Класифікація систем запалення

У бензиновому двигуні займання паливної суміші здійснюється іскровим розрядом, що виникає між електродами свічки запалювання під дією високої напруги. До систем запалювання пред'являють такі вимоги:

напруга у вторинному ланцюзі має бути достатньою для пробою іскрового проміжку свічки, забезпечуючи при цьому безперебійне іскроутворення (не менше 16 кВ при пуску холодного та 12 кВ при роботі прогрітого двигуна);
іскра, що утворюється між електродами свічки, повинна мати достатню енергію і тривалість для займання робочої суміші (залежить від її складу, щільності і температури);
момент запалення має бути суворо визначеним та відповідати режиму роботи двигуна;
робота всіх елементів системи запалення має бути надійною за високих температур і механічних навантажень;
низький рівень радіоперешкод під час роботи системи.

Виходячи з цих вимог, будь-яка система запалювання характеризується такими основними параметрами:

Час накопичення енергії котушкою (кут замкнутого стану контактів) – час від моменту початку накопичення енергії (конкретно в контактній системі - моменту замикання контактів переривника; в інших системах - моменту спрацьовування силового транзистора) до моменту виникнення іскри (конкретно в контактної системі - моменту розмикання контактів переривника чи відсічення струму транзистором). Ця величина характеризує величину енергії, що накопичується котушкою.

Напруга пробою - напруга у вторинному ланцюзі в момент утворення іскри, фактично, максимальна напруга у вторинному ланцюзі. Системи запалювання розраховуються з урахуванням коефіцієнта запасу за вторинною напругою, це означає, що максимальнонапруга, що розвивається котушкою, завжди перевищує напругу пробою в найгірших умовах роботи двигуна, може досягати 20 кВ.

Напруга горіння – напруга горіння електричної дуги, що встановилася у вторинному ланцюзі після пробою електродного зазору. Ця величина значно менша за напругу пробою і становить одиниці кВ.

Час горіння - тривалість горіння електричної дуги. Підпал паливної суміші відбувається при горінні дуги, тому визначення її характеристик дає дуже важливу інформацію щодо оцінки справності системи.

Кут випередження запалення (УОЗ) - кут, на який встигає повернутися колінчастий вал від моменту виникнення іскри до моменту досягнення відповідним циліндром верхньої мертвої точки (ВМТ). Оптимально підпалювати суміш до підходу поршня до верхньої мертвої точки в такті стиснення, щоб після досягнення поршнем ВМТ гази встигли набрати максимальний тиск і зробити максимальну корисну роботу на такті робочого ходу.

Будь-яка система запалення чітко ділиться на дві частини:

- низьковольтний (первинний) ланцюг - включає первинну обмотку котушки запалення і безпосередньо пов'язані з нею ланцюга переривника, комутатора та інших компонентів залежно від пристрою конкретної системи. - високовольтний (вторинний) ланцюг - включає вторинну обмотку котушки запалювання, систему розподілу високовольтної енергії, високовольтні дроти, свічки.

Схема найпростішої системи запалювання 1.джерело живлення - акумуляторна батаррея (АКБ) або генератор; 2.перетворювач напруги - перетворює постійну напругу бортової мережі автомобіля на високовольтний імпульс; 3.пристрій управління накопиченням енергії - визначає момент початку накопичення енергіїенергії та момент запалення; 4.розподільник запалювання - комутує котушку запалювання з однією зі свічок відповідно до порядку роботи циліндрів; 5.свічки запалювання - необхідні для утворення іскрового розряду та запалення паливної суміші в камері згоряння двигуна.

Свічки встановлюються у головці циліндра. Коли імпульс високої напруги подається на свічку, між її електродами проскакує іскра, яка запалює робочу суміш. Як правило, встановлюється по одній свічці на циліндр. Однак бувають і складніші системи з двома свічками на циліндр.

Системи з механічним розподільником енергії

Класична (трамблерна) система запалювання, досить поширена серед застарілих авто.

Принципова схема класичної системи запалення 1. вимикач запалювання; 2. джерело живлення; 3. конденсатор; 4. котушка запалювання; 5. механічний переривник; 6. вал переривника; 7. свічки запалювання; 8. розподільник.

Розподільник запалювання, трамблер(distributor) - розподіляє високу напругу від котушки до свічок циліндрів двигуна. На контактних системах запалення, зазвичай, об'єднаний з переривником, на безконтактних - з датчиком імпульсів, більш сучасних або відсутня, або об'єднаний з котушкою запалення (при цьому центральний провід може бути відсутнім), комутатором і датчиками.

Розподільник працює наступним чином. Висока напруга, що створюється у вторинній обмотці котушки запалювання, подається на центральну клему розподільника запалювання. Ротор розподільника (бігунок), що обертається, утворює комутацію цієї центральної клеми і зовнішніх електродів у такій послідовності, що висока напруга направляється до свічки.запалювання того циліндра, поршень в якому знаходиться в кінці такту стиснення, і створює іскру. Як правило, для чотирициліндрових двигунів, послідовність роботи циліндрів 1-3-4-2. Такий порядок роботи циліндрів встановлено для рівномірного розподілу навантаження на колінчастий вал двигуна. Синхронізація з колінчастим валом забезпечується за рахунок постійного механічного зв'язку розподільника запалювання з розподільним валом або будь-яким іншим валом, пов'язаним з колінчастим валом при передатному відношенні між ними, що дорівнює 2:1.

Механічний переривник – пристрій керування накопиченням енергії, що замикає та розмикає живлення первинної обмотки котушки запалювання залежно від кута повороту розподільного валу. Контакти переривника знаходяться під кришкою розподільника запалювання.

Паралельно контактам включенийконденсатор. Він потрібний для того, щоб контакти не обгоряли в момент розмикання. Під час розриву контактів між ними утворюється висока напруга, яка призводить до утворення іскри, але конденсатор поглинає в себе більшу частину енергії і іскріння зменшується до незначного. При виході конденсатора з ладу сильно обгорятимуть контакти переривника.

У цій системі також є механізми коригування випередження запалення: відцентровий та вакуумний регулятори.

Описана система відрізняється простотою конструкції. Недоліками є наявність ненадійних механічних елементів, переривник комутує великі струми, що з часом призводить до виходу його з ладу, іскріння у переривачі та розподільнику призводить до перешкод.

Однією з різновидів класичної системи, частково позбавленої недоліків переривника, є класична система з транзисторним комутатором.

Комутатор - це транзисторний ключ, який залежно від керуючого сигналу, включають або відключають живлення первинної обмотки котушки запалювання. Залежно від пристрою конкретної системи запалення, комутатор може бути як один, так їх може бути кілька (якщо в системі запалення використовується кілька котушок).

У цьому випадку механічний переривник керує лише транзисторним комутатором, який, у свою чергу, керує котушкою. Така конструкція має істотну перевагу перед переривником без транзисторного комутатора - воно полягає в тому, що контактний переривник комутує значно менший струм. Отже, практично виключається пригоряння контактів переривника під час розмикання, відсутня потреба у конденсаторі. В іншому система повністю аналогічна класичній системі. Обидві описані системи запалення з механічним переривником мають загальну назву -контактні системи запалювання.

Принципова схема системи запалення з механічним переривником та транзисторним комутатором VT – силовий транзистор.

Безконтактні системи запалювання (БСЗ). У цьому випадку замість механічного переривника використовується датчик - генератор імпульсів з перетворювачем сигналів, який керує тільки транзисторним комутатором, який, у свою чергу, керує котушкою запалювання.

У системах запалювання з транзисторним комутатором використовуються датчики трьох типів:

- датчик холу; - індуктивний датчик; - оптичний.

Згодом, додатковим завданням комутатора запалення стала зарядка котушки необхідною енергією, тобто. до моменту запалення комутатор повинен передбачити, коли потрібно розпочати зарядку котушки, щоб отримати максимальну енергіюіскри і уникнути перегріву котушки. Причому він повинен це зробити так, щоб час заряду котушки був приблизно постійним.

Для цього комутатор обчислює швидкість обертання двигуна та залежно від неї обчислює момент замикання котушки на землю. Іншими словами, чим вищі обороти двигуна, тим раніше комутатор починатиме замикати котушку на землю, але час замкнутого стану буде однаковим.

Загальна схема безконтактної системи запалення – комутатор; БД - безконтактний датчик;

Системи запалювання зі статичним розподілом енергії

Дані системи мають важливу відмінність від вище описаних. У системах запалення зі статичним розподілом енергіїDLI (DistributorLess Ignition) відсутній механічний розподільник. Котушки запалення безпосередньо з'єднані зі свічками запалення та розподіл напруги здійснюється на первинній стороні котушок запалювання. Виключається і застосування елементів, які зазнають втрат енергії в них, а також зносу. Такий спосіб розподілу напруги застосовується у двох варіантах: з одно-і двоіскровими котушками запалювання.

Системи з одноіскровими котушками запалювання

В одноіскровій системі кожна свічка має свою індивідуальну котушку запалювання. Блок управління двигуном включає роботу котушки запалення відповідно до встановленого порядку роботи циліндрів. Так як відсутні втрати енергії в розподільнику, ці котушки запалювання можуть бути дуже компактних розмірів. В основному вони розташовуються безпосередньо над свічками запалювання.

Нерухомий розподіл напруги з одноіскровими котушками запалювання застосовується універсально для будь-якої кількості циліндрів. Немає обмежень на діапазони регулювання випередженнякута запалювання. Додатковою перевагою є те, що при виході та будуванні котушки, перестане працювати тільки один циліндр, а система в цілому збереже працездатність. Однак тут необхідно застосування датчика обертання коленвала з метою синхронізації роботи всієї системи з частотою обертання цього валу.

Комутатор у таких системах може являти собою один блок для всіх котушок запалювання або окремі блоки для кожної котушки запалювання, крім того, він може бути інтегрований в електронний блок керування, а також може встановлюватись окремо. Котушки запалення також можуть стояти як окремо, так і єдиним блоком (але в будь-якому випадку окремо від ЕБУ), а також можуть бути об'єднані з комутаторами.

Загальна схема систем незалежного запалювання

1. високовольтні дроти; 2. свічки запалювання; ЕБУ – електронний блок керування двигуном; К - комутатор; КЗ - котушка запалювання.

Одним з найбільш популярних різновидів таких систем єCOP система (Coil on Plug - "котушка на свічці"), в ній котушка запалювання ставиться прямо на свічку. Таким чином, стало можливим повністю позбудеться ще одного ненадійного компонента системи запалення - високовольтних проводів.

Загальна схема системи COP

У системах із двоіскровими котушками (DIS) на кожні два циліндри припадай по одній котушці запалювання. Кінці вторинної обмотки підключені до свічок запалювання у різних циліндрах. Циліндри обрані так, що при такті стиснення в одному циліндрі у другому відбувається такт випуску (при парній кількості циліндрів). У момент запалення обох свічках запалення утворюється іскра першою котушка дає «робочу іскру», але в другий – «холосту».

Наприклад, у класичному 4-х циліндровомудвигуни в циліндрах 1 і 4 поршні займають те саме положення (обидва знаходяться у верхній або нижній мертвих точках одночасно) і рухаються синхронно, але знаходяться на різних тактах. Коли циліндр знаходиться на компресійному ходу, циліндр 4 - на такті випуску, і навпаки.

Загальна схема системи DIS

Котушки запалення в системі DIS можуть встановлюватися як окремо від свічок і зв'язуватися з ними високовольтними проводами, так і прямо на свічках (як у системі COP, але в цьому випадку високовольтні проводи все одно використовуються для передачі розряду свічки суміжних циліндрів).

Загальна схема системи "DIS-COP"

Несправності в системі запалення призводять до пропусків займання паливної суміші в циліндрах, в результаті двигун не розвиває потужність, працює нестабільно, «троїт», підвищується навантаження на робочі циліндри, що призводить до зниження часу експлуатації, збільшення витрати палива.