какое напряжение возникает во вторичной обмотке катушки
Катушка зажигания – устройство и принцип работы
Катушка зажигания (или модуль зажигания) – элемент системы зажигания автомобиля, который преобразует низковольтное напряжение бортовой сети в высоковольтный импульс. Высокое напряжение, возникающее в катушке зажигания, вызывает образование искры между электродами свечи зажигания и обеспечивает воспламенение топливно-воздушной смеси.
Устройство катушки зажигания
Катушка зажигания представляет собой трансформатор с двумя обмотками: первичной и вторичной, внутри которых находится стальной сердечник, а снаружи – изолированный корпус.
Первичная обмотка состоит из толстого медного изолированного провода и насчитывает от 100 до 150 витков. Обмотка имеет выводы 12 вольт.
Вторичная обмотка, как правило, располагается снаружи первичной. Она состоит из 15000-30000 витков тонкой медной проволоки. Такая система характерна как для модуля зажигания, для катушки зажигания сдвоенного типа, так и для индивидуальной катушки. Во вторичной обмотке создается импульсное напряжение до 35 000 вольт, которое и подается к свечам зажигания.
Катушка зажигания автомобиля масляного типа заполняется трансформаторным маслом, которое предохраняет ее от нагрева.
Принцип действия катушки зажигания
В первичную обмотку катушки подается низковольтное напряжение, которое создает магнитное поле. Время от времени это напряжение отсекается прерывателем, вызывая резкое сокращение магнитного поля и образования в витках катушек электродвижущей силы (ЭДС).
Согласно физическому закону электромагнитной индукции, величина образующейся таким образом ЭДС прямо пропорциональна количеству витков обмотки контура. Поэтому во вторичной катушке с большим количеством витков образуется импульс высокого напряжения, который по высоковольтным проводам (не применимо к индивидуальной катушке зажигания, установленной прямо на свечу) подается к свече зажигания. Благодаря импульсу, передаваемому катушкой, между электродами свечи зажигания образуется искра, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь.
В устаревших моделях автомобилей напряжение от катушки зажигания подавалось ко всем свечам с помощью распределителя зажигания. Такая схема оказалась недостаточно надежной, поэтому катушки зажигания (их ещё называют свечными) современного автомобиля объединены в систему и распределены по одной на каждую свечу.
Виды катушек зажигания автомобиля
• Общая катушка зажигания используется в системах зажигания с распределителем или без него. Ее конструкция описана выше: первичная обмотка располагается снаружи вторичной, внутри которой находится сердечник. Катушки с сердечником заключены в стальной корпус. Импульс от вторичной обмотки подается на свечи зажигания.
• Индивидуальная катушка зажигания используется в системах прямого электронного зажигания. В отличие от общей конструкции, в индивидуальных катушках первичная обмотка находится внутри вторичной. Индивидуальная катушка устанавливается непосредственно на свечу зажигания, поэтому высоковольтный импульс передается практически без потери мощности.
Рекомендации по эксплуатации модулей зажигания
1. Не оставляйте включенным зажигание без запуска двигателя на долгое время. Это существенно сокращает срок службы катушек зажигания.
2. Найдите время для очистки и проверки состояния катушки. Убедитесь в том, что крепления проводов в порядке, особенно важно проверить высоковольтный провод. Убедитесь также, что на корпус или внутрь его не попадает вода.
3. Не отсоединяйте высоковольтный провод от катушки голыми руками при включенном зажигании.
Тестовое задание по системе зажигания.
Тестовое задание по системе зажигания. Содержит 13 вопросов с ответами.
Просмотр содержимого документа
«Тестовое задание по системе зажигания.»
к теоретическим занятиям «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»
1. Перечислите элементы, входящие в электронную систему зажигания:
а) катушка зажигания
б) прерыватель-распределитель
в) конденсатор
г) насвечник
д) свечи
е) высоковольтные провода
2. Какую электрическую цепь размыкают контакты прерывателя?
а) первичную цепь обмотки катушки зажигания
б) вторичную цепь обмотки катушки зажигания
в) цепь обмотки возбуждения
3. В зависимости от каких параметров вакуумный регулятор изменяет угол опережения зажигания?
а) частоты вращения коленчатого вала
б) изменения напряжения в цепи катушки зажигания
в) изменения нагрузки на двигатель
г) от всех указанных параметров
4. Какой прибор системы зажигания обеспечивает преобразование тока низкого напряжения в ток высокого напряжения?
а) катушка зажигания
б) прерыватель-распределитель
в) искровые свечи зажигания
5.какое напряжение возникает во вторичной обмотке катушки?
а) 220 В
6. Куда далее поступает ток высокого напряжения от катушки зажигания?
а) на центральный контакт крышки распределителя
б) на контакты прерывателя
в) на искровые свечи зажигания
7. Как изменяется угол опережения зажигания при уменьшении нагрузки на двигатель?
а) увеличится
б) уменьшится
в) не изменится
8. В зависимости, от каких параметров центробежный регулятор опережения зажигания прерывателя-распределителя изменяет угол опережения зажигания?
а) мощностных нагрузок на двигатель
б) скоростных параметров
в) октанового числа бензина
г) всех названных параметров
9. Куда поступает ток с контактов прерывателя-распределителя?
а) на первичную обмотку катушки зажигания
б) на вторичную обмотку катушки зажигания
в) на конденсатор
г) во все названные приборы
10. Когда возникает искра на электродах свечи зажигания?
а) при подаче тока в цепь конденсатора
б) при смыкании контактов прерывателя-распределителя
в) при размыкании контактов прерывателя-распределителя
г) во всех перечисленных случаях
11. Какое устройство изменяет угол опережения зажигания в зависимости от нагрузки на двигатель?
а) октан-корректор
б) конденсатор
в) вакуумный регулятор
г) центробежный регулятор
12. Каким образом центробежный регулятор изменяет угол опережения зажигания?
а) водителем вручную, поворачивая корпус прерывателя
б) автоматически, с помощью центробежных грузиков
в) обоими способами
13. На какой угол повернется ротор распределителя в 4-х тактном 4-цилиндровом двигателе, если коленчатый вал сделает один оборот?
а) 15 градусов
б) 45 градусов
в) 90 градусов
г) 180 градусов
д) 270 градусов
е) 360 градусов
ж) 540 градусов
Ответы на тестовые задания
1 – г, д;
2 – а;
3 – в;
4 – а;
5 – в;
6 – а;
7 – б;
8 – б;
9 – а;
10 – в;
11 – в;
12 – б;
13 – в.
Критерии оценивания
Оценка «неудовлетворительно» – 7 правильных ответов и меньше
Оценка «удовлетворительно» – 8-10 правильных ответов
Оценка «хорошо» – 11-12 правильных ответов
Оценка «отлично» – 13 правильных ответов
ТЕСТ к теоретическим занятиям «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
к теоретическим занятиям «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»
1. Перечислите элементы, входящие в электронную систему зажигания:
а) катушка зажигания
б) прерыватель-распределитель
в) конденсатор
г) насвечник д) свечи
е) высоковольтные провода
2. Какую электрическую цепь размыкают контакты прерывателя?
а) первичную цепь обмотки катушки зажигания
б) вторичную цепь обмотки катушки зажигания
в) цепь обмотки возбуждения
3. В зависимости от каких параметров вакуумный регулятор изменяет угол опережения зажигания?
а) частоты вращения коленчатого вала
б) изменения напряжения в цепи катушки зажигания
в) изменения нагрузки на двигатель
г) от всех указанных параметров
4. Какой прибор системы зажигания обеспечивает преобразование тока низкого напряжения в ток высокого напряжения?
а) катушка зажигания
б) прерыватель-распределитель
в) искровые свечи зажигания
5.какое напряжение возникает во вторичной обмотке катушки?
а) 220 В
6. Куда далее поступает ток высокого напряжения от катушки зажигания?
а) на центральный контакт крышки распределителя
б) на контакты прерывателя
в) на искровые свечи зажигания
7. Как изменяется угол опережения зажигания при уменьшении нагрузки на двигатель?
а) увеличится
б) уменьшится
в) не изменится
8. В зависимости, от каких параметров центробежный регулятор опережения зажигания прерывателя-распределителя изменяет угол опережения зажигания?
а) мощностных нагрузок на двигатель
б) скоростных параметров
в) октанового числа бензина
г) всех названных параметров
9. Куда поступает ток с контактов прерывателя-распределителя?
а) на первичную обмотку катушки зажигания
б) на вторичную обмотку катушки зажигания
в) на конденсатор
г) во все названные приборы
10. Когда возникает искра на электродах свечи зажигания?
а) при подаче тока в цепь конденсатора
б) при смыкании контактов прерывателя-распределителя
в) при размыкании контактов прерывателя-распределителя
г) во всех перечисленных случаях
11. Какое устройство изменяет угол опережения зажигания в зависимости от нагрузки на двигатель?
а) октан-корректор
б) конденсатор
в) вакуумный регулятор
г) центробежный регулятор
12. Каким образом центробежный регулятор изменяет угол опережения зажигания?
а) водителем вручную, поворачивая корпус прерывателя
б) автоматически, с помощью центробежных грузиков
в) обоими способами
13. На какой угол повернется ротор распределителя в 4-х тактном 4-цилиндровом двигателе, если коленчатый вал сделает один оборот?
а) 15 градусов
б) 45 градусов
в) 90 градусов
г) 180 градусов
д) 270 градусов
е) 360 градусов
ж) 540 градусов
Ответы на тестовые задания
1 – г, д;
2 – а;
3 – в;
4 – а;
5 – в;
6 – а;
7 – б;
8 – б;
9 – а;
10 – в;
11 – в;
12 – б;
13 – в.
Критерии оценивания
Оценка «неудовлетворительно» – 7 правильных ответов и меньше
Оценка «удовлетворительно» – 8-10 правильных ответов
Оценка «хорошо» – 11-12 правильных ответов
Оценка «отлично» – 13 правильных ответов
Курс профессиональной переподготовки
Библиотечно-библиографические и информационные знания в педагогическом процессе
Курс повышения квалификации
Охрана труда
Курс профессиональной переподготовки
Охрана труда
ТЕСТ
к теоретическим занятиям «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»
1. Перечислите элементы, входящие в электронную систему зажигания:
а) катушка зажигания
б) прерыватель-распределитель
в) конденсатор
г) насвечник д) свечи
е) высоковольтные провода
2. Какую электрическую цепь размыкают контакты прерывателя?
а) первичную цепь обмотки катушки зажигания
б) вторичную цепь обмотки катушки зажигания
в) цепь обмотки возбуждения
3. В зависимости от каких параметров вакуумный регулятор изменяет угол опережения зажигания?
а) частоты вращения коленчатого вала
б) изменения напряжения в цепи катушки зажигания
в) изменения нагрузки на двигатель
г) от всех указанных параметров
4. Какой прибор системы зажигания обеспечивает преобразование тока низкого напряжения в ток высокого напряжения?
а) катушка зажигания
б) прерыватель-распределитель
в) искровые свечи зажигания
5.какое напряжение возникает во вторичной обмотке катушки?
а) 220 В
6. Куда далее поступает ток высокого напряжения от катушки зажигания?
а) на центральный контакт крышки распределителя
б) на контакты прерывателя
в) на искровые свечи зажигания
7. Как изменяется угол опережения зажигания при уменьшении нагрузки на двигатель?
а) увеличится
б) уменьшится
в) не изменится
8. В зависимости, от каких параметров центробежный регулятор опережения зажигания прерывателя-распределителя изменяет угол опережения зажигания?
а) мощностных нагрузок на двигатель
б) скоростных параметров
в) октанового числа бензина
г) всех названных параметров
9. Куда поступает ток с контактов прерывателя-распределителя?
а) на первичную обмотку катушки зажигания
б) на вторичную обмотку катушки зажигания
в) на конденсатор
г) во все названные приборы
10. Когда возникает искра на электродах свечи зажигания?
а) при подаче тока в цепь конденсатора
б) при смыкании контактов прерывателя-распределителя
в) при размыкании контактов прерывателя-распределителя
г) во всех перечисленных случаях
11. Какое устройство изменяет угол опережения зажигания в зависимости от нагрузки на двигатель?
а) октан-корректор
б) конденсатор
в) вакуумный регулятор
г) центробежный регулятор
12. Каким образом центробежный регулятор изменяет угол опережения зажигания?
а) водителем вручную, поворачивая корпус прерывателя
б) автоматически, с помощью центробежных грузиков
в) обоими способами
13. На какой угол повернется ротор распределителя в 4-х тактном 4-цилиндровом двигателе, если коленчатый вал сделает один оборот?
а) 15 градусов
б) 45 градусов
в) 90 градусов
г) 180 градусов
д) 270 градусов
е) 360 градусов
ж) 540 градусов
Ответы на тестовые задания
1 – г, д;
2 – а;
3 – в;
4 – а;
5 – в;
6 – а;
7 – б;
8 – б;
9 – а;
10 – в;
11 – в;
12 – б;
13 – в.
Критерии оценивания
Оценка «неудовлетворительно» – 7 правильных ответов и меньше
Оценка «удовлетворительно» – 8-10 правильных ответов
Оценка «хорошо» – 11-12 правильных ответов
Оценка «отлично» – 13 правильных ответов
Зажигание
Бесконтактные переключающие элементы заменили механические контакты прерывателя. Однако, метод индуктивного накопления энергии для образования искры не изменился со времен Чарльза Кеттеринга.
Любая система зажигания независимо от ее типа и конструкции имеет две функции:
• обеспечение воспламенения топливовоздушной смеси;
• обеспечение того, чтобы воспламенение происходило точно в нужный момент такта сжатия для оптимизации работы двигателя и/или топливной экономичности.
Несмотря на взрывную природу распыленного бензина, если искра для воспламенения будет проскакивать в несоответствующий момент, большинство потенциальной энергии будет высвобождено перед тем, когда эта энергия обеспечила бы полезную работу поршня. Фактически, если момент зажигания будет смещен на несколько градусов, двигатель может не работать вообще. Более того, оптимальный момент зажигания изменяется при изменении оборотов двигателя и положения дроссельной заслонки. Таким образом, система зажигания должна реагировать на изменение условий работы двигателя. В заключение, сотни миллионов искр, требуемые для обычного двигателя каждый год, должны быть генерированы со стопроцентной надежностью.
В большей или меньшей степени системы зажигания стали совершать этот «подвиг» с 1908 года, когда Чарльз Кеттеринг начал использовать систему зажигания с индуктивным накоплением энергии (английская аббревиатура IDI) для автомобильных двигателей. Механические контакты, важная часть изобретения Кеттеринга, использовались до середины 70-х годов для образования искры и, соответственно, начала сгорания. Развитие твердотельной электроники позволило заменить контакты прерывателя электронными переключающими элементами, которые гораздо более надежны и служат намного дольше.
Однако, метод образования высоковольтной искры, которая проскакивает между электродами свечи зажигания, практически не изменился со времени Чарльза Кеттеринга. Подобная система с индуктивным накоплением энергии используется практически на всех стандартных и форсированных двигателях.
Понимание основ того, как работает система зажигания, поможет вам оценить различные системы, установить нужную систему, диагностировать неисправности и что лучше всего, оптимизировать мощность двигателя. Не опасайтесь того, что вам придется углубляться в электрические «дебри» и обращаться для усовершенствования своей системы зажигания к специалистам. Система зажигания несложная, но она, вероятно, является одной из наименее доступных для понимания частей автомобильных технологий. Перейдем теперь к рассмотрению самой системы.
Система с индуктивным накоплением энергии
Весь процесс происходит в катушке зажигания. Понимание того, как работает эта необходимая деталь, является ключом к пониманию того, как работает вся система зажигания.
Катушка зажигания с технической точки зрения представляет собой трансформатор. Это означает, что она может преобразовывать напряжение в высокое или низкое, а напряжение будет способом описания усилия, с которым «движется» электричество. Его часто сравнивают с давлением в водяной трубе. Катушка зажигания состоит из двух отдельных обмоток (своеобразных катушек) из провода на обычном железном сердечнике. Одна из обмоток называется первичной и состоит примерно из 150 витков толстого медного провода. Первичная обмотка соединяется через контакты прерывателя (или через электронный блок управления) с источником напряжения 12В (аккумуляторной батареи). Другая обмотка, называемая вторичной, обычно наматывается поверх первичной. Вторичная обмотка содержит примерно 30 000 витков тонкого медного провода, и это определяет коэффициент трансформации катушки и ее возможность к генерации высокого напряжения, необходимого для проскакивания искры между электродами свечи зажигания. К примеру, если число витков вторичной обмотки будет в 10 раз превышать число витков первичной обмотки, то напряжение на вторичной обмотке будет в 10 раз больше напряжения па первичной обмотке. Так как многие катушки зажигания имеют коэффициент трансформации, равный 30 000/150, т. е. около 200:1, и напряжение вторичной обмотки будет в 200 раз больше, чем напряжение, приложенное к первичной обмотке. Однако когда вы умножите напряжение 12 В в первичной обмотке на 200, то вы получите 2400 В. Так как катушки зажигания выдают около 50 000 В, то, очевидно, существует еще и другой фактор при их работе. Ответ заключается в том, что происходит внутри катушки зажигания, когда к первичной обмотке подключается и отключается напряжение.
Существует жесткая связь между магнитным полем и электричеством. Когда электричество течет по проводнику (это называется электрическим током), то генерируется магнитное поле и, наоборот, электрический ток может генерироваться от переменного магнитного поля. Когда напряжение аккумуляторной батареи (АБ) прикладывается к первичной обмотке катушки зажигания, ток протекает через 150 витков провода и генерирует сильное магнитное поле, которое проходит через все витки катушки и через ее железный стержень. После того, как напряжение АБ было приложено примерно на 0,010-0,015 сек, магнитное поле достигает своего полного значения, т. е. за это время катушка входит в насыщение или насыщается.
Когда магнитное поле присутствует, то принципиально может образовываться электричество. Если сказать более точно, напряжение будет генерироваться пропорционально тому, как быстро увеличивается или уменьшается магнитное поле. Так как в первичной обмотке имеется ток, который поддерживает магнитное поле, отключение тока в первичной обмотке приводит к максимально быстрому спаду интенсивности магнитного поля. Спад поля происходит менее чем за 0,001 сек, и это индуцирует напряжение примерно в 250 В в первичной обмотке. Это и является тем напряжением, которое возрастает до 50 000 В благодаря коэффициенту трансформации катушки 200:1, и оно приводит к образованию искры в свече зажигания.
Использование быстро падающего магнитного поля для генерации высокого напряжения и затем для образования искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь, было изобретением Чарльза Кеттеринга. Кеттеринг также обнаружил, что чем быстрее можно уменьшать магнитное поле, тем более надежно система зажигания будет воспламенять смесь.
Система зажигания с индуктивным накоплением энергии 1 — свеча зажигания; 2 — вакуумный регулятор опережения зажигания; 3 — выступы (кулачки) вала распределителя; 4 — крышка распределителя зажигания; 5 — ротор распределителя; 6 — контакт для высоковольтного провода; 7 — контакт ротора; 8 — магнитный датчик (датчик Холла); 9 — ротор с выступами; 10 — электронный датчик; 11 — контакты; 12 — конденсатор; 13 — пластина контактов; 14 — пружина для опережения зажигания; 15-механическийрегулятор опережения зажигания; 16 — вал распределителя; 17 — корпус распределителя; 18- отверстие для смазки; 19 — косая шестерня привода; 20 — привод масляного насоса; 21 — катушка зажигания; 22 — аккумуляторная батарея; 23 — выключатель зажигания.
Система зажигания Кеттеринга использовала механические контакты для включения и выключения катушки зажигания. Он же обнаружил, что электрическая искра (дуга) будет проскакивать между контактами в момент их размыкания. Эта искра будет продолжать протекание некоторого тока в первичной обмотке катушки зажигания, что удлинит процесс спада магнитного поля, таким образом, уменьшая напряжение во вторичной обмотке. Кеттеринг обнаружил, что подсоединение конденсатора параллельно контактам прерывателя существенно сокращает искрение между контактами, и напряжение во вторичной обмотке заметно увеличивается. Конденсатор действует подобно аккумуляторной батарее (АБ), заряжаясь и разряжаясь при размыкании и замыкании контактов. Когда контакты размыкаются, то разряженный конденсатор получает большую часть электрического тока, чем цепь высокого сопротивления, образуемого разомкнутыми контактами. Контакты расходятся достаточно далеко за время зарядки конденсатора, т. е. когда конденсатор полностью
Напряжение во вторичной обмотке управляется не только тем, как быстро спадает магнитное поле, но и тем, какова была напряженность магнитного поля перед спадом. Катушки зажигания высокой энергии (подобные показанной справа катушке ACCEL SUPER COIL) имеют меньше витков в первичной обмотке, что приводит к генерации большего тока и к более быстрому возрастанию магнитного поля.
заряжен, подача тока в первичной обмотке резко прекращается, что приводит к спаду магнитного поля примерно в 20 раз быстрее, чем это происходит тогда, когда между контактами проскакивает искра. Этот быстрый спад магнитного поля, вызванный конденсатором, увеличивает напряжение во вторичной обмотке, и конденсатор является необходимой частью систем зажигания с индуктивным накоплением электрической энергии.
Насыщение катушки зажигания
Так как напряжение вторичной обмотки управляется не только тем, как быстро спадает магнитное поле, но также и тем, какова была его напряженность перед спадом, образование • сильного магнитного поля также является очень важным фактором при получении максимальной отдачи от системы зажигания с индуктивным накоплением энергии. Так как для достижения уровня 95% от максимального уровня поля (полного насыщения) требуется всего 15 мсек (0,015 сек), это сначала может показаться достаточным временем для достижения этого уровня насыщения, и это не составляет проблем. Однако, когда вы представите себе, что катушка зажигания должна обеспечивать 4 импульса высокого напряжения в течение одного оборота двигателя (на двигателях V8), поэтому остается всего лишь 0,015 сек между каждым импульсом высокого напряжения, когда двигатель работает с частотой 1000 об/мин. При 6000 об/мин должно образовываться 15 искр в секунду для каждого цилиндра, что составляет около 400 искр в секунду для двигателя V8, что составляет всего 2,5 мсек (0,0025 сек) для промежутка между искрами.
Для преодоления этого временного затруднения использовались различные технологии, которые максимально увеличивают скорость, с которой создается магнитное поле (она называется скоростью насыщения) и напряженность магнитного поля, когда оно достигает насыщения (это называется уровнем насыщения). Наиболее популярным методом увеличения скорости насыщения является конструкция катушки, рассчитанная на работу от напряжения 9 или 10 В, а не от полного напряжения АБ (12 В). Это пониженное напряжение прикладывается к катушке зажигания, когда двигатель работает на холостом ходу. Когда обороты двигателя увеличиваются, к катушке прикладывается более высокое напряжение, увеличивая скорость образования магнитного поля и компенсируя, хотя и частично, более короткое время насыщения. Наиболее популярным для этой цели прибором является балластный резистор; его температура и сопротивление изменяются при изменении оборотов двигателя, позволяя большему току поступать к катушке при высоких оборотах двигателя. Балластный резистор выполняет также другую полезную функцию: он отключается из цепи во время запуска двигателя, что уменьшает нагрузку па АБ, позволяет максимально возможному напряжению поступать на катушку зажигания, и помогает быстрому запуску двигателя. Однако современные системы электронного зажигания используют более сложные методы изменения значения напряжения, чтобы достичь максимального насыщения.
Во времена контактных прерывателей увеличение угла замкнутого состояния контактов (меры того, как долго контакты находятся в замкнутом состоянии, позволяя магнитному полю увеличиваться в катушке) увеличивало прирост мощности при высоких оборотах двигателя. Двойные контакты увеличивают угол замкнутого состояния контактов от типичного значения 30° (с одинарными контактами) примерно до 40°. Максимальное значение угла замкнутого состояния контактов, создаваемое для системы с одной катушкой зажигания, может составлять чуть меньше 45°, т. е. это продолжительность того, как долго вал распределителя поворачивается, между соседними моментами зажигания на двигателе V8. В системах электронного зажигания механические ограничения уменьшаются, и становится достижимым практически полный 45-градусный период между импульсами высокого напряжения для образования магнитного поля в катушке. Даже полный период в 45°, соответствующий углу замкнутого состояния контактов, составляет для образования магнитного поля всего лишь 0,002 сек при 7000 об/мин, поэтому в дополнение к увеличению напряжения на первичной обмотке, уровень насыщения катушки оптимизируется с помощью ее конструкции. Специальные катушки зажигания, разработанные для применения в высокооборотистых двигателях, выпускаются фирмами MSD, ACCEL, PERFORMANCE DISTRIBUTORS, MALLORY и другими. Эти высоковольтные катушки зажигания имеют высокий коэффициент трансформации и обычно потребляют повышенный ток в первичной обмотке. Вдобавок к этому, некоторые из них имеют улучшенные изолирующие и теплорассеивающие свойства. Одно замечание: большинство нз этих катушек разработано для использования с бесконтактными и/или электронными системами зажигания. Установка катушек зажигания с повышенным током в первичной обмотке на обычную контактную систему зажигания может ускорить износ контактов от искрения и перегрева.
Секреты катушек зажигания
1 — уплотнительный колпачок; 2 — контакт вторичной обмотки для высокого напряжения; 3 — контакты первичной обмотки; 4 — крышка катушки зажигания; 5 — покрытие; 6 — вторичная обмотка; 7 — первичная обмотка; 8 — кожух катушки зажигания; 9 — стеклянная изоляция.
Все происходит в катушке зажигания. Состоящая из двух отдельных обмоток (первичной и вторичной), намотанных на общем железном сердечнике, катушка зажигания представляет собой трансформатор, который использует магнитное поле, вырабатываемое током в первичной обмотке, для генерации высокого напряжения во вторичной обмотке. Рост напряжения определяется коэффициентом трансформации, который, в свою очередь, определяется соотношением числа витков вторичной и первичной обмоток.
Многие катушки зажигания высокой энергии имеют коэффициент трансформации, равный 30000/150, т. е. 200:1. Однако, используя этот коэффициент, будет получен лишь рост напряжения в 200 раз, т. е. 12В х 200 = 2400 В. Так как катушки зажигания выдают напряжение до 60 000 В, то здесь работают и другие факторы.
Скрытым фактором является то, что напряжение будет генерироваться пропорционально тому, как быстро будет расти или спадать магнитное поле. Если магнитное поле быстро спадает (менее чем за 0,001 сек), это приведет к генерации напряжения 250-300 В в первичной обмотке. Это пиковое напряжение в первичной обмотке, умноженное на коэффициент трансформации 200, даст величину напряжения до 50 000 В во вторичной обмотке, которое подается на свечи зажигания.
1 — быстрый спад магнитного поля — высокое напряжение;
2 — медленный спад магнитного поля — низкое напряжение.
1 — напряженность магнитного поля; 2 — напряжение АБ; 3 — напряжение на первичной обмотке; 4 — напряжение образования искры; 5 — длительность искры; 6 — напряжение искры; 7 — напряжение вторичной обмотки.
На рисунке показано то, что происходит с магнитным полем, напряжением в первичной обмотке и во вторичной обмотке, когда контакты размыкаются и замыкаются. Когда контакты замкнуты, напряжение 12 В подается на катушку зажигания, и в ней образуется магнитное поле. Через несколько миллисекунд контакты размыкаются и магнитное поле спадает. Это быстрое изменение поля генерирует напряжение примерно 300 В в первичной обмотке и до 60 000 В во вторичной обмотке.
1 — напряженность магнитного поля; 2 — напряжение АБ; 3 — напряжение на первичной обмотке; 4 — напряжение искры; 5 — напряжение вторичной обмотки.
Имеется еще одна важная деталь, которая помогает образованию напряжения во вторичной обмотке. По кривым можно видеть, что что-то не в порядке. Низкие напряжения в первичной и во вторичной обмотках являются результатом отсутствия конденсатора в первичной цепи. Здесь видно, почему нужен конденсатор: он уменьшает искрение в зазоре между контактами, что замедляет спад магнитного поля и уменьшает напряжение во вторичной обмотке. Конденсатор, установленный параллельно контактам, выполняет следующие функции:
• он «поглощает » напряжение «искрения » на контактах;
• позволяет магнитному полю спадать в 20 раз быстрее;
• содействует генерации повышенного напряжения во вторичной обмотке.
Хотя механические контакты заменены бесконтактным датчиком и транзисторной системой переключения, принципы работы показанной здесь системы зажигания HY FIRE MALLOR Y в основном не изменились.
Ротор распределителя зажигания проходит 45°за 0,002 сек, когда двигатель работает при 7000 об/мин; 1 — 45°.
Система зажигания с емкостным накоплением энергии
До настоящего момента мы рассматривали системы зажигания с индуктивным накоплением энергии, в которых катушка зажигания вырабатывает высокое напряжение, когда от первичной обмотки катушки отключается напряжение, что приводит к быстрому спаду магнитного поля. Эта цепь отличается простотой и требует всего лишь механического контактного выключателя (прерывателя) и конденсатора, но у нее есть недостатки. Для того чтобы получить мощную искру, магнитное поле должно иметь высокие значения, а при высоких оборотах имеется очень мало времени для этого. Если вместо надежды на быстрый спад магнитного поля, система могла быть не ограничена требованиями по насыщению катушки (имеется в виду, что скорость изменения магнитного поля — увеличения или уменьшения определяет генерацию напряжения во вторичной обмотке). Подобные системы существуют, и они обычно используются на форсированных двигателях, в частности, в системах с многоискровым зажиганием, которые будут обсуждаться далее. Так называемые системы с емкостным накоплением энергии (CDI в английской аббревиатуре) эффективно работают, в противоположность системам с индуктивным накоплением энергии (IDI). Вместо образования магнитного поля в катушке зажигания большие конденсаторы внутри электронного блока управления заряжаются до напряжения 300-400 В или больше. Затем точно в момент зажигания, определяемым тем же самым механическим или электронным выключателем в распределителе зажигания, весь заряд этих конденсаторов подается на первичную обмотку катушки зажигания. Быстро возникает очень большое магнитное поле, которое индуцирует высокое напряжение во вторичной обмотке. Система CDI ограничивается только тем, как быстро могут быть перезаряжены конденсаторы.
Искра, вырабатываемая системой CDI, является мощной и точной, но многие такие системы обеспечивают очень короткую продолжительность искры, так как магнитное поле образуется в системе CDI намного быстрее, чем оно спадает в системе IDI. Многие системы IDI генерируют искру в зазоре между электродами свечи, которая продолжается более 0,001 сек, но продолжительность искры в системе CDI часто составляет всего лишь 0,00003 сек (30 мсек), т. е. она в 30 раз короче. Фактически, некоторые системы зажигания с емкостным накоплением энергии могут вырабатывать искру на такое короткое время, что она не может обеспечивать в некоторых случаях надежного воспламенения смеси. Однако при правильной конструкции система CD1 может генерировать высоковольтную искру нужной продолжительности для обеспечения надежного воспламенения во всех двигателях.
Какую систему использовать
Контактная система зажигания IDI (подобная показанной здесь системе с двойными контактами в распределителе фирмы MALLORY) обеспечивает мощность, сравнимую с большинством электронных систем зажигания.
Когда мы рассмотрели основы, можно перейти к специфике выбора и настройки системы зажигания для оптимизации эффективности работы и мощности двигателя.
До середины 70-х и контактная система зажигания была обычной системой просто потому, что она использовалась практически на всех автомобилях с бензиновыми двигателями. Автомобили с форсированными двигателями использовали системы с двойными контактами, но система зажигания с контактным прерывателем была единственной системой, имеющейся в распоряжении автомобилестроителей. 80-е и 90-е годы изменили ситуацию полностью. Теперь системы зажигания с контактным прерывателем на новых автомобилях практически не используются, хотя почти все автомобили по-прежнему используют конструкцию Кеттеринга с катушкой зажигания. Термин «обычная» теперь подразумевает управляемую компьютером систему контроля двигателя, в которой некий электронный «черный» ящик не только управляет зажиганием, но также процессом карбюрации или дозировкой впрыска топлива, моментами переключения передач в автоматической трансмиссии и др. Несмотря на все вышесказанное, контактные системы зажигания, вероятно, будут использоваться и после 2000 года, так как они могут обеспечить более чем точный процесс воспламенения смеси в форсированных двигателях при условии правильной работы, о чем будет сказано далее.