Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

Контактно-транзисторная система зажигания

Приборы классической системы зажигания

Классификация систем зажигания. Классическая система зажигания

Вопрос 4. Система электрического зажигания карбюраторного двигателя

Искровая свеча зажигания (свеча) представляет собой разрядник с двумя электродами, разделенными воздушным промежутком. При создании разности потенциалов между электродами свечи возникает сначала тлеющий разряд — слабый ток в ионизированном воздухе. При увеличении напряжения ток в этом разряде увеличивается, ионы и электроны вытесняют из зоны тока нейтральные молекулы (толчок), и при дальнейшем увеличении тока зазор пробивается. Газ в столбе тока нагревается до состояния плазмы — видна искра. Таким образом, пробой воздушного промежутка происходит за счет пробивного напряжения, а основная энергия заряда переносится в плазменном столбе при относительно небольшом напряжении, но достаточно большой силе тока.

Система зажигания предназначена для принудительного воспламенения рабочей смеси в камере сгорания бензиновых двигателей точно в заданный момент времени. Для выполнения этого должны быть созданы импульсы высокого напряжения требуемой мощности, обеспечено надежное зажигание рабочей смеси в определенный момент рабочего цикла двигателя, распределены импульсы высокого напряжения по цилиндрам в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя.

К системе зажигания предъявляют следующие жесткие требования: работа в любых климатических условиях эксплуатации при вибрации, воздействии пыли, влаги и других факторов; надежное искрообразование на любых режимах работы двигателя; достаточная энергия и продолжительность искры; строго определенный момент зажигания в соответствии с нагрузочным и скоростным режимами работы двигателя; допустимая эрозия электродов свечи.

Классификация систем зажигания. Различают следующие системы зажигания: по способу синхронизации искрообразования - контактные и бесконтактные; способу накопления энергии - индуктивные и емкостные; способу разрыва первичной цепи — с механическим разрывом и транзисторные; способу распределения импульсов высокого напряжения — с механическим и электронным распределением; способу регулирования угла опережения зажигания — с механическими автоматами и электронным регулированием. Наиболее распространенные системы с индуктивным накоплением энергии (с катушками зажигания), контактным способом синхронизации, механическим распределением импульсов и механическими автоматами регулирования угла опережения зажигания называют классическими (батарейными).

Состав классической контактной системы зажигания: источник энергии постоянного тока (аккумулятор или генератор), прерыватель, конденсатор, катушка зажигания и искровые свечи. Эти элементы составляют две цепи: первичную и вторичную. Первичная цепь: источник энергии G – прерыватель, первичная обмотка L1 катушки зажигания и конденсатор С1, подключенный параллельно контактам прерывателя. Вторичная цепь: вторичная обмотка L2 катушки зажигания — искровые свечи (рис.18). Работа классической системы зажигания. Контакты прерывателя ПР размыкаются механически от кулачка К (связь показана на рис.18 штриховой линией), который имеет привод от распределительного вала, следовательно, у четырехтактных двигателей вращается в 2 раза медленнее коленчатого вала. При замыкании контактов в первичной цепи нарастает ток, создавая в первичной обмотке L1 магнитное поле. Его силовые линии пересекают также и вторичной обмотки L2. Катушка зажигания является повышающим трансформатором. Коэффициент трансформации 55...90. Если в первичной обмотке напряжение составляет 10...12 В, то во вторичной обмотке оно достигает 300...400 В. Для пробоя воздушного промежутка в свече нужно 16000...20000 В.

Рис. 18. Схема контактной системы зажигания (а) и электрические сигналы первичной и вторичной цепи (б): G - источник энергии (генератор или аккумуляторная батарея); ПР - прерыватель; С1 - конденсатор; К - кулачок; КЗ - катушка зажигания; ИС - искровые свечи; 1 - первичный ток; 2 - импульс напряжения первичной цепи; 3 - импульс вторичного напряжения; ЗАМ - контакты замкнуты; РАЗ - контакты разомкнуты

 

Такой импульс высокого напряжения возникает при размыкании контактов прерывателя, когда первичная цепь разрывается, ток исчезает и магнитное поле цепи резко сокращается. Силовые линии поля с большой скоростью пересекают витки вторичной обмотки. По закону Фарадея электродвижущая сила (ЭДС) прямо пропорциональна скорости пересечения проводника магнитным полем. В этот момент во вторичной обмотке наводится ЭДС высокого напряжения (16...25 кВ), благодаря чему происходит пробой зазора между электродами разрядника (свечи ИС). При разрыве первичной цепи в ее обмотке L1 возникает ЭДС самоиндукции (при напряжении 200...400 В), которая направлена в обратную сторону. Она создает искру между контактами прерывателя, что приводит к их обгоранию. Конденсатор СУ, включенный в цепь параллельно контактам, поглощает ЭДС самоиндукции, чем предотвращает возникновение искры между контактами. Затем конденсатор разряжается через первичную обмотку, что приводит к возникновению тока во вторичной обмотке и продлению индуктивной фазы разряда («хвост искры»), который обеспечивает лучшее зажигание смеси.

Процесс создания высокого напряжения можно разделить на три этапа (рис. 18,б): 1) контакты прерывателя замкнуты - ЗАМ; 2) контакты прерывателя разомкнуты - РАЗ; 3) пробой искрового промежутка - начало этапа РАЗ.

Первый этап: подключение первичной обмотки катушки зажигания (накопителя) к источнику тока. Ток в первичной цепи (верхний график) нарастает по экспоненте. При этом в катушке зажигания накапливается электромагнитная энергия. Таким образом, сила тока в первичной обмотке зависит от времени первого этапа, т.е. времени замкнутого состояния контактов.

Второй этап. Размыкание контактов приводит к отключению катушки от источника тока. Первичный ток исчезает. Накопленная энергия превращается в электростатическую. Магнитное поле исчезает, и во вторичной обмотке индуцируется ЭДС высокого напряжения. Напряжение во вторичной обмотке тем больше, чем больше коэффициент трансформации, ток в первичной обмотке в момент размыкания контактов и скорость сокращения магнитного поля. Уравнение баланса энергии в первичной и вторичной цепях (без учета потерь) — электромагнитная энергия катушки преобразуется в энергию электрического поля конденсаторов и частично расходуется на тепловые потери (см. рис. 18,б).

Для классических систем зажигания ток разрыва 3,5...4 А из-за резкого снижения ресурса контактов.

Направления совершенствования классической системы зажигания. Напряжение во вторичной цепи системы зажигания можно увеличить за счет изменения значений тока разрыва и параметров первичной и вторичной цепей. Параметры первичной цепи зависят от режима двигателя (частота вращения и число цилиндров) и работы прерывателя (время замкнутого состояния контактов). Ток разрыва в основном зависит от времени замкнутого состояния контактов. При воздействии на контакты вращающегося кулачка специального профиля это время определяется углом замкнутого состояния контактов, увеличивая который, можно увеличить ток разрыва. Однако конструктивно добиться более 60...65 % времени замыкания контактов невозможно. Хотя есть зарубежные модели, в которых этот период достигает 85 % (при наличии двух прерывателей и одной катушки).

Чтобы увеличить ток разрыва, можно уменьшить сопротивление первичной цепи. Однако чрезмерное уменьшение сопротивления и увеличение угла замкнутого состояния контактов приводят к увеличению обгорания контактов, особенно на низких частотах вращения.

Уменьшить емкость конденсатора не позволяет возникающее в момент разрыва контактов дугообразование, что вызывает дополнительные потери энергии. Увеличивая коэффициент трансформации можно повысить вторичное напряжение, однако оно снижается затем из-за сопротивления свечи. Для существующих систем при индуктивности первичной обмотки 6,5...9,5 мГн оптимальный коэффициент трансформации равен 55...95.

Значит, для повышения эффективности зажигания смеси нужно увеличить ток разрыва.

Свеча зажигания работает в очень тяжелых условиях. Темпера тура в искре достигает 10 000 К. В это время электроны с одного электрода активно переносятся на другой, т.е. происходит эрозия электродов. Температура в камере сгорания достигает 2800 К. Напряжение может составлять 25...30кВ. Поэтому свеча должна обладать стойкостью к электрической эрозии; иметь высокие изоляционные свойства, герметичность; выдерживать высокие температуры и перепады температур (не трескаться, не шелушиться); обеспечивать хороший отвод теплоты от частей свечи, находящихся в камере сгорания, к головке цилиндров и самоочищение электродов.

Устройство и маркировка свечей зажигания. Свечу вворачивают в головку цилиндров. В металлический корпус свечи завальцован изолятор с центральным электродом. Последний заплавлен в проставку стеклосплава, которая обеспечивает герметичность соединения изолятор — центральный электрод. Боковой электрод приварен к корпусу. Для улучшения охлаждения свечи (почти 90 % теплоты от свечи передается через резьбовую часть и нижний пояс корпуса к головке цилиндров) между корпусом и изолятором устанавливают теплоотводящее кольцо, а под корпус свечи — уплотнительное медное кольцо.

Свечи различают по тепловой характеристике, которая определяется калильным числом — показателем, пропорциональным среднему индикаторному давлению, при котором начинается калильное зажигание (верхний температурный предел). Калильное число определяют экспериментально на одноцилиндровой установке. В интервале температур 500...900 К происходит самоочищение электродов. Нижнему значению температурного предела соответствует интенсивное нагарообразование. Применяют свечи с калильным числом 8; 11; 14; 20, 23; 26.

Маркировка свечей означает следующее: А – резьба М14х1,25; М - резьба М18х1,5; цифра - калильное число; буква Н или Д - длина резьбовой части (Н - 11 мм, Д - 19 мм); В - тепловой конус изолятора выступает за торец корпуса (если нет этой буквы — не выступает); Т (термоцемент) — наличие герметика между центральным электродом и изолятором (иные герметики не указывают в обозначении).

Свечи подбирают к двигателю так, чтобы на всех эксплуатационных режимах двигателя свеча работала в допустимом температурном диапазоне своей тепловой характеристики. «Горячие» свечи рекомендуются для малофорсированных двигателей, «холодные» — прогреваются быстрее при меньших нагрузках, быстрее достигают температуры самоочищения.

Катушка зажигания представляет собой повышающий автотрансформатор. Ее сердечник набран из пластин трансформаторной стали толщиной 0,35 мм. На сердечник с изолирующей прокладкой намотано 18...25 тыс. витков первичной, а поверх нее - 220...300 витков вторичной обмотки. Следовательно, коэффициент трансформации катушки 62...80. Внешнее расположение первичной обмотки обеспечивает ее лучшее охлаждение. Толщина медной проволоки первичной обмотки 0,52...0,86 мм, вторичной обмотки 0,07...0,09 мм. Под кожухом установлен магнитопровод. Изолятор и карболитовая крышка изолируют между собой сердечник и кожух. Весь объем катушки заполнен трансформаторным маслом, которое является общим изолятором и способствует лучшему теплообмену. Центральная высоковольтная клемма с наконечником соединена с одним из концов вторичной обмотки и служит для установки выходного провода высокого напряжения. Другой конец вторичной обмотки соединен с одним из концов первичной обмотки, и оба они выведены на клемму (безымянную). Другой конец первичной обмотки выведен на клемму. К другой клемме подсоединен добавочный резистор сопротивлением 1... 1,9 Ом. Катушки рассчитаны на работу при напряжении 6...8 В, которое бывает у аккумуляторной батареи при пуске двигателя. Поэтому во время работы двигателя такое напряжение обеспечивает дополнительный резистор, а при пуске двигателя он шунтируется («закорачивается», т.е. ток идет мимо него). Некоторые модели катушек не имеют таких резисторов.

В бесконтактных системах зажигания применяют двух- и четырехвыводные катушки зажигания. Они компактнее, имеют замкнутый магнитопровод, их обмотки намотаны в обратной последовательности: сначала первичная, а потом вторичная. Эти катушки имеют два или четыре высоковольтных вывода. Высокое напряжение коммутируется сразу на двух выводах. Соответственно искра возникает сразу в двух цилиндрах (1-ми 4-м или 2-м и 3-м). В одном из них она рабочая, создается в конце такта сжатия, а в другом — холостая, так как там в этот момент конец такта выпуска.

Прерыватель-распределитель включает в себя прерыватель, центробежный и вакуумный автоматы управления углом опережения зажигания, октан-корректор и распределитель. Прерыватель состоит из неподвижного и подвижного контактов, выполненных из тугоплавкого стойкого к электрической эрозии металла (вольфрама). Неподвижный контакт («наковаленка») закреплен на пластине, установленной на шарикоподшипнике. Подвижной контакт («молоточек») закреплен на текстолитовом рычажке, поджатом пластинчатой пружиной. Рычажок имеет выступ, который воздействует на кулачок, имеющий столько же вершин, сколько цилиндров обслуживает прерыватель. Кулачок насажен на кулису и вращается от вала, который чаще всего имеет привод от распределительного вала ГРМ. Вал прерывателя-распределителя вращается в 2 раза медленнее коленчатого вала. Подвижной контакт соединен с «массой», а неподвижный — с клеммой ВК-Б катушки зажигания. При набегании вершины кулачка на выступ рычажка подвижной контакт отходит от неподвижного, и первичная цепь размыкается. Зазор (обычно 0,35...0,45 мм) между контактами, определяющий угол их замкнутого состояния, регулируют двумя винтами: стопорным и эксцентриковым. Отпустив стопорный винт и вращая отверткой эксцентриковый, можно увеличить или уменьшить этот зазор.

Центробежный автомат служит для изменения угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения вала двигателя. На осях пластины, закрепленной на валу, установлены грузики, стянутые пружинами. Сверху установлена пластина (кулиса), в прорези которой входят штифты грузиков. Кулиса жестко связана с кулачком. При вращении вала грузики расходятся под действием центробежной силы и через штифты поворачивают по ходу вращения кулачок. Он раньше набегает на выступ подвижного контакта, что обеспечивает раннее зажигание. На максимальной частоте вращения угол опережения зажигания достигает 30...40° угла поворота коленчатого вала. Пружины имеют разную жесткость, что обеспечивает разное изменение угла опережения.

Вакуумный автомат служит для изменения угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки двигателя. Поскольку обогащенная смесь горит быстрее, то по мере открытия дроссельной заслонки угол опережения зажигания нужно уменьшать. В корпусе вакуумного регулятора находится диафрагма, соединенная тягой с подвижной пластиной, на которой закреплен неподвижный контакт прерывателя. С внешней стороны на диафрагму действует разрежение, подводимое через гибкий шланг от полости за дроссельной заслонкой, изнутри (со стороны полости корпуса) — атмосферное давление. При большом разрежении (во время пуска и холостого хода двигателя) диафрагма прогибается и через тягу поворачивает подвижной диск навстречу вращению кулачка, увеличивая угол опережения зажигания на 8...10°. По мере открытия дросселя пружина вакуумного автомата перемещает диск вместе с контактом, уменьшая этот угол.

Октан-корректор позволяет регулировать угол опережения зажигания при изменении состава бензина. На современных прерывателях-распределителях такого устройства нет.

Распределитель имеет токоразносную пластину (ротор, бегунок), которая надевается в одном положении на верхний выступ кулачка. В крышке расположены контакты и гнезда под высоковольтные провода, в центральное гнездо вставлен провод от катушки зажигания. Подвижный контакт выполнен в виде угольного электрода. На ротор часто устанавливают помехоподавляющий резистор. Для смазывания вала предусмотрена пресс-масленка.

Привод прерывателей-распределителей. Обычно прерыватели распределители приводятся в действие через пару косозубых шестерен от распределительного вала ГРМ. При установке прерывателя-распределителя в гнездо блок-картера нужно учитывать поворот вала за счет смещения его, вызванного углом наклона зубьев шестерен привода.

Высоковольтные провода должны подводить энергию от катушки к распределителю и от него к свечам без потерь; обладать высокими изолирующими свойствами, механической прочностью, стойкостью к кислотам, маслам и бензину; не создавать помех работе электронных приборов (радио, телевидение, электронное управление автомобилем и т. п.).

По виду проводящего элемента применяют провода трех видов: медный многожильный, углеволокно, ферромагнитный силикон с проволочным сопротивлением. Провода первых двух видов работают с дополнительными сопротивлениями, подавляющими помехи. Эти сопротивления установлены или в наконечнике свечи, или в самой свече (в маркировке такой свечи есть буква R). Маркировка этих проводов ПВВ, ПВРВ, ППОВ, ПВЗС. Провода «с распределенными параметрами» типа ПВВП, ПВППВ имеют токопроводящую систему из неметаллического материала или слоя ферропласта с намотанной на него токопроводящей проволокой. Они обладают помехоподавляющими свойствами.

Преимущества классической системы зажигания: простота конструкции, невысокая стоимость, возможность регулирования угла опережения зажигания в широких пределах без изменения напряжения во вторичной цепи.

Недостатки: снижение напряжения во вторичной цепи на высоких и низких частотах вращения (особенно для многоцилиндровых высокофорсированных двигателей), а также при экранировке системы; недостаточная энергия искры из-за низкого уровня запасенной энергии первичной цепи; нагрев катушки на низких частотах вращения (особенно при замкнутых контактах прерывателя в остановленном двигателе); нарушение зазора в контактах в течение эксплуатации (увеличение числа регулировок); малый срок службы контактов; изменение синхронности подачи искры по цилиндрам при износе кулачка; нечувствительность механизмов регулирования угла опережения зажигания (центробежного и вакуумного автоматов).

Основные тенденции развития автомобильного двигателестроения: повышение степени сжатия, частоты вращения до 5000...8000 мин-1 и топливной экономичности (обусловлено работой двигателя на обедненных смесях) и снижение токсичности (при работе с нейтрализаторами требуется гомогенная смесь с α=1). В связи с этим к системе зажигания повышены требования. Необходимо увеличить напряжение, во вторичной цепи зазор искрового промежутка (до 0,8... 1,2 мм), что требует большего напряжения и энергию искры (15...50 мДж и более). Кроме того, надо обеспечить устойчивое искрообразование в условиях загрязнения, нагарообразования свечей, колебаний температуры, напряжения бортовой сети и т.д. В классической контактной системе невозможно выполнить эти требования из-за наличия в ней прерывателя, который ограничивает ток разрыва и изнашивается.

В современных системах зажигания недостатки классической системы либо уменьшены, либо устранены. Контактно-транзисторные системы зажигания — это электронные системы первого поколения. В этих системах работой транзистора управляет контактный прерыватель. Ток разрыва, проходящий по первичной цепи, зависит от параметров транзистора и может достигать 10 А. В работе системы можно выделить два этапа: 1) отпирание транзистора; 2) запирание транзистора и отсечка тока.

Этап 1. При замыкании контактов прерывателя ток управления (0,3...0,8 А) подается на базу Б транзистора. Транзистор отпирается. Ток идет через переход коллектор—эмиттер и первичную обмотку катушки зажигания. В этот период в катушке накапливается электромагнитная энергия. Ток нарастает по экспоненте, так же как и в классической системе, но гораздо круче. Ограничивая время включения транзистора, можно получить конкретное значение тока разрыва (до 8...10 А).

Этап 2. При снятии потенциала на базе Б (при размыкании контактов) транзистор запирается, ток в переходе коллектор эмиттер почти мгновенно исчезает, и начинается процесс обмена энергией между магнитными и электрическими полями катушки зажигания. Потери энергии при этом составляют 2...6 % энергии магнитного поля. Поэтому транзистор можно считать идеальным коммутирующим ключом в отличие от контактного прерывателя. Вместе с сопутствующими элементами (усилительным звеном, диодами, варистором) транзистор скомпонован в отдельный неразборный блок — коммутатор. Контактно-транзисторные системы зажигания были применены в двигателях ГАЗ-53А и ЗИЛ-431410 с катушкой зажигания Б114, прерывателем-распределителем Р133 (ГАЗ) или Р137 (ЗИЛ) и транзисторным коммутатором ТК-102.

Однако применение контактно-транзисторной системы не решило всех проблем. В схеме остались контакты прерывателя и механический способ распределения энергии по цилиндрам двигателя, что приводит к обгоранию контактов ротора и крышки распределителя, смещению угла опережения зажигания. Несовершенство механических автоматов угла опережения зажигания не обеспечивает оптимальных его значений на всех режимах работы. Возникают погрешности момента искрообразования из-за механической связи коленчатого вала с распределителем. При высокой частоте вращения ток разрыва снижается в 2 раза, что приводит к снижению напряжения во вторичной цепи.

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:941

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.