Устройство системы зажигания автомобиля

Электронное зажигание

Основная статья: Электронное зажигание

Блок электронного зажигания, СССР, 1980-е годы. Самостоятельно подключался к «классической» батарейной системе зажигания автомобиля. Тумблером электронное зажигание могло быть отключено, переменным резистором водитель регулировал опережение зажигания (например, уменьшал при запуске холодного двигателя).

Через контакты прерывателя «классической» системы зажигания протекает большой ток, вызывающий их быстрый износ, а также сила тока низкого напряжения зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. После появления полупроводниковых элементов (тиристоров и транзисторов) стали выпускаться электронные системы зажигания, вначале контактные, как дополнение к «классической», затем бесконтактные.

В контактной электронной системе зажигания через прерыватель проходит малый ток, собственно прерыватель вызывает срабатывание электронной схемы коммутатора, формирующей импульс в первичной обмотке катушки зажигания. Благодаря электронным компонентам напряжение в первичной обмотке может быть повышено, при запуске двигателя коммутатор может выдавать несколько импульсов подряд, облегчая воспламенение топливной смеси, водитель может со своего места легко регулировать момент зажигания.

Так, на автомобилях ЗИЛ-130, ЗИЛ-131 и ГАЗ-53 штатно устанавливалась контактно-транзисторная система зажигания. В СССР в продажу поступали блоки электронного зажигания («Ока», «Искра», «Искра-2» и др.), которые автолюбители самостоятельно устанавливали на свои «Запорожцы», «Жигули» и «Москвичи». Блок электронного зажигания мог быть легко отключен при его неисправности.

Системы с накоплением энергии в индуктивности

Системы с накоплением энергии в индуктивности (транзисторные) занимают доминирующее положение в технике. Принцип действия — при протекании электрического тока от внешнего источника через первичную обмотку катушки зажигания катушка запасает энергию в своём магнитном поле, при прекращении этого тока ЭДС самоиндукции генерирует в обмотках катушки мощный импульс, который снимается со вторичной (высоковольтной) обмотки, и подаётся на свечу. Напряжение импульса достигает 20—40 тысяч вольт без нагрузки. Реально, на работающем двигателе напряжение высоковольтной части определяется условиями пробоя искрового промежутка свечи зажигания в конкретном рабочем режиме, и колеблется от 3 до 30 тысяч вольт в типичных случаях. Прерывание тока в обмотке долгие годы осуществлялось обычными механическими контактами, сейчас стандартом стало управление электронными устройствами, где ключевым элементом является мощный полупроводниковый прибор: биполярный или полевой транзистор.

Принципиальная схема транзисторного электронного контактного зажигания.При размыкании контактов прерывателя S1 электронная схема формирует импульс электрического тока в первичной обмотке катушки зажигания обозначенной на схеме Trafo1.

Системы с накоплением энергии в ёмкости

Программируемая цифровая система зажигания с накоплением энергии в конденсаторе Phlox II фирмы HEINZMANN GmbH

Системы с накоплением энергии в ёмкости (они же «конденсаторные» или «тиристорные») появились в середине 1970-х годов в связи с появлением доступной элементной базы и возросшим интересом к роторно-поршневым двигателям. Конструктивно они практически аналогичны описанным выше системам с накоплением энергии в индуктивности, но отличаются тем, что вместо пропускания постоянного тока через первичную обмотку катушки к ней подключается конденсатор, заряженный до высокого напряжения (типично от 100 до 400 вольт). То есть обязательными элементами таких систем являются преобразователь напряжения того или иного типа, чья задача — зарядить накопительный конденсатор, и высоковольтный ключ, подключающий данный конденсатор к катушке. В качестве ключа, как правило, используются тиристоры. Недостатком данных систем является конструктивная сложность, и недостаточная длительность импульса в большинстве конструкций, достоинством — крутой фронт высоковольтного импульса, делающий систему менее чувствительной к забрызгиванию свечей зажигания, характерному для роторно-поршневых двигателей.

Существуют также конструкции, объединяющие оба принципа, и имеющие их достоинства, но, как правило, это любительские или экспериментальные конструкции, отличающиеся высокой сложностью изготовления.

Устройство прерывателя распределителя

Основной узел прерывателя – пара контактов, которые находятся в сжатом состоянии под усилием пластинчатой пружины. Размыкание контактов происходит под действием кулачков на валу трамблера, которые перемещают пластиковую подушку подвижного контакта.

Работа прерывателя во многом зависит от угла замкнутого состояния контактов и момента их размыкания, который определяет угол опережения зажигания, в чем и заключается работа пары контактов.

Угол опережения зажигания изменяется под воздействием вакуумного и центробежного регуляторов в зависимости от оборотов и режима работы двигателя.

Практика показала, что большое внимание следует уделять именно контактам, так как они наиболее подвержены износу, коррозии и загрязнениям, что со временем искажает сигнал на катушку зажигания. Все эти несоответствия могут привести к отсутствию искры на свече

При износе пластиковой подушки подвижного контакта искра на свече может появляться с запаздыванием, что говорит о изменение зазора между контактами прерывателя. Регулировку зазора между контактами прерывателя следует проводить каждые 10 тыс. км.

Со временем изнашиваются и подшипники подвижного основания контактной группы, а также вала распределителя. В результате зазор между контактами может «плавать». Вследствие этого ухудшаются пусковые характеристики двигателя, обороты холостого хода плавают, двигатель работает под нагрузкой неустойчиво, снижается разгонная динамика автомобиля. На ресурс контактной пары может влиять выход из строя конденсатора, который предназначен для исключения подгорания контактов.

Неисправность конденсатора диагностируется при снижении напряжения во вторичной цепи системы зажигания, как следствие падает мощность искрового разряда между электродами свечей.

Устранить проблемы с контактами трамблера можно выровняв рабочие плоскости бархатным надфилем, после чего тщательно прочистить их ветошью смоченной в бензине. Затем отрегулируйте зазор между контактами прерывателя и момент размыкания. Изношенные подшипники вала распределителя, стертые кулачок и подушку, поврежденные контакты, поломанный конденсатор необходимо заменить. Для нормальной работы узла, необходимо провести ремонт прерывателя распределителя (трамблера).

Глобальное решение проблемы с траблером – переход с классической системы зажигания на электронную систему зажигания с прерывателем-распределителем, со встроенным датчиком Холла. Для этого вам потребуется узнать как установить электронную систему зажигания.

Назначение прерывателя-распределителя в том, что он индуцирует ток высокого напряжения и направляет его в камеру сгорания бензинового инжекторного или карбюраторного двигателя. В народе узел называют трамблер, что в переводе с французского означает прерыватель, вибратор, он бывает для контактной системы зажигания и для бесконтактной системы зажигания. Устройство прерывателя-распределителя отличается рабочими элементами, а у контактного и бесконтактного распределителя одинаковая конструкция.

У контактного распределителя есть контакты, у бесконтактного прерывателя их нет и стоит либо датчик Холла, либо индуктивная катушка. Работа и устройство прерывателя зависят от автомобиля, на котором он установлен. На военной технике устанавливали экранированные трамблеры, чтобы авто могло ездить в воде. Распределитель состоит из корпуса, в нем на втулке вращается вал. В нижней части вала есть поперечный пропил, который смещен в сторону, чтобы только в определенном положении можно было бы установить прерыватель.

Кулачковая муфта опережения зажигания и центробежная муфта находятся в верхней части у вала прерывателя. Подшипник расположен в верхней части корпуса, на нем имеется диск с вольфрамовыми контактами неподвижным и подвижным. Чтобы уменьшить пригорание, параллельно с контактами включен конденсатор. Бегунок вставляют на вал трамблера и накрывают крышкой. Внизу снаружи корпуса крепят октан-корректор, а сбоку крепится вакуумный корректор угла опережения зажигания.

Электронное зажигание

Данная система исключает использование движущихся механических деталей. Достигается это благодаря применению специальных датчиков и блока управления. Создание искры, а также момент ее подачи на определенную свечу осуществляются более точно, чем в системах, которые используют механические распределители. В сумме это дает хорошую возможность улучшить работу силовой установки автомобиля, а также существенно увеличить мощность, не увеличивая расхода топлива. Система отличается очень высокой надежностью и качеством исполнения поставленных задач. Такая электронная система зажигания используется на многих современных автомобилях, благодаря высокой надежности и отличным рабочим параметрам.

Контактная система зажигания принцип работы.

Генератором высоковольтных импульсов является катушка зажигания, которая работает по принципу повышающего трансформатора. Она соединена с контактами прерывателя. При замкнутом состоянии его контактов, по первичной катушке протекает ток, создавая магнитное поле, силовые линии которого пронизывают вторичную обмотку.

После размыкания контактов магнитное поле пропадает, что приводит к появлению тока индукции во вторичной обмотке, равному 16 -18 кВ. В первичной катушке в этот момент образуется ток самоиндукции, равный примерно 300В, направленный в противоположную сторону от прерываемого тока.

Контактная система зажигания отчего зависит вторичное напряжение

Наличие и сила вторичного напряжения зависит от силы и скорости уменьшения тока самоиндукции в первичной обмотке. Именно ток, возникающий в первичной цепи катушки вызывает, искрение и подгорание контактов прерывателя. Для уменьшения этого эффекта, параллельно контакта подключается конденсатор, который заряжается в момент разрыва контактов и разряжается при появлении тока самоиндукции, ускоряя процесс его угасания.

Конденсатор подбирается для системы зажигания индивидуально для каждого типа двигателя. Его ёмкость обычно находятся в диапазоне 0,17 – 0,35мкФ и любое отклонение приводит к снижению вторичного напряжения.

Для воспламенения рабочей смеси достаточно вторичное напряжения равного 8 – 12 к В. Так как при распределении высокого напряжения и при протекании его по проводам и свечам существуют потери, то для надёжной работы системы вторичное напряжение должно быть 16 – 25 к В. Кроме того повышенное напряжение необходимо для воспламенения бедной смеси при неисправности топливной системы.

Ещё на вторичное напряжение влияет время замкнутого и разомкнутого состояния контактов. Эти величины зависят от профиля кулачка прерывателя и величины зазора и подбираются, как и конденсаторы индивидуально для каждого типа двигателя.

Во время эксплуатации при изменении зазора или износе кулачка происходит снижение вторичного напряжения. При уменьшении зазора и как следствие увеличении угла замкнутого состояния контактов, увеличивается искрение и подгорание контактов прерывателя, а так же медленно исчезает ток самоиндукции.

При увеличенном зазоре уменьшается угол замкнутого состояния, что приводит к снижению силы тока первичной обмотке, хотя и уменьшает искрение на контактах.

Вторичное напряжение по высоковольтному проводу передаётся на центральный вывод распределителя зажигания. Ротор (бегунок) распределителя соединён с валом прерывателя через центробежный регулятор опережения зажигания и при вращении соединяет центральный вывод с боковыми электродами, которые соединены со свечами. Центральный вывод распределителя соединён с бегунком через угольный электрод, ток с которого стекает с его бокового контакта на боковые электроды крышки, а с них по высоковольтным проводам к свечам зажигания.

Для снижения потерь тока между бегунком и боковыми электродами зазор между ними всего несколько микрон, поэтому в процессе эксплуатации не стоит скоблить и зачищать боковые контакты, что значительно увеличит зазор и снижение вторичного напряжения.

Строение катушки зажигания

Принцип работы легче представить, если знать, как устроена бобина и её составляющие элементы. Автомобильная катушка зажигания – устройство с сердечником из железа, который усиливает магнитное поле. Вокруг него наматывается вторичная обмотка (до 30000 витков). Поверх располагается первичная обмотка, имеющая 100-300 обмоток. Обмотки с одной стороны скрепляются между собой, а другие концы уходят к аккумулятору – от первичной обмотки, к трамблеру – от вторичной. Скреплённые между собой концы обвивки присоединяются к коммутатору тока. Поверх устройства устанавливается корпус с крышкой с изоляцией. Бобина наполняется трансформаторным маслом, чтобы избежать нагрева от тока.

Катушка зажигания

Принцип действия бобины

Как работает катушка?

1. Постоянный ток идёт сквозь первичную обвивку.
2. Поршень поднимается к верхней точке.
3. При образовании искры цепь разрывается коммутатором.
4. Вследствие чего образуется высокое напряжение во вторичке, которое по высоковольтным проводам идёт к свече.
5. В свече цилиндра происходит образование искры.
6. Начинается сгорание топлива.

На разных видах автотранспорта могут применяться бобины, имеющие не один вывод:

• в двигателях с чётным количеством цилиндров искра возникает на первой и второй свече одновременно, для чего нужна двухискровая катушка. Горючее сгорает в одном из цилиндров, во втором происходит разряжение искры;
• индивидуальные катушки зажигания используются, когда у всех свечей есть отдельные бобины, но обвивки перемещаются: первичная (с внутренним сердечником) уйдёт под вторичную (имеет наружный сердечник). Напряжение высокого характера из вторички направляется на свечу зажигания через наконечник. Диод высокого напряжения позволяет вторичной обвивке усекать поступление тока.

Параметры оценки катушки зажигания:

• индуктивность: первичная обмотка позволяет сберегать некоторое количество энергии. Высокий показатель индуктивности говорит о большом объеме накопленной энергии;
• коэффициент трансформации, который даёт представление о том, насколько первичное напряжение стало больше (числовое соотношение вторичной и первичной витков катушки);
• сопротивление первичной (0,25-0,55 Ом) и вторичной (2-25 кОм) обмоток. Мощность и энергия искры снижаются, если сопротивление первичной обмотки повышается;

• энергия искры (0,05-0,1 Дж). Для работы свечей зажигания без перебоев величина напряжения катушки обязано быть больше величины напряжения для пробивания люфта промеж электродами в 1,5 раза;
• напряжение люфта промеж электродами свечей: во время начального запуска мотора необходимо высокое напряжение для пробивания люфта и появления искры (холодное топливо и низкая температура в камере сгорания могут мешать данному процессу).

Добавочное сопротивление

Иногда вслед за первичной обмоткой бобины добавляется дополнительный резистор. Что такое добавочное сопротивление (резистор)? Оно необходимо для регуляции силы тока, который при переизбытке может повышать температуру катушки. Материал, из которого сделан резистор (сплав стали), позволяет уменьшить силу тока, благодаря электрическому сопротивлению.

Из чего состоит БСЗ?

Бесконтактное зажигание включает в себя небольшое количество деталей, благодаря чему снижается вероятность выхода из строя каждой из них. Система состоит из:

1. Источника питания. Во всех автомобилях им является аккумуляторная батарея.
2. Выключатель зажигания и стартера. Деталь необходима для правильного распределения времени работы устройства.
3. Катушка зажигания. Преобразовывает низковольтный ток от аккумулятора в высоковольтный, благодаря чему обеспечивается стабильная работа авто.
4. Транзисторный коммутатор. Отвечает за прерывание поступления электрического тока на катушку.
5. Датчик зажигания. Фиксирует перемены в магнитном поле.
6. Распределительный датчик. Датчик объединён с импульсным, который бывает нескольких видов. Импульсный датчик чаще всего представлен датчиком Холла, но также существуют ещё две разновидности — индуктивный и оптический.
7. Свечи.

Как работает бесконтактная система зажигания

Датчик-распределитель приводится в действие от вращения коленчатого вала, формируя импульсы низкого напряжения, которые передает на транзисторный коммутатор. Коммутатор, в свою очередь создает импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания. Когда ток прерывается, индуцируется ток высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания, после чего ток высокого напряжения подается на центральный контакт распределителя. В зависимости от порядка работы цилиндров двигателя ток высокого напряжения распределяется по проводам высокого напряжения на свечи зажигания. Свечи зажигания осуществляют воспламенение горючей смеси.

Когда число оборотов коленчатого вала растет, за регулировку угла опережения зажигания отвечает центробежный регулятор опережения зажигания. При изменении режимов работы двигателя регулирование угла опережения зажигания производится вакуумным регулятором опережения зажигания.

Батарейное зажигание

Классическая (контактная) батарейная система зажигания

Второй, наиболее распространённой системой является батарейная система зажигания. В этом случае электропитание осуществляется от автомобильной аккумуляторной батареи, а когда двигатель работает — электроэнергию вырабатывает автомобильный генератор, подключенный параллельно аккумулятору.

Последовательно источникам тока подключен выключатель зажигания, прерыватель и первичная обмотка катушки зажигания с добавочным сопротивлением.

Катушка зажигания представляет собой импульсный трансформатор. Основная функция катушки зажигания — трансформирование низкого (12 вольт) напряжения в высоковольтный (десятки тысяч вольт) импульс, способный «пробить» искровой промежуток на свече.

Цепь высокого напряжения — вторичная обмотка катушки зажигания, прерыватель-распределитель зажигания, высоковольтные провода и свечи зажигания.

Если двигатель одноцилиндровый — тогда высоковольтный распределитель отсутствует, он также не нужен на двухцилиндровых двигателях при применении двухискровых катушек зажигания. В последнее время ставится катушка на каждый цилиндр (что позволяет разместить катушку непосредственно на свече как наконечник и отказаться от высоковольтных проводов) или двухискровая катушка на пару цилиндров.

Принцип действия

Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции.

От аккумуляторной батареи при включенном зажигании и замкнутых контактах прерывателя ток низкого напряжения проходит по первичной обмотке катушки зажигания, образуя вокруг неё магнитное поле. Размыкание контактов прерывателя приводит к исчезновению тока в первичной обмотке и магнитного поля вокруг неё. Исчезающее магнитное поле индуктирует во вторичной обмотке высокое напряжение (около 20—25 киловольт). Распределитель поочерёдно подводит ток высокого напряжения к высоковольтным проводам и свечам зажигания, между электродами которых проскакивает искровой заряд, топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя воспламеняется.

Исчезающее магнитное поле пересекает не только витки вторичной, но и первичной обмотки, вследствие чего в ней возникает ток самоиндукции напряжением около 250—300 вольт. Это приводит к искрению и обгоранию контактов, кроме того, замедляется прерывание тока в первичной обмотке, что приводит к уменьшению напряжения во вторичной обмотке. Поэтому параллельно контактам прерывателя подключен конденсатор (как правило, ёмкостью 0,25 мкф).

Последовательно первичной обмотке катушки зажигания включается добавочное сопротивление (или дополнительный резистор). На низких оборотах контакты прерывателя бо́льшую часть времени оказываются в замкнутом состоянии и через обмотку протекает ток, более чем достаточный для насыщения магнитопровода. Избыточный ток бесполезно нагревает катушку. При запуске двигателя добавочное сопротивление шунтируется контактами реле стартера, тем самым повышается энергия электрической искры на свече зажигания.

Принцип действия

Интерес вызывает принцип действия МПСЗ. Здесь узел работает с учетом следующих принципов:

• на основании полученных данных ЭБУ рассчитывает требуемые параметры работы;
• подается команда на воспламенитель, передающий сигнал на катушку. При этом в по цепи «первички» начинает течь ток;
• в момент прекращения подачи напряжения происходит индуцирование тока во «вторичке» катушки зажигания. После этого напряжение поступает к свече зажигания с последующим воспламенением смешанного с воздухом горючего.

При движении происходит изменения частоты вращения коленвала. Этот процесс держат под контролем два датчика — положения распредвала и частоты вращения коленвала. Как только в частоте вращения происходят изменения, подается соответствующая команда к ЭБУ, который меняет угол опережения.

Если при движении меняется нагрузка на силовой узел, то контроль угла опережения и фиксация изменений возлагается на ДМРВ — датчик, контролирующий массовый расход воздуха. Кроме этого, вспомогательную информацию по воспламенению и сгоранию горючей смести предоставляет датчик детонации. Остальные контролирующие узлы фиксируют параметры работы силового узла и управляют другими процессами.

Диагностика и проверка катушки зажигания Ваз 2106

Как проверить катушку зажигания автомобиля ВАЗ-2106 в домашних условиях? Лучший способ – воспользоваться мультиметром или омметром. Тестирование обмоток с помощью данного оборудования осуществляется таким образом:

• чтобы убедиться в исправности первичной обмотки, подключаем омметр к боковым ее выводам и смотрим на показатели сопротивление. Для полностью рабочей катушки зажигания оно должно составить не менее 3-4 Ом. В противном случае устройство потребуется ремонтировать или заменять;
• для проверки вторичной обмотки один из выходов омметра присоединяется к тому же боковому, а второй – к центральному выводу на самом импульсном трансформаторе. Нормальный показатель находится где-то в пределах 7,5-9,2 Ом. Чтобы получить точные данные, лучше воспользоваться руководством по эксплуатации вашего автомобиля. При наличии каких-либо отклонений катушка зажигания подлежит однозначной замене.

Перед выполнением описанных выше проверок необходимо отключить от аккумулятора минусовую клемму. Это поможет исключить риск короткого замыкания

Диагностика и проверка катушки зажигания Ваз 2106

Проверка наличия искры

Проверка искры возможна при помощи нескольких способов: на «массу», посредством использования мультиметра, специальным тестером на пеьезоэлементе. Первый способ самый простой. Корпус выкрученной свечи подносится к металлу (обычно это блок цилиндров двигателя), после чего мотор прокручивается стартером и анализируется наличие искры.

Обратите внимание, указанный способ проверки нельзя применять во время диагностики инжекторных автомобилей. Дело в том, что на авто с инжектором присутствует ЭБУ и другое электрооборудование, которое является достаточно чувствительным и может быть выведено из строя

На фото представлена проверка искры свечи на Ваз 2106

Второй способ позволяет в большей степени оценить состояние свечи зажигания, выявить пробой и т.д. Использование специального тестера является методом проверки искры на ижекторных авто, напоминая по своему принципу проверку путем анализа пробоя искры на «массу» (первый способ). При этом риск спалить блок управления минимизирован.  Теперь давайте поговорим о том, как проверить искру на инжекторном двигателе.

Проверка вторичной обмотки

Вторичная обмотка катушки проверяется практически таким же образом, только один из проводов омметра нужно подсоединить к боковому выводу, а второй — к центральному на катушке. Ниже все продемонстрировано на деле:

Здесь данные сопротивления уже совсем другие и при нормальной работе они должны быть в районе 7,4-9,2 кОм. Судя по показаниям прибора, мой случай показывает и подтверждает повторно, что с катушкой все нормально.

На фото представлена проверка вторичной обмотки катушки зажигания Ваз 2106

Чтобы не было недоразумений, хочу предупредить, что приведенные в этой статье цифры в большей степени относятся к катушкам зажигания ВАЗ 2106 типа Б117-А, хотя на многих моделях параметры идентичны. Но все же для своей модификации лучше посмотреть данные в специализированных источниках.

Если в результате проведенной проверки выяснилось, что элемент неисправен, то необходимо произвести его замену на новый.

Проверка трамблера

Если катушка исправна, но двигатель не заводится, проблему нужно искать в трамблере, для этого нужно снять его верхнюю крышку, отстегнув 2 защелки. Внутреннюю часть крышки нужно внимательно осмотреть, все контакты и уголек должны быть целыми. С трамблера нужно вытащить бегунок и тоже осмотреть его изнутри, бывает, что он трескается и искра бьет на массу.

Фото: Проверка трамблера Ваз 2106

Далее нужно внимательно осмотреть контакты прерывателя и при необходимости почистить их тонкой наждачной бумагой. Еще нужно осмотреть конденсатор, который обычно прикручен к трамблеру, без него искры тоже не будет. Чтобы проверить конденсатор, на него нужно подать питание с аккумулятора, а затем подключить лампочку или закоротить контакты металлическим предметом. Если лампочка не моргнет и не будет искры при замыкании, конденсатор не исправен. Его можно заменить любым другим, только не полярным.

В заключении хочется отметить тот факт, что никогда не следует проверять искру на зазор от провода до двигателя, при этом катушка зажигания быстро выходит из строя и ВАЗ 2106 уже не выйдет завести без ее замены. Все это происходит потому, что катушку пробивает изнутри, а все из-за сильно большого зазора на пробой.