Система запалювання

Системи запалювання служать для займання горючої суміші в циліндрі наприкінці такту стиснення.

У всіх мотоциклетних двигунах топливовоздушная суміш запалюється за рахунок

електричної іскри, яка виникає між електродами свічки запалювання при напрузі

15-30 тис. В.Существуют системи запалювання контактного і безконтактного типів, вони можуть

працювати як з акумуляторною батареєю, так і без неї.

Контактні системи запалювання. До кінця 80-х років минулого століття на бензинових

ДВС застосовували так звану батарейну систему запалювання, в яку входять контактний

переривник, котушка запалювання і свічки запалювання.

1-акумуляторна батарея;
2 - замок запалювання;
3 - котушка запалювання;
4 - первинна обмотка;
5-вторинна (високовольтна) обмотка;
6 - свічка запалювання;
7-обертається кулачок;
8-контакти переривника;
9 - конденсатор

Контактний переривник, що складається з рухомого і нерухомого контактів, задає момент утворення іскри.

Рухомий контакт розміщений на ізольованому від корпусу важелі (молоточки), який приводиться в рух кулачком, що обертається синхронно з колінчастим валом двигуна. У двотактних двигунах іскра повинна виникати один раз за один оборот колінчастого валу, тому переривник системи запалювання розміщують безпосередньо на цапфі колінчастого вала. У чотиритактних двигунах займання суміші відбувається один раз за два оберти, тому переривник розміщують на кінці розподільного вала, що обертається в два рази повільніше колінчастого.

Нерухомий контакт закріплений на підставі (ковадлі), з'єднаному з «масою». У заданий момент кулачок своїм виступом піднімає рухливий контакт, розриваючи тим самим ланцюг первинної обмотки котушки запалювання. У цей момент з-за швидкої зміни напруженості магнітного поля у вторинній обмотці котушки наводиться (індукується) струм високої напруги. Конденсатор, включений паралельно контактам, зменшує іскроутворення на них і, отже, обгорання контактів.

У двоциліндрових двотактних двигунах кожен циліндр має свою ланцюг запалювання. У двоциліндрових чотиритактних двигунах один кулачок обслуговує двухіскровую котушку запалювання. У них іскра проскакує під час одного циклу в кожному циліндрі двічі: близько ВМТ - у встановлений момент іскроутворення і близько НМТ - під час такту випуску, коли вона не впливає на робочий процес. У деяких чотиритактних двигунах з двома і більше циліндрами використовують розподільник запалювання автомобільного типу з однією котушкою.

Схема батарейній системи запалювання з двухіскровой котушкою запалювання ( «Урал», «Дніпро»)

1 - акумуляторна батарея;
2 - замок запалювання;
3 - двухіскровая котушка запалювання;
4 - первинна обмотка;
5 - вторинна (високовольтна) обмотка;
6 - кулачок;
7 - контакти переривника;
8 - конденсатор;
9 - свічки запалювання

Котушка запалювання являє собою трансформатор. Вона перетворює струм низької напруги, що надходить до її первинної обмотці від акумуляторної батареї (або альтернатора, що працює без акумулятора), в струм високої напруги у вторинній обмотці, який прямує по високовольтного проводу до свічки.

а - пристрій;
б - зовнішній вигляд у мотоцикла «Сова»;
в - мотоцикла «Іж»;
г - мотоцикла «Урал» (двухіскровая);
1 - сердечник;

2 - первинна обмотка;
3 - вторинна обмотка;
4 - контакт дроти високої напруги;
5 - провід високої напруги;
6 - контакти первинної обмотки

Обмотки котушки запалювання намотуються на сердечник з пластин трансформаторного заліза. Первинна обмотка має кілька сотень витків товстого дроту, а вторинна 15-20 тис. Витків тонкого дроту. Корпус котушки нерозбірний, ремонту вона не підлягає.

Свічка запалювання - нерозбірна; складається з сталевого корпусу з різьбовій частиною з одного боку для закручування в головку циліндра і стрижня для з'єднання з ковпачком високовольтного проводу з іншого. Цей стрижень, який є центральним електродом свічки, ізольований від її корпусу. Свічка має в тій частині, яка входить в камеру згоряння, один або кілька бічних електродів. Між ними і центральним електродом встановлюється певний зазор (зазвичай 0,5-1,0 мм), в якому утворюється іскра. Свічки розрізняються за розміром різьбової частини і калильному числу. Діаметр різьблення свічки у двотактних двигунів - 14 мм; у чотиритактних, через обмеженість простору камери згоряння в багатоклапанних голівках, він менше - 12 або 10 мм. Довжина нарізної частини свічки повинна точно відповідати висоті отвору в голівці.

Пристрій (а) та маркування (б) іскровий свічки запалювання, правильні і неприпустимі способи її установки (в)

10 - тепловий конус ізолятора;
11 - робоча камера;
12 - бічний електрод «маси»;
h - іскровий зазор;
I - правильна установка;
II - немає кільця ущільнювача;
III - два ущільнювальних кільця;
IV - різьбова частина коротка;
V - різьбова частина довга

Краплинне число характеризує здатність свічки витримувати той чи інший тепловий режим. Свічки з великим калильним числом називають «холодними», вони застосовуються в форсованих двигунах. Завдяки особливостям конструкції, такі свічки мало нагріваються, інтенсивно відводять тепло. На противагу їм, свічки з малим калильним числом називають «гарячими». Кожному типу двигуна і режиму роботи завод-виготовлювач наказує застосування строго певного типу свічок. На українських мотоциклах застосовуються свічки марок: А17В ( «Іж-Юпітер-5»), А23-1 ( «Сова», «Іж-Планета-5»), А14В ( «Урал»).

Схема теплових потоків через «гарячу» (а) і «холодну» (б) свічку

Через наконечник свічки (ковпачок) імпульси високої напруги передаються від котушки запалювання на свічки. Крім того, в наконечнику для зниження рівня радіоперешкод, випромінюваних системою запалювання, встановлений дротяний резистор, а корпус закритий металевим екраном. Нерідко для захисту від радіоперешкод спеціальний резистор вставляють в корпус самої свічки - в цьому випадку в її маркуванні присутній буква «R».

1 - корпус;
2 - гніздо з пружинним замком, в яке вставляється різьбовий наконечник свічки;
3 - резистор;
4 - високовольтний провід;
5 - металевий екран

Істотний недолік батарейній системи запалювання полягає в підгоряння контактів, оскільки через них проходить струм високої напруги (до 5 А). Цього недоліку позбавлені контактно-транзисторні системи запалювання ( «ТАС»), що встановлювалися на деякі зарубіжні моделі. У них контакти формують тільки керуючий імпульс струму низької напруги, що надходить до транзисторного комутатора.

Безконтактні системи запалювання. На сучасних мотоциклах контактні батарейні системи запалювання повністю витіснені безконтактними системами запалювання (БСЗ). Вони більш надійні і дозволяють досягати високих частот обертання колінчастого вала двигуна. Крім того, БСЗ не потребують обслуговування і періодичної регулюванню моменту запалювання. Розрізняють конденсаторні (тиристорні - CDI) і транзисторні (TI) системи, в яких застосовують імпульсні генератори (датчики) різних видів: індуктивного типу (магнітоелектричні) і використовують ефект Холла.

а - з індуктивним датчиком ( «Урал-Соло Класик»);
б - з датчиком Холла ( «Урал-Вовк»);
в - схема магнітного потоку, що взаємодіє з датчиком Холла;
1 - індуктивний датчик
2 - ротор з двома постійними магнітами;
3 - комутатор;

4 - обертовий екран датчика Холла;
5 - датчик Холла;
6 - підстава з вбудованим комутатором;
7 - пази для регулювання випередження запалювання

Індуктивний датчик являє собою окрему обмотку, схожу з обмоткою генератора. Конструкція такого датчика проста, і він не потребує харчування, однак виробляється їм напруга керуючого імпульсу залежить від частоти обертання колінчастого вала двигуна; крім того, форма імпульсу може бути спотворена впливом магнітного поля інших обмоток генератора.

Датчик Холла складається з чутливого елемента і розташованого на невеликій відстані нерухомого постійного магніту, між якими створюється магнітне поле. У просторі між чутливим елементом і магнітом обертається металевий екран з прорізом. Проріз безперешкодно пропускає магнітний потік, і на виході елемента з'являється ЕРС; сам же потік екран перериває. Зазвичай датчик Холла суміщений з мікросхемою, стабілізуючою напруга його живлення і підсилює вихідний сигнал. У багатоциліндрових двигунах екран має кілька прорізів по числу циліндрів (або їх пар, якщо застосовані двухіскровие котушки запалювання). Датчики Холла досить надійні, мініатюрні, споживають малу кількість енергії, а найголовніше їх перевага - мала чутливість до перешкод від інших обмоток генератора. Їх недоліки - необхідність харчування чутливого елемента постійним струмом і деяка складність в установці.

Сигнал від датчика будь-якого типу надходить в електронний блок управління - комутатор. який подає імпульс на котушку запалювання.

Електронний комутатор мотоциклів «Сова», «Кур'єр», «Мінськ»

У системах CDI енергія іскроутворення накопичується в конденсаторі, який заряджається від бортової мережі або від спеціальних обмоток генератора. Керований діод (тиристор) не пропускає струм на «масу» до тих пір, поки на його ключ не буде поданий позитивний сигнал певної сили і форми від датчика. У момент іскроутворення магніт, розташований в корпусі ротора, проходить повз обмотки датчика і збуджує в ній електричний струм. Цей струм, вступаючи на ключ тиристора, відкриває його, і конденсатор миттєво розряджається на «масу» через тиристор. В результаті через первинну обмотку котушки запалювання проходить короткий і сильний електричний імпульс - як у випадку розмикання контактів в батарейній системі запалювання.

Спрощена схема електронної безконтактної системи запалювання CDI (а) і принцип роботи тиристора (б):

1 - обмотка датчика;
2 - постійний магніт ротора;
3 - обмотка запалювання;
4 - конденсатор;
5 - первинна обмотка котушки запалювання;

6 - вторинна обмотка котушки запалювання;
7 - свічка запалювання;
8 - тиристор;
9 - ключ тиристора;
10 - помехоподавительного діод

Системи CDI забезпечують потужну, але щодо короткочасну іскру. Така схема краще на двотактних двигунах, для яких характерна робота на багатших (а значить, легше «підпалювати») сумішах. У чотиритактних двигунах для надійного запалення бідних сумішей потрібно більш «тривала» іскра, яку створює система TI.

Все частіше на сучасних мотоциклах з багатоциліндровими четирехтактнимі двигунами застосовують цифрові мікропроцесорні БСЗ як з механічним розподільником запалювання (ESA), або однією котушкою запалювання, яка обслуговує два циліндра, так і повністю електронні (DLI) з індивідуальними (на кожній свічці) котушками запалювання. Для їх управління двигун оснащують поруч датчиків: частоти обертання і положення колінчастого вала (мітки ВМТ), положення дросельної заслінки, температури охолоджуючої рідини і повітря, вмісту кисню ( «лямбда-зонд»). Нерідко цифрова БСЗ об'єднана з системою впорскування палива ( «Motronic» мотоциклів БМВ).

Для нормальної роботи двигуна, незалежно від типу системи запалювання, важливі правильна установка кута випередження запалювання, а також відповідність теплової характеристики свічки типу двигуна і режимам його роботи. Іскра повинна утворитися між електродами свічки не точно в ВМТ, а трохи раніше, оскільки займання горючої суміші відбувається з запізненням. Тому кожному типу двигуна і навіть режиму його роботи відповідає оптимальний кут випередження запалювання (в мм або градусах повороту колінчастого вала до ВМТ). При більш ранньому запалюванні в двигуні виникає детонація (вибухове горіння), що призводить до поломок деталей циліндро-поршневої групи. Пізніше запалювання викликає перегрів деталей двигуна і падіння його потужності.

У чотиритактних двигунах коригування кута випередження запалювання залежно від частоти обертання колінчастого вала здійснюється автоматичними регуляторами: відцентровим або електронним в системах з БСЗ.

Відцентровий регулятор складається з двох пластин, на одній з яких закріплений кулачок, який розмикає контакти батарейній системи запалювання, а на іншій - осі спеціальних вантажів. Друга пластина обертається разом з валом, а вантажі своїми пальцями входять в пази першої пластини. При збільшенні частоти обертання валу вантажі розходяться, долаючи зусилля пружин, і повертають на заданий кут (до 15 °) пластину з кулачком. З українських мотоциклів відцентровий регулятор зміни кута випередження запалювання мають мотоцикли «Урал» з контактною системою запалення.

Відцентровий регулятор випередження запалювання ПМ-302А батарейній системи запалювання ( «Урал», «Дніпро»)

1 - корпус;
2 - конденсатор;
3 - контакти переривника;
4 - кришка;
5 - пластина регулятора з грузиками;
6 - пружина;
7 - пластина з кулачком;
8 - вушко з пазом для регулювання випередження запалювання

Подібні пристрої мають і електронні системи запалювання сучасних двотактних двигунів ( «Іж-Планета-5» з генератором маховичного типу).

Основні несправності системи запалювання - відсутність або недостатня сила іскри, а також неправильно встановлений момент запалювання. Для усунення перевіряють весь ланцюг - від джерела напруги і контактної пари (датчика) до котушки запалювання, високовольтного проводу і свічки.