ᐉ Устройство и принцип работы батарейного зажигания
Развернутая схема батарейного зажигания показана на рисунке. Она представляет собой типичную автомобильную однопроводиую систему соединения источников тока с потребителями, когда вторым проводом служит металлическая масса агрегатов самого автомобиля. Источники питания — генератор и аккумуляторная батарея — обычно включаются параллельно. При пуске и на режиме работы с малыми оборотами вала питание осуществляется от батареи, а на средних и больших скоростях включается генератор, который питает потребителей тока и одновременно обеспечивает подзарядку аккумулятора 22.
Своевременное подключение того или иного источника питания и поддержание необходимого режима работы системы при изменении оборотов вала достигается с помощью двух реле, регулирующих напряжение и ограничивающих силу тока в сети и реле обратного тока, которое защищает батарею от разрядки через якорь генератора, что опасно также и для последнего. Все три реле обычно объединяют в один прибор, называемый реле-регулятором.
Пусковой электродвигатель постоянного тока (стартер), обеспечивающий проворачивание коленчатого вала, не относится к элементам системы зажигания, но электромагнитный включатель его (тяговое реле) входит в сеть зажигания и управляется через замок (выключатель) 15. Связано со стартером и устройство для закорачивания добавочного сопротивления 18 катушки зажигания. Сила тока, потребляемого стартером, при пуске двигателя возрастает до 200—500 а и более. Поэтому аккумуляторная батарея для автомобилей подбирается в зависимости от мощности стартера с учетом специфики ее работы. А так как большие разрядные токи при относительно умеренном падении напряжения на зажимах лучше Других выдерживают свинцовые (кислотные) аккумуляторы, то эти так называемые стартерные батареи в основном и применяются для систем зажигания автомобилей. Плюсовая клемма их соединяется с сетью, а минусовая — на массу (в старых моделях автомобилей на массу соединяли клемму со знаком плюс).
Рис. Схема батарейного зажигания 8-цилиндрового двигателя
Катушка зажигания 14 представляет собой сердечник, набранный из отдельных пластин трансформаторного железа, изолированных друг от друга окалиной, и двух обмоток: толстой (d=0,72 мм) первичной 13 с небольшим числом витков и тонкой (d=0,07 мм) вторичной 12 с большим числом витков.
Первичная обмотка одним концом через клемму Р соединена с клеммой 11 прерывателя, а другим — через клемму ВК, добавочное сопротивление 18, клемму ВКБ и контакты 16, 17 замка 15 с источником тока. Вторичная обмотка 12 одним концом присоединена к первичной, а вторым — выведена к разносной пластине 4 бегунка (ротора) распределителя через его центральный ввод.
Прерыватель тока низкого напряжения имеет два контакта: неподвижный 7 и подвижный 8. Первый из них приклепан к стойке (наковальне), соединенной с массой, а второй закреплен на рычажке (молоточке) 10, изолированном от массы. Молоточек нагружен пластинчатой пружиной и соединен с клеммой 11 сети зажигания. Размыкание контактов осуществляется кулачком 6, скорость вращения которого в четырехтактных двигателях в два раза меньше скорости вращения коленчатого вала. Вследствие вращения кулачка 6 контакты 7 и 8 периодически размыкаются и замыкаются.
Когда зажигание включено и контакты прерывателя замкнуты, ток от плюсовой клеммы батареи 22 идет через зажим 19, выключатель зажигания 15 и добавочное сопротивление 18 в первичную обмотку катушки 14.
Далее на замкнутые контакты прерывателя и массу, по которой он возвращается к минусовой клемме батареи 22, как показано стрелками на проводах схемы. В результате прохождения тока по первичной обмотке 13 в катушке возникает магнитное поле, силовые линии которого замыкаются через ее сердечник и пронизывают витки обеих обмоток. При замкнутых контактах магнитное поле постоянно и ток во вторичной обмотке не индуктируется. Но в момент размыкания контактов силовые линии исчезающего магнитного поля пересекают витки обмоток, вследствие чего в них индуктируется ток, величина электродвижущей силы которого пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Число витков вторичной обмотки подбирают так, чтобы общая э. д. с. тока достигала в ней 18 тыс. в и гарантировала пробой искрового зазора между электродами свечи.
Ток высокого напряжения из вторичной обмотки 12 по центральному проводу высокого напряжения, как показало пунктирными стрелками на схеме, через подавителыюе сопротивление 5 поступает на разносную пластину 4 бегунка распределителя, проскакивает в виде искры на соответствующий (ближайший) неподвижный электрод 3 и через сопротивление 2 поступает на центральный электрод свечи L откуда, пробивая искровой промежуток, проскакивает на боковой ее электрод и через массу автомобиля, батарею 22, выключатель 15, сопротивление 18 по первичной обмотке 13 возвращается во вторичную обмотку 12.
При размыкании контактов прерывателя и исчезновении магнитного потока в сердечнике катушки зажигания в первичной обмотке возникает ток самоиндукции, э. д. с. которого достигает 200—300 в. Ток самоиндукции имеет при этом одинаковое направление с первичным током, что затягивает время его исчезновения и вызывает появление дуги между контактами прерывателя. Образование «мостика» между контактами не только снижает скорость убывания тока в первичной цепи, но вызывает еще и быстрое обгорание контактов, нарушая работу системы зажигания. Чтобы устранить вредное действие э. д. с. самоиндукции, параллельно контактам прерывателя включают конденсатор 9.
Конденсатор выполняется из двух тонких алюминиевых лент (обкладок), изолированных друг от друга специальной бумажной лентой и скатанных в трубочку. Одна из обкладок присоединяется к металлическому кожуху конденсатора, а вторая выводится на изолированный контакт 11 прерывателя-распределителя. При размыкании контактов ток самоиндукции из первичной обмотки отводится в конденсатор и заряжает его.
Вследствие этого образование дуги почти полностью устраняется, а скорость убывания тока в первичной обмотке резко возрастает. Разряжается конденсатор через первичную обмотку при разомкнутых контактах.
Конденсаторы трудно герметизировать, а в случае проникновения влаги и пробоя их система зажигания прекращает работу. Чтобы повысить надежность системы, в последнее время стали применять самовосстанавливающиеся конденсаторы. Они представляют собой свернутые в рулончик две полоски бумаги, одна сторона которых наметаллизирована слоем цинка толщиной около 1,5 мкм. При пробое бумаги тепло дуги испаряет с нее металл, поэтому вблизи повреждения она очищается от покрытия и электрическая прочность конденсатора восстанавливается. Такие конденсаторы имеют сравнительно небольшие габариты и могут размещаться внутри корпуса прерывателя-распределителя.
Добавочное сопротивление 18 чаще всего применяют в системах зажигания напряжением 12 е. Изготовляют его из тонкой нихромовой или никелевой проволоки в виде спирали п включают последовательно с первичной обмоткой катушки.
При пуске двигателя стартером, когда падение напряжения на зажимах батареи неизбежно, сопротивление автоматически отключается с помощью пружинной контактной пластины 20 и подвижного контакта 21, вмонтированных в тяговое реле стартера. Благодаря этому ток от батареи подводится непосредственно к клемме ВК катушки зажигания 14 и рабочее напряжение в ее обмотках повышается, что особенно необходимо для успешного пуска холодного двигателя, когда требуется повышенное пробивное напряжение на электродах свечи.
Добавочное сопротивление может быть использовано также в качестве вариатора, обеспечивающего автоматическое регулирование сопротивления первичной цепи зажигания при изменении числа оборотов вала двигателя. С этой целью спираль изготовляют из тонкой стальной проволоки, которая легко прогревается до высокой температуры, и сопротивление ее возрастает. А так как время замкнутого состояния контактов прерывателя изменяется обратнс пропорционально скорости вращения вала, то с уменьшениек оборотов нагрев спирали, а следовательно, ее сопротивление и общее сопротивление цепи повышаются, а по мере увеличения оборотов вала — снижаются.
В результате сила тока в первичной цепи возрастает на больших оборотах вала и уменьшается на малых, чте предохраняет катушку зажигания от перегрева.
Устройство классической системы батарейного зажигания автомобилей, схема
Классическая система батарейного зажигания с одной катушкой и многоискровым механическим распределителем до сих пор используется на некоторых автомобилях. Главным достоинством классической системы батарейного зажигания является ее простота, обеспечиваемая двойной функцией механизма распределителя. Прерывание цепи постоянного тока для генерирования высокого напряжения и синхронное распределение высокого напряжения по цилиндрам двигателя.
Устройство классической системы батарейного зажигания автомобилей, принцип работы, принципиальная схема, характеристики электрических сигналов, недостатки системы.
Классическая система батарейного зажигания состоит из следующих элементов:
— Источника тока — аккумуляторной батареи 1.
— Катушки зажигания (индукционной катушки) 2.
Она преобразует ток низкого напряжения в ток высокого напряжения. Между первичной и вторичной обмотками имеет место автотрансформаторная связь.
— Прерывателя 3, содержащего рычажок 4 с подушечкой 5 из текстолита, поворачивающийся около оси.
— Контактов прерывателя 6.
— Кулачка 7, имеющего число граней, равное числу цилиндров.
Неподвижный контакт прерывателя присоединен к «массе». Подвижной контакт укреплен на конце рычажка. Если подушечка не касается кулачка, контакты замкнуты под действием пружины. Когда подушечка находит на грань кулачка, контакты размыкаются. Прерыватель управляет размыканием и замыканием контактов и моментом подачи искры.
— Конденсатора первичной цепи 8 (С1), подключенного параллельно контактам 6, который является составным элементом колебательного контура в первичной цепи после размыкания контактов.
— Распределителя 9, включающего в себя бегунок 10, крышку 11, на которой расположены неподвижные боковые электроды 12 (число которых равно числу цилиндров двигателя) и неподвижный центральный электрод, который подключается через высоковольтный провод к катушке зажигания.
Принципиальная схема классической системы батарейного зажигания автомобилей.
Боковые электроды через высоковольтные провода соединяются с соответствующими свечами зажигания. Высокое напряжение к бегунку 10 подается через центральный электрод с помощью скользящего угольного контакта. На бегунке имеется электрод 13, который отделен воздушным зазором от боковых электродов 12.
Бегунок 10 распределителя и кулачок 7 прерывателя находятся на одном валу, который приводится во вращение зубчатой передачей от распределительного вала двигателя с частотой вдвое меньшей частоты вращения коленчатого вала. Прерыватель и распределитель расположены в одном аппарате, называемом распределителем зажигания.
— Свечей зажигания 15, число которых равно числу цилиндров двигателя.
— Выключателя зажигания 16.
— Добавочного резистора 17 (Rд), который уменьшает тепловые потери в катушке зажигания. Дает возможность усилить зажигание. При пуске двигателя резистор шунтируется контактами реле 18 одновременно с включением стартера.
Добавочный резистор изготовляют из нихрома или константана и наматывают на керамический изолятор.
Принцип работы классической системы батарейного зажигания автомобилей.
При вращении кулачка 7 контакты 6 попеременно замыкаются и размыкаются. После замыкания контактов (в случае замкнутого выключателя 16) через первичную обмотку катушки зажигания 2 протекает ток, нарастая от нуля, до определенного значения за данное время замкнутого состояния контактов. При малых частотах вращения валика 14 распределителя 9 ток может нарастать до установившегося значения, определенного напряжением аккумуляторной батареи и омическим сопротивлением первичной цепи (установившийся ток).
Протекание первичного тока вызывает образование магнитного потока, сцепленного с витками первичной и вторичной обмоток, и накопление электромагнитной энергии. После размыкания контактов прерывателя, как в первичной, так и во вторичной обмотке индуцируется ЭДС самоиндукции. Согласно закону индукции вторичное напряжение тем больше, чем быстрее исчезает магнитный поток, созданный током первичной обмотки, больше первичный ток в момент разрыва и больше число витков во вторичной обмотке.
Характеристики электрических сигналов в первичной и вторичной цепях классической системы батарейного зажигания автомобилей.
В результате переходного процесса во вторичной обмотке возникает высокое напряжение, достигающее 15-20 кВ. В первичной обмотке также индуцируется ЭДС самоиндукции, достигающая 200-400 В, направленная в ту же сторону, что и первичный ток, и стремящаяся задержать его исчезновение. При отсутствии конденсатора 8 ЭДС самоиндукции вызывает образование между контактами прерывателя во время их размыкания сильной искры или, точнее, дуги.
При наличии конденсатора 8 ЭДС самоиндукции создает ток, заряжающий конденсатор. В следующий период времени конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки и аккумуляторную батарею. Таким образом, конденсатор 8 практически устраняет искрообразование в прерывателе, обеспечивая долговечность контактов и индицирование во вторичной обмотке достаточно высокой ЭДС. Вторичное напряжение подводится к бегунку распределителя, а затем через электроды в крышке и высоковольтные провода поступает к свечам соответствующих цилиндров.
Рабочий процесс классической системы батарейного зажигания автомобилей.
Нормальным рабочим режимом любой классической системы батарейного зажигания, использующей индукционную катушку в качестве источника высокого напряжения, является переходный режим. В результате чего образуется искровой разряд в свече зажигания. Рабочий процесс может быть разбит на три этапа:
Замыкание контактов прерывателя — первый этап рабочего процесса классической системы батарейного зажигания.
На этом этапе происходит подключение первичной обмотки катушки зажигания (накопителя) к источнику тока. Этап характеризуется нарастанием первичного тока и, как следствие этого, накоплением электромагнитной энергии, запасаемой в магнитном поле катушки.
Размыкание контактов прерывателя — второй этап рабочего процесса классической системы батарейного зажигания.
Источник тока отключается от катушки зажигания. Первичный ток исчезает, в результате чего накопленная электромагнитная энергия превращается в электростатическую.
Возникает ЭДС высокого напряжения во вторичной обмотке.
Пробой искрового промежутка свечи зажигания — третий этап рабочего процесса классической системы батарейного зажигания.
В рабочих условиях при определенном значении напряжения происходит пробой искрового промежутка свечи зажигания с последующим разрядным процессом.
Недостатки классической системы батарейного зажигания автомобилей.
Классическая система батарейного зажигания обладает рядом достоинств. К ним следует отнести простоту конструкции и невысокую стоимость аппаратов зажигания, возможность регулирования угла опережения зажигания в широких пределах без изменения величины вторичного напряжения. Вместе с тем классическая система батарейного зажигания имеет ряд принципиальных недостатков, связанных с работой механического прерывателя и механических автоматов опережения зажигания:
— Недостаточная величина вторичного напряжения на высоких и низких частотах вращения коленчатого вала двигателя. Как следствие, малый коэффициент запаса по вторичному напряжению.
Особенно для многоцилиндровых и высокооборотных двигателей, а также при экранировке высоковольтных проводов.
— Недостаточная энергия искрового разряда по причине ограничения уровня запасенной энергии в первичной цепи.
— Чрезмерный нагрев катушки зажигания в зоне низких частот вращения коленчатого вала двигателя и особенно при остановившемся двигателе. Если замок зажигания включен и контакты прерывателя замкнуты.
— Нарушение рабочего зазора в контактах в процессе эксплуатации. Как следствие этого, необходимость зачистки контактов, т. е. систематический уход во время эксплуатации.
— Низкий срок службы контактов прерывателя.
— Повышенный асинхронизм момента искрообразования по цилиндрам двигателя при эксплуатации вследствие износа кулачка.
— Высокая погрешность момента искрообразования вследствие разброса характеристик механических автоматов опережения в процессе эксплуатации.
Перечисленные недостатки классической системы батарейного зажигания приводят в итоге к ухудшению процесса сгорания рабочей смеси.
И следовательно, к потере мощности двигателя и увеличению эмиссии отработавших газов.
По материалам книги «Справочник по устройству, применению и ремонту электронных приборов автомобилей».
Ходасевич А. Г., Ходасевич Т. И.
Аккумуляторная система зажигания Принцип работы и описание деталей
В настоящее время аккумуляторная система зажигания встречается редко, кроме того, система зажигания старого типа также считается менее эффективной.
А вот широко применяемая сейчас электронная система зажигания является результатом развития аккумуляторной системы зажигания. Так что мы также должны узнать, как работает аккумуляторная система зажигания, потому что она является основой системы зажигания автомобиля в нынешнюю эпоху.
Если вы ищете полное объяснение системы зажигания от батареи, вам повезло, потому что в этой статье мы обсудим ее подробно, но легко для понимания.
Определение системы зажигания от батареи
Аккумуляторная система зажигания представляет собой систему зажигания, в которой в качестве основного источника энергии используются батареи.
Мы знаем, что функция системы зажигания заключается в обеспечении сгорания внутри двигателя, для этого система должна обеспечивать искру.
Искры образуются в результате изменения электрической энергии, поэтому свеча зажигания на самом деле возникает из-за электричества в аккумуляторе.
Тогда как 12-вольтовая батарея постоянного тока может вызвать искру на свече зажигания?
Проще говоря, эта искра возникает из-за очень высокого напряжения на свече зажигания. В то время как в электричестве высокого напряжения мощность также очень высока, так что мы можем видеть искрящие электроны на зазоре свечи зажигания, который составляет всего 0,8 мм.
Более подробная информация будет объяснена ниже.
Детали и функции аккумуляторной системы зажигания
Аккумуляторная система зажигания состоит, среди прочего, из нескольких основных компонентов;
Аккумулятор, является источником энергии для системы зажигания.
Выключатель зажигания, для включения или выключения системы зажигания вручную (с помощью ключа зажигания).
Катушка зажигания представляет собой повышающий трансформатор для повышения напряжения аккумуляторной батареи.
Размыкатель контактов — это механизм для отключения первичной обмотки катушки зажигания, чтобы напряжение на вторичной обмотке могло значительно возрасти.
Конденсатор, электронный компонент для предотвращения электрических искр в прерывателе контактов.
Распределитель, используется для разделения вторичной обмотки от катушки зажигания к каждой свече зажигания, можно увидеть только на автомобильном двигателе (более 1-цилиндрового двигателя)
Свеча зажигания — это привод, который может преобразовывать электрическую энергию высокого напряжения в искры.
Высоковольтный провод, в системе зажигания есть два типа проводов: стандартный кабель (12 В) и высоковольтный кабель большего диаметра для проведения электричества с напряжением до 20 кВ.
Принцип работы аккумуляторной системы зажигания
Чтобы понять, как работает аккумуляторная система зажигания, вам необходимо понять две основные части.
А именно;
Катушка зажигания и прерыватель контактов.
Как объяснялось выше, катушка зажигания представляет собой повышающий трансформатор, который может повышать напряжение. А вот конструкция катушки зажигания вообще не похожа на трансформатор.
Здесь первичная обмотка расположена снаружи, а вторичная обмотка расположена внутри первичной обмотки.
Тогда каким образом катушка зажигания способна повысить напряжение с 12 вольт до 20 кВ?
Ответ: из-за магнитного поля вторичная обмотка имеет большее количество витков, поэтому выходное напряжение больше входного. Но почему оно достигает 20 кВ?
Это связано с тем, что магнитное поле первичной обмотки не является статичным, а перемещается снаружи внутрь, поэтому для перемещения магнитного поля первичной обмотки ток в первичной обмотке должен резко прерываться. Когда в первичной обмотке еще протекает ток, снаружи катушки зажигания образуется магнитное поле.
Когда ток в первичной обмотке отключается, ранее сформированное магнитное поле перемещается внутрь вторичной обмотки, прежде чем окончательно исчезнуть.
Индукция резко увеличивает напряжение вторичной обмотки, так что оно может быть преобразовано в искры.
Здесь работает прерыватель контактов, он служит для отключения первичного тока в соответствии с опережением зажигания.
После понимания того, как работает катушка зажигания, вы можете увидеть схему ниже.
1. Первичная схема
Как объяснялось выше, эта первичная схема служит для возбуждения катушки зажигания. Эта схема, если ее записать, начинается от аккумулятора — замка зажигания — первичной обмотки катушки зажигания — прерывателя контактов — конденсатора — массы.
2. Вторичная схема
Вторичная схема представляет собой последовательную передачу электричества высокого напряжения на свечи зажигания для создания искры.
Это от аккумулятора — замок зажигания — вторичная обмотка катушки зажигания — распределитель — свеча зажигания — масса.
Каким образом прерыватель контактов может отключать первичный ток в соответствии с опережением зажигания двигателя?
Это просто механизм, мы знаем, что есть клапанный механизм, в котором клапаны двигателя всегда открыты и закрыты в нужное время. Это потому, что есть связь между коленчатым валом и распределительным валом.
Механизм прерывателя контактов состоит из кулачкового прерывателя и рычага прерывателя.
Кулачковый прерыватель соединен с распределительным валом, который также косвенно связан с коленчатым валом. Когда кулачок касается рычага прерывателя, точка контакта поднимается, что приводит к отключению первичного тока.
Между тем, когда кулачок смещается, контактная точка снова присоединяется, так что первичный ток снова подключается.
Кулачок всегда касается рычага прерывателя, когда поршень находится в ВМТ на стадии сгорания.
Так что индукция также происходит только в момент зажигания.
Число оборотов двигателя прямо пропорционально интервалу зажигания, поскольку чем выше число оборотов двигателя, тем быстрее вращается прерыватель кулачка, что приводит к более быстрому интервалу индукции.
Аккумуляторная система зажигания/ Катушка зажигания Работа, преимущества и недостатки
Прочтите: Конструкция аккумуляторной системы зажигания и ее основные компоненты конденсатор, распределитель и свеча зажигания. Источником высокого напряжения/энергии для свечи зажигания является катушка зажигания, поэтому ее также называют системой катушек зажигания. На следующем рисунке показана схема традиционной аккумуляторной системы зажигания.
Работа аккумуляторной системы зажигания
Аккумулятор является основным источником энергии для системы. Один конец батареи заземлен на раму двигателя. Другой конец подключен к первичной клемме катушки зажигания через балласт и выключатель зажигания.
Выключатель зажигания является основным ключом для замыкания электрической цепи на первичной клемме катушки зажигания. Балласт представляет собой специальный резистор, последовательно соединенный с первичными катушками. Функция балласта для защиты катушки от чрезмерного тока. Когда ток увеличивается, балластный резистор нагревается, а затем увеличивается сопротивление. Которые в конечном итоге уменьшают ток, протекающий через первичную цепь.
Катушка зажигания состоит из вторичной обмотки с большим количеством витков, намотанной на железный сердечник. Первичная катушка имеет несколько катушек и намотана на вторичную катушку. Вся катушка собрана в компактный блок. Ток низкого напряжения (12 вольт) от аккумуляторной батареи повышается до высокого напряжения (10 000 вольт) в катушке зажигания по принципу электромагнитной индукции. Первичная цепь завершается заземлением другого конца первичной обмотки на корпус двигателя через контактный выключатель. Точка контакта прерывателя контактов удерживается под действием пружины.
Контакт размыкается/замыкается в зависимости от движения двигателя с помощью распределительного вала. Конденсатор подключен параллельно прерывателю контактов. Конденсатор зажигания сохраняет ток, индуцируемый в первичной обмотке, когда цепь размыкается. Он защищает точки контакта.
Один конец вторичной обмотки также заземляется через размыкатель контактов. Другой конец подключается к распределителю. Переключатель вращения распределителя, который распределяет ток высокого напряжения на разные свечи зажигания в соответствии с порядком зажигания двигателя. Свеча зажигания состоит из двух электродов, один из которых заземлен, а другой соединен с распределителем. Это приводит к большой разнице напряжений между этими электродами и создает на них искру. Затем искра воспламеняет воздушно-топливную смесь внутри камеры сгорания.
🔗Конструкция системы зажигания от магнита, работа, применение, преимущества и ограничения
🔗Преимущества системы зажигания 12 В перед зажиганием от батареи 6 В
Преимущества и недостатки системы зажигания от батареи
Преимущества системы зажигания от батареи аккумулятор системы зажигания очень низкий.