Прерыватель-распределитель включает в себя прерыватель тока низкого напряжения, распределитель тока высокого напряжения, центробежный и вакуумный автоматические регуляторы угла опережения зажигания и октан-корректор (в некоторых прерывателях устанавливают один регулятор - центробежный или вакуумный). В большинстве как контактных, так и контактно-транзисторных систем зажигания прерыватели-распределители по своей конструкцией принципиально не отличаются. Все механизмы прерывателя-распределителя смонтированы в корпусе 13 (рис. 6, а) и он приводится в действие от шестерни распределительного вала.
Рис. 6 - Прерыватель-распределитель Р 13-Д:
а - в разобранном виде; б - график работы центробежного регулятора; 1 - крышка; 2 - ротор; 3 - пластина неподвижного контакта; 4 - рычаг неподвижного контакта; 5 - контакты; 6 - корпус; 7 - неподвижный диск; 8 - кулачок; 9 - валик; 10 - грузик; 11 - пластина грузиков; 12 - пружина; 13 - корпус; 14 - защелка; 15 - подшипник; 16 - нижняя пластина октан-корректора; 17 - втулка; 18- штифт; 19 - риски октан-корректора; 20 - верхняя пластина октан-корректора; 21 - масленка; 22 - вакуумный регулятор; 23 - тяга; 24 - штифты; 25 - ось грузиков; 26 - пластина; 27 - стопорное кольцо; І, II и III - степени вступления в действие пружин центробежного регулятора
Рабочими частями прерывателя являются вольфрамовые контакты: неподвижный 18 (см. рис. 7, а), соединенный с корпусом ("массой"), и подвижный 17, изолированный от корпуса, и кулачка 12. Контакты смонтированы на подвижном диске 10, который в свою очередь установлен на подшипнике в неподвижном диске, который прикреплен двумя винтами к корпусу. Пластина стояка неподвижного контакта и подвижный контакт с текстолитовой опорой установленные на общей оси 13. Регулируя зазор между контактами, предварительно ослабляют стопорный винт 16 и эксцентриком 11 возвращают на оси пластину неподвижного контакта.
Рис. 7 - Прерыватель и вакуумный регулятор опережения зажигания: а - конструкция; б - график работы вакуумного регулятора; в - графики общей работы центробежного и вакуумного регуляторов опережения зажигания; 1 - нижняя пластина октан-корректора; 2 - трубка; 3 - штуцер; 4 - пружина; 5 - диафрагма; 6 - корпус вакуумного регулятора; 7 - винт; 8 - тяга; 9 - штифт; 10 - подвижный диск; 11 - эксцентрик; 12 - кулачок; 13 - ось; 14 - пластина подвижного контакта; 15 - рычаг прерывателя; 16 - стопорный винт; 17 - подвижный контакт; 18 - неподвижный контакт; 19 - провод; 20 - обод кулачка; 21 - зажим провода низкого напряжения; А - начальный угол опережения зажигания; Б - характеристика работы центробежного регулятора; В - характеристика общей работы вакуумного и центробежного регуляторов при разных нагрузках двигателя; nв - зона частоты вращения к вступлению в действие центробежного регулятора
Подвижный контакт прижимается к недвижному пластинчатой пружиной 14, которая одним концом приклепана к рычагу контакта, а вторым прикрепленная к кронштейну через изолированные детали. Ток низкого напряжения подведен к подвижному контакту через клемму 21 на корпусе прерывателя, изолированный провод 19 и пружину, которая прижимает подвижный контакт к кулачку. Когда выступление кулачка набегает на текстолитовую колодку, рычаг вращается на оси и размыкает контакты. Число выступлений кулачка равняется числу цилиндров двигателя. Итак, за один оборот валика прерывателя происходит размыкание круга низкого напряжения соответственно количеству цилиндров, откуда вытекает, что он должен вращаться вдвое медленнее от коленчатого вала двигателя, который обеспечивается соответствующим передаточным механизмом.
Центробежный регулятор автоматически изменяет угол опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. На приводном валике 9 (см. рис. 6, а), который вращается в двух бронзографитовых втулках, закреплена пластина 11 с осями для грузиков 10. Каждый из двух грузиков установлен одним концом на оси, а вторым - пружиной 12 подтягивается к валику. На штифты 24 грузиков посажена своими прорезями ведомая пластина кулачка 8. Втулка кулачка свободно сидит на верхнем конце приводного валика 9 и от осевого перемещения удерживается стопорным кольцом 27.
Таким образом, жесткого соединения между приводным валиком и кулачком нет и кулачок имеет возможность вращаться относительно валика. Подвижный и неподвижный диски прерывателя соединены между собой гибким неизолированным проводом, чтобы уменьшить сопротивление тока низкого напряжения и предотвратить электрическую коррозию в их подшипнике.
С увеличением частоты вращения валика грузики под действием центробежной силы расходятся, одолевая сопротивление пружин, и своими штифтами по косым прорезям вращают пластину 26 с кулачком в направлении его вращения. Контакты размыкаются раньше и угол опережения зажигания увеличивается.
Пружины грузиков различаются между собой числом витков, диаметром провода и длиной. Одна из них имеет большую упругость и ее устанавливают с некоторым натяжением, которое не дает возможности грузикам расходиться при малой частоте вращения коленчатого вала двигателя. Вторая пружина более жесткая и устанавливается с небольшим люфтом.
Итак, центробежный регулятор вступает в действие, когда центробежная сила начинает растягивать менее жесткую пружину. При этом обеспечивается значительный рост угла опережения зажигания. В дальнейшем вступает в работу другая, более жесткая пружина и изменение угла опережения зажигания замедляется. С уменьшением частоты вращения центробежная сила уменьшается, пружины притягивают грузики к валику и вращают кулачок, а с ним и угол опережения зажигания к предыдущей величине.
Момент вступления в действие центробежного регулятора зависит от технических данных прерывателя-распределителя. Так, в прерывателе Р4-Д (двигатель ЗИЛ-130) он начинает изменять угол опережения зажигания при частоте вращения валика 800 мин-1 на 6±3°, а при 2800 мин-1 увеличивает угол опережения до 35±30.
Вакуумный регулятор опережения зажигания закрепляют на корпусе прерывателя винтами 7 (см. рис. 7, а). Он представляет собой камеру, разделенную диафрагмой 5, которая тягой 8 соединена с подвижным диском 10. С другой стороны на диафрагму давит пружина 4. Камера с пружиной герметичная и штуцером 3 и металлической трубкой 2 соединена со смесительной камерой карбюратора над его дроссельной заслонкой. Таким образом, с одной стороны диафрагмы в камере создается вакуум, а со второй - атмосферное давление.
Во время работы двигателя во впускном коллекторе всегда возникает разрежение, величина которого зависит в основном от положения дроссельной заслонки без учета сопротивления других элементов всасывающего пути - воздушного фильтра, сечения, конфигурации и длины каналов впуска и т. п..
После пуска двигателя и на холостом ходу, когда в смесительной камере карбюратора разрежения небольшое, пружина 4 с диафрагмой вакуумного регулятора оттесненные в сторону корпуса прерывателя и подвижный диск с контактами максимально повернут по ходу вращения кулачка, который обеспечивает позднее зажигание.
В случае незначительного открывания дроссельной заслонки (малые нагрузки на двигатель) разрежение в смесительной камере, а соответственно, в соединенной с ней камере вакуумного регулятора, увеличивается. Пружина с диафрагмой под действием атмосферного давления сжимается и через тягу вращает подвижный диск против направления вращения кулачка. Размыкание контактов происходит раньше, и угол опережения зажигания увеличивается.
В случае дальнейшего увеличения нагрузки на двигатель и открывание дроссельной заслонки разрежения в смесительной камере и корпусе вакуумного регулятора уменьшается. Пружина 4 регулятора перемещает диафрагму и соединенный с ней диск прерывателя в направлении вращения кулачка, автоматически уменьшая угол опережения зажигания. Вакуумный регулятор увеличивает угол опережения зажигания на 10-13°.
Как правило, автоматические центробежный и вакуумный регуляторы применяют вместе. Тем не менее, в отдельных прерывателях, в частности автомобилей ВАЗ (кроме ВАЗ-2105 и ВАЗ-2107), вакуумный регулятор не устанавливали, а использовали лишь один центробежный автомат.
Иногда применяют только вакуумные регуляторы (рис. 8), которые одновременно выполняют функции и центробежных. Это обеспечивается тем, что вторым местом забора вакуума есть соединения в диффузоре карбюратора, где величина вакуума зависит от массы воздуха, который засасывается двигателем, т. е. от частоты вращения коленчатого вала.
Рис. 8 - Схема вакуумного регулятора опережения и запаздывания зажигания:
1 - вакуумный регулятор зажигания; 2 - демпфер; 3 - дроссельная заслонка; 4 - пневмораспределитель; 5 - пылеочиститель
Октан-корректор дает возможность вручную изменять угол опережения зажигания в зависимости от октанового числа бензина. Верхняя часть 20 этого устройства (см. рис. 6, а) соединена с корпусом 13 прерывателя, нижняя 16 - с корпусом привода или с корпусом двигателя. Верхняя и нижняя пластины соединены между собой с помощью тяги и регулировочных гаек 19. Нижняя пластина имеет пометки "+10" и "-10" и деления и во время вращения регулировочных гаек в ту или другую сторону можно вернуть корпус прерывателя на фиксированную величину относительно угла поворота коленчатого вала и скорректировать заранее установленный угол опережения зажигания на время использования бензина с данным октановым числом. Возможны и другие конструкции октан-корректоров.
Распределитель тока высокого напряжения включает в себя ротор 2 (см. рис. 6, а) с пластиной, которая разносит ток по раздаточным клеммам, который устанавливают на верхнюю часть втулки кулачка, и пластмассовую крышку 1 с центральной и раздаточными (по количеству цилиндров двигателя) клеммами. Ротор может быть установлен на втулку кулачка лишь в одном положении, благодаря наличию в разных их конструкциях лысок, шпонок, выступлений и т. п.. Крышка распределителя крепится на корпусе прерывателя пружинными скобами 14 также только в одном положении. В центральный электрод крышки упирается подпружиненный угольный электрод.
Ток высокого напряжения от катушки зажигания подается в центральный электрод распределителя и дальше через пружину и угольный электрод к токораздаточной пластине ротора, одну из раздаточных клемм и через высоковольтный провод выводит на свечу зажигания.
Основными параметрами проводов высокого напряжения есть величина пробивного напряжения изоляции и величина распределенного по их длине сопротивления. Наибольшего распространения приобрели винилхлоридные проводы красного цвета с внешним диаметром 7-7,4 мм, которые имеют удельное сопротивление 1,8-2,2 кОм/м и пробивное напряжение изоляции 18 кВ.
Внедрение систем зажигания высокой энергии обусловило необходимость применения проводов с повышенным пробивным напряжением (рис. 9), в результате чего были разработаны провода с силиконовой изоляцией (синего цвета). Такие провода имеют распределенное сопротивление 2,28-2,82 кОм/м и пробивное напряжение около 30 кВ.
Рис. 9 - Провод высокого напряжения ПВППВ-40:
1 - наконечник провода; 2 - резиновый чехол со стороны катушки зажигания; 3 - защитная оболочка; 4 - изолированная оболочка; 5 - токопроводящая обмотка; 6 - внутренняя оболочка; 7 - сердцевина; 8 - наконечник провода; 9 - резиновый чехол со стороны свечи зажигания
Конструкция проводов высокого напряжения, которые выпускаются заграничными фирмами, отличается от отечественных тем, что токопроводящая их часть не имеет металлического проводника, а представляет собой стекловолокнистый шнур, насыщенный токопроводящим порошком (графитом) и завернутый в пластмассовую эластичную оболочку. Распределенное сопротивление таких проводов составляет 9-25 кОм/м, а пробивное напряжение - свыше 30 кВ.
Во время подбора проводов следует учитывать, что увеличение распределенного сопротивления приводит к сокращению продолжительности искрового разряда на 15-20%, а увеличение сопротивления в круге разрядки снижает энергию импульса высокого напряжения на 40-50%.
В электрооборудовании автомобиля через многоразовые быстрые размыкания и замыкание, а также проскок искр возникают электромагнитные колебания. Эти колебания излучаются в пространство непосредственно источником искрения или распространяются в виде волн вдоль проводов, как через передающие антенны, и имеют широкий диапазон частот. Они создают радиопомехи на длинных, средних, коротких и ультракоротких волнах.
Для надежного контакта в местах соединения проводов высокого напряжения с катушкой зажигания, распределителем и свечами зажигания на оба конца каждого провода надевают контактные латунные или стальные наконечники 1 (см. рис. 9), свернутые в виде трубки. Разрезанная форма наконечника предоставляет ему упругости и удобная для фиксации в выводах катушки и распределителя. Наконечники на свечах, как правило, имеют пружинные фиксаторы, резиновые, пластмассовые или керамические чехлы 2, 9.
Самым надежным способом устранения радиопомех есть экранирования всех источников электромагнитных колебаний металлическими экранами и специальными деталями, изготовленными из стального листа. Так, на автомобиле ГАЗ-66 экранируют высоковольтные проводы, распределитель, катушку и свечи зажигания. Однако это не только увеличивает стоимость изготовления, а и уменьшает вторичное напряжение вследствие увеличения емкости вторичного круга. Поэтому применяют более дешевый, но довольно эффективный способ снижения радиопомех - установление дополнительных резисторов в местах высоковольтных соединений.
С этой самой целью в некоторых прерывателях-распределителях между центральным и внешним контактами ротора также устанавливают резистор (5-6 кОм). Максимальный зазор между внешним контактом ротора и боковыми электродами крышки не должен превышать 0,9 мм.
Контрольные вопросы.
1. Составляющие контактной системы зажигания.
2. Величины напряжения в первичной и вторичной обмотках при замкнутых и разомкнутых контактах.
3. Что такое коэффициент трансформации?
4. Как определить по виду искры исправность системы зажигания?
5. Какой оптимальный зазор между контактами прерывателя?
6. Назначение конденсатора в системе зажигания.
7. Назначение катушки зажигания, устройство и классификация.
8. Устройство и назначение прерывателя-распределителя.
9. Принцип работы центробежного регулятора.
10. Принцип работы вакуумного регулятора.
11. Назначение октан-корректора, его настройка.
12. Как работает распределитель тока высокого напряжения?
13. Устройство проводов высокого напряжения.
14. Назначение резисторов в системе зажигания.
Содержание отчета.
1. Зарисовать схему контактной системы зажигания (рис. 1). Описать ее работу.
2. Назначение, устройство, классификация и работа катушки зажигания.
3. Назначение, устройство, регулировки и работа прерывателя-распределителя.
4. Провода высокого напряжения, их конструкция, основные характеристики.
Критерии оценки:
«5» - практическая работа выполнена полностью: описано устройство и работа всех устройств, входящих в систему зажигания
«4» - практическая работа выполнена не достаточно полно: описано устройство и работа некоторых устройств, входящих в систему зажигания
«3» - - практическая работа выполнена частично: описано устройство некоторых устройств, входящих в систему зажигания, не даны их характеристики
Список, литературы.
1. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля: Учебное пособие / В.А. Стуканов. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2015. (ЭБС)
2. Устройство автомобилей: учеб. пособие / В.А. Стуканов, К.Н. Леонтьев. — М.: ИД «ФОРУМ»: ИНФРА-М, 2017. (ЭБС)
Справочники:
1. Понизовский А.А., Власко Ю.М. Краткий автомобильный справочник – М.: Трансконсалтинг НИИАТ, 1994.
2. Приходько В.М. Автомобильный справочник – М.: Машиностроение, 2004.