Jaký je rozdíl mezi kontaktním a bezkontaktním zapalováním?

Co potřebuje benzinový motor, aby fungoval efektivně?

— Především spolehlivé zapálení směsi vzduchu a paliva.

K tomu, aby motor pracoval s maximální účinností, nestačí pouze udržovat optimální stechiometrický poměr směsi vzduch-palivo 14:1. Efektivní výkon, spotřeba paliva, čistota výfuku a dokonce i životnost motoru závisí na síle, trvání a momentu vysokonapěťové jiskry, která přeskakuje mezi elektrodami zapalovací svíčky.

Jak dobře je zapalovací systém automobilu implementován a konfigurován, poměr výkonu ke spotřebě paliva bude stejně účinný.

Jiskra, která zajišťuje zapálení hořlavé směsi ve válcích motoru, musí stabilně a pohotově přeskakovat požadovanými válci ve všech provozních režimech motoru. Směs přitom musí ve válcích hořet plynule, rychlostí maximálně 200 m/s, jinak bude motor vystaven rázovým detonačním zatížením, což nakonec povede k jeho poškození.

Nemělo by docházet ani k efektu doutnavosti, kdy žhavé usazeniny uhlíku vytvořené na elektrodách zapalovací svíčky nekontrolovatelně zapálí hořlavou směs. Kromě toho se okamžik, kdy je vysokonapěťová jiskra přivedena, musí lišit v různých provozních režimech motoru, jinak auto nebude mít odezvu plynu a dynamiku. A to jsou jen základní požadavky na zapalovací systém.

Spolu s dalšími systémy a sestavami automobilů se v průběhu let zdokonalovaly zapalovací systémy, zvýšila se jejich spolehlivost a účinnost, elektromechanické komponenty a díly byly nahrazeny elektronickými a řízení časování a rozvodu zapalování bylo zcela přenecháno. na elektronický řídicí systém. Je fér mluvit o tom, co bylo dříve a jaké typy a zařízení předcházely elektronickým řídicím systémům v budoucnu.

Budeme hovořit o tom, jak byly zdokonalovány zapalovací systémy a jaké výhody a nevýhody určovaly jejich provoz.

Magnetické zapalování

Tento typ zapalovacího systému dnes najdeme pouze na starých motocyklech, mopedech, lodních motorech nebo na motorech traktorů, které slouží jako startér hlavního. Toto zařízení je v podstatě předchůdcem všech moderních zapalovacích systémů.

Jedinečnost magneta spočívá v tom, že jeho provoz nevyžaduje samostatný zdroj elektrické energie – baterii. Magneto je schopno pracovat současně jako nízkonapěťový a vysokonapěťový generátor.

Princip činnosti je založen na magnetoelektrické indukci, kdy se magnetický rotor otáčí kolem indukčních cívek. Vysoké napětí je generováno kontaktem přerušovače a kondenzátoru, který uchovává napětí indukované v cívce a následně se vybíjí.

V důsledku toho je generován vysokonapěťový elektromagnetický impuls, který je dodáván do zapalovací svíčky a v přítomnosti několika válců do vysokonapěťového rozdělovače.

Takové zapalovací systémy nebyly ve 20. století vůbec neobvyklé. Hlavní výhodou (a hlavní nevýhodou) magneta je absence zdroje energie. V důsledku toho se spolehlivost snižuje, když motor pracuje v nízkých otáčkách, a množství pohyblivých mechanických částí zvyšuje složitost oprav a seřizování. To je částečně důvod, proč je použití magneta účinné pouze u dvoudobých motorů, které vyvíjejí velmi vysoké otáčky.

Bateriový (kontaktní) zapalovací systém

Dalším stupněm ve vývoji automobilového zapalování je vznik kontaktního nebo bateriového systému. Jeho hlavní výhodou oproti magnetu je přítomnost stabilního zdroje energie, dobíjecí baterie. Právě díky větší spolehlivosti při všech otáčkách motoru se kontaktní zapalovací systém tak rozšířil v automobilovém průmyslu na všech kontinentech.

Provoz je založen na stejném efektu jako u magneta. Při rozepnutí kontaktů přerušovače se na primární vinutí zapalovací cívky přivede napěťový impuls, zesílený kondenzátorem. Ve stejném okamžiku se v sekundárním nebo vysokonapěťovém vinutí zapalovací cívky indukuje impuls o napětí 15000 18000 – XNUMX XNUMX Voltů. To stačí k vytvoření stabilní jiskry na elektrodách zapalovací svíčky. Vysoké napětí je do požadovaných válců přiváděno díky rozdělovači (rozdělovači), konstrukčně kombinovanému s přerušovačem.

Princip činnosti rozdělovače je poměrně jednoduchý. Na jedné hřídeli je sdružen vačkový chopper, vysokonapěťový rozdělovač a podtlakový korektor časování zapalování. Při prudkém zvýšení otáček motoru je nutné snížit časování zapalování. To je nezbytné pro zvýšení odezvy plynu a zlepšení spalování paliva.

Podtlakový korektor funguje následovně: při prudkém otevření škrticí klapky se podtlak v sacím potrubí zvýší. Membrána vakuového korektoru je spojena trubicí se sacím potrubím. Pokud je podtlak, membrána pomocí tyče otáčí podložkou s kontakty rozdělovače zapalování, čímž mění časování zapalování směrem ke snížení.
Po uzavření škrtící klapky podtlak klesne a pružina vrátí membránu s tyčí do původní polohy. Tento systém se snadno udržuje a snadno se nastavuje. Obdobně funguje systém oktanového korektoru, u kterého je nutné upravit časování zapalování v závislosti na použitém benzínu s různými oktanovými čísly.

Jako vylepšení kontaktního systému byly do jeho obvodu zavedeny další odpory. Rezistory ve víku přerušovače a uvnitř zapalovacích svíček slouží jako předřadník pro potlačení rádiového rušení, ke kterému dochází při vysokonapěťových impulsech, a odpor na primárním vinutí zapalovací cívky je nezbytný pro omezení proudu při delším provozu motoru. Díky němu je eliminován průchod vysokého proudu nízkonapěťovým obvodem, což znamená, že se snižuje zahřívání a opotřebení kontaktů vypínače.

Nevýhody kontaktního zapalovacího systému zahrnují nutnost nastavení mezery přerušovače. Kontakt jističe často podléhá hoření, vlhkosti a oxidaci. Pokud je přítomno cokoli z výše uvedeného, ​​nastartování motoru je extrémně obtížné.

Pokud dojde k poruše kondenzátoru, účinnost systému prudce klesá, až do úplného zastavení motoru. Množství pohyblivých mechanických částí, včetně vysokonapěťové části, přispívá k opotřebení a vyhoření kontaktů až do úplného selhání systému.

Kontaktně-tranzistorový zapalovací systém

S počátkem éry polovodičů, do 70. let minulého století, dostalo mnoho značek a modelů automobilů pokročilejší zapalovací systém obsahující polovodičová zařízení – tranzistory.

Princip jejich činnosti spočíval v tom, že nízkonapěťový elektrický impuls potřebný k napájení vysokonapěťového vinutí zapalovací cívky nebyl generován rozepnutím kontaktů přerušovače, ale tranzistorem pracujícím v režimu elektronického klíče.

A pokud bateriový systém vyžadoval pro indukci vysokého napětí poměrně významný proud, v důsledku čehož kontakty nevyhnutelně spálily, pak se zavedením elektronického spínače – tranzistoru byly kontakty jističe již zcela vybité proudem a sloužily pouze jako senzor pro okamžik vzniku pulzu.

Tranzistorový obvod generoval silný a stabilní elektrický impuls, dostatečný k vytvoření kvalitního zapálení hořlavé směsi. Jinak se tento systém prakticky neliší od „klasického“ kontaktního zapalovacího systému.

V naší zemi byl kontaktní tranzistorový zapalovací systém instalován na vozech GAZ 53, GAZ 24 Volga, UAZ, jakož i na vozech vyrobených na základě GAZ 24 s motory ZMZ, například RAF Lotyšsko, ErAZ a také zahraniční : Zuk, ARO atd.

Bezkontaktní (rozdělovací) zapalovací systém

Jak bylo uvedeno výše, hlavní nevýhodou všech uvedených zapalovacích systémů byla přítomnost mechanického přerušovače kontaktů.

Při vytváření bezkontaktního zapalovacího systému byla tato nevýhoda zcela odstraněna. Místo přerušovače dostal systém elektromagnetický Hallův senzor – zařízení, které generuje elektromagnetický impuls, když polovodičový krystal vstoupí do magnetického pole.

Princip činnosti bezkontaktního zapalovacího systému první generace byl následující: v těle rozdělovače je místo kontaktů přerušovače umístěn Hallův snímač obklopený otočnou obrazovkou se štěrbinou. Když se senzor a štěrbina obrazovky shodují, magnetické pole z permanentního magnetu působí na krystal senzoru. V důsledku toho je na kontaktech snímače generován elektrický impuls, který vstupuje do elektronického zařízení – spínače.

Spínač generuje hlavní impuls do zapalovací cívky. V důsledku toho se na sekundárním vinutí cívky indukuje silný elektromagnetický impuls s napětím nad 30 000 Voltů. To stačí k vytvoření silné a stabilní jiskry.

Tento typ zapalování byl instalován na všech vozech řady VAZ 2108 – 2110 a mnoha evropských značek (Ford, Renault, FIAT, Peugeot atd.). Je třeba poznamenat, že zapalovací svíčky pro bezkontaktní zapalovací systém nejsou vhodné pro kontaktní systém, protože Je příliš velký rozdíl v proudu a napětí.

Hlavní nevýhodou bezkontaktního zapalovacího systému první generace je přítomnost mechanického způsobu distribuce vysokého napětí a mechanického nastavení časování zapalování.

V mnoha raných japonských modelech automobilů je bezkontaktní zapalovací systém charakterizován kombinací nejen Hallova senzoru, vysokonapěťového rozdělovače a zapalovací cívky v rozdělovači. Tento způsob uspořádání umožňuje nejen racionálně využít prostor motorového prostoru, ale také snížit počet vysokonapěťových vodičů a zvýšit spolehlivost snížením vysokonapěťového vedení.

Způsob změny časování zážehu a oktanové korekce zde však zůstává vakuový. Například u karburátorové verze motorů 4AF, 4AGE, 5AF (Toyota) má rozdělovač s integrovanou vysokonapěťovou cívkou dvě vakuové membrány pro korekci oktanového čísla paliva a časování zapalování.
Pozdější modely s elektronickým vstřikovacím systémem měly jako součást rozdělovače krokový elektromotor, který byl řízen ECU.

Bezkontaktní mikroprocesorový zapalovací systém (distributor)

Další generace bezkontaktního zapalovacího systému je implementována ve spolupráci s elektronickým systémem vstřikování paliva (EFI, CFI atd.).

Prevence poruch startéru

Mnoho vozů se vyrábělo na počátku a v polovině 90. minulého století, disponující elektronickým vstřikovacím systémem (monovstřik), včetně bezkontaktního zapalování s mechanickým rozvodem vysokého napětí. Místo Hallova senzoru měli jiný systém generování jisker.

Například u vozů Honda CR-V a Toyota RAV-4 první generace, které byly v té době považovány za jedny z nejpokročilejších, byl zapalovací systém implementován následovně: signál ze snímače polohy klikového hřídele vstoupil do elektronického řízení motoru. systém, načež ECU dodala elektrický impuls cívce integrované v rozvaděči. Z něj byl přiváděn vysokonapěťový impuls do rozdělovače a distribuován do potřebných válců.

Jak vidíte, hlavní nevýhodou takového systému je mechanická distribuce vysokého napětí pomocí rozdělovače, i když řízení točivého momentu, úhlu a trvání impulsu plně zajišťuje jednotka ECU.

Bezkontaktní (dvouokruhový) mikroprocesorový zapalovací systém (DIS, EDIS)

Hlavním rozdílem od ostatních zapalovacích systémů je přítomnost dvou zapalovacích cívek a absence rozdělovače, protože Rozvod vysokého napětí je zde konstruován jiným způsobem než tradiční. Samotný název systému DIS znamená Distributorless Ignition System, což doslova znamená „systém zapalování bez distributora“. Často se také můžete setkat s jiným názvem: „dvouokruhový zapalovací systém“.

Ve skutečnosti neobsahuje rozdělovač, protože distribuce jisker je založena na principu: dvě jiskry na dva válce. Charakteristickým znakem tohoto systému je přítomnost dvou nezávislých zapalovacích cívek, vyrobených buď samostatně, nebo v monobloku. Jedna cívka dodává vysoké napětí do zapalovacích svíček válců 1 a 4. Druhý je na 2 a 3.

Díky naprosté absenci mechanicky pohyblivých částí je systém DIS využíván velmi široce. Systém byl nainstalován na mnoha autech, včetně první generace přestavěného crossoveru Toyota RAV-4, Daewoo Nexia, Ford Escort a mnoha dalších. Vozidla Ford rané generace používají samostatnou řídicí jednotku zapalování EDIS, která pracuje ve spojení s ECU. U jiných značek je spínač zapalování integrován s ECU.

– Velmi jednoduché. Vysokonapěťové vývody cívek jsou připojeny přímo na zapalovací svíčky. Elektronická řídicí jednotka motoru přijímá informace ze snímačů polohy klikového hřídele, lambda sondy, snímače hmotnostního průtoku vzduchu, snímače teploty, absolutního tlaku atd. a na základě dat střídavě vysílá impulsy do cívek.
Například, když je přiveden impuls na cívku pro první válec, jiskra přeskočí také na čtvrtou zapalovací svíčku. A když je jiskra přivedena do druhé zapalovací svíčky, při uvolnění výfukových plynů ve třetím válci přeskočí jiskra naprázdno.

Jak je z výše uvedeného zřejmé, hlavní nevýhodou tohoto systému je zvýšené opotřebení zapalovacích svíček, které se vlivem jiskry naprázdno opotřebovávají dvojnásobně. Další neméně důležitou nevýhodou je rozdíl v síle jiskry napříč válci. Faktem je, že cívky mají polaritu vysokonapěťových vodičů připojených k zapalovacím svíčkám.

Při záporné polaritě jsou podmínky pro rozpad jiskřiště zapalovací svíčky lepší než při kladné polaritě díky menší ionizaci vzduchu. Proto mohou být v některých případech pozorovány vibrace a nerovnoměrný chod motoru.

Modulární systém zapalování (Coil On Plug)

Nejpokročilejší zapalovací systém, který našel nejširší uplatnění, je modulární. Můžete také vidět název COP.

Doslovný překlad znamená: „cívka na svíčce“. Jedná se o zásadně nový systém zapalování. Je třeba poznamenat, že zcela postrádá všechny nevýhody, které jsou vlastní zapalovacím systémům předchozích generací. Neexistují zcela žádné pohyblivé mechanické části, které jsou přímo spojeny se zapalovacími svíčkami. Zapalovací svíčky zase nemají dvojnásobnou zátěž jako u systému DIS a řízení zapalování je nízkonapěťové pulzní a plně řízené elektronickým systémem řízení motoru.

Jak název napovídá, systém se skládá z několika modulů. Každý obsahuje vlastní vysokonapěťovou cívku a elektronickou spínací jednotku. Každý modul je upevněn na svíčku. Ke každému modulu jdou z ECU tři, méně často čtyři vodiče.

První vodič je napájecí „plus“, signál a „zem“. Impulzy jsou ovládány signálovým vodičem přepnutím země. Hlavní výhoda: zcela nezávislé modulární zapalování řízené ECU, obvykle bez nutnosti ladění nebo seřizování.

Čtyřvodičové moduly mají schopnost reagovat a detekovat stav (selhání zapalování). V důsledku toho, pokud máte diagnostické zařízení, můžete rychle identifikovat vadný modul nebo zapalovací svíčku.

Při spouštění motoru vysílá ECU impulsy do řídicích vodičů v daném pořadí. V důsledku toho se na cívkách objevují vysokonapěťové impulzy, které přicházejí přímo do zapalovacích svíček. V tomto případě funguje každý modul jako samostatná cívka. Pokud dojde k poruše modulu, je velmi snadné jej vyměnit.

Typické poruchy: porucha pryžového těsnění ve spodní části zapalovací svíčky, porucha samostatného modulu nebo méně často nedostatek kontaktu v konektoru. Hlavní nevýhodou je poměrně vysoká cena. Hlavní výhodou je spolehlivost. Dnes je to nejpokročilejší zapalovací systém.