Система запалювання двигуна

Прилади запалювання.

Щоб дістати надійний іскровий розряд, треба застосувати струм високої напруги до 10-12 кВ. При цьому зазор між електродами свічки запалювання має бути 0,5...0,7 мм, а тиск стиснутої робочої суміші в циліндрі —-1,0...1,2МПа (10...12 кгс/см2).
У карбюраторних двигунах вітчизняних автомобілів застосовують систему батарейного запалювання 

Система запалювання складається з котушки запалювання, розподільника, конденсатора, свічки запалювання, вимикача (замка) запалювання і проводів. Ці прилади і деталі утворюють два електричні кола — низької і високої напруги.

Система запалювання працює так.

При ввімкненому запалюванні і замкнених контактам 3 і 4 переривника по колу низької напруги проходить струм від акумуляторної батареї, Коло струму низької напруж: позитивний вивідний штир батареї 12 — затискач тягового реле 10 стартера — вимикач запалювання 9 — затискач ВК-Б котушки запалювання —- додатковий резистор 8 — затискач ВК — первинна обмотка 7 — затискач Р -4- рухомий контакт 3 переривника — нерухомий контакт 4 - маса — негативний вивідний штир батареї.
Струм низької напруги, який проходить по первинній обмотці котушки запалювання (первинний струм), створює в її осерді 8 магнітне поле, що пронизує витки обох обмоток. Коли виступ обертаючого кулачна 2, натиснувши важіль рухомого контакта 3 переривника, відведе цей контакт від нерухомого контакта 4, коло первинного струму перерветься й осердя котушки розмагнітиться. Внаслідок цього у вторинній обмотці 5 котушки запалювання індукується ЕРС, величина якої завдяки швидкому зменшенню магнітного потоку в осерді і великої кількості витків цієї обмотки досягає 16...30 кВ. Під дією індукованої у вторинній обмотці ЕРС на електродах свічок виникне іскровий розряд, від якого пальна суміш загоряється і в колі вторинної обмотки з'являється струм високої напруги (вторинний струм). Коло струму високої напруги: вторинна обмотка котушки — центральний контакт кришки 13 розподільника — ротор 14, боковий контакт 15 — провід 16 високої напруги — електроди свічки 17 — маса — акумуляторна батарея — затискач реле стартера — вимикач запалювання — додатковий резистор — первинна обмотка котушки — вторинна обмотка.
Коли (двигун працює на середніх і великих частотах обертання) система запалювання живиться від генератора, у відповідні ділянки кіл низької і високої напруги замість батареї входить генератор. У момент розмикання кола струму низької напруги в пер-винній обмотці котушки індукується ЕРС самоіндукції, величина якої 2О0.в.30(> В. Під її дією в колі низької напруги виникає струм самоіндукції. Оскільки напрям струму самоіндукції збігається з напрямом перерваного первинного струму, він протидіє розмагнічуванню осердя котушки і цим самим зменшує напругу вторинного струму.
Крім того, струм самоіндукції, проходячи через контакти переривника, що починає розмикатися, спричиняє іскріння між ними і швидке підгоряння контактів.
Ці шкідливі впливи струму самоіндукції можна усунути за допомогою конденсатора 1. Короткочасний струм самоіндукції, який виникає тоді, коли починають розмикатися контакти переривника, заряджає конденсатор. Оскільки конденсатор вмикається паралельно контактам переривника, вони майже не підгоряють. Конденсатор розряджається через первинну обмотку котушки запалювання. При цьому розрядний струм конденсатора, проходячи по цій обмотці в напрямі, протилежному до напряму первинного струму, сприяє різкішому зникненню магнітного поля, створеного первинним струмом. Завдяки цьому підвищуємся напруга вторинного струму.

Котушка запалювання

Котушка запалювання:

• 1 - вивідні затиски, 2 - кришка, 3 - додатковий резистор, 4 - сердечник, 5 - вторинна обмотка, 6 - первинна обмотка, 7 - ізоляційна трубка, 8 - корпус, 9 - фарфоровий ізолятор.


• Котушка запалювання складається із стального корпусу, осердя, первинної і вторинної обмоток, карбонітової кришки з центральним контактом і затискачами ВК-Б, ВК і Р та додаткового резистора. Корпус котушки кріплять у моторному відсіку автомобіля за допомогою хомута і гвинтів. Осердя виготовляють з окремих пластин електротехнічної сталі, завдяки чому вихрові струми, які індукуються в ньому, послаблюються. Вторинна обмотка складається з 18...20 тис. витків емальованого проводу діаметром 0,07...0,10 мм і намотана на картонну трубку, надіту на осердя. Первинна обмотка має 300,..350 витків ізольованого проводу діаметром 0,7...0,85 мм. Вона намотана зверху вторинної та ізольована від неї шаром спеціального паперу. Щоб підвищити надійність ізоляції, обидві обмотки просочені трансформаторним маслом. З цією самою метою усі вільні порожнини в корпусі котушки залито спеціальною ізоляційною масою, а в деяких котушок запалювання (наприклад, Б-13 автомобілів ЗИЛ-130) заповнені трансформаторним маслом. 
  Додатковий резистор (варіатор), увімкнений в коло низької напруги послідовно з первинною обмоткою котушки запалювання, поліпшує її роботу при великій частоті обертання колінчастого вала, а також полегшує запуск двигуна стартером. Коли двигун працює на малій частоті обертання, контакти переривника залишаються замкненими тривалий час, протягом якого сила струму в первинній обмотці досягає максимальної величини. При цьому стальна спіраль варіатора нагрівається і її електричний опір зростає, обмежуючи силу струму в первинному колі. Коли двигун працює на великих частотах обертання, час замкнутого стану контактів зменшується, і сила струму в первинній обмотці не встигає збільшитися до максимальної величини. Нагрівання й опір варіатора зменшується, що частково компенсує послаблення струму в первинній обмотці. Тому напруга вторинного струму залишається достатньо високою.
  Під час запуску двигуна стартером варіатор вимикається (закорочується) додатковим реле стартера. Тому, незважаючи на те, що напруга акумуляторної батареї в момент вмикання стартера падав, сила струму в первинній обмотці котушки запалювання і напруга у вторинній обмотці достатні.

  Розподільник

  Розподільник складається з переривника і власне розподільника, які об'єднані в один прилад із спільним приводом
  Переривник-розподільник:


• а - розподільник, б - переривник, в - відцентровий регулятор; 1 - кришка, 2 - затиск, 3 - відцентровий контакт, 4 - ротор, 5 - важіль, 6 - кулачок, 7 - рухливий контакт переривника, 8 - нерухомий контакт, 9 - пластина кулачка, 10 - корпус, 11 - валик, 12 - регулювальні гайки, 13 - пластини октан-коректора, 14 - маслянка, 15 - пружина, 16 - рухомий диск, 17 - вакуумний регулятор випередження запалювання, 18 - діафрагма, 19 - грузик.
• Переривник розриває в потрібні, моменти коло первинного струму. Він складається з чавунного корпусу, нерухомого опорного і рухомого дисків, вольфрамових контактів, валика, кулачка, відцентрового і вакуумного регуляторів випередження запалювання і октан-коректора.
  Розподільник кріплять на двигун за допомогою пластини. Валик переривника обертається від розподільного (в деяких двигунах, наприклад АЗЛК-412, від колінчастого) вала двигуна. Частота обертання валика переривника вдвічі менша від частоти обертання колінчастого вала. Кулачок, який встановлюють зверху на валику, з'єднаний з ним відцентровим регулятором. Кількість виступів на боковій поверхні кулачків дорівнює кількості циліндрів двигуна.
  Па рухомому диску змонтовано з'єднаний з масою нерухомий контакт («ковадло») та ізольований від маси хитний важіль («молоточок») з контактом , Диск установлений на диску на кульковому підшипнику. Важіль через гнучкий провідник, затискач переривника і зовнішній провід з'єднано із затискачем Р первинної обмотки котушки запалювання . Пластинчаста пружина, діючи на важіль, намагається утримати контакти замкнутими. За два оберти колінчастого вала кулачок переривника зробить один оберт, його виступи розімкнуть контакти, а отже, перервуть коло струму низької напруги стільки разів, скільки двигун має циліндрів. При кожному розмиканні у вторинній обмотці котушки індукується струм високої напруги.
  Розподільник призначений для розподілу струму високої напруги, який надходить до свічок запалювання відповідно до послідовності роботи циліндрів. Основні його частини: карболітова кришка і ротор . Кришку кріплять до корпусу розподільника за допомогою пружинних застібок. Щоб ротор не прокручувався відносно кулачка, його фіксують на лисці кулачка. У гніздо центрального контакта кришки розподільника вставляють провід високої напруги, який з'єднує розподільник із вторинною обмоткою котушки, в гнізда бокових контактів кількість яких дорівнює кількості циліндрів,— проводи від свічок, які приєднують до бокових контактів відповідно до порядку роботи циліндрів двигуна. Якщо порядок роботи циліндрів 1—5—4—2—6—3—7-8 (ЗИЛ-130, ЗМЗ-53), то провід від першої свічки приєднують до першого за обертанням ротора бокового контакта розподільника, провід від п'ятої свічки — до другого контакта, від четвертої — до третього контакта, від другої — до четвертого і т. д. Струм високої напруги, який індукується у вторинній обмотці котушки в момент розмикання контактів переривника, надходить до свічки через центральний контакт розподільника, вугільний контакт притиснутий до ротора пружиною , металеву пластину ротора, повітряний проміжок між цією пластиною і сегментом , боковий контакт і провід, який з'єднаний із свічкою. При наступному розмиканні контактів переривника ротор разом з кулачком повернеться і займе положення проти сегмента наступного бокового контакта, струм високої напруги надходитиме до свічки чергового циліндра і т. д.

  Конденсатор

  
  Конденсатор складається з двох тонких алюмінієвих стрічок (обкладок), ізольованих одна від одної конденсаторним папером, який просочено трансформаторним маслом. Застосовують також малогабаритні конденсатори, виготовлені з металізованого паперу. Роль обкладок у таких конденсаторах виконують дуже тонкі шари олова, покриті цинком і нанесеного з одного боку на стрічки лакованого конденсаторного паперу. Перевага цих конденсаторів у тому, що вони мають здатність самовідновлюватися при пробої ізоляції між обкладками, оскільки шар металу навколо місця пробою вигоряє і замикання усувається. Алюмінієві й паперові або металізовані стрічки скручені в рулон і вміщені в циліндричний корпус з оцинкованої стаді. Одна обкладинка конденсатора з'єднана з його корпусом, а друга — з вивідним проводом. Корпус конденсатора кріплять до корпусу розподільника, а його провід — до затискача з'єднаного з важелем рухомого контакта. Ємність конденсатора 0,17...0,25 мкФ.

  Випередження запалювання.

  Іскровий розряд (іскра) повинен виникати між електродами свічки тоді, коли поршень трохи не доходить до ВМТ у кінці стиску, тобто з випередженням. Це необхідно для того, щоб у момент проходження поршнем ВМТ робоча суміш устигла повністю загорітися.
  Величину випередження запалювання вимірюють кутом повороту колінчастого вала від моменту виникнення іскри до приходу поршня у ВМТ. Цей кут змінюється залежно від частоти обертання колінчастого вала, навантаження двигуна, октанового числа палива. Якщо кут випередження малий (пізнє запалювання), двигун не розвиває повної потужності, витрачає багато палива і перегрівається; інколи спостерігаються спалахи в карбюраторі. Якщо кут випередження дуже великий (раннє запалювання), виникають детонаційні стуки, потужність двигуна знижується, а під час запуску відбуваються зворотні удари, що особливо небезпечно при користуванні рукояткою. Чим більша частота обертання колінчастого вала, тим більшим мав бути Кут вин передження запалювання, бо за час (приблизно 0,002 с), потрібний для запалювання всього об'єму робочої суміші в циліндрі, при великій частоті обертання колінчастий вал встигає повернутися на більший кут, ніж при малій частоті обертання. Для автоматичного регулювання кута випередження запалювання залежно від частоти обертання колінчастого вала застосовують відцентровий регулятор 
  На валику переривника жорстко закріплена ведуча пластина з тягарцями , які шарнірно встановлені на запресованих у пластину осях . Зверху на валик вільно насаджено кулачок , що утримується від переміщення вгору за допомогою гвинта 2, над яким в отвір кулачка вставлена повстяна шайба. Штифти тягарців входять у прорізи пластинки Обертання валика передається кулачку через пластину , тягарці, їх штифш і ведену пластину . Якщо частота колінчастого вала мала, пружини утримують тягарці неподалік від осі валика. Коли частота обертання збільшується; тягарці за інерцією розходяться при цьому сили сили пружності пружини збільшаться і, коли вони будуть достатніми, щоб утримувати тягарці на постійній відстані від осі обертання, розходження тягарців припиниться. Кожній частоті обертання відповідає певний ступінь розходження тягарців.
  Штифти тягарців, що розходяться, діють на стінки вирізів веденої пластини і повертають її і кулачок переривника відносно валика у напрямку його обертання вперед на на певний кут, який залежить від частоти обертання. При цьому виступи кулачка раніше розмикають контакти, і кут випередження запалення збільшується. Кут випередження запалення становить 11-14 градусів 
  Із збільшенням навантаження двигуна (ступінь відкриття дроселя карбюратора) кут випередження запалювання повинен зменшуватися, оскільки при цьому в циліндри надходить більше пальної суміші, тиск під час її стискання і швидкість згоряння зростають, із зменшенням навантаження кут випередження повинен, навпаки, збільшуватися. Кут випередження запалювання залежно від навантаження двигуна можна змінювати також автоматично за допомогою вакуумного регулятора. Його корпус кріпиться гвинтами до корпусу розподільника Між завальцьованими частинами корпусу регулятора затиснєна діафрагма із спеціальної тканини, з'єднана тягою з рухомим диском розподільника. Тяга одним кінцем з'єднана з діафрагмою, а другим — з рухомим диском розподільника. Порожнина зовнішньої частини корпуса регулятора сполучена з нижньою частиною змішувальної камери карбюратора трубкою, приєднаною до отвору Тому в цій порожнині під час роботи двигуна створюється розрідження.
  Якщо навантаження невелике (дросель карбюратора прикритий), розрідження збільшується, діафрагма прогинається праворуч і через тягу 5 повертає диск 8 переривника проти годинникової стрілки (назустріч обертанню кулачка) У результаті контакти розмикаються раніше, і кут випередження запалювання збільшується. Якщо навантаження зростає, розрідження зменшується, пружина 3 вигинає діафрагму ліворуч і повертає диск а за годинниковою стрічкою, внаслідок чого кут випередження запалювання зменшується. Залежно від навантаження вакуумний регулятор випередження запалювання змінює кут випередження на величину до 0,2 рад (11°). Високе октанове число бензину дає можливість установлювати більший кут випередження запалювання і цим підвищувати потужність двигуна без виникнення детонації. При низькому октановому числі кут випередження запалювання слід зменшити. Кут випередження запалювання змінюють залежно від антидетонаційних властивостей палива вручну за допомогою октан-коректора . Він складається з двох пластин. Нижня нерухома пластина прикріплена гвинтом до головки циліндрів двигуна або корпусу привода розподільника. Вона має шкалу а. Верхня пластина жорстко кріпиться до корпусу розподільника. Вона має загострений виступ в, який рухається над поділками шкали а» Пластики стиснуті між собою гвинтом і з'єднані тягою . Один кінець тяги шарнірно з'єднаний з нижньою пластиною, а другий, що має різьбу, проходить через отвір вертикально відігнутого краю (відбортовки) верхньої пластини і). На тягу нагвинчені рифлені гайки 16, які розміщені з обох бокїв відбортовки верхньої пластини. Межі зміни кута випередження октан-коректором становлять ± 0,21 рад (12°) від середньої (нульової) поділки шкали, шо міститься на пластині

  Свічки запалювання.

  
  Свічка запалювання:


• 1 - наконечник, 2 - ізолятор, 3 - завальцована кромка, 4 - ущільнюючі прокладки, 5 - корпус, 6 - прокладка корпусу, 7 - різьбова частина корпусу, 8 - центральний електрод, 9 - бічний електрод.


• У стальний корпус 4 свічки вмонтовано керамічний ізолятор з центральним електродом . Ізолятор затиснутий між мідними кільцевими прокладками і кріпиться завдяки завальцюванню верхньої кромки корпусу свічки. У нижню частину корпусу запресовано боковий електрод . Нижню частину центрального електрода і боковий електрод виготовляють із сплаву нікелю і марганцю. Між електродами повинен бути зазор 0,6..0,7 мм.
  Свічку вкручують у різьбовий отвір головки циліндрів. Для ущільнення під заплечики її корпусу вставляють мідно-азбестову прокладку. До наконечника приєднують провід від розподільника.

  Маркування свічок запалення

  Свічки для автомобільних двигунів мають таку маркіровку: А11У (ЗМЗ-53), А17В (ГАЗ-24), А11-1 (ЗИЛ-130).
  Для двигунів слід застосовувати тільки свічки, рекомендовані заводською інструкцією, оскільки в різних свічках довжина і діаметр юбки ізолятора неоднакові, а отже і різна теплова характеристика. Неправильно дібрана свічка може перегріватися або переохолоджуватися. У першому випадку в двигуні відбувається жарове запалювання, у другому — ізолятор швидко вкривається нагаром або маслом, і свічка не працює.

  Вимикач запалювання.

  Ним роз'єднують коло струму низької напруги для зупинки двигуна. Крім того, вимикач запалювання використовують для увімкнення і вимкнення стартера, електричних приладів (покажчиків температури води, тиску масла і рівня палива в бані автомобіля), а інколи й для ввімкнення радіоприймача (легкові автомобілі). Вимикач має замок з індивідуальним ключем.

  Пристрої для подавленим завад радіо прийманню.

  Під час роботи двигуна проводи високої напруги системи запалювання випромінюють електромагнітні хвилі. Ці хвилі створюють завади в роботі радіоприймачів, розміщених поблизу автомобіля. Зменшення (подавлений) цих перешкод можна досягти, застосувавши в колах струму високої напруги резистори, які вмонтовують у наконечники проводу, що з'єднує вторинну обмотку котушки запалювання з розподільником, а також у наконечники проводів, які йдуть від розподільника до свічок запалювання.
  Крім приглушуючих резисторів, для зменшення завад радіо-прийманню застосовують також проводи високої напруги з розподіленим по всій довжині (25...40 кОм на 1 м) опором. У цих проводах замість металевої жили використовують жилу з волокна, просочену струмопровідним складом, який містить ацетиленову сажу.

  Контактно-транзисторна система запалювання.

  У системі батарейного запалювання із зростанням частоти обертання колінчастого вала двигуна відбувається зниження напруги у вторинному колі, зумовлене (особливо у двигунах з великою кількістю циліндрів) скороченням часу замкнутого стану контактів переривника. Внаслідок цього зменшується магнітний потік у котушці запалювання. Цього можна було б уникнути, збільшуючи струм у первинному колі. Однак таке збільшення призводить до швидкого (після 10... 15 тис. км пробігу) підгоряння контактів переривника.
  У зв'язку з цим набула поширення контактно-транзисторна система, яка дає можливість дістати вищу вторинну напругу, ніж при звичайній системі батарейного запалювання. Контактно-транзисторна система застосовується, зокрема, на двигунах ЗИЛ-130, ЗМЗ-53.
  Крім приладів і деталей, які входять до звичайної системи батарейного запалювання, контактно-транзисторна система має транзисторний комутатор і блок додаткових резисторів. Переривник контактно-транзисторної системи розмикає не первинне коло системи запалювання, а коло порівняно слабкого (0,7 А) струму керування германієвим транзистором, який є основною складовою частиною транзисторного комутатора. Водночас транзистор перериває сильніший струм первинної обмотки котушки запалювання. Оскільки контакти переривника розвантажені від первинного струму, строк їх використання збільшується до 100 тис. км і .більше
  Котушка запалювання Б114 контактно-транзисторної системи відрізняється меншим, між у звичайних котушок, опором первинної обмотки, завдяки чому максимальний струм первинного кола досягає 8 А, тоді як у звичайній котушці він не перевищує 4 А. Блок додаткових резисторів контактно-транзисторної системи, що складається з двох резисторів, опір кожного з яких дорівнює 0,52 Ом, встановлюють між вмикачем і котушкою. Під час запуску двигуна один з цих резисторів закорочуеться.

  Принцип дії контактно-транзисторної системи запалювання

  При ввімкненому вимикачі запалювання і замкнених контактах переривника база транзистора з'єднана з масою автомобіля і транзистор відкритий, при цьому струм акумуляторної батареї протікає через первинну обмотку котушки запалювання . Коли контакти переривника 5 розмикаються, транзистор закривається, коло первинної обмотки переривається, і у вторинній обмотці індукується велика ЕРС, що призводять до появи між електродами свічки сильного іскрового розряду.