напряжение пробоя зазора в свече
продолжительность искрового разряда
обмотки.
Кроме того, далее
конденсатор
разряжается через первичную обмотку, создавая в начальной момент импульс тока обратного направления. Таким образом, ток i1при наличии
конденсатора С падает быстрее, что и приводит к ускорению
исчезновения магнитного потока и вследствие этого к:
- повышению
0 2 4 6 мс Врем
Рис.1.2.4. Сила тока и напряжение в обмотках катушки зажигания
контактов прерывателя К.
напряжения
во вторичной
обмотке U2;
- исключению пробоя
Характер измерения тока в первичной обмотке и напряжения во вторичной обмотке представлены на рис.1.2.4.
Когда напряжение U2достигает значения, достаточного для пробоя зазора между электродами свечи возникает искра, которая поджигает горючую смесь в цилиндре двигателя.
На рис.1.2.5 изображены кривые измерения вторичного напряжения при отсутствии искрового разряда (например, при работающем двигателе провод высокого напряжения отсоединен от свечи – кривая 1) и при пробое воздушного зазора в свече (кривая 2). Кривую 2 можно разделить на три составляющие (фазы), отличающиеся источниками генерации напряжения:
U2,
10
0
-10
Напряжение пробоя 1
Индуктивная
- емкостная;
- индуктивная;
- колебательная.
1. Емкостная составляющая или емкостная фаза характеризуется высоким пиковым значением
Емкостная
Контакты
Контакт
ы
напряжения – так называемым пробивным
0 5 10 15
T, мс
напряжением (5-12 тыс. В)
Рис.1.2.5. Напряжение во вторичной обмотке
При отсутствии (кривая 1) и наличии (кривая
Искры
и короткой длительностью (порядка 0,3 мс). Своим происхождением и
названием она обязана источнику индуцированного напряжения – емкости С1шунтирующей контакты прерывателя.
Искра между контактами свечи благодаря высокому напряжению емкостной фазы имеет высокую температуру и яркий голубоватый цвет.
Индуктивная составляющая характеризуется относительно большой длительностью (около 2-3 мс) горизонтального участка (с возможным наклоном вверх или вниз). Индуктивная фаза возникает вследствие энергии наклонной в индуктивности вторичной обмотки катушки зажигания, и характеризуется напряжением горения вольтовой дуги (от 1 до 2 кВ). Цвет искры в этой фазе - теплый, красноватый.
Колебательная фаза возникает вследствие перераспределения энергии между емкостью С1, индуктивностями L1, L2и емкости проводов высоковольтного тракта C2.
Пробивное напряжение во многом зависит от режима работы двигателя. У двигателя, работающего на больших оборотах с полной нагрузкой. Пробивное напряжение минимальное (4--5 кВ), а в режиме холодного пуска – максимальное (9-12 кВ).
Катушка зажигания с балластным резистором
При запуске двигателя катушка зажигания питается, от аккумуляторной батареи, напряжение которой понижено из-за потребления стартером большого тока, что приводит к снижению тока I1и напряжения U2. Для устранения этого явления в некоторых катушках зажигания применяют добавочный (балластный) резистор Rg(рис.1.2.6.), включенный последовательно с первичной обмоткой катушки зажигания L1.
В этом случае первичная обмотка рассчитывается на напряжение 7-8В, а остальное напряжение источника питания гасится в добавочном резисторе. При пуске двигателя добавочный резистор Rgзакорачивается контактами реле включения стартера, и, несмотря на снижение напряжения батареи, первичная обмотка катушки зажигания получает необходимое для ее нормальной работы напряжение.
Система с добавочным (балластным) резистором имеет следующие достоинства:
- повышается надежность холодного пуска двигателя;
- первичная обмотка катушки зажигания имеет меньшую индуктивность, благодаря чему повышается скорость возрастания тока при включении
Rд
+
Контакты электромагнита
L1 L2
-
К стартеру
K C
Рис.1.2.6. Схема зажигания с добавочным резистором
контактов и схема лучше работает при высоких скоростях двигателя;
- вследствие пониженного напряжения на первичной обмотке снижается, и температура и повышается эффективность работы катушки.
На некоторых автомобилях применяют температурно-зависимые балластные резисторы, которые в холодном состоянии (при пуске двигателя) имеют небольшое сопротивление и повышенное сопротивление – по мере прогрева двигателя. Вследствие этого, при холодном пуске двигателя почти все напряжение аккумулятора оказывается на первичной обмотке катушки, а после пуска двигателя напряжение на ней постепенно падает.
Контактный прерыватель
Контакты прерывателя открываются кулачком, расположенным на валу распределителя зажигания. Кулачок вращается со скоростью, равной половине скорости коленчатого вала (в случае четырехтактного двигателя). Конструкция блока прерывателя предусматривает установку конденсатора, а также возможность регулировки зазора между контактами - жизненно важный фактор для нормальной работы двигателя (см. рис.1.2.7).
Рисунок 1.2.7
Очень важно в процессе эксплуатации двигателя правильно регулировать зазор контактов прерывателя. Правильно отрегулированный зазор должен обеспечивать достаточное время для того, чтобы в первичной катушке зажигания после замыкания контактов успевал установиться расчетный ток. Дело в том, что катушка зажигания обладает индуктивностью, которая замедляет нарастание тока, подобно тому, как инерция препятствует раскручиванию маховика из состояния покоя до заданной скорости.
По этой причине важно, чтобы контакты не оставались разомкнутыми слишком долго, иначе время замкнутого состояния может оказаться недостаточным. Мерой времени замкнутого состояния контактов является угол поворота кулачка прерывателя, а способ регулировки этого угла сводится к регулировке зазора контактов в разомкнутом состоянии. Установка зазора с помощью щупов является устаревшим способом, поскольку установка производится на остановленном двигателе, тогда как при его вращении угол замкнутого состояния может измениться из-за действия сил инерции.
Некоторые автомобили Austin Rover и Ford оснащены распределителями зажигания Lucas со скользящим контактом. Толкатель подвижного контакта имеет на своем основании два небольших выступа, которые упираются в наклонную направляющую. Направляющая вставлена в вильчатый привод толкателя, установленный на оси подвижного контакта.
Когда вакуумный регулятор поворачивает опорную пластину контактов, выступы толкателя подвижного контакта скользят по наклонной направлявшей, заставляя толкатель и подвижный контакт подниматься. При этом подвижный контакт скользит по неподвижному контакту, имеющему больший размер. Такое относительное перемещение контактов способствует их самоочищению и препятствует развитию эрозии. Фирма гарантирует ресурс таких контактов не менее 25000 миль.
Угол замкнутого состояния контактов
Угол замкнутого состояния контактов определяется как угол поворота кулачка прерывателя, в течение которого контакты остаются в замкнутом состоянии для одного цикла зажигания. Установка этого угла имеет очень важное значение. Увеличение зазора сокращает угол. Изменение зазора приводит к тому, что толкатель подвижного контакта набегает на кулачок прерывателя раньше или позже (см. рис.1.2.8).
Угол замкнутого состояния контактов
Разрывание контактов
Замыкание контактов
Регулировка зазора между контактами меняет их угол замкнутого состояния
Рис.1.2.8. Угол замкнутого состояния контактов
При приближении оси подвижного контакта к оси вращения вала увеличивается зазор. При этом контакты поздно замыкаются и рано размыкаются, угол замкнутого состояния уменьшается, увеличивается опережение зажигания. При удалении оси подвижного контакта от оси вала уменьшается зазор. При этом контакты рано замыкаются и поздно размыкаются, угол замкнутого состояния увеличивается, опережение зажигания уменьшается.
Неправильная установка зазора может иметь неприятные последствия, поскольку при малом значении угла замкнутого состояния контактов ток в первичной обмотке катушки зажигания не достигнет необходимого уровня и система зажигания, особенно на высоких оборотах начнет давать сбои. Слишком большой угол замкнутого состояния может привести к пригоранию контактов.
Как зазор между контактами, так и угол замкнутого состояния контактов должны находиться в пределах, регламентированных изготовителем. Если оба требования одновременно выполнить не удается, значит, прерыватель неисправен.
Изменение угла замкнутого состояния контактов численно равно изменению угла опережения зажигания (см. рис. 1.2.9).
72
Рис. 1.2.9.
Если, например, угол замкнутого состояния контактов в результате регулировки изменился на 12°, значит, точка размыкания контактов сдвинулась на 6° поворота кулачка. Но 6° поворота вала распределителя равносильно 12° поворота коленчатого вала
Угол замкнутого состояния можно выразить в градусах или в процентах от полного оборота вала распределителя.
Пример:
Кулачок 4-цилиндрового двигателя с 4 выступами разделен на равные промежутки по 90°. В пределах этого угла контакты должны разомкнуться и снова замкнуться - этот процесс займет часть одного периода. В примере, показанном на рис. 1.2.10 контакты находятся в замкнутом состоянии на протяжении 54°, а в разомкнутом состоянии - остальные 36°. Угол замкнутого состояния в процентах будет: 54°/90°х 100 - 60%
Контакты
Контакты разомкнуты
Толкатель
Контакты замкнуты (угол замкнутого состояния)
Кулачек прерывателя
Рис.1.2.10. Угол замкнутого состояния в градусах и в
процентах. 30
Можно вновь вернуться к угловым единицам: 60/100х90° = 54°
Угол 54° в действительности является типичным значением угла замкнутого состояния контактов для 4-цилиндровых двигателей. Использование процентного выражения угла предпочтительнее, поскольку оно не зависит от числа цилиндров.
Существуют приборы для точного измерения угла замкнутого состояния контактов, однако надо внимательно считывать показания со шкалы прибора, поскольку одна шкала предназначена для двигателей с разным числом цилиндров. Например, если прибор показывает угол замкнутого состояния 60%, то для двигателей с разным числом цилиндров результат в угловых единицах будет совершенно различным:
Для одноцилиндрового двигателя 60/ 100 х 360° =216°
Для четырехцилиндрового 60/100х90° = 54° Для шестицилиндрового 60/100 х 60° = 36° Распределитель зажигания
Как подсказывает наименование, распределитель зажигания передает высокое напряжение зажигания по очереди на свечи в необходимой последовательности, а также выполняет некоторые другие функции системы зажигания. Как правило, распределитель зажигания совмещает в себе следующие функции:
- передает высокое напряжение на свечи в необходимой последовательности;
- управляет включением и выключением первичной обмотки катушки зажигания;
- регулирует угол опережения зажигания в зависимости от скорости работы двигателя;
- регулирует опережение зажигания в зависимости от загрузки двигателя.
Вал распределителя вращается со скоростью, равной половине скорости коленчатого вала (в четырехтактных двигателях) и соединен с валом привода с помощью торцевых выступов или зубчатой передачи (см. рис. 1.2.11).
Контакты прерывателя смонтированы на основании, которое может в некоторых пределах поворачиваться вокруг оси кулачка. Поворот основания осуществляется с помощью вакуумного привода, связанного шлангом с впускным коллектором.
Механизм прерывателя, который встроен в распределитель, включает в себя кулачок с числом выступов, равным числу цилиндров. При вращении вала распределителя кулачок, воздействую через толкатель на рычаг подвижного контакта, размыкает и замыкает контакты прерывателя. Величина раскрытия контактов зависит от конфигурации кулачка и от положения неподвижного контакта, которое можно менять в некоторых пределах при настройке.
Рис. 1.2.11. Распределитель зажигания
Рис. 1.2.12. Типичный ротор распределителя
Крышка распределителя отлита из высококачественного карболита. Она предохраняет механизм и контакты узла от пыли и влаги, а также служит основанием контактов свечных проводов, на которые по очереди подается высокое напряжение с центральной клеммы крышки через вращающийся контакт ротора (см. рис.1.2.12). Центральная клемма крышки связана высоковольтным проводом с вторичной обмоткой катушки зажигания. Высокое напряжение с центральной клеммы передается на
подвижный контакт ротора через
I1
i1i2i3
n3 n2 n1< n2<
0
0 Время
Рис.1.2.13. Ток в первичной обмотке для различных оборотов коленчатого вала n
подпружиненный графитовый электрод.
При увеличении оборотов двигателя число прерываний первичной цепи в единицу времени растет, а время замкнутого состояния контактов прерывателя уменьшается. Это, в свою очередь, приводит к снижению тока I1, так как он не успевает за время замкнутого состояния контактов увеличиться до своего установившегося значения.
Вследствие этого, для батарейно-
катушечных контактных систем зажигания характерно снижение вторичного напряжения
U2с ростом частоты вращения двигателя (см. рис.1.2.13.)
Во всех случаях работы системы зажигания развиваемое ею напряжение, должно быть выше пробивного напряжения, особенно в режиме пуска и холостого хода двигателя.
Время, отведенное в рабочем цикле двигателя на сгорание рабочей смеси (время движения поршня в районе ВМТ), с увеличением частоты вращения коленчатого вала уменьшается, а скорость сгорания смеси изменяется незначительно. Поэтому с возрастанием частоты вращения необходимо увеличивать угол опережения зажигания.
При постоянной частоте вращения коленчатого вала и увеличении нагрузки двигателя уменьшается количество остаточных газов в рабочей смеси, скорость ее сгорания увеличивается, что требует уменьшения угла опережения зажигания.
Эти обстоятельства требуют автоматического регулирования угла опережения зажигания по частоте вращения коленчатого вала и нагрузке двигателя.
Рассмотрим реализацию этого управления на примере механических регуляторов в контактной системе зажигания.
Центробежный регулятор опережения зажигания
Рис. 1.2.14. Центробежный регулятор опережения зажигания:
а — на малой частоте вращения коленчатого вала; б — на высокой частоте вращения коленчатого вала; 1 — кулачок; 2 — грузик; 3 — пластина; 4 — валик привода; 5 — штифт; 6 — пружина; 7 — ось грузика
Автоматическое регулирование опережения в зависимости от частоты вращения двигателя осуществляется с помощью центробежного регулятора, смонтированного на валу распределителя (см. рис. 1.2.14).
Регулятор включает в себя два подпружиненных грузика, которые под действием центробежных сил расходятся и через рычажную передачу поворачивают основание контактов прерывателя относительно кулачка, тем самым, меняя момент размыкания контактов в зависимости от скорости вращения вала.
Опережение зажигания, необходимое для работы двигателя на разных скоростях, определяется разработчиком для каждого
конкретного типа двигателя экспериментально. Суть эксперимента состоит в том, что для разных скоростей работы двигателя подбирается такое опережение, при котором достигается макси- мальная мощность. Для типичного 4-тактного автомобильного двигателя зависимость угла опережения от скорости выглядит примерно так, как изображено на рис. 1.2.15.
Скорость двигателя, об/мин
Рис. 1.2.15.Типичная кривая опережения зажигания
В идеале регулятор опережения должен воспроизводить эту функцию, но практически этого достичь не удается и приходится довольствоваться некоторым компромиссным решением.
Пружины, возвращающие на место центробежные грузики регулятора опережения, имеют линейную характеристику, т.е. их удлинение пропорционально приложенной силе. Соответственно и регулятор с такими пружинами будет иметь линейную характеристику - см. рис. 1.2.16 (а) (две линии на рисунке показывают допустимые границы). Обратите внимание на то, что регулирование заканчивается при скорости вала распределителя около 2000 об/мин (что соответствует скорости двигателя 4000 об/мин), когда подвижное основание контактов прерывателя достигает ограничительного упора.
1. 
Более сложную кривую можно получить с
200 600 1000 1400 1800 2200 2600
Скорость вращения вала распределителя, об/мин
Рис. 1.2.16. Типичные характеристики регуляторов опережения зажигания с одной (а) и двумя (b) пружинами
помощью двух пружин с разной жесткостью. В такой конструкции
вторая пружина изначально не препятствует грузикам расходиться, поскольку один ее конец выполнен в виде удлиненной петли, а вступает в действие только при некотором удалении грузиков от исходного
положения. Характеристика такого регулятора показана на рис. 2.16 (b).
Сначала такой
регулятор быстро увеличивает опережение примерно на 9° за первые 400 об/мин, пока грузики удерживаются только одной пружиной. Затем, когда вступает в работу вторая пружина, темп повышения опережения замедляется и при скорости вала распределителя около1350 об/мин прекращается совсем, когда угол опережения возрастает на 18... 20°. Эта характеристика типична, но может варьироваться для разных двигателей.
Как упоминалось выше, вступление в действие второй пружины задерживается за счет удлиненной петли на одном из ее концов. Размеры петли должны выдерживаться достаточно точно, иначе вид характеристики будет иным, и двигатель не будет работать в оптимальном режиме.
Вакуумный регулятор опережения зажигания
Центробежный регулятор изменяет опережение зажигания в зависимости от скорости двигателя, чтобы дать рабочей смеси время для полного сгорания. Однако при движении автомобиля с постоянной скоростью и при малой нагрузке двигатель работает на обедненной смеси, скорость горения которой замедляется. Поэтому для такого режима движения требуется дополнительное опережение.
Рис.1. 2.17. Разрежение во впускном коллекторе
Для регулирования опережения в зависимости от нагрузки двигателя используется тот факт, что при больших нагрузках, т.е. при полностью открытом дросселе, разрежение во впускном коллекторе сравнительно мало, тогда как при малых нагрузках, когда заслонка прикрыта, разрежение возрастает (см. рис. 1.2.17).
|
Отверстие в коллекторе рядом с заслонкой соединено шлангом с вакуумной камерой, внутри которой установлена подпружиненная диафрагма. Диафрагма соединена тягой с подвижной опорой контактов прерывателя. При повышении разрежения диафрагма втягивается и через тягу поворачивает опору контактов в сторону, противоположную вращению кулачка, тем самым,
увеличивая опережение зажигания.
Сила, создаваемая разрежением на диафрагме, уравновешивается пружиной. Поворот опоры контактов определяется ходом тяги, которая имеет ограничительный упор. Начальное положение вакуумного регулятора выставляется с помощью зажима на основании его корпуса, или микрометрического винта (см. рис. 1.2.18).
Рис. 1.2.18
Вакуумный регулятор вступает в работу при следующих обстоятельствах:
- на холостом ходу разрежение во впускном коллекторе велико, поскольку дроссельная заслонка почти закрыта. Однако вакуумный регулятор при этом отключен, поскольку дроссельная заслонка отсекает приемное отверстие вакуумного шланга;
- при движении с постоянной скоростью по ровной дороге двигатель работает с малой нагрузкой и заслонка лишь слегка приоткрыта. Тем не менее, вакуум передается в камеру регулятора, и регулятор увеличивает опережение;
- для полной загрузки двигателя водитель нажимает до конца педаль акселератора и полностью открывает дроссельную заслонку. Разрежение во впускном коллекторе значительно понижается, и пружина вакуумного регулятора возвращает контакты прерывателя в исходное положение. Опережение зажигания определяется теперь только центробежным регуля- тором.
На рис. 1.2.19 показано изменение давления во впускном тракте.
Рис. 1.2.19. Давление во впускном воздушном тракте