Система зажигания: устройство и назначение¶
Система зажигания (СЗ) — совокупность устройств и элементов, обеспечивающих своевременное искрообразование на свечах зажигания для воспламенения топливно-воздушной смеси в цилиндрах бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Система зажигания является одной из ключевых систем двигателя, поскольку от её работы напрямую зависят мощность, топливная экономичность, токсичность отработавших газов и стабильность работы мотора во всём диапазоне оборотов.
¶Назначение и принцип работы
Основная задача СЗ — преобразовать низкое напряжение бортовой сети (обычно 12 В) в высокое напряжение (15–30 кВ) и подать его к свече зажигания в строго определённый момент — так называемый момент зажигания. Искра, проскакивающая между электродами свечи, воспламеняет сжатую в цилиндре топливно-воздушную смесь. От того, насколько точно выставлен момент зажигания, зависит эффективность сгорания заряда: слишком раннее зажигание приводит к детонации, слишком позднее — к потере мощности и перегреву выпускных клапанов.
Принцип действия классической системы зажигания основан на явлении электромагнитной индукции. При размыкании цепи первичной обмотки катушки зажигания магнитный поток резко меняется, что индуцирует в вторичной обмотке высокое напряжение. Это напряжение по высоковольтным проводам подаётся на свечу через распределитель (прерыватель).
¶Классификация
Системы зажигания классифицируются по нескольким признакам.
По типу распределения высокого напряжения:
- Система с распределителем (прерывательно-распределительная, традиционная) — высокое напряжение распределяется механическим распределителем, вал которого приводится от распредвала двигателя.
- Бесконтактная система зажигания (БСЗ) — в отличие от контактной, использует бесконтактные датчики (холла, индуктивный, оптический) вместо контактной группы прерывателя.
- Система зажигания без распределителя (DIS, Direct Ignition System) — распределитель отсутствует, высокое напряжение распределяется электронным блоком управления, свечи питаются индивидуальными катушками или парными катушками.
- Система с индивидуальной катушкой на каждую свечу (COP, Coil-on-Plug) — наиболее совершенный вариант, применяемый на современных двигателях.
По типу управляющего элемента:
- Контактная — размыкание цепи первичной обмотки выполняется механическими контактами прерывателя.
- Электронная — коммутация выполняется полуприборными ключами (транзисторами, IGBT-модулями) по сигналу датчиков.
¶Основные элементы
В состав системы зажигания входят:
| Элемент | Назначение |
|---|---|
| Источник питания | Аккумуляторная батарея и генератор |
| Катушка зажигания | Повышающий трансформатор, преобразует 12 В в 15–30 кВ |
| Прерыватель (контактный или электронный) | Размыкает цепь первичной обмотки |
| Распределитель | Распределяет высокое напряжение по цилиндрам |
| Высоковольтные провода | Передают высокое напряжение от катушки к свечам |
| Свечи зажигания | Создают искру в камере сгорания |
| Электронный блок управления (ЭБУ) | Управляет моментом и длительностью искрообразования |
¶Контактная система зажигания
Наиболее простая и старая конструкция. Механический прерыватель, приводимый в действие кулачком распределительного вала, размыкает цепь первичной обмотки катушки. В момент размыкания во вторичной обмотке возникает высокое напряжение, которое через распределитель подаётся на нужную свечу. Конденсатор, подключённый параллельно контактам, гасит искру на контактах и ускоряет нарастание высокого напряжения.
Недостатки контактной системы: механический износ контактов, зависимость угла опережения зажигания от оборотов, ограниченная энергия искры, необходимость частой регулировки зазора контактов.
¶Бесконтактная электронная система
Бесконтактная система зажигания (БСЗ) заменяет механический прерыватель электронным датчиком. Наибольшее распространение получил датчик Холла, размещённый в распределителе. Электронный коммутатор, получая сигнал от датчика, управляет током первичной обмотки катушки через транзисторный ключ.
Преимущества БСЗ перед контактной системой: отсутствие изнашиваемых контактов, стабильная энергия искры на всех режимах, точность момента зажигания, увеличенный срок службы. В России бесконтактные системы зажигания широко применялись на автомобилях ВАЗ, ГАЗ, УАЗ с карбюраторными и инжекторными двигателями.
¶Системы зажигания без распределителя
В DIS-системах распределитель устранён, высокое напряжение распределяется электроникой. Наиболее прогрессивная разновидность — индивидуальная катушка зажигания на каждую свечу (COP). Такая конструкция исключает высоковольтные провода, снижает электромагнитные помехи и позволяет ЭБУ точно управлять энергией искры для каждого цилиндра отдельно.
¶Управление моментом зажигания
В современных двигателях момент зажигания рассчитывается электронным блоком управления на основе сигналов множества датчиков: положения коленвала, положения распредвала, датчика детонации, датчика температуры двигателя, датчика массового расхода воздуха, датчика положения дроссельной заслонки. ЭБУ корректирует угол опережения зажигания (УОЗ) в реальном времени, обеспечивая оптимальное сгорание при разных режимах нагрузки и оборотов, а также предотвращая детонацию.
¶Неисправности
Типичные признаки неисправности СЗ: затруднённый пуск двигателя, провалы мощности, детонация, повышенный расход топлива, троение (неработающий цилиндр). К основным причинам относятся износ свечей зажигания, пробой высоковольтных проводов, отказ катушки зажигания, неисправность датчиков или электронного блока управления, неправильно выставленный момент зажигания.
¶Применение
Системы зажигания применяются исключительно на бензиновых и газовых двигателях внутреннего сгорания, а также на гибридных силовых установках с бензиновым ДВС. В дизельных двигателях воспламенение смеси происходит от сжатия, и система зажигания им не требуется.
Источники:
- Кленов И. И. «Устройство и эксплуатация автомобилей»
- Вахламов В. К. «Конструкция автомобилей»
- Шестопалов С. М. «Автомобильные системы зажигания»
- Руководства по эксплуатации автомобилей ВАЗ, ГАЗ, УАЗ