Безконтактна система запалювання
Зміст
Система запалювання в автомобілі потрібна для того, щоб запалити повітряно-паливну суміш, яка потрапила в циліндр двигуна. Вона використовується в силових агрегатах, які працюють на бензині або газі. Дизельні двигуни мають інший принцип роботи. У них застосовується виключно безпосереднє уприскування палива (про інших модифікаціях паливних систем читайте тут).
В цьому випадку в циліндрі відбувається стиснення свіжої порції повітря, яка при цьому нагрівається до температури займання дизельного пального. У момент, коли поршень досягає верхньої мертвої точки, електроніка розпорошує паливо в циліндр. Під впливом високої температури відбувається запалювання суміші. У сучасних автомобілях з таким силовим агрегатом часто використовується паливна система типу CommonRail, яка забезпечує різні режими спалювання палива (детально про неї розповідається в іншому огляді).
Робота бензинового агрегату здійснюється іншим способом. У більшості модифікацій через низький октанового числа (про те, що це, і як воно визначається, описано тут) Бензин запалюється при менших температурах. Хоча в багатьох преміальних автомобілях можуть встановлюватися силові агрегати з безпосереднім уприскуванням, які працюють на бензині. Щоб суміш повітря і бензину загорілася при меншій компресії, такий двигун працює разом з системою запалювання.
Незалежно від того, як реалізований уприскування палива і пристрої системи, ключовими елементами в СЗ є:
- Котушка запалювання (В більш сучасних моделях авто їх може бути кілька), яка створює струм високої напруги;
- Свічки запалювання (В основному на один циліндр покладається одна свічка), на яку в потрібний момент подається електрика. У ній утворюється іскра, що запалює ВТС в циліндрі;
- Розподільник запалювання. Залежно від типу системи він може бути механічний або електронний.
Якщо все системи запалювання розділити на типи, то їх буде два. Перша - контактна. Про неї ми вже говорили в окремому огляді. Другий різновид - безконтактна. На ній ми якраз і зосередимося. Обговоримо, з яких елементів вона складається, як вона працює, а також які бувають несправності в цій системі запалювання.
Що таке безконтактна система запалювання автомобіля
На старих автомобілях використовується система, в якій розподільник має контактно-транзисторний тип. Коли в певний момент контакти з'єднуються, відбувається замикання відповідного кола котушки запалювання, і утворюється висока напруга, яке в залежності від замкнутого контуру (за це відповідає кришка трамблера - про нього читайте тут) Надходить на відповідну свічку.
Незважаючи на стабільну роботу такої СЗ, з часом її потрібно було модернізувати. Причина тому - неможливість збільшити енергію, необхідну для підпалу ВСТ в більш сучасних моторах зі збільшеною компресією. Крім того, на високих оборотах механічний розподільник не справляється зі своїм завданням. Ще один мінус такого пристрою - знос контактів переривника-розподільника. Через це неможлива точне регулювання і тонка настройка моменту запалювання (більш раннє або пізніше) в залежності від оборотів мотора. З цих причин контактний тип СЗ не використовується на сучасних автомобілях. Замість неї встановлюється безконтактний аналог, а на зміну їй прийшла електронна система, про яку детальніше читайте тут.
Від свого попередника дана система відрізняється тим, що в ній процес формування електричного розряду на свічки забезпечується вже не механічним, а електронним типом. Вона дозволяє один раз налаштувати момент запалювання, і не міняти його практично на протязі всього робочого ресурсу силового агрегату.
Завдяки впровадженню більшої кількості електроніки контактна система отримала ряд поліпшень. Це дає можливість встановлювати її на класику, в якій до цього використовувалася КСЗ. Сигнал для освіти високовольтного імпульсу має індуктивний тип формування. За рахунок недорогого обслуговування і економічності БСЗ демонструє непогану ефективність на атмосферних моторах з невеликим об'ємом.
Для чого воно потрібно і яким буває
Щоб зрозуміти, навіщо контактну систему потрібно було міняти на безконтактну, трохи торкнемося принципу роботи двигуна внутрішнього згоряння. Суміш бензину і повітря подається на такті впуску, коли поршень рухається до нижньої мертвої точки. Далі впускний клапан закривається, і починається такт стиснення. Щоб мотор досяг максимального ККД, вкрай важливо визначити момент, коли потрібно подавати сигнал на формування високовольтного імпульсу.
У контактних системах в трамблере під час обертання валу замикаються / розмикаються контакти переривника, які відповідають за момент накопичення енергії в низьковольтної обмотки і освіти струму високої напруги. У безконтактному варіанті ця функція покладена на датчик Холла. Коли котушка сформувала заряд, при замиканні контакту розподільника (в кришці трамблера) цей імпульс йде по відповідній магістралі. У звичайному режимі цей процес займає досить часу, щоб все сигнали надійшли на контакти системи запалювання. Однак коли обороти мотора підвищуються, класичний трамблер починає працювати нестабільно.
До таких недоліків відноситься:
- Через проходження через контакти струму високої напруги, вони починають підгоряти. Це призводить до того, що зазор між ними збільшується. Дана несправність змінює УОЗ (кут випередження запалювання), що негативно впливає на стабільність роботи силового агрегату, робить його більш ненажерливим, так як для підвищення динамічності водієві доводиться частіше натискати педаль газу до підлоги. З цих причин система потребує періодичного обслуговування.
- Наявність контактів в системі обмежує величину струму високої напруги. Щоб іскра була «жирніше», не вийде встановити більш продуктивну котушку, так як пропускна здатність КСЗ не дозволяє подати на свічки більш високу напругу.
- Коли обороти мотора підвищуються, контакти розподільника не просто замикаються і розмикаються. Вони починають заглиблюватися одна об одну, через що виникає природне деренчання. Цей ефект призводить до неконтрольованого змиканню / розмикання контактів, що також позначається на стабільності роботи ДВС.
Частково усунути ці несправності допомогла заміна контактів розподільника і переривника на напівпровідникові елементи, які працюють на безконтактному режимі. У такій системі використовується комутатор, який керує котушкою на підставі сигналів, отриманих від безконтактного переривника.
У класичному виконанні переривник виконаний у вигляді датчика Холла. Детальніше про його будову та принцип роботи можна прочитати в іншому огляді. Однак зустрічаються також індуктивні і оптичні варіанти. У «класиці» встановлюється перший варіант.
Пристрій безконтактної системи запалювання
Пристрій БСЗ практично ідентично контактному аналогу. Винятком є тип переривника і розподільника. Як переривника в більшості випадків встановлюється магнітний сенсор, який працює на ефекті Холла. Він так само розмикає і замикає електричний ланцюг, формуючи відповідні низьковольтні імпульси.
Транзисторний комутатор реагує на ці імпульси, і перемикає обмотки котушки. Далі високовольтний заряд йде на розподільник (такий же трамблер, в якому завдяки обертанню вала по черзі замикаються / розмикаються високовольтні контакти відповідного циліндра). Завдяки цьому забезпечується більш стабільне формування потрібного заряду без втрат на контактах переривника, так як вони відсутні в даних елементах.
В цілому схема безконтактної системи запалювання складається з:
- Джерела живлення (акумулятор);
- Контактної групи (замка запалювання);
- Датчика імпульсів (виконує функцію переривника);
- Транзисторного комутатора, який перемикає обмотки КЗ;
- Котушки запалювання, в якій завдяки дії електромагнітної індукції 12-вольта струм перетвориться в енергію, складову вже десятки тисяч вольт (цей параметр залежить від типу СЗ і акумуляторної батареї);
- Розподільника (в БСЗ це кілька модернізований трамблер);
- Високовольтних проводів (один центральний кабель з'єднується з котушкою запалювання і центральним контактом розподільника, а 4 вже йдуть від кришки трамблера на надсвечнік кожної свічки);
- Свічок запалювання.
Додатково для оптимізації процесу займання ВТС система запалювання даного типу оснащується відцентровим регулятором УОЗ (працює на підвищених оборотах), а також вакуумним регулятором (спрацьовує, коли збільшується навантаження на силовий агрегат).
Розглянемо, за яким принципом працює БСЗ.
Принцип роботи безконтактної системи запалювання
Робота системи запалювання починається поворотом ключа в замку (він розташований або на рульовій колонці, або поруч з нею). У цей момент бортова мережа замикається, і на котушку надходить струм від батареї. Щоб запалювання почало працювати, необхідно змусити колінвал обертатися (через ремінь ГРМ він з'єднаний з газорозподільним механізмом, який в свою чергу обертає вал розподільника). Однак він не буде обертатися, поки в циліндрах НЕ буде загорятися повітряно-паливна суміш. Для запуску всіх циклів є стартер. Про те, як він працює, ми вже обговорювали в іншій статті.
Під час примусового обертання коленвала, а разом з ним і розподільного вала, відбувається обертання валу трамблера. Датчик Холла фіксує момент, коли потрібна іскра. У цей момент на комутатор надходить імпульс, який вимикає первинну обмотку котушки запалювання. Через різке зникнення напруги у вторинній обмотці утворюється пучок високої напруги.
Так як котушка з'єднана центральним проводом з кришкою розподільника. Обертаючись, вал трамблера одночасно провертає бігунок, який по черзі з'єднує центральний контакт з контактами високовольтної магістралі, що йде до кожного окремого циліндра. У момент замикання відповідного контакту пучок високої напруги йде на окрему свічку. Між електродами цього елемента утворюється іскра, яка і запалює стиснуту в циліндрі повітряно-паливну суміш.
Як тільки мотор завівся, уже відпадає необхідність в роботі стартера, і його контакти потрібно розімкнути, відпустивши ключ. За допомогою поворотного пружинного механізму контактна група повертається в положення включеного запалювання. Далі система працює самостійно. Однак слід звернути увагу на парочку нюансів.
Особливість роботи двигуна внутрішнього згоряння полягає в тому, що ВТС згорає не моментально, інакше через детонацію двигун швидко виходив би з ладу, а їй потрібно кілька мілісекунд на це. Різна частота обертання коленвала може приводити або до занадто раннього початку займання, або до занадто пізнього. З цієї причини не можна запалювати суміш в один і той же момент. В іншому випадку агрегат буде перегріватися, втрачати потужність, нестійкий працювати або буде спостерігатися детонація. Ці фактори будуть проявлятися в залежності від навантаження на мотор або оборотів коленвала.
Якщо повітряно-паливна суміш буде загорятися рано (великий кут), то розширюються гази будуть перешкоджати руху поршня на такті стиснення (в цьому процесі даний елемент і без того долає серйозний опір). Поршень з меншою ефективністю буде виконувати робочий хід, тому що значна частина енергії від згоряє ВТС вже була витрачена на опір такту стиснення. Через це потужність агрегату падає, а на низьких оборотах він ніби «захлинається».
З іншого боку підпал суміші в більш пізній момент (маленький кут) призводить до того, що вона згорає протягом усього робочого ходу. Через це двигун сильніше нагрівається, а поршень не знімає максимальний ККД від розширення газів. З цієї причини пізнє запалювання в значній мірі знижує потужність агрегату, а також робить його більш ненажерливим (щоб забезпечити динамічне пересування, водієві доведеться сильніше тиснути на педаль газу).
Щоб усунути такі побічні ефекти, кожен раз при зміні навантаження на мотор і оборотів коленвала потрібно виставити інший кут випередження запалювання. У старих автомобілях (тих, в яких навіть не використовувався трамблер) для цієї мети встановлювався спеціальний важіль. Налаштування потрібного запалювання виконувалася вручну самим водієм. Щоб зробити цей процес автоматичним, інженерами був розроблений відцентровий регулятор. Він встановлюється в трамблере. Даний елемент являє собою підпружинені важки, пов'язані з опорною пластиною переривника. Чим вище обороти вала, тим сильніше важки розходяться, і тим сильніше провертається ця пластина. Завдяки цьому відбувається автоматичне коректування моменту відключення первинної обмотки котушки (збільшення УОЗ).
Чим сильніше навантаження на агрегат, тим сильніше наповнюються його циліндри (сильніше натискається педаль газу, і в камери надходить більший обсяг ВТС). Через це згоряння суміші пального та повітря відбувається швидше, як при детонації. Щоб мотор продовжував видавати максимальний ККД, кут випередження запалювання потрібно коригувати у бік зменшення. Для цієї мети на трамблере встановлюється вакуумний регулятор. Він реагує на ступінь розрідження у впускному колекторі, і відповідно до цього підлаштовує запалювання під навантаження на мотор.
Формування сигналу датчиком Холла
Як ми вже звернули увагу, ключовою відмінністю безконтактної системи від контактної є заміна переривника з контактами на магнітоелектричний датчик. В кінці XIX століття фізик Едвін Герберт Холл зробив відкриття, на підставі якого працює однойменний датчик. Суть його відкриття полягає в наступному. Коли на напівпровідник, уздовж якого проходить електричний струм, починає впливати магнітне поле, в ньому з'являється електрорушійна сила (або поперечне напруга). Ця сила може лише на три вольта бути нижче, ніж основна напруга, яке впливає на напівпровідник.
Датчик Холла в даному випадку складається з:
- Постійно діючого магніту;
- Пластина з напівпровідникового матеріалу;
- Мікросхеми, встановленої на пластині;
- Циліндричного екрану зі сталі (обтюратор), насадженого на вал трамблера.
Принцип дії даного датчика зводиться до наступного. Поки запалювання включено, через напівпровідник проходить струм на комутатор. Магніт розташований з внутрішньої частини сталевого екрану, в якому є проріз. Навпаки магніту з зовнішньої сторони обтюратора встановлена напівпровідникова пластина. Коли в процесі обертання валу трамблера проріз екрану виявляється між пластиною і магнітом, магнітне поле впливає на суміжний елемент, і в ньому утворюється поперечне напруга.
Як тільки екран провертається, і припиняється дія магнітного поля, в напівпровідниковій пластині пропадає поперечне напруга. Чергування цих процесів утворює в датчику відповідні низьковольтні імпульси. Вони передаються на комутатор. У цьому пристрої відбувається перетворення таких імпульсів в ток первинної обмотки КЗ, який перемикає ці обмотки, завдяки чому і виробляється струм високої напруги.
Несправності в безконтактної системі запалювання
Незважаючи на те, що безконтактна система запалювання є еволюційним варіантом контактної, і недоліки попереднього варіанту в ній усунуті, але вона їх повністю не позбавлена. Деякі несправності, характерні для контактної СЗ, також присутні і в БСЗ. Ось деякі з них:
- Вихід з ладу свічок запалювання (про те, як їх перевірити, читайте окремо);
- Обрив проводки обмотки в котушці запалювання;
- Контакти окислюються (причому не тільки контакти розподільника, але і високовольтних проводів);
- Порушення ізоляції ВВ кабелів;
- Несправності в транзисторному комутаторі;
- Некоректна робота вакуумного і відцентрового регуляторів;
- Поломка датчика Холла.
Хоча більшість несправностей є наслідком природного зносу, все ж часто вони з'являються також через недбалість самого автомобіліста. Наприклад, водій може заправляти автомобіль неякісним паливом, порушувати регламент планового технічного обслуговування або заради економії коштів проводить ТО на некваліфікованих СТО.
Важливе значення для стабільної роботи системи запалювання, як втім не тільки для безконтактної, має якість витратних матеріалів та деталей, які встановлюються при зміні вийшли з ладу. Ще одна причина поломок БСЗ є негативні погодні умови (наприклад, неякісні ВВ дроти можуть пробивати під час сильного дощу або туману) або механічні пошкодження (часто спостерігаються при неакуратному ремонті).
Ознаками несправної СЗ є нестабільна робота силового агрегату, складність або взагалі неможливість його запуску, втрата потужності, підвищення ненажерливості і т.д. Якщо таке відбувається тільки коли на вулиці підвищена вологість (сильний туман), то варто звернути увагу на магістраль високої напруги. Проводи не повинні бути мокрими.
Якщо мотор нестабільно працює на холостих обертах (при цьому паливна система справна), то це може вказувати на пошкодження кришки трамблера. Схожий симптом має поломка комутатора або датчика Холла. Підвищення витрат на бензин може бути пов'язано з поломкою вакуумного або відцентрового регуляторів, а також з некоректною роботою свічок.
Шукати неполадки в системі потрібно в такій послідовності. Спочатку слід визначити, чи утворюється іскра, і наскільки вона ефективна. Викручуємо свічку, надягаємо надсвечнік і пробуємо запустити мотор (електрод маси, бічний, потрібно притулити при цьому до корпусу двигуна). Якщо вона занадто тонка або її взагалі немає, повторюємо процедуру з новою свічкою.
У разі повної відсутності іскріння необхідно перевірити електричну магістраль на предмет розривів. Прикладом тому можуть бути окислилися контакти проводів. Окремо слід нагадати про те, що високовольтний кабель повинен бути сухим. В іншому випадку струм високої напруги може пробивати через ізоляційний шар.
Якщо іскра пропала тільки на одній свічці, то стався розрив на проміжку від розподільника до СЗ. Повна відсутність іскріння у всіх циліндрах може свідчити про втрату контакту на центральному проводі, що йде від котушки до кришки трамблера. Схожа несправність може бути наслідком механічного пошкодження кришки розподільника (тріщина).
Переваги безконтактного запалювання
Якщо говорити про переваги БСЗ, то в порівнянні з КСЗ основний її плюс в тому, що завдяки відсутності контактів переривника вона забезпечує більш точний момент утворення іскри для займання повітряно-паливної суміші. В цьому якраз і полягає основне завдання будь-якої системи запалювання.
До інших переваг даної СЗ відносяться:
- Менший знос механічних елементів завдяки тому, що їх менше в її пристрої;
- Більш стабільний момент утворення імпульсу високої напруги;
- Більш точне регулювання УОЗ;
- На високих оборотах мотора система зберігає свою стабільність за рахунок відсутності деренчання контактів переривника, як у КСЗ;
- Більш тонке регулювання процесу накопичення заряду в первинній обмотці і контроль показника первинного напруги;
- Дає можливість формувати більш висока напруга на вторинній обмотці котушки для іскри потужніший;
- Менше втрат енергії в процесі роботи.
Однак безконтактні системи запалювання не позбавлені недоліків. Найпоширеніший мінус - вихід з ладу комутаторів, особливо якщо вони виготовлені за старим зразком. Також нерідкі поломки КЗ. Щоб усунути ці недоліки, автомобілістам рекомендується придбати вдосконалені модифікації цих елементів, у яких більше робочий ресурс.
На закінчення пропонуємо докладний відео про те, як встановити безконтактну систему запалювання:
Питання та відповіді:
Які переваги має безконтактна система запалювання? У ній не утворюється втрата контакту переривника/розподільника через нагар. У такій системі потужніша іскра (паливо згоряє ефективніше).
Які існують системи запалювання? Контактна та безконтактна. У контактній може стояти механічний переривник чи датчик Холла (розподільник – трамблер). У безконтактній системі стоїть комутатор (і переривник, і розподільник).
Як правильно підключити котушку запалювання? Коричневий провід (іде від замку запалювання) підключається на клему +. Чорний провід сідає на контакт К. третій контакт у котушці – високовольтний (іде на розподільник).
Як працює електронна система запалювання? На первинну обмотку котушки надходить струм низької напруги. Датчик положення колінвала подає на ЕБУ імпульс. Первинна обмотка відключається, а у вторинній утворюється високовольтна напруга. Згідно з сигналом ЕБУ, струм йде на потрібну свічку.
