Общие характеристики электронных систем зажигания
Подавляющее большинство современных легковых автомобилей с карбюраторными двигателями снабжено батарейной системой зажигания, которую в дальнейшем будем называть классической. Эта система, подробно описанная в [1, 2, 4], без каких-либо существенных изменений применяется почти с момента изобретения автомобиля. Однако автомобильные двигатели стали существенно более высокооборотными и имеют высокие степени сжатия, что налагает дополнительные требования на системы зажигания. Кроме того, в последнее время к этим системам стали предъявлять требования, направленные на радикальное повышение топливной экономичности и экологической чистоты автомобильных двигателей.
В связи с этим как у. нас в стране, так и за рубежом проводятся многочисленные исследования по усовершенствованию классической системы зажигания или замене ее принципиально новой, с лучшими характеристиками. Эти исследования направлены прежде всего на устранение основного недостатка классической системы — снижения вторичного напряжения при малых и больших частотах вращения вала двигателя, при загрязнении свечей, при уменьшении напряжения аккумулятора, при загрязнении или обгорании контактов прерывателя и т. п.
В настоящее время распространение получили две принципиально различные электронные системы зажигания — с накоплением энергии в индуктивности и емкости. Первую из них называют транзисторной, а вторую — тиристорной, или конденсаторной (по названию основных элементов, применяемых в этих системах).
Транзисторная система состоит из тех же самых элементов, что и классическая, и работает по тому же принципу. Отличие транзисторной системы от классической состоит в том, что в нее вводится мощный транзистор, который коммутирует ток катушки зажигания, контакты же прерывателя коммутируют лишь относительно небольшой ток базы транзистора. Однако полностью реализовать положительные свойства транзисторной системы зажигания удается лишь с применением специальной катушки зажигания. Последнее обстоятельство ограничивает возможности изготовления транзисторной системы в любительских условиях.
Тиристорная или конденсаторная система зажигания принципиально отличается от классической и транзисторной тем, что энергия искрообразования ней накапливается не в катушке зажигания, а в специальном накопительном конденсаторе. Принцип действия конденсаторной системы зажигания позволяет в наибольшей мере устранить недостатки классической системы без замены стандартной катушки зажигания. Поэтому изготовление конденсаторной системы в любительских условиях предпочтительней.
Иногда при установке электронной системы зажигания на новом автомобиле водитель не замечает улучшений в работе двигателя. Это происходит потому, что на новом автомобиле все новое — и свечи, и контакты прерывателя, и аккумулятор. Напряжения, развиваемого классической системой зажигания, в этих условиях достаточно для надежного пуска двигателя и нормальной его работы. Однако по мере эксплуатации контакты прерывателя обгорают, свечи покрываются нагаром, емкость аккумулятора уменьшается, что вызывает постепенное ухудшение в работе двигателя, которое может быть весьма значительным, но не заметным. Поэтому многие водители чистят или заменяют контакты прерывателя только тогда, когда двигатель уже совсем не запускается.
Электронная система зажигания в процессе эксплуатации практически не требует обслуживания.
Применение электронных систем зажигания обеспечивает следующие преимущества:
напряжение, подводимое к свечам зажигания, увеличивается по сравнению с напряжением в классической системе, что позволяет увеличить зазор в свечах зажигания на 20 — 30 % относительно стандартного, в связи с чем происходит более полное сгорание топлива и связанные с ним повышение мощности и экономичности двигателя, уменьшение нагарообразования, снижение токсичности отработавших газов;
облегчается пуск холодного двигателя при низких температурах; снижается электрическая нагрузка на контакты прерывателя, и срок их службы определяется лишь механическим износом.
Применение конденсаторных систем зажигания, кроме того, обеспечивает дополнительные преимущества:
более высокая крутизна фронта импульса высокого напряжения делает систему малочувствительной к загрязнению свечей, что позволяет уменьшать трудоемкость обслуживания; срок службы свечей увеличивается;
разгружается катушка зажигания (средний ток через ее первичную обмотку уменьшается почти в 10 раз);
конденсаторные системы зажигания более экономичны, чем транзисторные и классические.
Основными характеристиками электронных систем зажигания являются минимальное рабочее напряжение, напряжение, подводимое к первичной обмотке катушки зажигания (только для конденсаторных систем), энергия и длительность искрового разряда.
Минимальное рабочее напряжение — это минимальное напряжение питания, шри котором система еще работоспособна. Чем оно меньше, тем лучше, посколь-жу при пуске холодного двигателя в зимнее время года напряжение аккумулятора может уменьшиться во время работы стартера до 7 — 7,6 В.
Напряжение подводимое к первичной обмотке катушки зажигания, определяет напряжение искрообразования, с которым оно связано через коэффициент трансформации катушки. Для надежного искрообразования необходимо, чтобы напряжение, подводимое к первичной обмотке стандартной катушки зажигания, при всех условиях эксплуатации было не меньше ЗОО В. Вместе с тем оно не должно быть больше 400 В, так как в противном случае может произойти пробой изоляции элементов системы — катушки зажигания, крышки распредели-теля и т. п.
Длительность искрового разряда, характеризующая при прочих равных условиях его энергию, существенно влияет на процессы воспламенения и горения топливной смеси при работе и пуске как холодного, так и горячего двигателя, а следовательно, и на его эксплуатационные характеристики. Допустимыми значениями следует считать 0,2 — 0,6 мс. При меньших значениях ухудшаются условия пуска двигателя, а при больших увеличивается эрозия электродов свечей и уменьшается их срок службы. Наиболее целесообразным является установление различной длительности искрового разряда при пуске и после него.
Важными характеристиками системы зажигания являются также характеристики ее надежности: безотказность, ремонтопригодность и помехоустойчивость. Здесь следует отметить, что классическая система обладает пока большими безотказностью и особенно ремонтопригодностью, чем электронные системы.
Действительно, в классической системе всего несколько элементов, которые легко проверить даже без специальных измерительных приборов. Замена этих элементов не встречает затруднений. Например, состояние контактов прерывателя можно проверить просто внешним осмотром. Замена контактов в пути доступна любому водителю. Для ремонта же или проверки электронного блока требуется специальное оборудование и соответствующая квалификация.
Повысить надежность электронных систем зажигания можно путем резервирования, или снабжения их устройством быстрого переключения с электронной системы на классическую. Проще всего это сделать в конденсаторных системах, так как в них используется стандартная катушка зажигания.
Кроме того, электронные блоки систем зажигания обязательно должны иметь средства защиты от импульсных помех, достигающих в бортовой электросети автомобиля амплитуды более 100 В.
При принятии перечисленных мер повышения надежности преимущества электронных систем зажигания становятся бесспорными, что подтвердила долголетняя практика. Следует ожидать, что в недалеком будущем электронные системы зажигания будут устанавливаться на подавляющее большинство автомобилей как штатное оборудование.
