Цель системы зажигания является создание искры, которая зажигает топливо-воздушную смесь в цилиндре двигателя. Это должно быть сделано в нужное мгновение и со скоростью до нескольких тысяч раз в минуту, для каждого цилиндра в двигателе. Если возникновение искры отклонится лишь на малую долю секунды, двигатель будет плохо работать или не работать вообще.
Система зажигания посылает чрезвычайно высокое напряжения к свече на каждом цилиндре, во время когда поршень находится в верхней мертвой точке, такта сжатия. Между центральным и боковым электродами свечи зажигания есть зазор, в котором проскакивает высокое напряжение. Вот здесь и возникает искра.
Напряжение, которое подается на свечи зажигания, находится где-то между 20000 и 50000 вольт и выше. Работа системы зажигания заключается в производстве высокого напряжения от 12 вольтового источника и подать его в каждый цилиндр в определенном порядке, точно в нужное время.
Давайте посмотрим, как это делается.
Система зажигания решает две задачи. Во-первых, она должна создавать достаточно высокое напряжение (20 000 +), чтобы возникла дуга через зазор свечи зажигания, таким образом, создавая искру достаточно сильную, чтобы зажечь топливо- воздушную смесь. Во-вторых, она должна контролировать сроки, чтобы искра возникала в самый нужный момент и отправить ее на нужный цилиндр.
Система зажигания состоит из двух разделов, первого и второго контура. Низкое напряжение первичной цепи работает от 12 до 14, 5 вольт и отвечает за генерацию сигнала на свечи зажигания в точное время и заключается в том, чтобы отправить сигнал на катушку зажигания. Катушка зажигания является компонентом, который преобразует 12 вольтовый сигнал в высокое напряжение 20000 + вольт. Как только напряжение увеличили, оно идет на вторичный контур, который затем направляет заряд на нужную свечу зажигания в нужное время.
Основы.
Все автомобили работают на постоянном токе, или от постоянного тока. Это означает, что ток движется в одном направлении, от положительной клеммы аккумулятора к минусовой клемме аккумулятора. В случае с автомобилем, минусовая клемма аккумулятора связана кабелем непосредственно к кузову и блоку двигателя. Кузов и любые металлические компоненты находящиеся в контакте с ним, называется Земля. Это означает, что схема, которую необходимо отправить обратно в текущую минусовую сторону батареи может быть подключена к любой металлической части автомобиля.
Теперь вернемся к системе зажигания. Основной принцип электрической системы зажигания не изменилась за более чем 75 лет. Что изменилось, так это метод, посредством которого искра создается и как она распределяется.
В настоящее время существуют три различных типа системы зажигания. В механической системе зажигания использовалась механическая и электрическая части, и не использовалась электроника. При понимании механической системы, будет легче понять новые электронные и компьютерные системы зажигания, так что не пропустите ее. Электронная система зажигания начала свой путь в производстве автомобилей в начале 70-х и стала популярной, потому что обеспечивает лучший контроль и повысила надежность системы. Наконец, система распределения зажигания с компьютерным управлением стала доступна в середине 80-х. Эта система не содержит движущихся частей, поэтому надежность была значительно улучшена. Большинство из этих систем не требует обслуживания, кроме замены свечей зажигания.
Давайте подробно рассмотрим каждую систему и посмотрим, как они работают.
Механическая система зажигания.
Распределитель (трамблер) центр механической системы зажигания и решает две задачи. Во-первых, он отвечает за запуск катушки зажигания для создания искры в определенный момент. Во-вторых, трамблер отвечает за направление, чтобы искра возникла в нужном цилиндре (именно поэтому его называют распределитель.)
Когда Вы вставляете ключ в замок зажигания и поворачиваете ключ в положение запуск, вы посылаете ток от батареи, через провод, непосредственно к положительной (+) стороне катушки зажигания. Внутри катушки серия медных обмоток, которые намотаны вокруг катушки и выходят из отрицательной (-) стороны катушки. Оттуда, проводник принимает ток к трамблеру и подключенному к специальной кнопке включения / выключения, называемых точками. Когда точки закрыты, ток идет непосредственно на землю. При протекании тока из замка зажигания, через обмотки катушки, на землю, он образует сильное магнитное поле внутри катушки.
Точки состоят из неподвижной точки контакта, который крепится к пластине внутри трамблера, и подвижный контактный установленный на конце подпружиненного рычажка Подвижные точки расходятся 4, 6 или 8 раз за полный оборот (в зависимости от числа цилиндров в двигателе) вращающегося вала внутри трамблера. Вал трамблера вращается в такт двигателя, делает один полный оборот на каждые два обороты двигателя. Когда вал вращается, кулачок толкает контакты, чтобы открыть и закрыть их. Каждый раз, когда контакты открыты, поток тока прерывается через катушку, тем самым рушится магнитное поле и высвобождается высокое напряжение через вторичные обмотки катушки. Это перенапряжение выходит из верхней части катушки и через высоковольтные провода катушки.
Теперь у нас есть напряжение, необходимое для искры свечи зажигания, но мы все еще должны направить его на правильный цилиндр. Центральный провод идет от катушки непосредственно в центр крышки трамблера. Под крышкой находится ротор, который устанавливается на верхней части вращающегося вала. Ротор (бегунок) имеет металлическую полосу на вершине, которая находится в постоянном контакте с центром крышки трамблера. Он получает высокое импульсное напряжение от катушки и отправляет его на другом конце ротора, который вращается попеременно контактируя с каждым терминалом свечи зажигания внутри крышки. Вращаясь на валу ротор посылает напряжение на нужный провод свечи зажигания, который в свою очередь, отправляет его на свечи зажигания. Напряжение поступает на свечи зажигания на центральный электрод, затем проскакивает через зазор на кончике свечи зажигания, создавая искру подходящую для воспламенения топливно-воздушной смеси внутри этого цилиндра.
Описание, которое вы только что прочитали является упрощенной версией, но должны быть полезны для визуализации процесса, мы пропустили несколько вещей, которые составляют этот тип системы зажигания. Например, мы не говорили о конденсаторе, который подключен к контактам, и мы не говорим о системе раннего зажигания. Давайте посмотрим на каждый раздел и изучим его более подробно.
Замок зажигания.
Существуют две отдельные схемы, которые идут от замка зажигания на катушку. Один контур проходит через резистор для того, чтобы снять около 15%, напряжение чтобы защитить контакты от преждевременного износа. Другая схема посылает полное напряжение батареи к катушке. Единственный раз, когда эта схема используется, во время запуска. Так как стартер потребляет значительное количество энергии, чтобы осуществить пуск двигателя, дополнительное напряжение необходимо для питания катушки. Поэтому, когда ключ повернут в подпружиненное положение запуска, используется полное напряжение батареи. Как только двигатель завелся, водитель отпускает ключ в рабочее положение, и направляет ток через резистор к первичной обмотке катушки.
Распределитель зажигания (трамблер).
При снятии крышки трамблера, вы увидите контакты и конденсатор. Конденсатор может хранить небольшое количество тока. Когда контакты начинают открываться, ток, протекающий через контакты, ищет альтернативные пути к земле. Если бы не было конденсатора, ток попытается прыгнуть через промежуток, между контактами, поскольку они начинают открываться. Если допустить, контакты быстро сгорят, и вы бы слышали помехи на автомобильном радиоприемнике. Чтобы предотвратить это, конденсатор действует как путь к земле.. Поскольку дуги через контакты устранены, контакты прослужат дольше и нет помех на радио.
Контакты требуют периодической регулировки, чтобы двигатель работал эффективнее. Это происходит потому, что трение кулачка и контакта изнашивает поверхность соприкосновения и с течением времени меняется зазор между контактами. Есть способ, чтобы измерить зазор, чтобы увидеть нуждаются ли контакты в регулировке. Он заключается в измерении зазора между открытыми контактами.
Регулировку производят при неработающем двигателе и снятой крышкой трамблера. Нужно ослабить неподвижный контакт и переместить ее немного, затем измерить зазор, с помощью щупа, и затянуть его в нужном положении.
Катушка зажигания.
Катушка зажи гания ничего более, чем электрический трансформатор. Она содержит первичные и вторичные обмотки. Первичная обмотка содержит от 100 до 150 витков тяжелых медных проводов. Этот провод должен быть изолирован, чтобы напряжение не прыгало из цикла в цикл (короткое замыкание). Если бы это случилось, она не сможет создать первичное магнитное поле, которое требуется. Первичная проводная схема проходит в катушке через положительный вывод, циклы вокруг первичной обмотки, и выходит через отрицательный вывод.
Схема вторичной обмотки содержит от 15000 до 30000 витков тонкой медной проволоки, которые также должны быть изолированы друг от друга. Вторичная обмотка сидит внутри первичной обмотки. Для дальнейшего повышения магнитного поля катушки вокруг обмотки обернута мягким железом. Чтобы противостоять жаре, катушка заполнена маслом.
Катушка зажигания является сердцем системы зажигания. Через катушку создается сильное магнитное поле.
Угол опережения зажигания.
Искра возникает в тот момент, когда контакты размыкаются, при помощи кулачка вращающемся в трамблере.
Точная установка контактов важна для двигателя для правильной работы. Необходимо изменять время возникновения искры, в зависимости от оборотов и нагрузки двигателя. Если мы сможем двигать площадку, на которой расположены контакты, мы смогли бы изменить время возникновения искры в соответствии с потребностями двигателя.
Зачем нам нужно раннее зажигание, когда двигатель увеличивает обороты?
Когда возникает искра на свече зажигания в камере сгорания, она воспламеняет все топливо и смеси на кончике свечи зажигания. Топливо, которое окружает свечу, зажигается. Это топливо продолжает расширяться на определенной скорости, которая всегда одинаково, независимо от оборотов двигателя. Оно не толкает поршень вниз, пока оно заполняет камеру сгорания и не имеет выхода. Так что, чем быстрее двигатель вращается, тем раньше должна возникнуть икра, для получения максимальной мощности.
Существуют два механизма, которые позволяют изменить угол опережения зажигания: центробежные и вакуумные.
Центробежные система изменения угла опережения по отношению к оборотам двигателя, использует пару подпружиненных противовесов, которые, под действием центробежной силы, меняют положение кулачка на валу трамблера. Когда вал вращается быстрее, вытягиваются противовесы, преодолевая силу пружины, меняя положение верхнего вала, по отношении к нижнему, в результате чего получаем раннее зажигание.
Вакуумные механизмы работают, изменяя положение контактов по отношению к корпусу трамблера. Двигатель производит вакуум во время его работы с закрытым дросселем. Другими словами, ваша нога не на педали газа. В этой ситуации, поступает мало топлива и воздуха в камеру сгорания.
Вакуумные механизмы используют диафрагмы подключенные к вакуумной линии, которые двигают площадку, на которой расположены контакты. Когда дроссельная заслонка открыта, вакуум действует на диафрагму, которая в свою очередь передвигает площадку с контактами, таким образом получаем раннее зажигание.
Провода зажигания.
Эти кабели предназначены для работы с 20000 до более чем 50000 вольт, достаточное напряжения, чтобы отбросить вас через всю комнату, если вы столкнетесь с ним. Работа проводов заключается, чтобы передать без утечки эту огромную силу на свечи зажигания. Провода свечей зажигания должны выдерживать тепло работающего двигателя, а также резкие изменения погоды. Провода зажигания довольно толстые, но большая часть толщины, занимает изоляция, а по центру очень тонкий проводник. Изоляция поддается теплу двигателя и начинает затвердевать, образуются трещины, сохнут, или ломаются. Когда это произойдет, они не будут в состоянии обеспечить необходимое напряжение на свечи зажигания. Чтобы устранить эту проблему, провода зажигания должны быть заменены.
Провода зажигания идут от крышки трамблера к свечам зажигания в определенном порядке. Это называется «зажигание» и является частью конструкции двигателя. Каждая свеча зажигания должна сработать в конце такта сжатия. Каждый цилиндр имеет такт сжатия в разное время, поэтому важно, чтобы отдельный провод свечи зажигания передавал напряжение на нужный цилиндр.
Например порядок работы цилиндров на двигателе V8 составляет 1, 8, 4, 3, 6, 5, 7, 2. Цилиндры пронумерованы от передней к задней с цилиндром № 1 на передней левой части двигателя. Так цилиндров на левой стороне двигателя с номерами 1, 3, 5, 7, а в правой части с номерами 2, 4, 6, 8. На некоторых двигателях, правая сторона составляет 1, 2, 3, 4, а на левой стороне 5, 6, 7, 8. Руководство по ремонту укажет вам правильный порядок работы цилиндров двигателя.
Свечи зажигания.
Последнее звено, в цепочке системы зажигания, свечи.
Современные свечи зажигания выполняют свою задачу на протяжении очень длительного периода и не требуют обслуживания. Эти электрические чудеса бывают разных конфигураций и тепловых диапазонов, для правильной работы в данном двигателе.
Тепловой диапазон свечей зажигания диктует, будет ли температура достаточна, чтобы сжечь любой остаток, который собирается на кончике свечи, но не горячей, чтобы не вызывать раннее зажигание в двигателе. Раннее зажигание возникает, когда свечи зажигания сильно нагреются и зажигают топливо-воздушную смесь преждевременно, до возникновения искры. Большинство свечей зажигания содержат резистор для подавления радиопомех. Зазор на свечах зажигания имеет также важное значение и должны быть установлены до того как свечи зажигания установлены в двигатель. Если зазор слишком большой, может не возникнуть искра. Если зазор слишком мал, искра может оказаться недостаточной, чтобы зажечь бедную топливно-воздушную смесь, которая также приводит к перебоям.
Электронная система зажигания.
(с 1970-х годов до наших дней)
В этом разделе будут описаны основные различия между ранней механической системой и более новыми электронными системами. Если вы не знакомы, как работает система зажигания в общем, я настоятельно рекомендую, чтобы вы сначала прочитали предыдущий раздел механической системы зажигания.
В электронной системе зажигания, контакты и конденсатор были заменены электроникой. В этих системах есть несколько способов, используемых для замены контактов и конденсатора, чтобы вызвать разряд катушки. Один из способов, используется металлическое колесо с зубьями, как правило, по одному для каждого цилиндра. Это называется якорем. Магнитный импульс, когда зуб проходит, посылает сигнал на блок управления на катушку зажигания.
Другая система, использует датчик холла и ротор с прорезями, чтобы послать сигнал электроникой, что пришло время для запуска катушки. Эти системы по-прежнему используют механизм опережения зажигания и трамблер.
Преимущество этой системы, кроме того, что она не нуждается в обслуживании, является то, что модуль управления может работать намного выше первичного напряжения, чем механические контакты. Так что катушка может создавать гораздо лучшую искру, порядка 50 000 вольт вместо 20 тысяч вольт на механической системе. В этой системе идет только один провод от замка зажигания на катушку, первичный резистор больше не нужен.
На некоторых автомобилях, модуль управления установлен внутри трамблера, вместо контактов. На других конструкциях, модуль управления установлен за пределами трамблера с внешней проводкой.
Более высокое напряжение, позволяют использовать более широкий зазор на свечах зажигания. Более мощная искра обеспечивает воспламенение более бедной смеси, что позволило улучшить топливную экономичность.
Ранние электронные системы были ограничены и не имели вычислительных мощностей, так что опережение регулировалось при помощи центробежных и вакуумных механизмов.
На более поздних системах, внутри трамблера пусто и все процессы осуществляются с помощью датчика, который отслеживает положения зубчатого колеса на коленчатом валу или распредвала. Эти устройства называются датчиками положения коленчатого вала или датчиками положения распределительного вала. В этих системах, работа трамблера заключается исключительно для распределения искры на нужный цилиндр при помощи крышки трамблера и ротора. Компьютер обрабатывает угол опережения, необходимый для бесперебойной работы двигателя.
Электронная система распределения зажигания.
(с 1980-х годов до наших дней).
Новые системы, произошли от механической системы (трамблера). Электронная система распределения зажигания полностью неподв ижна, без движущихся частей. Эти системы полностью контролируется бортовым компьютером. Вместо трамблера, используются несколько катушек, каждая из которых обслуживает одну или две свечи зажигания. Типичный 6-цилиндровый двигатель имеет 3 катушки, которые устанавливаются вместе в «пакет».,
Провод свечи зажигания выходит из каждой стороны отдельных катушек и идет в соответствующие свечи зажигания. Одна свеча зажигания работает на такте сжатия, для воспламенения топливно-воздушной смеси, в то время как другие свечи зажигания, на такте выпуска бездействуют. На некоторых автомобилях, имеются отдельные катушки для каждого цилиндра, установленные непосредственно на свечу зажигания. Такая конструкция полностью исключает провода высокого напряжения, для еще большей надежности. Большинство из этих систем используют свечи, которые предназначены для большого пробега, что сокращает затраты на обслуживание.