какое напряжение идет на свечи зажигания
Система зажигания автомобиля.
Основное назначение системы зажигания автомобиля является подача искрового разряда на свечи зажигания в определённый такт работы бензинового двигателя. Для дизельных двигателей под зажиганием понимают момент впрыска топлива в такт сжатия. В некоторых моделях автомобилей система зажигания, а именно ее импульсы подаются на блок управления погружным топливным насосом. Систему зажигания, по мере своего развития, можно разделить на три типа. Контактная система зажигания, импульсы у которой создаются во время работы контактов на разрыв. Бесконтактная система зажигания, управляющие импульсы создаются электронным транзисторным управляющим устройством – коммутатором, (хотя правильно его назвать генератором импульсов). Микропроцессорная система зажигания — это электронное устройство, которое управляет моментом зажигания, а также другими системами автомобиля. Для двухтактных двигателей, без внешнего источника питания используются системы зажигания типа магнето. Основана на принципе создания ЭДС при вращении постоянного магнита в катушке зажигания по заднему фронту импульса.
✔ Устройство системы зажигания
Все вышеперечисленные виды систем зажигания похожи между собой, отличаются только методом создания управляющего импульса. Так в систему зажигания входят:
1.Источник питания для системы зажигания, это аккумуляторная батарея (в момент запуска двигателя), и генератор (во время работы двигателя).
2.Выключатель зажигания – это механическое или электрическое контактное устройство подачи напряжения на систему зажигания, или по-другому – замок зажигания. Как правило, выполняет две функции: подачи напряжения на бортовую сеть и систему зажигания, подачи напряжения на втягивающее реле стартера автомобиля.
3.Накопитель энергии – узел предназначенный для накопления, преобразования энергии достаточной для возникновения электрического разряда между электродами свечи зажигания. Условно накопители энергии можно разделить на индуктивный и емкостный.
• Простейший индуктивный накопитель – это катушка зажигания, которая представляет собой автотрансформатор, первичная обмотка у него подключается к плюсовому полюсу и через устройство разрыва к минусовому. Во время работы устройства разрыва, например кулачков зажигания, в первичной обмотке возникает напряжение самоиндукции. Во вторичной обмотке образуется повышенное напряжение, достаточное для пробоя воздушного зазора свечи.
• Емкостный накопитель представляет собой емкость, которая заряжается повышенным напряжением и в нужный момент отдает свою энергию на свечу зажигания
4.Свечи зажигания, представляют собой устройство с двумя электродами находящимися друг от друга на расстоянии 0,15-0,25 мм. Представляет собой фарфоровый изолятор, насаженный на металлическую резьбу, в центре находится центральный проводник, который служит электродом, вторым электродом является резьба.
5.Система распределения зажигания предназначена для подачи в нужный момент энергии от накопителя к свечам зажигания. В состав системы входят распределитель, и(или) коммутатор, блок управления системой зажигания.
• Распределитель зажигания (трамблёр) – устройство распределения высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам цилиндров. Обычно в распределителе собран и кулачковый механизм. Распределение зажигания может быть механическим и статическим. Механический распределитель представляет собой вал, который приводится в действие от двигателя и при помощи «бегунка» распределяет напряжение по высоковольтным проводам. Статическое распределение зажигания подразумевает под собой отсутствие вращающихся деталей. При таком варианте катушка зажигания присоединятся непосредственно к свече, а управление происходит от блока управления зажиганием. Если, например, двигатель автомобиля имеет четыре цилиндра, то и катушек будет четыре. Высоковольтные провода в данной системе отсутствуют.
• Коммутатор – электронное устройство для генерации импульсов управления катушкой зажигания, включается в цепь питания первичной обмотки катушки и по сигналу от блока управления разрывает питание, в результате чего возникает напряжение самоиндукции.
• Блок управления системой зажигания – микропроцессорное устройство, которое определяет момент подачи импульса в катушку зажигания, в зависимости от данных датчиков положения коленвала, лямбда-зондов, температурных датчиков и датчика положения распредвала.
6.Высоковольтный провод — это одножильный провод с повышенной изоляцией. Внутренний проводник может иметь форму спирали, для исключения помех в радиодиапазоне.
✔ Принцип работы системы зажигания
Рассмотрим принцип действия классической системы зажигания. При вращении вала привода трамблёра в действие приводятся кулачки, которые «разрывают» подаваемые на первичную обмотку автотрансформатора (бобину) 12 вольт. При пропадании напряжения на трансформаторе, в обмотке появляется ЭДС самоиндукции, соответственно на вторичной обмотке возникает напряжение порядка 30000 вольт. Высокое напряжение подается в распределитель зажигания (бегунок), который вращаясь попеременно подает напряжение на свечи в зависимости от такта работы двигателя внутреннего сгорания. Высокого напряжения достаточно для пробоя искровым разрядом воздушного зазора между электродами свечи зажигания.
Опережение зажигания нужно для более полного сгорания топливной смеси. Из-за того, что топливо сгорает не сразу, поджечь его необходимо немного раньше, до прихода в ВМТ. Момент подачи искры должен быть точно отрегулирован, потому что в ином случае (раннее или позднее зажигание) двигатель потеряет свою мощность, возможна повышенная детонация.
Все, что вы хотели знать об искре
Воспламенение смеси топлива и воздуха в бензиновых двигателях внутреннего сгорания достигается при помощи искры, для создания которой используется свеча зажигания: между ее электродами как раз и образуется искра. Для формирования достаточно мощной искры и устойчивого фронта воспламенения, помимо подачи на свечу мощного напряжения, необходимо сочетание многих факторов. О влиянии различных процессов на искрообразование мы сегодня и поговорим.
Основная сложность искрообразования в зазоре между электродами состоит в том, что воздух является естественным диэлектриком: его атомы электрически нейтральны и не образуют пути для прохождения электрического тока. Тем не менее, в определенных условиях и воздух может стать проводником – для этого необходимо создать действительно высокое напряжение. Под его воздействием отрицательно заряженные частицы (электроны) начинают переходить от одних атомов к другим. Нейтральные атомы трансформируются в электрически заряженные атомы, называемые «ионами», и сам процесс преобразования получил название «ионизации».
Если говорить конкретно о зазоре (расстоянии) между электродами свечи зажигания, то для его «пробития» искрой требуется напряжение в 10–40 кВ, в некоторых случаях до 45 кВ. При создании такого напряжения между электродами начинается процесс ионизации воздуха, в нем образуется токопроводящая дорожка для электроэнергии, которая фактически и является высокотемпературной искрой. Температура этой искры может превышать 10 000 °C, благодаря чему и происходит воспламенение частичек топлива и воздуха. Искра очень быстротечна – разряд происходит всего за тысячную долю секунды.
Для того, чтобы этой быстротечной искры стадо достаточно для начала процесса воспламенения ТВС, необходимо сочетание многих факторов. Нужно понимать, что напряжение, создающиеся катушкой зажигания, нарастает в ней как раз до того момента, пока не произойдет искровой пробой, и условия для этого пробоя во многом зависят именно от конструкции и материалов самой свечи зажигания. Если конкретнее, то влияние оказывают два основных фактора: это величина зазора между электродами свечи зажигания и форма и размер электрода. Помимо этого, имеются различные внешние (не зависящие от системы зажигания) условия, благодаря которым искровой пробой может произойти при большем или меньшем напряжении — температура, состав и давление ТВС также влияют на искрообразование. Эти условия задаются конструкторами двигателя и учитываются производителями свечей. Важным направлением работы для DENSO является снижение требуемого для создания искры напряжения, поскольку в этом случае катушка зажигания будет работать под меньшей нагрузкой. При этом снизится и вероятность пропусков зажигания.
Факторы, с которыми мы работаем
Зазор между электродами свечи зажигания является важнейшим и очень тонким параметром. Известно, что напряжение, необходимое для образования искры, возрастает пропорционально увеличению зазора между электродами. Больше зазор — большее количество воздуха должно быть ионизировано, что, в свою очередь, потребует более высокого напряжения. Однако уменьшение зазора чревато тем, что в межэлектродном пространстве будет недостаточно молекул топлива и воздуха, и искра ничего не воспламенит. Поэтому величина зазора — это настоящее искусство: он не должен быть ни слишком большим (потребуется большое напряжение), ни слишком маленьким (не сможет воспламенить ТВС).
Второй важный фактор — это форма и размер электродов. Процесс ионизации воздуха в зазоре между электродами протекает легче, когда он сконцентрирован в одном месте, например, на острой кромке электрода. Более острый электрод меньшей общей площади требует меньшего напряжения для запуска процесса ионизации, чем более толстый и круглый.
Это одна из причин, по которой свечи зажигания, изнашивающиеся в процессе работы, начинают создавать более слабую искру, вплоть до пропусков зажигания. Скругленные кромки электродов затрудняют ионизацию и требуют напряжения, которое катушка зажигания уже не в состоянии создать. По этой причине производители, вслед за DENSO, массово переходят на тонкие и острые электроды.
На что повлиять сложнее
К факторам, также непосредственно влияющим на искрообразование, относятся условия, возникающие в камере сгорания. В их число входит температура (как электродов свечи, так и топливовоздушной смеси), давление в конце такта сжатия, состав ТВС.
Температура самих электродов свечи, а также ТВС в камере сгорания влияет на искрообразование: чем она выше, тем подвижнее атомы и тем проще запустить процесс их ионизации. Это значит, что напряжение, необходимое для формирования искры, снижается по мере возрастания температуры электродов и среды в камере сгорания. По мере прогрева двигателя, а также в режиме высоких оборотов и мощности, потребное напряжение падает, искрообразование улучшается — в противовес холостому ходу и работе холодного двигателя.
Давление, достигнутое в камере сгорания в конце такта сжатия, также оказывает прямое влияние на требуемое напряжение. Чем выше давление, тем большее абсолютное количество молекул воздуха и топлива, которые требуется ионизировать, оказывается в зазоре между электродами, что требует более высокого напряжения. При этом само топливо, особенно в жидкой форме, легче ионизируется, чем воздух. Следовательно, обогащенные топливовоздушные смеси легче ионизируются и требуют меньшего напряжения, чем обедненные смеси. Сложив эти два фактора, мы поймем, что бедная смесь современного наддувного инжекторного двигателя с высоким давлением сжатия требует гораздо более высокого напряжения для создания искры, чем богатая смесь атмосферных двигателей прошлого.
Поиск оптимального пути
Понимая, что развитие современных двигателей идет по пути обеднения смеси и увеличения степени сжатия, при производстве свечей зажигания DENSO старается применять технологии и решения, позволяющие поддерживать возможно более низкий уровень требуемого напряжения.
В качестве примера такого изделия можно привести свечи зажигания с электродами малого размера, изготовленными с использованием благородных металлов, таких как иридий. Свечи зажигания DENSO линейки Iridium TT обладают тонким центральным иридиевым электродом диаметром всего 0,4 мм. Более острые электроды меньшего размера требуют менее высокого напряжения для образования искры, а сам иридий отличается повышенной стойкостью к воздействию высоких температур и износу. Этим же обусловлено наличие в ассортименте DENSO обычных никелевых свечей с технологией ТТ — Twin Tip, суть которой заключается в установке на электроды наконечников малого диаметра, улучшающих искрообразование.
Эти более технологичные свечи с улучшенным искрообразованием выпускаются DENSO в очень широком ассортименте, что позволяет прямо сейчас установить их практически на любой автомобиль. Благодаря такой замене понижаются требования к напряжению, производимому катушкой зажигания, увеличивается срок службы всех компонентов системы зажигания. Улучшенное искрообразование положительным образом сказывается на запуске и приемистости двигателя, топливной экономичности. Подобрать самые современные свечи DENSO можно в онлайн-каталоге.
Система зажигания и все о ней
Систему зажигания, которая обеспечивает работу двигателя, придется рассмотреть в этом разделе, хотя она и является составной частью «Электрооборудования автомобиля».
Когда мы с вами изучали рабочий цикл двигателя, то было отмечено, что в самом конце такта сжатия, рабочую смесь необходимо поджечь. А это означает, что между электродами свечи должна проскочить высоковольтная искра.
Система зажигания предназначена для создания тока высокого напряжения и распределения его по свечам цилиндров. Импульс тока высокого напряжения подается на свечи в строго определенный момент времени, который меняется в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель.
В настоящее время на автомобилях может устанавливаться контактная система зажигания или бесконтактная электронная система.
🔎 Контактная система зажигания.
🔎 Контактная система зажигания состоит из:
• катушки зажигания,
• прерывателя тока низкого напряжения,
• распределителя тока высокого напряжения
вакуумного и центробежного регуляторов опережения зажигания,
• свечей зажигания,
• проводов низкого и высокого напряжения,
• включателя зажигания.
🔎 Крышка распределителя и распределитель (ротор) тока высокого напряжения предназначены для распределения тока высокого напряжения по свечам цилиндров двигателя.
После того, как в катушке зажигания образовался ток высокого напряжения, он попадает (по высоковольтному проводу) на центральный контакт крышки распределителя, а затем через подпружиненный контактный уголек на пластину ротора. Во время вращения ротора ток «соскакивает» с его пластины, через небольшой воздушный зазор, на боковые контакты крышки. Далее, через высоковольтные провода, импульс тока высокого напряжения попадает к свечам зажигания.
Боковые контакты крышки распределителя пронумерованы и соединены (высоковольтными проводами) со свечами цилиндров в строго определенной последовательности.
Таким образом устанавливается «порядок работы цилиндров», который выражается рядом цифр. Как правило, для четырехцилиндровых двигателей, применяется последовательность: 1 – 3 – 4 – 2. Это означает, что после воспламенения рабочей смеси в первом цилиндре, следующий «взрыв» произойдет в третьем, потом в четвертом и, наконец, во втором цилиндре. Такой порядок работы цилиндров установлен для равномерного распределения нагрузки на коленчатый вал двигателя.
Подача высокого напряжения на электроды свечи зажигания должна происходить в конце такта сжатия, когда поршень не доходит до верхней мертвой точки примерно 4О — 6О, измеряя по углу поворота коленчатого вала. Этот угол называют углом опережения зажигания.
Необходимость опережения момента зажигания горючей смеси обусловлена тем, что поршень движется в цилиндре с огромной скоростью. Если смесь поджечь несколько позже, то расширяющиеся газы не будут успевать делать свою основную работу, то есть давить на поршень в должной степени. Хотя горючая смесь и сгорает в течение 0,001 – 0,002 секунды, поджигать ее надо до подхода поршня к верхней мертвой точке. Тогда в начале и середине рабочего хода поршень будет испытывать необходимое давление газов, а двигатель будет обладать той мощностью, которая требуется для движения автомобиля.
Первоначальный угол опережения зажигания выставляется и корректируется с помощью поворота корпуса прерывателя-распределителя. Тем самым мы выбираем момент размыкания контактов прерывателя, приближая их или наоборот, удаляя от набегающего кулачка приводного валика прерывателя-распределителя.
Однако, в зависимости от режима работы двигателя, условия процесса сгорания рабочей смеси в цилиндрах постоянно меняются. Поэтому для обеспечения оптимальных условий, необходимо постоянно менять и указанный выше угол (4О – 6О ). Это обеспечивают центробежный и вакуумный регуляторы опережения зажигания.
🔎 Центробежный регулятор опережения зажигания предназначен для изменения момента возникновения искры между электродами свечей зажигания, в зависимости от скорости вращения коленчатого вала двигателя.
При увеличении оборотов коленчатого вала двигателя, поршни в цилиндрах увеличивают скорость своего возвратно-поступательного движения. В тоже время скорость сгорания рабочей смеси остается практически неизменной. Это означает, что для обеспечения нормального рабочего процесса в цилиндре, смесь необходимо поджигать чуть раньше. Для этого искра между электродами свечи должна проскочить раньше, а это возможно лишь в том случае, если контакты прерывателя разомкнутся тоже раньше. Вот это и должен обеспечить центробежный регулятор опережения зажигания
🔎 Вакуумный регулятор опережения зажигания предназначен для изменения момента возникновения искры между электродами свечей зажигания, в зависимости от нагрузки на двигатель.
На одной и той же частоте вращения коленчатого вала двигателя, положение дроссельной заслонки (педали газа) может быть различным. Это означает, что в цилиндрах будет образовываться смесь различного состава. А скорость сгорания рабочей смеси как раз и зависит от ее состава.
При полностью открытой дроссельной заслонке (педаль газа «в полу») смесь сгорает быстрее, и поджигать ее можно и нужно попозже. То есть угол опережения зажигания надо уменьшать.
И наоборот, когда дроссельная заслонка прикрыта, скорость сгорания рабочей смеси падает, поэтому угол опережения зажигания должен быть увеличен.
🔎 Основные неисправности контактной системы зажигания.
❌ Отсутствует искра между электродами свечей из-за обрыва или плохого контакта проводов в цепи низкого напряжения, обгорания контактов прерывателя или отсутствия зазора между ними, «пробоя» конденсатора. Также искра может отсутствовать при неисправности катушки зажигания, крышки распределителя, ротора, высоковольтных проводов или самой свечи.
Для устранения этой неисправности необходимо последовательно проверить цепи низкого и высокого напряжения. Зазор в контактах прерывателя следует отрегулировать, а неработоспособные элементы системы зажигания заменить.
❌ Двигатель работает с перебоями и (или) не развивает полной мощности из-за неисправной свечи зажигания, нарушения величины зазора в контактах прерывателя или между электродами свечей, повреждении ротора или крышки распределителя, а также при неправильной установке начального угла опережения зажигания.
Для устранения неисправности необходимо восстановить нормальные зазоры в контактах прерывателя и между электродами свечей, выставить начальный угол опережения зажигания в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя, ну а неисправные детали следует поменять на новые.
🔎 Электронная бесконтактная система зажигания.
Преимущество электронной бесконтактной системы зажигания заключается в возможности увеличения подаваемого напряжения на электроды свечи (увеличение «мощности» искры). Это означает, что улучшается процесс воспламенения рабочей смеси. Тем самым облегчается запуск холодного двигателя, повышается устойчивость его работы на всех режимах. И это имеет особое значение для наших суровых зимних месяцев.
Немаловажным фактом является то, что при использовании электронной бесконтактной системы зажигания, двигатель становится более экономичным.
Как и у своего «младшего брата» (контактного и не электронного), у бесконтактной системы есть цепи низкого и высокого напряжения. Цепи высокого напряжения у них практически ничем не отличаются. А вот в цепи низкого напряжения, бесконтактная система в отличие от своего контактного предшественника, использует электронные устройства – коммутатор и датчик-распределитель (датчик Холла)
🔎 Электронная бесконтактная система зажигания включает в себя следующие узлы:
• источники электрического тока,
• катушку зажигания,
• датчик — распределитель,
• коммутатор,
• свечи зажигания,
• провода высокого и низкого напряжения,
• выключатель зажигания.
🔎 Основные неисправности электронной бесконтактной системы зажигания.
❌ Если «заглох» и не хочет заводиться двигатель с электронной бесконтактной системой зажигания, то в первую очередь стоит проверить… подачу бензина. Может быть, к вашей радости, причина была именно в этом. Если же с бензином все в порядке, а искры на свече нет, то у вас есть три варианта решения проблемы.
Начнем с третьего – надо хлопнуть дверцей машины, сказать нехорошие слова и опоздать на работу, добираясь туда на общественном транспорте.
Первый вариант предполагает попытку проверить на практике мнение о том, что «электроника – наука о контактах». Открываем капот и проверяем, зачищаем, подергиваем и подпихиваем на свои места все провода и проводочки, которые попадаются под руку. Если до этих судорожных телодвижений где-то были ненадежные электрические соединения, то двигатель заведется. А если нет, то остается еще и второй вариант.
❌ Для возможности воплощения в жизнь второго варианта, вам следует быть запасливым водителем. Из резерва необходимых вещей, которые вы возите с собой в машине, в первую очередь надо взять запасной коммутатор и заменить им прежний. Как правило, после этой процедуры двигатель оживает. Если же он все еще не хочет запускаться, то имеет смысл, последовательно меняя на новые, проверить крышку распределителя, ротор, бесконтактный датчик и катушку зажигания. В процессе этой «меняльной» процедуры двигатель все-таки заведется, а позже дома, вместе со специалистом вы сможете разобраться, какой конкретно узел вышел из строя и почему.
❌ Из опыта эксплуатации машины в наших условиях могу сказать, что большая часть проблем, возникающих в системе зажигания, связана с «чистотой» родных дорог. Зимой жидкая «каша» из грязного снега и солевого раствора лезет во все щели и разъедает все, что только можно. А летом вездесущая пыль, в которую в частности превращается зимняя «соленая каша», забивается еще глубже и весьма тлетворно влияет на все электрические соединения.
🔎 Эксплуатация системы зажигания.
При нормальной эксплуатации автомобиля и периодическом его обслуживании система зажигания не доставляет водителю больших хлопот. Однако некоторые «нерадивые» водители вообще забывают о том, что кроме пепельницы и магнитолы в автомобиле есть еще и многострадальный двигатель, и в частности его система зажигания.
Наступает момент и машина «говорит» вам о том, что у нее тоже есть нервы и предел терпения. Двигатель начинает фыркать и дымить, глохнуть и не заводиться. Это могут быть крупные поломки или мелкие неисправности в системах и механизмах двигателя, но, как правило, проблема кроется всего лишь в нарушенных регулировках и соединениях.
Так как мы уже знаем, что «электроника – наука о контактах», то в первую очередь необходимо следить за чистотой и надежностью электрических соединений. Поэтому при эксплуатации автомобиля иногда приходится зачищать клеммы проводов и штекерные разъемы.
Периодически следует контролировать зазор в контактах прерывателя (рис. 19) и при необходимости его регулировать. Если зазор в контактах прерывателя больше нормы (0,35 — 0,45 мм), то наблюдается неустойчивая работа двигателя на больших оборотах. Если меньше — неустойчивая работа на оборотах холостого хода. Все это происходит по причине того, что нарушенный зазор изменяет время замкнутого состояния контактов. А это уже влияет и на мощность искры, проскакивающей между электродами свечи, и на сам момент ее возникновения в цилиндре (опережение зажигания).
К сожалению, качество нашего бензина оставляет желать лучшего. Поэтому, если сегодня вы заправили свой автомобиль плохим бензином, то в следующий раз он может быть еще хуже. Естественно это не может не влиять на качество приготавливаемой карбюратором горючей смеси и процесс ее сгорания в цилиндре. В таких случаях, чтобы двигатель безотказно продолжал выполнять свою работу, необходимо подстраивать систему зажигания под сегодняшний бензин.
Если первоначальный угол опережения зажигания не соответствует оптимальному, то можно наблюдать и ощущать следующие явления.
🔎 Угол опережения зажигания слишком велик (раннее зажигание):
• затрудненный запуск холодного двигателя,
• «хлопки» в карбюраторе (обычно хорошо слышны из-под капота при попытках запуска двигателя),
• потеря мощности двигателя (машина плохо «тянет»),
• перерасход топлива,
• перегрев двигателя (индикатор температуры охлаждающей жидкости активно стремится к красному сектору),
• повышенное содержание вредных выбросов в выхлопных газах.
🔎 Угол опережения зажигания меньше нормы (позднее зажигание):
• «выстрелы» в глушителе,
• потеря мощности двигателя,
• перерасход топлива,
• перегрев двигателя.
Короче говоря, при неправильно выставленном зажигании двигатель хочет «умереть», а машина не хочет ехать. Перечень вышеописанных «кошмаров» можно было бы и продолжить, но надеюсь и этого достаточно для того, чтобы вы поняли, что двигатель и его системы требуют периодических регулировок. А кто будет этим заниматься, зависит от вас. Можно самостоятельно овладеть некоторыми навыками в не очень трудоемких и не очень сложных операциях по регулировкам. Или можно обращаться к специалисту, которому вы будете доверять свою «ласточку».