Бесконтактная система зажигания
Содержание
Система зажигания в автомобиле нужна для того, чтобы воспламенить воздушно-топливную смесь, которая попала в цилиндр мотора. Она используется в силовых агрегатах, работающих на бензине или газе. Дизельные двигатели имеют другой принцип работы. В них применяется исключительно непосредственный впрыск топлива (о других модификациях топливных систем читайте здесь).
В этом случае в цилиндре происходит сжатие свежей порции воздуха, которая при этом нагревается до температуры воспламенения дизельного горючего. В момент, когда поршень достигает верхней мертвой точки, электроника распыляет топливо в цилиндр. Под воздействием высокой температуры происходит зажигание смеси. В современных автомобилях с таким силовым агрегатом часто используется топливная система типа CommonRail, которая обеспечивает разные режимы сжигания топлива (подробно о ней рассказывается в другом обзоре).
Работа бензинового агрегата осуществляется другим способом. В большинстве модификаций из-за низкого октанового числа (о том, что это, и как оно определяется, описано здесь) бензин воспламеняется при меньших температурах. Хотя во многих премиальных автомобилях могут устанавливаться силовые агрегаты с непосредственным впрыском, которые работают на бензине. Чтобы смесь воздуха и бензина загорелась при меньшей компрессии, такой двигатель работает вместе с системой зажигания.
Независимо от того, как реализован впрыск топлива и устройства системы, ключевыми элементами в СЗ являются:
- Катушка зажигания (в более современных моделях авто их может быть несколько), которая создает ток высокого напряжения;
- Свечи зажигания (в основном на один цилиндр полагается одна свеча), на которую в нужный момент подается электричество. В ней образуется искра, зажигающая ВТС в цилиндре;
- Распределитель зажигания. В зависимости от типа системы он может быть механический или электронный.
Если все системы зажигания разделить на типы, то их будет два. Первая – контактная. О ней мы уже говорили в отдельном обзоре. Вторая разновидность – бесконтактная. На ней мы как раз и сосредоточимся. Обсудим, из каких элементов она состоит, как она работает, а также какие бывают неисправности в этой системе зажигания.
Что такое бесконтактная система зажигания автомобиля
На старых автомобилях используется система, в которой распределитель имеет контактно-транзисторный тип. Когда в определенный момент контакты соединяются, происходит замыкание соответствующей цепи катушки зажигания, и образуется высокое напряжение, которое в зависимости от замкнутого контура (за это отвечает крышка трамблера – о нем читайте здесь) поступает на соответствующую свечу.
Несмотря на стабильную работу такой СЗ, со временем ее нужно было модернизировать. Причина тому – невозможность увеличить энергию, необходимую для поджога ВСТ в более современных моторах с увеличенной компрессией. Кроме того, на высоких оборотах механический распределитель не справляется со своей задачей. Еще один минус такого устройства – износ контактов прерывателя-распределителя. Из-за этого невозможна точная регулировка и тонкая настройка момента зажигания (более раннее или позднее) в зависимости от оборотов мотора. По этим причинам контактный тип СЗ не используется на современных автомобилях. Вместо нее устанавливается бесконтактный аналог, а на смену ей пришла электронная система, о которой подробней читайте здесь.
От своего предшественника данная система отличается тем, что в ней процесс формирования электрического разряда на свечи обеспечивается уже не механическим, а электронным типом. Она позволяет один раз настроить момент зажигания, и не менять его практически на протяжении всего рабочего ресурса силового агрегата.
Благодаря внедрению большего количества электроники контактная система получила ряд улучшений. Это дает возможность устанавливать ее на классику, в которой до этого использовалась КСЗ. Сигнал для образования высоковольтного импульса имеет индуктивный тип формирования. За счет недорогого обслуживания и экономичности БСЗ демонстрирует неплохую эффективность на атмосферных моторах с небольшим объемом.
Для чего оно нужно и каким бывает
Чтобы понять, зачем контактную систему нужно было менять на бесконтактную, немного коснемся принципа работы двигателя внутреннего сгорания. Смесь бензина и воздуха подается на такте впуска, когда поршень движется к нижней мертвой точке. Далее впускной клапан закрывается, и начинается такт сжатия. Чтобы мотор достиг максимального КПД, крайне важно определить момент, когда нужно подавать сигнал на формирование высоковольтного импульса.
В контактных системах в трамблере во время вращения вала замыкаются/размыкаются контакты прерывателя, которые отвечают за момент накопления энергии в низковольтной обмотке и образования тока высокого напряжения. В бесконтактном варианте эта функция возложена на датчик Холла. Когда катушка сформировала заряд, при замыкании контакта распределителя (в крышке трамблера) этот импульс идет по соответствующей магистрали. В обычном режиме этот процесс занимает достаточно времени, чтобы все сигналы поступили на контакты системы зажигания. Однако когда обороты мотора повышаются, классический трамблер начинает работать нестабильно.
К таким недостаткам относится:
- Из-за прохождения через контакты тока высокого напряжения, они начинают подгорать. Это приводит к тому, что зазор между ними увеличивается. Данная неисправность меняет УОЗ (угол опережения зажигания), что отрицательно влияет на стабильность работы силового агрегата, делает его более прожорливым, так как для повышения динамичности водителю приходится чаще нажимать педаль газа до пола. По этим причинам система нуждается в периодическом обслуживании.
- Наличие контактов в системе ограничивает величину тока высокого напряжения. Чтобы искра была «жирнее», не получится установить более производительную катушку, так как пропускная способность КСЗ не позволяет подать на свечи более высокое напряжение.
- Когда обороты мотора повышаются, контакты распределителя не просто замыкаются и размыкаются. Они начинают ударяться друг о друга, из-за чего возникает естественное дребезжание. Этот эффект приводит к неконтролируемому смыканию/размыканию контактов, что также сказывается на стабильности работы ДВС.
Частично устранить эти неисправности помогла замена контактов распределителя и прерывателя на полупроводниковые элементы, которые работают на бесконтактном режиме. В такой системе используется коммутатор, который управляет катушкой на основании сигналов, полученных от бесконтактного прерывателя.
В классическом исполнении прерыватель выполнен в виде датчика Холла. Подробней о его устройстве и принципе работы можно прочитать в другом обзоре. Однако встречаются также индуктивные и оптические варианты. В «классике» устанавливается первый вариант.
Устройство бесконтактной системы зажигания
Устройство БСЗ практически идентично контактному аналогу. Исключением является тип прерывателя и распределителя. В качестве прерывателя в большинстве случаев устанавливается магнитный сенсор, работающий на эффекте Холла. Он так же размыкает и замыкает электрическую цепь, формируя соответствующие низковольтные импульсы.
Транзисторный коммутатор реагирует на эти импульсы, и переключает обмотки катушки. Далее высоковольтный заряд идет на распределитель (такой же трамблер, в котором благодаря вращению вала поочередно замыкаются/размыкаются высоковольтные контакты соответствующего цилиндра). Благодаря этому обеспечивается более стабильное формирование нужного заряда без потерь на контактах прерывателя, так как они отсутствуют в данных элементах.
В целом схема бесконтактной системы зажигания состоит из:
- Источника питания (аккумулятор);
- Контактной группы (замка зажигания);
- Датчика импульсов (выполняет функцию прерывателя);
- Транзисторного коммутатора, который переключает обмотки КЗ;
- Катушки зажигания, в которой благодаря действию электромагнитной индукции 12-вольтовый ток преобразуется в энергию, составляющую уже десятки тысяч вольт (этот параметр зависит от типа СЗ и аккумуляторной батареи);
- Распределителя (в БСЗ это несколько модернизирован трамблер);
- Высоковольтных проводов (один центральный кабель соединяется с катушкой зажигания и центральным контактом распределителя, а 4 уже идут от крышки трамблера на надсвечник каждой свечи);
- Свечей зажигания.
Дополнительно для оптимизации процесса воспламенения ВТС система зажигания данного типа оснащается центробежным регулятором УОЗ (работает на повышенных оборотах), а также вакуумным регулятором (срабатывает, когда увеличивается нагрузка на силовой агрегат).
Рассмотрим, по какому принципу работает БСЗ.
Принцип работы бесконтактной системы зажигания
Работа системы зажигания начинается поворотом ключа в замке (он расположен либо на рулевой колонке, либо рядом с ней). В этот момент бортовая сеть замыкается, и на катушку поступает ток от батареи. Чтобы зажигание начало работать, необходимо заставить коленвал вращаться (через ремень ГРМ он соединен с газораспределительным механизмом, который в свою очередь вращает вал распределителя). Однако он не будет вращаться, пока в цилиндрах не будет загораться воздушно-топливная смесь. Для запуска всех циклов имеется стартер. О том, как он работает, мы уже обсуждали в другой статье.
Во время принудительного вращения коленвала, а вместе с ним и распределительного вала, происходит вращение вала трамблера. Датчик Холла фиксирует момент, когда нужна искра. В этот момент на коммутатор поступает импульс, который выключает первичную обмотку катушки зажигания. Из-за резкого исчезновения напряжения во вторичной обмотке образуется пучок высокого напряжения.
Так как катушка соединена центральным проводом с крышкой распределителя. Вращаясь, вал трамблера одновременно проворачивает бегунок, который поочередно соединяет центральный контакт с контактами высоковольтной магистрали, идущей к каждому отдельному цилиндру. В момент замыкания соответствующего контакта пучок высокого напряжения идет на отдельную свечу. Между электродами этого элемента образуется искра, которая и зажигает сжатую в цилиндре воздушно-топливную смесь.
Как только мотор завелся, уже отпадает необходимость в работе стартера, и его контакты нужно разомкнуть, отпустив ключ. При помощи возвратного пружинного механизма контактная группа возвращается в положение включенного зажигания. Дальше система работает самостоятельно. Однако следует обратить внимание на парочку нюансов.
Особенность работы двигателя внутреннего сгорания заключается в том, что ВТС сгорает не моментально, иначе из-за детонации двигатель быстро выходил бы из строя, а ей требуется несколько миллисекунд на это. Разная частота вращения коленвала может приводить либо к слишком раннему началу воспламенения, либо к слишком позднему. По этой причине нельзя зажигать смесь в один и тот же момент. В противном случае агрегат будет перегреваться, терять мощность, неустойчиво работать или будет наблюдаться детонация. Эти факторы будут проявляться в зависимости от нагрузки на мотор или оборотов коленвала.
Если воздушно-топливная смесь будет загораться рано (большой угол), то расширяющиеся газы будут препятствовать движению поршня на такте сжатия (в этом процессе данный элемент и без того преодолевает серьезное сопротивление). Поршень с меньшей эффективностью будет выполнять рабочий ход, так как значительная часть энергии от сгорающей ВТС уже была потрачена на сопротивление такту сжатия. Из-за этого мощность агрегата падает, а на низких оборотах он будто «захлебывается».
С другой стороны поджог смеси в более поздний момент (маленький угол) приводит к тому, что она сгорает на протяжении всего рабочего хода. Из-за этого двигатель сильнее нагревается, а поршень не снимает максимальный КПД от расширения газов. По этой причине позднее зажигание в значительной степени снижает мощность агрегата, а также делает его более прожорливым (чтобы обеспечить динамичное передвижение, водителю придется сильней жать на педаль газа).
Чтобы устранить такие побочные эффекты, каждый раз при изменении нагрузки на мотор и оборотов коленвала нужно выставить другой угол опережения зажигания. В старых автомобилях (тех, в которых даже не использовался трамблер) для этой цели устанавливался специальный рычаг. Настройка нужного зажигания выполнялась вручную самим водителем. Чтобы сделать данный процесс автоматическим, инженерами был разработан центробежный регулятор. Он устанавливается в трамблере. Данный элемент представляет собой подпружиненные грузики, связанные с опорной пластиной прерывателя. Чем выше обороты вала, тем сильнее грузики расходятся, и тем сильнее проворачивается эта пластина. Благодаря этому происходит автоматическая корректировка момента отключения первичной обмотки катушки (увеличение УОЗ).
Чем сильнее нагрузка на агрегат, тем сильнее наполняются его цилиндры (сильнее нажимается педаль газа, и в камеры поступает больший объем ВТС). Из-за этого сгорание смеси горючего и воздуха происходит быстрее, как при детонации. Чтобы мотор продолжал выдавать максимальный КПД, угол опережения зажигания нужно корректировать в сторону уменьшения. Для этой цели на трамблере устанавливается вакуумный регулятор. Он реагирует на степень разрежения во впускном коллекторе, и в соответствии с этим подстраивает зажигание под нагрузку на мотор.
Формирование сигнала датчиком Холла
Как мы уже обратили внимание, ключевым отличием бесконтактной системы от контактной является замена прерывателя с контактами на магнитоэлектрический датчик. В конце XIX века физик Эдвин Герберт Холл сделал открытие, на основании которого работает одноименный датчик. Суть его открытия заключается в следующем. Когда на полупроводник, вдоль которого проходит электрический ток, начинает воздействовать магнитное поле, в нем появляется электродвижущая сила (или поперечное напряжение). Эта сила может лишь на три вольта быть ниже, чем основное напряжение, которое воздействует на полупроводник.
Датчик Холла в данном случае состоит из:
- Постоянно действующего магнита;
- Пластина из полупроводникового материала;
- Микросхемы, установленной на пластине;
- Цилиндрического экрана из стали (обтюратор), насаженного на вал трамблера.
Принцип действия данного датчика сводится к следующему. Пока зажигание включено, через полупроводник проходит ток на коммутатор. Магнит расположен с внутренней части стального экрана, в котором имеется прорезь. Напротив магнита с наружной стороны обтюратора установлена полупроводниковая пластина. Когда в процессе вращения вала трамблера прорезь экрана оказывается между пластиной и магнитом, магнитное поле воздействует на смежный элемент, и в нем образуется поперечное напряжение.
Как только экран проворачивается, и прекращается действие магнитного поля, в полупроводниковой пластине пропадает поперечное напряжение. Чередование этих процессов образует в датчике соответствующие низковольтные импульсы. Они передаются на коммутатор. В этом устройстве происходит преобразование таких импульсов в ток первичной обмотки КЗ, который переключает эти обмотки, благодаря чему и вырабатывается ток высокого напряжения.
Неисправности в бесконтактной системе зажигания
Несмотря на то, что бесконтактная система зажигания является эволюционным вариантом контактной, и недостатки предыдущего варианта в ней устранены, но она их полностью не лишена. Некоторые неисправности, характерные для контактной СЗ, также присутствуют и в БСЗ. Вот некоторые из них:
- Выход из строя свечей зажигания (о том, как их проверить, читайте отдельно);
- Обрыв проводки обмотки в катушке зажигания;
- Контакты окисляются (причем не только контакты распределителя, но и высоковольтных проводов);
- Нарушение изоляции ВВ кабелей;
- Неисправности в транзисторном коммутаторе;
- Некорректная работа вакуумного и центробежного регуляторов;
- Поломка датчика Холла.
Хотя большинство неисправностей является следствием естественного износа, все же часто они появляются также из-за халатности самого автомобилиста. Например, водитель может заправлять автомобиль некачественным топливом, нарушать регламент планового технического обслуживания или ради экономии средств проводит ТО на неквалифицированных СТО.
Немаловажное значение для стабильной работы системы зажигания, как впрочем не только для бесконтактной, имеет качество расходных материалов и деталей, которые устанавливаются при смене вышедших из строя. Еще одна причина поломок БСЗ являются негативные погодные условия (например, некачественные ВВ провода могут пробивать во время сильного дождя или тумана) или механические повреждения (часто наблюдаются при неаккуратном ремонте).
Признаками неисправной СЗ является нестабильная работа силового агрегата, сложность или вообще невозможность его запуска, потеря мощности, повышение прожорливости и т.д. Если такое происходит только когда на улице повышена влажность (сильный туман), то стоит обратить внимание на магистраль высокого напряжения. Провода не должны быть мокрыми.
Если мотор нестабильно работает на холостых оборотах (при этом топливная система исправна), то это может указывать на повреждения крышки трамблера. Похожий симптом имеет поломка коммутатора или датчика Холла. Повышение расхода бензина может быть связано с поломкой вакуумного или центробежного регуляторов, а также с некорректной работой свечей.
Искать неполадки в системе нужно в следующей последовательности. Вначале следует определить, образуется ли искра, и насколько она эффективна. Выкручиваем свечу, надеваем надсвечник и пробуем запустить мотор (электрод массы, боковой, нужно прислонить при этом к корпусу двигателя). Если она слишком тонкая или ее вообще нет, повторяем процедуру с новой свечой.
В случае полного отсутствия искрения необходимо проверить электрическую магистраль на предмет разрывов. Примером тому могут быть окислившиеся контакты проводов. Отдельно следует напомнить о том, что высоковольтный кабель должен быть сухим. В противном случае ток высокого напряжения может пробивать через изоляционный слой.
Если искра пропала только на одной свече, то произошел разрыв на промежутке от распределителя до СЗ. Полное отсутствие искрения во всех цилиндрах может свидетельствовать о потере контакта на центральном проводе, идущем от катушки к крышке трамблера. Похожая неисправность может быть последствием механического повреждения крышки распределителя (трещина).
Преимущества бесконтактного зажигания
Если говорить о преимуществах БСЗ, то по сравнению с КСЗ основной ее плюс в том, что благодаря отсутствию контактов прерывателя она обеспечивает более точный момент образования искры для воспламенения воздушно-топливной смеси. В этом как раз и заключается основная задача любой системы зажигания.
К другим преимуществам рассматриваемой СЗ относятся:
- Меньший износ механических элементов благодаря тому, что их меньше в ее устройстве;
- Более стабильный момент образования импульса высокого напряжения;
- Более точная регулировка УОЗ;
- На высоких оборотах мотора система сохраняет свою стабильность за счет отсутствия дребезжания контактов прерывателя, как у КСЗ;
- Более тонкая регулировка процесса накопления заряда в первичной обмотке и контроль показателя первичного напряжения;
- Дает возможность формировать более высокое напряжение на вторичной обмотке катушки для искры помощнее;
- Меньше потерь энергии в процессе работы.
Однако бесконтактные системы зажигания не лишены недостатков. Самый распространенный минус – выход из строя коммутаторов, особенно если они изготовлены по старому образцу. Также нередки поломки КЗ. Чтобы устранить эти недостатки, автомобилистам рекомендуется приобрести усовершенствованные модификации этих элементов, у которых больше рабочий ресурс.
В заключение предлагаем подробное видео о том, как установить бесконтактную систему зажигания:
Вопросы и ответы:
Какие преимущества имеет бесконтактная система зажигания? В ней не образуется потеря контакта прерывателя/распределителя из-за нагара. В такой системе более мощная искра (топливо сгорает эффективней).
Какие существуют системы зажигания? Контактная и бесконтактная. В контактной может стоять механический прерыватель или датчик Холла (распределитель – трамблер). В бесконтактной системе стоит коммутатор (и прерыватель, и распределитель).
Как правильно подключить катушку зажигания? Коричневый провод (идет от замка зажигания) подключается на клемму +. Черный провод садится на контакт К. третий контакт в катушке – высоковольтный (идет на распределитель).
Как работает электронная система зажигания? На первичную обмотку катушки поступает ток низкого напряжения. Датчик положения коленвала подает на ЭБУ импульс. Первичная обмотка отключается, а во вторичной образуется высоковольтное напряжение. Согласно сигналу ЭБУ ток идет на нужную свечу.
