Устройство системы зажигания на современных иномарках. Системы зажигания автомобиля: типы, устройство и принцип работы Разновидности систем зажигания

Автомобили используются для достаточно быстрого транспортирования пассажиров и грузов в определенные пункты назначения. Без автомобиля очень сложно представить работу любого предприятия или завода. Главным элементом является двигатель, ему, в свою очередь, для нормальной работы нужна система зажигания, которая должна быть исправной и по своим характеристикам подходить данной силовой установке машины.

Система зажигания

Система зажигания автомобиля - это достаточно сложная совокупность приборов, отвечающая за появление искры в тот момент, который соответствует режиму работы силовой установки. Данная система является частью электрооборудования. Самые первые двигатели, такие как агрегат Даймлера, в качестве системы для зажигания применяли калильную головку - это первое устройство системы зажигания, которое не лишено было недостатков. Их суть заключалась в том, что воспламенение осуществлялось в самом конце такта, так как камера раскалялась до достаточно высокой температуры. Перед стартом всегда нужно было прогреть саму калильную головку и только потом запускать двигатель. В дальнейшем головка разогревалась за счет поддержания температуры от сгораемого топлива. В современных условиях такой принцип системы зажигания может использоваться только в микродвигателях, применяемых в моделях авто и прочей техники, используемой ДВС. Такое исполнение позволяет уменьшить габаритные размеры, но при этом вся конструкция может быть дороже. В небольших моделях это малозаметно, а вот в полноразмерном автомобиле может очень сильно сказаться на цене. Во всех авто схема системы зажигания практически одинаковая. Некоторые отличия диктуются только видом исполнения.

Общая схема системы зажигания выглядит следующим образом.

Система, работающая с использованием принципа магнето

После калильной головки одной из первых систем зажигания были созданы устройства, которые работали на основе магнето. Главная идея такой установки - это генерация необходимого импульса для зажигания за счет прохождения возле неподвижной катушки небольшого магнитного поля от установленного постоянного магнита, который в свою очередь был связан с одной из вращающихся деталей мотора. Главным достоинством такой системы была максимальная простота конструкции и отсутствие необходимости устанавливать какие-либо элементы питания и батареи. Она всегда готова к работе.

В современном мире ее применяют в основном для двигателей, которые установлены на бензопилах, небольших бензиновых генераторах и другой похожей технике. Не лишена система и недостатков, главный из которых - очень высокая стоимость производства. Нужна была катушка, обладающая большим количеством витков очень тонкой проволоки. Магниты также должны быть высокого качества. Исходя из всех недостатков, от такой системы отказались, заменив на более простые и более надежные.

Виды систем

Для нормальной работы бензинового двигателя обязательно нужна система зажигания. Благодаря ей происходит воспламенение смеси в необходимый момент. Существует три вида систем:

бесконтактная;
электронная.

Все три вида отличаются по конструкции. Несмотря на это, принцип работы у них практически одинаковый.

Общее строение и устройство зажигания

Все системы зажигания, независимо от вида, состоят из пяти основных конструктивных элементов:

Источник питания. При запуске мотора машины источником необходимой энергии служит аккумулятор. После того как двигатель начал работать, эту функцию выполняет генератор.
Замок зажигания - специальное устройство, которое используется для передачи напряжения. Замок, он же - выключатель, бывает как механический, так и более современный - электрический.
Накопитель необходимой энергии. Данный элемент создан для накопления, а также преобразования энергии в достаточном количестве. В современных авто возможно использование двух видов накопителей: индукционных либо емкостных. Индукционный - более распространён и имеет вид некой катушки зажигания. Преобразование осуществляется за счет прохождения тока через две обмотки этой катушки.
Свеча . Непосредственно рабочий элемент, который создает необходимую искру для воспламенения. Представляет собой небольшой фарфоровый изолятор, который накручен на резьбу, и имеет два электрода, которые располагаются на небольшом расстоянии друг от друга. При прохождении тока между контактами за счет малого расстояния создается искра.
Система, применяемая для распределения зажигания. Главное предназначение - это снабжение в нужный момент свечей зажигания энергией. Состоит из некоего распределителя (либо коммутатора) и отдельного блока для его управления. Вид распределителя зависит от выбранной системы, он может быть либо электронным, либо механическим, который использует для своей работы вращающийся бегунок.

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.

Бесконтактное зажигание

Бесконтактная система зажигания - это более сложная система, которая напрямую зависит только от размыкания специальных контактов. Самую главную роль в ее работе играет коммутатор, который создан на основе транзисторного типа работы. Для нормальной подачи искры применяется еще и отдельный датчик. Эта система хороша тем, что отсутствует некая зависимость от уровня качества выполнения поверхности контактов и может быть гарантировано более высокого качества искрообразование. Но и этот тип системы зажигания использует распределитель, который необходим для передачи на нужную свечу определенного количества тока. Внешне система чем-то похожа на контактную схему зажигания.

Передача тока необходимой величины осуществляется за счет использования специальных высоковольтных проводов.

Достоинства бесконтактного устройства зажигания

По сравнению с контактной, данная схема обладает рядом своих преимуществ:

Не обгорают контакты на прерывателе, а также они не подвержены загрязнению. Отсутствует необходимость очень долго выбирать и устанавливать момент, когда будет выполняться подача тока. Нет надобности контролировать или регулировать положение контактов, а также их угол замыкания и размыкания, все потому, что бесконтактная система зажигания исключает присутствие механических контактов в системе. В итоге двигатель не теряет своей мощности.
Благодаря тому, что отсутствует размыкание контактов посредством специального кулачка, также нет вибрации и биения ротора внутри распределителя - не нарушается равномерность подачи искры на каждую свечу зажигания.
Обеспечивается уверенный запуск даже холодного двигателя, несмотря на температуру окружающей среды.

Электронное зажигание

Данная система исключает использование движущихся механических деталей. Достигается это благодаря применению специальных датчиков и блока управления. Создание искры, а также момент ее подачи на определенную свечу осуществляются более точно, чем в системах, которые используют механические распределители. В сумме это дает хорошую возможность улучшить работу силовой установки автомобиля, а также существенно увеличить мощность, не увеличивая расхода топлива. Система отличается очень высокой надежностью и качеством исполнения поставленных задач. Такая электронная система зажигания используется на многих современных автомобилях, благодаря высокой надежности и отличным рабочим параметрам.

Микропроцессорный вид зажигания

Микропроцессорная система зажигания - это одна из разновидностей электронного зажигания. Используется для создания некой зависимости опережения зажигания в установках с карбюраторной системой питания от давления воздуха в коллекторе, а также от частоты вращения в двигателе коленчатого вала.

Микропроцессорная электронная система зажигания обладает очень большим количеством достоинств по сравнению со стандартной комплектацией автомобилей с карбюраторной системой питания.

Существенно уменьшается уровень расхода. Это происходит благодаря оптимизации сгорания подаваемой смеси.

Улучшаются все динамические характеристики автомобиля.

Улучшается работа двигателя, переходы между передачами становятся более плавными. Нет потерь мощности на низких оборотах.

Микропроцессорная система зажигания подразумевает установку ГБО, в результате этого и происходит экономия топлива, а также уменьшается стоимость каждого километра пути.

Есть возможность установки дополнительного переключателя для смены режимов. К примеру, между видами топлива.

Сегодня система зажигания ВАЗ позволяет установить данную схему для улучшения всех динамических показателей. Такая возможность снова возвращает ВАЗ в строй актуальных автомобилей, благодаря низкой цене, но при этом с неплохими скоростными характеристиками.

Основные этапы в работе зажигания

Существует несколько самых основных этапов при работе системы зажигания, они не зависят от вида и конструкционного исполнения:

Накопление и подача необходимого уровня заряда.

Специальное высоковольтное преобразование.

Этап распределения.

Образование искры при помощи свечей.

Воспламенение топливной смеси.

На каждом из этапов необходима максимально точная и слаженная работа всех элементов. В таком случае лучше выбирать наиболее надежные и давно проверенные системы. По статистике, лучшей считается электронная система зажигания двигателя, благодаря отсутствию механических узлов.

Свечи зажигания

Ни одна система зажигания не способна работать без главного элемента - свечи. Данная деталь способна преобразовать импульсы, получаемые от высокого напряжения, в специальный искровой заряд для воспламенения паров топлива в камере сгорания. Для хорошей работы свечи уровень температуры ее нижнего изолятора должен быть в районе 500-600 градусов. Стоит отметить, что при температуре в 500 градусов может быть отложение нагара на поверхности изолятора. Как результат - перебои в работе, плохая передача искры. При температуре 600 градусов возможно так называемое калильное зажигание - это преждевременное зажигание смеси за счет высокой температуры изолятора.

При выборе свечей руководствуются так называемым калильным числом, величина которого изначально устанавливается заводом-изготовителем. Чем больше калильное числ, тем меньше свеча подвержена нагреванию, ее еще называют более холодной свечой.

Проверка состояния и исправности зажигания

Время от времени система зажигания автомобиля для нормальной работы требует проверки целостности и слаженности элементов системы воспламенения. Только правильный подход обеспечит долговечность и надежность работы двигателя. В частности, проверяют следующие параметры:

Опережение зажигания и его угол. При необходимости производится регулировка и установка стандартного значения для данного автомобиля.

Проверка цепей напряжения. Для этого снимаются провода высокого напряжения и при помощи специального тестера проверяется их пропускная способность и наличие пробоя.

Для того чтобы получить максимально точную информацию о состоянии цепей зажигания, а также обо всех процессах, протекающих внутри, применяют специализированные стенды, оборудованные осциллографами. Благодаря этому можно получить максимально точное значение и очень быстро определить уровень работоспособности систем. Все эти действия нужны, чтобы определить неисправности системы зажигания. На начальном этапе можно обойтись минимальными потерями, к примеру, заменой проводов. При этом сохраняется работоспособность двигателя, что очень важно, так как его ремонт стоит гораздо больше, чем замена одного из элементов системы зажигания.

Наиболее характерные неисправности зажигания

Неисправности системы зажигания могут повлечь за собой выход из строя и остальных устройств, используемых для нормальной работы машины. Выделяют отдельный список часто встречаемых неисправностей, при которых затрудняется работа системы воспламенения рабочей смеси:

Возможны замыкания первичной обмотки катушки зажигания на массу, а также замыкание вторичной на первичную. В результате происходит перегорание дополнительного резистора и появляются характерные трещины в изоляторе, а также в крышке катушки. В этом случае необходима замена поврежденных элементов, если же катушка практически разрушена - то замена всего узла.

Характерные неисправности прерывателя: возможно обгорание либо загрязнение маслом контактов внутри прерывателя; нарушение стандартного зазора между контактами, что приводит к перебоям в переключении между свечами.

Обгорание либо замасливание контактов может вызвать очень резкое увеличение уровня сопротивления между ними, из-за этого уменьшается ток, создаваемый в первичной обмотке, и как результат - снижается мощность искры, которую создают свечи.

Нарушение зазора также приводит к ухудшению образованию искры, которая создается между электродами свечи. Как результат - перебои в нормальной работе двигателя.

Свечи: возможно появление нагара на внутренней поверхности, а также обильное загрязнение снаружи. Нарушение зазора между электродами, различные трещины в изоляторе, неисправность бокового электрода - все это приводит к плохой подаче искры либо вовсе ее отсутствию. Это вызывает нестабильную, неравномерную и неустойчивую работу мотора, снижает его мощность. Возможна и остановка при повышении нагрузки.

Нормальная работа свечей зажигания возможна только в случае, если:

Поверхность резьбы сухая (ни в коем случае не мокрая);

Присутствует очень тонкий слой нагара либо копоти;

Цвет электродов, а также изолятора должен быть от светло-коричневого до светло-серого, почти белого.

Обо всех неисправностях может рассказать мокрая поверхность резьбы - это может быть как бензин, так и масло. У неисправной свечи электроды и часть изолятора покрыты толстым слоем нагара и мокрые.

Замасленные свечи и другие признаки неисправности

Если двигатель обладает очень большим пробегом, и при этом все свечи были заменены в одно и то же время, то главной виной такого состояния является повышенный износ цилиндров, колец или поршней. Возможно появление масла на поверхности свечи в период, когда автомобиль проходит обкатку. Это со временем проходит. Если же масло было обнаружено только на одной свече, то причиной этого, скорее всего, может быть неисправность выпускного клапана, он может прогореть. Чтобы это определить, нужно хорошо прислушаться к работе двигателя, на холостом ходу он работает неравномерно. В этом случае нельзя откладывать с проведением ремонтных работ, так как потом прогорит и седло, и ремонт будет еще дороже.

Выгоревшие либо очень сильно корродированные электроды говорят только о перегреве свечи. Такое возможно, если был использован низкооктановый бензин, либо была неправильная установка момента произведения зажигания. Слишком обедненная смесь - тоже результат оплавки электродов.

Возможны различные механические повреждения на поверхности свечи. Она может иметь изогнутый вид, или же будет деформирован электрод, расположенный в боковой части свечи. Последствия такой работы - перебои в зажигании. Причиной возникновения таких неприятностей может быть неправильно выбранная длина свечи, либо же длина резьбы не соответствует посадочному месту в головке мотора. В таком случае стоит подобрать стандартную свечу, рекомендуемую заводом-изготовителем. Если ее длина была выбрана правильно, стоит обратить внимание на присутствие посторонних механических элементов во внутренней части цилиндра.

После того как свечи были поменяны местами, можно узнать очень большое количество информации об их состоянии. Если свеча продолжает покрываться нагаром уже в другом цилиндре - это говорит о её неисправности. Но если нормальная и исправная свеча одного из соседних цилиндров также начинает покрываться нагаром, как и её предшественница, тогда это неисправность непосредственно в кривошипно-шатунном устройстве этого цилиндра.

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?

Одним из основных условий успешного запуска двигателя есть наличие исправной системы зажигания, отвечающей за воспламенение топливовоздушной смеси путем искрообразования в нужном цилиндре силового агрегата. Учитывая всю важность указанной системы, знание ее устройства и принципов работы пригодится любому автолюбителю, чтобы в случае необходимости можно было самостоятельно устранить возникшую неисправность.

1. Особенности системы зажигания

Основными требованиями , которые обычно предъявляются к системе зажигания, есть:

1. Необходимость образования искры в цилиндре (находящемся на такте сжатия) соответственно общему порядку работы цилиндров;

2. Обеспечение своевременного момента зажигания, то есть искра должна появляться в конкретный момент, который соответствует оптимальному углу его опережения (при текущих рабочих условиях мотора) и зависит как от оборотов двигателя, так и от нагрузки на него;

3. Снабжение искры достаточной энергией, то есть тем ее количеством, которое необходимо для возгорания рабочей смеси (на этот показатель оказывает влияние состав, плотность и температура рабочей смеси);

4. Рабочая надежность, выражающаяся в непрерывном искрообразовании.

На сегодняшний день существует несколько видовых вариантов системы зажигания, среди которых выделяют контактную, бесконтактную и электронную. Все они имеют ряд общих особенностей. Например, в данных системах отсутствует традиционный распределитель, а его место занимает четырехвыводная катушка зажигания, в состав которой входят две двухвыводные, объединенные в один блок.

В первичных обмотках зажигания, управление током осуществляется с помощью специального контроллера, который получает информационные данные от соответствующих датчиков. Положительной особенностью системы зажигания есть отсутствие в ней подвижных деталей, благодаря чему она не нуждается в постоянном обслуживании или регулировках , а в рабочих целях используется метод распределения искры, который еще часто именуют «методом холостой искры». Цилиндры силового агрегата объединены в пары – 1 с 4, а 2 с 3, причем образование искр проходит сразу в двух цилиндрах: в том, где заканчивается такт сжатия, и в том, где проходит такт выпуска.

Учитывая, что ток в обмотках катушек имеет постоянное направление, образование искры на одной свече всегда проходит от центрального электрода на боковой, а на второй – наоборот, от бокового на центральный. Процесс управления зажиганием выполняется специальным контролером. Датчик положения коленвала передает ему некий опорный сигнал, исходя из которого, контроллер проводит расчет последовательности срабатывания катушек модуля зажигания, а для того чтобы управление было точным, устройству нужна следующая информация:

- частота вращения коленвала силового агрегата;

Нагрузка, которую испытывает мотор автомобиля;

Температура охлаждающей жидкости системы;

Положение коленвала;

Положение распредвала;

Наличие детонации.

Несмотря на некоторое конструктивное различие разных систем зажигания, можно выделить следующие, общие элементы всех устройств:

1. Источник питания – бортовая сеть автомобиля, вместе со своими источниками, представленными в виде аккумуляторной батареи и генератора;

2. Выключатель зажигания;

3. Устройство, отвечающее за управление накопителем энергии. В его задачу входит определение момента начала накопления и момента передачи энергии на свечу зажигания, то есть определение самого момента зажигания. Исходя из конструктивных особенностей системы зажигания конкретного автомобиля, данное устройство может иметь разный вид.

Механический прерыватель – осуществляет непосредственное управление процессом накопления (первичной цепью) и отвечает за замыкание/размыкание питания первичной обмотки. Контакты прерывателя можно увидеть, заглянув под крышку распределителя. Пластичная пружина подвижного контакта прижимает его к недвижимому контакту. Их размыкание выполняется только на короткий срок, а конкретно в момент, когда набегающий кулачок валика привода оказывает давление на молоточек подвижного контакта.

Параллельно контактам включен и конденсатор, который предотвращает их обгорание в момент размыкания. Это стало возможным благодаря поглощению большей части электроразряда, из-за чего существенно уменьшается искрение. Однако, это еще не все полезное влияние конденсатора. Вторая половина преимущества его присутствия базируется на создании в цепи низкого напряжения обратного тока, что положительно влияет на скорость исчезновения магнитного поля. Чем быстрее это произойдет, тем больший ток появится в цепи высокого напряжения. Если конденсатор выйдет из строя – мотор не сможет нормально работать, ведь силы напряжения во вторичной цепи не хватит, чтобы обеспечить стабильное искрообразование.

Прерыватель находится в том же корпусе, что и распределитель высокого напряжения, из-за чего последний получил название прерывателя-распределителя, а саму систему стали называть «классической системой зажигания».

Вместе с прерывателем-распределителем в корпусе находится еще одна важная деталь - центробежный регулятор опережения зажигания , использующийся с целью изменения момента образования искры в соответствии со скоростью вращения коленвала. Менять момент возникновения искры между электродами свечей способен и вакуумный регулятор опережения зажигания, только он делает это в зависимости от нагрузки на мотор автомобиля.

Если механический прерыватель оборудован транзисторным коммутатором, то в этом случае он управляет только ним, а тот, в свою очередь, отвечает за управление процессом накопления энергии. Такая конструкция существенно превосходит аналогичные устройства без транзисторного коммутатора, так как здесь контактный прерыватель более надежный, чему способствует протекание сквозь него тока меньшей силы, а значит, пригорание контактов во время размыкания практически полностью исключается. Соответственно, конденсатор, параллельно подключенный к контактам прерывателя, тут просто не нужен, а в остальном – система полностью идентична классическому варианту. Обе системы, имеющие механический прерыватель, обладают общим названием - «контактные системы зажигания».

Системы с транзисторным коммутатором, оборудованные бесконтактным датчиком (импульсным генератором), могут быть индуктивного типа, основанными на эффекте Холла или относиться к оптическому типу. В данном случае место механического прерывателя занимает импульсный датчик-генератор с преобразователем сигналов, который посредством транзисторного коммутатора осуществляет управление накопителем энергии. Как правило, датчик-генератор расположен внутри распределителя, конструкция которого ничем не отличается от конструкции аналогичной детали в контактной системе, поэтому указанный узел получил название «датчика-распределителя».

Одна из вариаций такой системы, оборудованная распределителем механического вида и катушкой зажигания, размещенной отдельно от распределителя и коммутатора, называется «бесконтактной системой зажигания». Конечно, существует много ее вариантов, предусматривающих применение одного или нескольких соответствующих датчиков.

Также, на основе управления зажиганием выделяют еще один вариант систем – микропроцессорные системы зажигания, которые оборудованы микропроцессорным блоком зажигания (или блоком управления работой мотора с подсистемой управления зажигания), а также имеют датчики и коммутатор. В таком случае, блок управления получает данные о работе силового агрегата (количестве оборотов, положении коленвала, положении распредвала, нагрузках на мотор и температуре охлаждающей жидкости) от датчиков, и уже исходя из результатов их алгоритмической обработки, осуществляет управление коммутатором, который, в свою очередь, управляет накопителем энергии. Процесс регулировки опережения зажигания реализован в блоке управления программно.

В системе зажигания электронного типа, в роли устройства управления накопителем энергии, выступает электронный блок управления (ЭБУ), который является главной составной частью такой системы. Его работа базируется на сборе информации, получаемой от различных датчиков (положения коленвала, положения распредвала, датчика детонации, датчика угла открытия дросселя), на расчете оптимального момента зажигания и времени зарядки катушки, а также через коммутатор – он отвечает за управление первичной цепью катушки.

На выпускаемых сегодня автомобилях блок управления зажиганием объединен с блоком, отвечающим за впрыск топлива.

4. Накопители энергии, которые, в зависимости от типа системы, могут разделяться на две группы:

С накоплением энергии в катушке (катушках) зажигания, где энергия собирается в первичной обмотке, а при размыкании первичной цепи, во вторичной образуется высокое напряжение, подающееся впоследствии на свечи зажигания. Такой вариант системы есть наиболее распространенным.

С накоплением энергии в конденсаторе, после чего, в нужный момент, она проходит через катушку зажигания. Во второй цепи также проходит индуцирование высокого напряжения, которое позже подается на свечи. Устройство накопителя энергии такого типа часто называют «зажиганием от разряда конденсатора» или «конденсаторным зажиганием», обозначая аббревиатурой CDI (Capacitor Discharge Ignition). Такая система хоть и не часто, но встречается на автомобилях, правда большее распространение она получила на мотоциклах, гидроциклах и скутерах. Ее главная отличительная черта в том, что энергия искры не зависит от оборотов мотора.

5. Система распределения зажигания. На транспортных средствах может применяться один из двух типов такой системы: система оборудована механическим распределителем или же система статистического распределения.

- Системы, обладающие механическим распределителем энергии, как правило, работают посредством трамблера, который и распределяет напряжение по свечам цилиндров силового агрегата. В системах зажигания контактного типа он, зачастую, объединен с прерывателем, а в бесконтактных – с импульсным датчиком. В более модернизированных системах трамблер либо вообще отсутствует, либо совмещен с катушкой зажигания, коммутатором и датчиками различных систем (CID, HEI, CIC).

Системы, основывающиеся на статическом распределении энергии, пришли на смену классическому распределителю. Они получили свое название из-за того, что у них отсутствуют движущиеся части, которые обычно входят в конструкцию распределителя. Системы такого рода обозначают аббревиатурой DLI (DistributorLess Ignition) и DIS (DistributorLess Ignition System), что означает "система без распределителя", и DI (Direct Ignition), подразумевающие "систему прямого, или непосредственного зажигания". DLI – имеет отношение ко всем системам без высоковольтного распределителя; DI - относится только к тем, в которых присутствуют индивидуальные катушки, а DIS – это системы синхронного зажигания, обладающие двухвыводными катушками. Возможно, такой подход и не совсем верный, но именно он чаще всего употребляется.

6. Высоковольтные провода. Выступают в роли соединительного элемента между накопителем энергии и ее распределителем (или свечами), а также соединяют распределитель со свечами зажигания. В системах зажигания типа COP («катушка на свече») данный элемент отсутствует.

7. Свечи зажигания. Применяются с целью создания искрового разряда и последующего воспламенения рабочей смеси, находящейся в камере сгорания. Свечи зажигания располагаются в головке цилиндра, и как только на них попадает импульс тока высокого напряжения, между их электродами тут же проскакивает искра, воспламеняющая рабочую смесь.

На большинстве транспортных средств обычно установлено по одной свече в каждый цилиндр, но иногда встречаются и более сложные системы, обладающие двумя свечами, причем они не всегда срабатывают одновременно. Например, при малых оборотах двигателя сначала срабатывает та свеча, которая находится ближе к впускному клапану, а за ней уже вторая, которая обеспечивает более быстрое и полное сгорание топливовоздушной смеси.

3. Как работает система зажигания?

Несмотря на то, к какому типу относится та или иная , все они имеют несколько общих рабочих этапов, предусматривающих накопление нужного заряда, его высоковольтное преобразование, распределение, образование на свечах искр и возгорание топливной смеси. Любой из них требует слаженной и точной работы, а значит, стоит выбирать только проверенные устройства, доказавшие свою надежность. В этом плане наилучшим вариантом принято считать электронную систему зажигания, где всем рабочим процессом (подачей искры и ее распределением по свечам) управляет электроника.

Электронная система зажигания – это не отдельный, самостоятельный компонент, а составляющая часть системы управления мотором, которая основывается на работе датчика положения , датчика, фиксирующего частоту его вращения и датчика массового расхода воздуха. Получив от них нужную информацию, ЭБУ принимает решение касательно момента подачи искры и распределения зажигания. Естественно, в блоке управления уже прописаны определенные команды, выполняющиеся после получения и анализа данных с упомянутых датчиков.

В такой системе воспламенения топливной смеси, полностью исключены механические движущиеся части, а благодаря специальным датчикам и особому блоку управления, образование и подача искры проходят намного быстрее и надежнее, нежели у аналогичных систем контактного и бесконтактного типа. Этот факт позволяет улучшить работу мотора, увеличив его мощность и снизив потребление топлива. Более того, нельзя не отметить высокую рабочую надежность устройств данного типа.

отличается тем, что не зависит напрямую от размыкания контактов, а главную роль в процессе образования искры здесь выполняет транзисторный коммутатор и специальный датчик. Отсутствие прямой зависимости от качества и чистоты поверхности контактной группы гарантирует более эффективное искрообразование. Однако, как и в контактном варианте системы зажигания, здесь также используется прерыватель-распределитель, отвечающий за своевременную передачу тока на свечу зажигания. Рабочий принцип бесконтактной системы предусматривает выполнение следующих действий.

Когда коленвал двигателя приходит в движение, датчик-распределитель формирует соответствующие импульсы напряжения и направляет их на транзисторный коммутатор, задача которого – создавать импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания. В момент прерывания во вторичной обмотке катушки проходит индуцирование тока высокого напряжения. Он подается на центральный контакт распределителя, а оттуда, посредством проводов высокого напряжения, поступает на свечи зажигания. Последние и осуществляют воспламенение топливовоздушной смеси.

В случае увеличения оборотов коленвала, за регулировку угла опережения зажигания отвечает центробежный регулятор, а при изменении нагрузки на силовой агрегат эта задача возлагается на вакуумный регулятор опережения зажигания.

Принцип работы контактного зажигания несколько отличается от вариантов, приведенных выше. Когда контакт прерывателя пребывает в замкнутом состоянии, ток низкого напряжения проходит по первичной обмотке катушки. В процессе их размыкания, во второй катушке происходит индуцирование тока высокого напряжения, и посредством высоковольтных проводов он передается на крышку распределителя, после чего расходится по свечам зажигания с определенным углом опережения зажигания.

Как только обороты коленвала увеличиваются, возрастают и обороты вала прерывателя-распределителя, вследствие чего грузики центробежного регулятора начинают расходиться, перемещая подвижную пластину вместе с кулачками прерывателя. Это приводит к тому, что размыкание контактов происходит несколько раньше, из-за чего увеличивается угол опережения зажигания. С уменьшением оборотов коленвала угол опережения зажигания тоже уменьшается.

Более модернизированным типом контактной системы является ее контактно-транзисторный вариант. Он отличается наличием транзисторного коммутатора в цепи первичной обмотки катушки, управление которым выполняется посредством контактов прерывателя. За счет его использования, удалось добиться снижения силы тока в цепи первичной обмотки, что положительно сказалось на длительности эксплуатации контактов прерывателя.

Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах бензиновых двигателей. Основными требованиями к системе зажигания являются:

Обеспечение искры в нужном цилиндре (находящемся в такте сжатия) в соответствии с порядком работы цилиндров.
Своевременность момента зажигания. Искра должна происходить в определенный момент (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.
Достаточная энергия искры. Количество энергии, необходимой для надежного воспламенения рабочей смеси, зависит от состава, плотности и температуры рабочей смеси.
Общим требованием для системы зажигания является ее надежность (обеспечение непрерывности искрообразования).

Неисправность системы зажигания вызывает неполадки как при запуске, так и при работе двигателя:

трудность или невозможность запуска двигателя;
неравномерность работы двигателя – “троение” или прекращение работы двигателя при пропусках искрообразования в одном или нескольких цилиндрах;
детонация, связанная с неверным моментом зажигания и вызывающая быстрый износ двигателя;
нарушение работы других электронных систем за счет высокого уровня электромагнитных помех и пр.

Существует множество типов систем зажигания, отличающихся и устройством и принципами действия. В основном системы зажигания различаются по:
а) системе определения момента зажигания.
б) системе распределения высоковольтной энергии по цилиндрам.

При анализе работы систем зажигания исследуются основные параметры искрообразования, смысл которых практически не отличается в различных системах зажигания:

угол замкнутого состояния контактов (УЗСК, Dwell angle) – угол, на который успевает повернуться коленчатый вал от момента начала накопления энергии (конкретно в контактной системе – момента замыкания контактов прерывателя; в других системах – момента срабатывания силового транзисторного ключа) до момента возникновения искры (конкретно в контактной системе – момента размыкания контактов прерывателя). Хотя в прямом смысле данный термин можно применить только к контактной системе – он условно применяется для систем зажигания любых типов.
угол опережения зажигания (УОЗ, Advance angle) – угол, на который успевает повернуться коленчатый вал от момента возникновения искры до момента достижения соответствующим цилиндром верхней мертвой точки (ВМТ). Одна из основных задач системы зажигания любого типа – обеспечение оптимального угла опережения зажигания (фактически – оптимального момента зажигания). Оптимально поджигать смесь до подхода поршня к верхней мертвой точке в такте сжатия – чтобы после достижения поршнем ВМТ газы успели набрать максимальное давление и совершить максимальную полезную работу на такте рабочего хода. Также любая система зажигания обеспечивает взаимосвязь угла опережения зажигания с оборотами двигателя и нагрузкой на двигатель. При увеличении оборотов, скорость движения поршней увеличивается, при этом время сгорания смеси практически не изменяется – поэтому момент зажигания должен наступать чуть раньше – соответственно при увеличении оборотов, УОЗ надо увеличивать.
На одной и той же частоте вращения коленчатого вала двигателя, положение дроссельной заслонки (педали газа) может быть различным. Это означает, что в цилиндрах будет образовываться смесь различного состава. А скорость сгорания рабочей смеси как раз и зависит от ее состава. При полностью открытой дроссельной заслонке (педаль газа “в полу”) смесь сгорает быстрее и поджигать ее нужно позже – соответственно при увеличении нагрузки на двигатель, УОЗ надо уменьшать. И наоборот, когда дроссельная заслонка прикрыта, скорость сгорания рабочей смеси падает, поэтому угол опережения зажигания должен быть увеличен.
напряжение пробоя – напряжение во вторичной цепи в момент образования искры – фактически – максимальное напряжение во вторичной цепи.
напряжение горения – условно-установившееся напряжение во вторичной цепи в течение периода горения искры.
время горения – длительность периода горения искры.

Обобщенно структуру системы зажигания можно представить следующим образом:

Рассмотрим подробнее каждый из элементов системы:

1. Источник питания для системы зажигания – бортовая сеть автомобиля и ее 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:

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.Параллельно контактам включен конденсатор (condenser). Он необходим для того, чтобы контакты не обгорали в момент размыкания. Во время отрыва подвижного контакта от неподвижного, между ними хочет проскочить мощная искра, но конденсатор поглощает в себя большую часть электрического разряда и искрение уменьшается до незначительного. Но это только половина полезной работы конденсатора – когда контакты прерывателя полностью размыкаются, конденсатор разряжается, создавая обратный ток в цепи низкого напряжения, и тем самым, ускоряет исчезновение магнитного поля. А чем быстрее исчезает это поле, тем больший ток возникает в цепи высокого напряжения. При выходе конденсатора из строя двигатель нормально работать не будет – напряжение во вторичной цепи получится недостаточно большим для стабильного искрообразования.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.Общая схема классической системы:

Это наиболее старая из существующих систем – фактически она является ровесницей самого автомобиля. За границей такие системы прекратили серийно устанавливать в основном к концу 1980-х годов, у нас такие системы на “классику” устанавливаются до сих пор. Кратко принцип работы выглядит следующим образом – питание от бортовой сети подается на первичную обмотку катушки зажигания через механический прерыватель. Прерыватель связан с коленчатым валом, что обеспечивает замыкание и размыкание его контактов в нужный момент. При замыкании контактов начинается зарядка первичной обмотки катушки, при размыкании первичная обмотка разряжается, но во вторичной обмотке наводиться ток высокого напряжения, который, через распределитель, также связанный с коленчатым валом, поступает на нужную свечу.

Также в этой системе присутствуют механизмы корректировки опережения зажигания – центробежный и вакуумный регуляторы.
Центробежный регулятор опережения зажигания предназначен для изменения момента возникновения искры между электродами свечей зажигания, в зависимости от скорости вращения коленчатого вала двигателя.

Центробежный регулятор опережения зажигания находится в корпусе прерывателя-распределителя. Он состоит из двух плоских металлических грузиков, каждый из которых одним из своих концов закреплен на опорной пластине, жестко соединенной с приводным валиком. Шипы грузиков входят в прорези подвижной пластины, на которой закреплена втулка кулачков прерывателя. Пластина с втулкой имеют возможность проворачиваться на небольшой угол относительно приводного валика прерывателя-распределителя. По мере увеличения числа оборотов коленчатого вала двигателя, увеличивается и частота вращения валика прерывателя-распределителя. Грузики, подчиняясь центробежной силе, расходятся в стороны, и сдвигают втулку кулачков прерывателя “в отрыв” от приводного валика. То есть набегающий кулачок поворачивается на некоторый угол по ходу вращения навстречу молоточку контактов. Соответственно контакты размыкаются раньше, угол опережения зажигания увеличивается. При уменьшении скорости вращения приводного валика, центробежная сила уменьшаются и, под воздействием пружин, грузики возвращаются на место – угол опережения зажигания уменьшается.

Вакуумный регулятор опережения зажигания предназначен для изменения момента возникновения искры между электродами свечей зажигания, в зависимости от нагрузки на двигатель. Вакуумный регулятор крепится к корпусу прерывателя – распределителя. Корпус регулятора разделен диафрагмой на два объема. Один из них связан с атмосферой, а другой, через соединительную трубку, с полостью под дроссельной заслонкой. С помощью тяги, диафрагма регулятора соединена с подвижной пластиной, на которой располагаются контакты прерывателя. При увеличении угла открытия дроссельной заслонки (увеличение нагрузки на двигатель) разряжение под ней уменьшается. Тогда, под воздействием пружины, диафрагма через тягу сдвигает на небольшой угол пластину вместе с контактами в сторону от набегающего кулачка прерывателя. Контакты будут размыкаться позже – угол опережения зажигания уменьшится. И наоборот – угол увеличивается, когда вы уменьшаете газ, то есть, прикрываете дроссельную заслонку. Разряжение под ней увеличивается, передается к диафрагме и она, преодолевая сопротивление пружины, тянет на себя пластину с контактами.Это означает, что кулачок прерывателя раньше встретится с молоточком контактов и разомкнет их. Тем самым мы увеличили угол опережения зажигания для плохо горящей рабочей смеси.

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.Управление первичной обмоткой катушки зажигания в системе с механическим прерывателем и транзисторным коммутатором: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-генератор импульсов, как правило, конструктивно располагается внутри распределителя зажигания (конструкция самого распределителя от контактной системы не отличается) – поэтому узел в целом называют “датчик-распределитель”.

Коммутатор управляет замыканием первичной цепи катушки зажигания на массу. При этом коммутатор не просто разрывает первичную цепь по сигналу с импульсного датчика – коммутатор должен обеспечить предварительную зарядку катушки необходимой энергией. То есть, до управляющего импульса с датчика, коммутатор должен предугадать, когда нужно замкнуть катушку на землю, для того чтобы её зарядить. Причём, он должен это сделать так, чтобы время заряда катушки было приблизительно постоянным (достигался максимум накопленной энергии, но не допускался перезаряд катушки). Для этого коммутатор вычисляет период импульсов приходящих с датчика. И в зависимости от этого периода, вычисляет время начала замыкания катушки на землю. Другими словами, чем выше обороты двигателя, тем раньше коммутатор будет начинать замыкать катушку на землю, но время замкнутого состояния будет одинаковым.

Одна из модификаций этой системы с механическим распределителем и катушкой зажигания, отдельно стоящей от распределителя и коммутатора получила устоявшееся название “бесконтактная система зажигания (БСЗ)”. Общая схема бесконтактной системы зажигания:

Естественно, существует множество модификаций данной системы – с применением других типов датчиков, с применением нескольких датчиков и пр.

Коммутатор (“воспламенитель”, 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).

4. Накопитель энергии. Накопители энергии, используемые в системах зажигания делятся на две группы:

5. Система распределения зажигания. На автомобилях применяются два типа систем распределения – системы с механическим распределителем и системы статического распределения.

Системы с механическим распределителем энергии. Распределитель зажигания, трамблер (англ. distributor, нем. ROV – Rotierende hochspannungsVerteilung) – 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).После того, как в катушке зажигания образовался ток высокого напряжения, он попадает (по высоковольтному проводу) на центральный контакт крышки распределителя, а затем через подпружиненный контактный уголек на пластину ротора. Во время вращения ротора ток “соскакивает” с его пластины, через небольшой воздушный зазор, на боковые контакты крышки. Далее, через высоковольтные провода, импульс тока высокого напряжения попадает к свечам зажигания. Боковые контакты крышки распределителя пронумерованы и соединены (высоковольтными проводами) со свечами цилиндров в строго определенной последовательности. Таким образом, устанавливается “порядок работы цилиндров”, который выражается рядом цифр. Как правило, для четырехцилиндровых двигателей, применяется последовательность: 1 – 3 – 4 – 2. Это означает, что после воспламенения рабочей смеси в первом цилиндре, следующий “взрыв” произойдет в третьем, потом в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Такой порядок работы цилиндров установлен для равномерного распределения на грузки на коленчатый вал двигателя. С помощью поворота корпуса прерывателя-распределителя выставляется и корректируется первоначальный угол опережения зажигания (угол до коррекции центробежным и вакуумным регуляторами).
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 (см. выше). 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”).Примечание. Различные авторы используют разную терминологию, мы, чтобы избежать лишней путаницы, предлагаем остановиться на таком варианте: DLI – относиться ко всем систем без высоковольтного распределителя; DI – относиться только к системам с индивидуальными катушками (DI = COP + EFS); DIS – относиться только к системе синхронного зажигания с двухвыводными катушками (DIS = DFS). Такой подход, может быть, и не совсем правильный, но употребляется наиболее часто.С внедрением этих систем пришлось вносить существенные изменения и в конструкцию катушки зажигания (использовать двух- и четырехвыводные катушки) и/или использовать системы с несколькими катушками зажигания. Все системы зажигания без распределителя делятся на два блока – системы независимого зажигания с индивидуальными катушками зажигания на каждый цилиндр двигателя (EFS и COP системы) и системы синхронного зажигания, где одна катушка обслуживает, как правило, два цилиндра (DFS-системы).Систему EFS (нем. Einzel Funken Spule) называют системой независимого зажигания, так как в ней (в отличие от систем синхронного зажигания) каждая катушка и управляется независимо и дает искру только для одного цилиндра. В этой системе каждая свеча имеет свою индивидуальную катушку зажигания. Кроме отсутствия в системе механических движущихся частей, дополнительным преимуществом является то, что при выходе и строя катушки перестанет работать только один “ее” цилиндр, а система в целом сохранит работоспособность.
Как уже говорилось при рассмотрении микропроцессорных систем управления зажиганием, коммутатор в таких системах может представлять собой один блок для всех катушек зажигания, отдельные блоки (несколько коммутаторов) для каждой катушки зажигания, а, кроме того, он может быть как интегрирован с электронным блоком управления, так и может устанавливаться отдельно. Катушки зажигания также могут стоять как отдельно, так и единым блоком (но в любом случае они стоят отдельно от ЭБУ), а кроме того, могут быть объединены с коммутаторами.

Общая схема систем независимого зажигания:

Одной из наиболее популярных разновидностей EFS-систем является так называемая COP система (Coil on Plug – “катушка на свече”) – в этой системе катушка зажигания ставится прямо на свечу. Таким образом, стало возможным полностью избавится еще от одного не вполне надежного компонента системы зажигания – от высоковольтных проводов.

Устройство катушки зажигания в системе COP (с интегрированным воспламенителем):

Система статического синхронного зажигания с двухвыводными катушками зажигания (одна катушка на две свечи) – DFS (нем. Doppel Funken Spule) система. Кроме систем, с индивидуальными катушками, используются и системы, где одна катушка обеспечивает высоковольтный разряд на двух свечах одновременно. При этом получается, что в одном из цилиндров, который находится в такте сжатия, катушка дает “рабочую искру”, а в сопряженном с ним, который находится в такте выпуска) дает “холостую искру” (поэтому такая система часто называется системой зажигания с холостой искрой – “wasted spark”). Например, в 6-цилиндровом V-образном двигателе на цилиндрах 1 и 4 поршни занимают одно и то же положение (оба находятся в верхней и нижней мертвой точке одновременно) и движутся в унисон, но находятся на разных тактах. Когда цилиндр 1 находится на компрессионном ходу, цилиндр 4 – на такте выпуска, и наоборот.

Высокое напряжение, вырабатываемое во вторичной обмотке, подается напрямую на каждую свечу зажигания. В одной из свечей зажигания искра проходит от центрального электрода к боковому электроду, а в другой свече искра проходит от бокового к центральному электроду:

Напряжение, необходимое для образования искры, определяется искровым промежутком и давлением сжатия. Если искровой промежуток между свечами обоих цилиндров равен, для разряда необходимо напряжение, пропорциональное давлению в цилиндре. Вырабатываемое высокое напряжение разделяется в соответствии с относительным давлением цилиндров. Цилиндр на ходу сжатия требует и использует больший разряд напряжения, чем на ходу выпуска. Это происходит потому, что цилиндр на ходу выпуска находится примерно под атмосферным давлением, поэтому расход энергии гораздо ниже.

По сравнению с системой зажигания с распределителем, общий расход энергии в системе без распределителя практически такой же. В системе зажигания без распределителя потеря энергии от искрового промежутка между ротором распределителя и клеммой колпачка заменяется потерей энергии на холостую искру в цилиндре на ходу выпуска.

Катушки зажигания в системе DFS могут устанавливаться как отдельно от свечей и связываться с ними высоковольтными проводами (как в системе EFS), так и прямо на свечах (как в системе COP, но в этом случае высоковольтные провода все равно используются для передачи разряда на свечи смежных цилиндров – условно такую систему можно назвать “DFS-COP”).

Общая схема системы “DFS-COP”
Варианты системы “DFS-COP”
Также в этой системе коммутаторы могут быть объединены с соответствующими катушками – вот как выглядит такой вариант на примере Mitsubishi Outlander:

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. 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 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.

Учитывая все возможные модификации и комбинации приведенных Выше элементов, на автомобилях используются не менее 15-20 разновидностей систем зажигания.

Для принудительного воспламенения топливовоздушной смеси, поступившей в цилиндр бензинового двигателя, используется энергия искры высоковольтного электрического разряда, возникающего между электродами свечи зажигания. Системы зажигания предназначены для того, чтобы увеличить напряжение автомобильной аккумуляторной батареи до величины, необходимой для возникновения электрического разряда и, в требуемый момент, подать это напряжение на соответствующую свечу зажигания. Сведём основные системы в таблицу и опишем работу таких систем.

Обозначение		Описание
Отечественное	Зарубежное
ксз	KSZ	Классическая контактная с прерывателем-распределителем
ктсз	HKZk, JFU4	Электронная с накоплением энергии в системе и контактным датч.
БТСЗ	HKZi, TSZ-2	Бесконтактная транзисторная с индукционным датчиком
БТСЗ	HKZh, EZK,TZ28H	Бесконтактная транзисторная с накоплением энергии в ёмкости с датчиком Холла
КТСЗ	TSZk	Контактная транзисторная с накоплением энергии в индуктивн.
БТСЗ	TSZi	Бесконтактная транзисторная с накоплением энергии в индуктивности с индукционным датчиком
БТСЗ	TSZh	Бесконтактная транзисторная с накоплением энергии в индуктивности с датчиком Холла
МСУД	VSZ, EZL	Электронная система зажигания статического типа

Подробно рассмотрим работу только использующихся в настоящее время систем зажигания.

В первой блок-схеме отдельно выделен Блок Управления Зажиганием (БУЗ). Раскроем этот прямоугольник и приведём несколько структурных схем построения систем зажигания.

В таких системах датчиком первичных импульсов (датчик вращения) являются контакты механического прерывателя, расположенного в распределителе зажигания(трамблёра), который механически связан коленвалом двигателя через шестерни. Один оборот вала трамблёра осуществляется за два оборота коленвала двигателя. Электрический разряд создаётся при помощи механического прерывателя, приводимого в действие двигателем. Для получения высокого напряжения применяется катушка зажигания. В зависимости от способа размыкания первичной цепи катушки зажигания, по которой проходит большой ток, различают классической батарейное зажигание, транзисторное зажигание и тиристорно-конденсаторное зажигание. В таких системах роль силового реле выполняют контакты прерывателя, транзистор или тиристор.

Рис. Схема контактной системы зажигания: 1 — свечи зажигания, 2 — прерыватель-распределитель, 3 — выступ кулачка, 4 — упор, 5 — аккум. батарея, 6 — генератор, 7 — выключатель зажигания, 8 — катушка зажигания, 9 — конденсатор.

Нa приведённом выше рисунке показана схема самой простой контактной системы зажигания (КСЗ) . Устройство катушки зажигания рассмотрим отдельно, а сейчас напомним, что катушка — это трансформатор с двумя обмотками намотанными на специальный сердечник. Вначале намотана вторичная обмотка тонким проводом и большим количеством витков, а сверху на неё намотана первичная обмотка толстым проводом и небольшим количеством витков. При замыкании контактов первичный ток постепенно нарастает и достигает максимального значения, определяемого напряжением аккумуляторной батареи и омическим сопротивлением первичной обмотки. Нарастающий ток первичной обмотки встречает сопротивление э.д.с. самоиндукции, направленное встречно напряжению аккумуляторной батареи.

Когда контакты замкнуты, по первичной обмотке протекает ток и создает в ней магнитное поле, которое пересекает и вторичную обмотку и в ней индуцируется ток высокого напряжения. В момент размыкания контактов прерывателя как в первичной, так и во вторичной обмотках индуцируется э.д.с. самоиндукции. Согласно закону индукции вторичное напряжение тем больше, чем быстрее исчезает магнитный поток, созданный током первичной обмотки, чем больше отношение чисел витков и чем больше первичный ток в момент разрыва.

Для повышения вторичного напряжения и уменьшения обгорания контактов прерывателя параллельно контактам включают конденсатор.

Ниже представлены осциллограммы электрических сигналов в цепях зажигания.

Рис. Осциллограммы электрических сигналов в цепях зажигания: 1 — первичный ток, 6 — контакты прерывателя разомкнуты, 7 — контакты замкнуты.

При некотором значении вторичного напряжения между электродами свечи зажигания возникает электрический разряд. Из-за возрастания тока во вторичной цепи вторичное напряжение резко падает до, так называемого, напряжения дуги, которое поддерживает дуговой разряд. Напряжение дуги остается почти постоянным до тех пор, пока запас энергии не станет меньше некоторой минимальной величины. Средняя продолжительность батарейного зажигания составляет 1,4 мс. Обычно этого достаточно для воспламенения топливовоздушной смеси. После этого дуга исчезает, а остаточная энергия расходуется на поддержание затухающих колебаний напряжения и тока. Продолжительность дугового разряда зависит от величины запасённой энерги, состава смеси, частоты вращения коленвала, степени сжатия и пр. При увеличении частоты вращения коленвала время замкнутого состояния контактов прерывателя уменьшается и первичный ток не успевает нарасти до максимальной величины. Из-за этого уменьшается запас энергии, накопленной в магнитной системе катушки зажигания и понижается вторичное напряжение.

Отрицательные свойства систем зажигания с механическими контактами проявляются при очень малых и высоких частотах вращения юленвала. При малых частотах вращения между контактами прерывателя возникает дуговой разряд, поглощающий часть энергии, а при высоких частотах вращения вторичное напряжение уменьшается из-за «дребезга» контактов прерывателя. «Дребезг» возникает когда при замыкании контактов подвижный контакт ударяется о неподвижный с энергией, определяемой массой и скоростью подвижного контакта, а затем после незначительной упругой деформации соприкасающихся поверхностей отскакивает, разрывая уже замкнутую цепь. После размыкания, подвижный контакт под дейсткием пружины, снова ударяется о неподвижный контакт Из-за такого «дребезга» контактов уменьшается действительное время замкнутого состояния и, соответственно, энергия зажигания и величина вторичного напряжения.

Контактные системы зажигания перестали справляться со своими функциями при увеличении оборотов двигателей, числа цилиндров, использовании более бедных рабочих смесей. Появилась необходимость применения электронных систем зажигания. Формирование момента ценообразования может осуществляться как обычной контактной группой (КТСЗ), так и с использованием специальных датчиков(бесконтактные системы).

Рис. Схема контактно-транзисторной системы зажигания: 1 — свечи зажигания, 2 — распределитель зажигания, 3 — коммутатор, 4 — катушка зажигания, К — коллектор, Э — эмиттер, Б — база, R — резистор.

Рассмотрим функциональную схему контактнотранзисторной системы зажигания . На рисунке, приведённом рядом показан фрагмент такой схемы. Механические контакты переключают только управляющий ток базы транзистора, который значительно меньше первичного тока, протекающего между эмиттером и коллектором. Для защиты полупроводникового устройства, названного коммутатором, приходилось уменьшать величину э.д.с. самоиндукции в первичной цепи путём снижения индуктивности первичной обмотки. Индуктивность первичной обмотки уменьшается быстрее, чем сё сопротивление. Уменьшается э.д.с. самоиндукции и меньше препятствует увеличению первичного тока.

Из-за уменьшения индуктивности первичной обмотки и величины э.д.с. самоиндукции для получения неизменного вторичного напряжения увеличивают и коэффициент трансформации катушки зажигания.

Изменение скорости нарастания и максимальной величины первичного тока в классической и транзисторной системах зажигания представлено наследующем графике.

Рис. График: 1 — транзисторное зажигание, 2 — катушечное зажигание, 3 — момент размыкания

Поскольку контакты прерывателя находятся под напряжением только аккумуляторной батареи, то образующаяся при размыкании незначительная дуга позволяет обойтись без конденсатора. Контакты подвержены механическому износу и сохраняется возможность «дребезга».

Отличие электронных систем зажигания состоит в том, что коммутирование и разрыв тока в первичной обмотке катушки зажигания осуществляется не замыканием и размыканием контактов, а открыванием(проводящее состояние) и запиранием (отсечкой) мощного выходного транзистора. Это позволяет увеличить значение тока разрыва до 8 — 10 А, что позволяет в несколько раз увеличить энергию, запасаемую катушкой зажигания. Бесконтактные системы зажигания используют для подачи сигнала различные типы датчиков. Ниже приведём блок-схемы построения систем зажигания.

В приведенных выше системах зажигания коммутатор находится внутри ЭБУ двигателем.

Приведённые выше схемы систем управления зажиганием применяют многокатушечное построение. Катушки могут быть индивидуальными, вставленными в свечной туннель(СОР) с коммутатором встроенным в ЭБУ двигателем. Иногда одна встроенная в свечной туннель катушка обслуживает два цилиндра (к другой свече идёт ВВ провод). Встречаются системы, в которых коммутатор интегрирован в единый МОДУЛЬ ЗАЖИГАНИЯ, причём такой модуль может быть индивидуальным на цилиндр или отдельным блоком обслуживающим все цилиндры. Встречаются системы у которых на свечи одевается единый модуль, объединяющий в себе систему зажигания и датчики вращения и детонации (СААБ, МЕРСЕДЕС). У каждой системы есть свой достоинства и недостатки и только производитель решает какую систему или симбиоз разных систем применить и создать головную боль диагностам и пользователям автомобилей.

Опишем кратко только основные типы датчиков:

индукционный (генераторного типа)
датчик Холла (на одноимённом эффекте)
оптический датчик

Функциональная схема системы зажигания, построенная на использовании индукционного датчика показана рядом.

Рис. Схема системы зажигания с использованием индукционного датчика: 1 — свечи зажигания, 2 — датчик-распределитель, 3 — коммутатор, 4 — катушка зажигания.

Индукционный датчик представляет собой однофоазный генератор переменного тока с ротором на постоянных магнитах, число которых равно числу цилиндров. Мощность выходного сигнала датчика мала, поэтому выходные сигналы предварительно формируются и усиливаются. Обычно такие датчики устанавливаются в распределителе зажигания. В настоящее время такие датчики не применяются.

Часто применяемым датчиком частоты вращения или положения является датчик на эффекте Холла. Рядом приведён фрагмент электросхемы системы зажигания, использующей такой датчик.

Рис. Схема системы зажигания с использованием датчика на эффекте Холла: 1 — свечи зажигания, 2 — датчик Холла, 3 — коммутатор, 4 — распределитель зажигания, 5 — катушка зажигания.

Принцип действия такого датчика основан на изменении выходного сигнала в результате прерывания магнитного потока (экранирование), воздействующего на чувствительный элемент Холла (электросхема с питающим напряжением 5 или 12 В). Расположен обычно в распределителе зажигания, но может быть установлен и в других местах (маркерный диск коленвала или распредвала).

Распространенными являются и оптические датчики (особенно на а\м производства Японии). Принцип действия оптических датчиков основан на периодическом прерывании светового потока, излучаемого светодиодом. Маркерный диск с отверстиями механически связан с механизмом ГРМ. Отверстия на диске проходят мимо излучателя и поток света попадает на фотодиод. После усиления напряжения фотодиода получается напряжение импульсной формы — обычно прямоугольные импульсы.

Разрабатывалась и ранее использовалась тиристорная система зажигания. Энергия для искрового разряда в тиристорных системах накапливается в конденсаторе, а в качестве силового реле применялся тиристор. Катушка зажигания в этих системах не накапливает энергию, а лишь преобразует напряжение. Тиристорные системы применялись на мощных и высокооборотных двигателях. Скорость нарастания вторичного напряжения в тиристорной системе примерное 10 раз больше, чем в классической или транзисторной системах зажигания, поэтому пробой искрового промежутка свечи надёжно обеспечивается даже при загрязненных и покрытых нагаром изоляторах свечи. Сравнивать различные системы зажигания можно по различным характеристикам:

зависимость вторичного напряжения от частоты вращения коленвала двигателя;
продолжительность электрического разряда;
расход мощности;
надёжность схемы;
потребность в обслуживании;
чувствительность к шунтированию искрового промежутка свечи.

На рядом приведённом графике показано изменение вторичного напряжения U2 в зависимости от частоты следования разрядов f для различных систем зажигания.

При тиристорной системе зажигания вторичное напряжение можно считать постоянным во всём диапазоне частот вращения, а наибольшее снижение вторичного напряжения наблюдается в классической системе зажигания. При сравнении потребляемой мощности различными системами, можно констатировать, что электронные системы потребляют значительно большую мощность, чем классическая система. В классической и транзисторной системах зажигания продолжительность электрического разряда почти одинакова (около 1 мс) и является достаточной, а при конденсаторной (тиристорно-транзисторной) очень мала и составляет около 300 мкс.

Рис. Тирристорная система зажигания — график

Наименее чувствительна к шунтированию искрового промежутка свечи тиристорная (конденсаторная) система благодаря быстрому нарастанию вторичного напряжения.

В современных системах управления система зажигания не выделяется, а является частью единой системы управления двигателем. В таких системах используются индивидуальные или парные (работающие на два цилиндра одновременно) катушки зажигания, позволяющие создавать искровой разряд в цилиндре в конкретный вычисленный момент времени. При расчёте момента ценообразования учитывается температура двигателя, состав отработанных газов, скорость движения и другие параметры двигателя, а также учитывается информация полученная по сетевой шине от других электронных блоков управления. Одновременно с моментом искрообразования ЭБУ двигателем управляет моментом открытия впускных и выпускных клапанов, положением дроссельной заслонки, моментом и длительностью впрыска топлива и другими параметрами.

В заключении общего описания принципов построения систем зажигания отметим, что во всех системах используются катушки зажигания для формирования высоковольтного напряжения на электродах свечи зажигания. Более подробно описание процессов, проходящих в ЭБУ зажиганием, коммутаторах, катушках зажигания и формы осциллограмм будут приведены при описании конкретных элементов систем управления. У каждой системы есть свои преимущества и недостатки, поэтому различные разработчики и производители для конкретных систем управления и конкретных двигателей применяют те или иные системы зажигания. Иногда это синтез различных систем.

Благодаря системе зажигания авто в определенный момент работы двигателя производится подача на свечи зажигания искрового разряда. Данная схема системы зажигания применяется в бензиновых моторах. В дизельных двигателях система зажигания работает следующим образом, в момент сжатия происходит впрыск топлива. Существуют некоторые , в которых система зажигания, а точнее ее импульсы подаются непосредственно в блок управления погружаемым топливным насосом.

Все существующие системы зажигания разделяются на три вида:

Контактная схема, в которой импульсы создаются непосредственно во время работы на разрыв контактов;
Бесконтактная схема, где при помощи электронно-транзисторного устройства (коммутатора) создаются управляющие импульсы. Коммутатор нередко еще называют генератором импульсов.
Микропроцессорная схема, в которой электронное устройство управляет моментом зажигания.

В двухтактных двигателях без внешнего источника питания применяется система зажигания типа «магнето». Принцип работы «магнето» заключается в создании ЭДС, в момент вращения в катушке зажигания постоянного магнита по заднему фронту импульса.

Все описанные типы систем зажигания отличаются только способом создания управляющего импульса.

На рисунке представлена система зажигания, которая применяется в бензиновых автомобилях.

Рассмотрим более подробно устройство и схему системы зажигания авто.

Основные элементы:

источник питания (аккумуляторная батарея и автомобильный генератор);
накопитель энергии;
выключатель зажигания;
блок управления накоплением энергии (микропроцессорный блок управления, прерыватель, транзисторный коммутатор);
блок распределения энергии по цилиндрам (электронный блок управления, механический распределитель);
свечи зажигания;
высоковольтные провода.

Источником питания для системы зажигания выступает аккумуляторная батарея непосредственно в момент запуска мотора, и генератор во время работы двигателя.

Накопитель применяется для аккумуляции и преобразования достаточного количества энергии, которая используется на создание электрического разряда в электродах свечи зажигания. Современная система зажигания автомобиля может применять емкостной или индуктивный накопитель.

Индуктивный накопитель представляет собой катушку зажигания (автотрансформатор), первичная обмотка у которой, подключается к полюсу плюсовому, а минусовой полюс подключается через устройство разрыва. В процессе работы устройства разрыва, возьмем для примера кулачки зажигания, в первичной обмотке наводится напряжение самоиндукции. В это время во вторичной обмотке создается повышенное напряжение, необходимое для пробоя на свече воздушного зазора.

Емкостной накопитель представлен в виде емкости, которая заряжается при помощи повышенного напряжения. В нужный момент отдает всю энергию на свечу зажигания.

Блок управления накоплением энергии предназначен для определения начального момента накопления энергии, а также момента его передачи на свечу зажигания.

Выключатель зажигания – электрический или механический контактный блок для подачи в систему зажигания напряжения. Выключатель зажигания многим автомобилистам известен, как «замок зажигания». Ему отводится две функции: подача напряжения непосредственно на втягивающее реле стартера и подача напряжения в бортовую сеть автомобиля.

Устройство распределения по цилиндрам применяется для подачи в определенный момент энергии к свечам зажигания от накопителя. Данный элемент системы зажигания двигателя состоит из блока управления, коммутатора и распределителя.

Автомобилистам наиболее известно это устройство, как «трамблер», который является распределителем зажигания. Трамблер распределяет по проводам высокое напряжение на свечи цилиндров. Как правило, в распределителе присутствует кулачковый механизм.

Свеча зажигания – устройство с двумя электродами, которые находятся друг от друга на определенном расстоянии от 0.15 до 0,25 мм. Свеча состоит из фарфорового изолятора, который плотно насажен на металлическую резьбу, электродом служит центральный проводник, а вторым электродом выступает резьба.

Высоковольтные провода представляют собой одножильные кабеля с усиленной изоляцией. Проводник может быть выполнен в виде спирали, что поможет избавиться от помех в радиодиапазоне.

Принцип работы системы зажигания

Разделим работу системы зажигания на следующие этапы:

аккумуляция электрической энергии;
трансформация (преобразование) энергии;
разделение по свечам зажигания энергии;
образование искры;
разжигание топливно-воздушной смеси.

На примере классической системы зажигания рассмотрим принцип работы. В процессе вращения вала привода трамблера приводятся в действие кулачки, подаваемые на обмотку первичную автотрансформатора напряжение 12 вольт.

В момент подачи напряжения на трансформатор, наводится ЭДС самоиндукции в обмотке и вследствие этого, возникает высокое напряжение до 30000 вольт на вторичной обмотке. После чего в распределитель зажигания (бегунок) подается высокое напряжение, который в момент вращения подает напряжение на свечи. 30000 вольт достаточно, чтобы пробить воздушный зазор свечи искровым зарядом.

Система зажигания автомобиля должна быть идеально отрегулирована. Если будет позднее или раннее зажигание, то