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.
Источники электрического тока (аккумуляторная батарея и генератор, подробный разговор о которых будет в разделе «Электрооборудование автомобиля») вырабатывают ток низкого напряжения. Они «выдают» в бортовую электрическую сеть автомобиля 12 - 14 вольт. Для возникновения же искры между электродами свечи на них необходимо подать 18 - 20 тысяч вольт! Поэтому в системе зажигания имеются две электрические цепи – низкого и высокого напряжений (рис.19).
|
Рис. 19 Контактная система зажигания
а) электрическая цепь низкого напряжения
1 - «масса» автомобиля; 2 - аккумуляторная батарея; 3 - контакты замка зажигания; 4 - катушка зажигания; 5 - первичная обмотка (низкого напряжения); 6 - конденсатор; 7 - подвижный контакт прерывателя; 8 - неподвижный контакт прерывателя; 9 - кулачек прерывателя; 10 - молоточек контактов
|
|
Рис. 19 Контактная система зажигания
б) электрическая цепь высокого напряжения
1 - катушка зажигания; 2 - вторичная обмотка (высокого напряжения); 3 - высоковольтный провод катушки зажигания; 4 - крышка распределителя тока высокого напряжения; 5 - высоковольтные провода свечей зажигания; 6 - свечи зажигания; 7 - распределитель тока высокого напряжения («бегунок»); 8 - резистор; 9 - центральный контакт распределителя; 10 - боковые контакты крышки
|
Контактная система зажигания (рис. 19) 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.
Катушка зажигания (рис. 19) предназначена для преобразования тока низкого напряжения в ток высокого напряжения. Как и большинство приборов системы зажигания, она располагается в моторном отсеке автомобиля.
Принцип работы катушки зажигания очень прост и знаком нам из школьного курса физики. Когда по обмотке низкого напряжения протекает электрический ток, то вокруг нее создается магнитное поле. Если же прервать ток в этой обмотке, то исчезающее магнитное поле индуцирует ток уже в другой обмотке (высокого напряжения).
За счет разницы в количестве витков обмоток катушки, из 12-ти вольт мы получаем необходимые нам 20 тысяч вольт! Цифра весьма впечатляющая, но это как раз то напряжение, которое в состоянии пробить воздушное пространство (около миллиметра) между электродами свечи зажигания.
Если кто из вас, испугавшись этой цифры, решил вообще не дотрагиваться до чего-либо электрического в машине, то напрасно. «Убивает не напряжение, а ток» – известное выражение у электриков, как нельзя лучше подходит к ситуации с автомобилем. В системе зажигания очень маленькие токи, поэтому если вы и дотронетесь до проводов или приборов системы, то будет лишь несколько «неприятно», но не более того. Да и произойдет это, только если вы стоите босиком (в мокрой обуви) на сырой земле или если одна рука на «корпусе», а другая на 20-ти тысячах.
Прерыватель тока низкого напряжения (контакты прерывателя - рис. 19) - нужен для того, чтобы размыкать ток в цепи низкого напряжения. Именно при этом во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется ток высокого напряжения, который затем поступает на центральный контакт распределителя.
Контакты прерывателя находятся под крышкой распределителя зажигания. Пластинчатая пружина подвижного контакта постоянно прижимает его к неподвижному контакту. Размыкаются они лишь на короткий срок, когда набегающий кулачок приводного валика прерывателя-распределителя надавит на молоточек подвижного контакта.
Параллельно контактам включен конденсатор. Он необходим для того, чтобы контакты не обгорали в момент размыкания. Во время отрыва подвижного контакта от неподвижного, между ними хочет проскочить мощная искра, но конденсатор поглощает в себя большую часть электрического разряда и искрение уменьшается до незначительного.
Но это только заметная глазу половина полезной работы конденсатора. Он еще участвует и в увеличении напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания. Когда контакты прерывателя полностью размыкаются, конденсатор разряжается, создавая обратный ток в цепи низкого напряжения, и тем самым, ускоряет исчезновение магнитного поля. А чем быстрее исчезает это поле, тем больший ток возникает в цепи высокого напряжения.
«А зачем такой длинный разговор о такой маленькой штучке в такой большой машине?» - спросите вы. Так вот учтите, при выходе конденсатора из строя двигатель работать не будет! Напряжение во вторичной цепи получится недостаточно большим для того, чтобы пробить воздушную преграду между электродами свечи зажигания. Может быть, иногда, слабая искорка и будет проскакивать, но нам нужна достаточно «горячая» и стабильная искра, которая гарантированно воспламенит рабочую смесь и обеспечит нормальный процесс ее сгорания. А для этого, как раз и необходимы те самые, страшные 20 тысяч вольт, в приготовлении которых участвует и конденсатор.
Прерыватель тока низкого напряжения и распределитель высокого напряжения расположены в одном корпусе и имеют привод от коленчатого вала двигателя (рис. 20).
Часто водители называют этот узел коротко – «прерыватель-распределитель» (или еще короче – «трамблер»).
|
Рис. 20 Прерыватель распределитель
1 - диафрагма вакуумного регулятора; 2 - корпус вакуумного регулятора; 3 - тяга; 4 - опорная пластина; 5 - ротор распределителя («бегунок»); 6 - боковой контакт крышки; 7 - центральный контакт крышки; 8 - контактный уголек; 9 - резистор; 10 - наружный контакт пластины ротора; 11 - крышка распределителя; 12 - пластина центробежного регулятора; 13 - кулачек прерывателя; 14 - грузик; 15 -контактная группа; 16 - подвижная пластина прерывателя; 17 - винт крепления контактной группы; 18 - паз для регулировки зазоров в контактах; 19 - конденсатор; 20 - корпус прерывателя-распределителя; 21 - приводной валик; 22 - фильц для смазки кулачка
|
Крышка распределителя и распределитель (ротор) тока высокого напряжения (рис. 19 и 20) 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 (рис. 21).
|
Рис. 21. Схема работы центробежного регулятора угла опережения зажигания
а) расположение деталей регулятора
1 - кулачок прерывателя; 2 - втулка кулачков; 3 - подвижная пластина; 4 - грузики; 5 - шипы грузиков; 6 - опорная пластина; 7 - приводной валик; 8 - стяжные пружины
|
|
Рис. 21. Схема работы центробежного регулятора угла опережения зажигания
б) грузики вместе
в) грузики разошлись
|
Центробежный регулятор опережения зажигания находится в корпусе прерывателя–распределителя (см. рис. 20 и 21). Он состоит из двух плоских металлических грузиков, каждый из которых одним из своих концов закреплен на опорной пластине, жестко соединенной с приводным валиком. Шипы грузиков входят в прорези подвижной пластины, на которой закреплена втулка кулачков прерывателя. Пластина с втулкой имеют возможность проворачиваться на небольшой угол относительно приводного валика прерывателя-распределителя. По мере увеличения числа оборотов коленчатого вала двигателя, увеличивается и частота вращения валика прерывателя-распределителя. Грузики, подчиняясь центробежной силе, расходятся в стороны, и сдвигают втулку кулачков прерывателя «в отрыв» от приводного валика. То есть набегающий кулачок поворачивается на некоторый угол по ходу вращения навстречу молоточку контактов. Соответственно контакты размыкаются раньше, угол опережения зажигания увеличивается.
При уменьшении скорости вращения приводного валика, центробежная сила уменьшаются и, под воздействием пружин, грузики возвращаются на место – угол опережения зажигания уменьшается.
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.
|
Рис. 22. Вакуумный регулятор угла опережения зажигания
а) угол опережения зажигания - уменьшен
б) угол опережения зажигания - увеличен
|
Вакуумный регулятор (рис. 22) крепится к корпусу прерывателя – распределителя (рис. 20). Корпус регулятора разделен диафрагмой на два объема. Один из них связан с атмосферой, а другой, через соединительную трубку, с полостью под дроссельной заслонкой. С помощью тяги, диафрагма регулятора соединена с подвижной пластиной, на которой располагаются контакты прерывателя.
При увеличении угла открытия дроссельной заслонки (увеличение нагрузки на двигатель) разряжение под ней уменьшается. Тогда, под воздействием пружины, диафрагма через тягу сдвигает на небольшой угол пластину вместе с контактами в сторону от набегающего кулачка прерывателя. Контакты будут размыкаться позже - угол опережения зажигания уменьшится.
И наоборот – угол увеличивается, когда вы уменьшаете газ, то есть, прикрываете дроссельную заслонку. Разряжение под ней увеличивается, передается к диафрагме и она, преодолевая сопротивление пружины, тянет на себя пластину с контактами. Это означает, что кулачок прерывателя раньше встретится с молоточком контактов и разомкнет их. Тем самым мы увеличили угол опережения зажигания для плохо горящей рабочей смеси.
|
Рис. 23. Свеча зажигания
1 - контактная гайка; 2 - изолятор; 3 - корпус; 4 - уплотнительное кольцо; 5 - центральный электрод; 6 - боковой электрод
|
Свеча зажигания (рис. 23) необходима для образования искрового разряда и зажигания рабочей смеси в камере сгорания двигателя. Надеюсь, вы помните, что свеча устанавливается в головке цилиндра.
Когда импульс тока высокого напряжения от распределителя попадает на свечу зажигания, между ее электродами проскакивает искра. Именно эта «искорка» воспламеняет рабочую смесь и обеспечивает нормальное прохождение рабочего цикла двигателя (рис.8). Свеча зажигания маленькая, но очень важная деталь вашего двигателя.
В обычной жизни вы можете посмотреть на принцип работы свечи зажигания, поиграв с пъезо- или электрозажигалкой, которой вы пользуетесь на кухне. Искра, проскакивающая между электродами зажигалки, воспламеняет газ и обеспечивает рабочий «кухонный» процесс.
Высоковольтные провода служат для подачи тока высокого напряжения от катушки зажигания к распределителю и от него на свечи зажигания.
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) (рис. 24).
|
Рис. 24 Бесконтактная система зажигания
а) схема электрической цепи низкого напряжения
1 - аккумуляторная батарея; 2 - контакты замка зажигания; 3 - транзисторный коммутатор; 4 - датчик распределитель (датчик Холла); 5 - катушка зажигания
|
|
Рис. 24 Бесконтактная система зажигания
а) схема электрических соединений коммутатора и датчика-распределителя
|
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.
В электронной системе зажигания отсутствуют контакты прерывателя, а значит нечему подгорать и нечего регулировать. Функцию контактов в этом случае выполняет бесконтактный датчик Холла, который посылает управляющие импульсы в электронный коммутатор. А коммутатор, в свою очередь, управляет катушкой зажигания, которая преобразует ток низкого напряжения в те самые - страшно большие вольты.
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):
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».
Свеча зажигания, как было упомянуто ранее, это маленький и с виду простенький элемент системы зажигания. Однако для нормальной работы двигателя зазор между электродами свечи должен быть конкретным и равным в свечах всех цилиндров. Для контактных систем зажигания зазор между электродами свечи должен быть в пределах 0,5 - 0,6 мм, для бесконтактных систем чуть больше – 0,7 – 0,9 мм.
Вспомните те «жуткие» условия, в которых работают свечи зажигания. Не всякий металл выдержит огромные температуры в агрессивной среде. Поэтому электроды свечей подгорают и покрываются нагаром, а это означает, что нам опять надо «засучить рукава».
Мелкозернистым надфилем или специальной алмазной пластинкой очищаем электроды свечи от нагара. Регулируем зазор, подгибая боковой электрод свечи. Вкручиваем ее на место или выбрасываем, в зависимости от степени обгорания электродов.
Каждый раз, выкручивая свечи зажигания, обращайте внимание на цвет их электродов. Если они светло-коричневые - то свеча работает нормально, если черные – то возможно свеча вообще не работает.
Последнее время в продаже появились силиконовые высоковольтные провода. При замене старых, вышедших из строя проводов, имеет смысл приобретать именно силиконовые, так как они не «пробиваются» током высокого напряжения. А ведь перебои в работе двигателя часто происходят по причине утекания импульса тока высокого напряжения по высоковольтному проводу на «массу» автомобиля. Вместо того чтобы пробивать воздушный барьер между электродами свечи и поджигать рабочую смесь, электрический ток выбирает путь наименьшего сопротивления и «уходит на сторону».
Старайтесь не открывать капот автомобиля, когда на улице идет дождь или снег. После мокрого душа двигатель может не запуститься, так как вода, попав на приборы электрооборудования, образует токопроводящие мостики. Тот же эффект, но более усугубленный, возникает у любителей прокатиться по глубоким лужам на большой скорости. В результате «купания», водой заливаются все приборы и провода системы зажигания, расположенные под капотом, и двигатель естественно глохнет, поскольку ток высокого напряжения уже не может добраться к свечам зажигания. Ну а возобновить поездку, теперь удается только после того, как горячий двигатель своим теплом просушит все «электрическое» в подкапотном пространстве.
