Існує кілька способів формування електричної іскри в циліндрі ДВЗ для запалювання робочої суміші. Практичний розвиток отримали три системи, які умовно називають контактною, транзисторною та тиристорною. У контактній та транзисторній системах запалення енергія для іскрового розряду накопичується в магнітному полі сердечника котушки запалення, а в тиристорній – в електричному полі конденсатора. У контактній системі струм від джерела через замкнуті контакти переривника протікає через первинну обмотку котушки запалювання, утворюючи магнітне поле. У потрібний момент контакти розмикаються і швидко у Рис. 1. Принципова схема магнето МБ-1 Розроблено у 1978 р. для застосування в системі запалення бензомоторної пилки «Урал-2» з метою підвищення надійності її роботи в екстремальних умовах лісоповалу. У 1981 р. магнето модернізовано: знижено електричні навантаження на напівпровідникові діоди та генераторну котушку, збільшено електроміцність накопичувального конденсатора, покращено механічне кріплення котушки, що управляє. Приблизно в цей час магнето МБ-1 знайшло застосування в човновому моторі «Салют», мотокультиваторі «Крот» та інших одноциліндрових ДВС. Сучасну електричну схему магнето зображено на рис. 1. При обертанні маховика один раз за оберт виробляється висока напруга для свічки ДВС. Момент іскроутворення залежить від швидкості обертання колінчастого валу, чим забезпечується автоматичне регулювання кута випередження запалювання (рис. 2). Глушення двигуна проводиться закорочуванням виведення котушки, що управляє, на корпус або закорочуванням між собою висновків генераторної котушки. Останній спосіб кращий, оскільки дозволяє уникнути перенапруги на конденсаторі. Магнітна система маховика утворена чотирма феритовими магнітами, розміщеними рівномірно по колу робочими полюсами всередину. Схема намагнічування - S-S-S-N, цим забезпечується генерація однієї іскри за оборот коленвала. Розроблено в 1980 р. для застосування в системі запалення човнового мотора "Вихор-М" ("Вихор-30") замість контактного магнето МН-1. Основний недолік контактного магнето - схильність до зносу, необхідність регулювання контактів переривників при експлуатації. При цьому змінюється величина кута випередження запалення, зменшується енергія іскри. Конструкція магнето МБ-2 дозволяє замінювати контактне магнето МН-1 у комплекті з маховиком. Магнето МБ-2 двоканальне. Розподіл іскри між верхнім і нижнім циліндрами здійснюється за рахунок послідовного керування двома тиристорами, що підключають єдиний накопичувальний конденсатор С1 до відповідного високовольтного трансформатора. У протилежних полюсних наконечників магнітів маховика створені спеціальні виступи, що створюють вертикально спрямоване магнітне поле. При дії його датчик виробляються сигнали управління тиристорами. Момент іскроутворення від швидкості обертання колінвала практично не залежить, тому регулювання кута випередження запалення відбувається за рахунок механічного повороту майданчика магнето на картері «Вихор».Діоди VD2, VD3 та резистори R2 та R1 служать для боротьби з перешкодами, що виникають від впливу на датчик основного (горизонтального) поля маховика. Резистор R1 встановлюється у схему за необхідності. З 1991 р. розпочато серійний випуск модернізованої системи запалювання, що отримала назву МБ-22. Зміни спрямовані усунення недоліків конструкції МБ-2. З метою зниження температури навколишнього середовища електронний блок винесено з-під маховика, застосовано спеціальний високовольтний трансформатор, що дозволив використовувати одноканальну схему іскроутворення. Введено електронне регулювання випередження запалення, виключено механічне обертання майданчика. У стадії впровадження знаходиться схема обмежувача оборотів, що захищає двигун від аварійного режиму при зрізанні запобіжного штифта гребного гвинта або запуску при відкритій заслінці. Схема магнето показано на рис. 4, елементи обмежувача оборотів виділено. У порядку зменшення ймовірності виникнення перерахуємо причини неполадок у роботі магнето при експлуатації та методи відновлення. 1. Обрив або міжвиткове замикання котушок. Виникає через низьку якість обмотувального дроту. Перемотування можливе, але складно здійснити просочення котушки. У виробничих умовах її роблять у вакуумі за температури +70°С у спеціальному компаунді. 2. Втрата ємності конденсатором. Найчастіше причиною є руйнування виготовленої методом напилення алюмінію на плівку лавсанову надмірно тонкої обкладки великими струмами розряду при іскроутворенні. У процесі виготовлення магнето виявити конденсатор, схильний до такої відмови, дуже важко.Ремонт можливий заміною будь-яким типом конденсаторів відповідної ємності. 3. Вихід з ладу напівпровідникових діодів чи тиристорів. Причина - приховані дефекти, що виникли під час виробництва елементів. Імовірність відмов збільшується при підвищенні температури експлуатації, особливо вище +80°С. При ремонті можна виготовити виносний електронний блок з корпусних деталей. Для створення іскрового розряду між електродами свічки запалювання необхідна висока напруга (15000-30000), так як гази, що знаходяться в циліндрі, не проводять струм низької напруги. На сучасних автомобільних двигунах застосовують однопровідну систему з'єднання джерел струму із споживачами. Другим провідником електричної енергії є маса (Корпус) - всі з'єднані між собою металеві частини автомобіля. При однопровідній системі включення приладів електрообладнання зменшується кількість дротів, спрощується технічне обслуговування та зменшується вартість системи. Негативні висновки генератора, акумуляторної батареї та всіх споживачів електроенергії пов'язані з масою, а позитивні ізольовані від неї. В експлуатації необхідно уважно стежити за станом ізоляції на проводах та за їх кріпленням, оскільки порушення ізоляції може призвести до виникнення. короткого замикання. Пристрій контактної системи батарейного запалювання:
а) схема; б) положення ключа вимикача запалювання та стартера; 1 - важіль переривника; 2 - рухливий контакт; 3 - нерухомий контакт; 4 - кулачок; 5 - переривник низької напруги; 6 - конденсатор; 7, 14, 23 - дроти; 8 – вимикач запалювання; 9 - додатковий резистор; 10 - первинна обмотка; 11 - вторинна обмотка; 12 - котушка запалення; 13 - магнітопровід; 15 - вимикач додаткового резистора; 16-амперметр; 17 - акумуляторна батарея (АКБ); 18 - вимикач електродом; 19 - ротор з електродом; 20 - розподільник; 21, 24 - переважні резистори; 25 - свічка запалювання; 26 – ключ вимикача запалювання.
Контактна система батарейного запалювання складається з: Пристрій та принцип роботи котушки запалювання
Котушка запалювання системи електрообладнання двигуна — це елемент системи запалювання, який призначений для перетворення низької напруги, яка надходить від акумуляторної батареї (АКБ) або генератора у високовольтну напругу. Котушку запалювання можна назвати високовольтним імпульсним трансформатором із двома обмотками. У котушці запалювання є обмотки низької та високої напруги. Товсті дроти первинної обмотки мають невелику кількість витків і розраховані на струм низької напруги, а вторинна обмотка має більшу кількість витків (від 15 до 30 тис. витків) та виготовлена з тонкого дроту. Саме у вторинній обмотці створюється струм високої напруги від 25 до 35 тис. вольт. Один кінець вторинної обмотки з'єднаний з негативною клемою первинної обмотки, а інший кінець – з центральною клемою на кришці котушки, що забезпечує виведення високої напруги. Струм високої напруги виробляється за формулою: індукція у витку множиться на кількість витків. Отримана висока напруга від котушки запалення через високовольтний кабель подається на переривник-розподільник (трамблер), який розподіляє струм високої напруги свічками запалювання. Висока напруга забезпечує якісну іскру між електродами свічки запалюваннящо призводить до займання горючої суміші. На первинну обмотку котушки запалення подається постійний струм від АКБ. Коли поршень наближається до ВМТ, контакти переривника (контакти розмикаються кулачком на валу розподільника або за допомогою електронних ключів) розмикають ланцюг первинної обмотки. Останнім часом широкого поширення набули індивідуальні котушки запалювання на кожну свічку (залежно від кількості циліндрів).
Переривник-розподільник запалювання — механізм, що визначає момент формування низьковольтних імпульсів у системі запалення, призначений для розподілу високовольтного електричного запалення по циліндрах карбюраторних та ранніх інжекторних двигунів внутрішнього згоряння. Трамблер має досить великий перелік деталей, що зношуються. Стан переривника-розподільника впливає на пускові характеристики та економічність двигуна, динаміку автомобіля та токсичність вихлопу.
Основний вузол переривника – пара контактів, які перебувають у стислому стані під зусиллям пластинчастої пружини. Розмикання контактів відбувається під впливом кулачків на валу трамблера, які переміщають пластикову подушку рухомого контакту. Робота переривника багато в чому залежить від кута замкнутого стану контактів і моменту їх розмикання, який визначає кут випередження запалення, в чому полягає робота пари контактів.
Кут випередження запалення змінюється під впливом вакуумного та відцентрового регуляторів залежно від оборотів та режиму роботи двигуна. Практика показала, що велику увагу слід приділяти саме контактам, оскільки вони найбільш схильні до зносу, корозії та забруднення, що з часом спотворює сигнал на котушку запалювання. Усі ці невідповідності можуть призвести до відсутності іскри на свічці. При зносі пластикової подушки рухомого контакту іскра на свічці може з'являтися із запізненням, що говорить про зміну зазору між контактами переривника.Регулювання зазору між контактами переривника слід проводити кожних 10 тис. км. Згодом зношуються і підшипники рухомої основи контактної групи, а також валу розподільника. В результаті зазор між контактами може плавати. Внаслідок цього погіршуються пускові характеристики двигуна, оберти холостого ходу плавають, двигун працює під навантаженням нестійко, знижується динамічна динаміка автомобіля. На ресурс контактної пари може впливати вихід з ладу конденсатора, який призначений для унеможливлення підгоряння контактів. Несправність конденсатора діагностується при зниженні напруги у вторинному ланцюзі системи запалювання, як наслідок падає потужність іскрового розряду між електродами свічок. Переривник 5 має два контакти : нерухомий 3 з'єднаний з масою і 2 рухомий, розташований на важелі 1 і з'єднаний з проводом 7 з первинною обмоткою 10 котушки запалювання. У переривнику встановлений валик, що обертається з кулачком 4, за допомогою якого розмикаються контакти. В системі запалення як джерело електричного струму використовується генератор змінного струму. При замиканні контактів переривника струм від АКБ проходить первинної обмотці котушки запалювання, створюючи навколо неї магнітне поле.
Ланцюг низької напруги наступний
:
позитивний висновок АКБ 17 – амперметр 16 – вимикач запалювання 8 додатковий резистор 9 – первинна обмотка 10 – провід 7 – рухомий контакт 2 – нерухомий контакт 3 – маса – вимикач 18 ланцюга АКБ – негативний висновок АКБ. При розмиканні контактів переривника знеструмлюється первинна обмотка котушки запалювання і різко зменшується магнітне поле.Магнітний потік зникаючого поля перетинає витки вторинної та первинної обмоток, при цьому індуктується електрорушійна сила (ЕРС) високої напруги у вторинній та ЕРС самоіндукції у первинній обмотках. Виникають у вторинній обмотці імпульси високої напруги підводяться до свічок запалювання відповідно до порядку роботи циліндрів двигуна. Ротор 19, що обертається, своїм електродом розподіляє імпульси високої напруги по електродах кришки розподільника. Частота обертання ротора в 2 рази менша за частоту обертання колінчастого валу і, таким чином, збігається з частотою обертання кулачка переривника. Положення пластини ротора навпроти кожного з електродів кришки розподільника відповідає розімкнутому стану контактів переривника.
Ланцюг високої напруги
:
вторинна обмотка11 - провід 14 високої напруги - переважний резистор 21 - електрод ротора 19 - один з електродів кришки розподільника 20 - провід 23 - переважний резистор 24 - свічка запалювання 25 - центральний електрод свічки - бічний електрод свічки - маса - маса висновок АКБ 17 – позитивний висновок АКБ 17 – амперметр 16 – вимикач запалювання 8 – додатковий резистор 9 – первинна обмотка 10 – вторинна обмотка котушки запалення 12. У первинній обмотці струм самоіндукції виникає при замиканні контактів переривника. Струм самоіндукції уповільнює процес зникнення струму в первинній обмотці, небажано, тому що при розмиканні контактів збільшується період іскроутворення між ними, знижуються ефективність та надійність системи запалення. Паралельно контактам переривника включено конденсатор 6.У момент розмикання ланцюга низької напруги конденсатор заряджається струмом самоіндукції, а потім при розімкнених контактах розряджається через первинну обмотку. Вимикач запалювання 8 необхідний для зупинки працюючого двигуна розмиканням первинної обмотки котушки запалення. Він потрібний і для включення запалювання перед запуском двигуна. Ключ 26 вимикача запалювання може займати чотири положення: 0 - запалення вимкнено; 1 - запалення включене; 2 - включені запалення та стартер; 3 – підведено живлення до радіо. У положенні 0 ключ можна вставити та вийняти із замка запалювання. Після пуску двигуна ключ вимикача запалювання переводять у положення 1. Вимикач 18 ланцюга АКБ потрібен для відключення батареї від маси при виконанні електротехнічних робіт та для зупинки автомобіля на тривалий час. Вимикач 18 захищає електрообладнання від короткого замикання або від пожежі під час несправної проводки, а також дозволяє відключити батарею від усіх споживачів електричної енергії, безпосередньо не від'єднуючи дроти, що відходять від неї. У цьому випадку залишається увімкненим аварійне освітлення – плафон кабіни та розетка переносної лампи. Поступово контактну систему батарейного запалювання витіснили інші системи, такі як транзисторна контактно або безконтактна системи запалювання. Цьому передувало ряд недоліків контактної системи батарейного запалювання : Так як сучасні автомобільні двигуни стали більш високооборотними і вирізняються високим ступенем стиснення, це накладає додаткові вимоги на систему запалювання. В даний час набули поширення дві різні системи запалення - з накопиченням енергії в індуктивності та з накопиченням енергії в ємності. В автомобільних двигунах широке застосування знайшли системи запалення з накопиченням електромагнітної енергії в магнітному полі котушки, що використовують контактні або транзисторні переривники, але в деяких випадках застосування конденсаторної системи запалення дає відчутну перевагу. У тиристорних системах запалення енергія для іскрового розряду накопичується в конденсаторі, а як силове реле застосовується тиристор. У цих системах котушка запалювання не накопичує енергію, а лише перетворює її, збільшуючи напругу у вторинній обмотці і зменшуючи, відповідно, величину струму, що протікає по ній. Тиристор - це напівпровідниковий прилад, виконаний на основі монокристалу напівпровідника з трьома або більше p-n-переходами і має два стійкі стани: Тиристор можна як електронний вимикач (ключ).Основне застосування тиристорів (трьохперехідної структури) - управління потужним навантаженням за допомогою слабких сигналів, або (для двоперехідної структури) де відкривання тиристора відбувається, якщо різниця потенціалів між його висновками перевищує напругу пробою. Існують різні види тиристорів, які поділяються, головним чином, за способом управління та провідності. По провідності розрізняють тиристори, які проводять струм в одному напрямку, і тиристори, що проводять струм у двох напрямках (симістори, симетричні диністори). Умовно тиристор можна як з'єднання p-n-p транзистора з n-p-n транзистором, причому колектор кожного їх з'єднаний з іншою базою. Характерною особливістю тиристорних систем запалення є висока швидкість наростання вторинної напруги, тому пробою іскрового проміжку свічки запалення надійно забезпечується навіть при забрудненому та покритому нагаром ізоляторі. Однак тиристорні системи запалення мають порівняно малу тривалість індуктивної складової іскрового розряду (не більше 300 мкс), що призводить до погіршення займистості та згоряння робочої суміші в циліндрах двигуна на режимах часткових навантажень. У системах запалення з накопиченням енергії в електростатичному полі конденсатора функцію електронного реле виконують тиристори, керовані контактним або безконтактним переривником, тому такі системи називають контактно-тиристорними або безконтактно-тиристорними В основі роботи безконтактних систем лежать ті ж принципи, що і індуктивними накопичувачами. Система з безперервним накопиченням енергії (рис.) містить двотактний перетворювач напруги, що складається з двох транзисторів. VT1 і VT2, трансформатора Т1, резисторів R2 і R3 та конденсатора С1. При замиканні контактів S1 вимикача запалювання спрацьовує двотактний перетворювач напруги. L2 трансформатора Т1 з'являється змінна напруга прямокутної форми з амплітудою 200. 500 В. У момент розмикання контактів S2 синхронізатора напруга від акумуляторної батареї GB подається через резистор R1 до керуючого електрода тиристора VS. Через відкритий тиристор відбувається розряд конденсатора С2 на первинну обмотку L1 котушки запалювання Т2, внаслідок чого у її вторинній обмотці L2 індукується висока ЕРС. У системі з імпульсним накопиченням енергії (рис. 1, б) при замиканні контактів S1 вимикача запалення та розмикання контактів S2 синхронізатора моменту запалювання на базу транзистора VT подається позитивний імпульс напруги від акумуляторної батареї GB. Транзистор переходить у стан насичення, пропускаючи через емітер-колекторний перехід та первинну обмотку L1 трансформатора струм, що створює магнітне поле трансформатора. При наступному замиканні контактів S2 синхронізатора до керуючого електрода тиристора через резистори Rд, Rl, R3 подається напруга від акумулятора. У системах запалення з накопиченням енергії в електростатичному полі конденсатора забезпечується більш висока швидкість наростання вторинної напруги, що робить її менш чутливою до наявності резисторів, що шунтують, і нагару свічок запалювання. Однак внаслідок високої швидкості зростання вторинної напруги зростає напруга пробою порівняно із системами із накопиченням енергії в магнітному полі. Системи з імпульсним накопиченням енергії мають максимальну швидкість наростання високої напруги. Але тривалість індуктивної складової іскрового розряду у свічках зменшена від одиниць мілісекунд (у системах із накопиченням енергії в індуктивності) до десятків чи сотень мікросекунд. Це погіршує займання та згоряння робочої суміші на середніх навантаженнях і, отже, призводить до підвищення витрати палива та токсичності відпрацьованих газів. Сучасні системи запалення вітчизняних ПМ
Магнето МБ-2
Магнето МБ-22
Причини відмови ЕСЗ
Контактна система батарейного запалювання
Схема пристрою контактної системи батарейного запалювання
:
Свічка запалювання
З'єднання між центральним електродом та контактною головкою складається з струмопровідного склогерметика, для виготовлення якого використовується матеріал з кераміки високої якості. У той же час склогермет виступає як ущільнення від прориву газів (навіть при високому тиску). Для придушення перешкод у свічці є резистор. Для захисту від забруднень кінчик ізолятора полірують. А з'єднання виконане між сталевим корпусом та ізолятором є газонепроникним. Електроди виготовляються із нікелевих сплавів, що забезпечує стабільну роботу при високих теплових навантаженнях. В окремих випадках електроди можуть виготовлятися із срібла або платини.Різьблення на свічці має різьблення специфікації SAE (залежно від високовольтного з'єднання).
Напальне число свічки запалювання характеризує здатність протистояння тепловим навантаженням. Вибір відповідного калільного числа для різних двигунів залежить від теплоти, що виділяється при згорянні. І визначається різницею між моментом запалення та моментом передчасного займання.
Основна функція котушки запалення - генерація струму високої напруги (високовольтного електричного імпульсу), який потім подається на свічки запалювання.
Робота котушки у загальній схемі системи запалення
Основні характеристики котушки запалювання:
Переривник-розподільник запалювання виконує дві функції:
Пристрій переривника розподільника
Принцип роботи контактної системи запалювання
Чому контактна система батарейного запалювання не використовується на сучасних автомобілях?
Влаштування автомобілів
Першу з них називають індукторною чи транзисторною, а другу тиристорною чи конденсаторною.
Електрична потужність, що дорівнює добутку сили струму на напругу, залишається незмінною за вирахуванням втрат різного характеру.
Також тиристори застосовуються в перемикаючих пристроях.
Крім того, в тиристорних системах величина вторинної напруги може бути практично постійною за зміни частоти обертання колінчастого валу двигуна до максимальної величини, т.к. конденсатор встигає повністю зарядитись на всіх режимах роботи двигуна.
Система запалення з накопиченням енергії в ємності застосовуються на газових та високооборотних мотоциклетних двигунах, для яких не є критичною тривалість іскрового розряду.Типи тиристорних систем запалювання
Розрізняють тиристорні системи запалення з імпульсним і з безперервним накопиченням енергії в електростатичному полі конденсатора.
Нижче розглянуто особливості роботи тиристорних систем такого типу.
Двонапівперіодний випрямляч з нульовою точкою (діоди VD1 і VD2) служить для випрямлення вихідної напруги перетворювача. С2, паралельно якому підключений резистор R4. VS перериває струм у первинній обмотці L1 котушки запалювання (трансформатор Т2). Управління тиристором здійснюється контактним. S2 синхронізатор моменту запалювання.
Випрямлена постійна напруга подається на заряд накопичувального конденсатора С2, якщо контакти S2 синхронізатор моменту запалення замкнутий.Тиристор знаходиться в закритому стані, тому що його ланцюг управління шунтований замкнутими контактами S2 синхронізатор.
При відповідному підборі параметрів елементів розглянутої системи запалення можна на всіх режимах роботи двигуна забезпечити повний заряд конденсатора і отримати практично не залежить від частоти обертання колінчастого валу двигуна вторинну напругу.
Ланцюжок C1-R2 забезпечує надійний запуск транзисторного перетворювача.
У момент замикання контактів S2 синхронізатора ланцюг бази транзистора замикається коротко, транзистор перетворюється на стан відсічки, струм в обмотці L1 трансформатора зникає, а у вторинній обмотці індуктується висока ЕРС.
У цей час замкнуті контакти S2 синхронізатора шунтують ланцюг керування тиристором. Тиристор закритий, а конденсатор З через діод VD1 заряджається до напруги 200. 400 В.
Тиристор відкривається.
Струм розряду конденсатора проходить через первинну обмотку L1 котушки трансформатора та на висновках вторинної обмотки з'являється імпульс високої напруги, що подається на свічку запалювання.
Крім того, через скорочення тривалості індуктивної складової іскрового розряду погіршуються займання та згоряння паливоповітряної суміші при пуску двигуна та роботі його на режимах часткових навантажень.
Для усунення зазначених недоліків треба коригувати пристрої випередження запалення та збільшувати зазор у свічках до 1,2. 1,5 ммщо призводить до подальшого зростання вторинної напруги та напруженої роботи ізолюючих частин високовольтної системи.