Виды систем зажигания

Новый этап развития

Основным элементом, благодаря которому новая схема приобрела улучшенные характеристики, относительно прежней, классической, стал транзистор. Причем он явился причиной, что контактно-транзисторная система зажигания получила новый узел – коммутатор.

Отличительной особенностью, присущей транзистору, является то, что небольшой ток, поступающий на управление (в базу), позволяет управлять током гораздо большей величины, протекающим через прибор.

Контактно транзисторная система зажигания, несмотря на незначительные, на первый взгляд, изменения и сохранение принципа работы, приобрела новые свойства, недоступные классической системе. Но прежде чем оценивать достоинства и недостатки, которыми обладает контактно-транзисторная схема, необходимо коснуться отличий в работе.

Главное отличие от классического зажигания заключается в том, что прерыватель воздействует не на бобину, а на базу транзистора. В остальном контактно-транзисторная схема работает так же, как обычная система зажигания. При прерывании, в первичной обмотке бобины протекания тока, во вторичной наводится высоковольтное напряжение. Не касаясь деталей внутреннего устройства коммутатора и его подключения, можно отметить, что транзисторная схема зажигания даже в таком упрощенном виде обладает следующими достоинствами:

Контактно-транзисторное управление процессами, происходящими в катушке зажигания, обеспечивает возможность увеличить в первичной обмотке ток, вследствие чего:

1. можно повысить величину вторичного напряжения;
2. увеличить между электродами свечи зазор;
3. улучшить процесс искрообразования, сделать его более устойчивым, а также улучшить запуск двигателя при пониженной температуре;
4. повысить количество оборотов и увеличить мощность двигателя.

Однако подобная контактно-транзисторная схема требует использования катушки зажигания с отдельными обмотками (первичной и вторичной).

Повысилась надёжность: контактно-транзисторная система позволяет снизить нагрузку на контакты прерывателя, уменьшив значение проходящего через них тока, следствием чего является уменьшение подгорания контактов. Однако не все так хорошо, как кажется с первого взгляда. Подобная контактно-транзисторная система зажигания имеет и свои недостатки. Вызваны они использованием прерывателя, т.е. система начинает работать и формировать искру, когда контактно разрывается цепь прохождения тока в обмотке бобины. Величина тока, поступающего в базу транзистора, существенно влияет на его работу, и уменьшение тока из-за качества контактов скажется на работе всей системы.

Возможные неисправности бесконтактного зажигания и их диагностика

Распространенные поломки и методы диагностирования и ремонта:

1. Затрудненный запуск и перебои при работе двигателя как на холостом ходу, так и на повышенных оборотах. Следует проверить напряжение на выходах датчика Холла, которое должно находиться в пределах 0,4-11 В, при отсутствии сигнала сенсор подлежит замене.
2. Отсутствие искрообразования в одном или нескольких цилиндрах. Для проверки необходимо вывернуть свечи и убедиться в наличии искры между контактами. При нарушении работы следует проверить состояние контактов и удалить следы влаги. Если не работают все свечи, то необходимо осмотреть датчик Холла и коммутатор, а затем поменять поврежденные детали.
3. Нарушение работы системы возможно из-за повреждения обмоток катушки. Для проверки подсоединяют тестовый прибор к выводам. Следует учесть, что перебои могут начинаться при повышении температуры в моторном отсеке. Если владелец не имеет навыков обслуживания автомобилей, то рекомендуют обратиться в сервис.

Плюсы и минусы от установки пламегасителя своими руками

Главная причина, из-за которой владельцы машин ставят пламегаситель вместо нерабочего нейтрализатора — заоблачная цена последнего. Деталь для российских автомобилей обойдётся порядка 30 тыс. руб., а чтобы купить новый катализатор на иномарку, придётся потратить от 50 до 100 тыс. руб., иногда и больше. В то время как красная цена пламегасителя вместе с установкой и настройкой составляет около 20 тыс. руб.

Схема комбинированного пламегасителя

Установка пламегасителя вместо катализатора вызывает такие негативные последствия:

• увеличение токсичных выхлопов, чьё количество не соответствует современным экологическим требованиям (Euro 5);
• сокращение срока службы других элементов выхлопной системы — резонатора и глушителя (примерно на 10%);
• для нормальной работы двигателя придётся перепрограммировать контроллер либо откорректировать показания кислородного датчика (лямбда-зонда) путём установки различных «обманок» и эмуляторов.

Пока законодательство Российской Федерации не запрещает эксплуатацию машин, чьи выбросы в атмосферу не удовлетворяют требованиям стандарта Euro 5. Соответственно, увеличение токсичных выхлопов не нанесёт вам прямого вреда, хотя ухудшит экологическую ситуацию в целом. Выбор остаётся на вашей совести.

Схема работы лямбда-зондов

Детали выпускной системы, работающие вместе с пламегасителем, прослужат меньше из-за высокой температуры поступающих в них газов. Но по сравнению с затратами на новый катализатор расходы по замене глушителя несущественны. Вдобавок вы получаете такие бонусы:

1. Сопротивление прохождению дыма у пламегасителя ниже, чем у нейтрализатора. Отсюда возникает небольшая экономия топлива (до 5%) и улучшение рабочих условий для двигателя, что положительно сказывается на его ресурсе.
2. Бензин с меньшим октановым числом уже не нанесёт вреда дорогостоящему катализатору. То же касается этилированного топлива, заставляющего последний перегреваться и быстро разрушающего керамические соты.
3. Теоретически мощность мотора вырастет на 5—7%, хотя вы вряд ли это почувствуете.
4. Нет опасности пожара, когда вы летом заехали на целину, поросшую сухой высокой травой. Гаситель пламени не греется так сильно, как нейтрализатор, и возгорания травы не произойдёт.

Схема контактной системы зажигания

Схема контактной СЗ состоит из:

• Замка зажигания. Это контактная группа, с помощью которой активируется бортовая система автомобиля и осуществляется запуск двигателя при помощи стартера. Этот элемент разрывает общую электросхему любого авто.
• Аккумуляторного источника питания. Пока двигатель не заведен, электрический ток поступает от АКБ. Автомобильный аккумулятор также выполняет функцию резерва, если генератор не выдает достаточной энергии для работы электрооборудования. Подробно о том, как устроен аккумулятор, читайте здесь.
• Распределителя (трамблер). Как следует из названия этого устройства, его назначение заключается в том, чтобы обеспечить распределение тока с высоким напряжением от катушки зажигания на все свечи по очереди. Чтобы соблюдалась очередность срабатывания цилиндров, от распределителя идут высоковольтные провода разной длины (при подсоединении легче правильно подключить цилиндры к трамблеру).
• Конденсатора. Конденсатор крепится к корпусу распределительного механизма. Его действие устраняет искрообразование между смыкающимися/размыкающимися кулачками трамблера. Искра между этими элементами приводит к тому, что кулачки начинают подгорать, из-за чего может пропадать контакт между некоторыми из них. Это приводит к тому, что конкретная свеча не будет срабатывать, и воздушно-топливная смесь будет просто выбрасываться несгоревшей в выхлопную трубу. В зависимости от модификации системы зажигания емкость конденсатора может быть разной.
• Свечи зажигания. Подробно об устройстве и о том, какой у них принцип работы, рассказывается отдельно. Если коротко, то от трамблера электрический импульс поступает на центральный электрод. Так как между ним и боковым элементом небольшое расстояние, происходит пробой с образованием мощной искры, которая воспламеняет смесь воздуха и топлива в цилиндре.
• Привода. Трамблер не оснащен индивидуальным приводом. Он посажен на вал, который синхронизирован с работой распредвала. Ротор механизма вращается в два раза медленней коленчатого вала, так же, как и распределительный вал ГРМ.
• Катушки зажигания. Работа этого элемента заключается в том, чтобы преобразовывать ток низкого напряжения в высоковольтный импульс. Независимо от модификации, КЗ будет состоять из двух обмоток. Через первичную проходит электричество от аккумулятора (когда машина не заведена) или от генератора (когда работает ДВС). Благодаря резкому изменению магнитного поля и электрического процесса вторичный элемент начинает накапливать ток высокого напряжения.

1 генератор; 2 выключатель зажигания; 3 распределитель; 4 прерыватель; 5 свечи зажигания; 6 катушка зажигания; 7 аккумулятор

Среди контактных систем существует несколько модификаций. Вот их основные отличия:

1. Самая распространенная схема – КСЗ. Она имеет классический тип конструкции: одна катушка, прерыватель и распределитель.
2. Ее модификация, в устройство которой входит контактный датчик и элемент предварительного накопления энергии.
3. Третий тип контактной системы – КТСЗ. В ее устройстве помимо контактов будет присутствовать транзистор и накопитель индукционного типа. По сравнению с классическим вариантом контактно-транзисторная система имеет несколько достоинств. Первый плюс в том, что через контакты не проходит высокое напряжение. Распределитель будет работать только с управляющими импульсами, благодаря чему отсутствует искра между кулачками. Такое устройство позволяет не использовать конденсатор в распределителе. В контактно-транзисторной модификации можно улучшить искрообразование на свечах (больше напряжение на вторичной обмотке, за счет чего свечной зазор можно увеличить, чтобы искра была длиннее).

Чтобы разобраться в том, какая СЗ используется в конкретном автомобиле, необходимо посмотреть на чертеж электрической системы. Вот как выглядят схемы таких систем:

(КСЗ): 1 — свечи зажигания; 2 — распределитель; 3- стартер; 4 — выключатель зажигания; 5 тяговое реле стартера; 6 — добавочное сопротивление (вариатор); 7 — катушка зажигания(КТСЗ): 1 — свечи зажигания; 2 — распределитель зажигания; 3 — коммутатор; 4 — катушка зажигания. Маркировка электродов транзистора: К — коллектор, Э — эмиттер (оба силовые); Б — база (управляющий); R — резистор.

Принцип работы электронной системы зажигания

Система начинает свою работу с ее подключения к аккумулятору. За это отвечает контактная группа замка зажигания в большинстве современных автомобилях, а в некоторых моделях, оснащенных бесключевым доступом и кнопкой запуска силового агрегата, она включается автоматически, как только водитель нажимает кнопку «Start». В некоторых современных автомобилях системой зажигания можно управлять через мобильный телефон (удаленный запуск ДВС).

За работу СЗ отвечает несколько элементов. Самым главным из них является датчик положения коленвала, который устанавливается в электронных системах инжекторных моторов. О том, что это такое и как он работает, читайте отдельно. Он подает сигнал, в какой момент поршень первого цилиндра выполнит такт сжатия. Этот импульс идет на блок управления (в старых автомобилях эта функция выполняется прерывателем и распределителем), который активирует соответствующую обмотку катушки, отвечающую за образование тока высокого напряжения.

В момент включения схемы напряжение от аккумуляторной батареи поступает на первичную обмотку КЗ. Но чтобы образовалась искра, нужно обеспечить вращение коленчатого вала – только так датчик положения коленвала сможет сформировать импульс для образования высоковольтного пучка энергии. Самостоятельно коленчатый вал не сможет начать вращаться. Для начала работы мотора используется стартер. Подробно о том, как работает этот механизм, рассказывается отдельно.

Стартер принудительно проворачивает коленчатый вал. Вместе с ним всегда вращается и маховик (о разных модификациях и функциях этой детали читайте здесь). На фланце коленвала сделано небольшое отверстие (точнее, отсутствует несколько зубьев). Рядом с этой деталью установлен ДПКВ, который работает по принципу Холла. По прорези на фланце датчик определяет тот момент, когда поршень первого цилиндра окажется в верхней мертвой точке, выполняя такт сжатия.

Импульсы, которые создает ДПКВ, поступают на ЭБУ. На основании алгоритмов, прошитых в микропроцессоре, он определяет оптимальный момент создания искры в каждом отдельном цилиндре. Далее блок управления посылает импульс на воспламенитель. По умолчанию эта часть системы подает на катушку постоянное напряжение в 12 вольт. Как только от эбу поступает сигнал, транзистор воспламенителя закрывается.

В этот момент подача электричества на первичную обмотку КЗ резко прекращается. Это провоцирует электромагнитную индукцию, благодаря которой во вторичной обмотке образуется ток высокого напряжения (до нескольких десятков тысяч вольт). В зависимости от типа системы этот импульс поступает на электронный распределитель, либо сразу идет из катушки на свечу.

В первом случае в схеме СЗ будут присутствовать высоковольтные провода. Если катушка зажигания установлена непосредственно на свече, то вся электрическая магистраль состоит из обычных проводов, которые используются во всей электроцепи бортовой системы автомобиля.

Как только в свечу попадает электричество, между ее электродами образуется разряд, который и зажигает смесь бензина (или газа в случае использования ГБО) и воздуха. Дальше мотор может работать самостоятельно, и в стартере теперь нет необходимости. Электроника (если используется кнопка запуска) самостоятельно отключает стартер. В более простых схемах водителю в этот момент необходимо отпустить ключ, и подпружиненный механизм переведет контактную группу замка зажигания в положение включенной системы.

Как уже было сказано немного ранее, корректировка угла опережения зажигания производится самим блоком управления. В зависимости от модели автомобиля электронная схема может насчитывать разное количество входных датчиков, по импульсам от которых ЭБУ определяет нагрузку на силовой агрегат, скорость вращения коленчатого и распределительного валов, а также другие параметры мотора. Все эти сигналы обрабатываются микропроцессором и активируются соответствующие алгоритмы.

Как устроена МПСЗ

Daewoo Nexia Lady in white Бортжурнал Обогрев сидений. Бюджетная установка проводки на подогрев

Микропроцессорная бесконтактная система зажигания, не имеет в своей конструкции неких узлов механического типа и выстроена исключительно на компонентах электронного типа. Самым главным компонентом микропроцессорной системы является микропроцессор, который собственно полностью выполняет функцию главного мозга.

В схему микропроцессорной системы, входят следующие компоненты: АКБ, коммутатор, накопительно- распределительная система, блок управления электронного типа, ряд различных функциональных датчиков. А также датчик измерения температуры мотора и датчик напряжения аккумулятора, преобразующий компонент; компонент дроссельной заслонки, преобразователь цифрового формата, катушки, управляющий блок, память, свечи. Конечно от марки и модели устройства компоненты могут быть неодинаковыми.

Общий принцип работы

Наличие контактной системы зажигания в автомобиле подразумевает, что зажигание горючего в цилиндрах осуществляется по факту появления искры от свечи зажигания.

При этом сама искра возникает при поступлении импульса высокого напряжения от катушки зажигания.

Ключевую функцию выполняет катушка зажигания, которая по принципу работы напоминает трансформатор.

Она состоит из двух обмоток (первичной и вторичной), намотанных на сердечник из металла.

Сначала напряжение подводится к первичной обмотке, после чего в катушке создается ток.

Как только происходит кратковременный разрыв первичной цепи, магнитное поле нивелируется, но во вторичной обмотке возникает высокое напряжение (около 25000 Вольт).

В этот момент на первичной обмотке также присутствует напряжение, равное 300 Вольтам.

Причина его появления — токи самоиндукции. Именно из-за появления этого тока возникает обгорание и искрение контактов прерывателя.

Из сказанного выше можно сделать вывод, что вторичное напряжение напрямую зависит от следующих аспектов:

• Магнитного поля;
• Уровня интенсивности падения тока в первичной обмотке.

Для роста вторичного напряжения и снижения риска обгорания контактной группы, в цепочку включается конденсатор (устанавливается параллельно). Даже при незначительном размыкании конденсатор заряжается.

Принципиальная схема контактной системы зажигания показана ниже.

Разряд емкости происходит через первичную обмотку, посредством формирования импульсного тока обратного напряжения. Благодаря этой особенности, магнитное поле исчезает, а вторичное напряжение растет.

Оптимальная емкость конденсатора для контактной системы зажигания составляет 0,17-0,35 мкФ. Для примера, в «Жигулях» отечественного производства установлен конденсатор, имеющий емкость в 0,2-0,25 мкФ (при частоте от 50 до 1000 Гц).

Если система зажигания автомобиля работает без сбоев, вторичное напряжение должно постоянно расти. Оно зависит от двух основных параметров — размера зазора между свечными электродами, а также давления в цилиндрах машины.

Для контактной системы зажигания этот параметр (вторичное напряжение) должен находиться на уровне 8-12 Вольт.

Чтобы система работала без сбоев, в момент прерывания упомянутый показатель вырастает до 16-25 кВ. Наличие подобного запаса позволяет избежать неблагоприятных последствий от тех или иных колебаний в системе зажигания.

К упомянутым выше проблемам можно отнести корректировки состава горючей смеси или изменение расстояния между электродами свечи.

К примеру, снижение уровня кислорода в топливно-горючей смеси приводит к росту напряжения до 20 кВ.

Несмотря на ряд проведенных мероприятий, полностью избежать подгорания контактной группы создателям контактной системы зажигания не удалось. Оптимальным способом снижения этого эффекта является четкое выдерживание зазора на минимальном уровне (0,3-0,4 мм).

В качестве примера можно привести отечественные машины ВАЗ, в которых величина зазора в прерывателе равна 0,35-0,45 мм, что соответствует углу в 52-58 градусов Цельсия (при условии, что контактная группа находится в замкнутом состоянии).

В случае изменения этого угла корректируется и напряжение во вторичной обмотке. В итоге искры появляются не только на контактах, но и на бегунках. По этой причине уменьшается качество искры, и мотор теряет мощность.

Отдельного внимания заслуживает надежность контактной системы зажигания, которая зависит от целого ряда факторов:

• Формы, энергии и времени появления искры;
• Количества искр на определенной площади;
• Вторичного напряжения (одна из наиболее важных характеристик). Чем больше этот параметр, тем меньше зависимость системы от состава горючей смеси и уровня чистоты электродов.

Контактный тип зажигания

Самая распространенная схема — система зажигания «Газ», используемая для воспламенения топливной смеси, более известная как прерывательно-распределительная система. Данное устройство создает искру очень высокого вольтажа, до 30 тысяч В, на контактах свечей. Для того чтобы это выполнить, свечи соединяются с катушкой, благодаря которой и происходит образование необходимого напряжения. Сигнал на катушку подается при помощи специальных проводов, обладающих необходимыми характеристиками. При размыкании контактной группы при помощи специального кулачка как раз и происходит создание искры.

Стоит отметить, что момент ее возникновения должен четко соответствовать специальному положению поршней. Это достигается в результате установки четко рассчитанного распределителя, который передает вращательное движение на специальный прерыватель-распределитель. Главным недостатком такой системы является присутствие механического износа, и как результат – изменяется время создания искры, а также ее качество. Если искра не будет подаваться своевременно, это повлияет на правильную работу двигателя, а значит, потребуется довольно частое вмешательство в его работу и регулировку.

Несмотря на это, контактно-транзисторная система зажигания используется и по сегодняшний день. Такая система воспламенения горючей смеси популярна благодаря отличным характеристикам и высокими показателями надежности работы.

Коммутатор электронной системы зажигания 98.3734

Коммутатор электронного зажигания 98.3734 разработки и производства ОАО «ЧНППП «ЭЛАРА» (далее — коммутатор) предназначен для коммутации тока в первичной обмотке катушки бесконтактной системы зажигания автомобилей семейств ВАЗ-2105, ВАЗ-2108, ВАЗ-2110, ВАЗ-21213, ВАЗ-1111, ЗАЗ-1102 . Прибор защищен свидетельством на полезную модель.

Устройство работает совместно с катушками зажигания 3122.3705, 27.3705 и их модификациями, имеющими сопротивление первичной обмотки менее 0,7 Ом и индуктивность не более 7 мГн, датчиком-распределителем 40.3706, 3810.3706 и их модификациями. Номинальное напряжение питания — 12, максимальное — 16, минимальное — 6 В. Время ограничения тока через катушку зажигания коммутатор нормирует в зависимости от режима работы в пределах от 0,6 до 4,5 мс, что составляет 2… 15 % длительности периода входного сигнала при частоте 33 Гц и напряжении питания 13,5 В. Коммутируемый ток катушки зажигания (ток разрыва) ограничен коммутатором на уровне 7,3…7,8 А при напряжении питания 13,5 В. Коммутатор прекращает протекание тока через катушку зажигания через 1 с после остановки вала датчика-распределителя, не допуская искрообразования. Рабочий интервал температуры окружающей среды от -45 до +105 °С.

Схема коммутатора показана на рис. 1, а внешний вид — на рис. 2.

Позиционные обозначения всех элементов соответствуют схеме предприятия-изготовителя. Основа устройства — специализированная интегральная микросхема L497D фирмы ST Microelectronics, предназначенная для управления коммутирующим транзистором BU941ZP той же фирмы. Работа микросхемы подробно описана в . Рассмотрим некоторые особенности ее работы при отличном от типовой схемы включении.

Микросхема DA1 питается от двух источников тока. Первый источник на транзисторах VT1 и VT2 обеспечивает ток 50 мА для питания датчика Холла и микросхемы DA1. Его выходной ток зависит от сопротивления резистора R3 и напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT1. Резистором R2 устанавливают рабочую точку транзистора VT2 и напряжение на коллекторе транзистора VT1.

В случае увеличения температуры напряжение на резисторе R3 уменьшается приблизительно на 2,1 мВ/°С, что приводит к соответствующему снижению выходного тока. Конденсатор С9 подавляет высокочастотные колебания, возникающие в момент появления выбросов напряжения в бортовой сети автомобиля.

Второй источник тока, выполненный на транзисторах VT3 и VT4, стабилизирует базовый ток транзистора VT5 на уровне 40 мА. Применение транзисторов MJE350 (VT2, VT4) в источниках тока обеспечивает надежную работу коммутатора в случае возникновения импульсных помех напряжением до 350 В в бортовой сети автомобиля и повышения температуры окружающей среды до 105 °С.

Стабилитрон VD3 BZX84C9V1 стабилизирует напряжение на уровне 9 В для питания датчика Холла.

Диод VD1 защищает устройство от переполюсовки источника питания.

Резистор R28 и диодная сборка VD5 обеспечивают надежную защиту входов микросхемы от возможных бросков напряжения.

Цепь VD4R13C8R14 защищает транзистор VT5 в случае повышения напряжения в бортовой сети. Если напряжение превышает 24 В, открывается стабилитрон VD4 и через резисторы R13, R14 начинает протекать ток, что приводит к увеличению напряжения на входе HI (вывод 13) обратной связи по току микросхемы DA1 и к уменьшению уровня ограничения тока в катушке зажигания. Когда напряжение превысит примерно 70 В, коммутатор полностью выключается.

Датчик тока коммутирующего транзистора (R18-R27) выполнен из десяти параллельно включенных резисторов для поверхностного монтажа сопротивлением 1 Ом. В ранее выпускавшихся коммутаторах функцию датчика тока выполнял резистор АСОЗ сопротивлением 0,1 Ом ±5 %. Однако эксперименты показали, что примененный здесь датчик обладает лучшей температурной стабильностью.

В блоке применена импортная элементная база в основном для поверхностного монтажа. Постоянные резисторы и керамические конденсаторы X7R — типоразмера 1206. Биполярные транзисторы BUZ941ZP и MJE350 заменимы транзисторами КТ898А (или серий КТ8131, КТ8225, КТД8252) и КТ720А соответственно, а транзисторы ВС808 — ВС807.

Литература

Пятков К. Б., Игнатов А. П., Косарев С. Н. и др. Автомобили ВАЗ-2110 и ВАЗ-21102: Руководство по техническому обслуживанию и ремонту. — М.: За рулем, 1996.
Ходасевич А. Г., Ходасевич Т. И. Справочник по устройству и ремонту электронных приборов автомобилей. Вып. 1. Электронные системы зажигания. — М.: Антелком, 2001.

Выводы

Все системы, используемые для воспламенения топливной смеси, хороши в определенных областях машиностроения. Все не лишены своих недостатков. Не всегда нужно создавать сложную и высоконадежную систему, иногда гораздо дешевле использовать простые и более дешевые. Нет необходимости устанавливать дорогую систему зажигания на автомобиль, который по своей стоимости гораздо ниже, чем остальные в его классе. Такими действиями можно только поднять его стоимость, но качество, к сожалению, останется прежним. Зачем что-то менять, если работа системы зажигания показала только лучшие результаты на многих тестах?