Повышение напряжения на катушке зажигания
А на холостых такое чувство что подтраивает,дергается с переодичностью. Вход в магазин. Вначале рассмотрим наиболее типичную ситуацию: под нагрузкой мощности искрового разряда недостаточно для стабильного воспламенения ТВС.
Thus, by measuring the voltage across the capacitor and the length of its charging time, it is possible to determine the condition of the spark plug and detect misfires.
If an abnormal operation of the ignition system occurs, or if the spark plug is faulty, the control unit turns off the supply of the air-fuel mixture to the engine cylinders and warns the driver about the failure of the ignition system.
Авторы пришли к выводу, что для повышения надежности работы системы зажигания необходимо отслеживать процесс искро-образования в цилиндрах и информировать водителя об отказе свечи зажигания. Таким образом, в разработанном устройстве для контроля параметров искрового разряда, путем измерения напряжения на конденсаторе и длительности времени его зарядки блоком управления, возможно определить состояние свечи зажигания и обнаружить пропуски зажигания.
In internal combustion engines, a high compression ratio is used to reduce fuel consumption, while the pressure in the engine cylinders increases, which leads to a. Ключевые слова: топливная смесь, катушка зажигания, искровой разряд. Keywords: fuel mixture, ignition coil, spark discharge. В последние годы в двигателях внутреннего сгорания ДВС для снижения расхода топлива используется высокая степень сжатия, и технология прямого впрыска бензина в цилиндр все чаще применяется для улучшения топливной экономичности ДВС.
При увеличении степени сжатия давление в цилиндрах двигателя также увеличивается, что ведет к значительному увеличению напряжения искрового разряда в зазоре свечи зажигания. Поскольку повышение степени сжатия увеличивает отдаваемую эффективную мощность двигателя, желательно иметь степень сжатия как можно более высокой.
Верхний предел давления в цилиндре всегда ограничен моментом возникновения детонации. Степень сжатия влияет на большое количество факторов: мощность, экономичность, приемистость, детонационная стойкость, расход топлива и состав отработавших газов. Кроме того, при непосредственном впрыске бензина в цилиндр могут образовываться зоны с различной плотностью воздушно-топливной смеси.
При таких условиях для воспламенения воздушно-топливной смеси требуется большая энергия искрового разряда. Примером может служить четырехцилиндровый двигатель Dynamic Force фирмы Toyota [1], в котором коэффициент компрессии составляет При неисправности системы зажигания из-за выхода из строя свечи зажигания из-за пробоя изолятора или пробоя высоковольтного транзистора в коммутаторе, или при невозможности пробоя искрового промежутка при высоком давлении в цилиндре из-за увеличенного зазора в свече зажигания возникают пропуски воспламенения воздушно-топливной смеси [].
В этом случае воздушно-топливная смесь не сгорает и при такте выпуска попадает в выпускную систему. Не сгоревшее топливо смывает масляную пленку со стенок цилиндра, что ведет к повышенному износу цилиндра и поршня.
Воздушно-топливная смесь проходит через каталитический нейтрализатор, полностью в нем не сгорает и выбрасывается в окружающую среду []. Такая ситуация является опасной и может привести к оплавлению или разрушению каталитического нейтрализатора и загрязнению окружающей среды.
В настоящее время разработаны микропроцессорные системы диагностирования параметров систем зажигания [9,10]. Для решения обозначенных проблем было разработано устройство для контроля параметров искрового разряда, способное обнаруживать отклонения в напряжении разряда и пропуски разряда в зазорах свечей зажигания.
Наличие или отсутствие искрового разряда определяется путем измерения напряжения разряда свечи зажигания в первичной цепи катушки зажигания. Но при таком подходе возникают проблемы, связанные с тем, что разрядное напряжение зажигания в разных условиях становится высоким, аномально низким или имеется пропуск разряда свечи зажигания.
В качестве блока управления может быть использован электронный блок управления двигателем ЭБУ. Высоковольтный ключ УТ1 переключается по сигналу блока управления, коммутируя ток в первичной обмотке I катушки зажигания КЗ. Компаратор ОЛ сравнивает напряжение и1 первичной обмотки 4 напряжение и11 с выхода делителя напряжения, образованного резисторами Л1 и Я2 и опорное напряжение и0 с выхода делителя напряжения, образованного резисторами Я3 и Я4.
Когда напряжение и11 с делителя напряжения, подключенного к первичной обмотке катушки зажигания, выше опорного напряжения и0, на выходе компаратора БЛ устанавливается высокий уровень напряжения. При этом конденсатор С заряжается от источника питания через резистор Л5. Диод УБ служит для предотвращения разрядки конденсатора С.
Если напряжение и11 меньше опорного напряжения и0, на выходе компаратора БЛ устанавливается нулевой уровень напряжения. Следовательно, напряжение зарядки иС конденсатора С увеличивается пропорционально длительности времени, в течение которого напряжение и11 выше опорного напряжения и0. Длительность времени зарядки конденсатора С контролируется блоком управления БУ.
Кроме того, блок управления разряжает конденсатор С с помощью транзисторного ключа УТ2 перед включением высоковольтного ключа УТ1 для подготовки к следующему такту измерения. На рис. При этом магнитный поток в катушке зажигания очень быстро изменяется, что вызывает изменение напряжения первичной и вторичной обмоток катушки зажигания. В частности, напряжение и2 вторичной обмотки катушки зажигания начинает постепенно увеличиваться.
Высокое пиковое напряжение первичной обмотки возникает благодаря наличию индуктивности рассеяния первичной обмотки катушки зажигания из-за неидеальной связи между ее первичной и вторичной обмотками. Блок измерения напряжения БИН сравнивает напряжение на первичной обмотке и1, уменьшенное с помощью делителя напряжения на резисторах Л1 и Я2 до уровня и11, с опорным напряжением и0.
Электронные системы зажигания. Современные высокооборотные автомобильные карбюраторные двигатели, имеющие высокую степень сжатия, предъявляют повышенные требования к системам зажигания, обеспечить которые классическая батарейная система зажигания уже не в состоянии.
В настоящее время в Росси и за рубежом разработаны и эксплуатируются на серийных автомобилях многие варианты электронных приборов зажигания. Чтобы оценить достоинства недостатки электронных систем зажигания, рассмотрим устройство и работу различных систем зажигания, которыми оборудовано большинство современных легковых и грузовых автомобилей с карбюраторными двигателями внутреннего сгорания. Такая электромеханическая система служит для выработки импульсов высокого напряжения, образующих искру между электродами свечей зажигания, синхронизации этих импульсов с фазой работы двигателя и распределения высоковольтных импульсов по цилиндрам двигателя в определенной последовательности.
Принципиальная электрическая схема классической батарейной системы зажигания приведена на рис. Принципиальная электрическая схема классической батарейной системы зажигания: 1 - аккумуляторная батарея; 2 - замок зажигания: 3 - прерыватель; 4 - катушка зажигания; 5 - добавочный резистор с замыкателем; 6 - распределитель; 7 - свечи зажигания.
Пунктирными линиями обозначены эквивалентные параметры вторичной цепи: С2 - распределенная емкость вторичной цепи; Rш - шунтирующее сопротивление, обусловленное нагарообразованием на свече. Конструктивно прерыватель тока 3 объединен с высоковольтным распределителем 6 в единый прибор - распределитель зажигания, на корпусе которого обычно установлен и искрогасительный конденсатор С1.
Кулачок прерывателя и ротор распределителя расположены на общем валике, который вращается в два раза медленнее коленчатого вала двигателя.
Катушка зажигания 4 представляет собой специальный трансформатор, первичная обмотка w1 которого, содержит небольшое число витков толстого провода, а вторичная обмотка w2 состоит из большого числа витков очень тонкого провода.
Катушка зажигания выполнена как автотрансформатор , что упрощает конструкцию. Резистор 5 уменьшает силу тока в первичной цепи и предохраняет катушку зажигания от перегрева. При пуске двигателя, на время включения стартера, резистор 5 отключается, что приводит к уменьшению сопротивления первичной цепи катушки зажигания. Этим компенсируется снижение напряжения аккумуляторной батареи при работе стартера. Принцип работы батарейной системы зажигания заключается в следующем. При вращении кулачка распределителя контакты прерывателя 3 попеременно замыкаются и размыкаются.
После их замыкания через первичную обмотку w1 катушки зажигания 4 протекает ток, нарастающий от нуля по экспоненциальному закону.
Этот ток определяется временем замкнутого состояния контактов и параметрами первичной цепи. К моменту размыкания контактов ток в первичной обмотке катушки зажигания достигает следующей величины:. Протекая через первичную обмотку, ток вызывает образование магнитного потока в сердечнике катушки зажигания и накопление электромагнитной энергии, которая равна:. Поскольку скорость нарастания первичного тока достаточно мала, ЭДС, наводимая во вторичной обмотке катушки зажигания в этот момент, также мала 1,5- 2 кВ , и пробоя искрового промежутка свечи не происходит.
При размыкании контактов прерывателя первичный ток резко уменьшается, что приводит к исчезновению магнитного потока в катушке зажигания. Уменьшающийся магнитный поток, пересекая витки первичной обмотки, наводит в ней ЭДС самоиндукции, которая задерживает моментальное исчезновение тока в первичной цепи.
Длительность задержки тока пропорциональна индуктивности L1 первичной обмотки катушки зажигания. Кроме того, благодаря постепенному размыканию контактов прерывателя поддерживаемый в первичной обмотке ток в течение некоторого времени продолжает протекать через дугу, образовавшуюся в зазоре между контактами. Это явление приводит к разрушению контактов и к дополнительному затягиванию тока, что эквивалентно уменьшению скорости исчезновения магнитного потока в первичной обмотке.
Для предохранения контактов прерывателя от дугового разряда параллельно им включен конденсатор С1 см. В момент размыкания контактов прерывателя во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение "U 2 макс" достигающее амплитуды кВ. В тот момент когда это напряжение достигает величины пробивного напряжения свечи зажигания, происходит искровой разряд.
Длительность его в первом приближении зависит от количества энергии WL, накопленной в первичной обмотке катушки зажигания, и обычно имеет величину мс. Далее контакты прерывателя замыкаются, весь цикл работы повторяется, и рабочая смесь воспламеняется уже в следующем цилиндре.
Величина вторичного напряжения U2макс катушки зажигания, являющегося выходным напряжением батарепной системы зажигания, определяется выражением:. Из рассмотрения уравнений следует, что вторичное напряжение уменьшается при увеличении оборотов двигателя и числа его цилиндров из-за уменьшения величины тока разрыва Iр вследствие сокращения времени замкнутого состояния контактов прерывателя.
Это первый принципиальный недостаток батарейной системы зажигания. Снижение вторичного напряжения U2 макс наблюдается и при малых оборотах двигателя, хотя теоретически в соответствии с последним уравнением оно должно было бы оставаться постоянным, поскольку при малых оборотах двигателя ток разрыва достигает установившегося значения. Это снижение объясняется дуговым paзрядом между контактами прерывателя вследствие уменьшения скорости размыкания контактов.
В этом случае напряжение на контактах возрастает быстрее, чем увеличивается электрическая прочность междуконтактного пространства. Дугообразование на контактах прерывателя и снижение вторичного напряжения при малых оборотах двигателя - второй принципиальный недостаток батарейной системы зажигания. Напряжение U2макс значительно снижается и при загрязнении свечей зажигания. Дело в том, что параллельно искровому промежутку образуются токопроводящие мостики из нагара, создающие шунтирующее сопротивление Rш , по которому протекает часть вторичного тока.
Величина Rш обычно находится в пределах МОм. При сильно загрязненных свечах Rш 0,,5 МОм утечки и вызываемые ими потери могут настолько уменьшить напряжение U2макс , что оно станет ниже пробивного напряжения свечи и воспламенения рабочей смеси в цилиндре не произойдет. Напряжение U2макс уменьшается и с увеличением емкости вторичной цепи С2.
Снижение вторичного напряжения при уменьшении RШ и увеличении С2 является третьим принципиальньм недостатком батарейной системы зажигания. Из выше рассмотренной формулы вытекает, что величина вторичного напряжения прямо пропорциональна току разрыва.
Однако увеличение этого тока ограничивается электроэрозионной стойкостью контактов прерывателя. Все современные системы батарейного зажигания имеют ток разрыва не более ,5 А- Но и при таком токе контакты прерывателя настолько сильно нагружены, что на восьмицилиндровых двигателях, например, их хватает всего на тыс.
Наконец, величину U2макс казалось бы, можно увеличить, увеличивая индуктивность первичной обмотки L1. Однако на практике это неизбежно приводит к уменьшению тока разрыва при больших оборотах двигателя, а следовательно, к значительному уменьшению U2макс.
Все это позволяет заключить, что батарейная система зажигания достигла в своем развитии принципиального предела и дальнейшее существенное улучшение ее параметров не представляется возможным. Транзисторная система зажигания относится к устройствам, в которых энергия, расходуемая на искрообразование, запасается в магнитном поле катушки зажигания. Махнуть рукой на проблему не получится.
Во-первых, будет не комфортно ездить. А во-вторых, в один прекрасный момент, как уже было сказано, машина попросту не заведется. Если все эти спецэффекты присутствуют на вашем автомобиле, то тянуть с заменой катушки зажигания не следует. Причем выполнение этих работ желательно доверить специалистам, имеющим опыт, специальное оборудование и инструменты. Ко всему прочему, нужно помнить, что работать придется с высоким напряжением, из чего следует, что нужно предпринять все соответствующие меры безопасности.
А чтобы все это не повторилось вновь, необходимо заменить не только катушку, но и выяснить причину выхода ее из строя.
