Система зажигания — Ignition system

Система зажигания генерирует искру или нагревает электрод до высокой температуры для воспламенения топливно-воздушной смеси в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием , масляных и газовых котлах , ракетных двигателях и т. Д. Наиболее широкое применение для внутреннего сгорания с искровым зажиганием Двигатели используются в бензиновых (бензиновых) дорожных транспортных средствах, таких как автомобили и мотоциклы.

Воспламенение от сжатия Дизельные двигатели воспламеняют топливно-воздушную смесь за счет тепла сжатия и не нуждаются в искре. Обычно у них есть свечи накаливания, которые предварительно нагревают камеру сгорания, чтобы обеспечить запуск в холодную погоду. Другие двигатели могут использовать пламя или нагретую трубку для зажигания. Хотя это было обычным явлением для очень ранних двигателей, сейчас это редкость.

7 октября 1884 г. Зигфрид Маркус запатентовал свое «Устройство электрического зажигания для газовых двигателей».

Содержание

• 1 История
  • 1.1 Магнито системы
  • 1.2 Переключаемые системы
  • 1.3 Аккумуляторное и катушечное зажигание
• 2 Современные системы зажигания
  • 2.1 Механически синхронизированное зажигание
  • 2.2 Электронное зажигание
  • 2.3 Цифровые электронные зажигания
• 3 Управление двигателем
• 4 Турбинные, реактивные и ракетные двигатели
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Внешние ссылки

История

Магнито системы

Самая простая форма искрового зажигания — это использование магнето . Двигатель вращает магнит внутри катушки или, в более ранних конструкциях, катушку внутри фиксированного магнита, а также управляет контактным выключателем , прерывая ток и заставляя напряжение увеличиваться в достаточной степени, чтобы преодолеть небольшой зазор. Эти свечи зажигания соединены непосредственно с магнито выходом. Ранние магнето имели одну катушку с контактным выключателем (свечой зажигания) внутри камеры сгорания. Примерно в 1902 году компания Bosch представила двухкатушечный магнето с неподвижной свечой зажигания и контактным выключателем вне цилиндра. Магниты не используются в современных автомобилях, но поскольку они вырабатывают собственное электричество, они часто встречаются в небольших двигателях, таких как двигатели мопедов , газонокосилок , снегоуборочных машин , бензопил и т. Д., Где электрическая система на батарейках отсутствует для любой комбинации. по причинам необходимости, веса, стоимости и надежности. Они также используются в поршневых авиационных двигателях. Хотя электроснабжение доступно, магнито-системы используются в основном из-за их более высокой надежности.

Магнето использовалось в предшественнике маленького двигателя, стационарном двигателе типа «попал и промахнулся», который использовался в начале двадцатого века, на старых бензиновых или дистиллятных сельскохозяйственных тракторах до того, как запуск батареи и освещение стали обычным явлением, а также на поршневых двигателях самолетов. Магниты использовались в этих двигателях, потому что их простота и автономная работа были более надежными, а также потому, что магнето весило меньше, чем наличие батареи и динамо-машины или генератора переменного тока .

Авиационные двигатели обычно имеют два магнето для обеспечения резервирования в случае отказа и для повышения эффективности за счет тщательного и быстрого сжигания топливно-воздушной смеси с обеих сторон по направлению к центру. Братья Райт использовали магнето, изобретенное в 1902 году и построенное для них в 1903 году изобретателем Винсентом Гроби Эппл из Дейтона, штат Огайо. Некоторые старые автомобили имели как магнитосистему, так и систему, приводимую в действие батареей (см. Ниже), работающие одновременно, чтобы обеспечить надлежащее зажигание при любых условиях с ограниченной производительностью каждой системы, представленной в то время. Это давало преимущества легкого запуска (от аккумуляторной системы) с надежным искрением на скорости (от магнето).

Многие современные системы магнето (за исключением небольших двигателей) удалили вторую (высоковольтную) катушку с самого магнето и поместили ее во внешний узел катушки, аналогичный катушке зажигания, описанной ниже. В этом варианте индуцированный ток в катушке в магнето также протекает через первичную обмотку внешней катушки, в результате создавая высокое напряжение во вторичной обмотке. Такая система называется «системой передачи энергии». Системы передачи энергии обеспечивают максимальную надежность зажигания.

Переключаемые системы

Мощность магнето зависит от скорости двигателя, поэтому запуск может быть проблематичным. Некоторые магнето включают импульсную систему, которая быстро вращает магнит в нужный момент, что облегчает запуск при низких скоростях проворачивания. Некоторые двигатели, такие как самолеты, но также и Ford Model T , использовали систему, которая основывалась на неперезаряжаемых сухих элементах (аналогично большой батарее фонарика и которая не поддерживалась системой зарядки, как на современных автомобилях) для запуска двигателя. или для запуска и работы на низкой скорости. Оператор вручную переключает зажигание на работу от магнето для работы на высокой скорости.

Чтобы обеспечить высокое напряжение для искры от низковольтных батарей, использовался тиклер, который был по сути увеличенной версией когда-то широко распространенного электрического зуммера . В этом устройстве постоянный ток проходит через электромагнитную катушку, которая размыкает пару точек контакта, прерывая ток; в поле магнитных обвалы, снова закрыть подпружиненные точки, схема восстанавливается, и цикл повторяется быстро. Однако быстро схлопывающееся магнитное поле индуцирует высокое напряжение на катушке, которое может снять себя только за счет дуги в точках контакта; в то время как в случае зуммера это проблема, поскольку он вызывает окисление и / или сваривание точек , в случае системы зажигания он становится источником высокого напряжения для работы свечей зажигания.

В этом режиме работы катушка будет непрерывно «гудеть», производя постоянную серию искр. Все устройство было известно как «искровая катушка модели Т» (в отличие от современной катушки зажигания, которая является только фактическим компонентом катушки системы). Спустя долгое время после того, как Model T перестала использоваться в качестве транспорта, они оставались популярным автономным источником высокого напряжения для домашних экспериментаторов, занимающимся электричеством, и появлялись в статьях в таких журналах, как Popular Mechanics, и проектах для школьных научных ярмарок уже в начале 1960-х годов. В Великобритании эти устройства были широко известны как катушки дрожания и были популярны в автомобилях до 1910 года, а также в коммерческих транспортных средствах с большими двигателями примерно до 1925 года для облегчения запуска.

Магнито модели T (встроенное в маховик ) отличалось от современных реализаций тем, что не подавало высокое напряжение непосредственно на выходе; максимальное создаваемое напряжение составляло около 30 вольт, и поэтому его также нужно было пропустить через искровую катушку, чтобы обеспечить достаточно высокое напряжение для зажигания, как описано выше, хотя катушка не будет «гудеть» непрерывно в этом случае, только пройдя один цикл за искру. В любом случае низкое напряжение переключалось на соответствующую свечу зажигания таймером, установленным на передней части двигателя. Он выполнял функцию, эквивалентную современному распределителю , но направляя низкое, а не высокое напряжение, как в распределителе. Опережения зажигания было регулируемым путем поворота этого механизма через рычаг , установленный на рулевой колонке . Поскольку точная синхронизация искры зависит как от «таймера», так и от контактов тремблера внутри катушки, это менее согласовано, чем точки прерывания более позднего распределителя. Однако для низких оборотов и низкой компрессии таких ранних двигателей такая неточная синхронизация была приемлемой.

Аккумуляторное и катушечное зажигание

С повсеместным внедрением электрического запуска для автомобилей и наличием большой батареи для обеспечения постоянного источника электроэнергии, от магнито-систем отказались для систем, которые прерывают ток при напряжении батареи, используя катушку зажигания для повышения напряжения в соответствии с потребностями. зажигания, и распределитель, чтобы направить последующий импульс к правильной свече зажигания в нужное время.

В Benz Patent-Motorwagen и Ford Model T использовалась система зажигания с тремблерной катушкой . Катушка дрожания представляла собой индукционную катушку с батарейным питанием ; вибратор прерывал ток через катушку и вызывал серию быстрых искр во время каждого зажигания. Катушка тремблера будет активирована в соответствующий момент цикла двигателя. В модели T четырехцилиндровый двигатель имел дрожащую катушку для каждого цилиндра; коммутатор (корпус таймера) подавал питание на катушки тремблера. Модель T запускалась от батареи, но затем переключалась на генератор.

Усовершенствованная система зажигания была разработана Dayton Engineering Laboratories Co. (Delco) и внедрена в Cadillac 1910 года . Это зажигание было разработано Чарльзом Кеттерингом и в свое время было чудом. Он состоял из единой катушки зажигания, точек прерывания (выключателя), конденсатора (для предотвращения образования дуги при разрыве) и распределителя (для направления электричества от катушки зажигания к нужному цилиндру).

Точки позволяют нарастать магнитному полю катушки. Когда точки открываются кулачковым механизмом, магнитное поле коллапсирует, вызывая ЭДС в первичной обмотке, которая намного превышает напряжение батареи, и действие трансформатора создает большое выходное напряжение (20 кВ или больше) во вторичной обмотке.

Конденсатор подавляет искрение в местах размыкания; без конденсатора энергия, запасенная в катушке, расходуется на дугу через точки, а не на промежуток свечи зажигания. Система Кеттеринга на долгие годы стала основной системой зажигания в автомобильной промышленности из-за ее более низкой стоимости и относительной простоты.

Современные системы зажигания

Система зажигания обычно управляется ключом зажигания .

Механическое зажигание по времени

В большинстве четырехтактных двигателей используется система электрического зажигания с механической синхронизацией. Сердце системы — дистрибьютор. Распределитель содержит вращающийся кулачок, приводимый в действие приводом двигателя, набор прерывателей, конденсатор, ротор и крышку распределителя. Снаружи распределителя находятся катушка зажигания, свечи зажигания и провода, соединяющие распределитель со свечами зажигания и катушкой зажигания. (см. диаграмму ниже)

Система питается от свинцово-кислотного аккумулятора , который заряжается от электрической системы автомобиля с помощью динамо-машины или генератора переменного тока . Двигатель управляет точками размыкания контактов, которые прерывают ток в индукционной катушке (известной как катушка зажигания).

Катушка зажигания состоит из двух обмоток трансформатора — первичной и вторичной. Эти обмотки имеют общий магнитный сердечник. Переменный ток в первичной обмотке индуцирует переменное магнитное поле в сердечнике и, следовательно, переменный ток во вторичной обмотке. Вторичная обмотка катушки зажигания имеет больше витков, чем первичная. Это повышающий трансформатор, который выдает высокое напряжение из вторичной обмотки. Первичная обмотка подключается к батарее (обычно через токоограничивающий балластный резистор ). Внутри катушки зажигания один конец каждой обмотки соединен вместе. Эта общая точка соединена с переходом конденсатор / контактный выключатель. Другой, высоковольтный, конец вторичной обмотки подключен к ротору распределителя.

Последовательность зажигания начинается с замкнутых точек (или контактного прерывателя). Постоянный ток течет от батареи через ограничивающий ток резистор, через первичную катушку, через замкнутые точки прерывателя и, наконец, обратно в батарею. Этот ток создает магнитное поле внутри сердечника катушки. Это магнитное поле образует резервуар энергии, который будет использоваться для возбуждения искры зажигания.

Когда коленчатый вал двигателя вращается, он также поворачивает вал распределителя на половину скорости. В четырехтактном двигателе коленчатый вал дважды поворачивается за цикл зажигания. К валу распределителя прикреплен многолепестковый кулачок; на каждый цилиндр двигателя приходится по одному кулачку. Подпружиненный трущийся блок следует за лопастными частями контура кулачка и контролирует открытие и закрытие точек. В течение большей части цикла трущийся блок удерживает точки закрытыми, чтобы позволить току нарастать в первичной обмотке катушки зажигания. Когда поршень достигает вершины цикла сжатия двигателя, выступ кулачка становится достаточно высоким, чтобы открывать точки прерывателя. Открытие точек останавливает ток через первичную катушку. Без постоянного тока через первичную обмотку магнитное поле, генерируемое в катушке, немедленно разрушается. Эта высокая скорость изменения магнитного потока индуцирует высокое напряжение во вторичных обмотках катушки, что в конечном итоге приводит к возникновению дуги в зазоре свечи зажигания и воспламенению топлива.

История возникновения искры немного сложнее. Катушка зажигания предназначена для создания искры, которая прыгает через зазор свечи зажигания, который может составлять 0,025 дюйма (0,64 мм) (она также должна преодолевать зазор между ротором и стойкой распределителя). В момент открытия точек зазор между точками намного меньше, скажем, около 0,00004 дюйма (0,001 мм). Необходимо что-то сделать, чтобы точки не искрились при разделении; если точки имеют дугу, они будут истощать магнитную энергию, предназначенную для свечи зажигания. Конденсатор (конденсатор) выполняет эту задачу. Конденсатор временно поддерживает протекание первичного тока, поэтому напряжение на точках ниже напряжения дуги точки. Существует гонка: напряжение на точках увеличивается по мере того, как первичный ток заряжает конденсатор, но в то же время увеличивается расстояние между точками (и, как следствие, напряжение дуги). В конечном итоге расстояние между точками увеличится до 0,015 дюйма (0,38 мм), максимального расстояния между точками.

Помимо того, что напряжение остается ниже напряжения дуги, система зажигания поддерживает напряжение в точках ниже напряжения пробоя для воздушного зазора, чтобы предотвратить тлеющий разряд между точками. Такой тлеющий разряд быстро переходит в дугу, и дуга препятствует зажиганию свечи зажигания. Минимальное напряжение для тлеющего разряда в воздухе составляет около 320 В. Следовательно, емкость конденсатора выбрана так, чтобы напряжение на точках было меньше 320 В. Предотвращение образования дуги в точках при их разделении является причиной катушки зажигания. включает вторичную обмотку, а не использует простой индуктор . Если трансформатор имеет соотношение 100: 1, то вторичное напряжение может достигать 30 кВ.

Высоковольтный выход катушки зажигания подключен к ротору, который находится на верхней части вала распределителя. Ротор окружает крышка распределителя . Устройство последовательно направляет вывод вторичной обмотки на соответствующие свечи зажигания. Высокое напряжение от вторичной обмотки катушки (обычно от 20 000 до 50 000 вольт) вызывает образование искры в зазоре свечи зажигания, которая, в свою очередь, воспламеняет смесь сжатого воздуха и топлива в двигателе. Это создание этой искры, которая потребляет энергию, запасенную в магнитном поле катушки зажигания.

В плоском двухцилиндровом двигателе Citroën 2CV 1948 года использовалась одна двухсторонняя катушка без распределителя и только прерыватели контактов в системе с отработанной искрой .

Некоторые двухцилиндровые мотоциклы и мотороллеры имели две точки контакта, питающие двойные катушки, каждая из которых была подключена напрямую к одной из двух свечей зажигания без распределителя; например, BSA Thunderbolt и Triumph Tigress .

Высокопроизводительные двигатели с восемью или более цилиндрами, которые работают на высоких оборотах (например, используемые в автоспорте), требуют как более высокой скорости искры, так и более высокой энергии искры, чем может обеспечить простая цепь зажигания. Эта проблема решается с помощью любой из этих адаптаций:

• Могут быть предоставлены два полных набора катушек, прерывателей и конденсаторов — по одному на каждую половину двигателя, который обычно имеет конфигурацию V-8 или V-12. Хотя две половины системы зажигания электрически независимы, они обычно используют один распределитель, который в данном случае содержит два выключателя, приводимых в действие вращающимся кулачком, и ротор с двумя изолированными проводящими плоскостями для двух входов высокого напряжения.
• У одиночного выключателя, приводимого в действие кулачком и возвратной пружиной, частота искры ограничивается из-за появления дребезга контактов или смещения контакта при высоких оборотах. Этот предел можно преодолеть, заменив прерыватель «парой прерывателей» (также называемых «двойными точками»), которые электрически соединены параллельно, но разнесены на противоположных сторонах кулачка, поэтому они приводятся в действие не в фазе. Затем каждый прерыватель переключает поток тока с половинной скоростью, чем у одиночного прерывателя, и время «выдержки» для нарастания тока в катушке увеличивается до максимума, поскольку он распределяется между прерывателями, один набор контактов является парой «замыкающих», а второй — замыкающей. «сломать» пару. Двигатель Lamborghini V-8 имеет обе эти адаптации и поэтому использует две катушки зажигания и один распределитель, который содержит 4 контактных выключателя.

Система на основе распределителя не сильно отличается от системы магнето, за исключением того, что в ней задействовано больше отдельных элементов. У такой схемы есть также свои преимущества. Например, положение точек размыкателя контактов относительно угла поворота двигателя может быть изменено на небольшую величину динамически, что позволяет автоматически увеличивать угол опережения зажигания с увеличением числа оборотов в минуту (об / мин) или повышенным вакуумом в коллекторе , обеспечивая лучшую эффективность и производительность.

Однако необходимо периодически проверять максимальный зазор размыкания выключателя (ов) с помощью щупа, поскольку эта механическая регулировка влияет на время ожидания, в течение которого обмотка заряжается, и выключатели должны быть переоборудованы или заменены, когда они были изъедены электрической дугой. Эта система использовалась почти повсеместно до 1972 года, когда начали появляться электронные системы зажигания.

Электронное зажигание

Недостатком механической системы является использование точек прерывания для прерывания низкого напряжения высокого тока через первичную обмотку катушки; Острия подвержены механическому износу, когда кулачок открывается и закрывается, а также окислению и горению на контактных поверхностях из-за постоянного искрения. Они требуют регулярной регулировки для компенсации износа, а размыкание контактных прерывателей, отвечающих за синхронизацию зажигания, подвержено механическим изменениям.

Кроме того, напряжение искры также зависит от эффективности контакта, а плохое искрение может привести к снижению эффективности двигателя. Система механического контактного прерывателя не может контролировать средний ток зажигания более 3 А, при этом обеспечивая разумный срок службы, и это может ограничивать мощность искры и конечную скорость двигателя.

Электронное зажигание (EI) решает эти проблемы. В первоначальных системах точки все еще использовались, но они обрабатывали только слабый ток, который использовался для управления высоким первичным током через твердотельную систему переключения. Вскоре, однако, даже эти точки контакта выключателя были заменены на угловой датчик некоторого вида — либо оптический , где а лопаточный ротор перерывы светового пучка, или более широко , используя датчик эффекта Холла , который реагирует на вращающийся магнит , установленный на распределителе вал. Выходной сигнал датчика формируется и обрабатывается соответствующей схемой, а затем используется для запуска переключающего устройства, такого как тиристор , который переключает большой ток через катушку.

Первое электронное зажигание (типа с холодным катодом ) было испытано в 1948 году компанией Delco-Remy , в то время как Лукас представил транзисторное зажигание в 1955 году, которое использовалось в двигателях BRM и Coventry Climax Formula One в 1962 году. В том же году на вторичном рынке начали предлагать EI, доступны как AutoLite Electric Transistor 201, так и Tung-Sol EI-4 (тиратронный емкостный разряд). Pontiac стал первым автопроизводителем, предложившим дополнительный EI, магнитный импульсный запуск Delcotronic без прерывателя на некоторых моделях 1963 года; он также был доступен на некоторых Корветах . Первое коммерчески доступное полностью твердотельное зажигание емкостного разряда (SCR) было произведено компанией Hyland Electronics в Канаде также в 1963 году. Ford установил разработанную FORD систему без прерывателя на Lotus 25, представленные в Индианаполисе в следующем году, провела испытания в 1964 году. и начала предлагать дополнительный EI на некоторых моделях в 1965 году. Эта электронная система использовалась на GT40, рекламируемых Shelby American и Holman and Moody. Роберт С. Хогл, Ford Motor Company, представил «Система зажигания и электроснабжения Mark II-GT», публикация № 670068, на Конгрессе SAE, Детройт, штат Мичиган, 9-13 января 1967 года. Начиная с 1958 года, Эрл У. Мейер в Chrysler работал над EI, продолжаясь до 1961 года, и в результате в 1963 и 1964 годах EI использовался на полусфере NASCAR компании .

CD-65 Perst-O-Lite , основанный на емкостном разряде, появился в 1965 году и имел «беспрецедентную гарантию 50 000 миль». (Это отличается от системы Perst-O-Lite без CD, представленной на продуктах AMC в 1972 году и сделанной в качестве стандартного оборудования для модели 1975 года.) Аналогичное устройство для компакт-дисков было доступно от Delco в 1966 году, которое было необязательным для Oldsmobile , Pontiac. , и автомобили GMC в 1967 модельном году. Также в 1967 году Motorola представила свою безоткатную систему компакт-дисков. Самым известным электронным зажиганием на вторичном рынке, которое дебютировало в 1965 году, было зажигание емкостного разряда Delta Mark 10, которое продавалось в сборе или в комплекте.

Fiat Dino был первым серийным автомобилем в стандартной комплектации с ЭИ в 1968 году, а затем Jaguar XJ Series 1 в 1971 году, Chrysler (после 1971 года суд) в 1973 году , и Форд и GM в 1975 году.

В 1967 году Прест-O-Lite сделал усилитель зажигания «черный ящик», предназначенный принять нагрузку с прерывателя дистрибьютора при высоких прогонов оборотов в минуту, который использовался на Dodge и Plymouth на их фабрике Супер Stock Coronet и Бельведер перетащить гонщиками . Этот усилитель был установлен на внутренней стороне брандмауэра автомобилей и имел канал, по которому поступал наружный воздух для охлаждения устройства. Остальная часть системы (распределитель и свечи зажигания) остается как механическая система. Отсутствие движущихся частей по сравнению с механической системой приводит к большей надежности и увеличению интервалов обслуживания.

Компания Chrysler представила систему зажигания без прерывателя в середине 1971 года в качестве опции для своих 340 V8 и 426 Street Hemi . Для модели 1972 года система стала стандартной для его высокопроизводительных двигателей (340 куб. Дюймов (5,6 л) и четырехцилиндрового карбюратора — 400 л.с. (298 кВт) 400 куб. Дюймов (7 л)). вариант на его 318 куб. дюймов (5,2 л), 360 куб. дюймов (5,9 л), двухбаллонных 400 куб. дюймов (6,6 л) и низкопроизводительных 440 куб. дюймов (7,2 л). Безконтактное зажигание было стандартизировано для всего модельного ряда 1973 года.

Для более старых автомобилей обычно возможно дооснащение системой EI вместо механической. В некоторых случаях современный распределитель будет соответствовать более старому двигателю без каких-либо других модификаций, например, распределитель HEI производства General Motors , комплект для преобразования электронного зажигания Hot-Spark и система без прерывателя Chrysler.

Другие нововведения в настоящее время доступны на различных автомобилях. В некоторых моделях, вместо одной центральной катушки, на каждой свече зажигания есть отдельные катушки, иногда называемые прямым зажиганием или катушкой на свече (COP). Это позволяет катушке дольше накапливать заряд между искрами, и, следовательно, искры с большей энергией. В одном из вариантов каждая катушка управляет двумя заглушками на цилиндрах, которые сдвинуты по фазе на 360 градусов (и поэтому одновременно достигают верхней мертвой точки (ВМТ)); в четырехтактном двигателе это означает, что одна свеча будет зажигать искру в конце такта выпуска, в то время как другая загорается в обычное время, так называемая конструкция » потраченной искры «, которая не имеет недостатков, кроме более быстрой эрозии свечи зажигания; парные цилиндры — 1/4 и 2/3 на четырехцилиндровых двигателях, 1/4, 6/3, 2/5 на шестицилиндровых двигателях и 6/7, 4/1, 8/3 и 2/5 на двигателях V8. . В других системах распределитель не используется в качестве синхронизирующего устройства и используется магнитный датчик угла поворота коленчатого вала, установленный на коленчатом валу для своевременного включения зажигания.

Цифровые электронные зажигания

На рубеже 21-го века цифровые электронные модули зажигания стали доступны для небольших двигателей, таких как бензопилы , триммеры , воздуходувки и газонокосилки . Это стало возможным благодаря низкой стоимости, высокой скорости и компактности микроконтроллеров. Цифровые электронные модули зажигания могут быть выполнены в виде систем зажигания конденсаторным разрядом (CDI) или индукционного зажигания (IDI). Цифровые системы зажигания емкостного разряда накапливают заряженную энергию искры в конденсаторе внутри модуля, которая может быть передана в свечу зажигания практически в любое время в течение цикла двигателя с помощью управляющего сигнала от микропроцессора. Это обеспечивает большую гибкость синхронизации и производительность двигателя; особенно когда он разработан вместе с карбюратором двигателя .

Управление двигателем

В системе управления двигателем (EMS) электроника контролирует подачу топлива и угол зажигания. Основными датчиками в системе являются угол поворота коленчатого вала (положение коленчатого вала или ВМТ), поток воздуха в двигатель и положение дроссельной заслонки . Схема определяет, в каком цилиндре и в каком количестве требуется топливо, открывает необходимую форсунку для подачи топлива, а затем вызывает искру в нужный момент, чтобы сжечь его. Ранние системы EMS использовали для этого аналоговый компьютер , но по мере того, как встраиваемые системы упали в цене и стали достаточно быстрыми, чтобы успевать за изменяющимися входами на высоких оборотах, начали появляться цифровые системы.

Некоторые конструкции, использующие EMS, сохраняют оригинальную катушку зажигания, распределитель и провода высокого напряжения, которые использовались на автомобилях на протяжении всей истории. Другие системы вообще обходятся без распределителя и имеют отдельные катушки, установленные непосредственно на каждой свече зажигания. Это устраняет необходимость как в распределителе, так и в проводах высокого напряжения, что сокращает объем технического обслуживания и увеличивает долгосрочную надежность.

Современные EMS считывают данные с различных датчиков о положении коленчатого вала, температуре впускного коллектора, давлении во впускном коллекторе (или объеме всасываемого воздуха), положении дроссельной заслонки, топливной смеси через датчик кислорода, детонации через датчик детонации и датчиках температуры выхлопных газов. Затем EMS использует собранные данные, чтобы точно определить, сколько топлива нужно подавать, а также когда и на сколько опустить угол опережения зажигания. С электронными системами зажигания отдельные цилиндры могут иметь собственное индивидуальное регулирование времени, так что синхронизация может быть максимально агрессивной для каждого цилиндра без детонации топлива. В результате сложные электронные системы зажигания могут быть как более экономичными, так и более эффективными по сравнению с их аналогами.

Турбинные, реактивные и ракетные двигатели

Газотурбинные двигатели, в том числе реактивные , имеют систему CDI, в которой используется одна или несколько свечей зажигания, которые используются только при запуске или в случае гашения пламени камеры сгорания .

Особенно критичны системы зажигания ракетных двигателей . Если быстрое воспламенение не происходит, камера сгорания может заполниться избытком топлива и окислителя, и может возникнуть значительное избыточное давление (« жесткий запуск ») или даже взрыв . В ракетах часто используются пиротехнические устройства, которые создают пламя по поверхности пластины инжектора , или, в качестве альтернативы, гиперголические порохы, которые самопроизвольно воспламеняются при контакте друг с другом. В последних типах двигателей полностью отсутствуют системы зажигания, и они не могут испытывать резких запусков, но топливо очень токсично и вызывает коррозию.

Назначение системы зажигания в автомобиле, основные неисправности

Искровое зажигание подготовленной горючей смеси в цилиндрах является основой работы бензинового двигателя. Другие способы воспламенения тут не годятся из-за низкой антидетонационной способности лёгких нефтяных фракций. Надо инициировать горение строго в определённое время и очень надёжно. Для этого разработана и непрерывно совершенствуется система зажигания.

Принцип работы

Двух- и четырёхтактные двигатели требуют воспламенения в конце такта сжатия заранее загруженной смеси паров бензина с воздухом. В определённой концентрации, за соблюдением которой строго следит система питания, смесь воспламеняется достаточно легко, кроме экстремальных случаев предельного режима или сверхбедного состава особо экономичных моторов.

В любом случае, искра должна быть достаточно мощной. Для этого к искровому промежутку подводится очень высокое напряжение, составляющее десятки киловольт. При атмосферном давлении было бы достаточно и меньшего напряжения, но в конце такта сжатия при солидной компрессии двигателя с высоким КПД оно будет превышено на порядок и более.

Искровой разряд создаёт некоторое количество плазмы, то есть ионизированного газа со сверхвысокой температурой. Подобные условия и инициирует горение, после чего фронт пламени с большой скоростью распространяется по всему объёму камеры сгорания.

Высокое напряжение должно быть создано в точно заданный момент и иметь характеристики импульса, иначе разряд будет поддерживаться постоянно, что неприемлемо. Для этого создаются высоковольтные импульсные источники энергии поджога, которые могут иметь самую различную конфигурацию и принципы построения.

Разновидности систем зажигания

Разные способы построения системы не существуют параллельно, они сменяют одна другую в процессе эволюции. Как должна выглядеть идеальная система инженеры знали всегда, но не сразу в мире появилась необходимая элементная база, материалы и технологии.

Контактные

Контактная система зажигания, иначе называемая батарейной, выглядит наиболее просто.

В её состав входят:

• контактный прерыватель, представляющий собой пару металлических площадок, соединяющихся между собой в момент прохождения управляющего кулачка;
• катушка зажигания, это высоковольтный трансформатор, имеющий две обмотки, одну на малой количество витков толстого провода, а вторую многовитковую, соединённую с выходным высоковольтным наконечником;
• высоковольтные провода с прочной изоляцией, соединяющие выход катушки с распределителем и его выходные контакты со свечами;
• распределитель зажигания, содержащий ротор, вращающийся в такт с двигателем и указывающий на контакт нужного цилиндра, когда в нём поршень подходит к верхней мёртвой точке такта сжатия;
• конденсатор, накапливающий энергию паразитных выбросов на обмотках катушки;
• автоматические корректоры момента зажигания, обычно центробежный и вакуумный.

Система далека от совершенства, значительную мощность разряда обеспечить в ней сложно, а контакты склонны к обгоранию и износу. В настоящее время устарела и не используется.

Бесконтактные

Практически устроена так же, но в ней механические контакты заменены на датчик, управляющий работой мощного импульсного усилителя, нагруженного на первичную обмотку катушки.

Проблем с таким построением значительно меньше, а мощность увеличена. Рабочий ток катушки протекает не через обгорающие контакты, а через силовой транзистор, не подверженный износу или проблемам с регулируемым зазором.

Укрупнённо все бесконтактные системы можно разделить на транзисторные и тиристорные, отличающиеся режимами работы силового ключа.

Если транзистор полностью функционально имитирует контакты с улучшением характеристик, то тиристор открывается для разряда специально установленного высоковольтного конденсатора, который разряжается на катушку, многократно увеличивая напряжение. В

настоящее время тиристоры в зажигании забыты, а транзисторы используются лишь как силовые драйверы контроллеров управления двигателем.

Микропроцессорная

Следующим этапом развития бесконтактных систем стало внедрение быстродействующих микропроцессорных блоков в качестве посредников между датчиками и катушками.

С их помощью стало возможно создание адаптивных систем, учитывающих текущий режим двигателя без применения громоздких и ненадёжных механических регуляторов.

Электронный блок, построенный по структуре микрокомпьютера, собирает информацию от многочисленных датчиков:

• обороты двигателя;
• мгновенное угловое положение коленвала;
• степень открытия дроссельной заслонки;
• температура охлаждающей жидкости;
• расход воздуха или абсолютное давление во впускном коллекторе;
• температура всасываемого воздуха;
• содержание кислорода в выхлопных газах;
• появление детонационных процессов.

Более сложные системы учитывают и многое другое, а конечным выходом системы будет точно вычисленный момент подачи искры в каждый цилиндр. Наличие нескольких катушек зажигания избавляет от механического распределителя.

Устройство

Технически система содержит ряд узлов, расположенных в моторном отсеке, на двигателе или в салоне автомобиля.

Источник питания

Питается система зажигания от бортовой сети автомобиля, обычно без предохранителя, чтобы не снижать надёжность. Включение питания происходит от замка с ключом, который управляет мощным реле, поскольку ток потребляется значительный.

Выключатель

В последнее время выключатель зажигания лишь инициирует рабочий режим электронного блока управления двигателем (ЭБУ), который сам подаёт питание на реле отдельных устройств, платы управления, силовые ключи, бензонасос и вентилятор охлаждения. Если зажигание включено, а двигатель не запущен, то потребление тока автоматически сводится к минимуму.

Накопитель энергии

В качестве накопителя сейчас почти повсеместно используется магнитное поле сердечников катушек зажигания. В нужный момент силовой ключ открывается, по первичной цепи трансформатора начинает протекать нарастающий ток, что вызывает увеличение магнитного потока.

После закрывания транзистора вся накопленная энергия через вторичную обмотку расходуется на искровой разряд в свече.

Свечи

Свеча выступает в роли важнейшего элемента, поскольку трудится в очень сложных условиях. Искру надо обеспечит при высоком давлении в точно определённый момент, при этом выступающие в цилиндр части не должны перегреваться или охлаждаться до такой степени, что их забросает смесью, маслом или продуктами горения. Поэтому свечи подбираются по калильному числу под конкретный двигатель.

Для увеличения срока службы в состав электродов вводятся платина или иридий. Такие свечи могут выполняться с заострённым тонким центральным электродом, что повышает напряжённость поля и улучшает искрообразование. Традиционные сплавы при такой конфигурации быстро изнашиваются от электрической и тепловой эрозии.

Система распределения зажигания

Распределение икры по цилиндрам выполняется различными способами, механическими и электронными. Иногда искра с целью упрощения подаётся одновременно в два цилиндра сразу, но поскольку в одном из них в этот момент происходит такт выпуска, то это ни на что не повлияет.

Распределитель (трамблёр)

Самый простой распределитель содержит бегунок с контактом, вращающийся через привод от коленвала. Синхронизация обеспечивает его положение точно напротив нужного выходного высоковольтного наконечника, куда и уходит разряд. Гальванического контакта тут нет, небольшой промежуток легко пробивается мощным выходом катушки.

Коммутатор

Так принято называть транзисторный блок, принимающий сигнал датчика, установленного вместо контактов прерывателя. На самом деле блок ничего не коммутирует, а просто усиливает слабый сигнал до величины, способной запасти нужную энергию в катушке. Состоит из управляющей электронной схемы и силового транзисторного ключа.

Блок управления

В сложных системах все элементы, кроме катушек и датчиков, объединены в управляющем блоке. Он содержит приёмные усилители сигналов датчиков, микропроцессорное устройство обработки информации, обычно совмещающее управление впрыском и зажиганием, а также драйверы – мощные выходные транзисторные ключи.

Высоковольтные провода

В последние десятилетия от высоковольтных проводов, ранее соединявших выходы катушек с наконечниками свечей зажигания, отказываются.

Ненадёжная изоляция и трудности с обеспечением перезаряда паразитных ёмкостей, поэтому на современном автомобиле этих проводов нет, а на каждую свечу надета персональная одноконтактная катушка.

Основные неисправности

Блок управления постоянно отслеживает равномерность вращения вала двигателя. В случае неполадок с зажиганием он выдаёт сигнал о наличии пропусков зажигания в отдельных цилиндрах. При полном отказе двигатель вообще не запускается или работает не на всех цилиндрах.

Причины могут быть разными:

• отказ свечей из-за брака или несвоевременной замены, о чём не все водители знают;
• пробой изоляции катушек зажигания, как следствие несвоевременной замены свечей и нештатного увеличения их искрового зазора;
• выгорание силовых транзисторных ключей в блоке управления по разным причинам, обычно заводской брак;
• отказ основных датчиков, в современных системах это датчик положения коленвала, в устаревших – датчик Холла в трамблёре;
• в батарейных системах обгорание контактов и пробой конденсатора;
• в системах с распределителем зажигания часто пробивает бегунок, крышку с контактами или выгорает помехозащитный резистор;
• полный отказ наступает при обгорании контактной группы в замке зажигания, вся система остаётся без питания.

Обслуживание системы сводится к плановой замене свечей. Обычные медноникелевые следует менять каждые 10-15 тысяч километров пробега, а с содержанием благородных металлов – примерно через 60 тысяч. Иначе придётся вместе с ними заменить и катушки зажигания, что значительно дороже.

https://ru.qaz.wiki/wiki/Ignition_system
https://autovogdenie.ru/sistema-zazhiganiya-avto.html