Контактная (классическая) система зажигания

Во многих странах мира, в том числе и в России, продолжается выпуск автомобилей с обычной контактной системой зажигания.

Система зажигания (рис. 47) предназначена для принудительного воспламенения рабочей смеси в камере сгорания двигателя электрической искрой, возникающей между электродами свечи зажигания. Искра образуется в результате подачи импульса тока высокого напряжения на электроды свечи. Возможные случаи изменения высокого напряжения при КСЗ показаны на рис. 48.

Функции генератора импульсов тока высокого напряжения выполняет катушка зажигания. Она работает по принципу трансформатора (рис. 49), имеет вторичную обмотку (тонкий провод, много витков), намотанную на

Рис. 47. Контактная система зажигания (KC3) с трехклеммовой катушкой:

1 - свечи зажигания, 2 - прерыватель-распределитель; 3 - выступ кулачка, 4 – упор прерывателя; 5 - аккумуляторная батарея, 6 - генератор, 7 - выключатель зажигания; 8 - катушка зажигания

Функции генератора импульсов тока высокого напряжения выполняет катушка зажигания. Она работает по принципу трансформатора (рис. 49), имеет вторичную обмотку (тонкий провод, много витков), намотанную на

железный сердечник и первичную обмотку (толстый провод, мало витков), намотанную сверху на вторичную. При прохождении тока по первичной обмотке катушки зажигания (см. рис. 47) в ней создается магнитное поле.

При размыкании цепи первичной обмотки прерывателем магнитное поле исчезает, при этом его силовые линии пересекают витки первичной и вторичной обмоток. Во вторичной обмотке индуцируется ток высокого напряжения (до 25000 В), а в первичной - ток самоиндукции (напряжением до 300 В), который имеет то же направление, что и прерываемый ток.

Вторичное напряжение зависит от величины магнитного поля и интенсивности его уменьшения, т.е. от силы и скорости уменьшения тока в первичной обмотке. Ток самоиндукции сохраняет ток в первичной обмотке т.е. снижает скорость уменьшения тока (вторичное напряжение), а также вызывает искрение и соответственно обгорание контактов прерывателя. Для

Рис. 48. Зависимость высокого (вторичного) напряжения (U₂) от времени (t):

1 - отсутствие пробоя (предельные возможности системы), 2 - пробой искрового промежутка (зазора) в свече зажигания; 3 – «стекание искры» по увлажненному бензином нагару на элементах свечи при шунтирующем сопротивлении – 0,2 МОм

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

При размыкании контактов прерывателя, когда зазор еще минимальный и вполне может проскочить искра, идет зарядка, конденсатора.

Далее конденсатор будет разряжаться через первичную обмотку катушки, создавая в начальный момент импульс тока обратного направления, что ускоряет исчезновение магнитного потока и способствует, как отмечалось выше, росту вторичного напряжения.

Для каждой системы зажигания подбирается свой конденсатор. Обычно емкость конденсаторов лежит в пределах 0,17-0,35 мкФ.

Рис. 49. Устройство катушки зажигания:

1 - изолятор, 2 - корпус. 3 - изоляционная бумага обмоток, 4 первичная обмотка, 5 -вторичная обмотка, 6 - клемма вывода первичной обмотки (обозначения «1», «–«, «К»), 7 - контактный винт, 8 - центральная клемма для провода высокого напряжения, 9 - крышка. 10 - клемма подвода питания (обозначения. «+Б», «Б». «+», «15»), 11 - контактная пружина, 12 - скоба крепления, 13 - наружный магнитопровод, 14 - сердечник

Вторичное напряжение (напряжение пробоя) при оптимальном составе горючей смеси должно быть тем больше, чем больше зазор между электродами свечи и чем выше давление в камере сгорания. Обычно напряжение составляет 8-12 кВ, но для повышения надежности воспламенения смеси его повышают до 16-25 кВ.

Такой двухкратный запас по напряжению необходим как в связи с изменениями в процессе работы самой системы зажигания (например, увеличение зазора между электродами свечи), так и в связи с изменением состава рабочей смеси. Например, обеднение рабочей смеси, связанное с неисправностями в системе питания, может потребовать (для надежной работы двигателя) наличие напряжения до 20 кВ.

Полностью избежать искрения контактов прерывателя не удается. Уменьшить их искрение при КСЗ можно подключением параллельного конденсатора, а также установив минимальный зазор при разомкнутом положении в пределах 0,3-0,4 мм. При КСЗ зазор должен быть в пределах 0,35-0,45 мм, что соответствует углам замкнутого и разомкнутого состояния контактов соответственно 52-58° и 38-32°. Если зазор в контактах прерывателя сделать больше или меньше рекомендуемой величины, то во всех случаях уменьшается вторичное напряжение. Причем в первом случае (зазор больше) искрение меньше, но уменьшается угол замкнутого состояния контактов, следовательно и сила тока в первичной обмотке и вторичное напряжение. Во втором случае (зазор меньше) ток в первичной обмотке больше, но из-за искрения нет его резкого исчезновения, и вторичное напряжение также уменьшается.

Искрят не только контакты прерывателя, но и два контакта ротора (бегунка). Например, центральный, в который упирается подпружиненный угольный электрод, передающий импульсы высокого (вторичного) напряжения от катушки зажигания к ротору. При вращении ротора эти импульсы в соответствии с порядком работы цилиндров передаются от наружного контакта ротора к боковым электродам в крышке прерывателя - распределителя и далее к свечам зажигания.

Кардинальный способ уменьшить искрение контактов прерывателя при КСЗ — это уменьшить силу тока в первичной обмотке катушки, достигающего 5А.

При КСЗ большой ток протекает и через контакты выключателя зажигания (см. рис. 47, клеммы 30/1 и 15). При этом максимальная сила тока при активной нагрузке (включение) может достигать 7А, а при индуктивной (выключение) - 11,6А. Иногда бывает, что из-за обгорания и окисления этих контактов система зажигания отказывала и на новом автомобиле.

На автомобилях с 1986 года в систему зажигания устанавливают дополнительное реле. В этом случае через контакты выключателя протекает только небольшой (управляющий) ток.

Увеличение числа оборотов двигателя и количества цилиндров привели к значительному уменьшению угла (промежутка времени) замкнутого состояния контактов, что привело к уменьшению в разы силы тока в первичной цепи (см. рис. 50 и 51). Поэтому КСЗ уже не может обеспечить надежную работу двигателя, т.к. больше нельзя повышать величину тока в первичной цепи. Главный недостаток КСЗ – большой ток, проходящий через прерыватель и вызывающий электроэрозионный износ его контактов, что в первую очередь уменьшают срок службы и снижают надежность всей системы зажигания.

Надежность же непосредственного зажигания горючей смеси в камере сгорания зависит от энергии искры, которая определяется напряжением, силой тока и временем горения. Основным параметром, определяющим надежность зажигания, является напряжение.

При благоприятных условиях, когда в конце такта сжатия давление достигает 0,8-1,0 МПа, а зазор между электродами свечи около 1 мм, достаточно напряжения 8-10 кВ. С целью увеличения надежности зажигания напряжение повышают до 25 кВ и более. Чем выше напряжение, тем меньше система зажигания чувствительна к загрязнению электродов свечи и составу смеси.

Рис. 50. Зависимость первичной силы тока (J₁) от времени замкнутого состояния контактов (t) при различной частоте вращения коленчатого вала двигателя (1000, 2000, 3000, 4000, 5000 мин')

Рис. 51. Зависимость первичного тока (J1) от угла поворота вала распределителя (φ_р) для 4 (а), 5(б), 6(в) и 8-цилиндровых двигателей