-угольник, где z – число цилиндров двигателя.

В контактно-транзисторной СЗ ключом для прерывания тока в первичной цепи катушки зажигания является транзистор, а механический ключ находится в эмиттерной цепи транзистора.

59

В бесконтактно-транзисторных системах зажигания в качестве выключателя в эмиттерной цепи транзистора используется либо магнитно-электрический датчик, либо датчик Холла. Основным преимуществом последнего является то, что величина его сигнала не зависит от скорости вращения коленчатого вала. Высокое напряжение со вторичной обмотки катушки зажигания поступает по высоковольтному кабелю в распределитель 2. В нём имеется вращающийся от привода коленвала бегунок, который подает это напряжение на одну из свечей зажигания 1. Конденсатор 3 ослабляет искровой разряд при размыкании механического контакта в первичной цепи катушки зажигания.

После подачи напряжения 12 В на первичную обмотку катушки зажигания в ней с момента включения ключапрерывателя СибАДИпотечет возрастающий по величине ток, пока не достигнет своего максимального значения.

Пусть tз – интервал времени замкнутого состояния ключапрерывателя. За это время в катушке зажигания будет накапливаться магнитная энергия. Если первичную цепь разомкнуть, то накопленная магнитная энергия перейдёт в электрическую – на первичной обмотке возникнет импульс высокого напряжения около 300 В (явление электромагнитной индукции). Со вторичной о мотки при этом снимется напряжение до 20 – 30 кВ (это напряжение будет во столько раз больше напряжен я перв чной обмотки, во сколько раз число витков вторичной обмотки больше, чем у первичной).

По высоковольтному кабелю это высокое напряжение поступает в распределитель, который направляет его на одну из свечей зажигания – ту, которая в данный момент должна зажечь горючую смесь в соответствующем цилиндре ДВС. Для обеспечения условия воспламенения горючей смеси необходимо, чтобы катушка зажигания за время tз успела накопить достаточно магнитной энергии (время, за которое ток в первичной цепи достигает своего максимального значения), а за интервал времени tр разомкнутого состояния первичной цепи катушки зажигания на электродах свечи зажигания успел произойти электрический разряд и поджечь горючую смесь в цилиндре ДВС.

Период одного цикла работы прерывателя T = tз + tр = = 120/(n·z). Следовательно, tз и tр зависят от частоты вращения n (числа оборотов в минуту) и числа z цилиндров ДВС.

60

Момент зажигания рассчитывается таким, чтобы фронт высокого давления горючей смеси после её воспламенения достиг поршня, когда тот пройдет верхнюю мертвую точку (ВМТ) и угол между осью цилиндра и шатуном составил 10°. В этом случае энергия расширения горючей смеси будет использоваться с максимальным эффектом.

Принцип работы СЗ продемонстрирован в доступной форме в учебном фильме.

Контрольные вопросы и задания:

1.Назовите основные элементы классической СЗ.

2.Какова роль прерывателя? Объясните физику процесса получения высокого напряжения в катушке зажигания.

3.Из каких соображений выбирается интервал времени tз замкнутого состоянияСибАДИключа-прерывателя?

4.Каким должен быть интервал времени tр разомкнутого состояния ключа-прерывателя, чтобы гарантированно обеспечить образование искры?

Рис. 3.2. Контактная система зажигания: 1 – АКБ; 2 – прерыватель; 3 – катушка зажигания; 4 – распределитель; 5 – свечи зажигания

При подключении данной системы к источнику питания с напряжением 12 В (ключ К) кулачок прерывателя 2 при своем

61

вращении с угловой скоростью ω будет то замыкать, то размыкать цепь первичной обмотки катушки зажигания 3.

В момент замыкания в первичной цепи появляется ток i1, который будет нарастать от нуля до некоторого постоянного значения I1 по мере преодоления индуктивного сопротивления первичной обмотки. В этот период будет происходить накопление магнитной энергии в катушке зажигания до величины [8, с. 148]

максимальное установившееся значение тока в первичной цепи, А.

где E1 противоЭДС, создаваемая током i1 в первичной обмотке, В; R1 активное сопротивление первичной обмотки, Ом.

ПротивоЭДС E1 вызвана меняющимся во времени магнитным потоком от переменного тока в первичной цепи, то есть

Таким образом, при замыкании первичной цепи нельзя получить ЭДС выше исходного напряжения, так как максимальная по модулю противоЭДС E1 U (в момент t = 0).

62