Система зажигания. Электрооборудование. Мир скутеров. Модели, выбор, тюнинг, ремонт и вождение. Компания МОТО-ВЕЛО, г. Коломна, Московская область, куплю, мотовелозапчасти, мото, вело, запчасти, мотовело, мотозапчасти, велозапчасти, спорт, бензопилы, мотоблоки, снегоходы. Мотоклуб Нортон.

Система зажигания служит для воспламенения находящейся в цилиндре топливо-воздушной смеси. Момент воспламенения играет большую роль. Воспламенение топливо-воздушной смеси осуществляется свечой зажигания. В ней мощная электрическая искра проскакивает с центрального изолированного электрода на соединенный с «массой» боковой электрод при напряжении 15-30 тыс. вольт. Высокое напряжение, необходимое для образования искры, формируется в катушке зажигания. Конструкции свечи и катушки зажигания подробно рассмотерены ниже. Все современные скутеры оснащены так называемыми бесконтактными системами зажигания (БСЗ) в противоположность применявшимся до конца 80-х годов контактным системам зажигания с кулачковым прерывателем. Однако для лучшего понимания работы БСЗ сначала ознакомимся с принципом работы контактной системы зажигания.

Схема батарейной системы зажигания (в настоящее время не применяется): 1 - аккумуляторная батарея; 2 - замок зажигания; 3 - катушка зажигания; 4 - первичная обмотка; 5 - вторичная (высоковольтная) обмотка; 6 - свеча зажигания; 7 - вращающийся кулачок; 8 - контакты прерывателя; 9 - конденсатор.

Контактная система зажигания

В ее состав входят (5): источник тока (аккумуляторная батарея или генератор), контактный прерыватель, катушка зажигания и свеча зажигания. Существует две разновидности контактной системы зажигания. В одной из них для работы используется постоянный ток аккумуляторной батареи (такая система зажигания называется батарейной), в другой используется переменный ток, который индуцируется вращающимся ротором в обмотке генератора. Вторая разновидность чаще всего встречалась на скутерах прошлых лет выпуска.

Катушка зажигания

Она состоит из сердечника (изготовленного из пластин электротехнической стали), на который концентрично намотаны первичная и вторичная обмотки (6). Первичная обмотка имеет несколько сотен витков более толстого провода, а вторичная - 15-20 тыс. витков тонкого провода. Первичная обмотка катушки зажигания включена в цепь аккумуляторной батареи или обмотки генератора.

Контактный прерыватель

Он подключен параллельно первичной обмотке катушки зажигания и состоит из подвижного и неподвижного контактов, которые смонтированы на статоре генератора. Подвижный контакт размещен на изолированном от корпуса рычажке (молоточке), который приводится в движение кулачком, закрепленным на роторе. Неподвижный контакт закреплен на основании (наковальне), соединенном с «массой». При повороте ротора, когда кулачок обращен к подвижному контакту своей радиусной частью, контакты прерывателя замкнуты и через первичную обмотку катушки проходит электрический ток. В заданный момент времени кулачок своим выступом сдвигает подвижный контакт, ток в первичной обмотке прерывается, и магнитное поле в первичной обмотке катушки зажигания исчезает. Во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется высокое напряжение, которое затем поступает по высоковольтному проводу к свече зажигания, у которой между электродами проскакивает искра. Параллельно контактам прерывателя установлен конденсатор, который при размыкании контактов прерывателя накапливает небольшое количество электроэнергии. Конденсатор уменьшает искрение на них и, следовательно, обгорание контактов. Искрение также замедляет процесс прерывания тока в первичной обмотке катушки зажигания, что в свою очередь, снижает высокое напряжение во вторичной обмотке и уменьшает энергию искрообразования.

Установлено, что смесь, воспламененная в конце такта сжатия, незадолго до достижения поршнем ВМТ, будет развивать наибольшее давление в момент начала движения поршня вниз. При таких условиях двигатель будет развивать наибольшую мощность при минимальном расходе топлива.

Зажигание от магнето

Помимо описанной выше системы зажигания, в свое время была широко распространена другая система контактного зажигания - от магнето. В этой системе катушка зажигания располагается в статоре, причем первичная обмотка является одновременно обмоткой генератора, в которой индуцируется электрический ток. Контакты прерывателя подключены параллельно первичной обмотке. Достоинство описанной конструкции в ее простоте - отсутствует выносная катушка зажигания, а значит, дополнительные провода и разъемы, из картера выходит на свечу только провод высокого напряжения. Основной недостаток такой системы зажигания - размеры катушки зажигания ограничены габаритами магнето, что затрудняет увеличение мощности искры. Кроме того, находясь внутри генератора, катушка зажигания сильно нагревается от работы генератора и самого двигателя, что также уменьшает ее эффективность. Зажигание от магнето широко применялось на автомобилях и мотоциклах до середины XX века, затем на смену пришла система с выносной катушкой зажигания.

Свеча зажигания

Эта важная деталь состоит из стального корпуса с резьбовой частью для вворачивания в головку цилиндра, и стержня для соединения с колпачком высоковольтного провода. Стержень, являющийся центральным электродом свечи, изолирован от ее корпуса. В той части, которая входит в камеру сгорания, расположены один или несколько боковых электродов. Между ними и центральным электродом устанавливается определенный зазор (обычно 0,5-1,0 мм), в котором образуется искра.

Все свечи зажигания в целом имеют сходную конструкцию (8), причем нет различий между свечами для различных систем зажигания. Тип двигателей (двух-или четырехтактный) важен лишь постольку, поскольку он влияет на диаметр резьбы свечи. У четырехтактных моторов, из-за того, что в камере сгорания расположены клапаны и место под свечу ограничено, применяют резьбу диаметром 12 или 10 мм. У двухтактных двигателей такого ограничения нет, и свеча почти всегда имеет диаметр 14 мм. Впрочем, у части четырехтактных моторов свеча также имеет диаметр резьбы 14 мм. Длина резьбовой части свечи должна точно соответствовать высоте отверстия в головке. Каждой модели скутера фирма-изготовитель предназначает строго определенный тип свечей.

Чрезмерно горячая свеча может самопроизвольно воспламенять горючую смесь раньше возникновения искры, отчего возникнет перегрев, снизится мощность двигателя и даже может произойти прогар поршня. Слишком холодная свеча, наоборот, быстро покроется нагаром, в результате чего будет затруднять пуск двигателя и работать на малых нагрузках с перебоями.

Катушка зажигания: а - устройство; б - внешний вид с высоковольтным проводом и свечным колпаком; 1 - сердечник; 2 - первичная обмотка; 3 - вторичная обмотка; 4 - контакт провода высокого напряжения; 5 - провод высокого напряжения; 6 - контакты первичной обмотки.

Калильное число

Основное отличие свечей зажигания друг от друга заключается в разном калильном числе (7). Это число характеризует способность свечи выдерживать рабочую температуру двигателя, которая колеблется при разных нагрузках от 400 до 800 °С. Свечи с большим калильным числом называют холодными, они применяются в форсированных двигателях. Благодаря особенностям конструкции такие свечи мало нагреваются. В противоположность им свечи с малым калильным числом называют горячими. У них длинный изолятор, из-за этого отвод тепла от электродов свечи происходит медленно, и электроды у свечи оказываются горячими. У холодных свечей, наоборот, за счет короткого изолятора тепло эффективно отводится от электродов, которые поддерживаются более холодными, чем в горячей свече.

Бесконтактные системы зажигания

Существенный недостаток контактной системы зажигания заключается в подгорании контактов прерывателя, поскольку через них проходит большой ток (силой до 5 А). Быстрый износ контактов требует частой регулировки зазора в них, очистки и даже замены. Существует несколько видов БСЗ, и все они имеют явные преимущества по сравнению с контактными: более надежны (поскольку в них нет подвижных деталей), позволяют достигать высокой частоты вращения коленчатого вала двигателя, не нуждаются в периодической регулировке момента зажигания и обслуживании.

БСЗ типа CDI

Аббревиатура CDI - это начальные буквы слов Condenser Discharge Ignition, что переводится с английского как «зажигание разрядом конденсатора». В целом работа системы CDI схожа с работой контактной системы зажигания, в ее состав также входят источник тока, катушка зажигания и свеча зажигания (9). Отличие состоит в том, что роль механических контактов играет индуктивный датчик, работающий вместе с электронным блоком управления. У некоторых моделей скутеров катушка зажигрния встраивается в коммутатор. Индуктивный датчик БСЗ представляет собой отдельную обмотку, схожую с обмоткой генератора, и магнит, закрепленный на роторе (маховике). Конструкция такого датчика проста, и он не требует питания от аккумуляторной батареи. Обмотки датчика соединены с электронным блоком управления - коммутатором. В составе коммутатора находится конденсатор, который заряжается от специальных обмоток генератора. Конденсатор накапливает энергию искрообразования, чтобы в нужный момент подать импульс на катушку зажигания. Этот момент определяет управляемый диод (тиристор), который не пропускает ток на «массу» до тех пор, пока на его ключ не будет подан положительный сигнал определенной силы и формы отдатчика. Поскольку конденсатор накапливает заряд только при подаче постоянного напряжения, а генератор вырабатывает переменный ток, этот ток по пути от заряжающей катушки к конденсатору выпрямляют посредством диода.

ЗАЖИГАНИЕ В ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ. У этих моторов воспламенение смеси происходит один раз за два оборота коленчатого вала, поэтому прерыватель было бы правильно размещать на конце распределительного вала, вращающегося в два раза медленнее коленчатого, - так делают на большинстве автомобилей. На скутерах с четырехтактными двигателями для упрощения конструкции магдино устанавливают на коленчатом валу. При этом искра проскакивает около ВМТ поршня дважды за время одного цикла: в установленный момент искрообразования в конце такта сжатия, и в конце такта выпуска, когда в цилиндре не осталось горючей смеси и искра не влияет на рабочий процесс.

Устройство свечи зажигания (а), правильные и недопустимые способы ее установки (б): 1 - контактная гайка (может отсутствовать); 2 - оребрение изолятора; 3 - контактный стержень; 4 - керамический изолятор; 5 - металлический корпус; 6 - стеклогерметик; 7 - уплотнительное кольцо; 8 - теплоотводящая шайба; 9 - центральный электрод; 10 - тепловой конус изолятора; 11 - рабочая камера; 12 - боковой электрод «массы»; h - искровой зазор; I - правильная установка; II - нет уплотнителъного кольца; III - два уплотнительных кольца; IV - резьбовая часть коротка; V - резьбовая часть длинна.

В момент искрообразования магнит, расположенный в корпусе ротора, проходит мимо обмотки датчика и возбуждает в ней электрический ток. В свою очередь, ток подается на тиристор. Последний «открывается», и через него конденсатор мгновенно разряжается на «массу». В результате через первичную обмотку катушки зажигания проходит короткий и сильный электрический импульс - как в случае размыкания контактов в батарейной системе зажигания.

Недостаток этой системы заключается в том, что вырабатываемое напряжение управляющего импульса индуктивного датчика зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя; кроме того, форма импульса может быть искажена воздействием магнитного поля других обмоток генератора. Не менее важно, что напряжение на конденсаторе (значит, и мощность искры на свече зажигания) заметно падает как при низкой скорости прохождения магнита мимо заряжающей обмотки (что происходит на малых оборотах) так и при слишком высоких оборотах, когда конденсатор просто не успевает зарядиться.

Лишена указанных недостатков модифицированная система зажигания DC-CDI, которая используется на некоторых современных скутерах.

УГОЛ ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ (УОЗ). Ранее отмечалось, что мотор развивает максимальную мощность, если пик давления газов в цилиндре совпадет с положением поршня, только что миновавшего свою ВМТ. Поэтому искра должна образоваться между электродами свечи не точно в этот момент, а чуть раньше, поскольку воспламенение горючей смеси требует определенного времени. Каждому типу двигателя и даже режиму его работы соответствует оптимальный УОЗ (в миллиметрах хода поршня или градусах поворота коленчатого вала до ВМТ).

По мере роста частоты вращения коленчатого вала время, за которое должна сгореть смесь, становится все короче. Поэтому горючую смесь надо воспламенять тем раньше, чем выше обороты коленчатого вала двигателя. Для двухтактных моторов с контактным зажиганием или CDI разработчики опытным путем находят тот усредненный угол опережения зажигания, при котором двигатель достаточно устойчиво работает во всем диапазоне числа оборотов. Этот угол называют установочным. Если же производить электронную регулировку угла опережения зажигания, то можно обеспечить прирост мощности двигателя до 10-15 % и улучшить его экономичность. Четырехтактные двигатели также требуют изменения УОЗ в зависимости от числа оборотов коленчатого вала.

Регулировка УОЗ протекает так. В составе блока управления есть микросхема, которая определяет число оборотов коленчатого вала по форме сигнала, поступающего с управляющего датчика. В памяти электронного блока заложена зависимость оптимального УОЗ от частоты вращения коленчатого вала, и в нужный момент блок управления открывает тиристор, что соответствует моменту образования искры на электродах свечи зажигания.

Схема зажигания, использующая разряд конденсатора (CDI): 1 - ротор с магнитами; 2 - обмотка датчика; 3 - обмотка заряжающей катушки; 4 - кнопка «стоп»; 5 - диод; 6 - тиристор; 7 - конденсатор; 8 - первичная обмотка катушки зажигания; 9 - вторичная обмотка катушки зажигания; 10 - высоковольтный провод; 11 - свеча зажигания.

БСЗ типа DC-CDI

Хотя БСЗ типа CDI чаще встречается на скутерах, ее вытесняет более совершенная модифицированная система - DC-CDI (10). DC (от англ. Direct Current - постоянный ток) означает, что в системе зажигания используется для заряда конденсатора постоянный ток. Он поступает не от собственной катушки в генераторе, а от аккумуляторной батареи. Это позволяет стабилизировать напряжение питания и при любых оборотах коленчатого вала поддерживать искру одинаково мощной.

Система DC-CDI сложнее, чем CDI и, следовательно, дороже. Дело в том, что напряжение, которое выдает бортовая сеть машины (12-14 В), недостаточно для полноценного заряда конденсатора. Поэтому напряжение поднимает особый электронный модуль - инвертор, в котором постоянный ток преобразуется в переменный, затем увеличивается до напряжения 300 В, опять выпрямляется и только тогда поступает к конденсатору. Более высокое первичное напряжение позволяет уменьшить в размерах катушку зажигания, и даже разместить ее в свечном колпачке, тем самым исключив из цепи зажигания высоковольтный провод. Кроме того, система зажигания DC-CDI обладает возможностью автоматически изменять угол опережения зажигания, о чем пойдет речь чуть позже.

Микропроцессорные цифровые БСЗ

Их применяют на самых современных скутерах с четырехтактными двигателями. Для управления ими двигатель оснащают рядом датчиков: частоты вращения и положения коленчатого вала (метки ВМТ), положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости и воздуха, содержания кислорода в выпускной системе (лямбда-зонд). Современные микропроцессорные цифровые системы зажигания объединены с ситема-ми впрыска топлива. Такие конструкции оптимизируют сгорание топлива в цилиндре, обеспечивая одновременно высокую мощность, экономичность и низкую токсичность отработавших газов.

Схема бесконтактной системы зажигания, работающей от постоянного тока и использующей разряд конденсатора (DC-CDI): 1 - аккумуляторная батарея; 2 - предохранитель; 3 - замок зажигания; 4 - схема, «читающая» форму сигнала; 5 - инвертор; 6 - схема управления углом опережения зажигания; 7 - датчик управления блоком DC-CDI; 8 - маховик; 9 - катушка зажигания; 10 - высоковольтный провод; 11 - свеча зажигания.

ДАТЧИК ХОЛЛА. Он используется в системах DC-CDI вместо индуктивного датчика. Состоит датчик Холла из чувствительного элемента и расположенного на небольшом расстоянии неподвижного постоянного магнита, между которыми создается магнитное поле. В пространстве между чувствительным элементом и магнитом вращается металлический экран с прорезью. Прорезь беспрепятственно пропускает магнитный поток, и на выходе элемента появляется ЭДС; экран же поток прерывает. Обычно датчик Холла совмещен с микросхемой, стабилизирующей напряжение его питания и усиливающей выходной сигнал. Датчики Холла достаточно надежны, миниатюрны, потребляют малое количество энергии. Их недостаток - необходимость питания чувствительного элемента постоянным током. У скутера должна быть исправная аккумуляторная батарея, в то время как работа двигателей с системой зажигания CDI возможна и без нее.

При более раннем зажигании в двигателе возникает детонация (взрывное сгорание), приводящая к поломкам деталей цилиндро-поршневой группы. Позднее зажигание вызывает перегрев деталей двигателя и падение его мощности.

Система зажигания