Контактно-транзисторна система запалювання.

Високі вимоги, що ставляться до системи запалювання, не можна задовольнити класична система батарейного запалювання, оскільки в цьому випадку реальним способом підвищення вторинної напруги є збільшення сили струму розривання. Проте, якщо ця сила переви­щить певне значення — (3,5...4,0 А при 12 В), то це призведе до ненадій­ної роботи контактів переривача та різкого скорочення терміну їхньої служби, А тому постала потреба створення нових пристроїв, які б дали змогу поліпшити умови займання робочої суміші в циліндрах.

Один із шляхів підвищення системою запалювання вторинної на­пруги — застосування напівпровідникових приладів, що працюють як керувальні ключі для переривання струму в первинній обмотці котушки запалювання. Як напівпровідникові реле найчастіше вико­ристовують потужні транзистори, здатні комугувати струми си­лою до 10 А в індуктивному навантаженні без будь-якого іскріння та механічного пошкодження, що притаманне контактам переривача.

Контактно-транзисторна система запалювання (рис.6.2) склада­ється з елементів, що їх містить і класична система батарейного запалювання, й відрізняється від неї наявністю транзистора та відсут­ністю конденсатора, який шунтує контакти переривача. Схема має ту особливість, що в ній контакти переривача комутують тільки незначний струм бази і_σ — струм керування транзистором, тоді як струм емітера і_е в силовому колі комугує транзистор. Слід зазначити, що ця особливість контактно-транзисторної системи дає змогу позбу­тися головної вади класичної систе­ми запалювання. Вторинну напругу U₂,і що її розвиває котушка запалювання в цій системі можна підвищувати у великих межах, оскільки збільшення струму і обмежують лише параметри транзистора, а не стійкість контактів переривача.

На автомобілях ЗІЛ-130, ГАЗ-53А та інших встановлена контакт­но-транзисторна система (рис.6.3) з комутатором (ТК102). додат­ковим резистором 4 (СЭ-107), котушкою запалювання 3 (БП4) та восьмиіскровим розподільником 5 типу Р13-Д, Р11-33 чи Р137.

Система працює так. Коли запалювання ввімкнено і контакти пе­реривача розімкнено. то транзистор закритий і в первинному колі струм не протікає. У момент замикання контактів переривача в колі керування транзистора протікає струм силою не більш як 0,8 А.

Рис. 5.2. Принципова схема контактно-транзисторної системи батарейного запа­лювання:

1 — акумуляторна батарея;

2 — перери­вач;

3 — котушка запалювання;

4 — вими­кач додаткового резистора;

5 — розподіль­ник;

6 — свічки запалювання;

7 — вимикач

Стрілками на рис.5.3 зображено шлях струму в колі керування транзистора: позитивний вивід батареї GB — вимикач запалювання 5 — додаткові резистори СЭ-107 — первинна обмотка котушки запа­лювання — перехід емітер-база транзистора — первинна обмотка імпульсного трансформатора — контакти переривача 2 — корпус — негативний вивід акумуляторної батареї.

Внаслідок протікання струму керування через перехід між базою та емітером транзистора різко знижується опір переходу емітер — колектор транзистора з кількох сотень до кількох часток ома, і він відкривається, вмикаючи коло струму низької напруги.

Коло струму низької напруги: позитивний вивід акумуляторної ба­тареї — вимикач запалювання — додаткові резистори — первинна обмотка котушки запалювання — перехід емітер-колектор транзис­тора — корпус — негативний вивід батареї. Сила струму в первин­ному колі, коли транзистор відкритий, досягає 8 А у непрацюючому двигуні й знижується до 3 А із збільшенням частоти обертання його колінчастого вала. Після ввімкнення стартера вимикач запалювання вмикає реле, яке спричинює замикання контактів і первинна обмот­ка котушки запалювання вмикається до акумуляторної батареї, ми­наючи резистор (нижній за схемою). Сила струму в первинному колі зростає, а разом з цим збільшується напруга у вторинному колі запалювання.

Рис. 5.3. Схема контактно-транзисторної системи запалювання:

VT1 — транзистор ГТ701А; VD1 -— діод Д220; VD2 ~ стабілітрон Д8117В; С1 — конденсатор БМБ-160-l; С2 — конденсатор К50-6 50 мкФ, 25 В; R2— ре­зистор УЛИ-0,25-27; ТА — імпульсний трансформатор (W1 = 57, W2= 500), 1 — транзисторний комутатор; 2 — переривач; 3 — котушка запалювання; 4— блок резисторів; 5 — розподільник; 6 — свічки запалювання

Розмикання контактів переривача супроводжує переривання струму керування транзистора, що спричинює різке підвищення опору тран­зистора і він, закриваючись, вимикає коло струму первинного кола запалювання. У момент переривання струму керування у вторинній обмотці імпульсного трансформатора індукується ЕРС.

Імпульс ЕРС вторинної обмотки трансформатора діє в колі тран­зистора в напрямі, супротивному струму керування, внаслідок чого прискорюється закриття транзистора за 3,..5 мкс, а отже, приско­рюється переривання струму в первинній обмотці котушки, і різко зменшується магнітний потік. Енергія струму взаємоіндукції вторинної обмотки трансформатора втрачається на нагрівання резистора R2, який збільшує тривалість дії запірного імпульсу.

У вторинній обмотці котушки індукується ЕРС від 17 до 30 кВ., а в первинній обмотці котушки — ЕРС самоіндукції до 100 В.

Коло струму високої напруги: вторинна обмотка котушки — розпо­дільник — свічка запалювання — корпус.

ЕРС самоіндукції первинної обмотки котушки спричинює заряджан­ня конденсатора СІ (1 мкФ). Надалі, коли контакти переривача розімк­неш, конденсатор розряджається через первинну обмотку котушки.

Щоб запобігти перегріванню й пробиванню транзистора в разі збільшення ЕРС самоіндукції первинної обмотки, що може статися За малої частоти обертання колінчастого вала двигуна чи обривання в колі високої напруги, паралельно колу конденсатора СІ увімкнено коло з діода VD1 та стабілітрона VD2 із зустрічними напрямами пря­мих провідностей. Діод VD1 перешкоджає протіканню струму від акумуляторної батареї через стабілітрон VD2 поза первинною обмот­кою котушки запалювання.

Із збільшенням ЕРС самоіндукції первинної обмотки котушки за­палювання понад 80 В (напруга стабілізації) стабілітрон пропускає через себе струм самоіндукції, шунтуючи дану обмотку. Завдяки про­тіканню струму самоіндукції по колу стабілітрона VD2 і діода VD1 напруга на затискачах первинної обмотки знижується, а це запобі­гає перегріванню та пробиванню транзистора.

Якщо ЕРС самоіндукції стає меншою за 80 В, стабілітрон не про­водить через себе струм, і ЕРС самоіндукції витрачається на заряджан­ня конденсатора СІ.

У контактно-транзисторній системі запалювання контакти пере­ривача розвантажені від струму кола первинної обмотки котушки запалювання, що ліквідує окислення та ерозію контактів. Завдяки цьому вони не потребують зачищення в процесі експлуатації в ме­жах 100...150 тис. км пробігу автомобіля. Крім цього, усунення окис­лення та підгоряння контактів переривача запобігає зміні зазору між ними, а отже, й розрстулюванню кута випередження запалю­вання під час експлуатації автомобіля.

Напруга у вторинному колі підвищується не менш як на 25 % порівняно-з класичною системою запалювання, а це збільшує енер­гію іскрового розряду.

Підвищення енергії іскрового розряду сприяє повнішому згорянню навіть збідненої робочої суміші, полегшує пуск двигуна та поліпшує прийомистісьть і економічність двигуна (витрата пального знижуєть­ся на 2%).

Однією з вад контактно-транзисторної системи запалювання є те, що мала сила струму в колі керування транзистора (0,3.,.0,8 А) зумов­лює особливі вимоги до чистоти поверхні контактів переривача. Із незначним збільшенням їхнього опору через забруднення, окислен­ня чи замаслювання сила струму керування транзистором знижується транзистор не відкривається і двигун не запускається. Внаслідок деренчання контактів в контактно-транзисторній системі запалювання вторинна напруга зменшується. Максимальна частота подачі іскор збільшується незначно порівняно з класичною системою. З огляду на механічне спрацювання контактів потрібно періодично регулю­вати зазор між ними. Тому в багатоциліндрових високообертових двигунах, які потребують великої частоти подачі іскор, іноді застосо­вують двоє незалежних кіл запалювання (подвійний переривач, дві котушки запалювання).

2. Елементи системи запалювання.

Котушка запалювання.

Сучасні котушки запалювання виготовля­ють на номінальну напругу Ї2 В. Вони здебільшого мають одну й ту саму будову, проте відрізняються одна від одної обмотковими дани­ми, конструкцією вузлів та деталей, наявністю додаткових пристроїв. габаритними та установними розмірами.

Котушка запалювання слугує для перетворення струму низькоi напруги (надходить вiд акумуляторноi батареi або генератора) на струм високоi надруги. Це пiдвищувальний трансформатор, первинною обмоткою якого проходить переривчастий струм низькоi напруги, а такий самий струм високої напруги виробляється у вториннiй обмотцi.

Рис. 6.12. Котушка запалювання:

1 - додатковий резистор; 2 - кришка;

3 - осердя; 4, 5 - вiдповiдно вторинна

11 - первинна обмотки; 6 - кiльцевий магнiтопровiд;

7 - iзолятор; 8 - iзольовальна втулка.

Іскрові свічки запалювання.

Важливим елементом запалювання є свічка. Від досконалості її конструкції та правильності добору до двигуна багатов чому залежить надійність роботи системи запалювання та двигуна,

Свічка на двигуні працює у важких умовах. Вона зазнаєвисокихмеханічних і теплових навантажень, а також електричних та хімічних дій. Температура в камері згоряння коливається від 70 до 2700 °С, а повітря, що оточує ізолятор свічки в підкапотному просторі двигуна, може мати температуру від —60 до +100 °С. Через нерівномірне нагрівання окремих ділянок свічки в ній виникають теплові дефор­мації, які небезпечні для матеріалів з різними коефіцієнтами лінійного розширення (метал, кераміка). На поверхні свічки, вкрученої в каме­ру згоряння, діє тиск до 10 МПа. Свічка зазнає, крім того, дії імпульсів високоїелектричної напруги(до 26 кВ) і хімічної дії продуктів зго­ряння.

У процесіроботи двигунавнаслідок неповного згоряння пального на поверхні теплового конуса, електродах і стінках камери свічки утворюється нагар, який шунтує іскровий зазор. Втеча струму, а іноді й розряду може статися на зовнішній поверхні ізолятора, коли вона забруднена чи покрита вологою. В процесі роботи двигуна зазор у свічці збільшується в середньому на0,015 ммна 1 тис. км пробігу автомобіля.

Свічка (рис. 6.13а) складається з ізолятора 1, корпусу 4, цент­рального 7 і бічного 8 електродів. Для герметизації свічки щодо цент­рального електрода застосовують термоцемент, а останнім часом — струмопровідний склогерметик 3. Герметичність між ізолятором і корпусом свічки забезпечують прокладкою 5, а також завальцьовуванням корпусу на плечико ізолятора.

У свічках деяких типів тепловий конус ізолятора виходить за то­рець нижньої частини корпусу, завдяки чому він краще охолоджується під час впуску холодної суміші і тепловий діапазон роботи свічки розширюється.

Для форсованих двигунів нині використовують свічки, центральний електрод яких виготовлено і покрито нікельхромовою, срібною чи платиновою оболонкою.

Рис. 6.13. Свічки запалювання.

а — конструкція гарячої свічки:

1 — ізолятор; 2 — контактна головка;

3 — струмопровідний склогерметик; 4 — корпус; 5, 6 — прокладки;

7 — центральний електрод; 8 — бічний електрод; 9 — тепловий конус;

10 — робоча камера;

б — конструкція холодної екранованої свічки:

1 — гумове ущільнення; 2— кон­тактний пристрій; 3 — екран; 4— ізолятор;

5 — корпус із боковим електродом; 6 — шайба;

7 — ущільнювальне кільце; 8 — тепловідвідна шайба; 9 — западоприглушувальний резистор; 10 — накидна гайка;

в — тепловий баланс свічки

Тому свічку з більшою довжиною юбки називають гарячою, а з малою - холодною.

На високооборотних фор­сованих двигунах з високим ступенем стискування свіч­ці передається значно більша кількість теплоти, ніж на низькооборотних двигунах з малим ступенем стискування. Тому для перших застосовуються холодні свічки, а для других — гарячі свічки.

У країнах СНД та на Україні жарове число вибирають з такого ряду чисел: 8; 11; 14; 17; 20; 23; 26.

Іскрові свічки за конструктивним виконанням різняться діамет­ром різьби та типом ущільнення, довжиною різьби на корпусі, жаро­вим числом. Свічки в країнах СНД маркують так:

перша літера містить діаметр різьби на корпусі: А-М14 Х 1,25; М-М18 х 1,5;

друга літера характеризує особливості конструкції свічки: К — конусним ущільненням без прокладки; М — малогабаритна;

після літер вказується жарове число з наведеного вище ряду;

після жарового числа можуть бути літери Н або Д, які означають довжину різьбової частини корпусу: Н = 11 мм, Д = 19 мм.

Якщо літер немає, то це означає, що довжина становить 12 мм; літера В означає, що тепловий конус ізолятора виступає за корпус; літера Т означає, що герметизація на з'єднанні “ізолятор — цент­ральний електрод” виконана термоцементом.

Якщо немає позначень на другій, четвертій, п'ятій та шостій пози­ціях, то це означає, що свічка не має конструктивних особливостей, довжина її різьбової частини становить 12 мм, тепловий конус ізолято­ра не виступає за корпус, а герметизацію на з'єднанні “ізолятор — центральний електрод” виконано іншим герметиком, ніж термоцемент.

Зразок умовного позначення свічки запалювання з різьбою на корпусі M14 х 1,25, жаровим числом 20. довжиною різьбової части­ни корпусу 19 мм, яка має тепловий конус ізолятора, що виступає за торець корпусу — А20ДВ.

Рис. 6.14. Приклади конструкцій електродів свічок запалювання

Розподільники запалювання. Розподільник призначений для розми­кання первинного кола котушки запалювання, розподілу імпульсів високої напруги між циліндрами двигуна в необхідній послідовності, виставляння початкового кута випередження запалювання та авто­матичного регулювання цього кута залежно від частоти обертання колінчастого вала і навантаження двигуна.

Лекція _____