Автолюбителю

  Автомобиль

Учебник водителя

4. Батарейное зажигание

Сжатая рабочая смесь в цилиндре двигателя зажигается электрическим разрядом — искрой, образующейся между электродами свечи зажигания. Для образования электрического разряда в условиях сжатой рабочей смеси необходимо напряжение не менее 12—16 кВ.

Преобразование тока низкого напряжения в ток высокого напряжения и распределение его по цилиндрам двигателя осуществляется приборами батарейного зажигания. Система батарейного зажигания состоит из источников тока низкого напряжения, катушки зажигания, прерывателя-распределителя, конденсатора, свечей зажигания, включателя зажигания и проводов низкого и высокого напряжений (рис. 78), В системе батарейного зажигания имеются две цепи — низкого и высокого напряжения.

Цепь низкого напряжения питается от аккумуляторной батареи или от генератора. В этой цепи, кроме источников, последовательно включены включатель зажигания, первичная обмотка катушки зажигания с добавочным резистором и прерыватель.

Цепь высокого напряжения состоит из вторичной обмотки катушки зажигания, распределителя, проводов высокого напряжения, свечей зажигания.

Образование тока высокого напряжения в катушке зажигания основано на принципе взаимоиндукции, При включенном включателе зажигателя и сомкнутых контактах прерывателя ток от аккумуляторной батареи или генератора поступает на первичную обмотку катушки зажигания, вследствие чего вокруг нее образуется магнитное поле. При размыкании контактов прерывателя ток в первичной обмотке катушки зажигания и магнитный поток вокруг нее исчезают. Исчезающий магнитный поток пересекает витки вторичной и первичной обмотки катушки зажигания и в каждом из них возникает небольшая по величине э.д.с. Благодаря большому количеству витков вторичной обмотки, последовательно соединенных между собой, общее напряжение на ее концах достигает 20....24 кВ. От катушки зажигания, через провод высокого напряжения, распределитель и провода ток высокого напряжения поступает к свечам зажигания, в результате чего между электродами свечей возникает искровой разряд, зажигающий рабочую смесь.

Катушка зажигания служит для преобразования тока низкого напряжения в ток высокого напряжения (,с 12 В до 20—24 кВ). Она состоит из следующих основных частей (рис. 79): сердечника, первичной обмотки из 250 ...400 витков толстого изолированного медного провода диаметром 0,8 мм, картонной трубки, вторичной обмотки из 19.„25 тыс. витков тонкого провода диаметром 0,1 мм, железного корпуса с мапштопроводами, карболитовой крышки, клемм и добавочного резистора. Вторичная обмотка расположена под первичнрй и отделена от нее слоем изоляции. Концы первичной обмотки выведены на клеммы карболитовой крышки. Один конец вторичной обмотки соединен с первичной обмоткой, а Второй  выведен на центральную клемму карболитовой крышки.

Сердечник изготовляют из отдельных изолированных друг от друга полосок трансформаторной стали, чтобы уменьшить образование вихревых токов. Нижний конец сердечника установлен в фарфоровый изолятор. Внутри катушка зажигания заполнена трансформаторным маслом. Добавочный резистор состоит из спирали, керамических гнезд и двух шин, Величина сопротивления колеблется от 0,7 до 40 Ом. Один конец резистора соедийея шиной с клеммой ВК, а другой — с ВК,Б.

При малой частоте вращения коленчатого вала двигателя  контакты прерывателя  продолжительное  время находятся в замкнутом состоянии, сила тока в первичной цепи возрастает, резистор нагревается, увеличивается сопротивление в цепи, в катушку зажигания поступает ток небольшой силы, этим она предохраняется от перегрева.

Когда частота вращения коленчатого вала двигателя увеличивается, время сомкнутого состояния контактов уменьшается, сила тока в первичной цепи уменьшается, нагрев и сопротивление добавочного резистора уменьшаются, что препятствует понижению напряжения во вторичной цепи.

При включении стартера резистор закорачивается и пуск двигателя облегчается.

Прерыватель-распределитель. Образование тока высокого напряжения и распределение его по цилиндрам двигателя для своевременного воспламенения рабочей смеси должно соответствовать порядку работы цилиндров.

Чтобы индуктировать ток высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания, необходимо периодически размыкать первичную цепь батарейного зажигания, что и выполняет прерыватель. Для распределения тока высокого напряжения по цилиндрам соответственно порядку работы двигателя служит распределитель. Оба эти прибора объединены в один — прерыватель-распределитель.

Прерыватель (рис. 80) установлен на двигателе и приводится в действие от распределительного вала. Основными частями прерывателя являются корпус, приводной вал, подвижной диск (на котором размещены изолированный рычажок с контактом и неподвижная стойка с контактом), неподвижный диск, центробежный и вакуумный регуляторы опережения зажигания, октан-корректор и кулачок с выступами по числу цилиндров. Кулачок соединен с приводным валиком через центробежный регулятор. Контакты прерывателя наплавлены тугоплавким металлом— вольфрамом. Рычажок прерывателя закреплен на диске шарнирно и своим контактом прижимается к неподвижному контакту пружиной. Вращающийся приводной валик кулачками нажимает на текстолитовый выступ рычажка прерывателя и за один оборот разомкнет, а пружина сомкнет контакты столько раз, сколько имеется выступов на кулачке,

Размыкание первичной цепи катушки зажигания вызывает исчезновение магнитного потока, пересекающего по только витки вторичной обмотки, а и первичной, вследствие "кто в них индуктируется ток самоиндукции напряжением 200 ... ...300 В. Этот ток, замедляя исчезновение тока в первичной цепи, приводит к уменьшению э.д.с. во вторичной цепи. Ток самоиндукции также дит к интенсивному искрению между контактами прерывателя и их разрушению. Чтобы тк предотвратить вредное позденствие э.д.с. самоиндукции, применяют конденсатор. Конденсатор включен параллельно контактам прерывателя и в момент появления э.д.с. самоиндукции заряжается, не допуская искрения на контактах. Кроме того, заряженный конденсатор, разряжаясь в обратном направлении, приводит к быстрому печезиоиенню тока в первичной цепи, а следовательно, и магнитного потока, благодаря чему, напряженно но вторичной цепи повышается. Конденсатор (рис. 81) состоит из лакированной бумаги, на которую нанесен тонкий слой цинка и олова. Эта бумага является обкладкой конденсатора и свернута в рулон. Рулон обернут кабельной бумагой и пропитывается маслом, Крепится конденсатор на корпусе снаружи или на под-ъижном диске прерывателя.

Емкость конденсатора 0,17...0,25 мкФ. Конденсаторы из металлизированной бумаги обладают способностью самоиосстаиавливаться при пробое диэлектрика за счет заполнения отверстия маслом.

Большое влияние на работу батарейного зажигания оказывает зазор между контактами прерывателя. Нормальная работа батарейного зажигания будет при зазоре между контактами прерывателя в пределах 0,35... ...0,45 мм.

Если заэор будет большим, то время замкнутого состояния контактов уменьшится и сила тока в первичной обмотке катушки зажигания не успеет возрасти до требуемой величины и, как следствие этого, э.д.с. вторичной цепи не будет достаточной. Кроме того, при большой частоте вращения коленчатого вала будут возникать перебои в работе двигателя.

При малом зазоре происходят сильное искрение между контактами, их обгорание и, как следствие, перебои на всех режимах работы двигателя. Зазор между контактами прерывателя регулируют перемещением пластины со стойкой неподвижного контакта и при помощи эксцентрика, отвернув предварительно стопорный винт (рис. 82). После регулирования стопорный винт нужно завернуть. Замеряют зазор при полностью разомкнутых контактах пластинчатым щупом.

Распределитель установлен сверху на корпусе прерывателя и состоит из ротора и крышки (рис. 83). Ротор изготовлен в виде грибка из карболита, сверху в него вмонтирована контактная пластина. Крепится ротор на выступе кулачка. Крышка распределителя изготовлена также из карболита. На наружной ее части по окружности выполнены гнезда по числу цилиндров, в которые вставляются провода, присоединяемые к свечам зажигания. В крышке размещено центральное гнездо для крепления провода высокого напряжения от катушки зажигания. Внутри, против каждого гнезда, расположены боковые контакты, а в центре — угольный контакт с пружиной для соединения центрального гнезда с пластиной ротора.

Крепится крышка на корпусе прерывателя двумя пружинными защелками. Ротор, вращающийся вместе с кулачком, соединяет поочередно центральный контакт с боковыми контактами, замыкая цепь высокого напряжения через свечи тех цилиндров, где в данный момент должно происходить воспламенение рабочей смеси.

Свечи зажигания. Электрический разряд — искра — образуется в цилиндре между электродами свечи зажигания. Свеча (рис. 84) состоит из центрального электрода с изолятором (сердечник свечи) и стального корпуса, в котором он крепится. Корпус имеет нарезную ввертную часть, которой свеча ввернута в нарезное отверстие головки цилиндров двигателя,   в   нижней части корпуса имеется один боковой электрод. В верхней части корпус свечи зажигания имеет грани под ключ. Центральный электрод с изолятором завальцован в корпусе свечи. Для уплотнения между кромками кпрпуса и буртиком изолятора проложены уплотняющие прокладки. На центральном электроде сверху установлен наконечник для крепления провода высокого напряжения.

Для обеспечения нормальных условий работы свечи зажигания необходимо, чтобы температура нижней части изолятора была в пределах 500...600° С, при которой сгорает нагар и очищается свеча.

Тепловая характеристика свечи зажигания зависит от длины нижней части изолятора и условий его охлаждения. Чрезмерный нагрев свечи приводит к калильному зажиганию и разрушению изолятора, а переохлаждение — к забрызгиванию электродов свечи маслом и нагару.

Выбирают свечи зажигания для двигателя по их обозначениям, где указаны диаметр нарезной части, длина нижней части изолятора и материал изолятора. Диаметр нарезной части обозначается буквами М и А, где М соответствует диаметру 18 мм и А— 14 мм. Цифрой обозначено калильное число. Длина резьбовой части обозначается буквами Н— 11 мм, Д— 19 мм. Если буквы нет, то длина ввертной части равна 12 мм. Буква «В» обозначает, что выступает нижняя часть изолятора, а «Т» — что герметизация изолятора выполнена термоцементом.

На двигателях изучаемых автомобилей устанавливают свечи: ГАЗ-53А — А10НТ, буква А обозначает, что диаметр резьбы 14 мм, а шаг 1,25, резьба метрическая, цифра 10 указывает калильное число, буква Н определяет длину ввертной части корпуса (11 мм), а Т — указывает на герметизацию термоцементом соединения изолятора с центральным электродом: ЗИЛ-130—-All, где буква А обозначает, что диаметр резьбы 14 мм, цифра 11 указывает калильное число, длина ввертной части корпуса — 12 мм. Большое влияние на работу свечи зажигания оказывает зазор между центральным и боковым электродами. Заводы рекомендуют следующие зазоры: ЗМЗ-53—0,8...0,9 мм, ЗИЛ-130—0,85...1,00 мм. Уменьшение зазора против нормы вызывает обильное нагарообразование на электродах свечи зажигания и перебои в ее работе. При большом зазоре из-за повышения сопротивления ухудшаются условия искрообразования, отчего также будут возникать перебои в работе двигателя. Регулируют зазор подгибанием бокового электрода, а его величину проверяют круглым щупом (рис. 85). Центральный электрод подгибать нельзя, так как разрушается керамическая изоляция и свеча зажигания отказывает в работе.

Выключатель зажигания. Включение и выключение приборов батарейного зажигания и других потребителей электрического тока осуществляется при помощи включателя зажигания. Выключатель (рис. 86) состоит из двух частей: замка с ключом и электрического включателя. Замок состоит из корпуса, цилиндра, пружины и поводка. В задней части корпуса замка расположен включатель, состоящий из контактной пластины с тремя выступами и панели с тремя контактными винтами.

В автомобилях ЗИЛ-130 и ГАЗ-53А ключ имеет три положения: первое (головка ключа расположена вертикально) —-зажигание выключено; второе (поворот ключа ПО часовой стрелке) — зажигание включено; третье (попорот ключа до отказа) — включено    зажигание и стартер. Во всех случаях вместе с зажиганием включаются контрольно-измерительные приборы.

Транзисторная система зажигания. Рассмотренная система батарейного зажигания отличается простотой, что обусловило ее широкое распространение, но она имеет ряд существенных недостатков: сила тока низкого напряжения зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя; через контакты прерывателя проходит ток значительной силы, вызывающий их быстрый износ, ненадежное воспламенение рабочей смеси в быстроходных двигателях с высокой степенью сжатия и большим числом цилиндров.

На изучаемых автомобилях установлена система зажигания с применением полупроводниковых элементов — транзисторов. Эта система имеет ряд преимуществ: через контакты прерывателя* проходит малый ток, что продлевает срок его службы, напряжение во вторичной обмотке катушки зажигания повышается не менее чем на 25%, происходит более полное сгорание рабочей смеси в цилиндрах двигателя, облегчается его пуск, улучшаются приемистость и экономичность. В контактно-транзисторную систему зажигания (рис. 87) входят; катушка зажигания, транзисторный коммутатор и блок резисторов из двух ветвей.

Первичная обмотка катушки зажигания включена в цепь эмиттера транзистора, а контакты прерывателя — в цепь его базы. В этом случае через первичную обмотку катушки зажигания протекает ток и базы и коллектора транзистора.

При включенном включателе зажигания и разомкнутых контактах прерывателя один зажим первичной обмотки катушки зажигания соединяется с положительной клеммой аккумуляторной батареи, второй соединен с эмиттером транзистора. Вследствие того что потенциал базы транзистора и его эмиттера одинаковы (+12В), его сопротивление составляет сотни ом, он закрыт и тока в первичной обмотке катушки зажигания не будет. В момент замыкания контактов прерывателя база транзистора соединяется с отрицательной клеммой аккумуляторной батареи и транзистор открывается. Сопротивление транзистора резко падает и в первичной цепи катушки зажигания проходит ток через эмиттер — коллектор открытого транзистора. Ток, проходящий по первичной обмотке катушки зажигания, имеет максимальное значение при неработающем двигателе — 8 А, а при возрастании частоты вращения коленчатого вала, из-за уменьшения времени замкнутого состояния контактов прерывателя, — до 3 А. Величина тока управления в момент замыкания контактов не превышает 0,8 А, а при увеличении частоты вращения коленчатого вала — уменьшается до 0,3 А, что практически не влияет на износ контактов прерывателя.

В момент размыкания контактов прерывателя во вторичной обмотке импульсного трансформатора индуктируется э.д.с. взаимоиндукции, которая прикладывается к резистору R2. Падение напряжения на резисторе R2 передается на эмиттер — базу транзистора, который закрывается и размыкает первичную цепь катушки зажигания. При этом во вторичной обмотке катушки зажигания индуктируется э.д.с. 17...30 кВ, которая подается через распределитель к очередной свече зажигания. В момент размыкания контактов э.д.с. самоиндукции не превышает 100 В. Эта э.д.с. прикладывается к цепи — конденсатор С1 — резистор R1. Первичная обмотка катушки зажигания и конденсатор С/ образуют колебательный контур. Разряд конденсатора через первичную обмотку катушки зажигания вызывает нагрев резистора R1 и предотвращает нагрев транзистора. При увеличении э.д.с, самоиндукции в первичной обмотке катушки зажигания выше 100 В наступает пробой стабилитрона, величина э.д.с. самоиндукции ограничивается, чем предотвращается пробой транзистора. Диод Д1 препятствует прохождению тока в прямом направлении к транзистору, минуя первичную обмотку катушки зажигания.

Для сглаживания импульсов напряжения, которое может возникнуть при совместной работе генератора и аккумуляторной батареи, в схему включен электролитический конденсатор С2.

Малая сила тока в цепи управления транзистором ,(0,3...0,8 А) требует особой чистоты контактов прерывателя.

Все приборы системы зажигания собраны в транзисторный коммутатор. Коммутатор имеет четыре зажима: М? К; зажим без обозначения и Р. Зажим М соединен с массой  автомобиля    многожильным    неизолированным проводом, зажим К — с одним концом первичной обмотки катушки зажигания, зажим без обозначения — со вторым концом первичной обмотки катушки зажигания, зажим Р — с зажимом подвижного контакта прерывателя.

V Опережение зажигания. Давление расширяющихся газов после воспламенения рабочей смеси наиболее полно используется только при условии, если смесь полностью сгорит, как только поршень перейдет в.м.т. (10... ...15° поворота коленчатого вала после в.м.т.). Учитывая, что смесь горит определенный промежуток времени, ее следует зажигать с опережением, т. е. до подхода поршня к в.м.т. Величина угла поворота коленчатого вала с момента зажигания рабочей смеси до в.м.т. называется углом опережения зажигания. Этот угол зависит от частоты вращения коленчатого вала, скорости сгорания топлива и нагрузки на двигатель.

Скорость сгорания рабочей смеси и время, отводимое для этого, не всегда одинаковы. С увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя время, отводимое для сгорания смеси, уменьшается, поэтому угол опережения должен увеличиваться.

С уменьшением нагрузок двигателя до минимальных дроссель прикрывается и количество горючей смеси, поступающей в цилиндр, уменьшается, а количество примешиваемых к ней остаточных газов относительно увеличивается. Такая смесь будет гореть медленнее, и поэтому угол опережения зажигания должен увеличиваться. Одновременно следует помнить, что чрезмерное увеличение угла опережения зажигания недопустимо, так как расширяющиеся газы будут действовать навстречу движению поршня и мощность двигателя будет снижаться.

Чрезмерное уменьшение угла опережения зажигания приведет к позднему зажиганию, вследствие чего сгорание смеси будет продолжаться при движении поршня вниз. Давление газов и мощность двигателя в этом случае снизятся. При позднем зажигании стенки цилиндров, охлаждающая жидкость и выпускные трубопроводы перегреваются, так как рабочая смесь сгорает во время рабочего хода и даже в начале такта выпуска.

Центробежный регулятор опережения зажигания.

Вакуумный регулятор опережения зажигания. Угол опережения зажигания в зависимости от нагрузки изменяется автоматически при помощи вакуумного регулятора (рис. 89). Крепится вакуумный регулятор на корпусе прерывателя и состоит из корпуса, диафрагмы, тяги, крышки со штуцером и пружиной (см. рис. 89, а). Диафрагма по краям завальцована между крышкой и корпусом, и тягой соединена с подвижным диском прерывателя. Диафрагма с пружиной отжимается в сторону корпуса. Полость со стороны крышки герметична и через штуцер и трубку сообщается с полостью карбюратора за дросселем.

Во время закрытия дросселя, когда нагрузка на двигатель уменьшается (см. рис. 89, б), разрежение за дросселем увеличивается и передается по трубке в полость под крышкой регулятора. Вследствие разницы давления диафрагма переместится в сторону крышки, сожмет пружину и тягой повернет диск прерывателя против вращения кулачка, обеспечив этим более раннее зажигание. Когда нагрузка увеличивается (см. рис. 89, в), дроссель открывается и разрежение за дросселем и в камере регулятора уменьшается, пружина разжимается и возвращает диафрагму, а вместе с ней и диск прерывателя в исходное положение.

Совместная работа центробежного и вакуумного регуляторов обеспечивает нужный угол опережения зажигания.

Октан-корректор. На появление детонационного его ранняя рабочей смеси в двигателе влияет угол опережения зажигания. В. процессе эксплуатации возникает необходимость в применении топлива с различным октановым числом, поэтому необходимо корректировать угол опережения зажигания. Для регулирования угла опережения зажигания в зависимости от октанового числа топлива применяют октан-корректор (рис, 90), который состоит из двух пластин, одна из них крепится к корпусу прерывателя-распределителя, а другая — к блоку цилиндров. Пластины соединены между собой регулировочным винтом с двумя гайками. На нижней пластине нанесена шкала с пятью делениями от нуля в обе стороны, а на верхней имеется указательная стрелка. При вращении регулировочных гаек верхняя пластина вместе с корпусом и диском поворачивается относительно кулачка прерывателя, угол опережения зажигания изменяется.

Установка зажигания. Воспламенение рабочей смеси должно происходить в тот момент, когда поршеиь каждого цилиндра находится в в.м.т. конца такта сжатия, для этого необходимо чтобы прерыватель-распределитель обеспечивал образование искры в свече зажигания в определенные моменты. Необходимое взаимосоединение прерывателя-распределителя и его привода обеспечивается установкой зажигания. Зажигание устанавливают по первому цилиндру, когда поршень находится в в.м.т. конца такта сжатия. Для определения такта сжатия вывертывают свечу зажигания первого цилиндра и закрывают отверстие пробкой. Если при медленном вращении коленчатого вала пробка выталкивается или обнаруживается шипение, то это свидетельствует о том, что в цилиндре происходит такт сжатия. Для точной установки поршня на момент появления искры в автомобиле ГАЗ-53А необходимо совместить метку на шкиве коленчатого вала с четвертым делением до центральной риски указателя в.м.т. (рис. 91, а), а ЗИЛ-130 так, чтобы отверстие в шкиве коленчатого вала совпало с риской у цифры 9 до метки в.м.т. на указателе датчика ограничителя частоты вращения коленчатого вала (рис, 91,6).

Перед установкой прерывателя-распределителя в гнездо на двигателе нужно его проверить, очистить к отрегулировать зазор между его контактами. Стрелку октан-корректора установить на 0, а корпус прерывателя-распределителя нужно установить в гнезде так, чтобы выступ приводного валика совпал с прорезью на валу привода масляного насоса. Штуцер вакуумного регулятора должен находиться против трубки.

Для определения начала размыкания контактов применяют контрольную лампу; один провод от нее присоединяют к массе, а другой — к клемме провода низкого напряжения. Момент начала размыкания контактов пре» рывателя устанавливают поворотом его корпуса против вращения кулачка до момента, когда вспыхнет лампа, Включатель зажигания при этом должен быть включен. Корпус прерывателя закрепляют, устанавливают ротор и крышку распределителя. Боковой контакт, против которого устанавливают токоразносную пластинку, соединяют со свечой первого цилиндра. Остальные контактные гнезда соединяют проводами со свечами зажигания согласно порядку работы двигателя. При распределении проводов по свечам зажигания нужно учитывать направление вращения ротора.

Правильность установки зажигания можно проверить при движении автомобиля, для этого необходимо прогреть двигатель и, двигаясь на прямой передаче с небольшой скоростью (ГАЗ-53А — 25 км/ч, ЗИЛ-130—» 30 км/ч), резко нажать до отказа на педаль управления дросселем. При правильной установке зажигания должны слышаться слабые и прерывистые детонационные стуки, исчезающие после разгона до 45...50 км/ч. Если зажигание раннее, стуки будут сильными, а если позднее, стуков не будет.

Установку зажигания корректируют при помощи октан-корректора. Если детонационные стуки при разгоне автомобиля не слышны, то следует переместить стрелку в сторону знака « + », что приведет к увеличению угла опережения зажигания. Если детонационные стуки не исчезают при скорости 45...50 км/ч, то следует, вращая гайки октан-корректора, переместить стрелку его верхней плоскости относительно шкалы на нижней плоскости в сторону знака «—»; это приведет к уменьшению угла опережения зажигания.

Устранение помех радиоприему. На автомобилях имеется ряд приборов электрооборудования, создающих пульсирующие магнитные поля (генератор, катушка за-, жигания, звуковой сигнал и др.). Эти пульсирующие магнитные поля создают помехи радио- и телевизионному приему. Для уменьшения помех применяют экранировку приборов и проводов системы зажигания, обеспечивают надежное соединение двигателя с массой посредством гибкой шины (тонкая плетеная медная проволока), под болты крепления устанавливают шайбы-звездочки, обеспечивающие хороший контакт между деталями автомобиля. Широкое применение имеют также подавительные сопротивления (6...12 кОм), включаемые в провода высокого напряжения. В последнее время применяют провода высокого напряжения с полихлорвиниловой оболочкой. Они обладают большим сопротивлением, способствующим подавлению радиопомех.