Как устроена система зажигания, её назначение и принцип действия

4 Свечи зажигания

Свеча зажигания (искровая) служит для образования искрового разряда и зажигания рабочей смеси в камере сгорания двигателя.

Свеча зажигания (рис. 10) состоит из корпуса, центрального электрода с изолятором и бокового электрода, приваренного к корпусу свечи.

Устройство искровых зажигательных свечей различных марок практически одинаково. Они отличаются:

— размерами;

— формой;

— материалом изоляторов;

— формой сердечника;

— материалом электродов.

Свеча при работе двигателя подвержена высоким тепловым, электрическим, механическим и химическим нагрузкам.

Поверхность свечи, ввернутая в камеру сгорания, испытывает давление до 12 МПа (120 кгс/см2
).

Рис. 10. Свеча зажигания

Свеча зажигания состоит:

1 — изолятор;

2 — корпус;

3 — центральный электрод;

4 — боковой электрод.

В процессе работы двигателя на части свечей, расположенных в камере сгорания, попадает масло, которое, сгорая, образует нагар, шунтирующий искровой зазор в свече. Это приводит к утечке энергии и снижению вторичного напряжения. Энергия может также утекать по наружной поверхности изолятора, если она загрязнена или покрыта влагой.

Нагар на тепловом конусе изолятора исчезает при нагреве его до температуры 400—500° С. Эта температура самоочищения свечи
. Если температура теплового конуса изолятора превысила 850—900° С, может возникнуть калильное
(напряжение) зажигание.

На рисунке 11 показана зависимость тепловой характеристики свечи от размеров теплового конуса изолятора.

Рис. 11. Зависимость тепловой характеристики свечи (калильного числа) от размеров теплового конуса изолятора

125, 145, 175, 225, 240 — калильные числа по
Bosch
(ФРГ);

10, 14,17, 23, 26 — калильные числа по ГОСТ 2043—74.

Чрезмерный нагрев свечи приводит к разрушению изолятора, а переохлаждение — к забрызгиванию электродов свечи маслом и обильному образованию нагара.

В условном обозначении свечей зажигания цифры и буквы обозначают: первая А — резьба на корпусе М 14 × 1,25 или М — резьба на корпусе М 18 × 1,65, вторые одна или две цифры — калильное число. Согласно ГОСТу, калильным числом называется отвлеченная величина, пропорциональная среднему индикаторному давлению, при котором во время испытания свечи на моторной тарировочной установке в цилиндре двигателя начинает появляться калильное зажигание. Калильные числа могут иметь следующие значения: 8, 11, 14, 17, 20, 23 и 26. Далее буквы Н — длина резьбовой части корпуса 11 мм (Д — длина резьбовой части корпуса 19 мм), В — выступающие теплового конуса изолятора за торец корпуса, Т — герметизация по соединению изолятор — центральный электрод термоцементом.

Длину резьбовой части корпуса 12 мм, отсутствие выступления теплового конуса за торец корпуса и герметизацию по соединению изолятор — центральный электрод иным герметикой, кроме термоцемента, не обозначают. Пример условного обозначения свечи зажигания с резьбой на корпусе М 14 × 1,25, калильным числом 20, длиной резьбовой части корпуса 19 мм, имеющей выступание теплового конуса за торец корпуса: А20ДВ.

Большое влияние на работу свечи зажигания имеет зазор между центральным и боковым электродами. Заводы рекомендуют следующие зазоры: ЗИЛ-130 — 0,6—0,75; ГАЗ-31 — 0,8—0,9 мм.

Уменьшение зазора против нормы вызывает обильное нагарообразование на электродах свечи зажигания и перебои в ее работе. При большом зазоре из-за повышения сопротивления ухудшаются условия искрообразования, отчего также будут возникать перебои в работе двигателя.

Регулируют зазор подгибанием бокового электрода, а его величину проверяют щупом (рис. 12). Центральный электрод подгибать нельзя, так как разрушается керамическая изоляция и свеча зажигания отказывает в работе.

Величина искрового зазора между электродами свечи зависит от степени сжатия рабочей смеси. Чем выше степень сжатия, тем меньше зазор свечи.

Рис. 12. Регулировка зазора между электродами свечи зажигания

а — проверка; б — регулировка

Характеристика группы контактов

Для начала предлагаем узнать, зачем нужна контактная группа замка зажигания, какое ее устройство и принцип работы.

Предназначение и функции

По сути, КГЗЗ используется для обеспечения соединения всех без исключения электроцепей транспортного средства. То есть когда водитель поворачивает ключ в замке, КГЗЗ замыкает контакты, таким образом, позволяя использовать все без исключения электрические приборы.

Устройство

Схема устройства замка

Сам по себе замок зажигания — это простой прерыватель электроцепи. При повороте ключа производится регулировка контактов, в результате чего осуществляется возможность запуска двигателя, питания оборудования, а также остановка силового агрегата. Если вы разберете корпус самого замка, то увидите, что внутри него расположено само устройство, а также большое количество проводов, соединенных между собой. Провода на замок идут от аккумуляторной батареи.

Непосредственно сама контактная группа замка зажигания выходит в место подключения этих электрических девайсов. Чтобы не допустить замыкания и разграничить сами контактные элементы, КГЗЗ монтируется в пластиковом корпусе.

Принцип работы

Автомобильная система зажигания может быть либо батарейной, либо генераторной. Их принципиальное различие заключается в том, что батарейное зажигание оснащается автономным источником питания, соответственно, все электрооборудование может быть включено без запуска двигателя. Что касается генераторной системы, то в данном случае активация электрооборудования возможна только после запуска двигателя.

Когда водитель поворачивает ключ в замке, происходит замыкание контактов электроцепи от минусовой клеммы на АКБ к катушке. При этом через проводку к замку начинает поступать напряжение, которое посредством контактов поступает на катушку, после чего возвращается на плюсовой выхода батареи.

В тот момент, когда напряжение проходит через катушку, в ней образуется очень высокое напряжение, которое впоследствии передается на свечи. В конечном итоге происходит замыкание контактов и запуск двигателя. Кроме самой цепи зажигания, в машине есть и другие электроцепи, проводящие напряжение от ключа к электроприборам. Каждый из проводов отвечает за подключение контактов друг с другом (автор видео — канал Ремонт и обслуживание авто).

Основные неисправности

Вкратце о причинах, по которым может потребоваться ремонт контактной группы замка зажигания:

1. Перегрузка устройства, что может быть связано с установкой дополнительных приборов повышенной мощности, в результате чего через КГЗЗ будет проходить более высокое напряжение. В течение какого-то времени устройство может справляться с таким током, но со временем на нем начнет образовываться нагар. Следует отметить, что этот нагар, как правило, появляется именно внутри контакта, а не на его поверхности, то единственным выходом будет заменить контактную группу. Для предотвращения такой проблемы все дополнительные приборы должны подключаться через предохранители или реле.
2. Короткое замыкание в электросети. Если произойдет замыкание, это также может стать причиной того, что через КГЗЗ пройдет напряжение высокой мощности, что опять же, спровоцирует ее выход из строя. 
3. Многие автолюбители, которые меняли КГЗЗ, сталкивались с проблемой истирания дорожек, а также самих контактов. Такая проблема, как правило, случается в результате износа замка, но в некоторых случаях причина может заключаться в браке.
4. Механическая поломка контактных элементов, а также других составляющих группы.
5. Перегрев устройства, который может привести к нарушению конструкции КГЗЗ. Перегрев, как правило, также происходит в результате повышенной нагрузки на устройство. При работе в условиях повышенных температур дорожки могут сдвинуться или вовсе сломаться (автор видео — АлексАвтоХлам).

Бесконтактные устройства

По внешнему виду имеется большое сходство ранее описанных устройств, но нет большой зависимости от чистоты и величины зазора в контактной группе, а характеристики значительно лучше контактных. В некоторых автомобилях их нет вообще, так как управляющие импульсы поступают со специальных датчиков. Главным звеном системы является электронный коммутатор, он выдаёт импульс на катушку.

На фото показан электронный коммутатор для ВАЗ 2108.

Такие системы вырабатывают значительно большее высокое напряжение, это облегчает пуск мотора в холодное время года. Отсутствие подгоревших контактов не создаёт дополнительное сопротивление, что уменьшает потери энергии. Провода зажигания должны быть рассчитаны на более высокое напряжение. Их различают по цвету, красный цвет принадлежит обычным, а синие или чёрные предназначены для большего напряжения. Для подавления радиопомех они имеют гасящее сопротивление.

На фото показаны провода для автомобилей семейства ВАЗ 2108.

Для обеих систем также требуется крышка и ротор распределителя зажигания. Далее всё происходит, так же как и у контактного блока. Следует иметь в виду, что крышка и ротор иногда выходят из строя. На них не допускаются повреждения в виде трещин, ротор должен иметь гасящее сопротивление. Для электронного коммутатора нужен свой предохранитель.

Виды комплектации

На рынке и в магазинах реализуется несколько типов электронных систем зажигания. В каждом из вариантов свой датчик давления (особенность — встраивание в микропроцессорный блок). Рассмотрим каждый из вариантов подробнее:

1. Система, собранная на базе датчика Холла. Здесь задействован трамблер, в котором отсутствуют грузики и вакуум корректор. Кроме этого, участок ДХ отличается жесткой фиксацией, что устраняет минусы, характерные для привычного трамблера. Для машин моделей ЗАЗ, АЗЛК, ВАЗ и прочих допускается комплектация уже переработанного устройства. При желании лично переделать трамблер и добиться экономии стоит воспользоваться инструкцией и произвести сборку по предоставленному алгоритму.

2. Устройство с трамблером и парой датчиков коленвала. При таком исполнении траблер берет на себя функцию «разносчика» искры. Такую схему стоит воплотить в жизнь при наличие:

   • пары отверстий в КПП;
   • штифта в маховике.

   В автомобилях отечественного производства, к примеру, в Таврии или ВАЗе, используется маховик без штифта. Выход в этом случае — поставить кронштейн от Ланоса и приварить штифт к шкиву коленвала. В «девятках» и «восьмерках» потребуется монтаж штифта к маховику без демонтажа коробки передач.

3. Система работы со шкивом. Здесь монтируются следующие узлы:

   • один датчик коленвала;
   • трамблер для раздачи системы зажигания.

   Допускается применение счетверенной катушки зажигания и пары простых коммутаторов. Если применяется счетверенная катушка, то в монтаже трамблера нет необходимости. При переделке Таврии возможен монтаж инжекторного маховика или установка шкива коленвала от Дэу Ланос.

4. Оптимизированный вариант устройства с трамблером и датчиками коленвала. Здесь применяется счетверенная катушка зажигания с двумя коммутаторами.

Чтобы проверить наличие штифта, стоит провести следующие манипуляции:

• поставить коленвал в позицию МЗ (ориентация по левой метке на кожухе ГРМ). Далее стоит найти специальный штырь, который установлен возле троса спидометра;
• на «восьмерках» и «девятках» штырь должен совпадать с позицией ВМТ;
• установить новую проводку, при том что родная остается в роли резервной.

При наличии сомнений микропроцессорное зажигание стоит перевести на стандартную систему.

Что можно поставить на классику из существующих МПСЗ

Среди наиболее известных микропроцессорных, чаще всего используют МПСЗ Мaya, Secu 3 или Микас. Собрать любую не представляет труда, при наличии навыков правильно видеть и читать инструкцию со схемой, и выполнять последовательность действий монтажа.

При выборе микропроцессорной системы не стоит пугаться навороченной схемы, которой любят козырять продавцы товара, предлагая услуги знакомого электрика для «гарантированно качественного монтажа за копейки». Все компоненты можно установить на классику своими руками.

При выборе обратите внимание на качество самого блока. Хорошим тоном считается, если нет короблений пластмассовых частей заусениц, микротрещин

Вторым показателем можно привести наличие большой рассеивающей поверхности в виде алюминиевой основы. Микропроцессор остается самой капризной частью и к выбору места под капотом или в салоне необходимо относиться со всей серьезностью.

Катушки зажигания можно выделить в отдельный блок, как вариант можно закрепить непосредственно рядом со свечами на крышке головки.

Функции отдельных систем управления микропроцессорной системы зажигания состоят в следующем:

Входное устройство. Сигналы, стекающиеся на входное устройство от датчиков, преобразуются в форму, понятную компьютеру, т.е. в серию импульсов ДА — НЕТ, которые представляют собой цифры в двоичной системе:

Аналоговые сигналы, например напряжение аккумулятора, пре­образуются в двоичный код с помощью АЦП.

Часы. Компьютер оперирует данными как функциями времени. Для определения времени и временных интервалов в компьютере установлен точный кварцевый генератор импульсов.

Шины. Отдельные блоки компьютера связаны между собой пло­скими кабелями, известными под названием шины. По шинам пе­редаются данные (шина данных), адреса памяти (адресная шина), а также сигналы управления (управляющая шина).

Центральный микропроцессор. Микропроцессор выполняет в компьютере все вычисления. Все, что он умеет делать, это склады­вать, вычитать, делить и умножать, поэтому все программы, которые выполняет процессор должны состоять из этих операций. Кроме того, процессор умеет выполнять логические операции.

Постоянная память. Эта память может только выдавать хра­нящуюся в ней информацию, но она никак не может быть измене­на. Эта информация сохраняется в памяти даже при отсутствии питания. В нее невозможно записать никакую новую информацию. В постоянной памяти хранятся данные, такие как карта значений управляемых параметров двигателя в табличной форме, коды, управляющие программы и пр. Все эти данные заносятся (зашива­ются) в постоянную память изготовителем. В состав постоянной памяти входят также перепрограммируемые и стираемые блоки, которые могут быть использованы изготовителем или его предста­вителем для обновления и изменения записанной информации.

Оперативная память. Текущие данные — сигналы датчиков, команды управления и промежуточные результаты вычислений хранятся в оперативной памяти компьютера, пока не будут замене­ны новой информацией. Оперативная память при выключении питания теряет всю хранящуюся в ней информацию.

Работа бортового компьютера. Информация о характеристи­ках двигателя хранится в памяти компьютера в форме таблиц, на­зываемых рабочими. Эти таблицы получаются из трехмерных карт опережения зажигания и таких же карт для периода замкнутого со­стояния. Рабочие таблицы могут быть составлены компьютером для различных сочетаний параметров, однако, прежде всего таки­ми параметрами являются частота вращения коленчатого вала, нагрузка, температура и напряжение аккумулятора. Каждая из таб­лиц дает свое значение угла опережения, и для определения ис­тинно требуемого угла все результаты сопоставляются.

При включении питания микропроцессор посылает закодирован­ный двоичный адрес, который указывает, к какой части памяти он обращается. Затем посылается управляющий сигнал, указывающий направление и последовательность движения информации в про­цессор или из процессора. Работа самого процессора представляет собой серию двоичных импульсов, с помощью которых информация считывается из памяти, декодируется и выполняется. Программы выполнения операций — арифметических, логических и транспортных также записаны в памяти.

Что представляют собой электронное или микропроцессорное зажигания

Такие системы полностью исключают наличие движущихся частей, достигнуть это возможно только в том случае, когда работу обеспечивают приборы, это специальные датчики и электронный блок управления. Вместо подвижных контактов применяется датчик Холла, это кнопка в электронном виде. Для ЭБУ имеется свой предохранитель, также устанавливается реле зажигания. Для такой системы характеристики имеют место более высокие показатели, чем у контактного или бесконтактного блока. Катушки устанавливаются непосредственно на свечи, этим уменьшается сопротивление на пути высокого напряжения.

Раннее и позднее зажигание: как определить и исправить

От того, насколько четко работает система зажигания, зависит мощность, экономичность и в целом качество работы двигателя. С учетом того, что топливно-воздушной смеси нужно некоторое время для сгорания, в норме ее воспламенение происходит в конце такта сжатия, т.е. перед подъемом поршня в верхнюю мертвую точку. Однако бывают случаи, когда искра свечи зажигания поджигает рабочую смесь не в оптимальный для этого момент, а раньше или позже. Это и называется раннее или позднее зажигание.

Общие признаки, указывающие на раннее или позднее зажигание

затрудненный запуск мотора
рост расхода топлива
появление хлопков, которые отдают в систему выпуска, в карбюратор и т.д.
падение мощности и приемистости ДВС
неустойчивая работа в режиме холостого хода
ухудшение отклика при нажатии на газ
перегрев и детонация двигателя

На раннее зажигание указывают:

• металлический звонкий звук в области блока цилиндров

плавающие обороты холостого хода
нестабильная работа ДВС
пауза после нажатия на педаль газа

На позднее зажигание указывают:

• потеря мощности двигателя
• существенный рост расхода топлива
• закоксовка мотора
• перегрев агрегата

Ездить на машине со сбитым моментом зажигания крайне не рекомендуется, т.к. это может привести к серьезным поломкам мотора. Поэтому, если в вашем автомобиле есть возможность самостоятельно регулировать УОЗ, обязательно периодически проводите корректировку зажигания.

Как выставить угол опережения зажигания?

Чаще всего для этих целей используется стробоскоп, если же прибора нет, прибегают к контрольной лампочке. В любом случае корректировка проводится на холостом ходу, на оборотах в 850-900 об/мин. Угол наклона момента зажигания находится в пределах от -1 до +1 градуса по отношению к верхней мертвой точке.

Если зажигание настраивать по стробоскопу, нужно:

1. прогреть мотор до выхода на рабочую температуру
2. подключить прибор к бортовой сети
3. открутить гайку крышки распределителя-прерывателя зажигания
4. надеть сигнальный датчик срабатывания на высоковольтный провод первого цилиндра
5. снять и заглушить шланг вакуум-корректора (если он есть)
6. направить свечение стробоскопа на шкив коленвала
7. запустить движок (работа на ХХ)
8. провернуть корпус трамблера
9. зафиксировать корпус прерывателя-распределителя так, чтобы метка на шкиве совпала с соответствующей меткой на ГРМ
10. затянуть фиксирующую гайку

Если зажигание настраивать по контрольной лампочке, нужно:

1. провернуть коленвал так, чтобы метка на его шкиве совпала с меткой на крышке ГРМ. При этом бегунок на распределителе зажигания должен указывать на свечной провод первого цилиндра
2. ослабить гайку распределителя
3. один провод лампочки соединить с проводом, который идет от трамблера к катушке зажигания, второй установить на массу
4. включить зажигание и вращать корпус трамблера по часовой стрелке, пока контрольная лампа не перестанет гореть
5. аккуратно повернуть корпус трамблера против часовой стрелки. Задача — определить положение, в котором лампочка загорается. В этом положении зафиксировать корпус трамблера, затянув гайку распределителя.

Описанные выше действия по корректировке относятся к карбюраторным моторам. Если же дело касается инжектора, то без вмешательства специалистов здесь ряд ли получится решить проблему. Дело в том, что на инжекторе все упирается в электронику, и за работу систем зажигания и впрыска отвечает электронный блок управления. Чтобы устранить ошибки и сбои, нужно перепрошивать «мозги» авто, для чего нужны специальное оборудование, определенные навыки и опыт.

Как работает микропроцессорная система зажигания

Приятным открытием был тот факт, что новую схему микропроцессорной системы вполне реально собрать своими руками по схеме МПСЗ из готовых компонентов. Ну и конечно, чтобы настроить микропроцессорный блок нужен компьютер, шнур СОМ-СОМ или СОМ-USB и пара сервисных программок, в том числе вариант прошивки таблицы углов опережения момента инициации воспламенения.

К сведению! Это наиболее важный этап и отделаться использованием стандартного табличного набора значений не удастся. Например, прошивки МПСЗ для двигателей УЗАМ очень отличаются от ВАЗ, тем более ГАЗ.

В отличие от старых версий, в которых момент формирования высоковольтного свечного импульса определялся распределителем зажигания, в новой микропроцессорной схеме команда на катушку подается на основании обработки сведений от нескольких датчиков:

• положения коленвала, зачастую требуется покупка новой крышки с приливом под датчик, а при установке немного повозиться из-за малости места для работ;
• сенсор абсолютного давления выдает на микропроцессорный блок степень разрежения во впускном коллекторе, что позволяет косвенно электронике делать поправку на степень загруженности мотора;
• датчик температуры ОЖ – охлаждающей жидкости;
• датчик детонации крепиться согласно инструкции на срединной части блока под специальный болт с гайкой;
• датчик синхронизации.

Кроме датчиков потребуется сам микропроцессорный блок-коммутатор, новую катушку зажигания на два контакта и жгут проводов с фишками.

Возможность приобретения сборки по частям дает экономию, но не гарантирует стабильной работы

Что вы знаете об этом

Прошло довольно много времени с тех пор, как на дорогах появилось первое транспортное средство Даймлера. Для запуска и работы силового агрегата в ней применили калильную головку. Она стала родоначальницей для блоков искрообразования бензиновых двигателей. Эффективность таких устройств невысокая, стоимость таких двигателей большая, поэтому их увидеть можно только на моделях машин, самолётов и других самоделок.

Фото первого авто Benz

1. Блок зажигания с контактным искрообразованием;
2. Бесконтактные приборы, использующие эффект Холла;
3. Электронные приборы для воспламенения горючей смеси.