Система зажигания: полное руководство по 4 основным типам
Несмотря на то, что автомобильная промышленность достигла значительных механических и технологических успехов на протяжении всей своей истории, существует один элемент, который объединяет все автомобили с двигателями внутреннего сгорания: это система зажигания.
Если вы серьезно относитесь к своему автомобилю, полезно понимать принципы работы различных типов систем зажигания, их преимущества и недостатки, чтобы выбрать правильные свечи зажигания, которые будут работать максимально эффективно с учетом требований к производительности системы.
Хотя почти все основные компоненты автомобиля претерпели улучшения за эти годы, базовые принципы работы системы зажигания не менялись почти столетие.
По своей сути, она принимает электрическое напряжение от аккумулятора, преобразует его в гораздо более высокое напряжение, а затем передает этот электрический ток в камеру сгорания двигателя, где воспламеняет сжатую смесь топлива и воздуха, создавая горение. Это горение генерирует энергию, необходимую для работы вашего автомобиля.
Тем не менее, метод создания и распределения искры значительно улучшился благодаря технологическому прогрессу. В настоящее время существует четыре основных типа систем зажигания, используемых в большинстве легковых и грузовых автомобилей, в порядке их изобретения: классические контактные (механические), электронные (высокоэнергетические), безраспределительные (DIS, «холостая искра») и системы с индивидуальными катушками зажигания на свечу (Coil-on-Plug).
Контактные (механические) и электронные системы зажигания используют распределитель. Поэтому их также можно классифицировать по трем более широким типам: системы с распределителем, без распределителя и с катушкой на свече.
В этом comprehensive руководстве мы рассмотрим, как работает каждая система, а также вытекающие из этого преимущества и недостатки, с точки зрения производительности и требований к обслуживанию вашего двигателя.
Для чего нужна система зажигания?
Когда вы вставляете ключ в замок зажигания и поворачиваете его, ваш двигатель запускается и продолжает работать. Задумывались ли вы когда-нибудь о том, какой полный процесс скрывается за таким простым действием?
Вернемся к основам: ваш двигатель вырабатывает энергию для работы автомобиля, создавая горение, или взрыв, внутри своей камеры сгорания, отсюда и название «двигатель внутреннего сгорания». Для создания такого горения система зажигания играет главную роль: ваши свечи зажигания обеспечивают электрическую искру, которая воспламеняет смесь воздуха и топлива в камере сгорания.
Для правильной работы система зажигания должна эффективно и точно выполнять две задачи одновременно.
Создание достаточно сильной и горячей искры
Первая задача — создать мощную искру, способную преодолеть зазор между электродами свечи. Другими словами, система зажигания должна повысить напряжение с 12 вольт от аккумулятора как минимум до 20 000 вольт, что необходимо для воспламенения сжатой смеси воздуха и топлива в камере сгорания для создания энергогенерирующего взрыва.
Для получения такого высокого напряжения системы зажигания всех автомобилей, кроме дизельных, используют катушку зажигания, состоящую из двух катушек провода, намотанных вокруг железного сердечника, — первичной обмотки и вторичной обмотки. Катушка зажигания действует как преобразователь электрической мощности.
Роль катушки зажигания — создать электромагнит, пропуская 12 вольт от аккумулятора через первичную обмотку. Когда переключатель системы зажигания автомобиля прерывает питание катушки, магнитное поле collapses (схлопывается). При этом вторичная обмотка улавливает схлопывающееся магнитное поле первичной обмотки и преобразует его в 15 000–25 000 вольт.
Затем она подает это напряжение на свечу зажигания, создавая горение в камере сгорания двигателя, тем самым генерируя энергию, необходимую для запуска и работы двигателя вашего автомобиля. Для возникновения необходимой искры преобразованное напряжение, подаваемое на свечу зажигания, должно составлять от 20 000 до 50 000 вольт.
Воспламенение искры в нужный момент
Параллельно с этим система зажигания также играет важнейшую роль в обеспечении срабатывания искры в правильный момент во время такта сжатия, чтобы максимизировать мощность, генерируемую воспламененной топливовоздушной смесью. Другими словами, достаточное напряжение должно быть подано в нужный цилиндр в нужное время, и эта операция должна выполняться часто.
Все компоненты работают точно и гармонично, чтобы ваш двигатель достигал оптимальной производительности. Даже самая маленькая ошибка в синхронизации одной детали приведет к проблемам с производительностью двигателя и, если затянется, может вызвать необратимые повреждения.
Система зажигания должна обеспечивать достаточную искру в нужном цилиндре. Для обеспечения точного момента зажигания инженеры использовали несколько методов, которые эволюционировали с годами.
Первые системы зажигания использовали полностью механические распределители для управления моментом зажигания, за ними последовали гибридные распределители, оснащенные полупроводниковыми переключателями и модулем управления двигателем (ECM), по сути, компьютером с простыми процессами, для распределения электроэнергии по каждому цилиндру.
Чтобы устранить недостатки этих ранних распределителей, появились 100% электронные системы зажигания, первой из которых стала система без распределителя, где распределитель был устранен.
Последнее изобретение, системы зажигания с катушкой на свече, позволило значительно улучшить момент зажигания за счет использования усовершенствованной катушки зажигания, которая производит гораздо большую мощность и генерирует гораздо более горячую искру.
Для чего нужен каждый компонент системы зажигания
Аккумулятор
Когда двигатель работает, он также приводит в действие генератор, который вырабатывает электричество для зарядки аккумулятора. Аккумулятор вашего автомобиля накапливает электроэнергию и отдает ее в виде постоянного тока.
Аккумулятор обеспечивает двенадцать вольт постоянного тока. Однако для получения искры, обеспечивающей горение, свеча должна получать напряжение от 20 000 до 50 000 вольт. Чтобы обеспечить такое значительное повышение напряжения, необходима катушка зажигания.
Катушка зажигания
Катушка зажигания действует как преобразователь электрической мощности. Первые механические системы зажигания полагались на одну катушку для преобразования низкого напряжения аккумулятора в высокое напряжение, необходимое для свечей зажигания.
Электрическое преобразование в катушке зажигания работает по принципу, называемому магнитной индукцией. В традиционном трансформаторе первичная катушка получает энергию, то есть постоянный ток от аккумуляторов. Однако эта нагрузка через первичную катушку периодически прерывается. Это прерывание вызвано распределителем в ранних системах зажигания с распределителем и компьютером для более точного определения момента в более поздних системах зажигания. Роль распределителя будет рассмотрена далее.
Напряжение в первичной катушке создает магнитное поле. Периодическое нарушение тока, получаемого первичной катушкой, вызывает постоянное схлопывание магнитного поля, создаваемого первичной катушкой. Такие значительные движения магнитного поля первичной катушки заставляют вторичную катушку создавать всплеск высоковольтной энергии.
Напряжение, генерируемое вторичной катушкой, зависит от соотношения количества витков первичной катушки и количества витков вторичной катушки. Если вторичная катушка имеет в два раза больше витков, чем первичная, выходное напряжение будет в два раза выше входного.
Таким образом, чтобы повысить напряжение с 12 вольт до как минимум 20 000 вольт, необходимых для свечей зажигания, во вторичной обмотке автомобильной катушки зажигания в десятки тысяч раз больше витков, чем в первичной.
Распределитель
Вот как распределитель создает упомянутые выше периодические дискретные импульсы, подаваемые на первичную обмотку катушки зажигания. Распределитель содержит «прерыватель», который заземляет цепь первичной обмотки. Этот контакт соединен с землей через рычаг. Рычаг перемещается кулачком, соединенным с валом распределителя. Это размыкает цепь первичной обмотки и вызывает схлопывание, которое запускает всплески высокого напряжения во вторичной обмотке.
Кроме того, пока аккумулятор и катушка зажигания обеспечивают энергию, распределитель выполняет важную работу, точно определяя, куда и когда эта энергия поступает на каждую свечу зажигания.
Распределитель содержит множество деталей, наиболее важными из которых являются ротор, который вращается в такт работе двигателя, и несколько «контактов», установленных на крышке распределителя. Электрический ток от катушки зажигания подается на ротор.
Ротор вращается, и когда конец ротора приближается к одному из контактов, возникает электрическая дуга к этому контакту. Оттуда энергия течет по высоковольтному проводу к соответствующей свече зажигания, синхронизируя таким образом заряд каждой свечи.
Свечи зажигания и их провода
Провода свечей зажигания, также называемые высоковольтными проводами, — это изолированные провода, которые передают энергию на свечи зажигания, чтобы они, наконец, могли создать искру, вызывающую горение.
Свеча зажигания состоит из изолированного керамического корпуса с центральным металлическим токопроводящим сердечником посередине. Между этим центральным металлическим сердечником и наконечником электрода, который соединяется с металлическим основанием свечи зажигания, есть зазор. Электричество образует дугу или перескакивает через этот зазор, вызывая искру.
Важность системы зажигания
Главный вывод заключается в том, что если система зажигания не работает должным образом и точно, ваш автомобиль может с трудом заводиться или вообще не работать.
Изношенные свечи зажигания и неисправные компоненты системы зажигания повлияют на производительность вашего двигателя, создавая широкий спектр проблем: затрудненный запуск, пропуски зажигания, недостаток мощности, повышенный расход топлива и даже необратимые повреждения, если проблемы не устранены вовремя. Также обратите внимание, что эти проблемы с двигателем, вызванные неисправными системами зажигания, могут повредить другие критические компоненты вашего автомобиля.
Таким образом, регулярное техническое обслуживание системы зажигания необходимо для обеспечения оптимальной производительности двигателя и, следовательно, плавной и безопасной езды. Как часто это нужно делать? По крайней мере, раз в год вы должны проводить визуальный осмотр компонентов системы зажигания на предмет признаков износа или неисправности и немедленно заменять их при необходимости.
Что касается свечей зажигания, обязательно проверяйте и заменяйте их с интервалом, рекомендованным производителем вашего автомобиля. Еще раз, учитывая важность системы зажигания, профилактическое обслуживание необходимо для максимизации производительности и срока службы вашего двигателя.
Обзор 4 типов систем зажигания
1. Контактная система зажигания с распределителем (механическая)
История
Самая старая система зажигания — это обычная контактная система, иногда называемая механической системой зажигания. Она использовалась с самых ранних дней автомобильной промышленности, вплоть до 1970-х годов.
Это одна из двух типов систем зажигания, в которых используется распределитель (трамблер). В отличие от трех других типов систем зажигания, описанных далее, контактная система зажигания является полностью механической, отсюда и ее второе название.
Краткое описание системы зажигания с распределителем
Распределитель — это вращающийся вал в закрытом корпусе с механически синхронизированным зажиганием. Основная функция распределителя — направ