Какая система зажигания значительно снижает токовую нагрузку на контакты прерывателя

Контактная Система Зажигания

Предназначение системы зажигания – образование и передача искры на свечи за­жи­га­ния в строгом соответствии с работой цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Система зажигания эволюционировала вместе с усовершенствованием технологий в ав­то­мо­би­ле­стро­е­нии и на данный момент существуют несколько принципиально различных систем зажигания современных автомобилей:
Контактная
Контактно-транзисторная
Конденсаторная
Электронная
Бесконтактно-транзисторная

Один из давнейших видов системы зажигания – это система контактного типа или кон­такт­ная система зажигания. В контактной системе зажигания создание, последующее пе­ре­рас­пре­де­ле­ние по цилиндрам высокого напряжения производится через контакты.

Также существует единая система управления как зажиганием, так и подачей топ­лив­ной смеси при помощи компьютерного микропроцессора, и эта система получила название микропроцессорной системы управления двигателем, а отличается от других систем отсутствием кулачка и ротора. Кроме того в этой системе каждой свече соответствует своя катушка, а, соответственно, количество коммутаторов равно количеству цилиндров. Такая система на сегодняшний день устанавливается практически на все новые марки автомобилей. Однако параллельно продолжают существовать и успешно выполнять свои функции и другие системы зажигания.
Рассмотрим общие характеристики систем зажигания:
КСЗ (KSZ) — самая распространенная контактная система зажигания. В прин­ци­пи­аль­ной схеме этой системы имеется катушка, распределитель и прерыватель.
КТСЗ (HKZk, JFU4, HKZ-2) — у этой системы имеется контактный датчик, в то время как энергия в этой системе предварительно накапливается.
БТСЗ (HKZh, EZK)— в этой системе используются транзисторы, а контакты от­сутст­ву­ют, в схему включен индукционный датчик.
БТСЗ (TSZk) — также бесконтактная система, имеющая в основе транзисторную схему, однако в системе установлен датчик Холла и система накопления емкости.
КТСЗ (TSZi) — система, имеющая контакты и транзисторы, а также накопитель энергии за счет индукции.
БТСЗ (TSZh) — система бесконтактная, снабженная датчиком индуктивности.
БТСЗ (VSZ, EZL) — работает без контактов, однако имеет датчик Холла и работает за счет накопленной индуктивности энергии.
МСУД — система работает под управлением микропроцессора, вращающиеся детали отсутствуют.

Самой простой МСУД была оборудована небольшая часть автомобилей оте­чест­вен­но­го производства ВАЗ 2108 (ВАЗ 21088-02).

Если в автомобиле используется контактная система зажигания – это означает, что рабочая смесь в камере сгорания воспламеняется в принудительном порядке искрой, которая возникает на свече зажигания. Сама же искра возникает на электродах свечи вследствие подачи тока высокого напряжения, который, в свою очередь, генерирует катушка за­жи­га­ния. По сути, эта катушка является трансформатором, у нее имеется первичная и вторичная обмотки, намотанные на железный сердечник. Соответственно, при прохождении тока через первичную обмотку в катушке генерируется ток. При размыкании цепи в первичной обмотке (это функция прерывателя) магнитное поле исчезает, но силовые линии направлены на вторичную обмотку, где и возникает ток с высоким (до 25 000 вольт) напряжением. В то же время в первичной обмотке возникает ток до 300 вольт, он имеет определение как «ток самоиндукции». Этот ток и вызывает искры и обгорание контактов прерывателя. Таким образом, величина вторичного напряжения находится в прямой зависимости от собственно величины магнитного поля, а также степени интенсивности уменьшения тока в первичной обмотке катушки зажигания. Для того, чтобы повысить вторичное напряжение и уменьшить степень обгорания контактов прерывателя, подключают конденсатор (параллельно контактам). Таким образом, в процессе размыкания контактов при самом минимальном зазоре идет подзарядка конденсатора. Разрядка же конденсатора происходит через первичную обмотку, через создание импульса тока обратного напряжения. Это спо­собст­ву­ет исчезновению магнитного поля и ведет к заметному росту вторичного напряжения. Совершенно очевидно то, что для каждой системы зажигания подбирается свой конденсатор. Как правило, емкость конденсаторов находится в диапазоне от 0,17 до 0,35 микро Фарад. К примеру, в отечественных «Жигулях» емкость конденсатора, обес­пе­чи­ва­ю­щая рабочую частоту тока в 50-1000 Герц, равна 0,2-0,25 микро Фарад. При нормальном функционировании системы зажигания вторичное напряжение должно возрастать с увеличением величины зазора между электродами свечи и с увеличением давления в камере сгорания. Нормальным при контактной системе считается вторичное напряжение величиной от 8 до 12 кВ, однако, для надежности системы этот показатель увеличивают до 16-25 кВ. Этот почти двукратный запас предназначен для того, чтобы перекрыть возможные изменения в работе самой системы зажигания (к примеру, изменения зазора между электродами) или же изменения в составе рабочей смеси, поступающей в двигатель. Обеднение смеси ведет к необходимому повышению напряжения до 20 кВ. Но как ни старались разработчики полностью избежать искры на контактах, а значит и их подгорания, им это не удалось. Единственный вариант уменьшить этот эффект (кроме установки конденсатора) – соблюдение минимального зазора в диапазоне от 0,3 до 0,4 миллиметра.

В отечественных автомобилях ВАЗ зазор варьирует от 0,35 до 0,45 миллиметра, а это отвечает углу 52-58 градусов при замкнутых контактах. Если этот угол увеличить (или уменьшить), уменьшается вторичное напряжение, и искрят не только контакты, но и бегунки, а значит идет снижение качества искры и двигатель теряет свою мощность. С технической точки зрения надежность системы зажигания, проявляющаяся в сгорании смеси в камере сгорания, зависит от ряда факторов. Это энергия, которой обладает искра, время, которое искра существует, форма самой искры, ее длина и даже число искр на единицу площади, но одной из самых важных характеристик определяющих все вышеизложенные показатели, является вторичное напряжение. Чем выше этот показатель, тем меньше система зависит от состава смеси и степени чистоты электродов свечи.
Устройство контактной системы зажигания
В устройстве контактной системы зажигания можно выделить следующие эле­мен­ты:
— аккумуляторная батарея ( см. устройство автомобильного аккумулятора );
— механический распределитель (ток высокого напряжения);
— механический прерыватель (ток низкого напряжения);
— замок зажигания;
— катушка зажигания ( см. катушка зажигания двигателя );
— свечи зажигания ( см. свечи зажигания для двигателя );
— центробежный регулятор опережения зажигания;
— вакуумный регулятор опережения зажигания;
— высоковольтные провода;

Распределитель необходим для раздачи тока на свечи цилиндров дви­га­те­ля. Конструкция распределителя: ро­тор и крышка, в которой размещены контакты. Напряжение от катушки по­да­ет­ся сначала на центральный контакт, а затем через боковые контакты пос­ту­па­ет на свечи.
Прерыватель нужен для разъ­е­ди­не­ния цепи низкого напряжения. Во вторичной цепи катушки зажигания при осуществлении разъединения контактов наводится высокое напряжение. Чтобы предотвратить обгорание контактов пре­дусмотрен конденсатор, раз­ме­ща­е­мый параллельно контактам.
Предназначение катушки зажигания — ток низкого напряжения с ее помощью пре­об­ра­зу­ет­ся в ток высокого напряжения. Также она имеет обмотку высокого напряжения и низ­ко­го.
Распределитель, прерыватель тока размещены в одном корпусе. Их приводит в работу коленвал двигателя. Устройство подобного типа получило название «трамблер».
Предназначение вакуумного регулятора — изменение угла опережения в результате изменений нагрузки на двигатель, которая определяется расположением педали газа. Регулятор соединяется с полостью за дросселем и меняет угол опережения в зависимости от уровня (степени) разряжения.
Угол опережения зажигания — величина угла поворота коленвала, при котором на свечи зажигания производится подача тока. Для обеспечения полного сгорания топливной смеси зажигание осуществляется с опережением.
Предназначение центробежного регулятора — в зависимости от числа оборотов коленвала двигателя обеспечивает смену угла опережения. Регулятор представляет собой два грузика, которые оказывают воздействие на пластину с размещенными на ней кулачками прерывателя (пластина сама по себе подвижна). Угол опережения устанавливается за счет положения «трамблера» двигателя.
Функция свечи зажигания – обеспечение воспламенения топливной смеси.
Назначение высоковольтных проводов — по ним осуществляется подача тока от катушки к распределителю, а далее на свечи зажигания.

Работа контактной системы зажигания
Рассмотрим работу контактной системы зажигания. При замкнутом контакте пре­ры­ва­те­ля ток низкого напряжения нап­рав­ля­ет­ся по первичной обмотке катушки. При разъединении контактов во вторичной обмотке ток низкого напряжения ин­ду­ци­ру­ет­ся в ток высокого напряжения, ко­то­рый далее по высоковольтным про­во­дам направляется на крышку ме­ха­ни­чес­ко­го распределителя тока, а уже от нее разделяется по свечам зажигания с не­ко­то­рым углом опережения.
При большем количестве обо­ро­тов коленвала двигателя, обороты рас­пред­ва­ла также увеличиваются. Грузики центробежного регулятора расходятся под воз­дейст­ви­ем центробежной силы, перемещают передвижную пластину с кулачками. Разъе­ди­не­ние контактов прерывателя осуществляется ранее, при этом угол опережения становится больше. При уменьшении оборотов коленвала двигателя происходит уменьшение угла опе­ре­же­ния.
Последующее продолжение системы зажигания контактного типа — контактно-тран­зис­тор­ная система зажигания. В данном случае в цепи первичной обмотки катушки ис­поль­зу­ет­ся транзисторный коммутатор, управление которым производится контактами прерывателя. В подобной системе за счет использования транзисторного коммутатора сила тока в цепи уменьшена, в результате чего срок эксплуатации контактов прерывателя увеличен.
Частые неисправности контактной системы зажигания
1. Между электродами свечей нет искры
Возможные причины:
— в цепи низкого напряжения не­дос­та­точ­ный контакт проводов или вообще их обрыв;
— контакты прерывателя обгорели, между ними отсутствует зазор;
— поломка катушки зажигания, ро­то­ра, конденсатора, крышки распределителя, высоковольтных проводов, а также самой свечи.
Методы устранения поломки:
— проверка цепи высокого и низкого напряжения;
— регулирование зазора контактов прерывателя;
— произведение замены неисправных компонентов системы зажигания.
2. Двигатель работает не на полную мощность или с постоянными перебоями
Возможные причины:
— свеча зажигания вышла из строя;
— между электродами свечей, в контактах прерывателя нарушен не­об­хо­ди­мый зазор;
— повреждена крышка рас­пре­де­ли­те­ля, ротор;
— произведена неверная установка угла опережения зажигания.
Методы устранения поломки:
— регулирование первоначального угла опережения;
— замена неисправных элементов;
— установление между электродами свечей, в контактах прерывателя необходимых зазоров.

Контактно-транзисторная система зажигания
В контактно-транзисторной системе зажигания основным компонентом является транзистор, благодаря применению которого новая схема имеет намного лучшие ха­рак­те­рис­ти­ки в сравнении со стандартной системой зажигания. По причине использования тран­зис­то­ра в системе зажигания появился новый узел — коммутатор.
Главная отличительная черта транзистора — это то, что ток небольшой величины, который направлен в базу (на управление), дает возможность управлять большим по ве­ли­чи­не током, проходящим через устройство.
Контактно-транзисторная система зажигания на первый взгляд незначительно от­ли­ча­ет­ся от классической системы зажигания, имеет тот же принцип работы, но все-таки приобрела некоторые характеристики, которые недоступны стандартной системе за­жи­га­ния. Перед тем, как давать оценку преимуществам и недостаткам, которые присущи контактно-транзисторной системе зажигания, нужно разобрать отличия в работе от стан­дарт­ной системы зажигания ( см. система зажигания двигателя ).
Основным отличием контактно-транзисторной системы зажигания является то, что воздействие прерывателя осуществляется на базу транзистора, а не на бобину. В остальном контактно-транзисторная система зажигания работает аналогично стандартной системе зажигания. При остановке тока в первичной обмотке бобины во вторичной обмотке происходит настройка высоковольтного напряжения. Не обращая внимания на элементы внутренней конструкции коммутатора, а также его подключения, необходимо отметить, что схема зажигания транзисторного типа даже в подобном упрощенном виде имеет следующие положительные характеристики: управление контактно-транзисторным способом про­цес­са­ми, которые происходят в катушке зажигания, дают возможность повысить значение тока в первичной обмотке, в результате чего можно:
— увеличить вторичное напряжение;
— сделать больше зазор (промежуток) между электродами свечи;
— улучшить и сделать наиболее устойчивым процесс искрообразования;
— улучшить при пониженной температуре запуск двигателя;
— увеличить число оборотов двигателя;
— увеличить мощность двигателя.
Контактно-транзисторная схема подобного типа требует применения катушки за­жи­га­ния с индивидуальной первичной, а также вторичной обмоткой.
Контактно-транзисторная система зажигания дает возможность уменьшить в зна­чи­тель­ной степени нагрузку на контакты прерывателя, в результате значение протекающего через них тока намного меньше, вследствие чего контакты подгорают меньше. Данный факт характеризует повышение надежности системы в целом.
Но, не смотря на множество положительных характеристик, контактно-тран­зис­тор­ной системе зажигания присущи и собственные недостатки, которые вызваны применением прерывателя (система с началом работы формирует искру, когда цепь протекания тока в обмотке бобины контактно разрывается). Величина тока, который поступает в базу транзистора, в зна­чи­тель­ной степени оказывает влияние на его работу, и снижение тока по причине качества кон­так­тов сказывается на эксплуатационных характеристиках контактно-транзисторной системы зажигания в целом.

Устройство автомобилей

Система зажигания двигателя с принудительным воспламенением рабочей смеси должна обеспечить увеличение напряжения аккумуляторной батареи или генератора (в зависимости от режима работы двигателя) до величины, необходимой для возникновения электрического разряда между электродами свечи зажигания, и в требуемый момент (момент зажигания) подать это напряжение на соответствующую свечу. Момент зажигания характеризуется углом опережения зажигания, который представляет собой угол поворота коленчатого вала двигателя, отсчитываемый от положения вала в момент подачи искры до положения, когда поршень приходит в верхнюю мёртвую точку (ВМТ).

Применявшиеся ранее и применяемые в настоящее время системы зажигания получают необходимую высоковольтную энергию не непосредственно от аккумуляторной батареи, поскольку для пробоя электрической дугой воздушного зазора между электродами свечи зажигания напряжения 12-вольтовой батареи явно не хватит.
Для возникновения дуги между электродами свечи зажигания требуется напряжение не менее 8000 В, а при многих режимах работы двигателя значительно большее. По этой причине необходимо существенно увеличить напряжение аккумуляторной батареи посредством промежуточного преобразователя и накопителя энергии, который, в зависимости от способа преобразования и аккумулирования энергии, может быть индуктивным или емкостным.

В системах зажигания автомобильных двигателей наиболее широко используются индуктивные накопители электрической энергии, использующие в своей работе явление самоиндукции, возникающее в трансформаторе при прохождении через одну из его обмоток переменного тока.
Возникает вопрос – откуда в бортовой сети автомобиля с неработающим двигателем, может появиться переменный ток? Ведь аккумуляторная батарея – источник постоянного тока.

Для ответа на этот вопрос следует вспомнить – что, по определению, называется переменным электрическим током? Это ток, который с течением времени изменяется по величине и (или) по направлению. Следовательно, если цепь, соединяющую выводы аккумуляторной батареи, периодически выключать и включать, то в периоды нарастания тока и его исчезновения (которые характеризуются определенными временными отрезками) в цепи протекает именно переменный ток, изменяющийся с течением времени по величине (от нуля до 12 вольт и наоборот). А раз в цепи присутствует переменный ток, то посредством явлений индукции и самоиндукции его напряжение можно изменять по величине до требуемого значения.

Именно это свойство переменного тока используется во всех известных системах зажигания. Разница заключается лишь в использовании прерывателей и накопителей электроэнергии различных принципиальных конструкций, способных эффективно отдать накопленную энергию для возникновения дуги между электродами свечи.

Контактная система зажигания использует для своей работы механические прерыватели тока, принцип действия которых основан на включении и отключении контактов посредством механического датчика кулачкового типа, приводимого в действие от распределительного вала ГРМ.

Принцип работы контактной системы зажигания

Батарейное зажигание в том виде, в котором оно появилось на первых автомобилях, долгое время было единственным способом воспламенения рабочей смеси в цилиндрах бензиновых и газовых двигателей.

Рассмотрим принцип действия контактной (классической) системы зажигания, в которую обязательно входят катушка зажигания, прерыватель, распределитель, конденсатор, свечи зажигания, ну и, конечно же, электрические провода – низковольтные и высоковольтные.

Катушка зажигания представляет собой простейший трансформатор, состоящий из сердечника, на который намотаны две обмотки — первичная и вторичная, имеющие различное количество витков.
Первичная обмотка содержит относительно небольшое количество витков сравнительно толстой проволоки, а вторичная – очень большое число витков тонкой проволоки. Напряжение, возникающее на выводах вторичной обмотки, пропорционально соотношению числа витков вторичной и первичной обмоток.

Известный закон М. Фарадея о явлении электромагнитной индукции утверждает, что если первичная обмотка трансформатора содержит, например, 10 витков, а вторичная обмотка этого трансформатора – 100 витков (т. е. в десять раз больше), то напряжение на выводах вторичной обмотки при протекании через первичную обмотку переменного тока будет в десять раз больше, чем напряжение в первичной обмотке. И если правильно подобрать соотношение числа витков первичной и вторичной обмоток, напряжение на выходе из катушки будет достаточным для возникновения электрической дуги (искры) между электродами свечи зажигания, поджигающей рабочую смесь в цилиндре двигателя.

Описанное выше свойство трансформатора напряжения лежит в принципиальной основе работы накопителей энергии, используемых в системах зажигания двигателей всех известных типов.

Простейший прерыватель контактной системы зажигания представляет собой устройство, состоящее из вращающегося кулачка, на который опирается подвижный контакт, соединенный с положительным выводом электрической цепи, и неподвижного контакта, соединенного с массой (отрицательным выводом) аккумуляторной батареи.
При вращении кулачка контакты размыкают и замыкают цепь первичной обмотки катушки зажигания, питаемой от аккумуляторной батареи или генератора. При замыкании и размыкании контактов в первичной обмотке катушки зажигания возникает переменный ток, в результате чего во вторичной обмотке индуцируется очень большое напряжение, достигающее нескольких тысяч (и даже десятков тысяч) вольт. Этого напряжения достаточно для пробоя искрового промежутка между электродами свечи зажигания.

Возникает вполне предсказуемый вопрос — зачем в описанной выше системе зажигания используется конденсатор?
Ответ достаточно прост — для спасения сопрягаемых поверхностей контактов механического прерывателя от электромеханической эрозии, и для поглощения высокочастотных импульсов, способных стимулировать радиопомехи.
ЭДС самоиндукции, индуктируемая при размыкании контактов в первичной обмотке катушки зажигания, достигает внушительных значений (порядка нескольких сотен вольт) и направлена в ту же сторону, что и первичный ток, стремясь задержать его исчезновение.
В результате между размыкающимися контактами прерывателя возникает сильный дуговой разряд, интенсивно разрушающий контакты посредством электротехнической эрозии и механического износа.
Для уменьшения вредного воздействия ЭДС самоиндукции параллельно контактам прерывателя включают конденсатор , который поглощает ток самоиндукции, а затем разряжается через цепь первичной обмотки катушки зажигания в аккумуляторную батарею.
Таким образом, конденсатор служит для уменьшения дугового разряда возникающего между контактами прерывателя и пагубно сказывающегося на сроке их службы.

В общем случае работу контактной системы зажигания можно разделить на три этапа:

• Замыкание контактов прерывателя и нарастания первичного тока;
• Размыкание контактов прерывателя и индуцирование вторичного напряжения;
• Искровой разряд между электродами свечи зажигания.

Замыкание контактов прерывателя (первый этап)

В этот период первичная обмотка катушки зажигания (накопителя) подключается к источнику тока (аккумулятору или генераторной установке). Данный этап характеризуется нарастанием первичного тока и, и как следствие этого, накоплением электромагнитной энергии, запасаемой в магнитном поле катушки зажигания.

Процесс нарастания первичного тока (напряжения аккумуляторной батареи), в соответствии со вторым законом Кирхгофа, пропорционален индуктивности первичной цепи, току в первичной цепи и омическому сопротивлению первичной цепи. При этом скорость нарастания первичного тока не зависит от сопротивления первичной цепи.

Очевидно, что количество аккумулируемой в период замкнутого состояния контактов энергии пропорционально величине напряжения и тока в первичной цепи, а также времени замкнутого состояния контактов прерывателя. Время замкнутого состояния контактов зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя и от формы кулачка прерывателя.

Размыкание контактов прерывателя (второй этап)

В какой-то момент времени контакты прерывателя размыкаются, и источник тока отключается от катушки зажигания. Первичный ток исчезает, в результате чего накопленная электромагнитная энергия превращается в электростатическую энергию, вызывающую ЭДС высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания.

Величина тока разрыва при прочих равных условиях зависит от времени замкнутого состояния контактов прерывателя. Это время, в свою очередь, зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, числа цилиндров двигателя (т. е. профиля кулачка), а также соотношения между углами замкнутого и разомкнутого состояния контактов.

Таким образом, ток разрыва в первичной цепи уменьшается с увеличением частоты вращения коленчатого вала и числа цилиндров двигателя, и увеличивается с увеличением времени замкнутого состояния контактов, которое определяется формой кулачка.

Искровой разряд между электродами свечи зажигания (заключительный, третий этап)

В рабочих условиях при определенном значении напряжения происходит пробой воздушного промежутка (зазора) между электродами свечи зажигания с последующим разрядным процессом в виде электрической дуги, воспламеняющей рабочую смесь в камере сгорания двигателя.

Общее устройство батарейной системы зажигания

Батарейная система зажигания с накоплением энергии включает в себя следующие элементы:

• Источник тока, функцию которого выполняет аккумуляторная батарея или генератор;
• Выключатель цепи питания, функцию которого выполняет замок зажигания;
• Датчик-синхронизатор, который механически связан с коленчатым или распределительным валом ГРМ двигателя, и определяет положение поршней и клапанов каждого цилиндра двигателя в данный момент времени;
• Регулятор момента зажигания, который механическим, пневматическим или электрическим способом определяет момент подачи искры в зависимости от частоты коленчатого вала или нагрузки двигателя;
• Источник высокого напряжения, содержащий накопитель энергии и преобразователь низкого напряжения в высокое, функцию которых выполняет катушка зажигания или преобразователь напряжения (в тиристорных системах зажигания);
• Силовое реле, которое представляет собой электромеханический ключ (контакты прерывателя) или электронный ключ (мощный транзистор, микросхема или тиристор), управляемый регулятором момента зажигания и служащий для подключения и отключения источника тока к накопителю, т. е. управляет процессами накопления и преобразования энергии;
• Распределитель импульсов высокого напряжения, который механическим, электромеханическим либо электронным способом распределяет высокое напряжение по соответствующим цилиндрам двигателя;
• Элементы помехоподавления, функции которых выполняют экранированные провода, конденсаторы или резисторы, размещенные либо в распределителе, либо в наконечниках свечей зажигания, либо в высоковольтных проводах, и служащие для угнетения помех, препятствующих нормальной работе радиоаппаратуры и электронных блоков управления (ЭБУ) системами двигателя и автомобиля;
• Свечи зажигания, которые служат для образования искрового разряда и поджигания рабочей смеси в камерах сгорания цилиндров двигателя.

Особенности устройства тиристорной системы зажигания

Конденсаторные (тиристорные) системы зажигания отличаются от рассмотренных выше тем, что для аккумулирования высоковольтной электрической энергии в них используются емкостные накопители – конденсаторы. В отличие от индуктивных (трансформаторных) накопителей емкостные накопители обладают высоким быстродействием. Индукторные накопители подвержены воздействию инерционных факторов, замедляющих процессы накопления энергии в катушке зажигания.

Для высокооборотистых двигателей (например, двигателей спортивных и гоночных автомобилей) это свойство индукторных накопителей неприемлемо по понятным причинам – высоковольтная электроэнергия здесь должна преобразовываться и аккумулироваться очень быстро, и моментально отдаваться для получения искры, поджигающей горючую смесь.
Емкостные накопители лишены инертных недостатков – энергия в конденсаторе накапливается практически мгновенно, и так же быстро отдается в высоковольтную цепь системы зажигания. При этом величина накопленной таким образом энергии совершенно не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя из-за высокой скорости накопления энергии конденсатором.

Но, как говорится, не бывает добра без худа.
Искровой разряд, возникающий на электродах свечей в конденсаторных системах зажигания, имеет очень короткий период действия, из-за чего не всегда успевает поджечь рабочую смесь должным образом. Результат – неполное сгорание рабочей смеси, снижение КПД и эффективной мощности двигателя, снижение его экологической чистоты. По этой причине контактные системы зажигания с емкостными накопителями (тиристорные, конденсаторные) имеют узкий спектр применения (высокооборотистые двигатели – роторные, роторно-поршневые, поршневые двигатели спортивных автомобилей, мотоциклов и т. п.).
На следующей странице тиристорные системы зажигания описаны более подробно.

Виды, устройство и принцип работы системы зажигания

Система зажигания двигателя – это комплекс устройств, приборов и датчиков, необходимых для его запуска. Ее главной задачей является создание высокого напряжения для формирование искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь, в точно определенный момент времени. Это обеспечивает правильный режим работы мотора, а потому от исправности системы зажигания зависит расход топлива, мощность и безопасность движения автомобиля.

Устройство и принцип действия типовой системы зажигания

С технической стороны система зажигания входит в комплекс электрооборудования двигателя. Конструктивно она состоит из следующих элементов:

• Аккумулятор или другой источник питания. Он подает в сеть низкое напряжение 12 вольт.
• Переключатель. При повороте ключа переключатель замыкается и низкое напряжение поступает в накопитель энергии.
• Накопитель энергии. Бывает двух видов: индуктивный (катушка зажигания трансформаторного типа, преобразующая низкое напряжение в высокое до 30 тысяч вольт) и емкостной (конденсатор).
• Блок управления аккумулированием и распределением энергии. В зависимости от типа системы зажигания это может быть прерыватель, транзисторный коммутатор или ЭБУ (электронный блок управления).
• Распределитель. Этот узел может быть механическим или электронным. Он осуществляет снабжение определенных свечей энергией в заданный момент времени.
• Провода цепи высокого напряжения. По ним поступает высокое напряжение к электродам свечей.
• Свечи зажигания.

Работа системы зажигания основана на следующем принципе: при подаче в сеть низковольтного напряжения, происходит накопление и преобразование энергии, что затем распределяется по свечам, на электродах которых формируется искра, провоцирующая воспламенение топливовоздушной смеси.

Виды систем зажигания

В современном автомобилестроении системы зажигания классифицируют в зависимости от способа управления процессом. При этом выделяют три основных типа схем:

• контактная (контактно-транзисторная);
• бесконтактная (транзисторная);
• электронная (микропроцессорная).

Характерные особенности контактной системы

Исторически контактная система является одной из первых и сегодня ее можно встретить лишь на старых моделях автомобилей. В таких конструкциях формирование высокого напряжения происходит в трансформаторной катушке, а распределение его на свечи реализуется механическим способом – замыканием и размыканием контактов цепи прерывателем-распределителем.

Помимо основных элементов, такие системы включают в себя центробежный регулятор опережения зажигания, необходимый для преобразования угла опережения зажигания относительно частоты вращения коленвала. Он представляет собой два груза, воздействующих на мобильную пластину, контактирующую с кулачковым механизмом прерывателя.

Угол опережения зажигания – определенное положение коленвала, при котором осуществляется подача высокого напряжения на свечи. В таком режиме зажигание происходит до момента достижения поршнем верхней мертвой точки, что позволяет обеспечить максимально эффективное сгорание топливовоздушной смеси.

Также в контактных схемах применяется вакуумный регулятор опережения зажигания, изменяющий угол опережения соответственно режиму работы (нагрузке) мотора. Он соединен с полостью, находящейся за дроссельной заслонкой, и при нажатии на педаль газа изменяет угол опережения в зависимости от величины разрежения.

При замыкании контактов низкое напряжение подается на первичную обмотку катушки, где аккумулируется энергия и в момент размыкания контакта происходит формирование высокого напряжения на вторичной обмотке. Затем энергия поступает к распределителю зажигания и далее на соответствующую свечу.

Если нагрузка на силовой агрегат повышается, увеличивается частота вращения вала прерывателя-распределителя, и грузы центробежного регулятора расходятся, изменяя положение пластины. Это способствует более раннему размыканию контактов, что увеличивает угол опережения. При снижении нагрузки на двигатель происходит обратный процесс.

В чем отличия контактно-транзисторной системы зажигания

Следующим поколением системы зажигания стала контактно-транзисторная, предполагающая установку в первичной цепи катушки транзисторного коммутатора. Он позволяет снизить силу тока в обмотке низкого напряжения, что повышает срок эксплуатации контактов.

За счет установки транзистора напряжение, поступающее на свечи, больше, чем в классической контактной системе на 30%. Зазор между электродами и, как следствие, длина искры при этом также больше, а значит возрастает и площадь контакта с топливовоздушной смесью, что способствует ее полному сгоранию. В контактно-транзисторной системе зажигания прерыватель воздействует не на катушку, а на коммутатор.

При повороте ключа через транзистор начинают проходить два типа токов:

• управления;
• основной ток первичной обмотки.

Когда контакты размыкаются, ток цепи управления исчезает, а транзистор запирается, препятствуя протеканию тока первичной обмотки. В этот момент магнитное поле формирует высокое напряжение на вторичной обмотке. Для ускорения запирания транзистора в контактной системе зажигания этого типа может устанавливаться импульсный трансформатор.

Принцип работы бесконтактной системы

Эволюционным продолжением транзисторно-контактной системы, является бесконтактное зажигание. В таких конструкциях вместо прерывателя устанавливается специальный датчик импульсов. Это дает возможность увеличить срок службы системы зажигания за счет отсутствия неисправностей, связанных с контактами прерывателя.

Датчик формирует электрические импульсы низкого напряжения. Он бывает трех типов:

• Датчик Холла. Конструкция такого датчика включает в себя постоянный магнит, и пластину-полупроводник, оснащенную микросхемой.
• Индуктивный. Принцип его работы основан на изменении величины индукции чувствительного элемента в зависимости от величины зазора между датчиком и движущимся пластинчатым ротором, воздействующим на магнитное поле.
• Оптический. Он состоит из светодиода, фототранзистора и микросхемы согласования. При попадании света от диода на фототранзистор датчик подает массу (минус питания) на коммутатор. Перекрытие потока света провоцирует исчезновение тока в катушке и способствует дальнейшему формированию искры.

Конструктивно датчик импульсов интегрирован в распределитель и регулируется режимом вращения коленвала двигателя. Прерывание тока в первичной обмотке катушки зажигания бесконтактной системы осуществляется также транзисторным коммутатором, но реагирующим на сигналы датчика.

В момент вращения коленвала датчик посылает импульсы напряжения на коммутатор. Последний, соответственно, формирует импульсы тока в обмотке низкого напряжения катушки. Когда ток не поступает, на вторичной обмотке возникает высокое напряжение, которое передается распределителю и далее по высоковольтным проводам к нужной свече. Изменение угла опережения в бесконтактной системе зажигания также выполняется центробежным и вакуумным регуляторами.

Электронная и микропроцессорная системы

Самой современной системой считается электронная. Она не имеет механических контактов, а потому ее также можно назвать бесконтактной. Электронное зажигание является частью системы управления двигателем.

Выделяют два типа электронных бесконтактных систем зажигания:

• С распределителем. В подобной схеме применяется механический распределитель зажигания, подающий высокое напряжение на заданную свечу.
• Прямого зажигания. При такой схеме высокое напряжение поступает к электродам свечи напрямую с катушки.

Помимо базовых элементов электронная система зажигания включает:

• Входные датчики. Они регистрируют данные о текущем режиме работы мотора и подают их в виде электронных сигналов блоку управления.
• Электронный блок управления. Он выполняет обработку сигналов и передает соответствующие команды на воспламенитель.
• Исполнительное устройство, или воспламенитель. Фактически является транзисторной платой, обеспечивающей в открытом режиме поступление напряжения на первичную обмотку, а в закрытом – отсечку и формирование высокого напряжения на вторичной обмотке катушки.

Такие системы могут оснащаться одной общей (в конструкциях с распределителем), индивидуальными (при подаче энергии прямо на свечу) или сдвоенными катушками зажигания.

Разновидностью электронной системы является микропроцессорная. В ней применяется целый комплекс датчиков, сигналы которых обрабатываются ЭБУ. Он рассчитывает оптимальный режим работы системы в заданный момент времени. Преимуществами такой конструкции является снижение расхода топлива и улучшение динамических характеристик автомобиля.