Система зажигания автомобиля: технические основы + производительность двигателя

Система зажигания автомобиля: технические основы + производительность двигателя

Неотъемлемая часть автомобильного двигателя – система зажигания, служит для формирования достаточной мощности искры в определённый момент времени на каждой свече внутри каждого цилиндра двигателя. Именно на такой основе выстаивается принцип создания правильной системы автомобильного зажигания. Какой мощности требуется система зажигания автомобиля, и какой нужен момент времени образования свечной искры? Эти критерии находятся в прямой зависимости с режимом эксплуатации автомобиля (например, обычная езда или автомобильные гонки). Рассмотрим устройство автомобильного зажигания, а также популярные аксессуары системы для лучшего знакомства и применения на практике.

Основы систем зажигания автомобильного двигателя

Практически все существующие системы зажигания автомобилей получают заряд низкого напряжения от аккумулятора (классический параметр — 12 вольт). Затем это напряжение повышается до определённого уровня заряда. Усиленным зарядом напряжения формируется искра на свече в такте сжатия каждого из цилиндров двигателя, когда поршень находится в области верхней мёртвой точки.

Для контроля системы зажигания автомобиля по времени используются методы регулировки производства/гашения искры относительно положения поршня внутри цилиндра. Тщательное отрегулированное зажигание автомобиля способствует эффективному расходу топлива, плюс достигается максимальный потенциал мощности мотора.

Электрический заряд в нужный момент времени появляется на свече системы зажигания автомобиля благодаря таким приспособлениям, как:

Аксессуары системы зажигания автомобиля, в частности, блоки управления, помогают организовать временные циклы и устанавливать ограничения оборотов. Все эти продукты составляют систему зажигания автомобиля и оказывают существенное влияние на производительность моторов любого типа.

АКСЕССУАРЫ

Система зажигания автомобиля - классическая схема устройства
Классическая схема системы зажигания автомобиля: 1 – аккумулятор; 2 – свеча запала; 3 – первичная цепь; 4 – переключатель; 5 – вторичная цепь; 6 – крышка распределителя; 7 – балластный резистор; 8 – катушка; 9 – прерыватель; 10 – вал распределителя; 11 — конденсатор

На современном рынке доступны высокоэффективные системы зажигания автомобиля, благодаря чему есть неограниченные возможности улучшения работы мотора за счёт создания действительно полноценных схем. Для этого важным видится выбор системы автомобильного зажигания под конкретное применение.

Например, логично рассматривать отказ от использования катушки системы зажигания для гоночного автомобиля на обычном транспортном средстве, так как такой выбор не принесёт пользы. Катушки зажигания гоночных автомобилей созданы для формирования высокой энергии, но рассчитаны на одноразовое использование. При обычной эксплуатации продукт попросту сгорит через какое-то время.

Результативность (производительность) катушки системы зажигания

Катушка автомобильной системы зажигания трансформирует напряжение аккумуляторной батареи до более высокого уровня напряжения. В зависимости от типа катушки, уровень напряжения может достигать 20 000 — 60 000 вольт и даже более того. Высокопроизводительные катушки автомобильной системы зажигания предназначены для конкретного применения.

Так, катушка системы зажигания для «дрэг-рейсинга» традиционно демонстрирует сильный нагрев. Это очевидный и вполне обычный момент, но лишь для условий прохождения коротких трасс. Условия долговременной езды требуют применения другого типа катушки, способной выдерживать нагрев в течение длительного временного периода.

На практике используются несколько типов катушек автомобильных систем зажигания. Привычная для многих владельцев автомобилей конфигурация такого изделия – катушки бочковидной формы (цилиндрическое исполнение). Катушка такого исполнения оснащается распределителем свечных проводников, терминалами подачи питания и отрицательного проводника.

ИРИДИЕВЫЕ

Система зажигания автомобиля - набор компонентов современного авто
Набор современного транспортного средства: 1 – распределитель под стандартную катушку; 2 – проводники с колпачками; 3 — бокс ёмкостного разряда; 4, 6, 7 – эффективные катушки разного исполнения; 5 – двухточечный распределитель с плоской крышкой

Несколько иной тип катушки используется в системах зажигания типа «HEI» (High Energy Ignition) – высокоэнергетическая система зажигания автомобиля. Как правило, этот тип катушки предполагает включение в состав распределительного устройства «HEI», а потому не требует отдельного подключения проводников, как в случае с продуктом бочковидной формы.

Катушка трансформации напряжения на свече запала

Многие современные автомобильные двигатели последних лет выпусков оснащаются системой, где катушка смонтирована непосредственно на свече зажигания. Каждая отдельно взятая свеча зажигания имеет собственную катушку. Низкое напряжение подаётся на катушку от платы системного компьютера, а повышение напряжения до нужного уровня проходит непосредственно перед свечой зажигания.

Какой мощности искра требуется для конкретного применения, зависит от нескольких вещей. Автомобильные двигатели больших объёмов, в цилиндрах которых сжигается значительное количество топливно-воздушной смеси, требуют катушку для формирования более мощной искры на полное сжигание топливной смеси при сжатии.

Двигатели автомобилей с меньшими по объёму камерами сгорания, соответственно, требуют катушки меньшей мощности на формирование свечной искры. Подбор катушки зажигания правильной конфигурации и других аксессуаров на конкретный двигатель – в этом заключается хитрость достижения оптимального результата для системы зажигания автомобиля.

Распределители + электронная и кривошипно-пусковая стратегии

Применяются несколько способов, при помощи которых на разных автомобильных двигателях достигается оптимальное формирование искры зажигания на свече каждого цилиндра. Например, используется распределитель, оснащённый зубчатой передачей для контроля момента кулачка при повороте распределительного вала.

КАТУШКА

Система зажигания автомобиля - исполнение типа Crank Triggers
Пример устройства Crank Triggers: 1 — механизм синхронизации по шпилькам; 2 – воздушный зазор порядка 1,5-2,0 мм; 3 – проводники питания плюсовой и минусовой; 4 – шпилька-метка; 5 – металлическое колесо

Верхняя часть такого распределителя имеет точечную систему (систему триггера), которой электричество переправляется через ротор для последующего вывода на крышку распределителя.

Каждый контактный вывод на крышке распределителя соответствует конкретному цилиндру мотора. Если ротор контактирует с точкой на крышке, через которую обеспечивается вывод напряжения на цилиндр # 1, искра зажигания формируется именно на свече цилиндра # 1.

Ранее часто использовались точечные распределительные системы, требующие регулярного технического обслуживания для обеспечения качественной работы. Это простые технически, хорошо функционирующие устройства. Однако точечный механический распределитель на современном этапе заменили электронные системы.

Кривошипно-пусковые устройства (Crank Triggers) отличаются от остальных видов распределителей высокой точностью формирования искры системы автомобильного зажигания. Этот вид оборудования широко применяется на машинах с высокими показателями мощности (лошадиных сил), а также на спортивных авто.

Конструкция Crank Triggers использует металлическое колесо, закреплённое на коленчатом валу. Когда кривошип поворачивается, шпилька колеса с триггерами проходит немагнитный датчик, которым формируется искра. Время искры относительно положения поршня имеет решающее значение. Поскольку кривошип и поршни напрямую связаны, триггер кривошипа демонстрирует очень точную подачу искры в цилиндр.

Проводники свечей системы зажигания автомобиля

Проводники, подающие питающее напряжение на свечи зажигания, подводятся на каждую отдельную свечу цилиндра. Следует принимать во внимание важные моменты при выборе (покупке) проводов для свечей системы зажигания автомобиля.

Проводники свечей автомобильного зажигания проходят вблизи головок цилиндров и выпускных коллекторов двигателя. Соответственно, провода свечей системы зажигания автомобиля должны выдерживать выделяемое элементами двигателя тепло.

ПРОВОДНИКИ

Система зажигания автомобиля - требования к прокладке проводлников
Требования относительно качества исполнения проводников, используемых в схеме, а также требования прокладки проводов должны учитываться для достижения оптимального результата

Желательно стараться прокладывать проводники по путям, как можно более удалённым от источников тепла. Провода, обладающие низким сопротивлением, рассматриваются оптимальным вариантом для создания контактных магистралей, поскольку такого типа проводники эффективнее проводят ток для формирования искры на каждой свече системы зажигания автомобиля.

Когда через провод проводится высокое напряжение, естественным образом образуются электромагнитные помехи. Такие помехи могут вызывать проблемы в работе других электронных устройств, задействованных в конструкции машины. Например, нередко можно слышать низкочастотный гул в динамиках автомобильных стереосистем, но куда худшей является помеха работе ограничителя оборотов.

Одна из причин некачественной работы свечей систем зажигания автомобилей, достаточно часто встречаемая на практике — это недостаточный обжим концевой части свечи оконечной частью подведённого проводника. Качественная обжимка является ключевым моментом создания проводника, которым обеспечивается максимально возможная передача энергии от катушки к свече.

Высокоэффективные боксы системы зажигания автомобиля

Требуется некоторое количество времени (задержка) для преобразования низкого напряжения аккумуляторной батареи в заряд высокого напряжения для формирования искры в системе зажигания автомобиля. При работе двигателя на низких оборотах эта задержка не вызывает проблем.

Большинство применяемых катушек систем зажигания автомобиля вполне успевают преобразовать электрическое напряжение в моменты переходов от цилиндра к цилиндру. Когда же обороты двигателя ускоряются, переходной момент времени формирование искры по цилиндрам сокращается.

E-СЕРДЕЧНИК

Система зажигания автомобиля - модуль высокой энергии мультиискровой
Модуль высокоэффективной энергетики – ёмкостный разрядный бокс, а также формирователь нескольких импульсных сигналов для создания искры на свече каждого цилиндра

В любом случае искра при высоких оборотах сформируется, однако напряжение на катушке может трансформироваться не полностью, что сопровождается снижением энергии, подаваемой на свечи цилиндров. Одним из способов устранить недостаток является использование ёмкостного разрядного бокса.

Такая конструкция имеет конденсатор накопления электричества при более высоком напряжении, чем подаёт аккумуляторная батарея на катушку. Типичный ёмкостный разрядный бокс системы зажигания автомобиля сохраняет энергию на уровне примерно 500 вольт. Поскольку мощность уже повышена до более высокого напряжения, прежде чем это напряжение попадёт на катушку, время восстановления катушки сокращается.

Фактор продолжительности искры запальной свечи

Между тем, если ёмкостный разрядный бокс системы зажигания автомобиля исправляет одну проблему, формируя при этом другую. Продолжительность искры — ещё один аспект хорошего сгорания топливно-воздушной смеси. Продолжительность искры системы зажигания автомобиля — это время длительности искры на свече по сравнению с моментом вращения коленчатого вала.

Если времени длительности искры системы зажигания автомобиля недостаточно:

  • воздушно-топливная смесь полностью не сгорает,
  • топливо расходуется неэффективно,
  • лошадиные силы растрачиваются впустую.

Ёмкостный разрядный бокс системы зажигания автомобиля хорошо справляются с задачей обеспечения катушки достаточной мощностью, но не всегда способен обеспечивать свечи искрой, которая длится достаточное количество времени, необходимого для полного сгорания топлива.

Таблица параметров работы модуля синхронизации типа MSM (Multi-Spark Module)

Скорость вращения вала, об/мин Частота искрообразования, Гц Время между импульсами, мс
500 16,6 61
1000 33,3 30
1500 50,0 20
2000 66,6 15
3000 100 10
4000 133,3 7,5
5000 166,6 6,0
6000 200,0 5,0

Современные конструкции ёмкостных разрядных боксов типа MSM (Multi-Spark Module) являются нормой для борьбы с проблемой недостаточной длительности искры автомобильной системы зажигания. В то время как с катушки обычно проходит один импульс энергии на каждый цилиндр в течение определенной продолжительности времени, MSM бокс выдаёт несколько импульсов энергии за то же время.

Соответственно, при работе на низких и средних оборотах MSM боксы улучшают качество холостого хода, помогают полностью сжечь топливо в цилиндрах. Количественная искровая составляющая при более высоких оборотах, при этом, демонстрирует единичный фактор. Двигатель с высокой частотой вращения не оставляет достаточно времени для регенерации мощности и создания нескольких искр на свече при высоких оборотах.

Синхронизация: управление моментом запала свечи

Нередко для конструкций двигателей автомобилей с наддувом или высокой степенью давления поршня, сжимающего воздушно-топливную смесь, отмечается эффект детонации в момент формирования зажигающей искры. Чтобы избежать этой проблемы, применяются электронные средства управления временем.

Контроллеры синхронизации позволяют задерживать время запала. Поскольку искра запала формируется в конце цикла сжатия, преждевременное образование искры вызывает раннее горение воздушно-топливной смеси. Создаваемая возгоранием сила толкает поршень по направлению от головки, когда всё ещё продолжается процесс сжатия. Контроль времени помогает предотвратить такой казус, задерживая формирование искры запала до полного завершения цикла сжатия.

 

Между тем эффект детонации не всегда допустимо исправить посредством внедрения регулятора времени запала. Внутренние компоненты двигателя автомобиля могут также вызывать эффект детонации. Перегрев, традиционно, является причиной стука. Появление чрезмерно горячих областей в камере сгорания могут стать причиной такого дефекта.

Так, рельефные прорези поршней иногда нагреваются до более высокой температуры, учитывая меньшую толщину металла этих элементов. Понижение температуры автомобильного двигателя в данном случае — правильная идея. Есть масса способов уменьшить температуру сгорания, соответственно, снизить температуру головки цилиндров.

Например, способствуют снижению температуры комплекты охлаждения воздуха, применяемые в составе автомобильного двигателя. Организация впуска охлаждённой воздушно-топливной смеси поможет увеличить производство лошадиных сил и уменьшить детонацию. Прокладка топливопроводов вдали от источников тепла также даёт хороший результат. Изолирование головок цилиндров способствует созданию лучшего температурного режима в целом.


При помощи информации: JEGS