Контактные и бесконтактные системы зажигания. Сравнительные характеристики

Министерство образования и науки  Российской Федерации

 

ГОУ ВПО Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

 

 

 

 

 

 

Реферат

«Контактные и бесконтактные системы зажигания. Сравнительные характеристики»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Студент группы         

ТТПР-11 Аббясов  Р.Н

Проверил преподаватель

Кожинская А.В

 

 

Саратов 2014

 

Введение

Системы зажигания служат для воспламенения горючей смеси в цилиндре в конце такта сжатия.

Во всех мотоциклетных двигателях топливовоздушная смесь воспламеняется за счет

электрической искры, возникающей между электродами свечи зажигания при напряжении

15–30 тыс. В.Существуют системы зажигания  контактного и бесконтактного  типов, они могут

работать как с аккумуляторной батареей, так и без нее

Не смотря на то, что современные производители практически не выпускают модели, оснащенные контактной системой, многие наши соотечественники продолжают ездить на машинах старых образцов, на которых используется именно этот принцип зажигания. Поэтому у нас в стране она по-прежнему остается актуальной. Преимуществом данной системы является ее простота и надежность. Контактная система практически никогда не выходит из стоя внезапно, а в случае поломки ее ремонт не требует особых условий и выполняется легко и быстро.

Элементами системы зажигания данного образца являются: аккумулятор и генератор (источники электрического тока), катушка зажигания, замок зажигания, прерыватель тока низкого напряжения, свечи зажигания, распределителя тока высокого напряжения, конденсатор. Подача тока в систему зажигания обеспечивается источниками тока. В конце такта сжатия цилиндра между электродами свечи возникает электрическая искра, от которой и происходит возгорание рабочей жидкости.

В настоящее время переднеприводные ВАЗы, а также другие модели жигулей комплектуются бесконтактной системой зажигания. По сравнению с контактным вариантом она имеет три главных преимущества. Во-первых, искра в такой системе имеет большую энергию, что достигается за счет высокого напряжения на вторичной обмотке катушки зажигания. Во-вторых, электромагнитный генератор обеспечивает более стабильные импульсы практически во всем диапазоне работы двигателя, что положительно влияет на мощностные характеристики мотора и обеспечивает хорошую экономию топлива.

В-третьих, непритязательность в обслуживании. Все чего требует бесконтактная система зажигания – это выполнения смазывания вала трамблера после каждых десяти тысяч километров пробега. Недостатком данного вида системы является ее сравнительно низкая надежность, а также сложность ремонта. В случае отказа бесконтактной системы исправление неполадок потребует проведения диагностики и ремонта, для которых необходимы определенные технические условия

 

Система зажигания должна обеспечивать надежное искрообразование, при числе искр в 1 минуту до 20.000.

Работа системы зажигания на всех режимах работы двигателя должна быть надежной в течении срока службы двигателя. Все элементы системы зажигания, должны выдерживать ускорения и вибрации. Ускорения могут достигать 10-15g, частота вибрации 50 Гц.

Одним из важных эксплуатационных требований к системе зажигания является сохранение ее исходных характеристик в течении срока службы двигателя при минимальном уходе двигателя.

Указанным выше требованиям контактная система зажигания не вполне отвечает, поэтому стали применяться контактно-транзисторные и бесконтактные системы зажигания.

Любую систему зажигания характеризуют следующие основные параметры:

коэффициент запаса по вторичному напряжению;

параметры искрового разряда;

скорость нарастания вторичного напряжения;

угол опережения зажигания.

Контактно-транзисторная система зажигания начала появляться на автомобилях в 60-х годах.

При увеличении степени сжатия, использовании более бедных рабочих смесей, с увеличением частоты вращения коленчатых валов и числа цилиндров контактная система зажигания уже со своей задачей не справлялась.

Классическая система зажигания стала тормозом дальнейшего развития бензиновых двигателей. Появилась необходимость применения транзисторных( электронных )систем зажигания.

Транзистор- электропреобразовательный полупроводниковый прибор, служащий для преобразования электрических величин(в частности использующийся для усиления мощности)

В контактно-транзисторной системе зажигания через контакты прерывателя проходят только управляющие импульсы тока(-0,5А), к первичной цепи катушки зажигания контакты прерывателя не относятся. Не нужен при контактно-транзисторной системе зажигания и конденсатор для гашения искры при размыкании контактов, так как сила тока, проходящего через них, невелика.

Если при контактной системе зажигания зачищать контакты необходимо, через 10 тыс. км, а срок их службы составляет 30-40 тыс. км, то при контактно–транзисторной системе зажигания контакты прерывателя не требуют зачистки до 100 тыс. км.

В контактно-транзисторной системе зажигания появился прибор, называемый коммутатором, который, получая от контактов прерывателя управляющие импульсы (команды) преобразует их в импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания. Размыкание и замыкание первичной цепи осуществляется запиранием и отпиранием выходного транзистора коммутатора..

Контактно-транзисторная система зажигания представляют собой первый шаг от контактной системы зажигания к электронным системам зажигания.

Принципиальными недостатками контактно-транзисторных систем зажигания являются:

разрегулировка зазора контактов прерывательного механизма в процессе эксплуатации и , как следствие, изменение периода накопления энергии, смещение угла опережения зажигания, необходимость периодического контроля зазора и его регулирования;

чувствительность контактного механизма к загрязнению поверхности контактов вследствие окисления и замасливания;

инерционность контактного механизма и ограничение частоты вращения вала двигателя, из-за возникновения вибрации контактов, резонансных явления.

Предельной частотой вращения вала двигателя, которая соответствует удовлетворительной работе контактов в современных прерывательных механизмах считают величину n=6000 об / мин для четырех цилиндрового двигателя.

Замена прерывательного механизма бесконтактным датчиком, несущим информацию об угловом положении коленчатого вала и частоте его вращения, привела к появлению бесконтактной системе зажигания

Бесконтактно – транзисторную систему зажигания стали применять с 80-х годов. Если в контактной системе зажигания прерыватель непосредственно размыкает первичную цепь, в контактно-транзисторной системе зажигания – цепь управления, то в бесконтактно-транзисторной системе зажигания и управление становится бесконтактным. В этих системах транзисторный коммутатор, прерывающий цепь первичной обмотки катушки зажигания, срабатывает под воздействием электрического импульса, создаваемого бесконтактным датчиком.

 

 

 

 

                                             

 

 

                                            

 

 

                                        Контактная система зажигания

Контактная система зажигания является самым старым типом системы зажигания . В настоящее время данная система применяется на некоторых моделях отечественных автомобилей (т.н. «классике»).

Создание высокого напряжения и распределение его по цилиндрам в данной системе происходит с помощью контактов.

Контактная система зажигания имеет следующее устройство:

• источник питания;

• выключатель зажигания;

• механический прерыватель тока низкого напряжения;

• катушка зажигания;

• механический распределитель тока высокого напряжения;

• центробежный регулятор опережения зажигания;

• вакуумный регулятор опережения зажигания;

• высоковольтные провода;

• свечи зажигания.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. генератор

2. выключатель зажигания

3. распределитель

4. прерыватель

5. свечи зажигания

6. катушка зажигания

7. аккумуляторная батарея

 

 

Механический прерывательпредназначен для размыкания цепи низкого напряжения (цепи первичной обмотки катушки зажигания). При размыкании контактов во вторичной цепи катушки зажигания наводится высокое напряжение. Для защиты контактов от обгорания в цепь параллельно контактам включен конденсатор.

Катушка зажигания служит для преобразования тока низкого напряжения в ток высокого напряжения. Катушка имеет две обмотки – низкого и высокого напряжения.

Механический распределительобеспечивает распределение тока высокого напряжения по свечам цилиндров двигателя. Распределитель состоит из ротора (обиходное название «бегунок») и крышки. В крышке выполнены центральный и боковые контакты. На центральный контакт подается высокое напряжение от катушки зажигания. Через боковые контакты высокое напряжение передается на соответствующие свечи зажигания.

Прерыватель и распределитель конструктивно объединены в одном корпусе и приводятся в действие от коленчатого вала двигателя. Данное устройство имеет общее название прерыватель-распределитель (обиходное название – «трамблер»).

Центробежный регулятор опережения зажигания служит для изменения угла опережения зажигания в зависимости от числа оборотов коленчатого вала двигателя. Конструктивно центробежный регулятор состоит из двух грузиков. Грузики воздействуют на подвижную пластину, на которой расположены кулачки прерывателя.

Углом опережения зажигания называется угол поворота коленчатого вала двигателя, при котором происходит подача тока высокого напряжения на свечи зажигания. Для того, чтобы топливно-воздушная смесь полностью и эффективно сгорела зажигание производится с опережением, т.е. до достижения поршнем верхней мертвой точки.

Установка угла опережения зажигания производится регулировкой положения прерывателя-распределителя в двигателе.

Вакуумный регулятор опережения зажигания обеспечивает изменение угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки на двигатель. Нагрузка на двигатель определяется степенью открытия дроссельной заслонки (положением педали газа). Вакуумный регулятор соединен с полостью за дроссельной заслонкой и, в зависимости от степени разряжения в полости, изменяет угол опережения зажигания.

Высоковольтные провода служат для подачи тока высокого напряжения от катушки зажигания к распределителю и от распределителя на свечи зажигания.

Свеча зажигания предназначена для воспламенения топливно-воздушной смеси путем образования искрового разряда.

Принцип работы контактной системы зажигания

При замкнутом контакте прерывателя ток низкого напряжения протекает по первичной обмотке катушки зажигания. При размыкании контактов во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется ток высокого напряжения. По высоковольтным проводам ток высокого напряжения подается на крышку распределителя, от которой распределяется по соответствующим свечам зажигания с определенным углом опережения зажигания.

При увеличении оборотов коленчатого вала двигателя, увеличиваются обороты вала прерывателя распределителя. Грузики центробежного регулятора опережения зажигания под действием центробежной силы расходятся, перемещая подвижную платину с кулачками прерывателя. Контакты прерывателя размыкаются раньше, тем самым увеличивается угол опережения зажигания. При уменьшении оборотов коленчатого вала двигателя угол опережения зажигания уменьшается.

Дальнейшим развитием контактной системы зажигания является контактно-транзисторная система зажигания. В цепи первичной обмотки катушки зажигания применен транзисторный коммутатор, управляемый контактами прерывателя. В данной системе за счет применения транзисторного коммутатора уменьшена сила тока в цепи первичной обмотки, тем самым увеличен срок службы контактов прерывателя.

 

Катушка зажигания является сердцем системы зажигания, т.к. обеспечивает в ней создание высокого напряжения. Катушка зажигания применяется во всех системах зажигания: контактной, бесконтактной, электронной. По своей сути катушка зажигания это трансформатор с двумя обмотками.

Различают следующие типы катушек зажигания:

• общая катушка зажигания;

• индивидуальная катушка зажигания;

• сдвоенная катушка зажигания.

Общая катушка зажигания применяется в контактной, бесконтактной системах зажигания и электронной системе зажигания с распределителем.

 

Схема катушки зажигания

Катушка зажигания имеет следующее устройство. Катушка объединяет две обмотки – первичную и вторичную. Первичная обмотка содержит от 100 до 150 витков толстой медной проволоки. Для предупреждения скачков напряжения и короткого замыкания проволока изолирована. Первичная обмотка имеет два низковольтных вывода на крышке катушки зажигания.

Вторичная обмотка имеет от 15000 до 30000 витков тонкой медной проволоки. Вторичная обмотка находится внутри первичной обмотки. Один конец вторичной обмотки соединен с отрицательной клеммой первичной обмотки, другой – с центральной клеммой на крышке, обеспечивающей вывод высокого напряжения.

Для повышения силы магнитного поля обмотки располагаются вокруг железного сердечника. Обмотки вместе с сердечником помещены в корпус с изолирующей крышкой. Для предотвращения токового нагрева катушка заполнена трансформаторным маслом.

Основными характеристиками катушки зажигания являются сопротивление обмоток, которое для каждой модели индивидуальное. Для примера, сопротивление первичной обмотки составляет порядка 3-3,5 Ом, вторичной обмотки – 5000-9000 Ом. Отклонение величины сопротивления обмотки от нормативного значения свидетельствует о неисправности катушки.

Работа катушки зажигания основана на возникновении во вторичной обмотке высокого напряжения при прохождении по первичной обмотке импульса тока низкого напряжения. При прохождении через первичную обмотку тока создается магнитное поле. При отсечке тока магнитное поле наводит во вторичной обмотке ток высокого напряжения, который выводится через центральную клемму катушки и с помощью распределителя подается к свечам зажигания.

 

1. изолятор

2. корпус

3. изоляционная бумага

4. первичная обмотка

5. вторичная обмотка

6. изоляция между обмотками

7. клемма вывода первичной обмотки

8. контактный винт

9. центральная клемма

10. крышка

11. клемма вывода первичной и вторичной обмотки

12. пружина центральной клеммы

13. каркас вторичной обмотки

14. наружная изоляция первичной обмотки

15. скоба крепления катушки

16. наружный магнитопровод

17. сердечник

 

 

Автомобильный генератор – электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрический ток. В автомобиле генератор используется для зарядки аккумуляторной батареи и питания электрооборудования при работающем двигателе. В качестве автомобильного генератора применяется генератор переменного тока.

Генератор располагается, как правило, в передней части двигателя и приводится от коленчатого вала. Нагибридных автомобилях генератор выполняет функции стартера, т.н.стартер-генератор. Аналогичная схема используется в некоторых конструкциях системы стоп-старт. Ведущими производителями генераторов являются фирмы Bosch, Denso, Delphi.

Различают два типа конструкций автомобильных генераторов – традиционную и компактную. Помимо геометрических размеров, данные конструкции имеют отличия в компоновке вентилятора, устройстве корпуса, приводного шкива, выпрямительного узла. Вместе с тем, можно выделить следующее общее устройство автомобильного генератора:

• ротор;

• статор;

• корпус;

• щеточный узел;

• выпрямительный блок;

• регулятор напряжения.

 

Свеча зажигания важный конструктивный элемент системы зажигания. Она предназначена для непосредственного воспламенения топливно-воздушной смеси в бензиновом двигателе внутреннего сгорания. Воспламенение смеси происходит при прохождении искры между электродами свечи, поэтому другое ее название – искровая свеча зажигания. Свеча зажигания используется во всех типах системы зажигания: контактной, бесконтактной и электронной. Ведущими производителями свечей зажигания являются фирмы Denso, NGK, Bosch, Champion.

Устройство свечи зажигания

Свеча зажигания имеет следующее общее устройство:

• контактный стержень;

• центральный электрод;

• изолятор;

• корпус.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Бесконтактные системы зажигания

Бесконтактная система зажигания является конструктивным продолжение контактно-транзисторной системы зажигания. В данной системе зажигания контактный прерыватель заменен бесконтактным датчиком. Бесконтактная система зажигания стандартно устанавливается на ряде моделей отечественных автомобилей, а также может устанавливаться самостоятельно вместо контактной системы зажигания.

Применение бесконтактной системы зажигания позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива и выбросы вредных веществ за счет более высокого напряжения разряда (30000В) и соответственно более качественного сгорания топливно-воздушной смеси.

Бесконтактная система зажигания имеет следующее устройство:

• источник питания;

• выключатель зажигания;

• датчик импульсов;

• транзисторный коммутатор;

• катушка зажигания;

• распределитель;

• центробежный регулятор опережения зажигания;

• вакуумный регулятор опережения зажигания;

• провода высокого напряжения;

• свечи зажигания.

 

1. свечи зажигания

2. датчик-распределитель

3. распределитель

4. датчик импульсов

5. коммутатор

6. катушка зажигания

7. монтажный блок

8. реле зажигания

9. выключатель зажигания

          А - к клемме генератора

 

 

 

 

 

 

Схема бесконтактной системы зажигания

В целом устройство бесконтактной системы зажигания аналогично контактной системе зажигания, за исключением следующих устройств: датчика импульсов и транзисторного коммутатора.

Датчик импульсов предназначен для создания электрических импульсов низкого напряжения. Различают датчики импульсов следующих типов:

• датчик Холла;

• индуктивный датчик;

• оптический датчик.

Наибольшее применение в бесконтактной системе зажигания нашел датчик импульсов использующий эффект Холла (возникновение поперечного напряжения в пластине проводника с током под действием магнитного поля). Датчик Холла состоит из постоянного магнита, полупроводниковой пластины с микросхемой и стального экрана с прорезями (обтюратора).

Прорезь в стальном экране пропускает магнитное поле и в полупроводниковой пластине возникает напряжение. Стальной экран не пропускает магнитное поле, и напряжение на полупроводниковой пластине не возникает. Чередование прорезей в стальном экране создает импульсы низкого напряжения.

Датчик импульсов конструктивно объединен с распределителем и образуют одно устройство – датчик-распределитель. Датчик-распределитель внешне подобен прерывателю-распределителю и имеет аналогичный привод от коленчатого вала двигателя.

Транзисторный коммутатор служит для прерывания тока в цепи первичной обмотки катушки зажигания в соответствии с сигналами датчика импульсов. Прерывание тока осуществляется за счет отпирания и запирания выходного транзистора.

Принцип работы бесконтактной системы зажигания

При вращении коленчатого вала двигателя датчик-распределитель формирует импульсы напряжения и передает их на транзисторный коммутатор. Коммутатор создает импульсы тока в цепи первичной обмотки катушки зажигания. В момент прерывания тока индуцируется ток высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания. Ток высокого напряжения подается на центральный контакт распределителя. В соответствии с порядком работы цилиндров двигателя ток высокого напряжения подается по проводам высокого напряжения на свечи зажигания. Свечи зажигания осуществляют воспламенение топливно-воздушной смеси.

При увеличении оборотов коленчатого вала регулирование угла опережения зажигания осуществляется центробежным регулятором опережения зажигания.

При изменении нагрузки на двигатель регулирование угла опережения зажигания производит вакуумный регулятор опережения зажигания

 

 

                Сравнение катушек контактной и бесконтактной системы зажигания

В чем же разница между катушками контактной и бесконтактной систем зажигания? Когда речь заходит о признаках отличия катушки контактной системы зажигания от бесконтактной, все сразу обращают внимание на маркировку. Действительно, по ней можно сразу узнать, для какой системы используется катушка. Однако нас интересует именно внешние и технические различия катушек, поэтому мы приведем отличия именно по этим параметрам:

• Катушка в контактной системе зажигания имеет большее количество витков в первичной обмотке. Это изменение напрямую влияет на сопротивление и количество проходящего тока. Кроме того, ограничение тока на контактах связано с безопасностью (чтобы контакты не обгорали).

• Контакты прерывателя катушки в бесконтактной системе зажигания не загрязняются и не обгорают. Такая надежность позволяет получить одно важное преимущество: установка момента зажигания не занимает много времени.

• Катушка в бесконтактной системе зажигания мощнее и надежнее. Это преимущество связано непосредственно с тем, что самая бесконтактная система зажигания – более надежный вариант. Поэтому в такой системе катушка и дает большую мощность двигателя.