Где используется?

Прошлые и настоящие владельцы ВАЗ «классики», разбирающиеся в конструкции таких автомобилей, прекрасно знают слабые места и принципы функционирования схемы зажигания контактного типа.

Ее особенность заключается в распределении напряжения к камерам сгорания двигателя через контактные соединения (отсюда и название).

Современные автомобили оборудуются более современным (электронным) зажиганием, которое управляется микропроцессором.

К основным системам, работающим на контактном принципе, стоит отнести:

• КС3 (KSZ) — наиболее распространенный тип схемы, в структуре которой имеется распределитель, катушка и прерыватель.
• КТС3 (HKZ-2, JFU4, HKZk) — система зажигания с контактным датчиком и предварительным накоплением энергии.
• KTC3 (TSZi) — еще один тип системы, работающей на контактном принципе. В ее составе присутствуют транзистор и контакты, а также индукционный накопитель энергии.

Как работает система зажигания

Общий принцип работы

Наличие контактной системы зажигания в автомобиле подразумевает, что зажигание горючего в цилиндрах осуществляется по факту появления искры от свечи зажигания.

При этом сама искра возникает при поступлении импульса высокого напряжения от катушки зажигания.

Ключевую функцию выполняет катушка зажигания, которая по принципу работы напоминает трансформатор.

Она состоит из двух обмоток (первичной и вторичной), намотанных на сердечник из металла.

Сначала напряжение подводится к первичной обмотке, после чего в катушке создается ток.

Как только происходит кратковременный разрыв первичной цепи, магнитное поле нивелируется, но во вторичной обмотке возникает высокое напряжение (около 25000 Вольт).

В этот момент на первичной обмотке также присутствует напряжение, равное 300 Вольтам.

Причина его появления — токи самоиндукции. Именно из-за появления этого тока возникает обгорание и искрение контактов прерывателя.

Из сказанного выше можно сделать вывод, что вторичное напряжение напрямую зависит от следующих аспектов:

• Магнитного поля;
• Уровня интенсивности падения тока в первичной обмотке.

Для роста вторичного напряжения и снижения риска обгорания контактной группы, в цепочку включается конденсатор (устанавливается параллельно). Даже при незначительном размыкании конденсатор заряжается.

Принципиальная схема контактной системы зажигания показана ниже.

Сейчас
читают
Почему чернеют свечи зажигания?

17.1k

Иммобилайзер заблокирован, как запустить двигатель

23.5k

Разряд емкости происходит через первичную обмотку, посредством формирования импульсного тока обратного напряжения. Благодаря этой особенности, магнитное поле исчезает, а вторичное напряжение растет.

Оптимальная емкость конденсатора для контактной системы зажигания составляет 0,17-0,35 мкФ. Для примера, в «Жигулях» отечественного производства установлен конденсатор, имеющий емкость в 0,2-0,25 мкФ (при частоте от 50 до 1000 Гц).

Если система зажигания автомобиля работает без сбоев, вторичное напряжение должно постоянно расти. Оно зависит от двух основных параметров — размера зазора между свечными электродами, а также давления в цилиндрах машины.

Для контактной системы зажигания этот параметр (вторичное напряжение) должен находиться на уровне 8-12 Вольт.

Чтобы система работала без сбоев, в момент прерывания упомянутый показатель вырастает до 16-25 кВ. Наличие подобного запаса позволяет избежать неблагоприятных последствий от тех или иных колебаний в системе зажигания.

К упомянутым выше проблемам можно отнести корректировки состава горючей смеси или изменение расстояния между электродами свечи.

К примеру, снижение уровня кислорода в топливно-горючей смеси приводит к росту напряжения до 20 кВ.

Несмотря на ряд проведенных мероприятий, полностью избежать подгорания контактной группы создателям контактной системы зажигания не удалось. Оптимальным способом снижения этого эффекта является четкое выдерживание зазора на минимальном уровне (0,3-0,4 мм).

В качестве примера можно привести отечественные машины ВАЗ, в которых величина зазора в прерывателе равна 0,35-0,45 мм, что соответствует углу в 52-58 градусов (при условии, что контактная группа находится в замкнутом состоянии).

В случае изменения этого угла корректируется и напряжение во вторичной обмотке. В итоге искры появляются не только на контактах, но и на бегунках. По этой причине уменьшается качество искры, и мотор теряет мощность.

Отдельного внимания заслуживает надежность контактной системы зажигания, которая зависит от целого ряда факторов:

• Формы, энергии и времени появления искры;
• Количества искр на определенной площади;
• Вторичного напряжения (одна из наиболее важных характеристик). Чем больше этот параметр, тем меньше зависимость системы от состава горючей смеси и уровня чистоты электродов.

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 оказываются бо́льшую часть времени 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.

Устройство

Не секрет, что контактная система зажигания состоит из множества различных элементов:

• АКБ;
• Механический прерыватель и распределитель. Первый дает ток низкого, а второй — высокого напряжения;
• Замок, катушка и свечи зажигания;
• Регуляторы опережения зажигания представлены двумя видами — центробежным и вакуумным;
• Высоковольтные провода.

Рассмотрим основные элементы подробно:

• Прерыватель — узел, который обеспечивает кратковременное разделение цепочки тока в обмотке низкого напряжения. В момент разрыва во вторичной цепи формируется высокое напряжение.
• Конденсатор — деталь, целью которой является предотвращение подгорания контактов в цепи прерывателя. Монтаж емкости производится параллельно контактной группе, что позволяет поглощать изделию больший объем энергии. К дополнительной функции конденсатора стоит отнести повышение напряжения на вторичной обмотке.
• Распределитель — элемент контактной системы зажигания, который обеспечивает раздачу потенциала напряжения на каждую из свечей цилиндров. Конструктивно устройство состоит из крышки и ротора. В верхней части расположены контакты, а потенциал от катушки направляется на центральный контакт, а через боковые контакты к свечам.
• Катушка зажигания — устройство, которое преобразует напряжение (из низкого в высокое). Находится деталь в моторном отсеке, как и большая часть элементов контактной системы зажигания. Конструктивно в изделии предусмотрено две обмотки. Одна — низкого, а другая — высокого напряжения.

  

• Трамблер — представляет собой устройство, в котором вместе находятся прерыватель и распределитель, функционирующие от коленчатого вала мотора.
• Центробежный регулятор — узел, который обеспечивает изменение угла опережения зажигания. Этот параметр представляет собой угол поворота коленвала, в момент достижения которого на свечи подается напряжение. Чтобы гарантировать полное сгорание горючей смеси, рассматриваемый угол устанавливается с опережением.

Конструктивно регулятор — пара грузиков, которые действуют на пластинку с размещенными на ней кулачками прерывателя. Здесь стоит отметить, что пластинка свободно перемещается, но угол опережения ставится за счет позиции трамблера мотора.

• Регулятор вакуумного типа — устройство, которое обеспечивает изменение угла опережения на фоне корректировки уровня нагрузки на мотор (меняется при нажатии на педаль газа). Регулятор объединяется с полостью дроссельного узла и корректирует угол с учетом уровня разрежения.
• Свечи зажигания — стандартные элементы запала, которые преобразуют энергию в искру, необходимую для поджигания топливной смеси в цилиндрах мотора. В момент передачи импульса на свечи формируется искра, зажигающая горючую смесь.
• Высоковольтные провода (бронепровода) — неизменный элемент контактной системы зажигания, с помощью которых высокое напряжение передается по пути «катушка — распределитель — свечи зажигания». Конструктивно изделие представляет собой гибкий проводник большого сечения с одной жилой из меди и многослойной изоляцией.

Работа системы зажигания

Для получения тока высокого напряжения применяется специальная катушка, которая называется модуль зажигания. Она получает информацию от электронного блока управления или «мозгов», подавая ток высокого напряжения на свечу точно в нужный момент.

Команду на подачу искры в рабочий цилиндр подает датчик положения коленчатого вала, который располагается возле задающего диска, закрепленного на конце коленвала. На этом диске нет одного зубчика, что является меткой для датчика. При подходе этой метки к датчику, она подает сигнал ЭБУ, что поршень находится в верхней точке и можно подавать разряд на свечу зажигания.

Поэтому при выходе из строя датчика коленчатого вала автомобиль не заводится, поскольку непонятно, в каком положении находится поршень. В случае такой поломки придется вызывать эвакуатор и доставлять автомобиль на СТО, своим ходом он туда не доберется.

Принцип действия

Для полноценного обслуживания контактной системы зажигания важно понимать ее принцип действия, а также особенности взаимодействия различных элементов.

Пока контур прерывателя замкнут, ток проходит только по первичной обмотке.

Как только происходит разъединение цепи с помощью прерывающего устройства, во второй обмотке формируется высокое напряжение.

В этот же момент созданный импульс направляется по проводам к крышке распределительного устройства, а дальше — к свечам зажигания. При этом распределение производится под определенным углом опережения.

Обороты коленчатого и распределительного валов находятся в полном взаимодействии. Это значит, что при росте оборотов первого, частота вращения второго также возрастает.

Здесь в работу вступает регулятор центробежного типа, грузики которого расходятся и передвигают передвижную пластинку с кулачками.

Немногим раньше производится разъединение цепочки прерывателя, а угол опережения растет.

В случае снижения оборотов коленвала происходит обратный процесс — снижение угла опережения.

Схема работы показана ниже.

Базовые принципы

Корректные условия для системы зажигания, вернее, базовые условия – это:

• Искра должна появляться в нужном цилиндре, в соответствии с порядком работы цилиндров.
• Искра должна возникать своевременно, в нужный момент и с необходимым углом опережения зажигания.
• Она должна гарантировано воспламенять смесь.
• Надёжность

Как вы понимаете, у такой системы могут возникать и неполадки, к примеру, пропуски искрообразования, детонация и трудности с запуском двигателя.

В сегодняшнем мире есть несколько видов систем зажигания для автомобилей, контактная, бесконтактная и электронная. Эти системы имеют общие особенности, к примеру, отсутствие распределителя зажигания, который давно уступил место катушке.

В контактной системе зажигания управление накоплением и распределение электрической энергии по цилиндрам осуществляется механическим устройством – прерывателем-распределителем. Витком дальнейшего развития контактной системы зажигания является контактная транзисторная система зажигания, в первичной цепи катушки зажигания которой применен транзисторный коммутатор.

В отличии от контактной, в бесконтактной системе зажигания для управления накоплением энергии используется транзисторный коммутатор, взаимодействующий с бесконтактным датчиком импульсов. Транзисторный коммутатор в данной системе выполняет роль прерывателя. Распределение тока высокого напряжения осуществляется механическим распределителем.

В электронной системе зажигания используется электронный блок управления, с помощью которого производится управление процессом накопления и распределения электрической энергии. В ранних конструкциях электронной системы зажигания электронный блок одновременно управлял системой зажигания и системой впрыска топлива (т.н. объединенная система впрыска и зажигания).

Контактно-транзисторная система зажигания

С целью оптимизации схемы разработчики добавили в конструкцию транзисторный коммутатор, который устанавливается в первичной обмотке. Его управление производится с помощью контактов прерывателя.

Принципиальная схема показана ниже.

Особенность системы в том, что применение дополнительного устройства позволило снизить ток в цепи и продлить ресурс контактной группы прерывателя (она стала меньше подгорать).

Контактно-транзисторная схема, благодаря незначительным изменениям, получила лучшие характеристики, если сравнивать ее с классическим вариантом зажигания. Из-за применения транзистора в системе был добавлен новый узел — коммутатор.

Преимущество транзистора в этой схеме в том, что даже небольшого тока, направленного на управление (в базу), достаточно для контроля тока большей величины.

Как уже отмечалось, новая система контактно-транзисторного типа имеет небольшие отличия от прежней версии системы. Ее особенность заключается в особых характеристиках, которыми не может похвастаться стандартная контактная схема.

Главное отличие заключается в том, что прерыватель взаимодействует напрямую с транзистором, а не с «бобиной». В остальном работа контактно-транзитной системы аналогична.

Как только происходит прерывание тока в первичной обмотке, во второй цепи возникает импульс высокого напряжения.

Если не обращать внимания на конструктивные особенности и принципы подключения коммутатора, можно выделить одно главное преимущество — возможность повышения первичного тока, благодаря применению транзистора.

При этом удается решить ряд задач:

• Увеличить зазор между свечными электродами;
• Поднять вторичное напряжение;
• Устранить проблемы с пуском при низкой температуре;
• Оптимизировать процесс образования искры;
• Поднять число оборотов и мощность мотора.

Еще одна особенность контактно-транзисторной схемы заключается в необходимости использования катушки с отдельной первичной и вторичной обмоткой.

Рассмотренные изменения схемы позволили снизить нагрузку на контактную группу прерывателя и уменьшить проходящий через нее ток. В итоге контакты служат дольше, а надежность системы возрастает.

Несмотря на рассмотренные плюсы, нельзя не отметить и ряд минусов контактно-транзисторной системы, которые связаны с работой прерывателя.

Так, в схеме формируется искра в момент, когда происходит разрывание тока в «бобине». Ток, который поступает в транзистор, имеет достаточную величину для влияния на работу детали.

Кроме того, уменьшение тока на контактной группе прерывателя негативно сказывается на определенных характеристиках системы.

Общие сведения о системе зажигания

При такте сжатия поршень двигается вверх, повышая давление воздушно-топливной смеси, поступающей в цилиндр через впускной клапан. Как только он доходит до мертвой точки, между электродами свечи проскакивает электрическая искра, которая и воспламенит горючую смесь. Чтобы бензиновые пары гарантированно воспламенились, длина искры должна быть не менее 1 мм, именно такой зазор должен быть между центральным и боковым электродом свечи.

Чтобы получить такую искру, напряжение или разница потенциалов между свечными электродами должна быть не менее 20 кВ. При этом аккумуляторная батарея выдает напряжение в 12 В, поэтому устройство системы зажигания должно позволять трансформировать высокие напряжения, чтобы получить нужную длину искры. Важно, что искра должна проскакивать именно в нужный момент, когда поршень находится в верхней точке.