6.2 Контактно-батарейная система зажигания
Совокупность приборов и устройств, обеспечивающих воспламенение рабочей смеси в цилиндрах в соответствии с порядком работы цилиндров и режимом работы бензинового (газобалонного) двигателя, называется системой зажигания.
Источником зажигания смеси служит искровой электрический разряд, возникающий между электродами свечи под воздействием импульса высокого напряжения.
Рисунок 6.4 Принципиальная электрическая схема контактно-батарейной системы зажигания: Т – катушка зажигания, П – прерыватель, Р – распределитель, FV – свечи зажигания, C – конденсатор, Rд – дополнительный резистор , GB – источник тока, К – контакты, W1 – первичная обмотка, W2 – вторичная обмотка, SB – выключатель добавочного резистора, SA – выключатель системы зажигания
Важнейшим элементом является катушка зажигания Т (рис.6.4) – импульсный трансформатор с высоким коэффициентом трансформации. Катушка зажигания преобразует ток низкого напряжения (12…14 В) в импульсы тока высокого напряжения (12…30 кВ), необходимые для искрового разряда. Первичная обмотка W1 имеет 200…400 витков, вторичная W2 – 20-30 тыс. витков. Такая большая разница в количестве витков обеспечивает высокий коэффициент трансформации.
Во время замкнутого состояния контактов через первичную обмотку течет ток порядка 8 А. Когда кулачок набегает на подвижный контакт прерывателя П, контакты К размыкаются, магнитный поток резко уменьшается и , пересекая витки вторичной обмотки индуцирует ЭДС до 30 тыс. В. Контакт на роторе распределителе в этот момент соединен с проводом высокого напряжения свечи того цилиндра, в котором конец такта сжатия. Между контактами свечи через ионизированную смесь проходит ток высокого напряжения (плазма) и от этого искрового разряда воспламеняется рабочая смесь..
Одновременно в первичной обмотке образуется ЭДС самоиндукции порядка 200.300 В, которая вызывает искрение контактов прерывателя. Для уменьшения искрения служит конденсатор С1, который соединен параллельно контактам, и энергия самоиндукции идет на заряд конденсатора. Во время замыкания контактов эта энергия отдается в цепь низкого напряжения, тем самым повышается эффективность катушки зажигания.
При пуске двигателя вследствие большого тока стартера напряжение в бортовой сети автомобиля снижается, особенно в случае недостаточно заряженной батареи. Для надежного воспламенения рабочей смеси в указанных условиях работа катушки зажигания рассчитана на напряжение в сети 9 В. При номинальном напряжении в сети напряжение в первичной обмотке снижается добавочным сопротивлением Rд (вариатором), которое установлено непосредственно на корпусе катушки зажигания. В случае нагрева катушки его сопротивление увеличивается, что предотвращает ее перегрев. При пуске двигателя добавочное сопротивление шунтируется выключателем SB.
Конструктивно прерыватель и распределитель выполнены в едином агрегате – прерывателе распределителе. Объединили их для удобства привода от распределительного вала или отдельного вала (при верхнем расположении распредвала). Частота вращения как кулачка прерывателя, так и распределителя один оборот за рабочий цикл. Прерыватель распределитель имеет два автоматических устройства – центробежный и вакуумный регуляторы угла опережения зажигания.
Оптимальный угол опережения зажигания зависит от режима работы двигателя. Центробежный регулятор служит для увеличения угла опережения зажигания при повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя (аналогично МОВТ) и обеспечивает время, достаточное для воспламенения смеси. При увеличении частоты вращения коленвала грузики, под действием центробежной силы, расходятся и поворачивают кулачок на некоторый угол в сторону вращения, что приводит к увеличению угла опережения зажигания.
Скорость распространения фронта пламени разреженной смеси ниже, чем у неразреженной, поэтому с увеличением разрежения для обеспечения достаточного времени воспламенения необходимо более раннее зажигание. Вакуумный регулятор – служит для увеличения угла опережения зажигания при повышении разрежения. Принцип действия основан на повороте пластины 4 (рис. 6.5), на которой установлены контакты 5, навстречу вращению кулачка 6 при увеличении разрежения в задроссельном пространстве карбюратора А. Под действием разрежения диафрагма 2, преодолевая сопротивление пружины 1, перемещается, сжимая пружину, увлекает за собой тягу 3 и поворачивает контактную пластину 4 навстречу вращения кулачка.
Рисунок 6.5 Вакуумный регулятор: 1 – пружина, 2 – диафрагма, 3 – тяга, 4 – поворотная контактная пластина, 5 – контакты, 6 – кулачок, 7 – дроссельная заслонка
Свечи зажигания предназначены для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя. Свеча зажигания состоит из металлического корпуса 4 (рис 6.6) с резьбой для ввертывания в головку цилиндра. В корпусе закреплен изолятор 3, внутри которого проходит контактный стержень 2, служащий центральным электродом 5. К торцу корпуса приварен боковой электрод 6. Зазор с между электродами зависит от мощности системы зажигания лежит в пределах 0,6…1,5 мм (для контактной системы не выше 1 мм).
Оптимальная температура нижней части изолятора, при которой происходит самоочищение свечи, 400…850 ˚С. При меньшей температуре на изоляторе будет откладываться нагар, что приведет к перебоям в зажигании. При большей температуре может возникнуть самопроизвольное зажигание от накаленных частей свечи – калильное зажигание, что приводит к неуправляемому зажиганию, падению мощности, перегреву и приводит к интенсивному износу двигателя вплоть до выхода из строя.
У двигателей с разной степенью форсирования, для обеспечения оптимальной температуры свечи, отношение площади нагрева к площади охлаждения должно быть различным.
Теплоотдача свечи зависит от длины части изолятора l не контактирующей с резьбовой частью корпуса (тепловой конус). При малой длине теплового конуса свечи называются «холодными» (применяются на форсированных двигателях), при большой – «горячими» (нефорсированные двигатели).
Тепловую характеристику свечи оценивают калильным числом – отвлеченной величиной, пропорциональной среднему индикаторному давлению в цилиндре, при котором во время испытания свечи возникает калильное зажигание.
Рисунок 6.6 Свеча зажигания: 1 – наконечник, 2 – стержень, 3 – изолятор, 4 – корпус, 5 – центральный электрод, 6 – боковой электрод, 7 – прокладки, 8 – шайба, 9 – герметик, 10 – накатка
Для калильных чисел установлен ряд: 8, 11, 14, 17, 23, 26 – чем больше число, тем «холоднее» свеча. Для каждого двигателя марка свечи определяется заводом-изготовителем. Введена следующая маркировка свечей
Первая буква А: М14х1,25 – метрическая резьба диаметром 14 мм и специальным шагом 1,25 мм;
М –М18х1,5 – метрическая резьба диаметром 18 мм и специальным шагом 1,5 мм.
Цифры обозначают калильное число.
В – тепловой конус выступает за корпус свечи,
Н – длина резьбовой части 11 мм,
Д – 19 мм,
Т – соединение изолятор-центральный электрод из термоцемента.
Р – подавительный резистор для устранения радиопомех
Если длина резьбовой части 12 мм и изолятор из другого материала, то в маркировке это не указывается.
Например, свеча А17ДВ-Р имеет резьбу М14х1,25, калильное число 17, длину резьбовой части 19 мм, выступающий тепловой конус, подавительный резистор; М8Т имеет резьбу М18х1,5, калильное число 8, длину резьбовой части 12 мм, невыступающий тепловой конус и герметизация термоцементом.